Livsstilsintervention i forberedelse til graviditet (LIPP)

Specifikt mål 1: At undersøge den fysiologiske betydning af livsstilsintervention som forberedelse til graviditet (LIPP) på moderens og neonatale metabolisme og fedt.

Introduktion/Rationale: Vores foreløbige data viser, at overvåget livsstilsintervention fører til betydeligt vægttab, forbedret insulinfølsomhed, glukosetolerance og inkretinsekretion sammen med sundere kardiovaskulære og kropssammensætningsresultater hos overvægtige og fede voksne. Vi forventer, at timing og implementering af den foreslåede livsstilsintervention vil give lignende sundhedsmæssige fordele hos overvægtige/fede kvinder, der planlægger en anden graviditet, og føre til større insulinfølsomhed, reduceret insulinsekretion og mindre inflammation. Disse forbedringer vil resultere i, at overskydende tilgængelighed af næringsstoffer (glukose og lipider) forhindres i at bidrage til overskydende føtal vækst/fedt. Arbejdshypotesen for dette mål er, at i modsætning til GWG, tegner den nedsatte insulinfølsomhed før graviditeten hos overvægtige mødre sig for den største kliniske varians i fedttilvækst hos spædbarnet. Selvom vi klinisk forventer et fald i vægt og BMI i LIPP-gruppen, er forbedringen i insulinfølsomhed og metabolisk profil de vigtigste fysiologiske mål relateret til det primære resultat af nedsat neonatal fedt og ikke vægttabet i sig selv.

Begrundelsen er, at det optimale tidspunkt til at implementere livsstilsintervention, der effektivt forbedrer mødres sundhed på det fysiologiske, cellulære og molekylære niveau og resulterer i optimal fedme hos babyen, er før graviditeten. Kvinder, der taber sig efter fødslen, oplever et fald i neonatal fødselsvægt (primært fedtvæv) i den efterfølgende graviditet, hvorimod kvinder, der tager på, oplever en stigning i neonatal fødselsvægt og fedt. Vi antager, at moderens metaboliske tilstand før graviditeten bestemmer det obesogene in-utero-miljø, hvilket igen påvirker placenta programmering af mitokondrie- og lipidbaner (Specific Aim 2) og babyens kropssammensætning. En yderligere begrundelse er, at der er behov for at forstå, hvordan forbedret prægravid metabolisk tilstand påvirker moderens fysiologiske og molekylære funktion. Vi forventer, at overvægtige kvinder, der gennemfører LIPP-programmet, vil gå ind i graviditeten med forbedret insulinreguleret stofskifte og reduceret insulinresistens, hvilket letter en lavere neonatal fødselsvægt og fedt. Vi vil rekruttere mødre, der har født deres første barn på MHMC. Vi anerkender, at disse mødre repræsenterer en demografi, der har begrænset adgang til træningsfaciliteter eller familiestøttesystemer, der ville lette fritiden til træning. For at mindske barriererne for deltagelse vil vi afholde træningssessionerne i lokale lokale fritidscentre. Centrene har børnepasningsfaciliteter, og vi vil støtte udgifterne, så deltagerne kan tage deres babyer med til LIPP-sessionerne. For yderligere at øge deltagelsen og maksimere fastholdelsen vil vi sørge for transport til og fra rekreationscentrene. Der vil blive anmodet om støtte til transport fra Cleveland Mt. Sinai Foundation. Livsstilsintervention Vægttabsfase: LIPP-programmet er designet til at fremme vægttab, der er 5-10 % af kropsvægten. Den 4-måneders vægttabsfase består af aerob træning med kost- og adfærdsrådgivning for at fremkalde vægttab, som det med succes er opnået i tidligere undersøgelser. Indledningsvis vil superviseret træning blive ordineret ved 55-60% af HRmax og gradvist øget, så forsøgspersonerne efter 1-2 uger træner ved 75-85% af HRmax (~65-70% VO2max). Overvåget træning vil bestå af gå/jogging på et løbebånd og stationær cykling, 3 dage/ugen, 60 min/session (dvs. 500 kcal/session). Kvinderne vil bære pulsmålere (Polar Electro, Woodbury, NY) under hver træningssession, så de får visuel feedback på deres personlige mål for pulsmålet. Deltagerne vil blive rådet til at reducere kalorieindtaget med ~500 kcal/d for at støtte deres vægttabsmål. Den anbefalede diæt vil give ~55% af kalorierne som kulhydrat, 25% som fedt og 20% ​​som protein. Deltagerne vil blive instrueret i at indtage komplekse kulhydrater og undgå simple sukkerarter. Specifikke kaloriebehov vil blive estimeret ved indirekte kalorimetri og en stillesiddende (x1,3) fysisk aktivitetskorrektionsfaktor. Energiindtaget vil blive estimeret ved hjælp af mad-fotodagbog-appen, Meal Snap. Digital fotografering giver et fremragende skøn over energiindtaget (67). Deltagere, der ikke ejer en smartphone, vil få en leveret gennem støtte fra Cleveland Foundation.

