abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil Jp5kFKJsHYdDS6gkzcqNQ4S 00007 S0066-782X2006000500007 S0066-782X(06)08600507 10.1590/S0066-782X2006000500007 Artigos Originais Efeitos da rosiglitazona sobre a função endotelial em indivíduos não-diabéticos com síndrome metabólica Bahia Luciana Aguiar Luiz Guilherme K. Villela Nivaldo Bottino Daniel Godoy-Matos Amélio F. Bouskela Eliete Universidade do Estado do Rio de Janeiro Laboratório de Pesquisas em Microcirculação Rio de Janeiro RJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro Policlínica Piquet Carneiro 05 2006 86 5 366 373 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

OBJETIVO: Avaliar os efeitos de um sensibilizador de insulina - rosiglitazona (ROSI) sobre a função endotelial e marcadores de ativação endotelial em um grupo de indivíduos com síndrome metabólica não-diabéticos. MÉTODOS: O grupo foi composto de dezoito indivíduos (doze mulheres, seis homens), com 41,2 ± 9,7 anos e IMC de 37,8 ± 6,1 kg/m². A dose de ROSI utilizada foi 8 mg/dia durante doze semanas. Um grupo de nove indivíduos saudáveis, com 26,1 ± 4,4 anos e IMC de 21,7 ± 1,7 kg/m², foi estudado no estado basal para comparação da resposta vasodilatadora. A função endotelial foi avaliada através da pletismografia de oclusão venosa com infusão intra-arterial de acetilcolina (Ach) e nitroprussiato de sódio (SNP). Foram dosados: glicose, insulina, lipídeos, fibrinogênio e proteína C reativa ultra-sensível (PCR). Os índices HOMA e Quicki foram calculados para quantificar a resistência insulínica (RI). RESULTADOS: Houve melhora nos índices de RI com diminuição do HOMA-R e aumento do Quicki, além de diminuição da PCR e do fibrinogênio. A vasodilatação endotélio-dependente melhorou, com aumento no porcentual de incremento do fluxo sangüíneo após Ach e aumento no porcentual de decremento da resistência vascular. Não foi observada diferença na vasodilatação endotélio-independente. CONCLUSÃO: O uso de ROSI induziu uma redução da RI, do fibrinogênio e da PCR e melhorou a função endotelial em indivíduos com SM não-diabéticos. Esses dados sugerem o papel dessa substância na regulação da função endotelial em indivíduos com alto risco cardiovascular.

 Endotélio síndrome metabólica rosiglitazona 29 05 2006

ARTIGO ORIGINAL

Efeitos da rosiglitazona sobre a função endotelial em indivíduos não-diabéticos com síndrome metabólica

Luciana Bahia; Luiz Guilherme K. Aguiar; Nivaldo Villela; Daniel Bottino; Amélio F. Godoy-Matos; Eliete Bouskela

Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Laboratório de Pesquisas em Microcirculação e Policlínica Piquet Carneiro - Rio de Janeiro, RJ

Correspondência

RESUMO

OBJETIVO: Avaliar os efeitos de um sensibilizador de insulina – rosiglitazona (ROSI) sobre a função endotelial e marcadores de ativação endotelial em um grupo de indivíduos com síndrome metabólica não-diabéticos.

MÉTODOS: O grupo foi composto de dezoito indivíduos (doze mulheres, seis homens), com 41,2 ± 9,7 anos e IMC de 37,8 ± 6,1 kg/m2. A dose de ROSI utilizada foi 8 mg/dia durante doze semanas. Um grupo de nove indivíduos saudáveis, com 26,1 ± 4,4 anos e IMC de 21,7 ± 1,7 kg/m2, foi estudado no estado basal para comparação da resposta vasodilatadora. A função endotelial foi avaliada através da pletismografia de oclusão venosa com infusão intra-arterial de acetilcolina (Ach) e nitroprussiato de sódio (SNP). Foram dosados: glicose, insulina, lipídeos, fibrinogênio e proteína C reativa ultra-sensível (PCR). Os índices HOMA e Quicki foram calculados para quantificar a resistência insulínica (RI).

RESULTADOS: Houve melhora nos índices de RI com diminuição do HOMA-R e aumento do Quicki, além de diminuição da PCR e do fibrinogênio. A vasodilatação endotélio-dependente melhorou, com aumento no porcentual de incremento do fluxo sangüíneo após Ach e aumento no porcentual de decremento da resistência vascular. Não foi observada diferença na vasodilatação endotélio-independente.

CONCLUSÃO: O uso de ROSI induziu uma redução da RI, do fibrinogênio e da PCR e melhorou a função endotelial em indivíduos com SM não-diabéticos. Esses dados sugerem o papel dessa substância na regulação da função endotelial em indivíduos com alto risco cardiovascular.

Palavras-chave: Endotélio, síndrome metabólica, rosiglitazona.

A aterosclerose tem sido reconhecida como doença nos últimos 150 anos, mas a compreensão de como ocorre seu desenvolvimento tem evoluído de modo dramático. O entendimento atual da fisiopatologia da aterosclerose envolve vários fatores que interagem de forma complexa, muito diferente da antiga visão de uma doença decorrente do depósito anormal de lipídios na parede vascular. Dentre esses fatores, destacam-se de forma importante a inflamação e a disfunção endotelial1,2. O termo disfunção endotelial refere-se à alteração da vasodilatação dependente do endotélio e às anormalidades nas interações entre as células endoteliais e células sangüíneas, gerando inflamação localizada e posteriormente lesões vasculares e trombose. A disfunção endotelial ocorre quando os efeitos vasoconstritores se superpõem aos efeitos vasodilatadores, geralmente como resultado de uma diminuição da biodisponibilidade do óxido nítrico (NO), com perda de sua ação vásculo-protetora. A disfunção endotelial tem sido reconhecida como alteração precoce no processo aterosclerótico, estando presente em todos os estágios subseqüentes de sua evolução3,4.

