Die Assoziation zwischen den Cholin- und Betain-Konzentrationen und dem Schweregrad von angeborenen Herzfehlern : eine Beobachtungsstudie an Kindern und deren Eltern

Abstract

Die Assoziation zwischen den Cholin- und Betain-Konzentrationen und dem Schweregrad von angeborenen Herzfehlern – eine Beobachtungsstudie an Kindern und deren Eltern.

Einleitung Angeborene Herzfehler sind die häufigsten angeborenen Fehlbildungen mit einer Prävalenz von 1,1% in Deutschland. Je nach Schweregrad gehen sie mit einer hohen Krankheitslast einher. Bisher ist nicht genug über ihre Ätiologie und damit mögliche Präventionsmaßnahmen bekannt. Einen vielversprechenden Ansatz stellen Cholin und seine Metaboliten dar. Einige Studien deuten auf einen Zusammenhang zwischen einem Mangel an Cholin und der Entstehung von angeborenen Herzfehlern hin. Aus diesem Grund wurde in der vorliegenden Studie die Assoziation zwischen den Cholin- und Betain-Konzentrationen und dem Schweregrad von angeborenen Herzfehlern und dem Vorliegen eines konotrunkalen Herzfehlers untersucht, um eine Dosisabhängigkeit bei der Entstehung von schweren angeborenen Herzfehlern und konotrunkalen Herzfehlern zu beweisen. Hier vorgestellt sind die Ergebnisse einer Interimsanalyse dieser Studie.

Material und Methoden Die vorliegende Studie wurde von Januar 2020 bis Mai 2021 durchgeführt. Eingeschlossen wurden Kinder im Alter von 0 – 10 Jahren mit angeborenem Herzfehler sowie ihre Eltern. Zur Erfassung von weiteren Risikofaktoren sowie von diätetischen Informationen wurde ein Fragebogen von den Eltern ausgefüllt. Bioproben (Urin und Blut) wurden bei Kindern im Rahmen von Routineuntersuchungen entnommen, bei Eltern mittels einer venösen Einmalpunktion. Durch UPLC-MS/MS-HILIC wurden die Konzentrationen von freiem Cholin und Betain bestimmt. Statistische Analysen wurden mittels SPSS durchgeführt, P-Werte 0,05 waren signifikant. Die Studie mit der Kenn-Nr. 54/20 wurde der Ethikkommission vorgelegt und geprüft.

Ergebnisse 69 Patienten im Alter von wenigen Tagen bis zu einem Alter von acht Jahren und ihre Eltern wurden bisher eingeschlossen. Davon hatten abhängig von der Klassifikation 38% bzw. 62% einen schweren angeborenen Herzfehler und 41% bzw. 48% einen konotrunkalen Herzfehler. Die Diagnose wurde in 35% der Fälle pränatal gestellt. Während der Schwangerschaft nahmen 77% der Mütter Vitaminpräparate ein, vor der Schwangerschaft nur 25% der Mütter. War die Schwangerschaft geplant, nahmen 31% der Mütter vor der Schwangerschaft bereits Vitaminpräparate ein. Zum Zeitpunkt der Datenerhebung nahmen 24% der Mütter und 11% der Väter Vitaminpräparate ein. Abhängig von den Schweregraden bzw. dem Vorliegen eines konotrunkalen Herzfehlers zeigte sich, dass Mütter von Kindern mit schweren und konotrunkalen Herzfehlern seltener während der Schwangerschaft Vitamine einnahmen (p = 0,037 nach EUROCAT; nicht signifikant für die übrigen Gruppen).

Bei Kindern mit angeborenem Herzfehler wurde keine Abhängigkeit des Schweregrades des angeborenen Herzfehlers von der Cholin- oder Betain-Konzentration im Plasma beobachtet (für Cholin im Plasma p = 0,067; p = 0,238; p = 0,638 und p = 0,529 und für Betain im Plasma p = 0,477; p = 0,737; p = 0,692 und p = 0,121 für die Klassifikation nach PAN-Studie, nach EUROCAT und konotrunkale Herzfehler ohne und mit dysplastischen Klappen).

Bei den Urin-Konzentrationen zeigte sich bei Kindern nur für die Urin-Konzentration von Betain und ausschließlich nach der Klassifikation nach der PAN-Studie ein signifikanter Unterschied. Die mittlere Konzentration war hier bei leichten angeborenen Herzfehlern am niedrigsten mit im Mittel 5,9 µmol/mol Kreatinin im Vergleich zu 111,2 µmol/mol Kreatinin bei moderaten und 59,4 µmol/mol Kreatinin bei schweren angeborenen Herzfehlern (p = 0,008).