Optegnelser, der dækker en 72-timers diætperiode, vil blive delt med forskerholdet til bestemmelse af kalorie- og næringsindtag. Meal Snap har en fødevaredatabase med over 350.000 varer. Nogle måltider vil dog ikke være i denne database, derfor vil vores livsstilscoaches indtaste alle fødevarer, der spises i vores kostdatabase (NDSR, Minneapolis, MN) for at lette analyse af kalorieindhold og makro/mikro næringsstofindtag. Forsøgspersoner vil generere billeder fra før og efter måltidet for at vurdere mængden af ​​mad, der blev spist. Data vil blive indhentet ved baseline og med 2-ugers intervaller i løbet af den indledende 16-ugers overvågede vægttabsperiode.

Livsstilsintervention - Vægtkontrol/vedligeholdelse: Vægtstyringsprogrammet før graviditeten (fase 2A, 2B og 2C) er designet til at lette personlige vægttabsmål ved hjælp af livsstilsadfærd, der omfatter motion, kost og adfærdsændringer, og er delvist baseret på Look AHEAD-prøven. Interventionen inkluderer et værktøjskassekoncept, der hjælper med at nå vægttabsmål. Livsstilscoacherne vil give personlig instruktion om fysisk aktivitet/motion - 10.000 skridt/dag, og deltagerne vil bruge FitBit Flex (Fitbit.com), til at spore antal skridt og træningstid. Under den første fase af vægtvedligeholdelse (2A) vil kvinderne deltage i 2 superviserede gruppesessioner/uge. Disse sessioner inkluderer struktureret motion (f.eks. Zumba, jazzercise, gang i barnevognen), gennemgang af kostfotos, hvor måltider er blevet spist (hjemme eller ude; optaget på smartphone-app) og adfærdsrådgivning (med deres livsstilscoach). Deltagerne vil blive opfordret til at spise 1.200-1.500 kcal/d (~55% kulhydrat, 25% fedt, 20% protein), hvis de vejer under 113 kg, eller 1.500-1.800 kcal/d, hvis >113 kg. Kostdata vil blive analyseret med 4 ugers intervaller under vægtvedligeholdelsesperioden. Vigtigt er det, for at minimere emnebyrden og for at maksimere opbevaring og dataindsamling, vil livsstilscoachen spore kalorieindtaget ved hjælp af deltagerens fotodagbog. Adfærdsstrategier til at motivere sunde livsstilsbeslutninger vil omfatte: selvovervågning (mad, aktivitet og vægt, brug af FitBit online-ressourcer), målsætning (trin/dag, vægttab), stimuluskontrol (dvs. social spisning, fastfood, siddende). vs. stående), problemløsning (hav snacks til rådighed, motion derhjemme) og forebyggelse af tilbagefald (dvs. ferier, alkohol, fastfood, slik, problemmad, tvangsspisning). Efter 4 måneder og det ønskede vægttab går forsøgspersonerne til fase 2B. I denne fase opretholder forsøgspersonerne et træningsmål på 10.000 skridt/dag, men vil kun være forpligtet til at deltage i 1 overvåget session/uge. Hvis et forsøgsperson ikke formår at opretholde vægttab, defineret som vægtøgning på 3 % af den nuværende kropsvægt, vil deltagerne vende tilbage til fase 2A for mere overvåget vægtstyring. Alternativt, hvis vægttabet opretholdes efter 3 måneder, vil forsøgspersonerne gå videre til fase 2C indtil den efterfølgende graviditet. Fase 2C består af ingen superviserede træningssessioner. Emnet og livsstilscoachen vil dog samtale ugentligt telefonisk for at gennemgå fremskridt, herunder Fitbit træningsdata og diæt. Data tyder på, at vægtstyringsprogrammer leveret via telefon er sammenlignelige med klinisk leverede programmer. Under opkaldene vil deltagerne blive bedt om at fortsætte med at træne med den intensitet og varighed, der er foreskrevet i fase 2B. De vil blive forsynet med sprogspecifik mad og øvelseslogbøger. Disse vil blive brugt til at vejlede kalorieindtaget og vil give endnu en registrering af overholdelse. Deltagere, der er randomiseret til kontrolgruppen, vil modtage information om post-graviditets diæt/vægttab fra CRU-ernæringseksperten til forskel fra LIPP-ernæringseksperten (HB) for at mindske krydskontaminering mellem grupper. Vægtkontrol under graviditet: Alle LIPP og sædvanlige pleje/kontrolgrupper vil blive fulgt af deres primære obstetriske udbyder. OB/GYN-afdelingen på MHMC har for nylig revideret sine kliniske retningslinjer for håndtering af overvægtige/fede kvinder baseret på ACOG-praksisbulletinen fra december 2015 (2). Alle overvægtige/fede kvinder vil blive tilbudt ernæringsvejledning tidligt i graviditeten af ​​en registreret diætist fra MHMC Nutrition Department med opfølgende besøg efter behov for at understøtte GWG inden for IOM-retningslinjerne. Ernæringsterapi vil overveje moderens prægravid BMI, etniske, kulturelle og sociale faktorer i individualisering af sund kost. Den elektroniske sundhedsjournal (EPIC) inkluderer et grafisk GWG-nomogram, og GWG vil derfor blive overvåget ved hvert besøg. Alle forsøgspersoner vil blive opfordret til at øge fysisk aktivitet i mindst 30 minutter/dag (primært gang). Klinisk behandling såsom ultralyd for at estimere fostervækst og fosterovervågning vil være baseret på ACOG-anbefalingerne. Livsstilscoachen vil fortsat kun følge op med LIPP-emnerne som beskrevet i vedligeholdelsesfasen af ​​forskningsdesignet.

