OBJETIVO: Avaliar com a Dopplerecocardiografia a reversibilidade das alterações estruturais e funcionais do coração em obesos submetidos à cirurgia bariátrica. MÉTODOS: Foram estudados 23 obesos (19 mulheres: 82,6%) com idade média de 37,9 anos. Tinham obesidade classe III ou classe II com co-morbidades. Realizaram avaliação clínica e ecocardiográfica no pré-operatório, 6 meses e 3 anos após a cirurgia. RESULTADOS: Antes da operação o peso era de 128,7 ± 25,8 kg e a pressão arterial (PA) 142,2 ± 16,2/92,2 ± 10,4 mmHg. No pós-operatório houve redução do peso aos 6 meses (97,6 ± 18,3 Kg) e aos 3 anos (83,6 ± 13,5 Kg), e da PA aos 6 meses (128,5 ± 16,1/80,7 ± 9,9 mmHg) com resultado mantido em 3 anos. Ao ecocardiograma, antes da cirurgia havia hipertrofia da parede posterior do ventrículo esquerdo (VE) e septo interventricular, com dimensão diastólica do VE normal e padrão geométrico predominante de remodelamento concêntrico (74%). Após 6 meses, diminuíram as espessuras do septo e da parede posterior, e aumentou a dimensão diastólica do VE. Em 3 anos o padrão geométrico predominante era o normal (69%), com redução da massa de VE e do índice de massa do VE/altura² . Observou-se também melhora da função diastólica de VE, com aumento da relação E/A em 6 meses, mantendo-se em 3 anos e diminuição do tempo de relaxamento isovolumétrico do VE em 6 meses e em 3 anos. Houve melhora do Índice de Desempenho Miocárdico em 6 meses, mantendo-se em 3 anos, em 13 pacientes estudados retrospectivamente. Notou-se aumento do tempo de ejeção em 6 meses, mantendo-se em 3 anos, e discreto aumento da fração de ejeção em 3 anos, sugerindo melhora da função sistólica de VE. CONCLUSÃO: A redução de peso obtida através da cirurgia para obesidade promove modificações estruturais e funcionais benéficas ao coração.
Estudo ecocardiográfico evolutivo das alterações anátomo-funcionais do coração em obesos submetidos à cirurgia bariátrica
Hospital de Clínicas da Universidade Federal do Paraná e Programa de Pós-Graduação em Medicina Interna da Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR
A obesidade é definida como a presença de excesso de gordura corporal total1. Na prática clínica o principal parâmetro utilizado para caracterizar a obesidade é o Índice de Massa Corporal (IMC), definido pela relação entre o peso (em kg) e a altura (em m²). O IMC permite estabelecer critérios de normalidade, sobrepeso e obesidade, sendo esta subdividida em três classes2 (
No coração do obeso, a pressão de enchimento e o volume do ventrículo esquerdo (VE) aumentam, desviando para a esquerda a curva de Frank-Starling e induzindo à dilatação das câmaras. O volume da câmara dilatada aumenta também, inapropriadamente, o estresse da parede do ventrículo esquerdo e o ventrículo se adapta induzindo ao aumento dos elementos contráteis e da massa miocárdica. O produto final dessa adaptação é a hipertrofia, normalmente do tipo excêntrica7,8. O ecocardiograma é, atualmente, o método mais utilizado para o diagnóstico de hipertrofia do ventrículo esquerdo, comum na obesidade e hipertensão arterial. Baseia-se no cálculo da massa do ventrículo esquerdo, que pode ser estimada por diversas fórmulas, sendo uma das mais empregadas a de Devereux9. Também é muito utilizado o índice de massa ventricular esquerda, obtido pela divisão da massa do ventrículo esquerdo pela área da superfície corporal10, mas restrições têm sido feitas à utilização deste índice em pacientes obesos, sugerindo uma subestimação de hipertrofia por se considerar a obesidade como uma variável fisiológica de crescimento contínuo11. Para evitar esse viés, são propostos índices de massa de VE sem a inclusão do peso nas fórmulas11. A distribuição dos valores de massa do VE em relação à espessura relativa do VE permitiu a Ganau e cols.12 proporem uma classificação de geometria ventricular. A ecocardiografia tem sido aplicada também na avaliação das funções sistólica e diastólica do VE nos obesos8,13-16. O Índice de Desempenho Miocárdico (Índice de Tei)17, que avalia simultaneamente as funções sistólica e diastólica, não foi ainda utilizado no estudo dos corações de obesos.
A perda de peso pode ser obtida diminuindo-se a ingesta calórica, aumentando-se a atividade física, com uso de medicamentos e procedimentos cirúrgicos18. Entretanto, apenas aproximadamente 20% dos obesos conseguem fazer mudanças em hábitos de vida e, de maneira muito irregular. Isso faz com que os programas de perda de peso baseados somente em dieta mais atividade física sejam freqüentemente ineficazes: em torno de 90% a 95% das pessoas que perdem peso voltam a recuperá-lo ou ganham ainda mais19. Os tratamentos medicamentosos também têm eficácia bastante limitada a longo prazo, com estudos mostrando pouca perda de peso quando comparado ao placebo20. Assim, atualmente a intervenção terapêutica que oferece a mais efetiva perda de peso para obesidade severa é a cirurgia bariátrica19. O consenso para manejo da obesidade recomenda que o melhor tratamento para os pacientes com IMC > 40 kg/m2 e para os quais tenham falhado a dieta, a atividade física e as medicações para perda de peso, é o tratamento cirúrgico18.
