abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil 3sPv3ZgFfWdG3NKr5qxLJkR S0066-782X2012000100008 S0066-782X(12)09800108 10.1590/S0066-782X2011005000119 Artigos Originais Efeitos de diferentes graus de sensibilidade a insulina na função endotelial de pacientes obesos Galvão Roberto Plavnik Frida Liane Ribeiro Fernando Flexa Ajzen Sérgio Aron Christofalo Dejaldo M. de J. Kohlmann Jr. Osvaldo São Paulo São Paulo Universidade Federal de São Paulo EPM Brazil 01 2012 98 1 45 51 19 03 2011 01 09 2011 21 07 2011 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

FUNDAMENTO: A obesidade derivada da deposição de gordura intra-abdominal tende a aumentar a produção de hormônios e citoquinas, piorando a sensibilidade a insulina e levando a disfunção endotelial. A hiperinsulinemia é considerada um fator de risco independente para doença isquêmica cardíaca e é uma causa de disfunção endotelial em indivíduos saudáveis. OBJETIVO: Avaliar o impacto de diferentes graus de resistência a insulina, medida pelo HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), sobre a função endotelial de obesos, pacientes não diabéticos, sem história prévia de eventos cardiovasculares e diversos componentes da síndrome metabólica. MÉTODOS: Um total de 40 indivíduos obesos foi submetido a medidas antropométricas, pressão arterial de consultório, MAPA e exames laboratoriais, além de avaliação ultrassonográfica não invasiva da função endotelial. Os pacientes foram divididos em três grupos de acordo com o grau de resistência a insulina: pacientes com valores de HOMA-IR entre 0,590 e 1,082 foram incluídos no Grupo 1 (n = 13); entre 1,083 e 1,410 no Grupo 2 (n = 14); e entre 1,610 e 2,510 no Grupo 3 (n = 13). RESULTADOS: Encontramos uma diferença significativa na vasodilatação mediada por fluxo no Grupo 3 em relação ao Grupo 1 (9,2 ± 7,0 vs 18,0 ± 7,5 %, p = 0,006). Houve uma correlação negativa entre a função endotelial e insulina, HOMA-IR e triglicérides. CONCLUSÃO: Nosso estudo sugere que leves alterações nos níveis de resistência a insulina avaliada pelo HOMA-IR podem causar algum impacto sobre a função vasodilatadora do endotélio em indivíduos obesos não complicados com diferentes fatores de risco cardiovascular.

 Resistência a insulina endotélio obesidade diabetes melito hipertensão 13 12 2011

Efeitos de diferentes graus de sensibilidade a insulina na função endotelial de pacientes obesos

Roberto Galvão; Frida Liane Plavnik; Fernando Flexa Ribeiro; Sérgio Aron Ajzen; Dejaldo M. de J. Christofalo; Osvaldo Kohlmann Jr.

Universidade Federal de São Paulo -Unifesp / EPM, São Paulo, SP, Brasil

Correspondência

RESUMO

FUNDAMENTO: A obesidade derivada da deposição de gordura intra-abdominal tende a aumentar a produção de hormônios e citoquinas, piorando a sensibilidade a insulina e levando a disfunção endotelial. A hiperinsulinemia é considerada um fator de risco independente para doença isquêmica cardíaca e é uma causa de disfunção endotelial em indivíduos saudáveis.

OBJETIVO: Avaliar o impacto de diferentes graus de resistência a insulina, medida pelo HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), sobre a função endotelial de obesos, pacientes não diabéticos, sem história prévia de eventos cardiovasculares e diversos componentes da síndrome metabólica.

MÉTODOS: Um total de 40 indivíduos obesos foi submetido a medidas antropométricas, pressão arterial de consultório, MAPA e exames laboratoriais, além de avaliação ultrassonográfica não invasiva da função endotelial. Os pacientes foram divididos em três grupos de acordo com o grau de resistência a insulina: pacientes com valores de HOMA-IR entre 0,590 e 1,082 foram incluídos no Grupo 1 (n = 13); entre 1,083 e 1,410 no Grupo 2 (n = 14); e entre 1,610 e 2,510 no Grupo 3 (n = 13).

RESULTADOS: Encontramos uma diferença significativa na vasodilatação mediada por fluxo no Grupo 3 em relação ao Grupo 1 (9,2 ± 7,0 vs 18,0 ± 7,5 %, p = 0,006). Houve uma correlação negativa entre a função endotelial e insulina, HOMA-IR e triglicérides.

CONCLUSÃO: Nosso estudo sugere que leves alterações nos níveis de resistência a insulina avaliada pelo HOMA-IR podem causar algum impacto sobre a função vasodilatadora do endotélio em indivíduos obesos não complicados com diferentes fatores de risco cardiovascular.

Palavras-chave: Resistência a insulina, endotélio, obesidade, diabetes melito, hipertensão

Introdução

A obesidade resulta de uma combinação diária de fatores genéticos e comportamentais, como má alimentação e sedentarismo, sendo definida como Índice de Massa Corporal (IMC) superior a 30 kg/m2. As principais consequências clínicas da obesidade são o desenvolvimento de diabete melito tipo 2, hipertensão, dislipidemia e doenças cardiovasculares1. A obesidade derivada da deposição de gordura intra-abdominal ou visceral tende a aumentar a produção hormonal e de citocinas, agravando a sensibilidade a insulina, levando a disfunção endotelial por mecanismos diversos2,3. A resistência periférica a insulina é uma das principais características metabólicas da obesidade4, desempenhando um papel importante na fisiopatologia da hipertensão arterial5 e aterosclerose6.

A hiperinsulinemia é o fator-chave na resistência a insulina em pacientes normoglicêmicos e não diabéticos, sendo considerada um fator de risco independente para doenças isquêmicas do coração7 e causa da disfunção endotelial em indivíduos saudáveis8. Steinberg e cols.9 mostraram que pacientes obesos normoglicêmicos com resistência a insulina apresentam disfunção endotelial semelhante ao diabetes tipo 2 em comparação com controles magros9.

Assim, mudanças no relaxamento vascular dependente do endotélio descritas em pacientes hipertensos e obesos sem complicações10,11 podem representar uma ligação entre a resistência a insulina e o desenvolvimento da aterosclerose.

A presença da Síndrome Metabólica (SM), na qual a resistência a insulina é o principal componente, foi identificada como um preditor independente da disfunção endotelial em indivíduos assintomáticos com SM em comparação com controles normais. Também foi mostrado que o grau de disfunção endotelial aumenta à medida que componentes de SM também aumentam, provavelmente indicando um efeito cumulativo desses fatores de risco na função endotelial12.

O objetivo deste estudo foi avaliar o impacto de diferentes graus de resistência a insulina, medida pelo HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), sobre a função endotelial em pacientes obesos não diabéticos, sem histórico de eventos cardiovasculares e diferentes componentes da síndrome metabólica.

Métodos

Quarenta pacientes foram elegíveis para este estudo transversal (11 homens e 29 mulheres), com idade variando de 19 a 70 anos. Os critérios de inclusão principais foram: indivíduos do sexo masculino e feminino com idades entre 18 e 70 anos, com diagnóstico de obesidade estágio 1 ou 2 - IMC entre 30 e 39,9 kg/m2,13 ou normotensos ou hipertensão estágio 1 essencial. Indivíduos hipertensos não receberam tratamento farmacológico isoladamente ou medicação anti-hipertensiva. Aqueles em tratamento passaram por um período de um mês sem medicamentos (washout). Os critérios de exclusão principais foram: obesidade estágio 3 (IMC>40 kg/m2), uso de tratamento medicamentoso para obesidade, uso de inibidores da Enzima Conversora da Angiotensina (ECA) ou bloqueadores da angiotensina AT1 receptor (ARB), estatinas ou qualquer outra droga com efeito potencial sobre a função endotelial, formas secundárias de hipertensão arterial, histórico de evento cardiovascular, tabagismo, doença renal crônica e diabete melito tipo 1 ou 2. Os indivíduos foram classificados como diabéticos ou na presença de glicemia de jejum > 126 mg/dL ou glicemia por hora > 200 mg/dL (dados coletados a partir de registros do paciente). Pacientes evoluindo para hipertensão estágio 2 – pressão arterial sistólica > 160 e/ou pressão arterial diastólica > 100 mmHg - 14 ou todos os sintomas atribuídos à retirada dos medicamentos durante o período de washout foram excluídos do estudo.

