Determining respiratory system resistance and reactance by impulse oscillometry in obese individuals.

OBJECTIVE: To evaluate peripheral respiratory system resistance and reactance (Rrs and Xrs, respectively) in obese individuals.
METHODS: We recruited 99 individuals, dividing them into four groups by body mass index (BMI): < 30.0 kg/m2 (control, n = 31); 30.0-39.9 kg/m2 (obesity, n = 13); 40.0-49.9 kg/m2 (severe obesity, n = 28); and ≥ 50.0 kg/m2 (morbid obesity, n = 13). Using impulse oscillometry, we measured total Rrs, central Rrs, and Xrs. Peripheral Rrs was calculated as the difference between total Rrs and central Rrs. All subjects also underwent spirometry.
RESULTS: Of the 99 individuals recruited, 14 were excluded because they failed to perform forced expiratory maneuvers correctly during spirometry. The individuals in the severe obesity and morbid obesity groups showed higher peripheral Rrs and lower Xrs in comparison with those in the two other groups.
CONCLUSIONS: Having a BMI ≥ 40 kg/m2 was associated with a significant increase in peripheral Rrs and with a decrease in Xrs.

INTRODUCTION

Obesity currently poses a major risk to human health, affecting more than 600 million people worldwide( 1 ) and constituting a predisposing factor for other health problems, including respiratory diseases, cardiovascular diseases, osteoarticular diseases, diabetes, and hyperlipidemia.( 2 )

Thoracic and abdominal adipose tissue accumulation results in reduced respiratory system compliance and, consequently, increased respiratory effort. In addition, reduced expiratory reserve volume (ERV) and functional residual capacity result in a decrease in lung elastic recoil pressure. The aforementioned factors can play a role in reducing peripheral airway caliber and increasing respiratory system resistance (Rrs) in obese individuals. ( 3 - 6 ) In addition, increased circulating leptin levels are associated with reduced airway caliber and predispose to increased bronchial hyperresponsiveness.( 7 , 8 )

A variant of the forced oscillation technique, impulse oscillometry (IO) is a noninvasive, effort-independent method for assessing respiratory mechanics.( 9 ) Previously studied in clinical practice, IO involves the application of pressure pulses of single or multiple frequencies to the airways, allowing measurement of Rrs, respiratory system impedance, and respiratory system reactance (Xrs).( 4 , 10 , 11 )

One of the advantages of IO over other methods is that it allows differentiation between central Rrs and peripheral Rrs.( 11 ) In addition, the fact that IO requires no patient effort and minimal patient cooperation makes it easier to perform than spirometry or plethysmography.( 12 , 13 )

The objective of the present study was to evaluate peripheral Rrs and Xrs by IO in individuals with varying degrees of obesity.

METHODS

This was an exploratory, comparative observational study conducted between June of 2007 and March of 2010 in the Laboratório de Função Pulmonar of the Hospital das Clínicas of the Universidade Federal de Pernambuco, in the city of Recife, Brazil. The study was approved by the local research ethics committee (Protocol no. 0316.0.172.000-07). All participants gave written informed consent.

We recruited 99 individuals between 18 and 60 years of age, dividing them into four groups by body mass index (BMI): < 30.0 kg/m2 (control, n = 31); 30.0-39.9 kg/m2 (obesity, n = 13); 40.0-49.9 kg/m2 (severe obesity, n = 28); and ≥ 50.0 kg/m2 (morbid obesity, n = 13). Only 12 participants had FVC or FEV1/FVC values below 80% of predicted, 3 of whom were in the control group and 9 of whom were in the severe obesity group.

Individuals with a history of pulmonary disease were excluded, as were those with signs and symptoms of recent pulmonary disease (wheezing on auscultation, cough, or dyspnea), those with a history of smoking, those with chest X-ray changes, those with neurological disease, those with musculoskeletal disease, and those who failed to perform forced expiratory maneuvers correctly during spirometry.

Anthropometric data (weight and height) were obtained with the use of an electronic scale (Metalúrgica Arja, São Paulo, Brazil), whereas IO and spirometric parameters were obtained with the MasterScreen IO system (Jäeger, Würzburg, Germany). All tests were performed with the individuals sitting comfortably with both feet flat on the floor, breathing through a plastic mouthpiece, and using a nose clip. The IO system was calibrated daily before data collection, by the variable flow method with a 3-liter syringe (Jäeger).

