abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil w5D7HdL5NkBKRdVp8gxnncn S0066-782X2012001300004 S0066-782X(12)09900400004 10.1590/S0066-782X2012005000077 Artigos Originais Resistência insulínica pode prejudicar a redução da espessura mediointimal em adolescentes obesos Sanches Priscila de Lima Mello Marco Túlio de Fonseca Francisco Antonio Helfestein Elias Natália Piano Aline de Carnier June Tock Lian Oyama Lila Missae Tufik Sergio Dâmaso Ana São Paulo São Paulo Universidade Federal de São Paulo Brazil São Paulo SP Associação de Fundo de Incentivo Pesquisa Brasil 10 2012 99 4 892 899 10 10 2011 15 03 2012 13 10 2011 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

FUNDAMENTO: O processo aterosclerótico no nível endotelial começa em idade precoce e parece estar associado com a obesidade e suas comorbidades como a resistência insulínica. OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi verificar a influência da resistência insulínica em marcadores inflamatórios e subclínicos de aterosclerose em adolescentes obesos. MÉTODOS: Sessenta e seis adolescentes obesos pós-púberes foram divididos em dois grupos de acordo com o índice de resistência insulínica estimado pelo Modelo de Avaliação da Homeostase (HOMA-RI): com resistência insulínica (RI) n = 39 e sem resistência insulínica (NRI) n = 27, e foram submetidos a uma intervenção interdisciplinar ao longo de um ano. A espessura mediointimal da artéria carótida comum (EMIC), e o tecido adiposo visceral e subcutâneo foram determinados por ultrassonografia. A composição corporal, pressão arterial, índice HOMA-RI, perfil lipídico e as concentrações de adipocinas [leptina, adiponectina, e inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1)] foram analisados antes e após a terapia. RESULTADOS: Ambos os grupos apresentaram melhoras significativas na composição corporal, estado inflamatório (redução da concentração de leptina e PAI 1; aumento de adiponectina plasmática) e redução da EMIC. Apenas o grupo NRI mostrou correlação positiva entre as alterações na gordura visceral (∆Visceral) e mudanças na EMIC (∆ EMIC) (r = 0,42, p < 0,05). A análise por regressão linear simples revelou o ∆Visceral ser um preditor independente para a redução da EMIC nesse grupo (R2 ajustado = 0,14, p = 0,04). Os valores finais da EIMC permaneceram significativamente maiores no grupo RI, quando comparado com grupo NRI. CONCLUSÃO: A presença de resistência insulínica pode prejudicar mudanças na EMIC levando ao desenvolvimento precoce da aterosclerose em adolescentes obesos submetidos a uma intervenção interdisciplinar.

 Aterosclerose fatores de risco obesidade adolescente resistência insulina 30 08 2012

Resistência insulínica pode prejudicar a redução da espessura mediointimal em adolescentes obesos

Priscila de Lima SanchesI; Marco Túlio de MelloI; Francisco Antonio Helfestein FonsecaI; Natália EliasII; Aline de PianoI; June CarnierI; Lian TockI; Lila Missae OyamaI; Sergio TufikI, II; Ana DâmasoI

IUniversidade Federal de São Paulo - UNIFESP, São Paulo, SP - Brasil

IIAssociação de Fundo de Incentivo Pesquisa - AFIP, São Paulo, SP - Brasil

Endereço para correspondência

RESUMO

FUNDAMENTO: O processo aterosclerótico no nível endotelial começa em idade precoce e parece estar associado com a obesidade e suas comorbidades como a resistência insulínica.

OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi verificar a influência da resistência insulínica em marcadores inflamatórios e subclínicos de aterosclerose em adolescentes obesos.

MÉTODOS: Sessenta e seis adolescentes obesos pós-púberes foram divididos em dois grupos de acordo com o índice de resistência insulínica estimado pelo Modelo de Avaliação da Homeostase (HOMA-RI): com resistência insulínica (RI) n = 39 e sem resistência insulínica (NRI) n = 27, e foram submetidos a uma intervenção interdisciplinar ao longo de um ano. A espessura mediointimal da artéria carótida comum (EMIC), e o tecido adiposo visceral e subcutâneo foram determinados por ultrassonografia. A composição corporal, pressão arterial, índice HOMA-RI, perfil lipídico e as concentrações de adipocinas [leptina, adiponectina, e inibidor do ativador do plasminogênio-1 (PAI-1)] foram analisados antes e após a terapia.

RESULTADOS: Ambos os grupos apresentaram melhoras significativas na composição corporal, estado inflamatório (redução da concentração de leptina e PAI 1; aumento de adiponectina plasmática) e redução da EMIC. Apenas o grupo NRI mostrou correlação positiva entre as alterações na gordura visceral (∆Visceral) e mudanças na EMIC (∆ EMIC) (r = 0,42, p < 0,05). A análise por regressão linear simples revelou o ∆Visceral ser um preditor independente para a redução da EMIC nesse grupo (R2 ajustado = 0,14, p = 0,04). Os valores finais da EIMC permaneceram significativamente maiores no grupo RI, quando comparado com grupo NRI.

CONCLUSÃO: A presença de resistência insulínica pode prejudicar mudanças na EMIC levando ao desenvolvimento precoce da aterosclerose em adolescentes obesos submetidos a uma intervenção interdisciplinar.

