Transient elastography for assessing and monitoring of liver steatosis and fibrosis

Abstract

Summary Transient elastography (TE) is a novel method to assess and monitor non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) non-invasively by simultaneously quantifying steatosis using the controlled attenuation parameter (CAP) and liver stiffness using the liver stiffness measurement (LSM). We carried out four studies using TE as the central method to explore its value for research and clinical practice. We found a positive correlation between CAP and ultrasonography in the detection of steatosis in a cohort of 174 patients with chronic liver diseases. Furthermore, patatin-like phospholipase domain containing 3 (PNPLA3) p.148M, a known genetic risk factor for NAFLD, was associated with CAP, but not with LSM. No association was observed for CAP and LSM and transmembrane 6 superfamily member 2 (TM6SF2) p.167K, which is another known genetic risk factor for NAFLD. However, for both variants an association with serum alanine aminotransferase (ALT) and aspartate aminotransferase (AST) activities was demonstrated. Overall, carriers of the PNPLA3 risk allele [M] had an increased risk for the development of hepatic phenotypes in general and more specifically an increased odds of 2.4 for steatosis. This is the first time steatosis assessed by CAP was used in a genetic study. To investigate the short-term modulation of liver fat, we carried out the first intervention study using TE. In 60 patients with hepatic steatosis, fourteen days of a hypocaloric high-fiber, high-protein diet resulted in significant reductions in liver fat by 14% and in body weight by 4.8%. There is evidence that PNPLA3 modulated this dietary-related response. Furthermore, liver stiffness, body composition, serum liver enzymes and metabolic markers improved significantly. The UKS-study availed of CAP and LSM during occupational health check-ups and suggests that the prevalence of NAFLD is underdiagnosed in 104 hospital employees. The study also observed that TE is superior to serum parameters for diagnosing hepatic steatosis and fibrosis. By use of body impedance analysis (BIA) and a tape measure, we were able to demonstrate that body fat mass and waist circumference are the strongest predictors for steatosis. This is the first study that availed of CAP and LSM during occupational health check-ups. The recommendations for the use of TE to assess fibrosis are weaker in the German guideline as opposed to the European guideline on NAFLD. Neither of the guidelines however, provides a statement on assessing steatosis using CAP. Consequently, we analyzed almost 6,700 TE measurements obtained over a period of 3.5 years in patients and the general population. The results reflect the feasibility of TE and subsequently, we introduced the term “EGK des Hepatologen”, translating to “ECG of the hepatologist”.

Zusammenfassung Die transiente Elastographie (TE) ist eine neuartige Methode zur nichtinvasiven Beurteilung und Überwachung der nichtalkoholischen Fettlebererkrankung (NAFLD), bei der gleichzeitig die Leberverfettung mittels Controlled Attenuation Parameter (CAP) und die Lebersteifigkeit mittels Lebersteifigkeitsmessung (LSM) quantifiziert wird. Die Bedeutung der Methode für Forschung und klinische Praxis wurde in vier Studien untersucht. Bei 174 Patienten mit chronischen Lebererkrankungen konnte bei der Detektion der Steatose eine positive Korrelation zwischen CAP und der Messung mittels Ultraschall gezeigt werden. Für Patatin-ähnliche Phospholipase-Domäne 3 (PNPLA3) p.148M, ein bekannter genetischer Risikofaktor für NAFLD, konnte ein Zusammenhang mit CAP, nicht aber mit LSM, gezeigt werden. Für Transmembran-6-Superfamilienmitglied 2 (TM6SF2) p.167K, einem weiteren NAFLD-Risikofaktor, konnten weder für CAP, noch für LSM ein Zusammenhang nachgewiesen werden. Eine Assoziation mit Serum-Alanin-Aminotransferase (ALT) und Aspartat-Aminotransferase (AST) Aktivitäten wurde hingegen für beide genetische Varianten gezeigt. Träger des Risikoallels [M] hatten ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung eines hepatischen Phänotyps und eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für die Entwicklung einer Steatose um das 2,4-Fache. In dieser Studie wurde die CAP zum ersten Mal zur Detektion der Steatose in einer genetischen Studie eingesetzt. Die kurzfristige Modulation von Leberfett wurde in der ersten Interventionsstudie mit TE durchgeführt. Bei 60 Patienten mit Steatose führten vierzehn Tage einer hypokalorischen, ballaststoffreichen und proteinreichen Diät zu einer signifikanten Reduktion des Leberfetts um 14% und des Körpergewichts um 4,8%. Es gibt Hinweise darauf, dass PNPLA3 die ernährungsbedingte Reduktion beeinflusst. Weiterhin verbesserten sich Lebersteifigkeit, Körperzusammen-setzung, Serumleberenzyme und metabolische Marker signifikant. Die UKS-Studie konnte mithilfe von CAP und LSM im Rahmen der betrieblichen Gesundheitsförderung zeigen, dass die Prävalenz von NAFLD bei 104 Krankenhausangestellten unterdiagnostiziert ist und dass TE den Serumparametern zur Diagnose von Steatose und Fibrose überlegen ist. Dabei wurde weiterhin gezeigt, dass gemessen mittels Körperimpedanzanalyse (BIA) und einem einfachen Maßband, Körperfettmasse und Taillenumfang die stärksten Prädiktoren für die Steatose sind. Dies ist die erste Studie, bei der bei arbeitsmedizinischen Vorsorgeuntersuchungen auf CAP und LSM angewendet wurde. Die Empfehlungen zur Verwendung von TE zur Beurteilung der Fibrose sind in der deutschen Leitlinie gegenüber der europäischen Leitlinie zu NAFLD schwächer ausgeprägt.Keine der Leitlinien macht eine Aussage zur Beurteilung der Leberverfettung mittels CAP. Eine Auswertung von fast 6.700 TE-Messungen bei Patienten und der Allgemeinbevölkerung über einen Zeitraum von 3,5 Jahren macht die Durchführbarkeit der transienten Elastographie deutlich und lässt sich durch den dafür eingeführten Begriff "EGK des Hepatologen" trefflich beschreiben.