Spirometry was performed in accordance with the American Thoracic Society guidelines.( 14 ) We evaluated slow vital capacity (SVC), ERV, inspiratory capacity, FVC, FEV1, FEV1/FVC, and FEF25-75%. For SVC, inspiratory capacity, and FEV1, the highest values obtained from three acceptable maneuvers were selected, whereas FEF25-75% was obtained from the maneuver with the highest sum of FVC and FEV1. The data obtained were compared with the predicted values for the Brazilian population.( 15 )

During IO, patients were instructed to keep their lips around the mouthpiece and breathe normally for 40 s while pressing their cheeks together in order to prevent movement and reduce the upper airway shunt effect. The harmonic frequencies of the sound waves ranged from 5 Hz to 35 Hz, and pressure never exceeded 5.98 cmH2O (0.5 kPa). We measured total Rrs (5 Hz), central Rrs (20 Hz), Xrs (5 Hz), and resonant frequency (Fres). Peripheral Rrs (also known as frequency dependence of resistance) was calculated as the difference between total Rrs and central Rrs. Low-frequency Xrs is associated with the peripheral airways, which is why Xrs was measured at a frequency of 5 Hz.( 16 )

To ensure reliability, measurements were repeated until consistency was > 0.7 for a frequency of 5 Hz and > 0.9 for a frequency of 20 Hz, a maximum of five maneuvers being performed.( 10 )

The Kolmogorov-Smirnov test was used in order to assess the distribution of variables. Fisher's exact test was used in order to compare categorical variables. One-way ANOVA and the Kruskal-Wallis test were used in order to compare variables between groups. The chi-square test was used in order to evaluate nominal variables, and Tukey's post hoc test was used in order to determine the pairs of groups that differed from one another. GraphPad Prism, version 4 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA), and Microsoft Office Excel 2007 were used.

RESULTS

A total of 99 individuals participated in the present study. Although all individuals were able to perform IO maneuvers correctly, 14 failed to perform forced expiratory maneuvers correctly during spirometry and were therefore excluded. Of those 14 individuals, 2 were in the control group, 2 were in the obesity group, 5 were in the severe obesity group, and 5 were in the morbid obesity group.

Table 1 presents the general characteristics of the 85 individuals who remained in the study, by group. There were no differences among the groups regarding age. With regard to gender, females predominated in the control, severe obesity, and morbid obesity groups.

Table 1.

General characteristics of the study population (N = 85), by group.a

Characteristic	Groupb	p
	Control	Obesity	SO	MO
	(n = 31)	(n = 13)	(n = 28)	(n = 13)
Gender*
Male	9 (29.1)	8 (61.5)	4 (14.2)	5 (38.4)	0.1825
Female	22 (70.9)	5 (38.5)	24 (85.8)	8 (61.6)	0.5826
Age, years**	31.8 ± 11.3	39.6 ± 9.2	34.8 ± 12.4	34.1 ± 6.9	0.1924
BMI, kg/m2**	24.2 ± 3.0	32.6 ± 2.7	45.5 ± 2.7	56.7 ± 5.2	< 0.0001

SO: severe obesity; MO: morbid obesity; and BMI: body mass index. aValues expressed as n (%) or mean ± SD. bControl group: BMI < 30.0 kg/m2; obesity group: BMI = 30.0-39.9 kg/m2; SO group: BMI = 40.0-49.9 kg/m2; and MO group: BMI ≥ 50.0 kg/m2. *Chi-square test. **One-way ANOVA and Tukey's post hoc test.

Table 2 shows an intergroup comparison of mean spirometric values (in % of predicted) in the study population. Both FVC and FEV1 were significantly lower in the morbid obesity group than in the control and obesity groups; SVC was significantly lower in the morbid obesity group than in the obesity group; and ERV was significantly lower in the severe obesity and morbid obesity groups than in the control and obesity groups.

Table 2.

Spirometric variables (in % of predicted) in the study population (N = 85).a

Variable	Groupb
	Control	Obesity	SO	MO
	(n = 31)	(n = 13)	(n = 28)	(n = 13)
FVC	97.6 ± 15.5	100.6 ± 12.5	90.6 ± 12.2	81.9 ± 14.3*†
FEV1	97.4 ± 12.1	99.5 ± 14.9	90.6 ± 12.6	82.4 ± 16.6*†
FEV1/FVC	84.6 ± 7.4	81.4 ± 7.9	83.4 ± 6.2	84.3 ± 6.7
FEF25-75%	98.3 ± 19.1	106.2 ± 29.0	95.3 ± 27.4	83.1 ± 29.0
ERV	121.6 ± 35.7	111.8 ± 53.0	73.3 ± 27.6*†	52.3 ± 26.2*†
IC	96.7 ± 26.4	114.7 ± 16.2	110.9 ± 19.6	106.7 ± 29.3
SVC	100.7 ± 15.8	104.9 ± 17.2	97.9 ± 10.8	88.4 ± 16.2¶

