Evaluation of myocardial changes in adolescents with morbid obesity

Abstract

Introducció: L'obesitat és una malaltia multifactorial que inclou diverses patologies precursores de malaltia cardiovascular. Identificar quins nens obesos presenten un major risc de desenvolupar-la és un desafiament per als pediatres. Els canvis al miocàrdi han estat documentats en nens amb obesitat lleu, però hi ha pocs estudis realitzats en nens amb obesitat mòrbida, on són més esperables factors de risc cardiovascular. D'altra banda, cap estudi ha avaluat en població pediàtrica els canvis que l'obesitat provoca en el teixit miocàrdic i els pocs estudis realitzats en adults van concloure amb resultats oposats.

Objectius: Avaluar la geometria i funció del ventricle esquerre (VE), el teixit miocàrdic i la relació amb patrons metabòlic-inflamatoris en adolescents amb obesitat mòrbida.

Metodologia: Investigació observacional de casos-controls en 75 adolescents (48 obesos mòrbids i 27 amb normopès) entre 10-17 anys. Aquesta Tesi inclou tres estudis: 1. Avaluar la geometria i funció del VE (N=70) mitjançant l'ecocardiografia convencional i Speckle-tracking bidimensional, i determinar quin fenotip d'obesitat, sa (OMS) o alterat (OMA), presenta canvis patològics al VE. 2. Avaluar quin patró metabòlic-inflamatori es relaciona millor amb el grau d'afectació cardíaca (N=67) — cor normal, canvis lleus VE i canvis severs VE (remodelació i disfunció sistòlica) — mesurant els factors de risc cardiovascular tradicionals, un perfil lipoproteic avançat (PLA) i la glicoproteïna A (GlycA). 3. Avaluació de la remodelació del teixit miocàrdic (N=38) mitjançant la quantificació del temps T1 nadiu i de l'índex de greix pericàrdic (IGP) per ressonància magnètica cardiovascular.

Resultats: 1. Els adolescents obesos mòrbids van presentar una geometria ventricular patològica (87%) i disfunció sisto-diastòlica detectada mitjançant el quocient E/A (p<0,01), el strain longitudinal global (SLG) (-21,0% vs - 16,5%, p<0,01) i el strain rate diastòlic primerenc (p<0,01). Les alteracions cardíaques es van correlacionar especialment amb l'índex de massa corporal i el colesterol HDL baix, mentre que no es van trobar diferències en l'SLG entre OMS i OMA (p0,79). 2. Els tres grups van mostrar augments significatius a l'HOMA-IR, els marcadors inflamatoris i la relació LDL-P/HDL-P (40,0 vs 43,9 vs 47,1, p0,01). Quan només es van considerar els grups amb afectació cardíaca, les diferències en LDL-P petites (565,0 vs 625,1 nmol/L, p0,07), la mida de les VLDL i la GlycA van demostrar ser més útils per predir canvis importants ventriculars que els factors de risc cardiovascular tradicionals (ASC: 0,79). Els obesos mòrbids van presentar un PLA ateroscleròtic: augment significatiu de VLDL-P grans, LDL-P petites, LDL-P/HDL-P i HDL-TG/HDL-C. 3. Tot i mostrar major massa ventricular (p0,01), el T1 nadiu dels adolescents obesos va ser similar als adolescents amb normopès (1000,0 vs 990,5 ms, p0,73). No obstant això, aquest va ser significativament major en dones (1012,7 vs 980,7 ms, p<0,01), mentre que en homes, es va correlacionar amb paràmetres d'obesitat, en particular amb l'índex de massa triponderal (IMT) ( r=0,51) i l'inflamació cel·lular. L'IGP es va correlacionar amb HOMA-IR, paràmetres inflamatoris i IMT (r=0,77).

Conclusions: Aquesta Tesi ha demostrat que els adolescents amb obesitat mòrbida presenten prematurament hipertròfia i disfunció ventricular, demostrable mitjançant tècniques ecocardiogràfiques avançades. Però, aquests canvis no suposen modificacions quantificables en el teixit miocàrdic, possiblement per causa de l'efecte simultani de la fibrosi i esteatosi miocàrdiques. En la meva experiència, aquests pacients poques vegades són avaluats per cardiòlegs o només es considera la dada de massa ventricular. Ara bé, aquests estudis mostren que els canvis adaptatius del miocardi afecten sovint l'estructura i la funció ventriculars, sent independents de les comorbilitats, per tant, ometre l'avaluació cardíaca a adolescents amb obesitat mòrbida perd l'oportunitat d'identificar el dany cardíac. Interessantment, la relació trobada entre el grau d'afectació cardíaca i un PLA ateroscleròtic obre la possibilitat d'utilitzar aquest nou perfil com a factor diferenciador de dany cardíac.