Palavras-chave: Aterosclerose; fatores de risco; obesidade; adolescente; resistência insulina.

Introdução

A medida da espessura mediointimal carotídea (EMIc) é um marcador de aterosclerose subclínica e seu aumento tem sido associado com a presença de fatores de risco como hipertensão arterial, dislipidemia, diabetes e obesidade1,2. Alguns estudos mostraram que o processo aterosclerótico no nível endotelial se inicia em idade precoce3,4. Há evidências de que a EMIc é maior em crianças com obesidade do que em controles saudáveis, e que os efeitos da obesidade na infância sobre a vasculatura em adultos são cumulativos1,3,5.

A obesidade é a causa fisiopatológica mais prevalente da Resistência Insulínica (RI), que é definida como a diminuição da resposta do tecido a ações celulares mediadas por insulina, conduzindo a uma redução na captação de glicose em todo o organismo em resposta concentração fisiológica de insulina6,7.

Além disso, o tecido adiposo, especialmente a gordura visceral, está relacionado com um aumento no risco cardiovascular e morbimortalidade além de produzir várias adipocinas pró-inflamatórias, incluindo leptina e inibidor do ativador de plasminogênio-1 (PAI-1), que desempenham importantes funções reguladoras em uma variedade de processos biológicos, incluindo a arterosclerose, além do papel na RI6,8-12.

Estudos envolvendo diferentes tipos de intervenções (farmacológicas, nutricionais, mudanças no estilo de vida) têm mostrado resultados significativos na redução da EMIc em crianças e adolescentes13-16. Um estudo anterior do nosso grupo demonstrou que a melhoria na RI foi um preditor independente para reduzir a EMIc em adolescentes obesos submetidos a uma intervenção interdisciplinar no decorrer de um ano14. No entanto, o papel dos biomarcadores associados com a resistência insulínica e obesidade, tanto no desenvolvimento quanto no tratamento da aterosclerose subclínica, não é bem elucidado.

O objetivo do presente estudo foi, portanto, verificar se a presença de resistência insulínica exerce influência sobre a resposta e associação entre marcadores inflamatórios e subclínicos de aterosclerose em adolescentes obesos submetidos a um ano de intervenção interdisciplinar.

Métodos

Indivíduos do estudo

Um total de 66 adolescentes obesos pós-púberes17 (IMC > 95º percentil curvas de crescimento do CDC)18, na faixa etária de 14 a 19 anos (16,75 ± 1,63 anos), incluindo 39 com Resistência Insulínica (RI) e 27 Não Resistência Insulínica (NRI), foi recrutado para um programa interdisciplinar de perda de peso durante um ano. A hiperleptinemia foi definida como valores basais de leptina acima de 20 ng/mL para os moços, e 24 ng/mL para as moças, com base em valores de referência citados por Gutin e cols.19. Os critérios de inclusão para a fase pós-puberal foram baseados na escala de Tanner (estágio 5) para moços e moças. Os critérios de não inclusão foram os seguintes: outras doenças metabólicas e endócrinas; consumo crônico de álcool; uso prévio de drogas como esteroides anabólico-androgênicos ou psicotrópicos, os quais podem afetar a regulação do apetite, e gravidez. Foi obtido o consentimento informado dos pais e a aquiescência dos adolescentes para participar como voluntário em um programa interdisciplinar de perda de peso. Este estudo foi conduzido de acordo com os princípios da Declaração de Helsinque e foi formalmente aprovado pelo comitê de ética da Universidade Federal de São Paulo (nº 0135/04) e registrada no Ensaio Clínico (NCT01357883).

Medidas antropométricas e composição corporal

Os voluntários foram pesados com roupas leves e sem sapatos em uma balança Filizola com precisão de 0,1 kg. A altura foi medida com aproximação de 0,5 cm com um estadiômetro de parede (Sanny, modelo ES 2030). O Índice de Massa Corporal (IMC) foi calculado como peso dividido pela altura ao quadrado (wt/ht2). A composição corporal foi medida por pletismografia por deslocamento de ar em um sistema de composição corporal BOD POD (versão 1.69; Life Measurement Instruments, Concord, CA).

Medições de gordura visceral e subcutânea

Todos os procedimentos de ultrassonografia abdominal e medições de gordura visceral e subcutânea foram realizados pelo mesmo especialista em imagem, cego ao diagnóstico, usando um transdutor multifrequencial de 3,5 MHz (banda larga). Esse procedimento permitiu uma redução na margem de risco por classificação inadequada. O coeficiente de variação intraexame para ultrassonografia foi 0,8%. Foram feitas medições por ultrassonografia da gordura visceral e subcutânea. A gordura subcutânea determinada por ultrassonografia foi definida como a distância entre a pele e a face externa do músculo reto abdominal, e gordura visceral foi definida como a distância entre a face interna do mesmo músculo e a parede anterior da aorta20.

