Lung function and left ventricular hypertrophy in morbidly obese candidates for bariatric surgery.

OBJECTIVE: To look for correlations between lung function and cardiac dimension variables in morbidly obese patients, in order to test the hypothesis that the relative size of the small airways is independently correlated with left ventricular hypertrophy.
METHODS: This was a retrospective study involving 192 medical records containing a clinical protocol employed in candidates for bariatric surgery between January of 2006 and December of 2010.
RESULTS: Of the 192 patients evaluated, 39 (10 males and 29 females) met the inclusion criteria. The mean BMI of the patients was 49.2 ± 7.6 kg/m2, and the mean age was 35.5 ± 7.7 years. The FEF25-75/FVC, % correlated significantly with left ventricular posterior wall thickness and relative left ventricular posterior wall thickness, those correlations remaining statistically significant (r = -0.355 and r = -0.349, respectively) after adjustment for weight, gender, and history of systemic arterial hypertension. Stepwise multivariate linear regression analysis showed that FVC and FEV1 were the major determinants of left ventricular mass (in grams or indexed to body surface area).
CONCLUSIONS: A reduction in the relative size of the small airways appears to be independently correlated with obesity-related cardiac hypertrophy, regardless of factors affecting respiratory mechanics (BMI and weight), gender, or history of systemic arterial hypertension. However, FEV1 and FVC might be important predictors of left ventricular mass in morbidly obese individuals.

INTRODUCTION

Obesity is an isolated risk factor for cardiovascular disease; it can lead to cardiac hypertrophy followed by dilated cardiomyopathy, predisposing to fatal arrhythmias. ( 1 ) Obesity also causes organ-specific changes, which are due to a direct mechanical effect of the adipose tissue or occur systemically through humoral mediators and metabolic adjustments that change heart hemodynamics and geometry, as well as possibly lung function.( 1 - 3 )

A recent epidemiological study( 4 ) found a relationship between lung function and left ventricular mass (LVM), although the relationship differed between genders. Functional effects of obesity that are associated with being male or female are common in pulmonary function testing, since fat concentrated in the chest (android obesity) could lead to deeper changes in lung function than could fat concentrated in the hips (gynecoid obesity). In contrast, another study, which had a case-control design and involved children with and without metabolic syndrome, found no relationship between lung function and LVM.( 5 )

Recent evidence suggests that inflammatory mediators act independently of confounding variables on cardiac remodeling in obese individuals,( 2 , 6 ) as well as on lung function,( 7 , 8 ) primarily at the level of the small airways. In contrast, there is evidence of purely mechanical cardiopulmonary effects, with no effect of inflammatory mediators,( 9 , 10 ) or an interaction of mechanical and inflammatory factors in cases of lung function and asthma associated with obesity.( 11 )

Therefore, the primary objective of this exploratory study was to look for correlations between lung function and cardiac dimension variables, in order to test the hypothesis that regardless of being a purely mechanical or gender-related factor, the relative size of the small airways (dysanapsis), as measured indirectly by the ratio of FEF25-75% to FVC (FEF25-75/FVC, %), is correlated with left ventricular hypertrophy (remodeling), since the small airways are especially susceptible to mechanical-inflammatory interactions and bronchial hyperreactivity. Similarly, we aimed to determine the degree of association between lung function and ventricular mass in the study population, with the goal of guiding future studies related to common mechanisms of cardiac and pulmonary impairment in morbid obesity. To the best of our knowledge, based on our review of currently available databases (Bireme, SciELO, PubMed, Cochrane Library, and Google Academic), this is the first study to investigate this relationship in morbidly obese individuals.

METHODS

We planned this study based on secondary data obtained from a bariatric surgery outpatient clinic, which is a state referral center for this type of surgery. In this retrospective study, we reviewed the medical records of all obese individuals who were candidates for bariatric surgery between January of 2006 and December of 2010, with the total number of individuals being 192. Individuals underwent a standardized clinical assessment, which was based on an instrument designated "clinical assessment form for obese patients" (a protocol at the department of bariatric surgery), in which detailed information was obtained on anthropometric parameters, degree of obesity, comorbidities, and pressure levels, among other clinical data and relevant tests, assessed by physicians, nutritionists, and nurses working in that department.

The aim of the medical record review was to systematically collect the following clinical data on and test results for morbidly obese individuals (BMI ≥ 40 kg/m2)( 12 ): (i) anthropometry; (ii) simple spirometry; (iii) M-mode echocardiography; (iv) reporting of bronchial asthma (diagnosis and/or treatment); (v) reporting of current or former smoking; and (vi) reporting (diagnosis and/or treatment) of systemic arterial hypertension (SAH). Asthma was defined as reporting of a current or prior medical diagnosis. Current or former smoking refers to a longer than 1-year history of smoking, regardless of the number of pack-years. SAH was defined as a current drug treatment for SAH or at least two arterial blood pressure measurements ≥ 140/90 mmHg. Data on the forms, as well as test results, were only accepted if they had been properly recorded within 1 year before surgery. Only 45 patients met all of the above inclusion criteria, of whom 3 were excluded because of an echocardiographic report of acoustic window impairment caused by obesity and 3 were excluded because they did not meet the spirometry quality criteria. The main reasons for exclusion of the remaining cases were not being diagnosed with morbid obesity (136 individuals) and being a morbidly obese patient with no spirometric data (4 individuals), no echocardiographic data (5 individuals), or neither (2 individuals).

Anthropometric data were obtained by using a stadiometer and a scale for obese individuals, and BMI was calculated by the formula weight/height2 (in kg/m2). Waist circumference values were not collected, since such values were lacking in many cases. The study was approved by the Human Research Ethics Committee of the Federal University of Mato Grosso do Sul and was in compliance with the Declaration of Helsinki.