Jedoch konnte bei den Eltern von Kindern mit schweren angeborenen Herzfehlern eine signifikant niedrigere Cholin-Konzentration nachgewiesen werden. Sie war bei der Klassifikation nach EUROCAT bei Müttern um 2,3 µmol/l (p = 0,039) und bei Vätern um 3 µmol/l (p = 0,018) niedriger als bei Eltern von Kindern mit leichten angeborenen Herzfehlern. Auch nach der Klassifikation nach der PAN-Studie zeigte sich dieser Unterschied, allerdings nicht signifikant (p = 0,163 bei der Mutter und p = 0,113 beim Vater). Bei konotrunkalen zeigte sich ein Unterschied nur mit Einschluss von dysplastischen Klappen, allerdings auch hier nicht signifikant (p = 0,052 bei der Mutter und p = 0,873 beim Vater). Für die Konzentration von Betain konnte bei den Eltern kein signifikanter Unterschied festgestellt werden (bei der Mutter p = 0,913; p = 0,972; p = 0,849; p = 0,968 und beim Vater p = 0,873; p = 0,602; p = 0,757; p = 0,144 bei der Klassifikation nach der PAN-Studie, nach EUROCAT und konotrunkalen ohne und mit dysplastischen Klappen).

Die Verhältnisse der Konzentrationen von Cholin und Betain ergeben, dass bei Kindern mit schweren und konotrunkalen Herzfehlern und deren Eltern im Verhältnis weniger Cholin vorliegt als bei Kindern mit leichten und nicht konotrunkalen Herzfehlern und ihren Eltern. Signifikant war dies für das Verhältnis von Plasma Betain zu Cholin nach der Klassifikation der PAN-Studie (5,7 bei schweren vs. 4,6 bei leichten und 3,5 bei moderaten angeborenen Herzfehlern; p = 0,035) und für das Verhältnis von Urin Betain zu Urin Cholin nach der PAN-Studie (11,3 bei leichten; 53 bei moderaten und 44 bei schweren angeborenen Herzfehlern; p = 0,015 und p = 0,028). Auch für das Verhältnis von Betain im Plasma zu dem im Urin ließen sich signifikante Unterschiede nachweisen. Hier war das Verhältnis bei den leichten und nicht konotrunkalen angeborenen Herzfehlern am höchsten (p = 0,021 nach PAN-Studie; p = 0,022 nach EUROCAT; p = 0,004 bei konotrunkalen ohne und p = 0,007 mit dysplastischen Klappen). Bei den Eltern war dies nur bei Vätern nach der EUROCAT-Klassifikation signifikant (5,9 vs. 3,7; p = 0,005).

Schlussfolgerung Einige Studien deuten bereits auf einen Zusammenhang zwischen einem Mangel an Cholin und der Entstehung von angeborenen Herzfehlern hin. In der hier vorliegenden Studie konnte zwar keine Dosissabhängigkeit bei Kindern mit angeborenem Herzfehler festgestellt werden, allerdings bei deren Eltern. Darüber hinaus zeigte sich nach Analyse der Verhältnisse der Konzentrationen der Biomarker zueinander ein relativer Cholinmangel bei Kindern mit schweren und konotrunkalen Herzfehlern und ihren Eltern. Nach unserem Wissen ist dies die erste Studie, die Väter von Kindern mit angeborenem Herzfehler in die Analysen einschließt. Während die Folatprophylaxe zur Reduktion des Risikos eines Neuralrohrdefektes nur für Mütter empfohlen wird, weist diese Studie auf eine mögliche Rolle der Prophylaxe auch bei Vätern hin, um kongenitale Anomalien beim Neugeborenen zu verhindern. Limitationen sind das Fehlen einer Kontrollgruppe von gesunden Kindern und ihren Eltern. Zukünftige Studien sollten evaluieren, ob eine Supplementierung von Cholin durch beide Elternteile bereits vor der Schwangerschaft und durch die Mutter während des ersten Trimenons das Risiko für die Entstehung von angeborenen Herzfehlern reduziert.

Introduction Congenital heart defects are some of the most common congenital malformations with a prevalence of 1,1% in Germany. Depending on the severity they are associated with a high disease burden. Not enough is known about the etiology and possible methods for prevention. A promising approach to this are choline and its metabolites. Several studies point towards an association between a choline deficit and the occurrence of congenital heart defects. Therefore, in the present study the association between the concentrations of choline and betaine with the severity of congenital heart defects or the presence of a conotruncal heart defect was studied to prove a dose dependency in the occurrence of severe congenital heart defects or the presence of a conotruncal heart defect. These are the results of an interim analysis of this study.