Medidas de espessura mediointimal da artéria carótida

A espessura mediointimal da artéria carótida foi medida pelo mesmo radiologista experiente, cego aos valores laboratoriais dos participantes e aos níveis de fatores de risco, antes e após a intervenção, usando equipamento de ultrassom de alta resolução (Logic 5 e Logic 7, General Electric) com transdutor linear de 7-14 MHz. O coeficiente de variação intraexame para a EMIc foi 4,36%. Os pacientes foram examinados em posição supina com o pescoço em hiperextensão. O protocolo envolveu repetidas medições manuais da parede oposta da carótida a 2 cm proximal da bifurcação do bulbo. Em uma imagem em modo B, longitudinal, na parede oposta da artéria carótida comum aparece como duas linhas paralelas brilhantes, separadas por um espaço hipoecoico. A distância entre a borda de ataque da primeira linha brilhante na parede oposta (interface lúmen-íntima) e a borda de ataque da segunda linha brilhante (interface média-adventícia) indica o EMIc da parede oposta conforme descrito anteriormente21. Foram tomadas três medidas da carótida comum esquerda e direita e a média das maiores medidas de cada lado representou a EMIc neste estudo2.

Análise sérica

Amostras de sangue foram coletadas no ambulatório s 8h00, aproximadamente, após o jejum noturno. Após a coleta, o sangue foi centrifugado durante 10 min a 5.000 rpm e armazenado a -70 °C para futuras análises. Os materiais utilizados para a coleta eram descartáveis, adequadamente identificados e de qualidade reconhecida. O sangue foi coletado por um técnico especializado e qualificado.

A resistência insulínica foi estimada pelo modelo de avaliação da homeostase (HOMA-IR) e pelo índice de sensibilidade quantitativa insulina (QUICKI). O HOMA-IR foi calculado como o produto da glicemia (glicemia de jejum) e insulina imunorreativa (I): (glicemia de jejum (mg/dL) × I (mU/L)/405). O QUICKI foi calculado como 1/(log I + log GJ). O corte do HOMA-IR adotado para adolescentes foi 3,1622.

As concentrações de leptina, adiponectina e PAI-1 foram medidas usando um kit de ensaio imunoenzimático (ELISA), comercialmente disponível, da R&D Systems (Minneapolis, EUA), de acordo com as instruções do fabricante.

Pressão arterial

A Pressão Arterial (PA) foi aferida pelo menos duas vezes no braço direito com um manômetro de mercúrio com manguito de tamanho adequado, com os voluntários sentados. O aparecimento do primeiro som (fase 1 de Korotkoff) foi utilizado para definir a PA sistólica, e o desaparecimento do som (fase 5 de Korotkoff) foi utilizado para definir PA diastólica14. A hipertensão foi determinada pelos valores de referência dos percentis de PA, por sexo, e de acordo com percentil de idade e estatura23.

Metodologia de pesquisa

O programa de perda de peso interdisciplinar combinou treinamento físico (aeróbico mais treinamento de resistência) com terapia clínica, nutricional e psicológica. Todas as medições foram realizadas antes e após um ano de intervenção.

Terapia clínica

Para tratar dos parâmetros de saúde e clínicos, os adolescentes obesos consultaram o endocrinologista uma vez por mês. O acompanhamento médico e o tratamento foram baseados no histórico inicial do paciente e da família, exame físico e intervenção em quaisquer problemas de saúde que tiver desenvolvido no curso da terapia.

Protocolo de exercícios

O programa combinado de exercícios-treinamento físico foi realizado três vezes por semana durante um ano, e incluiu 30 minutos de treinamento aeróbico mais 30 minutos de treinamento de resistência por sessão. Os indivíduos foram instruídos a alternar a ordem dos exercícios (aeróbicos e de resistência) em cada sessão de treinamento.

O treinamento aeróbico consistiu em correr em uma esteira motorizada (Life Fitness Model-TR 9700HR) a uma intensidade de frequência cardíaca que representava o limiar ventilatório I (± 4 bpm), de acordo com os resultados do teste inicial de consumo de oxigênio para exercícios aeróbicos. O programa de exercício foi baseado em diretrizes do American College of Sports Medicine (ACSM), 200924.

O treinamento de resistência também foi projetado com base nas recomendações da ACSM. Os exercícios foram direcionados a cada um dos principais grupos musculares. Todos os adolescentes tiveram duas semanas de adaptação ao treinamento para aprender o movimento (três séries de 15-20 repetições máximas). Após esse período de introdução, a carga de treinamento foi ajustada e a cada oito semanas o volume e a intensidade foram ajustados de forma inversa, diminuindo o número de repetições de 15-20 para 10-12 e 6-8, respectivamente, para três conjuntos. Todas as sessões foram rigorosamente supervisionadas por um fisiologista experiente.

Terapia nutricional

Consumo de energia foi fixado em níveis recomendados para indivíduos com baixos níveis de atividade física da mesma idade e sexo, seguindo uma dieta equilibrada. Uma vez por semana, os adolescentes receberam aulas de nutricionistas contemplando os temas relacionados a um padrão alimentar saudável. Todos os pacientes receberam consulta nutricional individual durante o programa de intervenção. No início do estudo e aos 12 meses do programa, foi coletado um registro dietético de três dias. Como a maioria das pessoas obesas subestimam seu consumo alimentar, foi solicitado a cada adolescente que registrasse a sua dieta com a ajuda dos pais. O grau de subnotificação ainda pode ser substancial; no entanto, esse é um método validado para avaliação do consumo dietético20. Esses dados dietéticos foram inseridos em um computador pelo mesmo nutricionista, e a composição de nutrientes foi analisada por um programa de computador desenvolvido pela Escola Paulista de Medicina da Universidade Federal de São Paulo (NutWin software, para Windows, versão 1.5, 2002).