As seguintes medidas antropométricas foram registradas durante a visita de base: peso corporal (kg), altura (cm), IMC (peso/altura2) e circunferência abdominal (cm). A circunferência abdominal foi medida em um nível intermediário entre o último arco costal e a crista ilíaca. A pressão arterial foi medida três vezes dentro de um intervalo de 1 minuto de acordo com as diretrizes AHA15 e a média desses três valores foi utilizada em análises posteriores.

Testes de laboratório realizados nos indivíduos participantes do estudo estiveram de acordo com os métodos convencionais utilizados no Laboratório Central do Hospital do Rim e Hipertensão. Os seguintes testes foram feitos em um analisador de química Roche-Hitachi 912 (Hitachi, Nakakojo, Japão): creatinina (picrato alcalino cinético automatizado), glicemia de jejum (método colorimétrico automatizado), colesterol/triglicerídeos (método enzimático colorimétrico), colesterol HDL (método homogêneo) e colesterol LDL (cálculo indireto). Os níveis de insulina foram determinados em um dispositivo 1277 Gamma Master (Wallac, Turku, Finlândia) por meio de radioimunoensaio com base nas medidas I-125 (DPC Kit). O nível de sensibilidade a insulina foi calculado pela fórmula HOMA-IR [glicose (mMol/L) x insulinemia (µU/mL) /22,5]16. Os pacientes foram classificados como tendo síndrome metabólica com base nos critérios do National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III - NCEP ATP III17.

Os níveis de pressão arterial também foram determinados pela Monitorização Ambulatorial da Pressão Arterial – MAPA (Spacelabs, Issaquah, WA), com pressão arterial e frequência cardíaca registrada a cada 15 minutos durante o dia e a cada 20 minutos durante a noite).

Ultrassom modo B da artéria braquial

O teste de função endotelial foi realizado por imagens de ultrassom modo B de alta resolução usando uma metodologia não invasiva descrita por Celermajer e cols.18 com modificações19. O equipamento utilizado neste estudo foi um Ultramark HDI 3000 (ATL ultrasound incorporation), com um transdutor linear de L7-4MHz. O teste consistiu de quatro fases, quais sejam: repouso após hiperemia reativa (Dilatação fluxo-mediada — DFM), novamente com o indivíduo em repouso e, finalmente, após a administração de nitrato sublingual (dilatação mediada por nitrato — DMN). Todas as medições foram realizadas no mesmo lugar, na seção longitudinal 5-10 cm acima da fossa antecubital do braço direito. No final da primeira fase de repouso, quando uma posição satisfatória foi encontrada para dar continuidade ao estudo do endotélio, a pele foi marcada e o braço permaneceu na mesma posição durante todo o teste. Nesse momento, o diâmetro e a velocidade do fluxo sanguíneo foram determinados em triplicata para a primeira fase. Para obter um maior fluxo, um manguito foi colocado no braço direito e foi inflado a 300 mmHg, resultando em uma interrupção completa do fluxo sanguíneo durante um período de 5 min, e então o manguito foi esvaziado. Foram obtidos um segundo e um terceiro scan após 15 e 90 s após o manguito ter sido liberado (conhecido como fenômeno de hiperemia reativa seguido por uma DFM braquial). O fluxo sanguíneo máximo (mm/min) foi determinado nos primeiros 15 s após a liberação do manguito. Noventa segundos após a isquemia, três medições do diâmetro da artéria braquial foram tomadas no período diastólico (DFM). Um descanso de 10 min foi, então, autorizado para a recuperação do vaso e, ao final desse período, um comprimido sublingual de dinitrato de isossorbida em uso tópico de 5,0 mg foi dado aos indivíduos. Cinco minutos após a administração de dinitrato de isossorbida em uso tópico, três medidas foram obtidas para o diâmetro da artéria braquial e velocidade do fluxo sanguíneo para determinar a vasodilatação induzida por nitrato da parede arterial (conhecida como vasodilatação independente do endotélio). A média desses valores foi utilizada em análises subsequentes. A resposta DFM foi expressa como a mudança no diâmetro diastólico final da artéria braquial durante a hiperemia reativa em comparação com a medida basal (repouso) de utilizada como uma medida da vasodilatação dependente do endotélio. A média desses valores foi utilizada em análises subsequentes. Para determinar a confiabilidade dos resultados, foram realizados testes vasculares (vasodilatação após hiperemia reativa e dilatação estimulada por nitrato) por dois observadores independentes em 10 voluntários saudáveis. A variabilidade intra e interobservador para medidas repetidas do mesmo registro do diâmetro da artéria braquial foi de 2.1671.7, 2.4171.9 e 6.774.0%, respectivamente.

Os pacientes foram divididos em três grupos (tercis) de acordo com o nível de resistência a insulina determinado pelo HOMA-IR, já que a maioria deles tinha pelo menos um critério adicional para a síndrome metabólica e, portanto, resistência a insulina, apesar dos valores de pressão arterial, como a seguir: pacientes com valores HOMA-IR 0,590-1,082 foram atribuídos ao Grupo 1 (n = 13), de 1,083 a 1,410 para o Grupo 2 (n = 14) e 1,610-2,510 para o Grupo 3 (n = 13).

Análise estatística

As variáveis contínuas são expressas como média ± desvio padrão e analisadas utilizando o teste ANOVA monofatorial. As variáveis categóricas são expressas como porcentagem e foram analisadas pelo teste do Qui-quadrado. O coeficiente de correlação de Pearson foi utilizado para avaliar a correlação entre as variáveis. Modelos de regressão linear foram construídos com base na análise de correlação, com a fase dependente do endotélio considerada como a variável dependente. Valores de P < 0,05 foram considerados estatisticamente significativos. Os dados foram analisados usando a versão 13.0 do software SPSS (SPSS Corp, Chicago, IL) para Windows.

Esse protocolo foi realizado de acordo com a Declaração de Helsinque e Boas Práticas Clínicas e foi aprovado pelo Comitê de Ética do Hospital do Rim e Hipertensão registrado pela pesquisa do Comitê de Ética em Pesquisa da Fundação Oswaldo Ramos registrado sob o protocolo n.057. Todos os pacientes assinaram um consentimento informado após terem sido informados sobre os procedimentos envolvidos neste estudo clínico.

Resultados

A tabela 1 mostra que os valores demográficos, clínicos e laboratoriais da população do estudo apresentavam uma distribuição homogênea entre os tercis. Os valores de pressão arterial obtidos em consultório (OBP) mostraram-se ligeiramente mais baixos no tercil do que no outros tercis, embora essa diferença não tenha alcançado significância estatística e não tenha sido confirmada pela MAPA.

Quanto aos testes laboratoriais, os indivíduos no tercil superior apresentaram níveis mais elevados de colesterol total e colesterol LDL, estatisticamente diferentes dos outros dois grupos (p < 0,05). Comparando os níveis de insulina entre os três tercis, observamos que o tercil 3 tinha o valor mais alto, sendo estatisticamente diferente de outros dois grupos (p < 0,001), embora tenhamos detectado também uma diferença estatisticamente significativa entre os tercis 1 e 2 (p < 0,001). Os mesmos achados foram observados em HOMA-IR, refletindo resultados semelhantes para glicemia de jejum nos três grupos.

A espessura íntima-média da artéria carótida (IMT-C) não mostrou nenhuma diferença significativa entre os grupos (0,054 ± 0,02, 0,066 ± 0,02 e 0,064 ± 0,02mm nos tercis 1, 2 e 3, respectivamente). A figura 1 mostra uma diminuição progressiva da dilatação mediada pelo fluxo (fase dependente do endotélio) entre os três grupos, com significância estatística no tercil 3 em comparação com o tercil 1 (9,2 ± 7,0 vs. 18,0 ± 7,5%, respectivamente, p = 0,006). No entanto, a diferença observada no teste mediado por nitrato (fase independente do endotélio) não atingiu significância (15,1 ± 9,8 vs. 19,4 ± 6,3%, ns).

Em uma análise conjunta dos três tercis, o coeficiente de Pearson revelou correlação negativa entre a função endotelial e insulina (tabela 2). Essas medidas foram os únicos preditores independentes da fase dependente de endotélio no modelo de regressão linear (tabela 3).

Discussão

Nossos dados revelaram uma associação entre o grau de resistência a insulina e vasodilatação dependente do endotélio em uma população obesa metabolicamente não comprometida com poucos fatores de risco cardiovascular.