SO: severe obesity; MO: morbid obesity; ERV: expiratory reserve volume; IC: inspiratory capacity; and SVC: slow vital capacity. aValues expressed as mean ± SD. bControl group: BMI < 30.0 kg/m2; obesity group: BMI = 30.0-39.9 kg/m2; SO group: BMI = 40.0-49.9 kg/m2; and MO group: BMI ≥ 50.0 kg/m2. *p < 0.01 vs. control group. †p < 0.01 vs. obesity group. ¶p < 0.05 vs. obesity group. One-way ANOVA and Tukey's post hoc test.

Table 3 shows an intergroup comparison of mean IO values in the study population. Total Rrs and peripheral Rrs were highest in the severe obesity and morbid obesity groups. This shows that peripheral Rrs is the major factor responsible for an overall increase in Rrs. In addition, Xrs was lowest in the severe obesity and morbid obesity groups. There was a slight negative association between peripheral Rrs and ERV (R = −0.32; p < 0.01).

Table 3.

Impulse oscillometry variables in the study population (N = 85).a

Variable	Groupb
	Control	Obesity	SO	MO
	(n = 31)	(n = 13)	(n = 28)	(n = 13)
Total Rrs, cmH2O/L/s	4.3 ± 1.1	4.5 ± 1.5	5.6 ± 1.7*	6.0 ± 1.2†
Total Rrs, % of predictedc	130.2 ± 36.6	136.5 ± 39.7	163.0 ± 54.0¶	185.6 ± 46.0†**
Central Rrs, cmH2O/L/s	3.7 ± 1.0	3.7 ± 1.2	4.2 ± 1.4	4.4 ± 1.1
Central Rrs, % of predictedc	135.1 ± 38.2	133.9 ± 39.7	146.3 ± 51.7	161.9 ± 48.0
Peripheral Rrs, cmH2O/L/s	0.5 ± 0.4	0.7 ± 0.4	1.4 ± 0.6*†	1.6 ± 0.4*†
Fres, Hz	13.5 ± 3.6	16.2 ± 2.6	19.2 ± 3.1*.**	20.4 ± 3.9*.**
Xrs, cmH2O/L/s	−1.3 ± 0.4	−1.6 ± 0.9	−2.0 ± 0.8¶	−2.1± 0.9¶

SO: severe obesity; MO: morbid obesity; Rrs: respiratory system resistance; Fres: resonant frequency; and Xrs: respiratory system reactance. aValues expressed as mean ± SD. bControl group: BMI < 30.0 kg/m2; obesity group: BMI = 30.0-39.9 kg/m2; SO group: BMI = 40.0-49.9 kg/m2; and MO group: BMI ≥ 50.0 kg/m2. cCalculated on the basis of Pelosi et al.(20) *p < 0.01 vs. control group. †p < 0.01 vs. obesity group. ¶p < 0.05 vs. control group. **p < 0.05 vs. obesity group. One-way ANOVA and Tukey's post hoc test.

DISCUSSION

Obesity is a major risk factor for pulmonary complications arising from changes in lung volumes and peripheral Rrs and can lead to increased work of breathing and reduced gas exchange.( 17 - 19 )

The results of the present study show reduced SVC and FEV1 in severely obese or morbidly obese individuals (Table 2), as reported elsewhere.( 20 - 23 ) In addition, analysis of IO parameters revealed a strong association of the degree of obesity with increased peripheral Rrs and reduced Xrs (Table 3).

Fat deposition in the neck, thorax, and abdomen can lead to reduced lung volumes, resulting in reduced elastic recoil pressure of the lung and of the walls of the smaller bronchi, as well as in reduced airway caliber. In addition, the mechanical disadvantage imposed on the diaphragm by an increase in abdominal pressure leads to reduced ERV. The aforementioned factors, together with extrinsic airway compression, result in expiratory airflow limitation in obese individuals.( 3 )

In obese individuals, functional residual capacity is more markedly reduced than is residual volume; consequently, there is a marked reduction in ERV. Therefore, in obese individuals, tidal breathing occurs at low lung volumes. Under such conditions, some airways tend to narrow or even close during exhalation.( 24 ) The association between IO variables and plethysmography variables should be evaluated in order to confirm the relationship between reduced lung volume and airway narrowing.