Terapia psicológica

Planos de tratamento de terapia psicológica foram estabelecidos com base em questionários validados, tendo em conta alguns dos problemas psicológicos causados pela obesidade, conforme descrito na literatura. Esses incluíram depressão, distúrbios alimentares, ansiedade, diminuição da autoestima e transtornos da imagem corporal. A terapia interdisciplinar consistiu de uma sessão semanal de grupo, de uma hora. Quando foram encontrados problemas de peso, a terapia psicológica individualizada foi recomendada.

Análise estatística

As análises estatísticas foram realizadas utilizando STATISTICA (versão 7.0 para Windows). A distribuição gaussiana das variáveis (incluindo valores de ∆) foi verificada com o teste de Kolmogorov Smirnov. Variáveis com distribuição normal foram expressas como média ± Desvio Padrão (DP), enquanto as variáveis sem distribuição normal foram expressas como mediana [faixa quartil] em uma tabela descritiva. A análise de variância para medidas repetidas (ANOVA) foi utilizada para comparar os dados no momento basal e após a terapia, entre os dois grupos para as variáveis paramétricas, e o teste U de Mann-Whitney seguido do teste dos sinais de Wilcoxon, para variáveis não paramétricas. Os coeficientes de correlação de Spearman foram calculados para avaliar possíveis relações entre as variáveis sem distribuição normal. A análise de regressão linear simples foi utilizada para verificar possíveis inter-relações entre as medidas.

Resultados

Grupo inteiro

Após um ano de intervenção interdisciplinar, ambos os grupos apresentaram melhoras significativas na composição corporal (Tabela 1) [redução da massa corporal total, do Índice de Massa Corporal (IMC), da massa de gordura corporal (% e kg), gordura visceral e subcutânea, e aumento da massa magra (%)]; perfil lipídico (Tabela 2) (redução do colesterol total, colesterol LDL e triglicerídeos); e marcadores inflamatórios (Tabela 3) (redução de concentração de leptina e PAI-1, bem como aumento adiponectina plasmática). A relação leptina/adiponectina também foi reduzida (Tabela 3).

Ambos os grupos apresentaram uma redução significativa da EMIc e aumento dos valores do QUICKI, conforme mostram as Tabelas 3 e 2, respectivamente.

Grupo de não resistência insulínica (NRI)

Foi observada uma redução significativa na relação gordura visceral/subcutânea, no final da terapia de perda de peso. Depois de analisar a correlação entre ∆EMIc com mudanças (∆) na composição corporal, perfil lipídico e fatores inflamatórios, foi encontrada uma correlação positiva somente entre ∆EMIc com mudanças na gordura visceral (∆ visceral) (r = 0,42; p < 0,05). Para identificar qual a relação causa-efeito possível na correlação encontrada, uma análise de regressão linear simples foi realizada e revelou que ∆Visceral é um preditor independente para redução da EMIc nesse grupo (R2 ajustado = 0,14, p = 0,04).

Grupo de resistência insulínica (RI)

Em condições basais, esse grupo apresentou correlação positiva entre a EMIc e relação de gordura visceral/subcutânea (r = 0,37, p < 0,05), mas a redução da EMIc não se associou com a melhora de nenhuma variável.

Melhorias significativas na concentração de insulina, HOMA-IR, VLDL e massa corporal magra (kg) foram encontrados depois de um ano. Além disso, os valores finais da EMIc e do QUICKI permaneceram significativamente superior e inferior, respectivamente, neste grupo, quando comparado com o grupo NRI.

Discussão

Um dos achados mais importante deste estudo foram as reduções significativas na hiperleptinemia, PAI-1, e relação leptina /adiponectina, bem como um aumento na concentração de adiponectina (Tabela 3) em ambos os grupos. A alta concentração de PAI-1 está relacionada com a expressão aumentada de moléculas de adesão celular-vascular e diminuição da sensibilidade a insulina, os quais estão implicados na iniciação da disfunção endotelial25,26. Por outro lado, a adiponectina exerce um importante papel anti-inflamatório e antiaterogênico. Além disso, no final da terapia, houve redução da prevalência de hiperleptinemia em 36% (a partir de 100% a 64%) associada a uma redução em 32% (de 59% a 27%) na resistência insulínica, em todos os pacientes analisados (dados não exibidos). A atenuação do estado inflamatório promovida por essa terapia interdisciplinar é relevante, uma vez que a concentração alterada dessas adipocinas participa no início e progressão da arterosclerose25,27.

No grupo NRI, houve uma redução significativa da relação de gordura visceral/subcutânea. Essa medida vem sendo considerada um importante indicador de risco cardiovascular. A gordura visceral está fortemente associada com complicações relacionadas com a obesidade como a diabetes tipo 2 e doença arterial coronariana28,29.