A síndrome metabólica (SM) tem sido definida pela presença de intolerância a glicose e/ou diabete melito tipo 2 (DM2), hipertensão arterial, dislipidemia e obesidade abdominal. A presença de resistência a insulina é o denominador comum e antecede a instalação das alterações citadas. A SM é atualmente reconhecida como um importante fator de risco para doença aterosclerótica e mortalidade cardiovascular5-7. Sabidamente, os portadores de DM2 apresentam graus variáveis de disfunção endotelial. Existem, entretanto, evidências de disfunção endotelial detectada precocemente, antes mesmo da ocorrência de qualquer nível de intolerância a glicose8,9. Além do mais, pacientes com RI freqüentemente apresentam disfunção endotelial e inflamação vascular10,11. O aumento da oferta de ácidos graxos livres circulantes, o estresse oxidativo, a hipertensão arterial e o aumento de moléculas de LDL pequenas e densas são alguns dos possíveis mecanismos envolvidos na menor oferta de NO decorrentes da insulino-resistência11-13.

Os PPARg (peroxisome-proliferator activated receptor gamma) fazem parte de uma família de receptores nucleares responsáveis pela expressão de vários genes. Esses receptores se expressam em diversos tecidos, principalmente no tecido adiposo, mas também nas células endoteliais vasculares, macrófagos e células beta pancreáticas14,15. As tiazolidinedionas (TZDs) são seus agonistas exógenos e são potentes sensibilizadores da ação da insulina (SI). Dessa forma, essas substâncias têm sido utilizadas no tratamento do DM2 com o objetivo de melhorar a RI por efeitos diretos no tecido adiposo (aumento da captação de ácidos graxos e glicose)16 e indiretos, por alterar a secreção de adipocitocinas (diminuição de TNFa e aumento da adiponectina)17-19, e conseqüente melhora da sensibilidade a insulina em outros tecidos.

A ROSI, uma das TZDs atualmente comercializadas, além dos efeitos no metabolismo da glicose, demonstra uma potente ação antiinflamatória17. Mais ainda, em pacientes diabéticos, foi capaz de melhorar significa­tivamente a função endotelial20. Assim, uma intervenção precoce com esse agente em pacientes não-diabéticos, mas portadores de SM, poderia contribuir para melhorar a função endotelial, e com sua ação antiinflamatória melhoraria o risco cardiovascular desses pacientes.

O objetivo do presente estudo foi avaliar os efeitos de um sensibilizador de insulina – rosiglitazona (ROSI) sobre a função endotelial e marcadores de ativação endotelial em um grupo de indivíduos com síndrome metabólica não-diabéticos

MÉTODOS

Foram estudados dezoito indivíduos, seis do sexo masculino e doze do sexo feminino, com idade média de 41,2 ± 9,7 anos, com diagnóstico de SM pelos critérios do NCEP-ATPIII21 (tab.1) antes e após o uso de ROSI 8 mg/dia, por doze semanas. Nove indivíduos saudáveis, cinco do sexo masculino e quatro do sexo feminino, com idade média de 26,1 ± 4,4 anos, foram estudados apenas para comparação da resposta vasodilatadora no estado basal (tab. 2).

Este estudo foi aprovado pela Comissão de Ética do Hospital Universitário Pedro Ernesto, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, e todos os pacientes assinaram um termo de consentimento informado previamente à sua participação.

Os pacientes foram orientados a manter uma dieta isocalórica e a não modificar o padrão de atividade física habitual durante todo o período do estudo. Os portadores de hipertensão arterial foram orientados a manter o uso dos medicamentos anti-hipertensivos. O índice de massa corporal (IMC) foi calculado dividindo-se o peso (em kg) pelo quadrado da altura (em metros). A medida da cintura foi obtida medindo-se a menor circunferência na metade da distância entre a crista ilíaca e o rebordo costal inferior, e a medida do quadril foi obtida medindo-se o maior diâmetro ao redor dos glúteos22. A relação cintura-quadril (RCQ) foi obtida dividindo-se a cintura pelo quadril. A medida da pressão arterial foi aferida duas vezes na posição supina após quinze minutos de repouso através de esfigmomanômetro automático (Multiparameter patient monitor - Lifewindow LW6000, USA), e os pacientes foram classificados como hipertensos pelos critérios do JNC 723.

Foram realizadas coletas de sangue, após jejum de doze horas, no período basal e após doze semanas do uso de ROSI. Os seguintes parâmetros foram analisados: glicose, colesterol total, triglicerídeos, LDL e HDL colesterol (em todas utilizando método enzimático automatizado), proteína C-reativa (nefelometria automatizada), fibrinogênio (coagulométrico automatizado) e insulina (quimioluminescência automatizada). Todos os pacientes realizaram o teste de tolerância oral a glicose com 75g glicose anidra. A glicemia de duas horas foi utilizada para classificação da tolerância a glicose24. Os pacientes com DM2 foram excluídos. Para quantificar a resistência insulínica foram calculados os índices HOMA-R (insulina em µUI/ml x glicose em mmol/l / 22,5)25 e Quicki (1/log insulina µUI/ml + log glicose em mg/dl)26.