Spirometry with forced expiratory maneuver was performed in the pulmonary function section of the department of pulmonology of the university. All tests met the acceptability criteria established in the Brazilian guidelines for pulmonary function testing,( 13 ) and values were corrected to body temperature, pressure saturated. All tests were performed with a Vitatrace VT 130 spirometer (Pró Médico Ltda., Rio de Janeiro, Brazil), with individuals in a sitting position and wearing a nose clip. The equipment was always calibrated in the morning, in accordance with the manufacturer instructions, and the tests were always conducted by one of two trained spirometry technicians belonging to the department of pulmonology. At least three acceptable maneuvers were always performed, and instantaneous flow was expressed as that obtained from the one maneuver with the highest sum of FVC (in L) and FEV1 (in L/min). The reference values used were those of Pereira et al.,( 14 ) and the mean ± SD of the study population was recorded.

Echocardiography was performed by two cardiologists, who used a Nemio 17-2005 echocardiograph (Toshiba, Tokyo, Japan). Those two cardiologists, one of whom is one of the present authors, work specifically in the echocardiography section of the hospital. For the purposes of this study, only data acquired in M-mode were collected; left ventricle end-diastolic volume (LVDV) and LV end-systolic volume (LVSV) were indirectly measured using the Teicholz formula, and LVM was calculated using the formula by Devereux et al.( 15 ) The measurements were obtained from parasternal LV cross-sections at the level of the papillary muscles. Left atrial (LA) dimensions, LV end-diastolic diameter (LVDD), and LV end-systolic diameter (LVSD) were also measured. We used as criteria for LVM indexation both height to the power of 1.7 (LVM/m1.7), which is a criterion recommended for obese individuals, and height squared (LVM/m2). Relative LV posterior wall thickness (RLVPWT) was obtained by dividing LV posterior wall thickness (LVPWT) by LVDD.

The results are expressed as mean ± SD or frequency. Our sample size calculation (PASS software, version 11; NCSS LLC, Kaysville, UT, USA) showed that 40 individuals would be enough to provide a power of 80% for a significant correlation coefficient of 0.40 at α = 0.05 (FEF25-75/FVC, % vs. LVM/LVPWT/RLVPWT). For multiple linear regression analysis (based on LVM), 40 individuals would be necessary to provide a power of 98% and an r2 = 0.37, in a model with four independent variables (weight, FEV1, FVC, and FEF25-75/FVC, %). The categorical variables reporting of smoking, reporting of asthma, and reporting of SAH were also computed, and gender and reporting of SAH were coded as a binary variable for purposes of statistical adjustment. Correlations between various spirometric and echocardiographic variables were assessed by Pearson's correlation test. Only LVM and LVPWT required log transformation to fit a normal distribution. The relationship between reporting of asthma (diagnosis and/or treatment) or current/former smoking and FEF25-75/FVC, %, below or above the lower limit of the normal range, was assessed by Fischer's exact test. The relationship between FEF25-75/FVC, % and LVPWT/RLVPWT was tested by partial correlation analysis, adjusted for weight, gender, and SAH, which are traditionally the most important determinants of LV hypertrophy in obesity. In order to determine which variable would be the best predictor of LVM (dependent variable), we tested a stepwise multivariate linear regression model, in which the independent variables were only the variables showing a significant correlation (p < 0.05) with LVM, whether indexed or not. For all calculations and graphs, we used the IBM SPSS Statistics software package, version 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, USA). Results were considered significant at the level of p ≤ 0.05.

RESULTS

Of the 45 patients for whom all data were originally available for inclusion, 6 were excluded because of reported failures in M-mode echocardiography or in pulmonary function testing, which did not meet quality criteria. The anthropometric and demographic data of the 39 patients included in the study are shown in Table 1. Females predominated in the study (74.3%), the mean age of the participants was 35.5 ± 7.7 years, and 8 participants were considered super-obese (BMI > 55 kg/m2). Asthma and ever smoking were reported by 7 and 6 individuals, respectively. SAH (diagnosis and/or treatment) was reported to be present in 21 individuals (54%). Only 1 individual reported both asthma and smoking. The main spirometric and echocardiographic parameters are shown in Table 2. The mean spirometric values were above 80% of predicted. The mean values of LA diameter, LVM, and LVM/m2 were increased relative to normal mean values for the Brazilian population.( 16 )

Table 1.

Characteristics of the individuals included in the study (N = 39).a

Characteristic	Result
Age, years	35.5 ± 7.7
Height, cm	163.1 ± 9.1
Weight, kg	131.4 ± 25.9
BMI, kg/m2	49.2 ± 7.6
BS, m2	2.3 ± 0.3
Gender (M/F), n/n	10/29
Asthma (Y/N), n/n	7/32
Smoking (Y/N), n/n	6/33
SAH (Y/N), n/n	21/18

BS: body surface; M: male; F: female; Y: yes; N: no; and SAH: systemic arterial hypertension. aValues expressed as mean ± SD, except where otherwise indicated.

Table 2.

Spirometric and echocardiographic parameters (N = 39).

Parameter	Result
Spirometry
FEV1, L	2.8 ± 0.6
FEV1, % predicted	87.9 ± 11.8
FVC, L	3.4 ± 0.8
FVC, % predicted	88.4 ± 11.7
FEV1/FVC, %	83.1 ± 6.4
FEF25-75/FVC, %	99.5 ± 30.2
Echocardiography
LA, mm	36.2 ± 4.1
ST, mm	11.6 ± 4.4
LVPWT, mm	10.7 ± 2.3
RLVPWT	0.2 ± 0.1
LVDD, mm	48.2 ± 4.1
LVSD, mm	29.6 ± 3.7
LVDV, mL	108.9 ± 21.7
LVSV, mL	34.9 ± 11.2
LVM, g	248.3 ± 84.9
LVM, g/m1.7	106.7 ± 30.4
LVM, g/m2	92.1 ± 26.1

LA: left atrium; ST: septal thickness; LVPWT: left ventricular posterior wall thickness; RLVPWT: relative left ventricular posterior wall thickness; LVDD: left ventricular end-diastolic diameter; LVSD: left ventricular end-systolic diameter; LVDV: left ventricular end-diastolic volume; LVSV: left ventricular end-systolic volume; and LVM: left ventricular mass.