Vários estudos comprovaram a diminuição da pressão arterial, tanto sistólica como diastólica, que acompanha a redução do peso, mostrando também melhora em parâmetros dos lipídios e glicose séricos14,21-23. Portanto, a perda de peso e sua subseqüente manutenção reduzem os fatores de risco maiores para a doença cardiovascular, o que deve favorecer para que as alterações cardíacas decorrentes da obesidade sejam parcialmente reversíveis. Neste estudo, analisa-se em ecocardiogramas evolutivos, a médio e longo prazo, o comportamento anátomo-funcional do coração após a cirurgia bariátrica.
Foram selecionados 23 pacientes consecutivos do Ambulatório de Obesidade do Hospital de Clínicas da Universidade Federal do Paraná, no período compreendido entre janeiro de 1999 e agosto de 2000. Havia 4 pacientes do sexo masculino e 19 do sexo feminino, com idade média de 39,7 ± 8,4 anos, variando de 26 a 56 anos.
Como critérios de inclusão foram considerados: (1) todos os pacientes obesos classe III; (2) obesos classe II com co-morbidades associadas; (3) assinatura do Termo de Consentimento Livre e Esclarecido para participar no estudo; (4) concordância com a realização da cirurgia bariátrica; (5) estudo ecocardiográfico com qualidade técnica satisfatória.
Foi realizada uma avaliação clínica antes da cirurgia, com particular atenção aos dados do peso, altura e pressão arterial. As medidas de pressão arterial foram realizadas pelo método indireto com técnica palpatória e auscultatória, na posição sentada, com esfigmomanômetro aneróide devidamente calibrado. Os pacientes permaneciam em repouso por 5 a 10 minutos antes da medida da pressão e eram orientados a evitar atividade física, alimentação, fumo, ingestão de bebida alcoólica ou café por pelo menos 30 minutos antes da medida, e conversa, dor, tensão e ansiedade durante a medida.
Todos os pacientes foram submetidos à intervenção no Serviço de Cirurgia do Aparelho Digestivo do Hospital de Clínicas da Universidade Federal do Paraná. A operação realizada em todos foi a proposta por Capella e cols.24, a qual compreende uma gastroplastia vertical com bandagem associada a derivação gastrojejunal em Y-de-Roux.
Os ecocardiogramas transtorácicos foram realizados na avaliação pré-operatória, aos 6 meses e aos 3 anos de pós-operatório, sendo utilizado para tal um ecocardiógrafo
A interpretação dos dados constou de análise qualitativa e quantitativa dos ecocardiogramas uni e bidimensional, do Doppler pulsátil e contínuo, e do mapeamento de fluxo em cores. Todos os ecocardiogramas foram realizados por um único operador, titulado na área de atuação em Ecocardiografia pela Sociedade Brasileira de Cardiologia e Associação Médica Brasileira, com 23 anos de experiência no método. A variabilidade intra-observador não foi estudada.
Os traçados ecocardiográficos unidimensionais foram obtidos com direcionamento pela imagem bidimensional. Com essa técnica, foram feitas as medidas convencionais, seguindo as recomendações da Sociedade Americana de Ecocardiografia29. No cálculo da fração de ejeção do VE, os volumes sistólico e diastólico foram estimados com a fórmula de Teichholz e cols.30.
A massa de VE foi avaliada utilizando a fórmula de Devereux 9:
MVE = 0,8 [ 1,04(SV + VEd +PP)³ - (VEd)³] + 0,6
onde SV é a espessura diastólica do septo interventricular, VEd é a espessura diastólica do ventrículo esquerdo e PP é a dimensão diastólica da parede posterior do ventrículo esquerdo. O limite máximo normal da massa foi 294 g para os homens e 198 g para as mulheres31. Foram calculados dois índices de massa do ventrículo esquerdo, dividindo-se:
(1) a massa de VE pela superfície corporal32 : iMVE = MVE/SC
(2) a massa de VE pela altura ao quadrado11: iMVE = MVE/A²
A espessura relativa (ER) foi calculada pela soma das espessuras diastólicas do septo interventricular e da parede posterior, em relação à dimensão diastólica do ventrículo esquerdo12: ER = (SV+PP)/VEd
Os padrões de geometria ventricular foram definidos como 12:
1
2-
3-
No estudo pelo Doppler todas as medidas foram feitas em 3 ciclos consecutivos e calculada sua média. Foram medidas as velocidades do fluxo mitral (ondas E e A, relação E/A), tempo de ejeção do VE e tempo de relaxamento isovolumétrico de VE.
Para o cálculo do Índice de Desempenho Miocárdico17 (
Análise estatística:
Recorreu-se à análise descritiva dos dados através de quadros e gráficos. Para a comprovação do objetivo levantado neste trabalho foram utilizados a análise da variância para dados repetidos (Repeated Measures ANOVA) e os testes paramétricos "t de Student para amostras pareadas" e o não paramétrico "Friedman" (através do software "Primer of Biostatistics"). O nível de significância (probabilidade de significância) mínimo adotado foi de 5% (0,05)33.