A função endotelial foi estudada por pletismografia de oclusão venosa em antebraço, realizada sob condições padrão. Todos os pacientes estavam em jejum noturno e foram acomodados em uma sala com ambiente climatizado com temperatura controlada em 22 ± 1ºC, e permaneceram em repouso mínimo de 30 minutos antes do início do procedimento. Os pacientes foram orientados a não fumar, não ingerir bebidas alcoólicas ou com cafeína por doze horas prévias ao teste. Sob anestesia local (1% xilocaína), uma agulha 27G foi inserida na artéria braquial do braço não-dominante para a infusão de agentes. A medida não-invasiva da pressão arterial foi aferida durante todo o estudo no braço contralateral. A mudança do volume do membro foi medida por um sensor, disposto ao redor da parte mais larga do antebraço e conectado ao pletismógrafo (Hokanson E06,Washington,USA).

Durante a análise de fluxo foi feito o bloqueio do retorno venoso por um manguito inflado na porção superior do braço a 40 mmHg, utilizando-se um insuflador rápido (Hokanson AG101, USA), e outro manguito insuflado no punho 40 mmHg acima da pressão arterial sistólica um minuto antes do início das medidas para isolamento da circulação da mão. As medidas foram realizadas em condições de repouso e após infusão (bomba de infusão Harvard Apparatus 22, USA) de 7,5, 15 e 30 µg/min de acetilcolina (Ach) a cada 5 minutos e nitroprussiato de sódio (SNP) nas doses de 2, 4 e 8 µg/min. Foi obedecido um intervalo de 30 minutos entre as duas substâncias infundidas. O fluxo sangüíneo de antebraço (FSA) foi medido durante os últimos 2 minutos da infusão de cada dose. Foram analisadas quatro curvas a cada tempo do estudo e a média dessas medidas foi utilizada na análise estatística. O programa Power Lab (8SP-AD Instruments, Austrália) foi utilizado para as análises dos sinais obtidos pelo pletismógrafo.

A análise estatística foi feita pelo programa SPSS versão 8.0 para Windows. Os dados com distribuição normal foram expressos em média ± desvio-padrão, e aqueles com distribuição não-normal em mediana [mínimo-máximo]. Utilizamos o teste t de Student para comparação das variáveis pareadas com distribuição normal e o teste de Wilcoxon para comparação entre variáveis de distribuição não-normal. Para comparação entre variáveis independentes (controles x pacientes), utilizamos o teste de Mann-Whitney. O nível de significância estatístico considerado foi de 5%.

RESULTADOS

A tabela 2 demonstra as características clínicas e metabólicas do grupo-controle e do grupo com SM. Dos dezoito pacientes com SM, nove apresentavam intolerância a glicose (ITG) e oito, hipertensão arterial sistêmica. Dos nove indivíduos-controle, nenhum apresentava alteração na tolerância a glicose, hipertensão arterial ou dislipidemia.

A tabela 3 demonstra as características clínicas e metabólicas antes e após o uso de ROSI. Após doze semanas de tratamento com ROSI, houve diminuição da glicemia de jejum, PCR, fibrinogênio e melhora nos índices de resistência insulínica (HOMA-R e Quicki).

O peso corporal aumentou em todos os pacientes; porém, quando separados por sexo, as mulheres depositaram gordura na região periférica, com aumento da medida do quadril e diminuição da RCQ (tab. 3).

Com relação ao perfil lipídico, observou-se aumento do colesterol total, LDL-colesterol e, apenas no grupo feminino, aumento do HDL-colesterol. Os níveis de triglicerídeos não se alteraram significativamente.

Os níveis de pressão arterial sistólica (151,1 ± 16,3 x 144,9 ± 14,5 mmHg; p = 0,86), diastólica (87 ± 9,8 x 84,4 ± 9,7 mmHg; p = 0,26) e média (104 ± 13,7 x 103,3 ± 15,4 mmHg; p = 0,06) não sofreram alterações estatisticamente significativas.

Nas figuras 1 e 2 (A e B) estão demonstradas as respostas do fluxo sangüíneo e resistência vascular antes e após Ach e SNP. Comparando o grupo com SM com o grupo-controle, no estado basal, foram observadas diferenças significativas no porcentual de incremento do fluxo sangüíneo após Ach (85% [-26/551] x 367%[257/561] na maior dose; p = 0,005) e após SNP (120%[-12/621] x 399%[135/1041] na maior dose; p = 0,005).

No grupo com SM observou-se melhora da vasodilatação endotélio-dependente após doze semanas de ROSI, com aumento no porcentual de incremento do fluxo sangüíneo após Ach (85%[-26/551] x 285,5%[83/546] na maior dose; p = 0,02) e aumento no porcentual de decremento da resistência vascular (-47,5%[-84/33] x -74%[-85/-46] na maior dose; p = 0,003) (fig.1). Não foi observada modificação na resposta vasodilatadora após SNP.

Depois do tratamento, a diferença no porcentual de incremento do fluxo sangüíneo após Ach entre o grupo SM e o grupo-controle desapareceu (285,5%[83/546] x 367%[257/561], na maior dose; p = 0,23), mantendo-se a diferença na vasodilatação endotélio-independente (219,5%[52/466] x 399%[135/1041] na maior dose; p = 0,007) (fig.1).

DISCUSSÃO

A síndrome metabólica é um fator de risco estabelecido para doença cardiovascular5-7, mesmo na ausência de diabete melito. Além de ser o elo comum entre os membros da SM, a RI está presente antecedendo o aparecimento das alterações metabólicas27. Mais importante, a RI, avaliada pelo HOMA-R, é um fator de risco independente para doença cardiovascular28 e está associada à disfunção endotelial e inflamação10,11. Assim, um grupo de pacientes não-diabéticos, portadores de SM e, portanto, em risco de desenvolver doença cardiovascular, foi estudado para avaliar se o uso de ROSI seria capaz de melhorar a função endotelial e a inflamação. Para isso, foi utilizada a pletismografia de oclusão venosa, com infusão de acetilcolina e nitroprussiato de sódio, método ainda considerado padrão de referência na avaliação in vivo da função endotelial3.