Metaboliske evalueringer: Metaboliske evalueringer vil blive udført ved baseline (3 måneder - 2 uger) efter fødslen. Opfølgende evalueringer vil blive udført efter 4 (+/-2 uger) og 12 måneder (+/-2 uger), og derefter hver 6. måned (+/-2 uger) før graviditet op til maksimalt 24 måneder. Når en forsøgsperson har graviditetsdatering og levedygtighed bekræftet ved ultralyd, vil metaboliske evalueringer fortsætte ved 12-16 og 32-36 ugers graviditet.

Moderens kropssammensætning: Antropometriske mål vil omfatte højde, vægt og hofte- og taljeomkreds. Total kropsfedt vil blive målt ved helkropsplethysmografi (Bod Pod; Cosmed, Rom, Italien). Vi vil bruge en hydreringskonstant på 76 % for fedtfri masse under sen graviditet.

Hvileenergiforbrug: Hvilemetabolisk hastighed (RMR) bestemmes efter en faste natten over ved hjælp af Cosmed OMNIA metaboliske vogn (Cosmed, Rom Italien) med et baldakinsystem. Vi vil kontrollere kosten ved at levere et standardiseret energibalanceret måltid aftenen før testen fra CRU'en. Deltagerne vil slappe af i et stille stofskifte med lavt lys i 30 minutter, før de opnår en 30 minutters måling af udåndet åndedræt. Oxidativ og ikke-oxidativ glukosemetabolisme vil blive estimeret, og urinprøver vil blive udtaget før og efter målingen for at beregne ikke-protein RQ (NPRQ). Disse data vil blive brugt i forbindelse med specifikt mål 2 og vil blive korreleret med ændring i mitokondriefunktion under graviditet.

Træningskapacitet: En trinvis graderet løbebåndstest vil blive udført ved baseline, 4 og 6 måneders tidspunkter i begge grupper. Iltforbrug (Jaeger OxyCon Pro/Delta System, Hoechberg, Tyskland), hjertefrekvens og vurderinger af opfattet anstrengelse vil blive udført som tidligere beskrevet.

Insulinfølsomhed og ?-celle Funktion: En 75 g oral glukosetolerancetest (OGTT) vil blive brugt til at vurdere postprandial glykæmi og insulinfølsomhed og sekretion. Efter en faste natten over vil der blive taget blodprøver med 10 minutters intervaller de første 60 minutter og derefter med 20 minutters intervaller. C-peptiddata vil blive analyseret ved hjælp af en kombineret modeltilgang til at give præhepatiske insulinsekretionshastigheder, insulinfølsomhed, dispositionsindeks og relatere insulin- og Cpeptidkinetik (73). Plasmaglukose vil blive målt ved hjælp af glucoseoxidasemetoden (YSI; Yellow Springs, OH).

Insulin vil blive analyseret af RIA (Millipore, Billerica, MA). Diagnose af GDM vil blive stillet ved hjælp af kriterier anbefalet af ACOG (74).