Apesar de todos os esforços para selecionar indivíduos obesos sem outros fatores de risco cardiovascular, o grupo de estudo apresentou uma prevalência significativa de pressão arterial elevada (54%, 57% e 61%) e síndrome metabólica (38,5%, 35,7% e 46,1%) nos três tercis, respectivamente, refletindo a interação cada vez mais prevalente desses componentes20. No entanto, o impacto desses fatores de risco sobre a função endotelial não alcançou significância nos três tercis, com exceção dos triglicerídeos, de forma isolada. Medidas de MAPA mostraram que os valores de pressão arterial permaneciam na fase 1, mesmo após o período de washout de um mês.

A espessura normal do complexo íntima-média, juntamente com a preservação da função endotelial independente nos três grupos demonstra o baixo impacto da pressão arterial elevada na camada muscular das artérias nestes indivíduos. Buscou-se recrutar voluntários normotensos para este estudo, uma vez que um estudo anterior do nosso grupo mostrou correlação significativa entre disfunção endotelial e ligeiros aumentos na pressão arterial sistólica entre indivíduos hipertensos com pressão alta-normal21.

Em termos de grau de resistência a insulina, observaram-se valores de HOMA-IR significativamente mais elevados no tercil 3 do que no tercil 2 e o mesmo para o tercil 1, caracterizando níveis de insulina em constante aumento nos tercis. Portanto, os valores HOMA-IR apresentaram correlação significativa independente com a disfunção endotelial, mesmo nessa população normoglicêmica. Devemos salientar que, apesar da diferença significativa no grau de sensibilidade a insulina entre os grupos, os valores HOMA-IR permaneceram dentro da normalidade de acordo com a literatura, e em nossos dados o maior valor observado foi de 2,51. Apesar de uma falta de padronização para o uso rotineiro na prática clínica, o HOMA-IR é altamente aplicável em estudos epidemiológicos de base populacional22. Valores médios HOMA-IR de 2,0 foram observados em uma população não diabética americana branca sem histórico de eventos cardiovasculares23. No estudo HOMA-IR sobre Síndromes Metabólicas no Brasil, foram observados valores de limiar maiores que 2,71 em indivíduos saudáveis sem componentes da síndrome metabólica24.

Um estudo anterior mostrou uma associação precoce entre a resistência a insulina e disfunção endotelial em uma população de parentes de primeiro grau com diabetes tipo 225. Os dados do nosso estudo sugerem que mesmo pequenas alterações na insulina podem ter um efeito significativo sobre a função endotelial em populações obesas ainda não classificadas como resistentes a insulina.

Os mecanismos envolvidos nessa associação continuam sendo tema de intenso debate. A insulina age na ativação da via fosfatidilinositol 3-quinase, regulando a expressão de NO em células endoteliais; o modelo de resistência a insulina poderia causar disfunção dessa via agravando o relaxamento vascular dependente do endotélio26. Reciprocamente, a disfunção endotelial pode aumentar a resistência a insulina, reduzindo o fluxo sanguíneo nos tecidos, causado por um desequilíbrio entre NO e a expressão de endotelina-1. Estudos sobre intervenções terapêuticas em modelos animais têm mostrado que a otimização da função endotelial promove resistência a insulina e vice-versa27. Winkler e cols. propuseram que a-TNF seja uma ligação entre disfunção endotelial e resistência à insulina em obesos normotensos28.

Embora o uso de dados em jejum possa ter algumas limitações, é amplamente aceito que o HOMA-IR seja uma alternativa viável quando não há disponibilidade da técnica de clampe e, considerando todas as críticas, ele tem demonstrado uma boa correlação com dados clampe29, sendo comumente utilizado em ensaios clínicos de grande porte. A investigação da população em geral, The San Antonio Heart Study, encontrou correlação entre valores HOMA-IR e risco elevado para doença cardiovascular após ajuste para diversas covariáveis, possivelmente como resultado do aumento da proliferação de células vasculares do músculo liso e devido a mecanismos de inflamação crônica subclínica23. Assim como o presente estudo, The San Antonio Heart Study dividiu os participantes em quintis HOMA-IR que se correlacionavam progressivamente com risco cardiovascular. Poderíamos especular que, entre os vários mecanismos envolvidos, esses pacientes podem ter apresentado diferentes graus de disfunção endotelial, semelhantes aos observados em nosso estudo.

Com relação ao perfil lipídico, observou-se uma diferença significativamente maior nos níveis de colesterol total e LDL no tercil 3 em comparação com os outros tercis, ainda que dentro de uma faixa considerada clinicamente limítrofe. Não obstante a importância do LDL como um fator de risco cardiovascular30, é pouco provável que os níveis observados nesse estudo tenham sido suficientes para influenciar a função endotelial, como observado na análise de correlação. Em contraste, apesar dos valores clinicamente limítrofes, os triglicerídeos são apresentados como uma outra variável independente para disfunção endotelial nessa população. O nível de triglicerídeos está diretamente relacionado com a presença de obesidade central, causando aumento da lipólise e levando tanto à resistência a insulina quanto à disfunção endotelial pelo aumento da expressão de marcadores de inflamação como a proteína C-reativa, IL-6, moléculas de adesão solúveis, fator de von Willebrand e endotelina-131. Além disso, estudos clínicos e experimentais têm demonstrado que os ácidos graxos livres mudam a resposta vasodilatadora do endotélio inibindo eNOS e estimulando a expressão dos ânions pelas células endoteliais e vasculares via NADPH oxidase, diminuindo assim a biodisponibilidade de NO32. Apesar da controvérsia sobre seu papel como fator de risco cardiovascular independente33, os triglicerídeos estão diretamente relacionados a outros fatores não lipídicos cardiovasculares, tais como microalbuminúria e resistência a insulina34. A associação encontrada em nosso estudo sugere um papel dos triglicerídeos na disfunção endotelial e os mecanismos de resistência a insulina.

Neste estudo, objetivamos avaliar uma população de obesos composta principalmente por indivíduos livres de danos em órgãos-alvo e baixos fatores de risco cardiovascular. Notamos, no entanto, algumas limitações no nosso estudo, principalmente devido ao pequeno tamanho da amostra e fatores de risco cumulativo comparando o tercil 3 com o tercil 1, isto é, indivíduos idosos, a maioria do sexo masculino, maior prevalência de hipertensão arterial e síndrome metabólica. Embora individualmente esses fatores não tenham alcançado significância estatística, juntos eles podem ter um impacto sobre a função endotelial e sobre o grau de resistência à insulina. Por fim, níveis superiores de colesterol LDL no tercil 3, embora limítrofes, podem ter confundido a interpretação dos nossos achados.

Conclusões

Observamos que mesmo pequenas alterações nos níveis de resistência a insulina avaliados pelo HOMA-IR podem ter impacto sobre a função endotelial vasodilatadora em indivíduos obesos sem complicações, com poucos fatores de risco cardiovascular. Embora não tenha sido possível estabelecer um mecanismo claro de causa-efeito neste estudo, observou-se um envolvimento significativo na função endotelial relacionada com pequenas mudanças nos valores HOMA-IR. Portanto, sugerimos que os mecanismos de resistência a insulina desempenham um papel no início da disfunção endotelial, embora vários estudos na literatura tenham relatado uma relação recíproca entre esses processos.

Roberto Galvão

Rua Leandro Dupret, 365 - Vila Clementino

04025-011 - São Paulo, SP, Brasil

E-mail:

roberto.nefro@uol.com.br,

roberto@nefrologista.com.br

Artigo aceito em 19/3/11; revisado recebido em 21/07/11; aceito em 01/09/11.

Este artigo sofreu alterações por solicitação do editor em Jan/2012 conforme ERRATA publicada no Volume 98 Número 1 do periódico. (http://www.scielo.br/pdf/abc/v98n1/v98n1a21.pdf)

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BACKGROUND: Obesity derived from intra-abdominal fat deposition tends to increase hormonal and cytokine production, thus worsening insulin sensitivity and leading to endothelial dysfunction. Hyperinsulinemia is considered an independent risk factor for ischemic heart disease and cause of endothelial dysfunction in healthy individuals. OBJECTIVE: To assess the impact of different degrees of insulin resistance, measured by HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), on endothelial function in obese, non-diabetic patients without prior history of cardiovascular events and different metabolic syndrome components. METHODS: Forty obese individuals were submitted to anthropometric measurements, BP measurements at office and ABPM and laboratory tests, in addition to non-invasive ultrasound assessment of endothelial function. Patients were divided into 3 groups according to the level of insulin resistance: patients with HOMA-IR values from 0.590 to 1.082 were assigned to Group 1 (n=13), from 1.083 to 1.410 to Group 2 (n=14) and from 1.610 to 2.510 to Group 3 (n=13). RESULTS: We found a significant difference in flow-mediated dilation in group 3 compared to group 1 (9.2±7.0 vs 18.0±7.5 %, p=0.006). There was a negative correlation between endothelial function and insulin, HOMA-IR and triglycerides. CONCLUSION: Our data suggest that mild changes in insulin resistance levels assessed by HOMA-IR may have an impact on vasodilatatory endothelial function in uncomplicated obese individuals with different cardiovascular risk factors.