1- Dados demográficos:
Houve diminuição significativa do peso tanto em 6 meses (24,2%) quanto em 3 anos (35,0%) de seguimento. Simultaneamente diminuíram também o IMC e a superfície corporal. A pressão arterial sistólica e a pressão arterial diastólica diminuíram em 6 meses (9,6% e 12,5%, respectivamente) de avaliação, mantendo-se aproximadamente nos mesmos níveis em 3 anos (
2- Dados ecocardiográficos
2.1 Ecocardiograma unidimensional:
A análise do ecocardiograma unidimensional demonstrou diminuição da espessura de septo ventricular (12,4%) e da parede posterior de VE (14,8%) em 6 meses de avaliação com resultados mantidos em 3 anos. Antes da cirurgia, essas estruturas mostravam valores médios aumentados, que se normalizaram após (
A dimensão diastólica de VE tinha uma média normal no estudo basal, e observou-se discreto aumento em 6 meses de avaliação (8,2%), mantendo-se em 3 anos. O encurtamento sistólico percentual de VE era normal no exame pré-operatório e não mudou nas avaliações subseqüentes. A fração de ejeção também era normal no ecocardiograma basal, não se observando alteração em 6 meses de avaliação, mas houve discreto aumento (4,8%) em 3 anos em relação ao estudo inicial (
A massa ventricular esquerda estava aumentada em 7 pacientes (30%); não se alterou em 6 meses de avaliação, mas apresentou diminuição de 9,2% em 3 anos. O índice de massa do VE corrigido para superfície corpórea (iMVE/SC) não apresentou variação nos três anos de observação. Por outro lado, o índice de massa do VE dividido pela altura ao quadrado (iMVE/A²), que não variou em 6 meses de avaliação, mostrou diminuição de 9,5% em 3 anos (
A espessura relativa do ventrículo esquerdo estava aumentada em 17 pacientes (74%) antes da cirurgia (
O padrão geométrico ventricular predominante prévio à cirurgia bariátrica era o de remodelamento concêntrico, observado em 17 casos (74%), passando a ser normal na maioria dos pacientes em 3 anos (16 casos = 70%) (
2.2 Dopplerecocardiograma:
A relação E/A tinha um valor médio de 1,29 no exame basal. Quatro pacientes tinham valores inferiores a 1,0, indicativo de relaxamento anormal do ventrículo esquerdo. Observou-se aumento na relação E/A de 11,9% em 6 meses de avaliação e nessa ocasião apenas um paciente manteve-se com valor inferior a 1,0; entre 6 meses e 3 anos não houve alteração (
Observou-se diminuição de 9,0% na medida do tempo de relaxamento isovolumétrico em 6 meses de avaliação, de 25,0% em 3 anos e de 17,6% entre 6 meses e 3 anos (
Observou-se aumento de 8,7% na medida do tempo de ejeção em 6 meses de avaliação, e entre 6 meses e 3 anos não houve alteração (
O Índice de Desempenho Miocárdico foi estudado em apenas 13 pacientes, que tiveram os dados localizados retrospectivamente. Seu valor médio basal era 0,59; observou-se diminuição de 23,4% em 6 meses de avaliação e de 21,8% em 3 anos (
A obesidade representa um dos principais fatores de risco cardiovascular, com alarmante progressão na sua prevalência. Além de ser considerada um fator de risco independente4, traz consigo freqüentes associações que incrementam sobremaneira esse risco, entre elas a hipertensão arterial sistêmica, o diabetes, as dislipidemias e a apnéia obstrutiva do sono, aumentando ainda mais a probabilidade de se instalarem alterações cardíacas estruturais e funcionais que podem levar à insuficiência cardíaca, doença coronariana e morte súbita34,35.
As tentativas de mudanças em hábitos alimentares e o tratamento medicamentoso da obesidade infelizmente não têm sido muito contributivos, notadamente nos casos mais avançados. A eficácia dos tratamentos deixa a desejar e os efeitos colaterais são freqüentes, com distúrbios psíquicos comuns, diarréia, acometimento hepático, alterações hormonais e inclusive manifestações cardiovasculares, como hipertensão arterial sistêmica, taquicardia, hipertensão pulmonar e valvopatias18,36,37.
Assim, atualmente a intervenção que oferece a mais efetiva perda de peso para a obesidade severa é a cirurgia bariátrica19. No presente estudo, todos os pacientes operados tiveram significativa redução do peso, com melhora da qualidade de vida e nítido benefício para a saúde como um todo. Esses benefícios se mantiveram ao longo dos 3 anos, confirmando dados da literatura38.