The various correlations between the echocardiographic and spirometric variables are shown in Table 3. No correlation was found between BMI and any of the spirometric variables studied. Chief among the significant correlations is the weak direct relationship between BMI and the variables LVDD(r = 0.359; p < 0.05), LVSD (r = 0.387; p < 0.05), LVDV (r = 0.387; p < 0.05), and LVSV (r = 0.425; p < 0.01). A moderate inverse correlation was found between FEF25-75/FVC, % and the variables of LV remodeling (Table 3) in the univariate analysis, and this correlation remained statistically significant for LVPWT (r = −0.355; p < 0.05) and RLVPWT (r = −0.349; p < 0.05) even after adjustment for weight, gender, and SAH (Figures 1A and 1B, respectively). The correlation between indexed LVM (in g/m1.7) and FEF25-75/FVC, % was borderline for statistical significance (p = 0.05; Figure 1C). Interestingly, FEF25-75/FVC, % did not correlate with the variables of LV internal diameter or LV volume. No correlation was found between FEF25-75% and any of the echocardiographic variables. Fischer's exact test showed no statistically significant association between FEF25-75/FVC, %, below or above the lower limit of the normal range, and reporting of asthma or smoking (p > 0.05 for both).

Table 3.

Univariate correlations of anthropometric and spirometric variables with transthoracic echocardiography variables (M-mode) in the sample as a whole (N = 39).

Parameter	LV hypertrophy	LV diameter/volume
	LVM, g	LVM, g/m2	LVM, g/m1.7	ST, mm	LVPWT, mm	RLVPWT	LA, mm	LVEDD, mm	LVESD, mm	LVEDV, mL	LVESV, mL
Anthropometry
BMI, kg/m2	0.175	0.192	0.227	0.078	0.092	−0.046	0.069	0.359*	0.387*	0.387*	0.425‡
Weight, kg	0.476†	0.293	0.312	0.160	0.360*	0.169	0.380*	0.447†	0.476†	0.455‡	0.556‡
Spirometry
FEV1, L	0.590‡	0.388*	0.401*	0.162	0.389*	0.212	0.473†	0.406†	0.388*	0.386*	0.488‡
FEV1, % predicted	0.147	0.232	0.154	0.110	−0.029	−0.102	0.015	0.217	0.196	0.238	0.162
FVC, L	0.584†	0.346*	0.380*	0.164	0.429‡	0.264	0.513‡	0.365*	0.315	0.366*	0.418†
FVC, % predicted	0.087	0.159	0.256	0.071	−0.017	−0.061	0.019	0.133	0.048	0.194	0.038
FEV1/FVC, %	0.003	0.077	0.040	−0.002	−0.114	−0.145	−0.082	0.118	0.197	0.047	0.167
FEF25-75/FVC, %	−0.397*	−0.275	−0.318†	−0.054	−0.453‡	−0.404‡	−0.168	0.009	0.041	−0.057	−0.020

LV: left ventricular; LVM: LV mass; ST: septal thickness; LVPWT: LV posterior wall thickness; RLVPWT: relative LV posterior wall thickness; LA: left atrium; LVDD: LV end-diastolic diameter; LVSD: LV end-systolic diameter; LVDV: LV end-diastolic volume; and LVSV: LV end-systolic volume. *p < 0.05; †p = 0.05; ‡p < 0.01.

Figure 1.

Correlation of FEF25-75/FVC, %, adjusted for the variables weight, gender, and systemic arterial hypertension, with left ventricular posterior wall thickness, in A; with relative left ventricular posterior wall thickness, in B; and with left ventricular mass adjusted for body size in obese individuals, in C.

Stepwise multiple linear regression analysis (Table 4) showed that the variation in LVM among morbidly obese individuals is better predicted by FVC (in L), which explained 36.9% (p < 0.0001) of the variation in LVM in the study population. The best predictor of LVM indexed to height squared and LVM indexed to height to the power of 1.7 was FEV1 (in L/min; p < 0.05 for both; Table 4).

Table 4.

Stepwise multiple linear regression for the dependent variable left ventricular mass (in grams or indexed to body surface area; N = 39).

Dependent variable	Predictor variable	Beta	95% CI	Adjusted R2	p
LVM, g	FVC, L	0.60	0.43-1.13	0.369	< 0.001
LVM, g/m2	FEV1, L/min	0.38	0.29-2.8	0.126	< 0.05
LVM, g/m1.7	FEV1, L/min	0.40	0.2-1.3	0.161	< 0.05

LVM: left ventricular mass.

DISCUSSION

This retrospective study shows there is an independent association between the relative size of the small airways (FEF25-75/FVC,%) and echocardiographic parameters of ventricular hypertrophy in morbidly obese individuals. In addition, FVC (in L) and FEV1 (in L/min) were found to be important predictors of LVM in grams or indexed to body surface area.

Both LVM and LV internal diameters are increased in obesity, regardless of SAH.( 17 ) In our study, we found no relationship of BMI with LVM in grams or indexed to body surface area or with LVPWT, but we found a relationship of BMI with LV internal diameters and LV volumes, which is consistent with the literature. ( 2 , 17 ) This positive association is likely to be due to increased preload and increased cardiac output, causing ventricular dilatation, which could later progress to LV remodeling.( 18 )

The literature shows inconsistent associations between BMI and spirometric results, with some studies showing an association( 19 ) and others not showing any.( 20 ) This is probably due to differences in gender ratio among studies, since the android type of obesity favors the correlation between BMI and lung function, unlike the gynecoid phenotype, which does not produce excessive accumulation of fat mass in the chest. In our study, females predominated (74%), which partly explains the lack of correlation between any spirometric variable and BMI.