A resposta vasodilatadora após Ach dos pacientes com SM foi significativamente menor que no grupo-controle no tempo basal (fig.1). Após o tratamento com ROSI, entretanto, essa diferença significativa entre esses dois grupos desapareceu. Mais ainda, a recuperação da capacidade vasodilatadora restringiu-se àquela dependente do endotélio. Como esperado, a vasodilatação endotélio-independente não mudou. Após doze semanas de tratamento com 8 mg de ROSI, o HOMA-R diminuiu significativamente, enquanto o Quicki aumentou, caracterizando melhora na RI.

Os marcadores de inflamação como a PCR e o fibrinogênio diminuíram 52,4% e 18%, respectivamente. Interessante, houve aumento do colesterol total, do LDL-colesterol e do peso corporal, fatores sabidamente relacionados à disfunção endotelial. Isso sugere que o principal mecanismo de melhora da resposta vasodilatadora endotelial tenha sido a diminuição da resistência insulínica e a melhora da inflamação vascular. A diminuição da PCR observada neste estudo já foi demonstrada por outros autores após o uso de TZDS em pacientes com ou sem diabetes29-31, confirmando o efeito antiinflamatório dessa classe terapêutica.

Wang e cols.31 demonstraram resultados semelhantes em cinqüenta indivíduos com SM que utilizaram ROSI por oito semanas. Através do estudo com Doppler da artéria braquial, observaram melhora da vasodilatação mediada pelo aumento do fluxo sangüíneo após isquemia, concomitante ao aumento do colesterol LDL e apolipoproteína B. Entretanto, observaram também melhora da vasodilatação após nitroglicerina (endotélio-independente). Pistrosch e cols.20 demonstraram melhora da função endotelial em indivíduos diabéticos tipo 2, insulino-resistentes, após uso de ROSI por doze semanas. Neste estudo, a melhora da função endotelial foi independente do controle glicêmico, como demonstrado em comparação com um grupo que usou nateglinida. Os autores sugerem, assim, que a melhora da insulino-resistência é mais importante para a melhora da função endotelial que a diminuição da glicemia.

Caballero e cols.32 também demonstraram melhora da função endotelial em diabéticos tipo 2, recém-diagnosticados, após o uso de troglitazona. Esse efeito benéfico, todavia, não foi demonstrado em diabéticos com doença macrovascular estabelecida. Sidhu e cols.30 estudaram indivíduos com doença arterial coronariana, sem diabetes, e observaram melhora dos marcadores da ativação endotelial (PCR, moléculas de adesão circulantes e fator de Von Willebrand). Não observaram, porém, melhora da vasodilatação mediada pelo fluxo. Natali e cols.33 compararam os efeitos da metformina e rosiglitazona em 74 diabéticos tipo 2 e concluíram que apenas o grupo que usou rosiglitazona apresentou melhora na vasodilatação endotélio-dependente e sensibilidade a insulina, embora os dois grupos tenham atingido controle metabólico similar.

Diversos mecanismos são descritos para explicar a melhora da função endotelial com o uso de agonistas dos PPARg. A diminuição da resistência insulínica é capaz de aumentar a oferta de NO, já que fisiologicamente a insulina aumenta a expressão da enzima NO-sintase endotelial34. Recentemente, Goya e cols.35 demonstraram a capacidade desses agonistas de estimular diretamente a expressão da enzima NO-sintase endotelial in vitro. A diminuição dos ácidos graxos livres circulantes, observada com o uso das TZDs, também é capaz de melhorar a função endotelial33. Os efeitos antiinflamatórios das TZDs já foram bem demonstrados em animais e humanos36,37, com diminuição da ativação do NFkB38, da liberação de citocinas e das moléculas de adesão vascular38. Outro possível mecanismo de melhora da função endotelial seria através do efeito antioxidante com diminuição da geração de radicais livres pelos monócitos e polimorfonucleares39, diminuição da formação de peroxinitrito e da expressão da enzima NO-sintase induzida40.

O uso da ROSI nesses indivíduos com RI sem diabetes foi capaz de melhorar a sensibilidade a insulina, efeito já demonstrado em outros grupos de indivíduos com RI, tais como mulheres portadoras de ovários policísticos41, pacientes com Sida em uso de agentes retrovirais causadores de lipodistrofia e insulino-resistência42 e intolerantes a glicose43.

Normalmente, o uso das TZDs acarreta aumento do peso corporal por seus efeitos sobre vários genes ligados à adipogênese. Ocorre aumento da diferenciação dos adipócitos (pré-adipócitos ! adipócitos maduros), principalmente aqueles localizados na região subcutânea, que são metabolicamente mais eficientes; isto é, capazes de captar ácidos graxos e glicose com maior facilidade44. Neste estudo, o aumento médio de peso de 2,2 kg em doze semanas não foi acompanhado por aumento na medida da cintura, sugerindo uma redistribuição mais periférica da gordura (diminuição da RCQ no grupo feminino). Alguns estudos demonstram que as TZDs são capazes de redistribuir a quantidade de gordura corporal com diminuição da gordura visceral, hepática e intramiocelular45-47, locais de deposição anormal de gordura e relacionados a maior insulino-resistência. No presente estudo não foi utilizada uma técnica mais acurada de determinação de gordura corporal, o que constitui uma limitação para maiores conclusões.