Considerando-se a classificação da pressão arterial para adultos (idade
Diante da freqüente associação entre obesidade e hipertensão arterial, muitos aspectos fisiopatológicos dessas doenças acabam se confundindo. As alterações associadas mais diretamente com a obesidade, principalmente a resistência à leptina, redução do fator natriurético atrial, natriurese pressórica anormal e retenção de sódio, conduzem ao aumento do volume intravascular e do débito cardíaco, com conseqüente hipertrofia excêntrica do ventrículo esquerdo. Por outro lado, outras modificações como os estímulos ao sistema nervoso simpático e ao sistema renina-angiotensina, aumento da concentração intracelular do cálcio e a resistência à insulina, determinam aumento da resistência periférica e elevação da pressão arterial, causando hipertrofia concêntrica do ventrículo esquerdo. Na freqüente situação do paciente hipertenso obeso, comumente estas alterações fisiopatológicas se mesclam e resultam em adaptações cardíacas estruturais dimórficas, caracterizadas por hipertrofia ventricular esquerda excêntrica-concêntrica39.
Nos ecocardiogramas da população estudada, observou-se que a massa ventricular esquerda (não corrigida para superfície corporal ou altura) estava aumentada em 7 pacientes (30%), indicando hipertrofia ventricular esquerda segundo esse critério (normal até 198 g para mulheres e 294 g para homens)31. Por outro lado, ficou evidenciado um aumento significativo das espessuras diastólicas da parede posterior do ventrículo esquerdo e do septo ventricular, notando-se entre os 23 exames pré-operatórios, 16 paredes posteriores (69%) e 15 septos ventriculares (65%) hipertrofiados (> 11 mm). As cavidades ventriculares esquerdas não foram significativamente dilatadas, havendo apenas um paciente com dimensão diastólica de 57 mm (normal até 56 mm). A espessura relativa do VE era aumentada em 17 pacientes (74%) antes da cirurgia e o padrão geométrico de remodelamento concêntrico era o predominante (74%). Essas alterações estruturais do ventrículo esquerdo indicam modificações da geometria ventricular nesta população, possivelmente relacionadas à obesidade e à elevada associação com hipertensão arterial. Apesar da noção clássica de predomínio da hipertrofia excêntrica na obesidade, Mensah e cols.40 referem que o padrão predominante entre os obesos de sua população era também o de remodelamento concêntrico.
Após o tratamento cirúrgico da obesidade, com significativa redução do peso e diminuição associada da pressão arterial, notou-se acentuada redução das espessuras diastólicas do septo ventricular (p = 0,003) e da parede posterior do ventrículo esquerdo (p < 0,0001). Houve também diminuição da massa ventricular esquerda e do índice da massa ventricular esquerda – peso/A² (p < 0,05) após três anos de evolução pós-operatória. O emprego do índice MVE/SC não demonstrou variação da massa, pois a redução da MVE fica mascarada pela diminuição da superfície corporal. Salienta-se então a melhor aplicação nos obesos dos índices de MVE que utilizam apenas a altura em sua fórmula, ratificando achados prévios11,41. Este estudo contribui também para validar a fórmula proposta em nosso meio por Rosa e cols.11, de aplicação mais simples que a indicada previamente por De Simone41, que utilizava a altura elevada à potência de 2,7.
Tanto a redução do peso como da pressão arterial poderiam propiciar uma diminuição da cavidade esquerda, mas o que se notou foi principalmente uma queda das espessuras das paredes, achado mais relevante que o leve aumento das dimensões, o que permitiu mesmo assim uma redução da massa ventricular esquerda, no longo prazo. Atribui-se essa modificação à associação obesidade-hipertensão, prevalente na amostra, com padrões diversos no pré-operatório, e que, uma vez corrigida, permitiu rearranjos variados na geometria ventricular, mas, de qualquer forma, permitindo uma redução de quase 10% da massa ventricular esquerda.
Notou-se amplo benefício em todos os parâmetros da função diastólica na população global do estudo, com aumento da onda E, redução da onda A, aumento da relação E/A e encurtamento do tempo de relaxamento isovolumétrico do VE. O benefício da função diastólica conseqüente à redução do peso tem sido repetidamente documentado por diversos autores16,42-45. O volume do átrio esquerdo, outra variável que tem se relacionado com a função diastólica do VE, não foi estudado nesta amostra. Todavia, a dimensão do átrio esquerdo ao ecocardiograma unidimensional não revelou variação significativa após o tratamento da obesidade.
Em relação à função sistólica, geralmente há menor variação dependente da obesidade. Todos os pacientes desta pesquisa tinham índices sistólicos normais antes da intervenção. A variação do encurtamento sistólico percentual do ventrículo esquerdo não mostrou qualquer mudança significativa. No reestudo feito com 6 meses, não se observou variação significativa na fração de ejeção, porém houve discreta melhora em 3 anos. Apesar de ser composto pelos mesmos dados que participam na fórmula da fração de ejeção, os componentes do encurtamento percentual são valores menores, que ficam mais agrupados e com conseqüente dificuldade de terem demonstrada como significativa a diferença entre eles. O tempo de ejeção é uma medida derivada do Doppler e demonstrou ter uma correlação inversa com o peso: à medida que baixou o peso, notou-se aumento do tempo de ejeção, indicativo de melhora da função sistólica. Apesar destas modificações favoráveis em relação à função sistólica, deve haver cautela na valorização dos dados, visto que a função contrátil já era normal no estudo basal.