Outro dado relevante no estudo foi a correlação positiva entre as alterações na gordura visceral (∆Visceral) e mudanças na EMIc (∆EMIc), verificada nesse grupo. Estudos têm demonstrado que a associação entre o tecido adiposo visceral e desenvolvimento da aterosclerose é independente da idade, obesidade geral ou quantidades de gordura subcutânea. Além disso, o tecido adiposo visceral e seus macrófagos residentes no tecido adiposo apresentam maior liberação de adipocinas pró-inflamatória e menos adiponectina28,29. No entanto, não é claro quanta redução de gordura visceral é necessária para induzir alterações metabólicas favoráveis.

Neste estudo, uma redução média de 1,66 ± 0,77 cm na espessura visceral apresentou uma correlação positiva com ΔEMIC no grupo NRI, sugerindo que a resistência insulínica poderia influenciar a associação entre a gordura visceral e a EMIc, uma vez que essa correlação não foi encontrada no o grupo RI. Para entender melhor essa associação, foi realizada uma análise de regressão simples. Verificou-se que a mudança na gordura visceral foi um preditor independente de melhora na EMIc, destacando a importância de desenvolver estratégias para evitar a obesidade abdominal e doença aterosclerótica29. Esses resultados também sugerem que a presença de RI pode ter contribuído para a correlação positiva entre a EMIc e a relação de gordura visceral/subcutânea.

Embora ambos os grupos tenham apresentado uma redução na EMIc, é importante observar que, no grupo RI, essa medida se manteve significativamente maior que no grupo NRI, reforçando que o marco de resistência insulínica poderia corroborar o desenvolvimento precoce da aterosclerose em adolescentes obesos.

Um ano de terapia interdisciplinar também promoveu uma melhoria significativa na composição corporal independentemente da presença de resistência insulínica (Tabela 1). Esses achados corroboram as evidências da literatura, que demonstram a eficácia dos programas de perda de peso para melhorar a sensibilidade insulina e evitar que a resistência insulínica prejudique o processo de perda de peso em crianças obesas e adolescentes30,31.

Conclusões

Este estudo mostra que a presença de resistência insulínica exerce influência sobre a resposta e associação entre marcadores inflamatórios e subclínicos de aterosclerose, em adolescentes obesos submetidos a um ano de intervenção interdisciplinar. Mais estudos são necessários para melhor compreensão dos mecanismos envolvidos na associação entre obesidade, resistência insulínica e aterosclerose subclínica, sua prevenção precoce e melhora do tratamento clínico.

Fontes de Financiamento

Esse estudo teve o apoio das seguintes fontes de financiamento: AFIP, Fapesp 2006/00684-3, Fapesp 2008/53069-0, Fapesp 2011/50356-0, Fapesp 2011/50414-0; Fapesp (Cepid/Sleep #9814303-3 S.T) CNPq, e Capes.

Endereço para correspondência:

Profª Dra. Ana R. Dâmaso

Rua Professor Francisco de Castro, 93, Vila Clementino

CEP 09020-050, São Paulo, SP - Brasil

E-mail:

ana.damaso@unifesp.br

Artigo recebido em 10/10/11

Revisado em 13/10/11

Aceito em 15/03/12

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BACKGROUND: The atherosclerotic process at the endothelial level begins in early ages and seems to be associated with obesity and its comorbidities as insulin resistance. OBJECTIVE: The aim of this study was to verify the influence of insulin resistance on inflammatory and subclinical markers of atherosclerosis in obese adolescents. METHODS: Sixty-six post-pubescent obese adolescents were divided in two groups according to homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) measurement: with insulin resistance (IR) n=39 and without insulin resistance (NIR) n=27, and submitted to an interdisciplinary intervention over the course of 1 year. Common carotid artery intima-media thickness (cIMT), visceral and subcutaneous adipose tissue was determined by ultrasound. Body composition, blood pressure, HOMA-IR, lipid profile and adipokines concentrations [leptin, adiponectin, and plasminogen activator inhibitor type (PAI-1)] were analyzed before and after the therapy. RESULTS: Both groups presented significant improvements in body composition, inflammatory state (reduction of leptin and PAI-1 concentration; increasing of plasma adiponectin) and reduction of cIMT. Only NIR group showed positive correlation between changes in visceral fat (∆Visceral) and changes in cIMT (∆ cIMT) (r = 0.42; p < 0.05). Simple linear regression analyze revealed ∆Visceral to be an independent predictor to reduction of cIMT in this group (R2 adjusted = 0.14, p = 0.04). The final values of cIMT remained significantly higher in IR group when compared to NIR group. CONCLUSION: The presence of insulin resistance can impair changes in cIMT leading to early development of atherosclerosis in obese adolescents submitted to an interdisciplinary intervention..

 Atherosclerosis risk factors obesity adolescents insulin resistance

Insulin resistance can impair reduction on carotid intima-media thickness in obese adolescents

Priscila de Lima SanchesI; Marco Túlio de MelloI; Francisco Antonio Helfestein FonsecaI; Natália EliasII; Aline de PianoI; June CarnierI; Lian TockI; Lila Missae OyamaI; Sergio TufikI, II; Ana DâmasoI

IUniversidade Federal de São Paulo - UNIFESP

IIAssociação de Fundo de Incentivo Pesquisa - AFIP, São Paulo, SP - Brazil

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ABSTRACT

BACKGROUND: The atherosclerotic process at the endothelial level begins in early ages and seems to be associated with obesity and its comorbidities as insulin resistance.

OBJECTIVE: The aim of this study was to verify the influence of insulin resistance on inflammatory and subclinical markers of atherosclerosis in obese adolescents.