The relationships of FVC, FEV1, and FEF25-75% with LVM and LVPWT have been studied in (non-obese) elderly individuals with cardiovascular disease, and the results differ among studies in regard to the direction of the correlation, with correlations being positive( 21 ) or negative,( 22 ) which more strongly reflects loss of lung function associated with advanced age and with the effects of SAH and pulmonary hypertension, as well as with the pulmonary restrictive effects of cardiomegaly. One study( 4 ) showed an inverse relationship between LVM and FVC in nonsmoking females and a direct relationship between LVM and FVC in nonsmoking males under 60 years of age. The fact that most of our sample consists of females (74%) suggests that, in morbidly obese individuals, the direction of the correlation may be different for some lung function variables.

FEF25-75/FVC, % is a measure that corrects to some extent for the large variability found in FEF25-75% alone and reflects changes predominantly in the small airways, being adjusted for lung size on the basis of FVC.( 17 ) The correlations of FEF25-75/FVC, % with LVM indexed to body surface area (in g/m1.7) and with LVPWT/RLVPWT, correlations that remained after adjustment for weight, gender, and SAH, possibly reflect the direct mechanical effects of obesity, but may also suggest that there are other independent (inflammatory or lipotoxic) mechanisms.

Since research on the subject is scarce, there is limited evidence that the small airways are independently affected by obesity, as has been reported in nonsmoking males.( 23 ) The hypotheses raised in that study( 23 ) include an increase in blood volume in obese individuals, causing bronchial vessel congestion; the presence of increased levels of very-low-molecular-weight lipoproteins, which could trigger the release of histamine; and altered lipoprotein metabolism in obesity, which could elicit and amplify these effects.

Recent data in the literature also indicate that obesity is characterized by hyperresponsiveness to methacholine, predominantly in the small airways,( 24 ) and that this hyperresponsiveness correlates better with FEF25-75/FVC, %.( 25 ) On this point, a recent study suggests that groups of obese individuals with hyperresponsiveness are associated with greater LVM.( 26 ) Small airway hyperresponsiveness in obese individuals also could be partially explained by dysanapsis (which is assessed indirectly by FEF25-75/FVC, %), a term coined by Green et al.( 27 ) to explain the large interindividual variability in airway size, regardless of lung parenchyma size. An important predictor of LVM, BMI correlated directly with cardiac size and mass in several studies, although lean body mass remains a better predictor of LVM. ( 2 , 28 , 29 ) This retrospective study found no correlations between BMI and LVM (in grams or indexed to body surface area), which is in agreement with another study,( 30 ) and this is possibly due to differences in obesity phenotypes, prevalence of SAH, and number of individuals studied.

Of note in our study is the fact that FVC (in L) was the best predictor of variation in LVM (in g), explaining 37% of this variation in the study population, which suggests that reduced lung volume may be an important variable in establishing a predictive model for LVM in obese individuals in future studies. In turn, LVM correlates with cardiovascular morbidity and mortality.

Among the limitations of our study is the fact that our sample was small, consisting of candidates for bariatric surgery, was limited by the criterion of including only morbidly obese and super-obese individuals, and was based on criteria that were unclear in the medical charts, such as the diagnosis of asthma or SAH. In addition, data on diabetes were not collected, although the relationship between diabetes and LVM is inconsistent in the literature. Other important limitations were the limited acoustic window in the analysis of M-mode echocardiographic variables in obese individuals and the lack of a specific, standardized protocol for M-mode echocardiography, since we did not obtain data on inter-rater agreement for the two echocardiographers. In this regard, because this was a retrospective study, we sought not to use echocardiographic data for which accuracy is significantly decreased by the effects of obesity on the acoustic window, such as ejection fraction and Doppler echocardiography data.

We therefore conclude that the small airways in morbidly obese individuals have a correlation with cardiac hypertrophy, regardless of usual anthropometric variables, gender, or SAH. This study reveals that factors other than mechanical and/or hemodynamic limitations imposed by increased body mass may be important in the joint changes seen in the small airways and in cardiac hypertrophy. In addition, further studies are needed to examine the impact that lung function parameters have on predictive equations for LVM in obese individuals.

INTRODUÇÃO

A obesidade é um fator de risco isolado para as doenças cardiovasculares, podendo levar a hipertrofia cardíaca seguida de miocardiopatia dilatada, predispondo a arritmias fatais.(1) A obesidade também provoca alterações órgão-específicas, causadas por efeito mecânico direto do tecido adiposo, ou, sistemicamente, através de mediadores humorais e ajustes metabólicos que alteram a hemodinâmica e a geometria cardíaca, assim como, possivelmente, a função pulmonar.( 1 - 3 )

Um estudo epidemiológico recente( 4 ) encontrou uma relação entre função pulmonar e massa ventricular esquerda (MVE), ainda que diferente entre os sexos. Efeitos funcionais da obesidade associados ao sexo masculino ou feminino são comuns no estudo da função pulmonar, pois uma obesidade concentrada no tórax (obesidade androide) poderia levar a alterações mais profundas na função pulmonar do que um tipo de obesidade mais acentuada no quadril (obesidade ginecoide). Outro estudo, ao contrário, com desenho caso-controle em crianças com e sem síndrome metabólica, não encontrou relação entre função pulmonar e MVE.( 5 )