O Índice do Desempenho Miocárdico foi descrito em 1995, por Chuwa Tei, com o intuito de desenvolver um parâmetro que aferisse simultaneamente dados da função sistólica e diastólica17. Inúmeros trabalhos, sobre as mais variadas doenças, têm confirmado a aplicabilidade do índice, notadamente com implicações prognósticas17,46-54. No levantamento bibliográfico não foi encontrado qualquer trabalho que abordasse o comportamento do Índice de Desempenho Miocárdico na obesidade. Retrospectivamente, foram obtidos os exames de 13 pacientes, visto que em 10 houve problemas no armazenamento das imagens de 3 anos antes. Mas, apesar do menor número de pacientes, pôde-se verificar um comportamento do Índice de Desempenho Miocárdico compatível com o observado nos demais parâmetros desta pesquisa: a redução dos valores deste índice após a perda de peso coincide com a melhora das funções diastólica e sistólica, previamente descritas.
Como limitações nesta pesquisa citamos o número reduzido de pacientes, a dificuldade de utilizar outros métodos de avaliar a função sistólica e diastólica (estudo do fluxo das veias pulmonares, índices derivados do Doppler Tecidual e volume do átrio esquerdo) e a análise retrospectiva, com a perda de pacientes, na apreciação do Índice de Desempenho Miocárdico.
Concluindo, pacientes obesos mórbidos, após a gastroplastia, apresentam redução da pressão arterial e modificações estruturais benéficas ao coração, com redução da hipertrofia ventricular esquerda, traduzida pela diminuição da espessura relativa do ventrículo esquerdo, da massa do VE e do índice de massa do VE (MVE/altura²). Apresentam também melhora da função diastólica e aparente benefício da função sistólica, avaliadas em separado ou conjuntamente através do Índice de Desempenho Miocárdico.
Declaro não haver conflitos de interesses pertinentes.
Correspondência: Cláudio L. Pereira da Cunha R. Olavo Bilac,181 80440-040 – Curitiba, PR E-mail:
Recebido em 19/01/06; revisado recebido em 07/04/06; aceito em 01/06/06.
OBJECTIVE: To evaluate with Doppler echocardiography the reversibility of structural and hemodynamic changes in obeses after bariatric surgery. METHODS: Twenty-three patients (19 women = 82.6%) were studied. Mean age was 37.9 years. All subjects had Class III or Class II obesity with comorbidity and were submitted to bariatric surgery. Clinical and echocardiographic evaluation were performed preoperatively, in 6 months and 3 years after surgery. RESULTS: Preoperatively, the mean weight and blood pressure (BP) were respectively 128.7± 25.8 kg and 142.2 ± 16.2 / 92.2 ± 10.4 mmHg. Postoperatively, they showed important body weight reduction in 6 months (97.6 ± 18.3 kg) and 3 years (83.6 ± 13.5 kg), and BP reduction in 6 months (128.5 ± 16.1/80.7 ± 9.9 mmHg) that remain stable in 3rd year. On echocardiogram, preoperatively, there was hypertrophy of the septum and posterior wall associated with normal diastolic dimension; the predominant LV geometric pattern was concentric remodeling (74%). At six months, thinning of the ventricular septum and LV posterior wall, and increase in LV diastolic dimension were demonstrated. At 3rd year, the predominant LV pattern was normal (69%), with reduction of LV mass and LV mass/height² index. We noticed improved diastolic function, with an increased E/A ratio and a decreased LV isovolumic relaxation time. The Myocardial Performance Index was obtained retrospectively in 13 patients and improved in 6 months. There was an increase of the ejection time in 6 months and an elevation of the ejection fraction in 3rd year, suggesting improvement of the LV systolic function. CONCLUSION: The weight loss obtained with bariatric surgery promotes both structural and functional myocardial changes that improve cardiac performance.
Evolutive echocardiographic study of the structural and functional heart alterations in obese individuals after bariatric surgery
Hospital de Clínicas da Universidade Federal do Paraná e Programa de Pós-Graduação em Medicina Interna da Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR, Brazil
Obesity is defined as the presence of excess of total body fat1. In clinical practice, the main parameter used to characterize obesity is the Body Mass Index (BMI), defined as the ratio between the weight (in kg) and the the height (in m2). The BMI allows the establishment of normality, overweight and obesity criteria, with the latter subdivided into 3 classes2 (
Obesity is a chronic and progressive disease that predisposes to an increase in the mortality rate, as demonstrated by several population studies3. Its importance becomes even greater when it is observed that its prevalence has been increasing drastically, in developed as well as in developing countries, such as Brazil. It represents an independent risk factor for cardiovascular disease, defined as the incidence of coronary disease, sudden death and congestive cardiac failure4. The association between obesity and cardiovascular disease is independent from the levels of arterial pressure, cholesterol levels, smoking, presence of left ventricular hypertrophy or glucose intolerance, although there is an important association between excess weight, arterial hypertension and left ventricular hypertrophy5. Systemic arterial hypertension has an approximately 2.9 fold-higher incidence among the obese than in individuals with normal weight6.