Os efeitos das TZDs sobre o perfil lipídico são controversos. Alguns estudos demonstram aumento do colesterol total e LDL-colesterol31, conforme observado nesse grupo. A ativação dos receptores PPAR em macrófagos parece acarretar diferentes efeitos. Ocorre estímulo para aumento da expressão dos receptores CD36, o que facilitaria a captação das moléculas de LDL oxidadas48, ao mesmo tempo que haveria um aumento no transporte reverso de colesterol pela indução de uma proteína de transporte ABCA149. Quando se analisa a morfologia das partículas de LDL, observa-se que o uso das TZDs modifica o padrão morfológico dessas partículas, diminuindo as moléculas de LDL pequenas e densas, conseqüentemente a captação pelo endotélio50. Não há consenso na literatura em relação aos efeitos das TZDs sobre triglicerídeos, havendo relatos de diminuição50 ou efeitos nulos51,52. Neste estudo não foi demonstrada modificação significativa nos níveis de triglicerídeos.

Não foi possível parear os grupos controle e com SM por idade, porém essa diferença serviu para demonstrar que o uso da ROSI foi capaz de melhorar a resposta vasodilatadora em níveis equivalentes a um grupo de indivíduos saudáveis mais jovens. A falta de um grupo com SM tratado com placebo traz algumas limitações às conclusões do estudo.

Concluímos que o uso de ROSI induziu uma redução da RI, do fibrinogênio e da PCR e melhorou a função endotelial em indivíduos com SM. Esses dados sugerem um possível papel dessa substância na regulação da função endotelial. O uso profilático das TZDs em indivíduos com elevado risco para desenvolvimento de diabetes e doença cardiovascular (portadores de síndrome metabólica e intolerantes a glicose) ainda não está estabelecido. Aguardamos os resultados de estudos clínicos controlados e prospectivos, que já estão em andamento, para determinar se essa abordagem é capaz de diminuir os eventos cardiovasculares isquêmicos a longo prazo.

Potencial Conflito de Interesses

Amélio F. Godoy-Matos

• Palestrante em eventos patrocinados pela indústria: GSK

Os demais co-autores não declararam qualquer potencial conflito de interesses.

Luciana Bahia

Av. Visconde de Albuquerque, 1400/501

22450-000 - Rio de Janeiro, RJ

E-mail:

lucianabahia@uol.com.br

Recebido em 01/03/05

Aceito em 08/06/05

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Metabolic effects of pioglitazone and rosiglitazone in patients with diabetes and metabolic syndrome treated with glimepiride: a twelve-month, multicenter, double-blind, randomized, controlled, parallel-group trial Clin Ther. 2004 744 54 26 Derosa G Cicero AF Gaddi A 52. Khan MA, St Peter JV, Xue JL. A prospective, randomized comparison of the metabolic effects of pioglitazone or rosiglitazone in patients with type 2 diabetes who were previously treated with troglitazone. Diabetes Care. 2002; 25: 708-11. A prospective, randomized comparison of the metabolic effects of pioglitazone or rosiglitazone in patients with type 2 diabetes who were previously treated with troglitazone Diabetes Care. 2002 708 11 25 Khan MA St Peter JV Xue JL Original Articles Effects of rosiglitazone on endothelial function in non-diabetic subjects with metabolic syndrome

OBJECTIVE: To evaluate the effects of rosiglitazone (ROSI), an insulin-sensitizer, on endothelial function and endothelial activation markers in a group of non-diabetic subjects with metabolic syndrome. METHODS: A group of eighteen subjects (12 women, 6 men), mean age 41.2 ± 9.7 and BMI 37.8 ± 6.1 Kg/m², was treated with rosiglitazone 8 mg/day for 12 weeks. Another group of nine healthy subjects, mean age 26.1 ± 4.4 and BMI 21.7 ± 1.7 Kg/m², was studied at baseline to compare vasodilator response. Endothelial function was evaluated by venous occlusion plethysmography after intra-arterial infusions of acetylcholine (Ach) and sodium nitroprusside (SNP). The following were measured: glucose, insulin, lipids, fibrinogen, and high-sensitivity C-reactive protein (CRP). HOMA and Quicki indexes were calculated to quantify insulin resistance (IR). RESULTS: There was an improvement in insulin resistance, as evidenced by lower HOMA-R and higher QUICKI index, as well as a decrease in CRP and fibrinogen levels. Endothelium-dependent vasodilation also improved, as evidenced by greater increment in blood flow after Ach and greater decrement in vascular resistance. No difference in endothelium-independent vasodilation was noted. CONCLUSION: Rosiglitazone treatment reduced insulin resistance, fibrinogen, and CRP levels and improved endothelial function in non-diabetic subjects with metabolic syndrome. These data suggest that rosiglitazone plays a role in the regulation of endothelial function in patients at high cardiovascular risk.

 Endothelium metabolic syndrome rosiglitazone

ORIGINAL ARTICLE

Effects of rosiglitazone on endothelial function in non-diabetic subjects with metabolic syndrome

Luciana Bahia; Luiz Guilherme K. Aguiar; Nivaldo Villela; Daniel Bottino; Amélio F. Godoy-Matos; Eliete Bouskela

Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Laboratório de Pesquisas em Microcirculação e Policlínica Piquet Carneiro - Rio de Janeiro, RJ - Brazil

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ABSTRACT

OBJECTIVE: To evaluate the effects of rosiglitazone (ROSI), an insulin-sensitizer, on endothelial function and endothelial activation markers in a group of non-diabetic subjects with metabolic syndrome.