METHODS: Sixty-six post-pubescent obese adolescents were divided in two groups according to homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) measurement: with insulin resistance (IR) n=39 and without insulin resistance (NIR) n=27, and submitted to an interdisciplinary intervention over the course of 1 year. Common carotid artery intima-media thickness (cIMT), visceral and subcutaneous adipose tissue was determined by ultrasound. Body composition, blood pressure, HOMA-IR, lipid profile and adipokines concentrations [leptin, adiponectin, and plasminogen activator inhibitor type (PAI-1)] were analyzed before and after the therapy.

RESULTS: Both groups presented significant improvements in body composition, inflammatory state (reduction of leptin and PAI-1 concentration; increasing of plasma adiponectin) and reduction of cIMT. Only NIR group showed positive correlation between changes in visceral fat (∆Visceral) and changes in cIMT (∆ cIMT) (r = 0.42; p < 0.05). Simple linear regression analyze revealed ∆Visceral to be an independent predictor to reduction of cIMT in this group (R2 adjusted = 0.14, p = 0.04). The final values of cIMT remained significantly higher in IR group when compared to NIR group.

CONCLUSION: The presence of insulin resistance can impair changes in cIMT leading to early development of atherosclerosis in obese adolescents submitted to an interdisciplinary intervention.

Keywords: Atherosclerosis; risk factors; obesity; adolescents; insulin resistance.

Introduction

Carotid intima media thickness (cIMT) measurement is a marker of subclinical atherosclerosis and its increase has been associated with the presence of risk factors such as hypertension, dyslipidemia, diabetes, and obesity1,2. Some studies have shown that the atherosclerotic process at the endothelial level begins in early ages3,4. There are evidences that cIMT is higher in children with obesity than in healthy controls, and the effects of childhood obesity on the adult vasculature are cumulative1,3,5.

Obesity is the most prevalent pathophysiological cause of insulin resistance (IR) that is defined as a decreased tissue response to insulin-mediated cellular actions, referring to whole-body reduced glucose uptake in response to physiological insulin concentration6,7.

Moreover, the adipose tissue, mainly the visceral fat, is related to an increase in cardiovascular risk and morbimortality besides producing several pro-inflammatory adipokines including leptin and plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1) which play important regulatory functions in a variety of biological processes, including atherosclerosis, apart from their role in IR6,8-12.

Studies involving different kinds of interventions (pharmacological, nutritional, lifestyle changes) have shown significant results in reducing cIMT in children and adolescents13-16. Previous study of our group demonstrated that the improvement of IR was an independent predictor to reduce cIMT in obese adolescents submitted to an interdisciplinary intervention over the course of 1 year14. However, the role of biomarkers associated with insulin resistance and obesity in both the development and treatment of subclinical atherosclerosis is not well elucidated.

Therefore, the aim of the present study was to verify whether the presence of insulin resistance exerts influence on response and association among inflammatory and subclinical markers of atherosclerosis in obese adolescents submitted to 1 year of interdisciplinary intervention.

Methods

Study subjects

A total of 66 post-pubescent17 obese adolescents (BMI > 95th percentile on the CDC reference growth charts)18, aged from 14 to 19 years (16.75 ± 1.63 years), including 39 with insulin resistance (IR) and 27 without insulin resistance (NIR), were recruited for an interdisciplinary weight loss program during 1 year. Hyperleptinemia was defined by leptin baseline values above 20 ng/ml for boys and 24 ng/ml for girls, as based on reference values cited by Gutin et al. (1999)19. The inclusion criteria for the post-pubertal stage were based on the Tanner scale (stage five) for both boys and girls. Non-inclusion criteria were as follows: other metabolic or endocrine diseases, chronic alcohol consumption, previous use of drugs such as anabolic-androgenic steroids or psychotropics, which may affect appetite regulation, and pregnancy. Informed parental consent and the adolescents' assent to participate as volunteer in an interdisciplinary weight loss program were obtained. This study was conducted in accordance with the principles of the Helsinki Declaration and was formally approved by the ethics committee of the Federal University of São Paulo (Number: 0135/04) and registered in the Clinical trial (NCT01357883).

Anthropometric measurements and body composition

Volunteers were weighed while wearing light clothing and no shoes on a Filizola scale to the nearest 0.1 kg. Height was measured to the nearest 0.5 cm with a wall-mounted stadiometer (Sanny, model ES 2030). Body mass index (BMI) was calculated as body weight divided by height squared (wt/ht2). Body composition was measured by air displacement plethysmography in a BOD POD body composition system (version 1.69; Life Measurement Instruments, Concord, CA).

Measurements of visceral and subcutaneous fat

All abdominal ultrasound procedures and measurements of visceral and subcutaneous fat were performed by the same blinded diagnostic imaging specialist using a 3.5 MHz multi-frequency transducer (broad band). This procedure allowed a reduction in the risk margin for misclassification. The intra-examination coefficient of variation for ultrasound was 0.8%. Ultrasound measurements of visceral and subcutaneous fat were taken. Ultrasound-determined subcutaneous fat was defined as the distance between the skin and external face of the rectus abdominis muscle, and visceral fat was defined as the distance between the internal face of the same muscle and the anterior wall of the aorta20.