 Insulin resistance endothelium obesity diabetes mellitus hypertension

Effects of different degrees of insulin sensitivity on endothelial function in obese patients

Roberto Galvão; Frida Liane Plavnik; Fernando Flexa Ribeiro; Sérgio Aron Ajzen; Dejaldo M. de J. Christofalo; Osvaldo Kohlmann Jr.

Universidade Federal de São Paulo -Unifesp / EPM, São Paulo, SP, Brazil

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ABSTRACT

BACKGROUND: Obesity derived from intra-abdominal fat deposition tends to increase hormonal and cytokine production, thus worsening insulin sensitivity and leading to endothelial dysfunction. Hyperinsulinemia is considered an independent risk factor for ischemic heart disease and cause of endothelial dysfunction in healthy individuals.

OBJECTIVE: To assess the impact of different degrees of insulin resistance, measured by HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), on endothelial function in obese, non-diabetic patients without prior history of cardiovascular events and different metabolic syndrome components.

METHODS: Forty obese individuals were submitted to anthropometric measurements, BP measurements at office and ABPM and laboratory tests, in addition to non-invasive ultrasound assessment of endothelial function. Patients were divided into 3 groups according to the level of insulin resistance: patients with HOMA-IR values from 0.590 to 1.082 were assigned to Group 1 (n=13), from 1.083 to 1.410 to Group 2 (n=14) and from 1.610 to 2.510 to Group 3 (n=13).

RESULTS: We found a significant difference in flow-mediated dilation in group 3 compared to group 1 (9.2±7.0 vs 18.0±7.5 %, p=0.006). There was a negative correlation between endothelial function and insulin, HOMA-IR and triglycerides.

CONCLUSION: Our data suggest that mild changes in insulin resistance levels assessed by HOMA-IR may have an impact on vasodilatatory endothelial function in uncomplicated obese individuals with different cardiovascular risk factors.

Keywords: Insulin resistance, endothelium, obesity, diabetes mellitus, hypertension.

Introduction

Obesity results from a combination of genetic factors and daily life behavior such as poor diet and sedentary lifestyle and is defined as a body mass index (BMI) higher than 30 kg/m2. The main clinical consequences of obesity are the development of type 2 diabetes mellitus, high blood pressure, dyslipidemia and cardiovascular diseases1. Obesity derived from intra-abdominal or visceral fat deposition tends to increase hormonal and cytokine production worsening insulin sensitivity and leading to endothelial dysfunction due to several mechanisms2,3. Peripheral insulin resistance is one of the key metabolic features of obesity4 playing a significant role in patophysiology of arterial hypertension5 and atherosclerosis6.

Hyperinsulinemia is the key factor in insulin resistance in normoglycemic and non-diabetic patients, and is considered an independent risk factor for ischemic heart disease7 and cause of endothelial dysfunction in healthy individuals8. Steinberg et al9 showed that normoglycemic obese, insulin-resistant patients present endothelial dysfunction similar to type 2 diabetics compared to lean controls9.

Thus, changes in endothelium-dependent vascular relaxation described in essential hypertensive10,11 and uncomplicated obese patients may represent a link between insulin resistance and the development of atherosclerosis.

The presence of metabolic syndrome (MS) where insulin resistance is the main component was identified as an independent predictor of endothelial dysfunction in asymptomatic individuals with MS versus normal controls. It was also shown that the degree of endothelial dysfunction increases as components of MS also increase, probably indicating a cumulative effect of these risk factors on endothelial function12.

The aim of this study was to assess the impact of different degrees of insulin resistance, measured by HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), on endothelial function in obese, non-diabetic patients without prior history of cardiovascular events and different metabolic syndrome components.

Methods

Forty patients were eligible in this cross-sectional study (11 men and 29 women), with age ranging from 19 to 70 years. The main inclusion criteria were: male and female individuals, aged between 18 and 70 years, diagnosed with obesity stage 1 or 2 - BMI between 30 and 39.9 kg/m2,13 either normotensive or stage 1 essential hypertension. Hypertensive individuals received non-pharmacologic treatment alone or antihypertensive medication. Those under treatment underwent a 1-month wash-out period. Main exclusion criteria were: stage 3 obesity (BMI>40 kg/m2), use of drug treatment for obesity, use of angiotensin converting enzyme inhibitors (ACE) or AT1 angiotensin receptor blockers (ARB), statins or any other drug with a potential effect on endothelial function, secondary forms of arterial hypertension, history of cardiovascular event, tobacco use, chronic renal disease and type 1 or 2 diabetes mellitus. The individuals were classified as diabetic either in the presence of fasting plasma glucose > 126mg/dL or hours plasma glucose > 200mg/dL (data collected from patient's records). Patients evolving to stage 2 hypertension — SBP > 160 and/or DBP > 100 mmHg – 14 or any symptoms attributed to drug withdrawal during the wash out period were excluded from study.

The following anthropometric measurements were recorded at the baseline visit: body weight (kg), height (cm), BMI (weight/height2) and waist circumference (cm). Waist circumference was measured at a midway level between the lower rib margin and the iliac crest. Blood pressure was measured three times within a 1-minute interval according to AHA guidelines15 and the mean of these three values was used in subsequent analyses.

Laboratory tests performed in study individuals agreed with conventional methods used at the Central Laboratory of the Kidney and Hypertension Hospital. The following tests were made on a Roche-Hitachi 912 chemistry analyzer (Hitachi, Nakakojo, Japan): creatinine (automated kinetic alkaline picrate), blood fasting glucose (automated colorimetric method), cholesterol/triglycerides (colorimetric enzymatic method), HDL-cholesterol (homogenous method) and LDL-cholesterol (indirect calculation). Insulin levels were determined on a 1277 Gamma Master device (Wallac, Turku, Finland) using radioimmunoassay based on I-125 (DPC Kit) measures. The level of insulin sensitivity was calculated by HOMA-IR formula [glucose (mMol/L) x insulinemia (µU/mL) /22.5]16. Patients were classified as having metabolic syndrome based on criteria of the National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III - NCEP ATP III17.

Blood pressure levels were also determined by Ambulatory Blood Pressure Monitoring – ABPM (Spacelabs, Issaquah, WA) with Blood Pressure and Heart Rate recorded every 15 minutes during daytime and every 20 minutes during nighttime).

Brachial artery B mode ultrasound

Endothelial function test was performed by high-resolution B-mode ultrasound images using a non-invasive methodology described by Celermajer et al18 with modifications19. The equipment used in this study was an Ultramark HDI 3000 (ATL ultrasound incorporation), with a linear transducer of L7– 4MHz. The test consisted of four phases, as follows: rest, after reactive hyperaemia (endothelium-dependent phase – FMD), again with the individual at rest, and finally, after administration of sublingual nitrate (endothelium-independent phase – NMD). All measurements were performed in the same place, in longitudinal section 5–10cm above the antecubital fossa of the right upper arm. At the end of the first phase of resting when a satisfactory position was found to carry on the endothelial study, the skin was marked and the arm remained in the same position throughout the test. At this moment, the diameter and blood flow velocity were determined in triplicate for the first phase. To obtain an increased flow, a cuff was placed on the right upper arm and it was inflated to 300mm Hg, resulting in a complete interruption of blood flow during a 5-min period, and then the cuff was deflated. Second and third scans were obtained after 15 and 90 s after the cuff was released (known as reactive hyperaemia phenomenon that was followed by a brachial FMD. The maximum blood flow (mm/min) was determined in the first 15 s after the cuff release. Ninety seconds after ischaemia, three measurements of the brachial artery diameter were taken at the diastolic period (FMD). A 10-min rest was then allowed for recovery of the vessel and at the end of this period a sublingual tablet of isossorbide dinitrate 5.0 mg was given to the individuals. Five minutes after isossorbide dinitrate administration, three measurements were obtained for brachial artery diameter and blood flow velocity to determine nitrate-induced vasodilation of the arterial wall (known as endothelium-independent vasodilation). The mean of these values was used in subsequent analyses. FMD response was expressed as the change in end-diastolic diameter of the brachial artery during reactive hyperaemia compared with the baseline (rest) measurement and used as a measure of endothelium-dependent vasodilation. The mean of these values was used in subsequent analyses. To determine the confidence of results, vascular tests (vasodilation after reactive hyperaemia and nitrate-stimulated dilation) were performed by two independent observers in 10 healthy volunteers. Intra- and interobserver variability for repeated measurements of the same recording of the brachial artery diameter was 2.1671.7, 2.4171.9 and 6.774.0%, respectively.