METHODS: A group of eighteen subjects (12 women, 6 men), mean age 41.2 ± 9.7 and BMI 37.8 ± 6.1 Kg/m2, was treated with rosiglitazone 8 mg/day for 12 weeks. Another group of nine healthy subjects, mean age 26.1 ± 4.4 and BMI 21.7 ± 1.7 Kg/m2, was studied at baseline to compare vasodilator response. Endothelial function was evaluated by venous occlusion plethysmography after intra-arterial infusions of acetylcholine (Ach) and sodium nitroprusside (SNP). The following were measured: glucose, insulin, lipids, fibrinogen, and high-sensitivity C-reactive protein (CRP). HOMA and Quicki indexes were calculated to quantify insulin resistance (IR).

RESULTS: There was an improvement in insulin resistance, as evidenced by lower HOMA-R and higher QUICKI index, as well as a decrease in CRP and fibrinogen levels. Endothelium-dependent vasodilation also improved, as evidenced by greater increment in blood flow after Ach and greater decrement in vascular resistance. No difference in endothelium-independent vasodilation was noted.

CONCLUSION: Rosiglitazone treatment reduced insulin resistance, fibrinogen, and CRP levels and improved endothelial function in non-diabetic subjects with metabolic syndrome. These data suggest that rosiglitazone plays a role in the regulation of endothelial function in patients at high cardiovascular risk.

Key words: Endothelium, metabolic syndrome, rosiglitazone.

Although atherosclerosis has been recognized as a disease over the past 150 years, the mechanisms involved in its development have been evolving dramatically. The current view of atherosclerosis pathophysiology involves a complex interaction of several factors, quite different from the old view of a disease caused by abnormal lipid deposition in the vascular wall. Among these factors, inflammation and endothelial dysfunction are of particular importance1,2. The term endothelial dysfunction refers to impaired endothelium-dependent vasodilation and abnormal interplay between endothelial and blood cells, producing local inflammation and, later, vascular lesions and thrombosis. Endothelial dysfunction occurs when vasoconstrictive effects superimpose vasodilator effects, usually as a result of reduced nitric oxide (NO) bioavailability and consequent loss of its vascular protective action. Endothelial dysfunction is regarded as an early step in the atherosclerotic process, being found in all subsequent stages of the disease3,4.

Metabolic syndrome (MS) is defined by the presence of impaired glucose tolerance and/or type-2 diabetes mellitus (DM2), arterial hypertension, dyslipidemia, and abdominal obesity. Insulin resistance is the common denominator of this condition, preceding the onset of the aforesaid changes. Metabolic syndrome is currently recognized as a major risk factor for atherosclerotic disease and cardiovascular mortality5-7. It is widely known that DM2 patients have varying degrees of endothelial dysfunction. There is evidence, however, of early endothelial dysfunction even before any level of impaired glucose tolerance occurs8,9. Furthermore, patients with insulin resistance (IR) often have endothelial dysfunction and vascular inflammation10,11. Elevated levels of circulating free fatty acids (FFAs), oxidative stress, arterial hypertension, and a higher number of small, dense LDL particles are some of the potential mechanisms involved in reduced NO production secondary to insulin resistance11-13.

Peroxisome proliferator-activated receptors-gamma (PPARg) are members of a nuclear receptor family that regulates the expression of various genes. These receptors are expressed in several tissues, especially in the adipose, but also in vascular endothelial cells, macrophages, and pancreatic beta-cells14,15. Thiazolidinediones (TZDs) are their exogenous agonists and also potent insulin sensitizers (IS). Consequently, these agents have been used in the treatment of type-2 diabetes to improve IR both directly by acting on the adipose tissue (improve fatty acids and glucose uptake)16 and indirectly by altering adipocytokines secretion (decrease in TNFa and increase in adiponectin)17-19, thus enhancing insulin sensitivity in other tissues.

Rosiglitazone, one of the TZDs currently available, not only affects glucose metabolism, but also has potent anti-inflammatory action17. Moreover, it has significantly improved endothelial function in diabetic patients20. Therefore, early intervention with this agent in non-diabetics MS patients may contribute to enhanced endothelial function, and thanks to its anti-inflammatory action, reduce cardiovascular risks.

This study aims at evaluating insulin-sensitizer rosiglitazone (ROSI) effects on endothelial function and endothelial activation markers in a group of non-diabetic subjects with metabolic syndrome.

METHODS

Eighteen subjects (6 men and 12 women, mean age 41.2 ± 9.7) diagnosed with MS according to NCEP-ATPIII criteria21 were studied (Table 1) before and after treatment with ROSI 8 mg/day during twelve weeks. Nine healthy subjects (5 men and 4 women, mean age 26.1 ± 4.4) were studied solely to compare vasodilator response at baseline (Table 2).

This study was approved by the Ethics Committee of Hospital Universitário Pedro Ernesto, the teaching hospital of Universidade do Estado do Rio de Janeiro, and all patients signed an informed consent before entering the trial.

Patients were asked to maintain an isocaloric diet and the usual level of physical activity throughout the study. Those with hypertension were instructed not to stop taking their anti-hypertensive medication. Body mass index (BMI) was calculated by dividing weight (in kilograms) by squared height (in meters). Waist circumference was obtained by measuring the narrowest point midway between the iliac crest and the lower costal margin, and hip circumference was calculated by measuring the largest diameter of the gluteal region22. Waist-to-hip ratio (WHR) was determined by dividing the waist circumference by the hip circumference. Supine blood pressure was measured twice after a 15-minute rest using an automatic sphygmomanometer (Multiparameter patient monitor - Lifewindow LW6000, USA), and patients were classified as hypertensive according to JNC-7 criteria23 .