Introducción: La obesidad es una enfermedad multifactorial que incluye varias patologías precursoras de enfermedad cardiovascular. Identificar qué niños obesos están en mayor riesgo de desarrollarla es un desafío para los pediatras. Los cambios miocárdicos han sido documentados en niños con obesidad leve, sin embargo, existen pocos estudios realizados en niños con obesidad mórbida, donde los factores de riesgo cardiovascular son más esperables. Por otro lado, ningún estudio ha evaluado en población pediátrica los cambios que la obesidad provoca en el tejido del miocardio y los pocos estudios realizados en adultos concluyeron resultados opuestos.

Objetivos: Evaluar la geometría y función del ventrículo izquierdo (VI), su tejido miocárdico y su relación con patrones metabólico-inflamatorios en adolescentes con obesidad mórbida.

Metodología: Investigación observacional de casos-controles en 75 adolescentes (48 obesos mórbidos y 27 normopeso) entre 10-17 años. Esta Tesis incluye tres estudios: 1. Evaluar la geometría y función del VI (N=70) mediante ecocardiografía convencional y Speckle-tracking bidimensional, y determinar qué fenotipo de obesidad, sano (OMS) o alterado (OMA), presenta cambios patológicos en el VI. 2. Evaluar qué patrón metabólico-inflamatorio se relaciona mejor con el grado de afectación cardiaca (N=67) — corazón normal, cambios leves VI y cambios severos VI (remodelación y disfunción sistólica) — midiendo los factores de riesgo cardiovascular tradicionales, un perfil lipoproteico avanzado (PLA) y la glicoproteína A (GlycA). 3. Evaluación de la remodelación del tejido miocárdico (N=38) mediante la cuantificación del tiempo T1 nativo y del índice de grasa pericárdica (IGP) por resonancia magnética cardiovascular.

Resultados: 1. Los adolescentes obesos mórbidos presentaron una geometría ventricular patológica (87%) y disfunción sisto-diastólica detectada mediante el cociente E/A (p<0,01), el strain longitudinal global (SLG) (-21,0% vs -16,5 %, p<0,01) y el strain rate diastólico temprano (p<0,01). Las alteraciones cardiacas se correlacionaron especialmente con el IMC y el colesterol HDL bajo, mientras que no se encontraron diferencias en SLG entre OMS y OMA (p0,79). 2. Los tres grupos mostraron aumentos significativos en el HOMA-IR, los marcadores inflamatorios y la relación LDL-P/HDL-P (40,0 vs 43,9 vs 47,1, p0,01). Cuando solo se consideraron los grupos con afectación cardiaca, las diferencias en LDL-P pequeñas (565,0 vs 625,1 nmol/L, p0,07), el tamaño de las VLDL y la GlycA demostraron ser más útiles para predecir cambios importantes ventriculares que los factores de riesgo cardiovascular tradicionales (ABC: 0,79). Los obesos mórbidos presentaron un PLA aterosclerótico: aumento significativo de VLDL-P grandes, LDL-P pequeñas, cociente LDL-P/HDL-P y cociente HDL-TG/HDL-C. 3. A pesar de mostrar mayor masa ventricular (p0,01), el T1 nativo de los adolescentes obesos fue similar a los normopeso (1000,0 vs 990,5 ms, p0,73). Sin embargo, éste fue significativamente mayor en mujeres (1012,7 vs 980,7 ms, p<0,01), mientras que en hombres, se correlacionó con parámetros de obesidad, en particular con el índice de masa triponderal (IMT) (r=0,51) y la inflamación celular. El IGP se correlacionó con HOMA-IR, parámetros inflamatorios e IMT (r=0,77).

Conclusiones: Esta Tesis ha demostrado que los adolescentes con obesidad mórbida presentan prematuramente hipertrofia y disfunción ventricular, demostrable mediante técnicas ecocardiográficas avanzadas. Sin embargo, estos cambios no suponen modificaciones cuantificables en el tejido miocárdico, posiblemente debido al efecto simultáneo de la fibrosis y esteatosis miocárdicas. En mi experiencia, estos pacientes rara vez son evaluados por cardiólogos o, cuando sucede, solo la masa ventricular es considerada. Sin embargo, estos estudios muestran que los cambios adaptativos del miocardio afectan con frecuencia a la estructura y la función ventriculares y son independientes de la presencia de comorbilidades, por lo que omitir una evaluación cardíaca a adolescentes con obesidad mórbida pierde la oportunidad de identificar el daño cardíaco tempranamente. Interesantemente, la relación encontrada entre el grado de afectación cardiaca y un PLA aterosclerótico abre la posibilidad de utilizar este novedoso perfil como factor diferenciador de daño cardiaco.