Patients were divided into 3 groups (tertiles) according to the level of insulin resistance determined by HOMA-IR, since most of them had at least one additional criterion for metabolic syndrome, and therefore insulin resistance, despite blood pressure values, as follow: patients with HOMA-IR values from 0.590 to 1.082 were assigned to Group 1 (n=13), from 1.083 to 1.410 to Group 2 (n=14) and from 1.610 to 2.510 to Group 3 (n=13).

Statistical Analysis

Continuous variables are expressed as mean ± standard deviation and analyzed using the One-Way ANOVA test. Categorical variables are expressed as percentages and were analyzed by the Chi-square test. Pearson's correlation coefficient was used to assess correlation among variables. Models of linear regression were constructed based on the correlation analysis, with the endothelial-dependent phase considered as the dependent variable. P-values <0.05 were considered statistically significant. Data were analyzed using version 13.0 of SPSS software (SPSS Corp, Chicago, IL) for Windows.

This protocol was performed according to the Declaration of Helsinki and Good Clinical Practices and was approved by the Ethics Committee of the Kidney and Hypertension Hospital registered by the Oswaldo Ramos Foundation's Research and Ethics Committee and registered under protocol No. 057. All patients signed an informed consent, after having been informed of the procedures involved in this clinical study.

Results

Table 1 shows that demography, clinical and laboratory values of the study population had a homogeneous distribution among tertiles. Office blood pressure (OBP) values were slightly lower in tertile 1 than in the other tertiles, although this difference did not reach statistical significance and was not confirmed by ABPM.

Regarding laboratory tests, those individuals in the upper tertile presented higher levels of total cholesterol and LDL-cholesterol which were statistically different from the other two groups (p < 0.05). Comparing insulin levels among the three tertiles, we noted that tertile 3 had the highest value, which was statistically different from two other groups (p <0.001), while we also detected a statistically significant difference between tertile 1 and 2 (p < 0.001). The same findings were observed on HOMA-IR, reflecting similar results for fasting glucose in the 3 groups.

Intima-media thickness of carotid artery (IMT-C) did not show any significant difference among groups (0.054±0.02, 0.066±0.02 and 0.064±0.02mm in tertiles 1, 2 and 3, respectively). Figure 1 shows a progressive decrease in flow-mediated dilation (endothelial-dependent phase) among the 3 groups, with a statistical significance in tertile 3 compared to tertile 1 (9.2±7.0 vs. 18.0±7.5 %, respectively, p = 0.006). However, the difference observed on the nitrate-mediated test (endothelial-independent phase) did not reach significance (15.1±9.8 vs. 19.4±6.3 %, ns).

In a pooled analysis of the 3 tertiles, Pearson's coefficient revealed negative correlation between endothelial function and insulin (Table 2). These measurements were the only significant independent predictors of endothelial-dependent phase in the linear regression model (Table 3).

Discussion

Our data revealed an association between the degree of insulin resistance and endothelium-dependent vasodilation in a metabolically uncompromised obese population with few cardiovascular risk factors.

Despite all efforts to select obese individuals with no additional cardiovascular risk factors, the study group presented a significant prevalence of high blood pressure (54%, 57% and 61%) and metabolic syndrome (38.5%, 35.7% and 46.1%) in the 3 tertiles, respectively, reflecting the increasingly prevalent interaction of these components20. Nevertheless, the impact of these risk factors on endothelial function did not reach significance in the 3 tertiles, except for triglycerides alone. ABPM measurements showed that blood pressure values remained in stage 1, even after the 1-month wash out period.

The normal thickness of the intima-media complex, coupled with preserved independent endothelial function across the 3 groups demonstrates the low impact of high blood pressure on muscular layer of arteries in these individuals. We sought to recruit normotensive volunteers for this study given that an earlier study from our group showed significant correlation between endothelial dysfunction and slight increases in systolic blood pressure among high-normal hypertensive individuals21.

In terms of degree of insulin resistance, we observed significantly higher HOMA-IR values in tertile 3 than in tertile 2 and the same for tertile 1, characterizing steadily rising insulin levels across tertiles. Therefore, HOMA-IR scores presented independent significant correlation with endothelial dysfunction, even in this normoglycemic population. We should stress that in spite of the significant difference in degree of insulin sensitivity among the groups, HOMA-IR scores remained within normal ranges according to the literature, and in our data the highest value observed was 2.51. Despite a lack of standardization for routine use in clinical practice, HOMA-IR is highly applicable in epidemiologic population-based studies22. Average HOMA-IR values of 2.0 were observed in a white American, non-diabetic population with no history of cardiovascular events23. In the Brazilian Metabolic Syndrome Study HOMA-IR, threshold values greater than 2.71 were observed in healthy individuals without metabolic syndrome components24.

A previous study showed an early association between insulin resistance and endothelial dysfunction in a population of first degree relatives with type 2 diabetics25. Data from our study suggests that even small changes in insulin may have a significant effect on endothelial function in obese populations who are not yet classified as insulin resistant.

The mechanisms involved in this association remain a topic of intense debate. Insulin acts in the activation of the phosphatidylinositol 3-kinase pathway, regulating NO expression in endothelial cells; the model of insulin resistance would cause dysfunction of this pathway worsening dependent-endothelial vascular relaxation26. Reciprocally, endothelial dysfunction can increase insulin resistance by reducing blood flow in the tissues, caused by an imbalance between NO and endothelin-1 expression. Studies on therapeutic interventions in animal models have shown that optimizing endothelial function promotes improved insulin resistance and vice-versa27. Winkler et al proposed that a-TNF is a link between endothelial dysfunction and insulin resistance in obese normotensives28.

Although the use of fasting data may have some limitation, it is widely accepted that HOMA-IR is a feasible alternative when the clamp technique is not available and, considering all criticism, it has demonstrated a good correlation with clamp data29, being frequently used in large clinical trials. The large population investigation, The San Antonio Heart Study, found correlation between HOMA-IR scores and increased risk for cardiovascular disease after adjusting for multiple co-variables, possibly as a result of increased proliferation of vascular smooth-muscle cells and due to subclinical chronic inflammation mechanisms23. Just like this study, The San Antonio Heart Study divided participants into HOMA-IR quintiles which correlated progressively with cardiovascular risk. It could be especulated that, among several mechanisms involved, these patients may have presented different degrees of endothelial dysfunction, similar to those observed in our study.

With regard to lipid profile, we observed a significantly greater difference in total and LDL cholesterol levels in tertile 3 compared to the other tertiles, albeit within a range considered clinically borderline. Notwithstanding the importance of LDL as a cardiovascular risk factor30, the levels observed in this study were unlikely to have been sufficient to influence endothelial function as observed in the correlation analysis. In contrast, despite the clinically borderline values, triglycerides are presented as another independent variable for endothelial dysfunction in this population. Triglyceride level is directly related to the presence of central obesity, causing increased lipolysis and leading both to insulin resistance and endothelial dysfunction through increased expression of markers of inflammation such as C-reactive protein, IL-6, soluble adhesion molecules, von Willebrand factor and endothelin-131. In addition, clinical and experimental studies have shown that free fatty acids change vasodilatory response of endothelium by inhibiting eNOS and stimulating anion expression by endothelial and vascular cells via NADPH oxidase, thereby lowering NO bioavailability32. In spite of the controversy on their role as an independent cardiovascular risk factor33, triglycerides are directly related to other non-lipid cardiovascular factors such as microalbuminuria and insulin resistance34. The association found in our study suggests a role of triglycerides in endothelial dysfunction and mechanisms of insulin resistance.