Blood samples were collected, after a 12-hour fast, at baseline and after 12 weeks of rosiglitazone therapy. The following parameters were analyzed: glucose, total cholesterol, triglycerides, LDL and HDL cholesterol (all concentrations were determined by the automated enzymatic method), C-reactive protein (automated nephelometry), fibrinogen (coagulometric method), and insulin (chemiluminescence method). All patients underwent an oral glucose tolerance test (OGTT) using 75 g anhydrous glucose. The 2-hour blood glucose test was used to classify glucose tolerance24. Patients with DM2 were excluded. HOMA-R (insulin in µIU/ml x glucose in mmol/l / 22.5)25 and Quicki (1/log insulin µIU/ml + log glucose in mg/dl)26 indexes were calculated to quantify insulin resistance.

Endothelial function was assessed by forearm venous occlusion plethysmography performed under standardized conditions. After an overnight fast, all patients rested for at least 30 minutes in a temperature-controlled room (22 ± 1 ºC) prior to examination. They were requested to refrain from smoking and drinking alcohol and caffeine for 12 hours before the test. A 27-gauge needle was inserted into the brachial artery of the non-dominant arm under local anesthesia (1% Xylocaine) for drug infusion. Blood pressure was measured non-invasively throughout the study on the contralateral arm. Change in limb volume was measured by a sensor placed around the widest part of the forearm and attached to a plethysmograph (Hokanson E06,Washington,USA).

During flow analysis, venous return was occluded by inflating a cuff around the upper arm to 40 mm Hg using a rapid cuff inflator (Hokanson AG101, USA). Circulation to the hand was interrupted by inflating another cuff around the wrist to 40 mm Hg above the systolic blood pressure a minute before measurement. Measurements were taken in rest conditions and after infusion of acetylcholine (Ach) (Harvard Apparatus infusion pump, model 22, USA) at sequential doses of 7, 5, 15, and 30 µg/min every 5 minutes and sodium nitroprusside (SNP) at sequential doses of 2, 4, and 8 µg/min. A 30-minute interval between both infused drugs was observed. Forearm blood flow (FBF) was measured during the last 2 minutes of each infusion. Four curves were determined at each study time point, and the mean value was used in the statistical analysis. PowerLab system (8SP-AD Instruments, Australia) was used to analyze plethysmograph signals.

Statistical analysis was performed using SPSS 8.0 for Windows. Normally distributed data were expressed as mean ± standard deviation and non-normally distributed data were expressed as median [minimum-maximum]. Normally distributed paired variables were compared by the Student's t-test, and non-normally distributed variables were compared by the Wilcoxon test. Independent variables (controls x patients) were compared by the Mann-Whitney test. The statistical significance level was set at 5%.

RESULTS

Table 2 shows the clinical and metabolic characteristics of the control group and of the MS group. Of the eighteen patients with MS, nine had impaired glucose tolerance (IGT) and eight, systemic hypertension. Of the nine control subjects, not one had impaired glucose tolerance, arterial hypertension or dyslipidemia.

Table 3 shows the clinical and metabolic characteristics before and after ROSI therapy. After 12 weeks of rosiglitazone therapy, fasting glucose, CRP, and fibrinogen decreased and insulin resistance indexes improved (HOMA-R and Quicki).

All patients experienced weight gain; however, when they were separated by sex, women had fat deposited peripherally, with increased hip circumference and decreased waist-to-hip ratio (WHR) (Table 3).

With regard to lipid profile, there was an increase in total cholesterol, LDL cholesterol and, only in the female group, HDL cholesterol. No significant changes were observed in triglycerides levels.

No statistically significant changes were found in systolic (151.1 ± 16.3 x 144.9 ± 14.5 mmHg; p = 0.86), diastolic (87 ± 9.8 x 84.4 ± 9.7 mmHg; p = 0,26) and mean blood pressure (104 ± 13.7 x 103.3 ± 15.4 mmHg; p = 0.06).

Figures 1 and 2 (A and B) illustrate blood flow and vascular resistance responses before and after Ach and SNP. Comparison of the MS group with the control group at baseline, demonstrated significant differences in blood flow increase after Ach (85%[-26/551] x 367%[257/561] at the highest dose; p = 0,005) and after SNP (120%[-12/621] x 399%[135/1041] at the highest dose; p = 0,005).

The MS group showed enhanced endothelium-dependent vasodilation following 12 weeks of rosiglitazone therapy, with increased blood flow after Ach (85%[-26/551] x 285.5%[83/546] at the highest dose; p = 0.02) and decreased vascular resistance (-47,5%[-84/33] x -74%[-85/-46] at the highest dose; p = 0.003) (fig.1). No change was observed in vasodilator response after SNP.

After treatment, the difference in blood flow increase after Ach between both groups disappeared (285.5%[83/546] x 367%[257/561] at the highest dose; p = 0.23), and the difference in endothelium-independent vasodilation was maintained (219,5%[52/466] x 399%[135/1041] at the highest dosage; p = 0.007) (fig.1).

DISCUSSION

Metabolic syndrome is a well established risk factor for cardiovascular disease5,6,7, even in the absence of diabetes mellitus. In addition to being a common finding in MS patients, IR precedes the onset of metabolic changes27. More importantly, IR, evaluated by HOMA-R, is an independent risk factor for cardiovascular disease28, and it is associated with endothelial dysfunction and inflammation10,11. Therefore, a group of non-diabetic patients with MS, and thus at risk of developing cardiovascular disease, was studied to evaluate whether rosiglitazone would be able to improve endothelial function and inflammation. For this purpose, venous occlusion plethysmography was used with acetylcholine and sodium nitroprusside infusion, the method regarded as the gold standard in in-vivo assessment of endothelial function3.

Vasodilator response to Ach in patients with MS was significantly lower than that of the control group at baseline (Fig. 1). After rosiglitazone therapy, however, this significant difference between both groups disappeared. Furthermore, only endothelium-dependent vasodilator capacity was restored. As expected, endothelium-independent vasodilation remained unchanged. After 12 weeks of treatment with rosiglitazone 8 mg/day, HOMA-R significantly decreased, whereas QUICKI increased, characterizing IR improvement.