In the heart of the obese individual, the left ventricular filling pressure and volume increase, shifting the Frank-Starling curve to the left, and inducing chamber dilation. The volume of the dilated chamber also inappropriately increases the left ventricular wall stress, and the ventricle adapts by inducing an augment of the contractile elements and myocardial mass. The final product of this adaptation is the hypertrophy, normally of the eccentric type7,8. The echocardiogram is currently the most used method for the diagnosis of left ventricular hypertrophy, common in obesity and arterial hypertension. It is based on the left ventricular mass calculation, which can be estimated by several formulas, with the Devereux's formula being one of the most frequently employed9. The left ventricular mass index is also very often employed, which is obtained by the division of the left ventricular mass by the body surface area10, but restrictions have been made to the use of this index in obese patients, suggesting an underestimation of hypertrophy as obesity is considered a physiologic variable of continuous increase11. In order to prevent this bias, LV mass index without the inclusion of weight in the formula has been proposed.11 The distribution of the LV mass values in relation to the relative thickness of the LV allowed Ganau et al.12 to propose a classification of ventricular geometry. The echocardiography has also been applied in the assessment of the LV systolic and diastolic functions in the obese8,13-16. The Myocardial Performance Index (MPI or Tei Index) that evaluates simultaneously the systolic and diastolic functions, has yet to be used in the study of obese individuals' hearts.
Weight loss can be attained by decreasing the calorie intake, by increasing physical activity, and through the use of drugs and surgical procedures18. However, only approximately 20% of the obese can promote changes in their life styles and do so in a very irregular way. This makes the weight-loss programs based solely on dieting plus physical activity frequently ineffective: around 90 to 95% of the people who lose weight, eventually recover it, or even put on additional weight19. Drug treatments also have a very limited long-term efficacy, with studies showing little weight loss when compared to placebo.20 Thus, currently, the therapeutic intervention that offers the most effective weight loss for severe obesity is the bariatric surgery19. The consensus for the management of obesity recommends that the best treatment for patients whose BMI is > 40kg/m2 in whom dieting, physical activity and drugs for weight loss have failed, is the surgical treatment18.
Several studies have confirmed the decrease in arterial pressure, systolic as well as diastolic, following weight reduction, also showing an improvement in the parameters of serum lipids and glucose14,21-23. Therefore, weight loss and its subsequent maintenance reduce the major risk factors for cardiovascular disease, which must favor the fact that the cardiac alterations of obesity be partially reversible. In this study, the anatomofunctional heart behavior is analyzed after bariatric surgery, through mid-and long-term evolutive echocardiograms.
Twenty-three consecutive patients from the Obesity Outpatient Clinic of Hospital das Clinicas of the Federal University of Parana were selected from January 1999 and August 2000. Four patients were males and 16 were females, with mean ages of 39.7 ± 8.4 years, ranging from 26 to 56 yrs.
As inclusion criteria were considered the following items: (1) all of the patients who had obesity class III; (2) the patients who had obesity class II with associated co-morbidities; (3) signature of the free Informed Consent Term agreeing to participate in the study; (4) agreement to undergo the bariatric surgery; (5) echocardiographic study with satisfactory technical quality.
Patients underwent a clinical evaluation before the surgery, with particular attention on the weight, height and arterial pressure data. The arterial pressure measurements were carried out by the indirect method with a palpation and auscultatory technique, in the sitting position, with an adequately calibrated aneroid sphygmomanometer. The patients remained in a resting position for 5 to 10 minutes before the pressure measurement, and were instructed to avoid physical activity, eating, smoking and drinking coffee or alcoholic beverage for at least 30 minutes before the measurement and talking, pain, tension or anxiety during the procedure.
All of the patients were submitted to the intervention at the Service of Digestive System Surgery of Hospital das Clinicas of the Federal University of Parana. The operation performed in all patients was the one proposed by Capella et al24, which involves a vertical banded gastroplasty associated to a gastrojejunal derivation Roux-en-Y gastric bypass.
The transthoracic echocardiograms were performed during the preoperative assessment, and six months and three years postoperatively, using a
The data interpretation consisted of qualitative and quantitative analysis of the one and two-dimensional echocardiograms, pulsed and continuous wave Doppler, and the color-flow mapping. All echocardiograms were performed by a single examiner, Board-certified in the area of Echocardiography by the Brazilian Society of Cardiology and Brazilian Medical Association, with an experience of 23 years using the method. The intra-observer variability was not assessed.
The one-dimensional echocardiographic tracings were two-dimensional image guided. Using this technique, the conventional measurements were carried out, following the recommendations of the American Society of Echocardiography29. For the calculation of the LV Ejection Fraction, the systolic and diastolic volumes were estimated by the formula of Teichholz et al30.
The LV mass was assessed using the Devereux formula 9:
LVM = 0.8 [ 1.04(VS + LVd +PW)³ - (LVd)³] + 0.6
where SV is the diastolic thickness of the ventricular septum, LVd is the diastolic dimension of the left ventricle and PW is the diastolic dimension of the LV posterior wall. The maximum normal mass limit was 294 g for men and 198 g for women31. Two left ventricular mass indexes were calculated, by dividing:
(1) the mass of the LV by the body surface32 : LVMi = LVM/BS;
(2) the mass of the LV by the square height11 : LVMi = LVM/H².
The relative thickness (RT) was calculated by the sum of the diastolic thickness of the ventricular septum and the posterior wall, in relation to the left ventricular diastolic dimension12: RT = (VS+PW) /LVd.