Evidências recentes sugerem a ação de mediadores inflamatórios de forma independente de variáveis de confusão no remodelamento cardíaco em obesos,(2,6) e também de forma independente sobre a função pulmonar,(7,8) principalmente ao nível das pequenas vias aéreas. Ao contrário, existem evidências de efeitos puramente mecânicos cardiopulmonares, sem efeito de mediadores inflamatórios,(9,10) ou uma interação de fatores mecânicos e inflamatórios no caso de função pulmonar e asma associada à obesidade.( 11 )

Assim, o objetivo principal do presente estudo exploratório foi verificar a existência de correlações entre variáveis de função pulmonar e de dimensões cardíacas, buscando testar a hipótese de que o tamanho relativo das pequenas vias aéreas (dysanapsis), mensurado indiretamente pela razão do FEF25-75% com a CVF (FEF25 75/CVF, %), correlaciona-se com hipertrofia cardíaca esquerda (remodelamento) independente de ser um fator meramente mecânico ou de sexo, pois as pequenas vias aéreas são especialmente susceptíveis a interações mecânico-inflamatórias e à hiper-reatividade brônquica. No mesmo sentido, objetivamos conhecer o grau de associação entre função pulmonar e massa ventricular na população estudada, orientando futuros estudos relacionados aos mecanismos comuns de comprometimento cardíaco e pulmonar na obesidade mórbida. Até o melhor que pudemos averiguar nas bases de dados atualmente à disposição (Bireme, SciELO, PubMed, Cochrane Library e Google Acadêmico), este é o primeiro estudo a investigar essa relação em obesos mórbidos.

MÉTODOS

Planejamos o presente estudo com base em dados secundários de um ambulatório de cirurgia bariátrica, referência estadual para esse tipo de cirurgia. No presente estudo retrospectivo, foram revisados os prontuários de todos os indivíduos obesos candidatos à cirurgia bariátrica entre janeiro de 2006 e dezembro de 2010, totalizando 192 indivíduos. Os indivíduos se submetiam a uma avaliação clínica padronizada, baseada em um instrumento denominado "ficha clínica de avaliação de obesos" (protocolo do serviço de cirurgia bariátrica), no qual eram detalhados parâmetros antropométricos, grau de obesidade, comorbidades e níveis pressóricos, entre outros dados clínicos e exames relevantes, avaliados por médicos, nutricionistas e enfermeiras dedicados ao serviço.

A revisão dos prontuários visou coletar os seguintes dados clínicos e de exames, de maneira sistemática, em indivíduos com obesidade mórbida (IMC ≥ 40 kg/m2)( 12 ): (i) antropometria; (ii) espirometria simples; (iii) ecocardiografia modo M; (iv) relato de asma brônquica (diagnóstico e/ou tratamento); (v) relato de tabagismo atual ou passado; e (vi) relato (diagnóstico e/ou tratamento) de hipertensão arterial sistêmica (HAS). A asma foi definida como o relato de diagnóstico médico atual ou prévio. O tabagismo atual ou prévio refere-se à história de tabagismo por mais de um ano, independente de carga tabágica. A HAS foi definida como o tratamento atual medicamentoso para HAS ou como pelo menos duas medidas de pressão arterial ≥ 140/90 mmHg. Os dados da ficha e os resultados dos exames só eram aceitos se estivessem dentro do prazo de até um ano antes da cirurgia e estivessem adequadamente preenchidos. Somente 45 pacientes preencheram todos os critérios de inclusão citados acima, sendo que foram excluídos 3 casos com laudo ecocardiográfico declarando janela acústica prejudicada pela obesidade e 3 casos que não preencheram os critérios adequados de qualidade para a espirometria. As principais causas de exclusão dos demais casos foram não ser diagnosticado com obesidade mórbida (em 136 indivíduos), assim como não haver dados sobre espirometria (em 4), ecocardiograma (em 5) ou dos dois exames (em 2) em pacientes com obesidade mórbida.

Os dados antropométricos foram coletados em estadiômetro e balança apropriada para obesos, sendo que o IMC foi obtido pela equação peso/altura2 (em kg/m2). Os valores de circunferência abdominal não foram coletados, pois estavam ausentes em muitos casos. O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa em Seres Humanos da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, estando de acordo com a declaração de Helsinki.

A espirometria com manobra expiratória forçada foi realizada no setor de função pulmonar da disciplina de pneumologia da universidade. Todos os testes preencheram os critérios de aceitabilidade das diretrizes brasileiras de função pulmonar(13) e tiveram os valores corrigidos para body temperature, pressure saturated. Os exames foram realizados em um espirômetro Vitatrace VT 130 (Pró Médico Ltda., Rio de Janeiro, Brasil), com os indivíduos em posição sentada e utilizando um clip nasal, e o equipamento foi calibrado sempre pela manhã, conforme as instruções do fabricante, e realizados sempre por uma de duas técnicas treinadas em espirometria pertencentes ao serviço de pneumologia. Eram sempre realizadas pelo menos três manobras aceitáveis, e o resultado de fluxos instantâneos foi expresso como aquele obtido do exame com a maior soma da CVF (em l) e VEF1 (em l/min). Os valores de referência para a população brasileira foram aqueles de Pereira et al.,(14) sendo registrado o valor médio ± dp da população estudada.

O ecocardiograma foi realizado com ecocardiógrafo Nemio 17-2005 (Toshiba, Tóquio, Japão) por dois médicos cardiologistas com área de atuação específica do setor de ecocardiografia do hospital, incluindo um dos autores. Para a finalidade do presente estudo, foram coletados somente os dados obtidos pelo modo unidimensional (modo M), sendo que tanto o volume diastólico final do ventrículo esquerdo (VDVE) como o volume sistólico final do VE (VSVE) foram medidos indiretamente pela fórmula de Teicholz, e a MVE foi calculada usando a fórmula de Devereux et al.( 15 ) As mensurações foram obtidas por cortes paraesternais transversais do VE ao nível dos músculos papilares. Também foram mensuradas as dimensões de átrio esquerdo (AE), diâmetro diastólico final de VE (DDVE) e diâmetro sistólico final de VE (DSVE). Usamos como critérios para a indexação do valor da MVE tanto a altura elevada à potência de 1,7 (MVE/m1,7), um critério recomendado para obesos, como a indexação da MVE ao quadrado da altura (MVE/m2). A espessura relativa da parede posterior do VE (ERPPVE) foi obtida pela divisão da espessura da parede posterior do VE (EPPVE) pelo DDVE.