Inflammation markers, such as CRP and fibrinogen, declined by 52.4% and 18%, respectively. Interestingly, total cholesterol, LDL cholesterol and body weight increased, factors well known to be associated with endothelial dysfunction. These findings suggest that the primary mechanism involved in improved endothelial vasodilator response might have been the decrease in insulin resistance and improvement in vascular inflammation. Other authors have already demonstrated the CRP reduction observed in this study after the use of TZDs in either diabetic or non-diabetic patients29,30,31, confirming the anti-inflammatory effect of this therapeutic drug class.

Wang et al31 reported similar results in 50 patients with MS treated with ROSI during 8 weeks. Using brachial artery Doppler, they observed flow-mediated vasodilation after ischemia, coupled with increased LDL cholesterol and apolipoprotein B levels. Nevertheless, nitroglycerin-induced vasodilation improvement (endothelium-independent) was also observed. Pistrosch et al20 demonstrated improved endothelial function in insulin-resistant type-2 diabetics after 12 weeks of ROSI therapy. In this study, endothelial function improvement occurred regardless of glycemic control, as demonstrated when compared with a group who received nateglinide. The authors, therefore, suggest that improvement in insulin resistance may be more important for improvement in endothelial function than blood glucose reduction. Caballero et al32 also reported improvement in endothelial function in patients with recently diagnosed type-2 diabetes after troglitazone treatment. This beneficial effect, however, was not demonstrated in diabetic patients with established macrovascular disease. Sidhu et al30 studied non-diabetic subjects with coronary heart disease and noted improvement in endothelial activation markers (CRP, circulating adhesion molecules, and von Willebrand factor). Yet, no improvement in flow-mediated vasodilation was observed. Natali et al33 compared the effects of metformin and rosiglitazone in 74 type-2 diabetic patients and concluded that only the group who received rosiglitazone improved endothelium-dependent vasodilation and insulin sensitivity, although both groups have attained similar metabolic control.

Several mechanisms have been described to explain the improvement in endothelial function following treatment with PPARg agonists. The decline in insulin resistance may increase NO delivery, since, physiologically, insulin increases endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression34. Recently, Goya et al35 showed that these agonists directly stimulate eNOS expression in vitro. The reduction of circulating free fatty acid afforded by TZDs also improves endothelial function33. The anti-inflammatory effects of TZDs have already been well demonstrated in animals and humans alike37, evidenced by decreased NFkB38 activation as well as cytokine and vascular adhesion molecules release38. Another possible mechanism involved in improvement of endothelial function is the antioxidant effect, thus decreasing free radical production by monocytes and polymorphonuclear cells39, peroxynitrite formation and induced endothelial NO synthase expression40.

The administration of rosiglitazone to non-diabetic patients with IR improved insulin sensitivity, an effect already demonstrated in other groups of patients with IR, such as women with polycystic ovaries41, AIDS patients on antiretroviral therapy, which causes lipodystrophy and insulin resistance42, and patients with impaired glucose tolerance43.

Thiazolidinediones usually cause weight gain, due to their effects on several genes associated with adipogenesis. There is an increase in adipocytes differentiation (pre-adipocytes ® mature adipocytes), particularly those located subcutaneously, which are metabolically more effective; that is to say, they can enhance fatty acids and glucose uptake44. In this study, the mean body weight increase of 2.2 kg in 12 weeks was not followed by an increase in waist circumference, suggesting a more peripheral fat distribution (decreased WHR) in the female group). In some studies, TZDs have been shown to redistribute body fat, reducing visceral, hepatic, and intramyocellular fat45-47, sites of abnormal fat deposition associated with greater insulin resistance. A more accurate method to determine body fat was not used in the study, thus limiting further conclusions.

The effects of thiazolidinediones on lipid profile are controversial. Some studies show higher levels in total cholesterol and LDL cholesterol31, as observed in this group. PPAR receptors activation in macrophages seems to cause different effects. Stimulation occurs to induce the expression of CD36 receptors, facilitating the uptake of oxidized LDL molecules,48 whereas increasing ABCA1-induced reverse cholesterol transport49. Analysis of LDL particles shows that the TZDs change their morphologic pattern, reducing the number of small, dense LDL molecules and, thus, endothelial uptake50. There is no consensus in the literature regarding TZD effect on triglycerides, in that both reduced effects and no effect at all were reported51,52 . In this study, no significant change in triglycerides level was found.

Matching the control group and the MS group by age was not possible, but this difference was useful to demonstrate that ROSI improved vasodilator response on level equivalent to that of a healthy younger group. The lack of an MS group treated with placebo somewhat limits study conclusions.

We concluded that ROSI induced IR, fibrinogen and CRP reduction and improved endothelial function in MS subjects. These data suggest a possible role of this substance in regulating endothelial function. The prophylactic use of TZDs in subjects at high risk for developing diabetes and cardiovascular disease (patients with metabolic syndrome and impaired glucose tolerance) is yet to be established. Controlled and prospective clinical trials are under way, and data are awaited to determine whether this approach may reduce long-term ischemic cardiovascular events.

Potencial Conflict of Interest

Amélio F. Godoy-Matos

• Conference speaker sponsored by GSK industry

The other co-authors did not declare any potential conflict of interest.

REFERENCES

Luciana Bahia

Av. Visconde de Albuquerque, 1400/501

22450-000 - Rio de Janeiro, RJ - Brazil

E-mail:

lucianabahia@uol.com.br

Received on 03/01/05

Accepted on 06/08/05