In this study, we aimed to assess an obese population mostly free of target organ damages and low cardiovascular risk factors. We noted, however, some limitations in our study mainly due to the small sample size and cumulative risk factors comparing tertile 3 with tertile 1, that is, elderly individuals, mostly males, higher prevalence of high blood pressure and metabolic syndrome. While individually these factors did not reach statistical significance, together they may have impact on endothelial function and on the degree of insulin resistance. Finally, tertile 3 higher LDL-C levels, though borderline, may have confused the interpretation of our findings.

Conclusions

We have observed that even mild changes in insulin resistance levels assessed by HOMA-IR may have an impact on vasodilatatory endothelial function in uncomplicated obese individuals with few cardiovascular risk factors. Although we were unable to establish a clear cause-effect mechanism in this study, a significant involvement in endothelial function related to small changes in HOMA-IR scores was observed. Therefore, we suggest that insulin resistance mechanisms play an early role in endothelial dysfunction, although several studies in the literature have previously reported a reciprocal relationship between these processes.

References

Efectos de diferentes grados de sensibilidad a la insulina en la función endotelial de pacientes obesos

FUNDAMENTO: La obesidad derivada del depósito de grasa intraabdominal tiende a aumentar la producción de hormonas y citocinas, empeorando la sensibilidad a la insulina y llevando a disfunción endotelial. La hiperinsulinemia es considerada un factor de riesgo independiente para enfermedad isquémica cardíaca y es una causa de disfunción endotelial en individuos sanos. OBJETIVO: Evaluar el impacto de diferentes grados de resistencia a la insulina, medida por el HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), sobre la función endotelial de obesos, pacientes no diabéticos, sin historia previa de eventos cardiovasculares y diversos componentes del síndrome metabólico. MÉTODOS: Un total de 40 individuos obesos fue sometido a medidas antropométricas, presión arterial de consultorio, MAPA y exámenes de laboratorio, además de evaluación ultrasonográfica no invasiva de la función endotelial. Los pacientes fueron divididos en tres grupos de acuerdo con el grado de resistencia a insulina: pacientes con valores de HOMA-IR entre 0,590 y 1,082 fueron incluidos en el Grupo 1 (n = 13); entre 1,083 y 1,410 en el Grupo 2 (n = 14); y entre 1,610 y 2,510 en el Grupo 3 (n = 13). RESULTADOS: Encontramos una diferencia significativa en la vasodilatación mediada por flujo en el Grupo 3 en relación al Grupo 1 (9,2 ± 7,0 vs 18,0 ± 7,5 %, p = 0,006). Hubo una correlación negativa entre la función endotelial e insulina, HOMA-IR y triglicéridos. CONCLUSIÓN: Nuestro estudio sugiere que leves alteraciones en los niveles de resistencia a la insulina evaluada por el HOMA-IR pueden causar algún impacto sobre la función vasodilatadora del endotelio en individuos obesos no complicados con diferentes factores de riesgo cardiovascular.

 Resistencia a la insulina endotelio obesidad diabetes mellitus hipertensión

ARTÍCULO ORIGINAL

Roberto Galvão; Frida Liane Plavnik; Fernando Flexa Ribeiro; Sérgio Aron Ajzen; Dejaldo M. de J. Christofalo; Osvaldo Kohlmann Jr.

Universidade Federal de São Paulo -Unifesp / EPM, São Paulo, SP, Brasil

Correspondencia

RESUMEN

FUNDAMENTO: La obesidad derivada del depósito de grasa intraabdominal tiende a aumentar la producción de hormonas y citocinas, empeorando la sensibilidad a la insulina y llevando a disfunción endotelial. La hiperinsulinemia es considerada un factor de riesgo independiente para enfermedad isquémica cardíaca y es una causa de disfunción endotelial en individuos sanos.

OBJETIVO: Evaluar el impacto de diferentes grados de resistencia a la insulina, medida por el HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), sobre la función endotelial de obesos, pacientes no diabéticos, sin historia previa de eventos cardiovasculares y diversos componentes del síndrome metabólico.

MÉTODOS: Un total de 40 individuos obesos fue sometido a medidas antropométricas, presión arterial de consultorio, MAPA y exámenes de laboratorio, además de evaluación ultrasonográfica no invasiva de la función endotelial. Los pacientes fueron divididos en tres grupos de acuerdo con el grado de resistencia a insulina: pacientes con valores de HOMA-IR entre 0,590 y 1,082 fueron incluidos en el Grupo 1 (n = 13); entre 1,083 y 1,410 en el Grupo 2 (n = 14); y entre 1,610 y 2,510 en el Grupo 3 (n = 13).

RESULTADOS: Encontramos una diferencia significativa en la vasodilatación mediada por flujo en el Grupo 3 en relación al Grupo 1 (9,2 ± 7,0 vs 18,0 ± 7,5 %, p = 0,006). Hubo una correlación negativa entre la función endotelial e insulina, HOMA-IR y triglicéridos.

CONCLUSIÓN: Nuestro estudio sugiere que leves alteraciones en los niveles de resistencia a la insulina evaluada por el HOMA-IR pueden causar algún impacto sobre la función vasodilatadora del endotelio en individuos obesos no complicados con diferentes factores de riesgo cardiovascular.

Palabras clave: Resistencia a la insulina, endotelio, obesidad, diabetes mellitus, hipertensión.

Introducción

La obesidad resulta de una combinación diaria de factores genéticos y de comportamiento, como mala alimentación y sedentarismo, siendo definida como Índice de Masa Corporal (IMC) superior a 30 kg/m2. Las principales consecuencias clínicas de la obesidad son el desarrollo de diabetes mellitus tipo 2, hipertensión, dislipidemia y enfermedades cardiovasculares1. La obesidad derivada del depósito de grasa intraabdominal o visceral tiende a aumentar la producción hormonal y de citocinas, agravando la sensibilidad a la insulina, llevando a disfunción endotelial por mecanismos diversos2,3. La resistencia periférica a la insulina es una de las principales características metabólicas de la obesidad4, desempeñando un papel importante en la fisiopatología de la hipertensión arterial5 y aterosclerosis6.

La hiperinsulinemia es el factor clave en la resistencia a la insulina en pacientes normoglicémicos y no diabéticos, siendo considerada un factor de riesgo independiente para enfermedades isquémicas del corazón7 y causa de la disfunción endotelial en individuos sanos8. Steinberg et al9 mostraron que pacientes obesos normoglicémicos con resistencia a la insulina presentan disfunción endotelial semejante a la diabetes tipo 2 en comparación con controles magros9.

Así, cambios en la relajación vascular dependiente del endotelio descriptas en pacientes hipertensos y obesos sin complicaciones10,11 pueden representar una ligación entre la resistencia a la insulina y el desarrollo de la aterosclerosis.

La presencia del Síndrome Metabólico (SM), en la cual la resistencia a la insulina es el principal componente, fue identificada como un predictor independiente de la disfunción endotelial en individuos asintomáticos con SM en comparación con controles normales. También fue mostrado que el grado de disfunción endotelial aumenta a medida que componentes de SM también aumentan, probablemente indicando un efecto acumulativo de esos factores de riesgo en la función endotelial12.

El objetivo de este estudio fue evaluar el impacto de diferentes grados de resistencia a la insulina, medida por el HOMA-IR (Homeostasis Model Assessment of Insulin Resistance), sobre la función endotelial en pacientes obesos no diabéticos, sin historia de eventos cardiovasculares y diferentes componentes del síndrome metabólico.

Métodos

Cuarenta pacientes fueron elegibles para este estudio transversal (11 hombres y 29 mujeres), con edad variando de 19 a 70 años. Los criterios de inclusión principales fueron: individuos del sexo masculino y femenino con edades entre 18 y 70 años, con diagnóstico de obesidad nivel 1 o 2 - IMC entre 30 y 39,9 kg/m2,13 o normotensos o hipertensión nivel 1 esencial. Individuos hipertensos no recibieron tratamiento farmacológico aisladamente o medicación antihipertensiva. Aquellos en tratamiento pasaron por un período de un mes sin medicamentos (washout). Los criterios de exclusión principales fueron: obesidad nivel 3 (IMC>40 kg/m2), uso de tratamiento medicamentoso para obesidad, uso de inhibidores de la Enzima Conversora de la Angiotensina (ECA) o bloqueadores de la angiotensina AT1 receptor (ARB), estatinas o cualquier otra droga con efecto potencial sobre la función endotelial, formas secundarias de hipertensión arterial, historia de evento cardiovascular, tabaquismo, enfermedad renal crónica y diabetes mellitus tipo 1 o 2. Los individuos fueron clasificados como diabéticos o en la presencia de glicemia de ayuno > 126 mg/dL o glicemia por hora > 200 mg/dL (datos colectados a partir de registros del paciente). Pacientes evolucionando para hipertensión nivel 2 - presión arterial sistólica > 160 y/o presión arterial diastólica > 100 mmHg - 14 o todos los síntomas atribuidos a la retirada de los medicamentos durante el período de washout fueron excluidos del estudio.