One advantage of IO over other methods for evaluating respiratory mechanics, such as spirometry and whole-body plethysmography, is that IO does not require forced expiratory maneuvers (which can affect bronchial tone), therefore requiring minimal patient cooperation.( 13 ) In this regard, we were able to measure IO parameters correctly in 14 obese patients who failed to perform forced expiratory maneuvers correctly during spirometry.

Zerah et al.( 5 ) used plethysmography in order to study lung volumes and respiratory mechanics in 46 individuals with no history of lung disease and found increased airway resistance and reduced lung volumes in those whose BMI was ≥ 30 kg/m2. Oliveira et al.( 4 ) used IO and found increased airway resistance in 25 obese individuals who were compared with 25 non-obese individuals. However, neither group of authors stratified patients by BMI. This was done in the present study, which showed that the aforementioned changes occur predominantly in severely obese or morbidly obese individuals, i.e., those whose BMI is ≥ 40 kg/m2. In addition, we differentiated between central Rrs and peripheral Rrs, which clearly showed the role that the small airways play in airflow limitation in such patients, as demonstrated by increased Fres and peripheral Rrs.

Both Fres and peripheral Rrs as measured by IO, which are considered to be small airway markers,( 25 - 27 ) can detect increased peripheral Rrs.( 16 ) Friedman et al.( 28 ) evaluated IO data from residents and area workers who inhaled dust and fumes from the World Trade Center disaster and found increased total Rrs and increased peripheral Rrs, which were associated with increased exposure to dust and fumes, as well as with lower respiratory symptoms.

In patients with mild to moderate asthma, Yamaguchi et al.( 29 ) found reduced peripheral Rrs after 12 weeks of treatment with inhaled hydrofluoroalkane-134a beclomethasone dipropionate, which has ultrafine particles; however, no changes were observed in FEF25 75%. These findings suggest that IO is more sensitive to measure the response to asthma and COPD treatment than are other methods.( 30 )

A complex concept, Xrs incorporates lung elastic recoil properties. Low-frequency Xrs has been correlated with peripheral airway obstruction. At low frequencies, there is passive lung distension, increased lung compliance, reduced elastic recoil pressure, and reduced Xrs.( 13 ) Xrs at 5 Hz expresses Xrs as a whole, being reduced in patients with restrictive lung disease and in those with chest wall disease.( 13 , 16 ) Our comparative analysis revealed a significant reduction in Xrs in severely obese and morbidly obese individuals. This finding reflects the association between obesity and reduced Xrs, given that none of the study participants had abnormal chest X-ray findings or a history of collagen disease.

Our results show that individuals with a BMI ≥ 40 kg/m2 can have normal spirometry results despite significant changes in respiratory mechanics, which are detected by IO. Reduced lung volume resulting from the interdependence of tissue structures reduces small airway diameter, increasing small airway resistance. Future studies will soon be able to show real, volume-corrected obstruction, combining IO data with residual volume and functional residual capacity as determined by plethysmography.

In this context, the clinical relevance of IO is evident, given that it is an accurate, noninvasive method for evaluating changes in respiratory mechanics (Rrs and Xrs) in the early stages of disease. The findings of the present study show the importance of drawing treatment plans aimed at reducing airway resistance and, consequently, improving lung function in obese individuals, especially those with respiratory symptoms. In addition, IO is an alternative method for evaluating patients who are unable to perform the required respiratory maneuvers for spirometry and plethysmography.

INTRODUÇÃO

A obesidade é hoje em dia um dos maiores riscos para a saúde humana, com mais de 600 milhões de pessoas sofrendo dessa condição em todo mundo( 1 ) e, em paralelo, predispõe outros problemas de saúde, como doenças respiratórias, cardiovasculares e osteoarticulares, assim como diabetes, hiperlipidemias, entre outras.( 2 )

O acúmulo de tecido adiposo torácico e abdominal promove uma redução da complacência do sistema respiratório e consequente aumento no esforço respiratório. Além disso, como consequência da redução do volume de reserva expiratório (VRE) e da capacidade residual funcional, ocorre uma redução na pressão de retração elástica pulmonar. Esses fatores podem favorecer a redução no calibre das vias aéreas periféricas e o aumento da resistência do sistema respiratório (Rsr) em alguns indivíduos obesos.( 3 - 6 ) A redução do calibre das vias aéreas associada ao aumento da proteína leptina circulante, por sua vez, predispõe ao aumento da hiper-responsividade brônquica.( 7 , 8 )