Materials and Methods The present study was conducted from January 2020 until May 2021. Included are children from the ages of 0 - 10 with congenital heart defects and their parents. To assess for other risk factors and dietetic information parents were asked to fill out a questionnaire. Bio samples (urine and blood) of children were taken during routine examinations, those of their parents in a one-time venipuncture. Concentrations of free choline and betaine in urine and blood were analyzed via UPLC-MS/MS-HILIC. Statistical analysis was done by SPSS, p-values of 0,05 were significant. The study with the number 54/20 was reviewed and approved by the local ethics committee.

Results 69 patients from the ages of a few days until eight years of age and their parents were included. Depending on the classification system 38 or 62% had severe congenital heart defects and 41% or 48% had a conotruncal heart defect. 35% of congenital heart defects were diagnosed before birth. During pregnancy 77% of mothers took a vitamin supplement, before pregnancy only 25% of mothers took a vitamin supplement. Pregnancy was planned in 75% of cases and in those cases 31% of mothers took prenatal vitamins before pregnancy. At the time of data collection 24% of mothers and 11% of fathers took a vitamin supplement. Depending on the severity or the presence of a conotruncal heart defect, it could be shown that mothers of children with severe or conotruncal heart defects were less likely to take a vitamin supplement during pregnancy than mothers of children with mild or non-conotruncal heart defects (p = 0,037 according to EUROCAT classification; not significant in other groups).

In children with a congenital heart defect there was no significant association between the severity of the congenital heart defect or the presence of a conotruncal heart defect and concentrations of choline or betaine (for plasma choline p = 0,067; p = 0,238; p = 0,638 and p = 0,529 and for plasma betaine p = 0,477; p = 0,737; p = 0,692 and p = 0,121 for classification according to the PAN-study, to EUROCAT and for conotruncal heart defects without and with dysplastic valves).

For urine concentrations in children, a significant difference was observed only in the urine concentration of betaine and only according to the PAN-study. It was lowest in mild congenital heart defects with a mean concentration of 5,9 µmol/mol creatinine compared to 111,2 µmol/mol creatinine in moderate and 59,4 µmol/mol creatinine in severe congenital heart defects (p = 0,008).

However, in parents of children with severe congenital heart defects concentrations of choline were lower than in parents of children with mild congenital heart defects. According to EUROCAT classification, mean concentrations of choline of mothers and fathers of children with severe congenital heart defects were 2,3 µmol/l (p = 0,039) and 3 µmol/l (p = 0,018) lower than mean concentrations in parents of children with mild congenital heart defects. The same was apparent for concentrations according to the PAN-study classification, however significance was not reached (p = 0,163 for mothers and 0,0113 for fathers). In conotruncal heart defects a difference was only observed with inclusion of dysplastic valves, also not significant (p = 0,052 for mothers and 0,873 for fathers). No significant difference was observed for the concentration of betaine in parents (in mothers p = 0,913; p = 0,972; p = 0,849; p = 0,968 and in fathers p = 0,873; p = 0,602; p = 0,757; p = 0,144 according to the classification of the PAN-study, to EUROCAT and in conotruncal heart defects without and with dysplastic valves).

Ratios of choline and betaine show that children with severe and conotruncal heart defects and their parents have relatively lower choline than children with mild and non-conotruncal heart defects. This was significant for the ratio of plasma betaine to choline according to the classification of the PAN-study (5,7 in severe vs. 4,6 in mild and 3,5 in moderate congenital heart disease, p = 0,035) and for the ratio of urine betaine to urine choline according to the PAN-study (11,3 in mild; 53 in moderate and 44 in severe congenital heart disease; p = 0,015 and p = 0,028). The ratio of plasma betaine to urine betaine was highest in mild and non-conotruncal heart defects (p = 0,021 according to the PAN-study classification; p = 0,022 according to EUROCAT classification; p = 0,004 in conotruncal without and p = 0,007 with dysplastic valves). In parents, significance was only reached for fathers according to the EUROCAT-classification (5,9 vs. 3,7; p = 0,005).

Discussion Several past studies point towards an association of a choline deficit and the occurrence of congenital heart defects. In this study an association between concentrations of choline and betaine in children could not be shown. However, in parents of children with severe congenital heart disease choline concentrations were lower than in parents of children with mild congenital heart disease. Furthermore, analysis of the ratios of betaine and choline showed a relative choline deficit in children with severe and conotruncal heart defects and their parents. To the best of our knowledge this is the first study to assess concentrations of choline in fathers of children with congenital heart disease. While supplementing folate to prevent neural tube defects is recommended only for mothers, this study shows a possible role for fathers in the prevention of congenital anomalies. Limitations are the lack of a healthy control group. Future studies should assess whether supplementation of choline prior to conception in both parents and throughout the first trimester of pregnancy for mothers could lower the risk for congenital heart defects.