Os resultados foram expressos como média ± dp ou frequência. Utilizando um cálculo amostral no programa PASS, versão 11 (NCSS LLC, Kaysville, UT, EUA), demonstramos que 40 indivíduos seriam suficientes para fornecem um poder de 80% para um coeficiente de correlação significativo de 0,40 a um nível a = 0,05 (FEF25-75/CVF, % vs. MVE/EPPVE/ERPPVE). Para a análise de regressão linear múltipla (com base na MVE), seriam necessários 40 indivíduos para um poder de 98% e um r2 = 0,37, assumindo quatro variáveis independentes no modelo (peso, VEF1, CVF e FEF25-75/CVF, %). As variáveis categóricas de relato de tabagismo, asma e HAS também foram computadas, sendo que sexo e relato de HAS foram codificados como uma variável binária para efeitos de ajuste estatístico. Foram realizados cálculos de correlações entre diversas variáveis de espirometria simples e ecocardiográficas pelo teste de correlação de Pearson. Somente as variáveis MVE e EPPVE precisaram ser transformadas em log para assumir distribuição normal. A relação entre diagnóstico e/ou tratamento relatado para asma ou tabagismo atual/passado e FEF25-75/CVF, %, abaixo ou acima do limite inferior da normalidade, foi calculada pelo teste exato de Fischer. A relação entre FEF25-75/CVF, % e EPPVE/ERPPVE foi testada por correlação parcial, ajustada para peso, sexo e HAS, que são tradicionalmente os determinantes mais importantes da hipertrofia de VE na obesidade. Para testar qual variável seria a melhor preditora da MVE (variável dependente), testamos um modelo de regressão linear multivariada stepwise, tendo como variáveis independentes somente as variáveis cuja correlação foi significativa (p < 0,05) em associação com a MVE, indexada ou não. Para todos os cálculos e gráficos utilizamos o programa estatístico IBM SPSS Statistics, versão 20.0 (IBM Corp., Armonk, NY, EUA). Os resultados foram considerados significativos ao nível de p ≤ 0,05.

RESULTADOS

Dos 45 pacientes originais que continham todos os dados para inclusão, 6 foram excluídos porque apresentavam falhas relatadas no ecocardiograma modo M ou no teste de função pulmonar, sem preencher critérios de qualidade. Os dados antropométricos e demográficos dos 39 pacientes incluídos no estudo são mostrados na Tabela 1. O sexo feminino foi predominante no estudo (74,3%), e a média de idade dos participantes foi de 35,5 ± 7,7 anos, sendo 8 considerados superobesos (IMC > 55 kg/m2). Asma e tabagismo em algum momento na vida foram relatados por 7 e 6 indivíduos, respectivamente. O relato de HAS (diagnóstico e/ou tratamento) estava presente em 21 indivíduos (54%). Apenas 1 indivíduo apresentou relato de asma e tabagismo concomitante. Os principais parâmetros espirométricos e ecocardiográficos são mostrados na Tabela 2. O valor médio das variáveis espirométricas ficou acima de 80% do previsto. Os valores médios de diâmetro de AE, MVE e MVE/m2 estavam aumentados em relação a valores médios normais para a população brasileira.( 16 )

Tabela 1.

Características dos indivíduos incluídos no estudo (N = 39).a

Características	Resultados
Idade, anos	35,5 ± 7,7
Altura, cm	163,1 ± 9,1
Peso, kg	131,4 ± 25,9
IMC, kg/m2	49,2 ± 7,6
SC, m2	2,3 ± 0,3
Sexo (M/F), n/n	10/29
Asma (S/N), n/n	7/32
Tabagismo (S/N), n/n	6/33
HAS (S/N), n/n	21/18

SC: superfície corporal; M: masculino; F: feminino; S: sim; N: não; e HAS: hipertensão arterial sistêmica.aValores expressos em média ± dp, exceto onde indicado.

Tabela 2.

Parâmetros espirométricos e ecocardiográficos (N = 39).

Parâmetros	Resultados
Espirométricos
VEF1, l	2,8 ± 0,6
VEF1, % previsto	87,9 ± 11,8
CVF, l	3,4 ± 0,8
CVF, % previsto	88,4 ± 11,7
VEF1/CVF, %	83,1 ± 6,4
FEF25-75/CVF, %	99,5 ± 30,2
Ecocardiográficos
AE, mm	36,2 ± 4,1
ES, mm	11,6 ± 4,4
EPPVE, mm	10,7 ± 2,3
ERPPVE	0,2 ± 0,1
DDVE, mm	48,2 ± 4,1
DSVE, mm	29,6 ± 3,7
VDVE, ml	108,9 ± 21,7
VSVE, ml	34,9 ± 11,2
MVE, g	248,3 ± 84,9
MVE, g/m1,7	106,7 ± 30,4
MVE, g/m2	92,1 ± 26,1

AE: átrio esquerdo; ES: espessura do septo; EPPVE: espessura da parede posterior do ventrículo esquerdo; ERPPVE: espessura relativa da parede posterior do ventrículo esquerdo; DDVE: diâmetro diastólico final do ventrículo esquerdo; DSVE: diâmetro sistólico final do ventrículo esquerdo; VDVE: volume diastólico final do ventrículo esquerdo; VSVE: volume sistólico final do ventrículo esquerdo; e MVE: massa ventricular esquerda.