A mecânica respiratória pode ser avaliada de forma não invasiva e sem esforço pelo impulse oscillometry system (IOS, sistema de oscilometria de impulso), uma variante da técnica de oscilações forçadas.( 9 ) Esta técnica tem sido estudada na prática clínica e consiste na aplicação de pulsos de pressão simples ou em multifrequência nas vias aéreas, o que permite medir a Rsr, a impedância do sistema respiratório e a reatância do sistema respiratório (Xsr).( 4 , 10 , 11 )

Uma das vantagens do IOS é a capacidade de diferenciar a Rsr central da Rsr periférica, o que não é possível por outros métodos.( 11 ) Além disso, a menor necessidade de esforço e colaboração do paciente torna as avaliações do IOS mais fáceis de serem realizadas do que a espirometria ou a pletismografia.( 12 , 13 )

O objetivo do presente estudo foi avaliar a Rsr periférica e a Xsr através do IOS em indivíduos com vários graus de obesidade.

MÉTODOS

Este é um estudo observacional, comparativo e exploratório, que foi desenvolvido entre junho de 2007 a março de 2010 no Laboratório de Função Pulmonar do Hospital das Clínicas da Universidade Federal de Pernambuco, na cidade do Recife (PE). A aprovação pelo comitê de ética institucional foi obtida antes do início do estudo (n. 0316.0.172.000-07). Todos os indivíduos assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido.

Foram incluídos 99 indivíduos de ambos os sexos, com idades entre 18 e 60 anos, que foram divididos em quatro grupos de acordo com seu índice de massa corpórea (IMC): grupo controle (< 30,0 kg/m2; n = 31); grupo obesidade (30,0-39,9 kg/m2; n = 13); grupo obesidade grave (OG; 40,0-49,9 kg/m2; n = 28) e grupo obesidade mórbida (OM; ≥ 50,0 kg/m2; n = 13). Apenas 12 participantes apresentaram valores de CVF ou da relação VEF1/CVF menores que 80% do predito - grupo controle, em 3; e grupo OG, em 9.

Foram excluídos indivíduos com história de doença pulmonar, sinais e sintomas de doença pulmonar recente (sibilos na ausculta, tosse ou dispneia), história de tabagismo, alterações em radiografia torácica, doenças neurológicas e musculoesqueléticas, assim como aqueles inaptos a realizar adequadamente a manobra de expiração forçada na espirometria.

Os dados antropométricos foram obtidos através de uma balança eletrônica peso/altura (Metalúrgica Arja, São Paulo, Brasil), e os parâmetros do IOS e espirométricos foram obtidos com o equipamento MasterScreen IOS (Jäeger, Würzburg, Alemanha). Todos os testes foram realizados com os indivíduos sentados confortavelmente com ambos os pés apoiados no chão, respirando através de uma peça bocal plástica e utilizando um clipe nasal. O equipamento foi calibrado diariamente antes da coleta de dados através do método de fluxos variáveis com uma seringa de calibração de 3 litros (Jäeger).

O teste espirométrico seguiu os padrões da Sociedade Torácica Americana.( 14 ) Foram avaliados a capacidade vital lenta (CVL), VRE, capacidade inspiratória, CVF, VEF1, relação VEF1/CVF e FEF25-75%. Os maiores valores da CVL, capacidade inspiratória, e VEF1 foram obtidos e selecionados de três manobras aceitáveis, enquanto o valor do FEF25-75% foi obtido da manobra com a maior soma da CVF e VEF1. Os dados obtidos foram comparados com os valores preditos para a população brasileira.( 15 )

Durante a avaliação do IOS os pacientes foram instruídos a manter os lábios em volta da peça bocal e respirar normalmente por 40 segundos enquanto mantinham suas bochechas pressionadas com as mãos para prevenir movimentos e reduzir o shunt de vias aéreas superiores. As ondas sonoras emitidas tinham frequências harmônicas entre 5 e 35 Hz, e a pressão não excedia 5,98 cmH2O (0,5 kPa). Foram mensuradas Rsr total (5 Hz), Rsr central (20 Hz), Xsr (5 Hz) e a frequência de ressonância (Fres). A Rsr periférica (também chamada de resistência dependente da frequência) foi calculada pela diferença entre Rsr total e Rsr central. A Xsr, quando avaliada em baixa frequência, associa-se com as vias aéreas periféricas e, por isso, foi medida na frequência de 5 Hz.( 16 )

A confiabilidade foi assegurada por medidas repetidas até se obter uma coerência a 5 Hz e a 20 Hz, respectivamente, maior do que 0,7 e 0,9, com um máximo de cinco manobras realizadas.( 10 )