Las siguientes medidas antropométricas fueron registradas durante la visita de base: peso corporal (Kg.), altura (cm), IMC (peso/altura2) y circunferencia abdominal (cm). La circunferencia abdominal fue medida en un nivel intermedio entre el último arco costal y la cresta ilíaca. La presión arterial fue medida tres veces dentro de un intervalo de 1 minuto de acuerdo con las directrices AHA15 y la media de esos tres valores fue utilizada en análisis posteriores.

Tests de laboratorio realizados en los individuos participantes del estudio estuvieron de acuerdo con los métodos convencionales utilizados en el Laboratorio Central del Hospital do Rim e Hipertensão. Los siguientes tests fueron hechos en un analizador de química Roche-Hitachi 912 (Hitachi, Nakakojo, Japón): creatinina (picrato alcalino cinético automatizado), glicemia de ayuno (método colorimétrico automatizado), colesterol/triglicéridos (método enzimático colorimétrico), colesterol HDL (método homogéneo) y colesterol LDL (cálculo indirecto). Los niveles de insulina fueron determinados en un dispositivo 1277 Gamma Master (Wallac, Turku, Finlandia) por medio de radioinmunoensayo con base en las medidas I-125 (DPC Kit). El nivel de sensibilidad a la insulina fue calculado por la fórmula HOMA-IR [glucosa (mMol/L) x insulinemia (µU/mL) /22,5]16. Los pacientes fueron clasificados como teniendo síndrome metabólico con base en los criterios del National Cholesterol Education Program Adult Treatment Panel III - NCEP ATP III17.

Los niveles de presión arterial también fueron determinados por la Monitoreo Ambulatorio de la Presión Arterial - MAPA (Spacelabs, Issaquah, WA), con presión arterial y frecuencia cardíaca registrada cada 15 minutos durante el día y cada 20 minutos durante la noche).

Ultrasonido modo B de la arteria braquial

El test de función endotelial fue realizado por imágenes de ultrasonido modo B de alta resolución usando una metodología no invasiva descripta por Celermajer et al18 con modificaciones19. El equipamiento utilizado en este estudio fue un Ultramark HDI 3000 (ATL ultrasound incorporation), con un transductor lineal de L7-4MHz. El test consistió de cuatro fases, los cuales son: reposo después de hiperemia reactiva (Dilatación flujo-mediada - DFM), nuevamente con el individuo en reposo y, finalmente, después de la administración de nitrato sublingual (Dilatación mediada por nitrato - DMN). Todas las mediciones fueron realizadas en el mismo lugar, en la sección longitudinal 5-10 cm encima de la fosa antecubital del brazo derecho. En el final de la primera fase de reposo, cuando una posición satisfactoria fue encontrada para dar continuidad al estudio del endotelio, la piel fue marcada y el brazo permaneció en la misma posición durante todo el test. En ese momento, el diámetro y la velocidad del flujo sanguíneo fueron determinados por triplicado para la primera fase. Para obtener un mayor flujo, un manguito fue colocado en el brazo derecho y fue inflado a 300 mmHg, resultando en una interrupción completa del flujo sanguíneo durante un período de 5 min, y entonces el manguito fue vaciado. Fueron obtenidos un segundo y un tercer scan después de 15 y 90 s después de que el manguito fue liberado (conocido como fenómeno de hiperemia reactiva seguido por una DFM braquial). El flujo sanguíneo máximo (mm/min) fue determinado en los primeros 15 s después de la liberación del manguito. Noventa segundos después de la isquemia, tres mediciones del diámetro de la arteria braquial fueron tomadas en el período diastólico (DFM). Un descanso de 10 min fue, entonces, autorizado para la recuperación del vaso y, al final de ese período, un comprimido sublingual de dinitrato de isosorbide en uso tópico de 5,0 mg fue dado a los individuos. Cinco minutos después de la administración de dinitrato de isosorbide en uso tópico, tres medidas fueron obtenidas para el diámetro de la arteria braquial y velocidad del flujo sanguíneo para determinar la vasodilatación inducida por nitrato de la pared arterial (conocida como vasodilatación independiente del endotelio). La media de esos valores fue utilizada en análisis subsecuentes. La respuesta DFM fue expresada como el cambio en el diámetro diastólico final de la arteria braquial durante la hiperemia reactiva en comparación con la medida basal (reposo) utilizada como una medida de la vasodilatación dependiente del endotelio. La media de esos valores fue utilizada en análisis subsecuentes. Para determinar la confiabilidad de los resultados, fueron realizados tests vasculares (vasodilatación después de hiperemia reactiva y dilatación estimulada por nitrato) por dos observadores independientes en 10 voluntarios sanos. La variabilidad intra e interobservador para medidas repetidas del mismo registro del diámetro de la arteria braquial fue de 2.1671.7, 2.4171.9 y 6.774.0%, respectivamente.

Los pacientes fueron divididos en tres grupos (terciles) de acuerdo con el nivel de resistencia a la insulina determinado por el HOMA-IR, ya que la mayoría de ellos tenía por lo menos un criterio adicional para el síndrome metabólico y, por tanto, resistencia a la insulina, a pesar de los valores de presión arterial, como a continuación: pacientes con valores HOMA-IR 0,590-1,082 fueron atribuidos al Grupo 1 (n = 13), de 1,083 a 1,410 para el Grupo 2 (n = 14) y 1,610-2,510 para el Grupo 3 (n = 13).

Análisis estadístico

Las variables continuas son expresadas como media ± desvío estándar y analizadas utilizando el test ANOVA monofactorial. Las variables categóricas son expresadas como porcentaje y fueron analizadas por el test del Chi-cuadrado. El coeficiente de correlación de Pearson fue utilizado para evaluar la correlación entre las variables. Modelos de regresión lineal fueron construidos con base en el análisis de correlación, con la fase dependiente del endotelio considerada como la variable dependiente. Valores de P < 0,05 fueron considerados estadísticamente significativos. Los datos fueron analizados usando a versión 13.0 del software SPSS (SPSS Corp, Chicago, IL) para Windows.

Ese protocolo fue realizado de acuerdo con la Declaración de Helsinki y Buenas Prácticas Clínicas y fue aprobado por el Comité de Ética del Hospital do Rim e Hipertensão registrado por la investigación del Comité de Ética en Investigación de la Fundación Oswaldo Ramos registrado bajo el protocolo n.057. Todos los pacientes firmaron un consentimiento informado después de haber sido informados sobre los procedimientos envueltos en este estudio clínico.

Resultados

La tabla 1 muestra que los valores demográficos, clínicos y de laboratorio de la población del estudio presentaban una distribución homogénea entre los terciles. Los valores de presión arterial obtenidos en consultorio (OBP) se mostraran ligeramente más bajos en el tercil que en los otros terciles, aunque esa diferencia no haya alcanzado significación estadística y no haya sido confirmada por la MAPA.

En cuanto a los tests de laboratorio, los individuos en el tercil superior presentaron niveles más elevados de colesterol total y colesterol LDL, estadísticamente diferentes de los otros dos grupos (p < 0,05). Comparando los niveles de insulina entre los tres terciles, observamos que el tercil 3 tenía el valor más alto, siendo estadísticamente diferente de otros dos grupos (p < 0,001), aunque hayamos detectado también una diferencia estadísticamente significativa entre los terciles 1 y 2 (p < 0,001). Los mismos hallazgos fueron observados en HOMA-IR, reflejando resultados semejantes para glicemia de ayuno en los tres grupos.

El espesor íntima-media de la arteria carótida (IMT-C) no mostró ninguna diferencia significativa entre los grupos (0,054 ± 0,02, 0,066 ± 0,02 y 0,064 ± 0,02mm en los terciles 1, 2 y 3, respectivamente). La figura 1 muestra una disminución progresiva de la dilatación mediada por el flujo (fase dependiente del endotelio) entre los tres grupos, con significación estadística en el tercil 3 en comparación con el tercil 1 (9,2 ± 7,0 vs. 18,0 ± 7,5%, respectivamente, p = 0,006). Mientras tanto, la diferencia observada en el test mediado por nitrato (fase independiente del endotelio) no alcanzó significación (15,1 ± 9,8 vs. 19,4 ± 6,3%, ns).