Measurements of carotid artery intima-media thickness

The carotid artery intima-media thickness was measured by the same experienced radiologist who was blinded to the participant's laboratory values and risk factor levels, before and after intervention, using high-resolution ultrasound equipment (Logic 5 and Logic 7, General Electric) with a 7-14 MHz linear array transducer. The intra-examination coefficient of variation for the cIMT was 4.36%. Patients were examined in the supine position with the neck in hyperextension. The protocol involved repeated manual measurements of the right and left common carotid far wall at 2 cm proximal to the bulb bifurcation. On a longitudinal B-mode image, the far wall of the common carotid artery appears as two bright parallel lines separated by a hypoechoic space. The distance between the leading edge of the first bright line on the far wall (lumen - intima interface) and the leading edge of the second bright line (media - adventitia interface) indicates the cIMT of the far wall as previously described21. Three measurements of the left and right common carotid were taken and the mean the higher measures of each side represented the cIMT in this study2.

Serum analysis

Blood samples were collected at the outpatient clinic around 8 a.m. after overnight fast. After collection, the blood was centrifuged for 10 min at 5,000 r.p.m. and stored at - 70°C for future analyses. The materials used for collection were disposable, adequately labeled and of recognized quality. Blood was collected by a skilled and qualified technician.

Insulin resistance was assessed by the homeostasis model assessment-insulin resistance (HOMA-IR) index and the quantitative insulin sensitivity check index (QUICKI). HOMA-IR was calculated as the product of blood glucose (fasting blood glucose) and immunoreactive insulin (I): (fasting blood glucose (mg/dl) × I (mU/l)/405). QUICKI was calculated as 1/(log I + log FBG). The cutoff of HOMA-IR adopted for adolescents was 3.1622.

The leptin, adiponectin and PAI-1 concentrations were measured using a commercially available enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) kit from R&D Systems (Minneapolis, USA), according to the manufacturer's instructions.

Blood pressure

Blood pressure (BP) was measured at least twice on the right arm using a mercury-gravity manometer with proper cuff size, with the volunteers in the seated position. The first appearance of sound (phase 1 Korotkoff sound) was used to define systolic BP, and the disappearance of sound (phase 5 Korotkoff sound) was used to define diastolic BP14. Hypertension was determined by reference values of BP percentiles for gender, according to age and height percentile23.

Research design

The interdisciplinary weight loss program combined exercise training (aerobic plus resistance training) with clinical, nutritional and psychological therapy. All measurements were performed before and after one year of intervention.

Clinical therapy

To address the health and clinical parameters, obese adolescents visited the endocrinologist once each month. Medical follow-up and treatment were based on an initial patient and family history, physical examination and intervention in any health problems that had developed over the course of the therapy.

Exercise protocol

The combined exercise-training program was performed three times per week for 1 year and included 30 minutes of aerobic training plus 30 minutes of resistance training per session. The subjects were instructed to reverse the order of the exercises (aerobic and resistance) at each training session.

The aerobic training consisted of running on a motor-driven treadmill (Life Fitness - Model TR 9700HR) at a cardiac frequency intensity representing ventilatory threshold I (±4 bpm), according to the results of an initial oxygen uptake test for aerobic exercises. The exercise program was based on guidelines from the American College of Sports Medicine (ACSM), 200924.

Resistance training was also designed based on ACSM recommendations. Exercises targeted each of the main muscle groups. All adolescents had 2 weeks for adaptation to training to learn the movement (three sets of 15 - 20RM). After this introductory period, the load of training was adjusted and each eight weeks volume and intensity were adjusted inversely, decreasing the number of repetitions from 15-20 to 10-12 and 6-8 respectively, for three sets. All sessions were rigorously supervised by an experienced physiologist.

Nutritional therapy

Energy intake was set at levels recommended for subjects with low levels of physical activity of the same age and gender, following a balanced diet. Once a week, adolescents received dietetics lessons covering the topics related to a healthy eating pattern. All patients received individual nutritional consultation during the intervention program. At the beginning of the study and at 12 months into the program, a 3-day dietary record was collected. Because most obese people under-report their food consumption, each adolescent was asked to record their diet with help from their parents. The degree of under-reporting may still be substantial; however, this is a validated method for the assessment of dietary consumption20. These dietary data were transferred to a computer by the same dietician and the nutrient composition was analyzed by a PC program developed at the Federal University of São Paulo - Paulista Medicine School (Nutwin software, for Windows, version 1.5, 2002).

Psychological therapy

Psychological therapy treatment plans were established based on validated questionnaires taking into account some of the psychological problems caused by obesity, as described in the literature. These included depression, eating disorders, anxiety, decreased self-esteem, and body-image disorders. Interdisciplinary therapy consisted of a weekly 1 h group session. Individualized psychological therapy was recommended when weight problems were found.

Statistical analysis

Statistical analyses were performed using STATISTICA (version 7.0 for Windows). The Gaussian distribution of variables (including ∆ values) was verified with a Kolmogorov Smirnov test. Variables with normal distribution were expressed as mean ± standard deviation (SD) while variables without normal distribution were expressed as median [quartile range] in a descriptive table. Analysis of variance for repeated measures (ANOVA) was used to compare the data from baseline and after therapy between the two groups for parametric variables, and Mann-Whitney U test followed by Wilcoxon signed rank, for non-parametric variables. Spearman correlation coefficients were calculated to assess possible relationships between non-normally distributed variables. Simple linear regression analysis was used to verify possible interrelationships between the measurements.

