Left ventricular mechanics and oxygen demand in patients with severe obesity undergoing Roux-en-Y gastric bypass surgery

Abstract

Bakgrunn og mål: Venstre ventrikkel (VV) er eksponert for kronisk trykk- og volumoverbelastning ved alvorlig fedme. Effekten av vektreduserende kirurgi på fedme-relatert VV-dysfunksjon har ikke vært kartlagt i detalj tidligere. Målene med dette prosjektet var å identifisere faktorer assosiert med nedsatt VV mekanikk og økt oksygenbehov i myokard hos pasienter med alvorlig fedme, hvor ofte disse forekommer hos slike pasienter, samt hvordan disse faktorene forbedrer seg det første året etter fedmekirurgi.

Metoder: Vi brukte data fra preoperative, seks måneders og ett års kontroller i den prospektive Fedmekirurgi på Vestlandet (FatWest) studien. VVs endokardiale systoliske funksjon ble målt med biplan ejeksjonsfraksjon (EF), VVs radiale mekanikk med VV midtveggsforkortning (MWS) og VVs longitudinelle mekanikk med VV global longitudinell strain (GLS). VVs oksygenbehov i myokard ble estimert fra trippelproduktet VV masse*veggstress*hjertefrekvens.

Resultat: Studie I inkluderte 106 pasienter med alvorlig fedme henvist til vektreduserende kirurgi. Ved inklusjon var pasientene gjennomsnittlig 42 ± 11 år, hadde en gjennomsnittlig kroppsmasseindeks på 41.9 ± 4.8 kg/m2, 74% var kvinner og 32% hadde hypertensjon. Til tross for normal VV EF, hadde 59% av kohorten lav VV GLS og 45% lav VV MWS før operasjonen. Høyt oksygenbehov i myokard ble funnet hos 33% av pasientene, og dette var assosiert med lavere VV MWS og VV GLS etter justering for alder, kjønn, kroppsmasseindeks, pulstrykk, diabetes mellitus og VV EF. I studie II hadde VV GLS forbedret seg med 23% ett år etter fedmekirurgi mens VV EF og VV MWS forble uendret. Postoperativ reduksjon i blodtrykk og kroppsmasseindeks predikerte forbedring av VV GLS ett år etter kirurgi. I studie III var preoperativ hypertensjon, kvinnelig kjønn, lavere VV EF og høyere nivå av inflammasjon (målt med enten C-reaktivt protein eller serum amyloid A) assosiert med nedsatt VV MWS ett år etter kirurgi.

Konklusjon: Redusert VV mekanikk i longitudinell eller radial retning er vanlig hos middelaldrende pasienter med alvorlig fedme henvist til vektreduserende kirurgi. VVs oksygenbehov i myokard og longitudinell mekanikk forbedres i løpet av det første året etter vektreduserende kirurgi. Kvinner og pasienter med hypertensjon, økte preoperative serumnivåer av inflammatoriske proteiner eller redusert VV EF har allikevel høyere risiko for redusert LV radial mekanikk etter vektreduserende kirurgi. Dermed kan disse pasientene potensielt ha særlig nytte av kardiologisk oppfølging.

Background: In severe obesity, the left ventricle (LV) is exposed to longstanding, combined pressure and volume overload. The impact of bariatric surgery on the obesity-related LV dysfunction has not been comprehensibly explored.

Aims: The aims of the current project were to identify factors associated with impaired LV mechanics and LV myocardial oxygen (O2) demand in severe obesity, to explore to what extent LV dysfunction is resolved after Roux-en-Y gastric bypass (RYGB) surgery, and to investigate whether patients who have postoperative LV dysfunction may be identified pre-operatively.

Methods: This work was performed using data collected preoperatively and at the six-month and one-year postoperative visits in the prospective Bariatric Surgery on the West Coast of Norway (FatWest) study. LV endocardial systolic function was assessed by the biplane EF, LV radial mechanics by the LV midwall shortening (MWS) and LV longitudinal mechanics by the LV endocardial global longitudinal strain (GLS). LV myocardial O2 demand was estimated from the product of LV mass*wall stress*heart rate. Results: Study I included 106 patients with severe obesity referred for bariatric surgery. The patients had an average age of 42 ± 11 years and mean body mass index 41.9 ± 4.8 kg/m2, 74% were women and 32% had hypertension. In this cohort, 59% had low LV GLS and 45% low LV MWS at the preoperative visit despite an on average normal LV EF. High LV myocardial O2 demand was found in 33% of patients and associated with lower LV MWS and lower LV GLS after adjustment for age, sex, body mass index, pulse pressure, diabetes mellitus, and LV EF. In study II, LV GLS had improved by 23% one year after RYGB surgery while LV EF and LV MWS remained unchanged. Larger one-year LV GLS improvement was predicted by larger postoperative reductions in mean blood pressure and body mass index. In study III, preoperative hypertension, female sex, lower LV EF and higher inflammation burden assessed by either C-reactive protein or serum amyloid A independently predicted low LV MWS one year after RYGB surgery.

Conclusions: Impaired LV mechanics in the longitudinal or radial direction is largely prevalent in middle-aged patients with severe obesity referred for bariatric surgery. RYGB surgery results in favorable one-year changes in LV myocardial O2 demand and LV longitudinal mechanics. However, women, patients with hypertension, and patients with increased preoperative serum levels of inflammatory proteins or reduced LV EF are at higher risk of impaired LV radial mechanics one year after RYGB surgery.