En un análisis conjunto de los tres terciles, el coeficiente de Pearson reveló correlación negativa entre la función endotelial e insulina (tabla 2). Esas medidas fueron los únicos predictores independientes de la fase dependiente de endotelio en el modelo de regresión lineal (tabla 3).

Discusión

Nuestros datos revelaron una asociación entre el grado de resistencia a insulina y vasodilatación dependiente del endotelio en una población obesa metabólicamente no comprometida con pocos factores de riesgo cardiovascular.

A pesar de todos los esfuerzos para seleccionar individuos obesos sin otros factores de riesgo cardiovascular, el grupo de estudio presentó una prevalencia significativa de presión arterial elevada (54%, 57% y 61%) y síndrome metabólico (38,5%, 35,7% y 46,1%) en los tres terciles, respectivamente, reflejando la interacción cada vez más prevalente de esos componentes20. Mientras tanto, el impacto de esos factores de riesgo sobre la función endotelial no alcanzó significación en los tres terciles, con excepción de los triglicéridos, de forma aislada. Medidas de MAPA mostraron que los valores de presión arterial permanecían en la fase 1, aun después del período de washout de un mes.

El espesor normal del complejo íntima-media, juntamente con la preservación de la función endotelial independiente en los tres grupos demuestra el bajo impacto de la presión arterial elevada en la capa muscular de las arterias en estos individuos. Se buscó reclutar voluntarios normotensos para este estudio, una vez que un estudio anterior de nuestro grupo mostró correlación significativa entre disfunción endotelial y ligeros aumentos en la presión arterial sistólica entre individuos hipertensos con presión alta-normal21.

En términos de grado de resistencia a insulina, se observaron valores de HOMA-IR significativamente más elevados en el tercil 3 que en el tercil 2 y lo mismo para el tercil 1, caracterizando niveles de insulina en constante aumento en los terciles. Por tanto, los valores HOMA-IR presentaron correlación significativa independiente con la disfunción endotelial, aun en esa población normoglicémica. Debemos destacar que, a pesar de la diferencia significativa en el grado de sensibilidad a la insulina entre los grupos, los valores HOMA-IR permanecieron dentro de la normalidad de acuerdo con la literatura, y en nuestros datos el mayor valor observado fue de 2,51. A pesar de una falta de estandarización para el uso de rutina en la práctica clínica, el HOMA-IR es altamente aplicable en estudios epidemiológicos de base poblacional22. Valores medios HOMA-IR de 2,0 fueron observados en una población no diabética americana blanca sin historia de eventos cardiovasculares23. En el estudio HOMA-IR sobre Síndromes Metabólicos en el Brasil, fueron observados valores de umbral mayores que 2,71 en individuos sanos sin componentes del síndrome metabólico24.

Un estudio anterior mostró una asociación precoz entre la resistencia a la insulina y disfunción endotelial en una población de parientes de primer grado con diabetes tipo 225. Los datos de nuestro estudio sugieren que aun pequeñas alteraciones en la insulina pueden tener un efecto significativo sobre la función endotelial en poblaciones obesas aun no clasificadas como resistentes a la insulina.

Los mecanismos envueltos en esa asociación continúan siendo tema de intenso debate. La insulina actúa en la activación de la vía fosfatidilinositol 3-quinasa, regulando la expresión de NO en células endoteliales; el modelo de resistencia a la insulina podría causar disfunción de esa vía agravando la relajación vascular dependiente del endotelio26. Recíprocamente, la disfunción endotelial puede aumentar la resistencia a la insulina, reduciendo el flujo sanguíneo en los tejidos, causado por un desequilibrio entre NO y la expresión de endotelina-1. Estudios sobre intervenciones terapéuticas en modelos animales han mostrado que la optimización de la función endotelial promueve resistencia a la insulina y viceversa27. Winkler et al propusieron que a-TNF sea una ligación entre disfunción endotelial y resistencia a la insulina en obesos normotensos28.

Aunque el uso de datos en ayuno pueda tener algunas limitaciones, es ampliamente aceptado que el HOMA-IR sea una alternativa viable cuando no hay disponibilidad de la técnica de clampe y, considerando todas las críticas, ha demostrado una buena correlación con datos clampe29, siendo comúnmente utilizado en ensayos clínicos de gran porte. La investigación de la población en general, The San Antonio Heart Study, encontró correlación entre valores HOMA-IR y riesgo elevado para enfermedad cardiovascular después de ajuste para diversas covariables, posiblemente como resultado del aumento de la proliferación de células vasculares del músculo liso y debido a mecanismos de inflamación crónica subclínica23. Así como el presente estudio, The San Antonio Heart Study dividió los participantes en quintiles HOMA-IR que se correlacionaban progresivamente con riesgo cardiovascular. Podríamos especular que, entre los varios mecanismos envueltos, esos pacientes pueden haber presentado diferentes grados de disfunción endotelial, semejantes a los observados en nuestro estudio.

Con relación al perfil lipídico, se observó una diferencia significativamente mayor en los niveles de colesterol total y LDL en el tercil 3 en comparación con los otros terciles, aunque dentro de una franja considerada clínicamente limítrofe. No obstante la importancia del LDL como un factor de riesgo cardiovascular30, es poco probable que los niveles observados en ese estudio hayan sido suficientes para influenciar la función endotelial, como observado en el análisis de correlación. En contraste, a pesar de los valores clínicamente limítrofes, los triglicéridos son presentados como otra variable independiente para disfunción endotelial en esa población. El nivel de triglicéridos está directamente relacionado con la presencia de obesidad central, causando aumento de la lipólisis y llevando tanto a la resistencia a la insulina en cuanto a la disfunción endotelial por el aumento de la expresión de marcadores de inflamación como la proteína C-reactiva, IL-6, moléculas de adhesión solubles, factor de von Willebrand y endotelina-131. Además de eso, estudios clínicos y experimentales han demostrado que los ácidos grasos libres cambian la respuesta vasodilatadora del endotelio inhibiendo eNOS y estimulando la expresión de los aniones por las células endoteliales y vasculares vía NADPH oxidasa, disminuyendo así la biodisponibilidad de NO32. A pesar de la controversia sobre su papel como factor de riesgo cardiovascular independiente33, los triglicéridos están directamente relacionados a otros factores no lipídicos cardiovasculares, tales como microalbuminuria y resistencia a la insulina34. La asociación encontrada en nuestro estudio sugiere un papel de los triglicéridos en la disfunción endotelial y los mecanismos de resistencia a la insulina.

En este estudio, buscamos evaluar una población de obesos compuesta principalmente por individuos libres de daños en órganos-blanco y bajos factores de riesgo cardiovascular. Notamos, mientras tanto, algunas limitaciones en nuestro estudio, principalmente debido al pequeño tamaño de la muestra y factores de riesgo acumulativo comparando el tercil 3 con el tercil 1, esto es, individuos añosos, la mayoría del sexo masculino, mayor prevalencia de hipertensión arterial y síndrome metabólico. Aunque individualmente esos factores no hayan alcanzado significación estadística, juntos ellos pueden tener un impacto sobre la función endotelial y sobre el grado de resistencia a la insulina. Por fin, niveles superiores de colesterol LDL en el tercil 3, aunque limítrofes, pueden haber confundido la interpretación de nuestros hallazgos.

Conclusiones

Observamos que aun pequeñas alteraciones en los niveles de resistencia a insulina evaluados por el HOMA-IR pueden tener impacto sobre la función endotelial vasodilatadora en individuos obesos sin complicaciones, con pocos factores de riesgo cardiovascular. Aunque no haya sido posible establecer un mecanismo claro de causa-efecto en este estudio, se observó un envolvimiento significativo en la función endotelial relacionada con pequeños cambios en los valores HOMA-IR. Por tanto, sugerimos que los mecanismos de resistencia a insulina desempeñan un papel en el inicio de la disfunción endotelial, aunque varios estudios en la literatura hayan relatado una relación recíproca entre esos procesos.

Potencial Conflicto de Intereses

Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.

Fuentes de Financiación

El presente estudio no tuve fuentes de financiación externas.

Vinculación Académica

Este artículo forma parte de Disertación de Maestría de Roberto Galvão, por la Universidade Federal de São Paulo - UNIFESP - EPM.

Referencias