The patterns of ventricular geometry were defined as12:
1
2- Concentric Remodeling
3- Eccentric hypertrophy: increased LVMi with normal RT;
4- Concentric hypertrophy: increased LVMi and RT.
At the Doppler study, all measurements were carried out in 3 consecutive cycles and their mean was calculated. The mitral flow velocity (E and A waves, E/A ratio), LV ejection time and LV isovolumetric relaxation time were measured.
To calculate the Myocardial Performance Index (MPI)17 (
1- Demographic data:
There was significant weight reduction within the six-month evaluation period (24.2%) as well as after the 3yr follow-up period (35.0%). BMI and body surface also decreased simultaneously. The systolic arterial pressure and the diastolic arterial pressure decreased within 6 months (9.6% and 12.5%, respectively) of evaluation, maintaining approximately the same levels after the 3-yr follow-up period (
2- Echocardiographic data:
2.1 One-dimensional Echocardiogram:
The analysis of the one-dimensional echocardiogram showed a decrease in the LV septum thickness (12.4%) and posterior wall (14.8%) within a 6-month evaluation period with the results being maintained in the 3-yr follow-up period. Before surgery, these structures showed increased mean values, which normalized after surgery (
The LV diastolic dimension had a normal mean at the basal study, and a slight increase was observed within the 6-month evaluation period (8.2%), which was maintained in the 3-yr follow-up period. The LV percentage of systolic shortening was normal at the pre-operative evaluation and remained unaltered in the subsequent assessments. Ejection fraction was also normal at the basal echocardiogram and remained unaltered at the 6-month evaluation, but there was a slight increase (4.8%) at the 3-yr follow-up assessment, in relation to the initial study (
The left ventricular mass was increased in 7 patients (30%), and it remained unaltered at the 6-month evaluation, but there was a reduction of 9.2% at the 3-yr follow-up assessment. The LV mass index for body surface (LVMi/BS) did not present variations at the 3-yr follow-up. On the other hand, the LVMi divided by the square height (LVMi/H2), which did not show alteration at the 6-month evaluation period, demonstrated a reduction of 9.5% at the 3-yr follow-up (
The relative LV wall thickness was increased in 17 patients (74%) before surgery (
The predominant LV geometric pattern before the bariatric surgery was that of concentric remodeling observed in 17 cases (74%), which became normal in most patients at the 3-year follow-up period (16 cases, 70%) (
2.2 Doppler Echocardiogram:
The E/A ratio presented a mean value of 1.29 at the basal assessment. Four patients had levels < 1.0, indicating LV abnormal relaxation. An increase in the E/A ratio of 11.9% at the 6-month evaluation was observed, and at this time, only one patient maintained a value < 1.0; there was no alteration between 6 months and 3 years of follow-up (
The measurement of isovolumetric relaxation time decreased 9.0%, 25.0% and 17.6% at 6 months, three years and between 6 months and three years of evaluation, respectively (
An increase of 8.7% was observed in the measurement of the ejection time at six months of follow-up, but no alteration was observed between 6 months and 3 years (
The Myocardial Performance Index was studied in only 13 patients, who had their data located retrospectively. Its mean basal value was 0.59; a decrease of 23.4% was observed at the 6-month and 21.8% at the 3-year follow-up (
Obesity represents one of the main cardiovascular risk factors, with alarming progression in its prevalence. In addition to being considered an independent risk factor4, it brings frequent associations that greatly augment this risk - among them, systemic arterial hypertension, diabetes, dyslipidemia, and the obstructive sleep apnea, augmenting even more the probability of structural and functional cardiac alterations that can lead to heart failure, coronary disease and sudden death34,35.
Unfortunately, the attempts to change eating habits and the use of drugs in the treatment of obesity have been little contributive, especially in the most advanced cases. The efficacy of treatments is still deficient, and the side effects are frequent, with common psychological disorders, diarrhea, liver involvement and hormonal alterations, as well as cardiovascular manifestations such as systemic arterial hypertension, tachycardia, pulmonary hypertension and valvulopathies18,36,37.
Therefore, the intervention that currently offers the most effective weight loss for severe obesity is the bariatric surgery19. In the present study, all patients who underwent surgery had a significant weight reduction, with improvement of the quality of life and a clear benefit for the health status as a whole. These benefits were kept along the 3-year follow-up, confirming the literature data38.
Considering the classification of arterial hypertension for adults (age
In the face of the frequent association between obesity and arterial hypertension, many physiopathological aspects of these diseases end up being mistakenly diagnosed. The alterations more closely associated with obesity, especially resistance to leptin, reduction of the natriuretic factor, abnormal pressure natriuresis and sodium retention, lead to the increase of intravascular volume and cardiac output, with consequent left ventricular eccentric hypertrophy. On the other hand, other modifications such as sympathetic nervous system and rennin-angiotensin system stimuli, increase in the intracellular calcium concentration and insulin resistance determine the increase of the peripheral resistance and arterial pressure, causing left ventricular concentric hypertrophy. At the frequent situation of the hypertensive obese patient, these physiopathological alterations commonly combine and result in structural dimorphic cardiac adaptations, characterized by eccentric-concentric left ventricular hypertrophy39.
