Effekt på energimetabolisme på cellulært niveau af kost plus behandling med efedrin og koffein ved fedme

Dette forsøg var en del af et delprojekt af en multicenterundersøgelse med navnet "Interaktion mellem ernæringsmæssige, social-adfærdsmæssige og metaboliske faktorer til forebyggelse af hjerte-kar-sygdomme: udvikling af ernæringsstrategier for den generelle befolkning" godkendt af det italienske sundhedsministerium. Delprojektet var specifikt rettet mod kost, termogenese og fedme.

1. Kombinationen af ​​efedrin og koffein (EC) er blevet brugt i vid udstrækning til behandling af fedme hos mennesker og er stadig til stede i mange urtepræparater, der sælges udbredt i mange lande til vægttab. Det er velkendt, at dette lægemiddel øger stofskiftet hos både dyr og mennesker. Efedrin er en agonist af både a- og β-adrenoceptorer; desuden inducerer det noradrenalinfrigivelse fra sympatiske neuroner og er således et sympatomimetisk lægemiddel med en blandet profil. Koffein øger både noradrenalin og dopaminfrigivelsen og stimulerer neuronaktiviteten i flere hjerneområder. Derudover modvirker koffein de hæmmende virkninger af adenosin på det sympatiske nervesystem (SNS). Denne modulering af SNS-aktivitet kan være en mulig forklaring på den termiske effekt af EC. Faktisk aktiverer epinephrin afkoblingsproteinet 1 (UCP1), et medlem af mitokondrielle bærere lokaliseret på den indre mitokondrielle membran i brune adipocytter. UCP1's fysiologiske rolle er at afkoble oxidativ phosphorylering, derfor spredes det meste af energien som varme i stedet for at blive omdannet til ATP. UCP1 er unik for brune adipocytmitokondrier, selvom der er observeret brunlignende multilokulære adipocytter, der udtrykker UCP1 spredt i humant WAT. Faktisk er UCP1-mRNA blevet påvist i alt fedtvæv hos voksne mennesker, og det er blevet anslået, at 1 ud af 100-200 adipocytter i humant intraperitonealt fedtvæv udtrykker UCP1. Det er blevet vist, at den kulde-inducerede forekomst af brunlignende adipocytter og UCP1 kræver tilstedeværelsen af ​​β3-adrenoceptoren i tidligere hvidt fedtvæv, og tilstedeværelsen af ​​β3-adrenoceptoren er nødvendig for fuld stimulering af energiforbrug og iltforbrug i hvidt fedtvæv.

   Ud over UCP1, udelukkende udtrykt i brunt fedtvæv (BAT), kunne et andet medlem af den mitokondrielle anionbærerproteinfamilie, dvs. afkoblingsprotein 3 (UCP3), spille en fysiologisk rolle i energihomeostase. Det udtrykkes næsten udelukkende i skeletmuskulatur og udviser to transkriptionelle isoformer: en lang form (UCP3L) og en kort form (UCP3S). En kort kaloriebegrænsning resulterede i ~2- til 3-fold stigning i UCP3-mRNA-niveauer hos magre og overvægtige mennesker.

2. Fordi kun få, små undersøgelser er blevet udført hos mennesker for at undersøge de termogene virkninger af EC sammenlignet med kun diæt, undersøgte vi i denne undersøgelse UCP3-ekspressionen i skeletmuskulaturen og beta-3-adrenoceptorekspressionen i fedtvæv fra præ- menopausale sygeligt overvægtige kvinder behandlet med enten placebo eller EC i 30 dage, som efterfølgende gennemgik fedmekirurgi.
3. Undersøgelsespersoner er voksne kvinder med sygelig fedme, dvs. kropsmasseindeks ≥ 40 kg/m2, valgt fra ventelisten til fedmekirurgi på afdelingen for kirurgi (Molinette Hospital, Torino, Italien. I løbet af behandlingsperioden er alle patienter fodret med en kaloriefattig diæt (samlet energiindhold på ~70% af energiforbruget, målt ved indirekte kalorimetri), og indeholdende 20% proteiner, 55% kulhydrater, 25% fedt, hvoraf halvdelen var monoumættet, og 35 g/dag fibre. Patienterne randomiseres til 30 dages behandling med enten EC (200/20 mg t.i.d.) eller placebo. De er under hele behandlingsperioden indlagt på den metaboliske enhed på San Giuseppe Hospital-Istituto Auxologico Italiano i Piancavallo (VB, Italien). EC administrationen starter med en startdosis på 100/10 mg t.i.d. den første uge og fortsætter derefter med den fulde dosis på 200/20 mg t.i.d. Hvileenergiforbrug måles ved indirekte kalorimetri ved baseline og ved afslutningen af ​​undersøgelsen. Studiepillerne (aktivt stof og placebo) er fremstillet af Hospitalets Apotek.
4. For at vurdere lægemiddelsikkerhed og effekt på hjertefunktionen måles blodtrykket tre gange dagligt; både elektrokardiografi og ekkokardiografi bliver optaget ved baseline og hver uge. Efter diæt og lægemiddelperiode overføres patienterne til kirurgisk afdeling (Molinette Hospital, Torino) for den fedmekirurgiske operation. Lægemiddelbehandlingen (EC og placebo) stoppes dagen før kirurgisk indgreb. Små biopsier af rectus abdominis og af subkutant og omentalt fedtvæv tages under operationen, fryses straks i flydende nitrogen og opbevares ved -80°C til efterfølgende analyse.
5. UCP3S- og UCP3L-mRNA-niveauer måles ved kvantitativ polymerasekædereaktion ved Farmakologisk Institut, Milanos Universitet. Tilstedeværelsen af ​​beta-3-adrenoceptor i fedtvæv evalueres ved immunhistokemi ved avidin-biotinperoxidase-teknikken ved anvendelse af monoklonalt anti-humant beta-3-adrenoceptor-antistof ved Institut for Human Anatomi, University of Ancona.