Results

Entire group

After 1 year of interdisciplinary intervention, both groups presented significant improvements in body composition (Table 1) [reduction of total body mass, body mass index (BMI), fat body mass (% and kg), visceral and subcutaneous fat and increasing lean body mass (%)]; lipid profile (Table 2) (reduction of total cholesterol, LDL-cholesterol and triglycerides); and inflammatory markers (Table 3) (reduction of leptin and PAI-1 concentration as well as increasing plasma adiponectin). Leptin/adiponectin ratio was also reduced (Table 3).

Both groups presented significant reduction in cIMT and increased in QUICKI values, as showed in Tables 3 and 2, respectively.

Non-insulin resistance group (NIR)

Significant reduction in visceral/subcutaneous fat ratio was observed at the end of weight loss therapy. After analyzing the correlation between ∆cIMT with changes (∆) in body composition, lipid profile and inflammatory factors, a positive correlation was found only between ∆ cIMT and changes in visceral fat (∆ visceral) (r = 0.42; p < 0.05). To identify possible cause-effect relationship in the correlation found, a simple linear regression analyze was performed and revealed that ∆Visceral to be an independent predictor to reduction of cIMT in this group (R2 adjusted = 0.14, p = 0.04).

Insulin resistance group (IR)

At baseline conditions, this group presented positive correlation between cIMT and visceral/subcutaneous fat ratio (r = 0.37, p < 0.05), but the cIMT reduction did not associated itself with improvement of any variables.

Significant improvements in insulin concentration, HOMA-IR, VLDL and lean body mass (kg) were found after 1 year. Moreover, the final values of cIMT and QUICKI remained significantly higher and lower, respectively, in this group, when compared to NIR group.

Discussion

One of the most important finding of this study were significant reductions in hyperleptinemia, PAI-1, and leptin/adiponectin ratio, as well as an increase in adiponectin concentration (Table 3) in both groups. High PAI-1 concentration is related to increased expression of cellular/vascular adhesion molecules and decreased insulin sensitivity, which are implicated in the initiation of endothelial dysfunction25,26. On the other hand, adiponectin exerts potent anti-inflammatory and anti-atherogenic role. Moreover, at the end of therapy there was reduction in the prevalence of hyperleptinemia in 36% (from 100% to 64%) associated to a reduction in 32% (from 59% to 27%) in insulin resistance in all analyzed patients (data not shown). The attenuation of inflammatory state promoted by this interdisciplinary therapy is relevant, once the altered concentration of these adipokines participates in the inception and progression of atherosclerosis25,27.

In the NIR group, there was a significant reduction of visceral/subcutaneous fat ratio. This measure has being considered an important index of cardiovascular risk. Visceral fat is strongly associated with obesity-related complications like Type 2 diabetes and coronary artery disease28,29.

Another relevant finding in the present investigation was the positive correlation between changes in visceral fat (∆Visceral) and changes in cIMT (∆ cIMT) verified in this group. Studies have shown that the association between visceral adiposity and atherosclerosis development is independent of age, overall obesity or the amounts of subcutaneous fat. In addition, visceral adipose tissue and its adipose-tissue resident macrophages present increased pro-inflammatory adipokines release and less adiponectin28,29. However, it is unclear how much visceral fat reduction is needed to induce favorable metabolic changes.

In this study, a mean reduction of 1.66 ± 0.77 cm in the visceral fat thickness presented a positive correlation with ∆cIMT in the NIR group, suggesting that insulin resistance could influence the association between visceral fat and cIMT, since this correlation was not found in the IR group. To better understand this association, simple regression analysis was performed. It was found that change in visceral fat was an independent predictor of improvement in cIMT, emphasizing the importance to develop strategies to avoid abdominal obesity and atherosclerotic disease29. These outcomes also suggest that the presence of IR could be contributed to positive correlation between cIMT and visceral/subcutaneous fat ratio.

Although both groups presented reduction on cIMT, it is important to observe that, in the IR group, this measure maintained significantly higher than in the NIR group, reinforcing that the frame of insulin resistance could corroborate the early development of atherosclerosis in obese adolescents.

One year of interdisciplinary therapy also promoted a significant improvement in body composition independently of the presence of insulin resistance (Table 1). These findings corroborate with literature evidences, that demonstrate the efficacy of weight loss programs in improving insulin sensitivity and avoiding that insulin resistance impair weight loss process in obese children and adolescents30,31.

Conclusions

This study shows that the presence of insulin resistance seems influence on response and association among inflammatory and subclinical markers of atherosclerosis in obese adolescents submitted to an interdisciplinary intervention. Further studies are required to better comprehension of mechanisms involved in the association among obesity, insulin resistance and subclinical atherosclerosis, their early prevention and enhance clinical treatment.

Sources of Funding

This study had the support of the following funding sources: AFIP, FAPESP 2006/00684-3, FAPESP 2008/53069-0, FAPESP 2011/50356-0, FAPESP 2011/50414-0; FAPESP (CEPID/Sleep #9814303-3 S.T) CNPq, and CAPES.

References