Foi aplicado o teste de Kolmogorov-Smirnov para verificar a distribuição das variáveis. Para a comparação entre as variáveis categóricas, foi utilizado o teste exato de Fisher. One-way ANOVA e o teste de Kruskal-Wallis foram utilizados a fim de fazer uma análise comparativa das variáveis intergrupo. O teste do qui-quadrado foi utilizado para a avaliação das variáveis nominais, enquanto o teste post hoc de Tukey foi empregado para a verificação dos pares de grupos que diferiram entre si. Os programas utilizados foram o GraphPad Prism, versão 4 (GraphPad Software Inc., San Diego, CA, EUA) e Microsoft Office Excel 2007.

RESULTADOS

Participaram da pesquisa 99 indivíduos. Embora todos os indivíduos tenham realizado corretamente as avaliações do IOS, 14 foram excluídos porque não foram capazes de executar corretamente as manobras expiratórias forçadas durante a espirometria (grupo controle, em 2; grupo obesidade, em 2; grupo OG, em 5; e grupo OM, em 5).

Os dados gerais dos 85 indivíduos que permaneceram na pesquisa, estratificados de acordo com a alocação nos grupos, são apresentados na Tabela 1. Não houve diferenças de idade entre os grupos, mas as mulheres foram predominantes nos grupos controle, OG e OM.

Tabela 1.

Características gerais dos indivíduos nos grupos estudados (N = 85).a

Características	Gruposb	p
	Controle	Obesidade	OG	OM
	(n = 31)	(n = 13)	(n = 28)	(n = 13)
Gênero*
Masculino	9 (29,1)	8 (61,5)	4 (14,2)	5 (38,4)	0,1825
Feminino	22 (70,9)	5 (38,5)	24 (85,8)	8 (61,6)	0,5826
Idade, anos**	31,8 ± 11,3	39.6 ± 9,2	34,8 ± 12,4	34,1 ± 6,9	0,1924
IMC, kg/m2**	24,2 ± 3,0	32,6 ± 2,7	45,5 ± 2,7	56,7 ± 5,2	< 0,0001

OG: obesidade grave; OM: obesidade mórbida; e IMC: índice de massa corpórea. aValores expressos em n (%) ou média ± dp. bGrupo controle: IMC < 30,0 kg/m2; grupo obesidade: IMC = 30,0-39,9 kg/m2; grupo OG: IMC = 40,0-49,9 kg/m2; e grupo OM: IMC ≥ 50,0 kg/m2. *Teste do qui-quadrado. **One-way ANOVA e teste post hoc de Tukey.

A Tabela 2 mostra as médias dos valores espirométricos em % do predito e a comparação entre os grupos. Os valores de CVF e VEF1 foram significativamente menores no grupo OM quando comparados aos dos grupos controle e obesidade, o valor de CVL foi significativamente menor no grupo OM que no grupo obesidade, enquanto o VRE, na comparação com os grupos controle e obesidade, foi significativamente menor nos grupos OG e OM.

Tabela 2.

Variáveis espirométricas (em % do predito) dos indivíduos nos grupos estudados (N = 85).a

Variáveis	Gruposb
	Controle	Obesidade	OG	OM
	(n = 31)	(n = 13)	(n = 28)	(n = 13)
CVF	97,6 ± 15,5	100,6 ± 12,5	90,6 ± 12,2	81,9 ± 14,3*†
VEF1	97,4 ± 12,1	99,5 ± 14,9	90,6 ± 12.6	82,4 ± 16,6*†
VEF1/CVF	84,6 ± 7,4	81,4 ± 7,9	83,4 ± 6,2	84,3 ± 6,7
FEF25-75%	98,3 ± 19,1	106,2 ± 29,0	95,3 ± 27,4	83,1 ± 29,0
VRE	121,6 ± 35,7	111,8 ± 53,0	73,3 ± 27,6*†	52,3 ± 26,2*†
CI	96,7 ± 26,4	114,7 ± 16,2	110,9 ± 19,6	106,7 ± 29,3
CVL	100,7 ± 15,8	104,9 ± 17,2	97,9 ± 10,8	88,4 ± 16,2¶

OG: obesidade grave; OM: obesidade mórbida; VRE: volume de reserva expiratório; CI: capacidade inspiratória; e CVL: capacidade vital lenta. aValores expressos em média ± dp. bGrupo controle: IMC < 30,0 kg/m2; grupo obesidade: IMC = 30,0-39,9 kg/m2; grupo OG: IMC = 40,0-49,9 kg/m2; e grupo OM: IMC ≥ 50,0 kg/m2. *p < 0,01 vs. grupo controle. †p < 0,01 vs. grupo obesidade. ¶p < 0,05 vs. grupo obesidade. One-way ANOVA e teste post hoc de Tukey.