The echocardiograms of the studied populations showed that the left ventricular mass (not corrected for body surface or height) was increased in 7 patients (30%), indicating left ventricular hypertrophy according to this criterion (normal up to 198 g for women and 294 g for men)31. On the other hand, a significant increase in the LV posterior wall diastolic thickness and ventricular septum was observed, with 16 posterior walls (69%) and 15 ventricular septa (65%) being hypertrophic (> 11 mm) among the 23 pre-operative assessments. The left ventricular cavities were not significantly dilated, and only one patient had a diastolic dimension equal to 57 mm (normal up to 56 mm). The left ventricular relative thickness was increased in 17 patients (74%) before surgery, and the geometric pattern of concentric remodeling was the predominant one (74%). These structural alterations of the left ventricle indicate modifications of the ventricular geometry in this population, possibly related to obesity and the elevated association with arterial hypertension. Despite the classic view of the predominance of eccentric hypertrophy in obesity, Mensah et al40 report that the predominant pattern among the obese in their study population was also the concentric remodeling.
After the surgical treatment of obesity, with a significant weight reduction and associated arterial pressure decrease, a noteworthy reduction in the diastolic thickness of the ventricular septum (p=0.003) and left ventricular posterior wall (p< 0.0001) were observed. Additionally, there was also a decrease in the left ventricular mass and left ventricular mass index – weight/H2 (p<0.05) after 3 years of post-operative follow-up. The use of the LVM/BS index did not show mass variation, as the reduction of the LVM is masked by the decrease of the body surface.
It is thus evidenced the better application of the LVM indexes in the obese that use only the height in their formula, confirming previous findings11,41. This study also contributes to validate the formula proposed in our country by Rosa et al.11, which is simpler to use than the one proposed previously by De Simone41 that used height raised to 2.7 power.
Weight as well as arterial pressure reduction can result in a decrease of the left cavity, but what was noticed was mainly a decrease in the wall relative thickness, a more relevant finding than the slight increase of dimensions that allowed, nevertheless, a long-term reduction in the left ventricular mass. This modification is attributed to the obesity-hypertension association that was prevalent in the sample, which presented several patterns in the pre-operative period and, once corrected, allowed varied rearrangements in the ventricular geometry; nonetheless, it permitted a reduction of almost 10% of the left ventricular mass.
An extensive benefit regarding all parameters of the diastolic function was noticed among the global study population, with an increase in thee wave, reduction of the A wave, increase of the E/A ratio and shortening of the LV isovolumetric relaxation time. The benefit in the diastolic function that resulted from the weight loss has been repeatedly documented by several authors16,42-45. The left atrium volume, another variable that has been associated with the LV diastolic function, was not studied in this sample. However, the study of the left atrium dimension at the one-dimensional echocardiogram did not reveal a significant variation after the treatment of obesity.
Regarding the systolic function, there is usually a lower obesity-dependent variation. All patients in this study had normal systolic indexes before surgery. The variation of the LV percentage systolic shortening did not show any significant change. At the 6-month re-study, no significant variation in the ejection fraction was observed, although it showed a slight improvement at the 3-year follow-up. Despite the fact that they consist of the same data that participate in the ejection fraction formula, the components of the percentage shortening are lower values, which will tend to group together with a consequent difficulty to display the significant difference among them. Ejection time is a measurement derived from the Doppler, which showed to have an inverse correlation with weight: as weight decreased, an increase in the ejection time was observed, which is indicative of systolic function improvement. Despite these favorable modifications regarding the systolic function, caution must be exercised when considering the data, as the contractile function was normal at the basal study.
The Myocardial Performance Index, MPI, was described in 1995 by Chuwa Tei, with the aim of developing a parameter that could simultaneously measure systolic and diastolic function data17. Several studies of different diseases have confirmed the applicability of the index, notably with diagnostic implications17,46-54. During the literature review, no study was found regarding the role of the MPI in obesity. Examinations from 13 patients were retrospectively obtained, as there were problems with image storage of 10 of the patients, taken 3 years before.
However, despite the smaller number of patients, it was possible to observe a behavior of the MPI that was compatible with that seen regarding the other parameters in this study: the reduction in this index after weight loss coincides with the previously described improvement of the diastolic and systolic functions.
As limitations of this study, we mention the small sample size, the difficulty to use other methods to evaluate the systolic and the diastolic function (pulmonary vein flow study, Tissue Doppler Imaging (TDI) and left atrium volume indexes) and the retrospective analysis, with patient loss, when analyzing the MPI.
In conclusion, morbidly obese patients, after undergoing gastroplasty, present a reduction in the arterial blood pressure and beneficial structural modifications to the heart, with decrease of the left ventricular hypertrophy translated as the reduction in the LV relative thickness, LV mass and LV mass index (LVM/height2). They also present improvement in the diastolic function and an apparent beneficial effect on the systolic function, evaluated alone or jointly through the Myocardial Performance Index.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Mailing Address: Cláudio L. Pereira da Cunha R. Olavo Bilac,181 80440-040 – Curitiba, PR, Brazil E-mail:
Manuscript received January 19, 2006; revised manuscript received April 7, 2006; accepted June 1, 2006.