As diversas correlações entre as variáveis ecocardiográficas e espirométricas são mostradas na Tabela 3. O IMC não se correlacionou com qualquer variável espirométrica estudada. Entre as correlações significativas, destacamos a relação direta e fraca entre o IMC e as variáveis DDVE (r = 0,359; p < 0,05), DSVE (r = 0,387; p < 0,05), VDVE (r = 0,387; p < 0,05) e VSVE (r = 0,425; p < 0,01). A FEF25-75/CVF, % apresentou correlação inversa e moderada com as variáveis de remodelamento de VE (Tabela 3) na análise univariada, mantendo a significância estatística mesmo após ajuste para peso, sexo e HAS, para EPPVE (r = −0,355; p < 0,05) e ERPPVE (r = −0,349; p < 0,05; Figuras 1A e 1B, respectivamente). A correlação entre MVE indexada (em g/m1,7) e FEF25-75/CVF, % foi limítrofe para significância estatística (p = 0,05; Figura 1C). De modo interessante, a FEF25-75/CVF, % não se correlacionou com as variáveis de diâmetro interno e de volume de VE. O FEF25-75% não apresentou correlação com qualquer variável ecocardiográfica. O teste exato de Fischer não mostrou associação estatisticamente significativa entre o valor de FEF25-75/CVF, % abaixo ou acima do limite inferior de normalidade e relato de asma ou tabagismo (p > 0,05 para ambos).

Tabela 3.

Correlações univariadas das variáveis antropométricas e espirométricas com as variáveis de ecocardiografia transtorácica (modo M) na amostra total (N = 39).

Parâmetros	Hipertrofia de VE	Diâmetro/volume de VE
	MVE, g	MVE, g/m2	MVE, g/m1,7	ES, mm	EPPVE, mm	ERPPVE	AE, mm	DDVE, mm	DSVE, mm	VDVE, ml	VSVE, ml
Antropométricos
IMC, kg/m2	0,175	0,192	0,227	0,078	0,092	−0,046	0,069	0,359*	0,387*	0,387*	0,425‡
Peso, kg	0,476†	0,293	0,312	0,160	0,360*	0,169	0,380*	0,447†	0,476†	0,455‡	0,556‡
Espirométricos
VEF1, l	0,590‡	0,388*	0,401*	0,162	0,389*	0,212	0,473†	0,406†	0,388*	0,386*	0,488‡
VEF1, % previsto	0,147	0,232	0,154	0,110	−0,029	−0,102	0,015	0,217	0,196	0,238	0,162
CVF, l	0,584†	0,346*	0,380*	0,164	0,429‡	0,264	0,513‡	0,365*	0,315	0,366*	0,418†
CVF, % previsto	0,087	0,159	0,256	0,071	−0,017	−0,061	0,019	0,133	0,048	0,194	0,038
VEF1/CVF, %	0,003	0,077	0,040	−0,002	−0,114	−0,145	−0,082	0,118	0,197	0,047	0,167
FEF25-75/CVF, %	−0,397*	−0,275	−0,318†	−0,054	−0,453‡	−0,404‡	−0,168	0,009	0,041	−0,057	−0,020

VE: ventrículo esquerdo; MVE: massa ventricular esquerda; ES: espessura do septo; EPPVE: espessura da parede posterior do VE; ERPPVE: espessura relativa da parede posterior do VE; AE: átrio esquerdo; DDVE: diâmetro diastólico final de VE; DSVE: diâmetro sistólico final de VE; VDVE: volume diastólico final de VE; e VSVE: volume sistólico final de VE. *p < 0,05; †p = 0,05; ‡p < 0,01.

Figura 1.

Correlação de FEF25-75/CVF, %, ajustada para as variáveis peso, sexo e hipertensão arterial sistêmica, com a espessura da parede posterior do ventrículo esquerdo, em A; com a espessura relativa da parede posterior do ventrículo esquerdo, em B; e com a massa ventricular esquerda ajustada para o tamanho corporal em obesos, em C.

O modelo de regressão linear múltipla stepwise estudado (Tabela 4) mostrou que a variação na MVE entre obesos mórbidos é mais bem prevista pela CVF (em l), que explicou 36,9% (p < 0,0001) de sua variação na população estudada. A MVE indexada para altura ao quadrado e a MVE indexada para a potência de 1,7 tiveram no VEF1 (em l/min) o melhor preditor (p < 0,05 para ambos; Tabela 4).

Tabela 4.

Regressão linear múltipla stepwise para a variável dependente massa do ventrículo esquerdo (em gramas ou indexada para área de superfície corporal; N = 39).

Variável dependente	Variável preditora	Beta	IC95%	R2 ajustado	p
MVE, g	CVF, l	0,60	0,43-1,13	0,369	< 0,001
MVE, g/m2	VEF1, l/min	0,38	0,29-2,8	0,126	< 0,05
MVE, g/m1,7	VEF1, l/min	0,40	0,2-1,3	0,161	< 0,05

MVE: massa ventricular esquerda.

DISCUSSÃO

O presente estudo retrospectivo mostra uma associação independente entre o tamanho relativo das pequenas vias aéreas (FEF25-75/CVF, %) e parâmetros ecocardiográficos de hipertrofia ventricular em obesos mórbidos. Adicionalmente, a CVF (em l) e o VEF1 (em l/min) se mostraram importantes preditores da MVE em gramas ou indexada para área de superfície corporal.