Os valores médios obtidos a partir do IOS e a comparação entre os grupos são mostrados na Tabela 3. A Rsr total e a Rsr periférica foram maiores nos grupos OG e OM. Isso mostra que a Rsr periférica é a maior responsável pelo aumento global da Rsr. A Xsr foi menor nos mesmos dois grupos. Houve uma associação negativa discreta entre a Rsr periférica e o VRE (R = −0,32; p < 0,01).

Tabela 3.

Variáveis obtidas pelo sistema de oscilometria de impulso dos indivíduos nos grupos estudados (N = 85).a

Variáveis	Gruposb
	Controle	Obesidade	OG	OM
	(n = 31)	(n = 13)	(n = 28)	(n = 13)
Rsr total, cmH2O/l/s	4,3 ± 1,1	4,5 ± 1,5	5,6 ± 1,7*	6,0 ± 1,2†
Rsr total, % do preditoc	130,2 ± 36,6	136,5 ± 39,7	163,0 ± 54,0¶	185,6 ± 46,0†**
Rsr central, cmH2O/l/s	3,7 ± 1,0	3,7 ± 1,2	4,2 ± 1,4	4,4 ± 1,1
Rsr central, % do preditoc	135,1 ± 38,2	133,9 ± 39,7	146,3 ± 51,7	161,9 ± 48,0
Rsr periférica, cmH2O/l/s	0,5 ± 0,4	0,7 ± 0,4	1,4 ± 0,6*†	1,6 ± 0,4*†
Fres, Hz	13,5 ± 3,6	16,2 ± 2,6	19,2 ± 3,1*,**	20,4 ± 3,9*,**
Xsr, cmH2O/l/s	−1,3 ± 0,4	−1,6 ± 0,9	−2,0 ± 0,8¶	−2,1± 0,9¶

OG: obesidade grave; OM: obesidade mórbida; Rsr: resistência do sistema respiratório; Fres: frequência de ressonância; e Xsr: reatância do sistema respiratório. aValores expressos em média ± dp. bGrupo controle: IMC < 30,0 kg/m2; grupo obesidade: IMC = 30,0-39,9 kg/m2; grupo OG: IMC = 40,0-49,9 kg/m2; e grupo OM: IMC ≥ 50,0 kg/m2. cCalculado com base em Pelosi et al.(20) *p < 0,01 vs. grupo controle. †p < 0,01 vs. grupo obesidade. ¶p < 0,05 vs. grupo controle. **p < 0,05 vs. grupo obesidade. One-way ANOVA e teste post hoc de Tukey.

DISCUSSÃO

A obesidade é um importante fator de risco para complicações pulmonares em consequência das alterações nos volumes pulmonares e na Rsr periférica, que pode levar a um aumento no trabalho respiratório e a uma redução nas trocas gasosas.( 17 - 19 )

Os resultados do presente estudo mostram redução da CVL e do VEF1 nos indivíduos mais obesos (Tabela 2), como observado por outros pesquisadores,( 20 - 23 ) e as observações dos parâmetros do IOS mostram uma forte associação do grau de obesidade com o aumento da Rsr periférica e a redução da Xsr (Tabela 3).

A deposição de gordura no pescoço, tórax e abdômen pode causar uma redução nos volumes pulmonares, resultando em uma menor pressão de retração elástica do pulmão e das paredes dos brônquios menores, assim como uma diminuição do calibre das vias aéreas. Além disso, a desvantagem mecânica imposta sobre o diafragma pelo aumento da pressão abdominal leva a um menor VRE. Esses fatos, associados à compressão extrínseca das vias aéreas, impõem uma limitação ao fluxo aéreo expiratório em indivíduos obesos.( 3 )

A redução da capacidade residual funcional em indivíduos obesos é mais acentuada quando comparada à diminuição do volume residual; consequentemente, há uma marcante redução do VRE. Assim, a respiração basal de obesos ocorre em níveis de baixo volume pulmonar. Sob essas condições, algumas vias respiratórias tendem a diminuir ou até mesmo fechar durante a expiração. ( 24 ) Para confirmar a relação entre a redução do volume pulmonar com o estreitamento das vias aéreas é necessário avaliar a associação das variáveis do IOS com as obtidas através da pletismografia.

