Endothelial Dysfunction as an Early Sign of Atherosclerosis

Abstract

The endothelium, the monolayer covering the inner surface of blood vessels, plays a pivotal role in the regulation of vascular tone and structure, as well as vascular inflammation and thrombosis, i.e., of key events of the atherosclerotic disease process and its clinical complications, such as myocardial infarction and stroke. In particular a reduced endothelial availability of nitric oxide (NO), in part due to increased vascular oxidant stress, has been shown to promote a pro-inflammatory and prothrombotic phenotype of the endothelium. More recently, it has been observed that cardiovascular risk factors reduce the number and impair the function of circulating bone marrow-derived endothelial progenitor cells (EPCs), thereby impairing the endogenous endothelial repair capacity.

Importantly, endothelial dysfunction has been identified as a common link of all cardiovascular risk factors. Numerous clinical studies have further demonstrated a close association of the degree of endothelial dysfunction with the risk of future cardiovascular events. Whether endothelial dysfunction can improve cardiovascular risk prediction on top of a careful evaluation of classic cardiovascular risk factors is currently prospectively analyzed in several studies, i.e., in the PREVENT-it study. Furthermore, novel easier to use methods to assess endothelial function are currently explored, i.e., the Endo-PAT system, for their potential in improving cardiovascular risk prediction.

At present, assessment of endothelial function and EPCs are highly valuable research tools to improve our understanding of mechanisms of vascular disease and to determine the impact of novel therapeutic approaches on vascular function. Before endothelial function measurements can, however, be recommended in clinical practice for cardiovascular risk assessment, the results of ongoing prospective studies assessing the additive value of these measurements for cardiovascular risk prediction should be awaited.

Zusammenfassung

Das Endothel, die einzellige Zellschicht, welche das Lumen der Blutgefäße auskleidet, spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation des Gefäßtonus und der Gefäßstruktur. Des Weiteren besitzt das „gesunde“ Endothel wichtige antiinflammatorische und antithrombotische Eigenschaften. Kardiovaskuläre Risikofaktoren führen insbesondere über eine verminderte Verfügbarkeit des endothelial gebildeten Vasodilatators Stickstoffmonoxid (NO), zumindest z.T. als Folge einer gesteigerten vaskulären Produktion von Sauerstoffradikalen, zu einem proinflammatorischen und prothrombotischen Phänotyp des Endothels. Dies dürfte eine wichtige Bedeutung für die Entstehung der Atherosklerose und deren klinische Komplikationen, wie Herzinfarkt und Schlaganfall, haben. Die Induktion einer Endotheldysfunktion ist allen kardiovaskulären Risikofaktoren gemeinsam. Außerdem konnte in den letzten Jahren beobachtet werden, dass die kardiovaskulären Risikofaktoren zu einer verminderten Zahl und Funktion von zirkulierenden endothelialen Progenitorzellen führen, was die endotheliale Reparaturkapazität beeinträchtigen kann.

Mehrere klinische Studien konnten zeigen, dass die Ausprägung der endothelialen Dysfunktion, in der Regel bestimmt als eingeschränkte endothelabhängige Vasodilatation, mit der Entwicklung kardiovaskulärer Ereignisse eng assoziiert ist. Inwiefern eine Bestimmung der Endothelfunktion die Prädiktion des kardiovaskulären Risikos zusätzlich zu einer genauen Evaluation der bekannten kardiovaskulären Risikofaktoren verbessern kann, wird gegenwärtig in mehreren Studien prospektiv untersucht. Dabei wird auch analysiert, inwiefern einfacher zu handhabende Messgeräte zur Bestimmung der Endothelfunktion (wie das Endo-PAT-System) für die kardiovaskuläre Risikoprädiktion geeignet sind.

Gegenwärtig liefert die Bestimmung der Endothelfunktion wertvolle Einblicke in die Pathophysiologie kardiovaskulärer Erkrankungen und ist geeignet, neue Therapiestrategien im Hinblick auf ihre vaskulären Effekte zu charakterisieren. Vor einem möglichen Einsatz der Endothelfunktionsmessung in der klinischen Praxis zur Beurteilung des kardiovaskulären Risikos sollten die laufenden prospektiven Studien abgewartet werden, die den additiven Stellenwert der Endothelfunktionsanalyse zusätzlich zur genauen Beurteilung der bekannten kardiovaskulären Risikofaktoren im Hinblick auf die kardiovaskuläre Risikoprädiktion untersuchen.