A MVE e os diâmetros internos de VE estão aumentados na obesidade, independentemente de HAS.( 17 ) Nosso estudo não mostrou relações do IMC com a MVE em gramas ou indexada para área de superfície corporal nem com a EPPVE, mas mostrou uma relação do IMC com os diâmetros internos e os volumes de VE, concordante com a literatura,(2,17) sendo provável que essa associação positiva ocorra por conta do aumento da pré-carga e do débito cardíaco, causando dilatação ventricular, que posteriormente poderia evoluir para o remodelamento do VE.( 18 )

O IMC e resultados espirométricos mostram associações inconsistentes na literatura, ora mostrando associação,( 19 ) ora não demonstrando associação,( 20 ) e isso ocorre provavelmente pelas diferenças na proporção entre sexos nos estudos, pois a obesidade do tipo androide favorece a correlação entre IMC e a função pulmonar, ao contrário do fenótipo ginecoide, que não acumula excessiva massa gordurosa no tórax. Nosso estudo apresentou uma predominância do sexo feminino (74%), o que explica em parte a ausência de correlação entre qualquer variável de espirometria e o IMC.

As relações entre CVF, VEF1 e FEF25-75% com MVE e EPPVE foram estudadas em cardiopatas idosos (não obesos) e são discordantes, em estudos realizados, no sentido da direção da correlação, sendo positivas( 21 ) ou negativas,( 22 ) o que reflete muito mais uma perda da função pulmonar associada à idade avançada e aos efeitos de HAS e de hipertensão pulmonar, assim como aos efeitos restritivos pulmonares da cardiomegalia. Um estudo( 4 ) mostrou uma relação inversa entre MVE e CVF em mulheres não fumantes e uma relação direta para as mesmas variáveis em homens com menos de 60 anos e não fumantes. Considerando que a maioria de nossa amostra é de mulheres (74%), isso sugere que, em obesos mórbidos, algumas variáveis de função pulmonar podem ter direção da correlação diferente.

A FEF25-75/CVF, % é uma medida que corrige parcialmente a grande variabilidade encontrada no FEF25-75% isolado e reflete alterações predominantemente de pequenas vias aéreas, ajustada ao tamanho pulmonar relativo à CVF.( 17 ) As correlações da FEF25-75/CVF, % com a MVE indexada para área de superfície corporal (em g/m1,7) e com EPPVE/ERPPVE, mantidas após ajuste para peso, sexo e HAS, possivelmente refletem efeitos mecânicos diretos da obesidade, mas também podem sugerir que existam outros mecanismos independentes (inflamatórios ou lipotóxicos).

Por ser pouco estudado, há limitadas evidências de que as pequenas vias aéreas são independentemente afetadas pela obesidade, como relatado em homens não tabagistas.(23) As hipóteses levantadas naquele estudo( 23 ) passam pelo aumento da volemia em obesos, causando congestão dos vasos brônquicos, pela a presença de lipoproteínas de muito baixo peso em níveis aumentados, o que poderia deflagrar liberação de histamina, e pelo metabolismo alterado lipoproteico na obesidade, que poderia instigar e amplificar esses efeitos.

Dados recentes da literatura indicam também que a obesidade é caracterizada por hiper-responsividade à metacolina, predominantemente nas pequenas vias aéreas,(24) sendo essa melhor correlacionada com a FEF25-75/CVF, %.(25) Sobre esse aspecto, um estudo recente sugere que grupos de obesos com hiper-responsividade estão associados a maior MVE.(26) A hiper-responsividade das pequenas vias aéreas em obesos poderia ser parcialmente explicada também pela dysanapsis (avaliada indiretamente pela FEF25-75/CVF, %), termo cunhado por Green et al.(27) para explicar a grande variabilidade interindividual no tamanho das vias aéreas, independente do tamanho do parênquima pulmonar. Importante fator preditor da MVE, o IMC correlacionou-se, em vários estudos, diretamente com o tamanho e a massa cardíaca, embora a massa magra ainda seja uma melhor preditora da MVE.(2,28,29) O presente estudo retrospectivo não mostrou correlações entre IMC e MVE (em gramas ou indexada para área de superfície corporal), corroborando outro estudo,(30) e isso possivelmente ocorra devido a diferenças de fenótipos de obesidade, prevalência de HAS e número de indivíduos estudados.

A destacar em nosso estudo foi o fato de que a CVF (em l) ter sido a melhor preditora da variação da MVE (em g), explicando 37% da variação da mesma na população estudada, sugerindo que a redução dos volumes pulmonares pode ser uma variável importante para futuros estudos no estabelecimento de um modelo preditor de MVE em obesos. A MVE, por sua vez, se correlaciona com a morbidade e a mortalidade cardiovasculares.

Entre os fatores limitantes de nosso estudo está o fato de que nossa amostra foi pequena, composta por pacientes candidatos à cirurgia bariátrica, limitada pelo critério de incluir somente obesos mórbidos e superobesos e baseada em critérios não bem estabelecidos nos prontuários, como o diagnóstico de asma ou HAS. Além disso, dados referentes a diabetes não foram coletados, embora sua relação com MVE seja inconsistente na literatura. Outras limitações importantes foram a janela acústica limitada na análise das variáveis do ecocardiograma no modo M em obesos e a falta de um protocolo específico e padronizado na realização do mesmo, pois não obtivemos dados de concordância interexaminadores para os dois ecocardiografistas. Nesse pormenor, por se tratar de estudo retrospectivo, buscamos não utilizar dados ecocardiográficos que perdem acurácia mais intensamente pelos efeitos da obesidade sobre a janela acústica, como a fração de ejeção e dados de ecodopplercardiograma.

Concluímos, portanto, que as pequenas vias aéreas em obesos mórbidos têm uma correlação com a hipertrofia cardíaca, independente das variáveis antropométricas usuais, sexo e HAS. O presente estudo revela que outros fatores, além de fatores mecânicos e/ou hemodinâmicos impostos pela massa corporal aumentada, podem ser importantes nas alterações conjuntas de pequenas vias aéreas e hipertrofia cardíaca. Além disso, outros estudos são necessários para verificar qual o impacto dos parâmetros de função pulmonar nas equações preditivas de MVE em obesos.