Uma vantagem do IOS na avaliação da mecânica do sistema respiratório em relação a outros testes, como a espirometria e a pletismografia de corpo inteiro, é que ele não requer manobras de expiração forçada (que também podem modificar o tônus brônquico) e, consequentemente, não precisa de grande cooperação do paciente.( 13 ) A esse respeito, verificamos que 14 pacientes obesos, com os quais fomos capazes de mensurar corretamente os parâmetros do IOS, não conseguiram executar manobras expiratórias forçadas adequadas durante o teste de espirometria.

Zerah et al.( 5 ) analisaram os volumes pulmonares e a mecânica respiratória por pletismografia de 46 indivíduos de ambos os sexos, sem história de doença pulmonar, e observaram um aumento na resistência das vias aéreas e uma redução dos volumes pulmonares em indivíduos com IMC ≥ 30 kg/m2. Oliveira et al.( 4 ) também observaram um aumento na resistência das vias aéreas de 25 obesos em comparação com 25 indivíduos não obesos, avaliados pelo IOS. Ambos os grupos de autores, no entanto, não estratificaram os pacientes pelo IMC, como no presente estudo, que indicou que essas mudanças ocorrem de forma proeminente nos indivíduos mais obesos, com IMC ≥ 40 kg/m2. Nós também diferenciamos a Rsr central da Rsr periférica, que mostrou claramente a contribuição das pequenas vias aéreas para a limitação do fluxo de ar nesses pacientes, demonstrado pelo aumento da Fres e da Rsr periférica.

A Fres e a Rsr periférica medidas pelo IOS, consideradas marcadores de pequenas vias aéreas,( 25 - 27 ) podem detectar o aumento da Rsr periférica.( 16 ) Friedman et al.,( 28 ) avaliando os dados do IOS obtidos em residentes ou em trabalhadores expostos à tragédia do World Trade Center, observaram um aumento da Rsr total e da Rsr periférica, que foi associado com uma maior exposição a poeira e fumaça e com sintomas do trato respiratório inferior.

Em asmáticos leves e moderados, Yamaguchi et al.( 29 ) foram capazes de mostrar uma redução na Rsr periférica após o tratamento de 12 semanas com dipropionato de beclometasona inalatório de partículas ultrafinas (hidrofluoralcano); entretanto, não foram observadas alterações no FEF25-75%. Esses achados sugerem que o IOS pode ser uma medida mais sensível da resposta à intervenção na asma, bem como na DPOC.( 30 )

A Xsr é um conceito complexo e incorpora propriedades de retração elástica pulmonar. Tem sido correlacionada (a baixas frequências) com a obstrução das vias aéreas periféricas. Em baixas frequências o pulmão distende passivamente, há uma maior complacência, menor pressão de recolhimento elástico e menor Xsr.( 13 ) A Xsr a 5 Hz expressa a Xsr como um todo, e seu valor é reduzido em pacientes com doença pulmonar restritiva e da parede torácica.( 13 , 16 ) A análise comparativa no presente estudo mostrou uma redução significativa na Xsr também nos indivíduos obesos dos grupos OG e OM, refletindo a associação entre a obesidade e a redução da Xsr, visto que nenhum participante apresentou anormalidades em radiografia torácica ou história de doença do colágeno.

Nossos resultados mostram que indivíduos com IMC ≥ 40 kg/m2 podem ter valores normais nos parâmetros da espirometria, mas apresentam uma mudança significativa em sua mecânica respiratória, detectada pelo IOS. A redução do volume pulmonar, devido à interdependência das estruturas teciduais, diminui o diâmetro das pequenas vias aéreas, elevando a resistência dessas vias de condução. Logo, a obstrução real corrigida para o volume poderá ser observada, em pesquisas futuras, associando os dados obtidos com o IOS com o volume residual e a capacidade residual funcional obtidos através da pletismografia.

Nesse contexto, a relevância clínica do IOS torna-se evidente, pois é um método não invasivo, preciso e que permite avaliar alterações na mecânica respiratória (Rsr e Xsr) a serem detectadas em estágios iniciais da doença. Os achados mostram a importância de traçar planos terapêuticos com o objetivo de reduzir a resistência de vias aéreas e, assim, melhorar a função pulmonar em indivíduos obesos, sobretudo quando há a presença de sintomas respiratórios. Além disso, o IOS é um teste alternativo para avaliar pacientes que não são capazes de executar corretamente as manobras respiratórias necessárias na espirometria e na pletismografia.