Introduction: Obesity is a multifactorial disease that includes several preceding disorders of cardiovascular disease (CVD). Identifying which of obese children are at increased risk of developing CVD is a challenge for pediatricians. Myocardial changes are well documented in children with overweight or mild obesity, however there are few studies in morbid obese subjects, where adverse cardiovascular risk factors are more expectable. Additionally, no study has evaluated if pediatric obesity involves myocardium tissue changes and the few studies conducted in adults have generated opposite conclusions.

Objectives: To evaluate the left ventricular (LV) function, the myocardial tissue and their relationship with metabolic-inflammatory patterns in adolescents with morbid obesity.

Methodology: Observational case-control research of 75 adolescents (48 morbidly obese and 27 normal-weight) between 10-17 years old. This Thesis includes three studies: 1. Evaluation of LV geometry and function (N=70) by conventional echocardiography and two-dimensional speckle tracking echocardiography, and determining which obesity phenotype — healthy (MHO) and unhealthy (MUO) — present worse LV changes. 2. Evaluation of the metabolic-inflammatory pattern better related to the degree of cardiac involvement (N=67) — normal heart, mild LV changes, and severe LV changes (specifically LV remodeling and systolic dysfunction) — by measuring traditional cardiovascular risk factors, advanced lipoprotein test (ALT) and glycoprotein A (GlycA). 3. Evaluation of the myocardium tissue remodeling (N=38) by quantifying the native T1 time and the pericardial fat index (PFI) by cardiovascular magnetic resonance.

Results: 1. Adolescents with morbid obesity presented a high percentage of pathological LV geometry (87%), and systolic and diastolic dysfunctions only detected by E/A ratio (p<0.01), global longitudinal strain (GLS) (-21.0% vs -16.5%, p<0.01), and early diastolic strain rate (p<0.01). Impaired cardiac indexes were especially correlated with BMI and low HDL-cholesterol. No significant differences were found in GLS between MHO and MUO (p0.79). 2. The three cardiac involvement groups showed significant increases in HOMA-IR, inflammatory markers and ALT ratio LDL-P/HDL-P (40.0 vs 43.9 vs 47.1, p0.01). When only cardiac change groups were considered, differences in small LDL-P (565.0 vs 625.1 nmol/L, p0.07), VLDL size and GlycA demonstrated better utility than just traditional risk factors to predict which subjects could present severe LV changes (AUC: 0.79). An atherosclerotic ALT was detected in morbidly obese subjects, characterized by a significant increase in large VLDL-P, small LDL-P, ratio LDL-P/HDL-P and ratio HDL-TG/HDL-C. 3. No differences were noticed in native T1 between obese and non-obese adolescents (1000.0 vs 990.5 ms, p0.73), despite showing higher LV mass values (p0.01). However, native T1 was significantly higher in females (1012.7 vs 980.7 ms, p<0.01) while in males, native T1 was better correlated with obesity parameters, particularly with triponderal mass index (TMI) (r=0.51) and inflammatory cell levels. Similarly, the PFI was correlated with HOMA-IR, inflammatory parameters and TMI (r=0.77).

Conclusions: This Thesis has shown that morbidly obese adolescents prematurely present LV hypertrophy and dysfunction, which are primarily tested using advanced echocardiographic techniques. However, these changes do not coincide with quantifiable modifications in the myocardial tissue, which is possibly explained because of the simultaneous myocardium fibrosis and adipose tissue infiltration effects. In my experience, these patients are rarely evaluated by cardiologists or, when this does happen, only the LV mass index is considered. However, these studies show that myocardial adaptive changes frequently affect myocardial structure as well as function and are independent of the diagnosis of comorbidities, so omitting cardiac evaluation for any adolescent with morbid obesity misses the opportunity to identify early cardiac damage. Interestingly, the relationship found between the degree of cardiac involvement and a characteristic inflammatory and atherosclerotic ALT opens the possibility of using these novel markers as differentiating factors for predicting cardiac damage in these patients.