Enteroinsulære akse-responser: Plasmaprøver (med passende tilsætningsstoffer) vil blive opnået for at måle inkretinhormoner (glukagon-lignende peptid-1 (GLP-1) og glucoseafhængigt insulinotropt polypeptid (GIP) og mætningsrelaterede tarmpeptider (cholecystokinin (CCK)) og peptid YY (PYY). Målinger vil blive foretaget under statiske (fastende) og dynamiske (glukosestimulerede) forhold (10 min intervaller op til 1 time).

Metaboliske og inflammatoriske biomarkører: Fastende blodprøver vil blive indhentet for at måle CBC, TSH, HbA1c, lipidpanel og totale frie fedtsyrer (FFA). Adipocytokiner (adiponectin, leptin interleukin-6, interleukin-8, TNF-a og hsCRP) vil blive målt ved hjælp af ELISA (R&D Systems, Minneapolis, MN). Alle prøver fra hvert forsøgsperson vil blive opbevaret ved -80oC og kørt i det samme assay ved afslutning for at mindske variabiliteten.

Livskvalitetsspørgeskema: SF-36 sundhedsundersøgelsen vil blive brugt ved baseline, 4 og 12 måneder og derefter med 6 måneders intervaller indtil graviditeten til at vurdere forsøgspersonens sundhedsrelaterede livskvalitet. Disse data vil give et generisk mål for fysisk og mental sundhed gennem vurdering af fysisk funktion, kropslige smerter, begrænsninger på grund af fysiske, personlige eller følelsesmæssige problemer og velvære, energi/træthed og generelle sundhedsopfattelser. Under graviditeten vil spørgeskemaet blive administreret ved 12-16 og 32-36 uger.

Måling af fedtmasse hos spædbarnet: Vi har stor erfaring med at estimere kropssammensætning hos nyfødte, og var et af de første centre, der anskaffede en Pea Pod (pædiatrisk luftdensitometri), som er anbragt i CRU ved siden af ​​Labor & Delivery og postpartum enhed.

Insulinresistens ved fødslen: Ved fødslen får vi navlestrengsblod til insulin og glukose for at estimere insulinresistens ved hjælp af HOMA. Fuld lipidprofil, CRP og adipokinerne IL-6 og leptin (en fremragende markør for neonatal fedtmasse) vil blive målt i navlestrengsblod som beskrevet ovenfor.

Forventede resultater, udfordringer og alternative tilgange:

Det primære resultatmål for dette forslag er lavere neonatal adipositas ved fødslen i LIPP-gruppen i forhold til: 1) kontrolgruppen og 2) med forsøgspersonens førstefødte. Som sekundære resultater forudser vi, at LIPP forud for en efterfølgende graviditet vil frembringe betydelig forbedring (absolut og procentvise ændringer) i moderens vægt og kropssammensætning, og endnu vigtigere forbedret insulinfølsomhed, beta-cellefunktion, inkretinrespons på glukose, lipid og inflammatorisk biomarkører sammenlignet med kontrolgruppen. Vi forventer også reduceret insulinresistens, ledningslipider og inflammatoriske profiler hos babyer født af LIPP sammenlignet med kontrolgruppen.

Rekruttering er et velkendt problem for en vellykket implementering og afslutning af livsstilsinterventionsforsøg. Men i betragtning af den nye strategi for rekruttering beskrevet ovenfor, vores unikke adgang til patientpopulationen og vores omfattende erfaring med metabolisk forskning under graviditet, forventer vi ikke, at rekruttering vil udgøre en uoverkommelig udfordring. Vi vil rekruttere 200 forsøgspersoner i de første 4 år og gennemføre alle mor/baby-evalueringer i henhold til den foreslåede tidslinje. Om nødvendigt vil vi rekruttere forsøgspersoner fra Cleveland Clinic og University Hospitals, begge tilknyttet Case Western Reserve University (CWRU). Opbevaringsstrategier inkluderer gratis transport til træningssessionerne, gratis børnepasningsservice under livsstilssessionerne og konsultationer med livsstilscoachen, mobiltelefonapps til at reducere emnebyrden med dataindtastning, regelmæssige telefonkontakter og økonomiske incitamenter, herunder en autostol til spædbørn ved levering .

Vores team har haft enestående succes med at fastholde gravide kvinder i vores tidligere metaboliske forskning og livsstilsinterventionsstudier i overvægtige og fede populationer (48,64). I det nuværende forslag er yderligere strategier også på plads for at maksimere fastholdelse og minimere frafald. Disse omfatter telefonopkald og e-mails fra livsstilscoachen for at gennemgå og styrke problemløsnings- og selvovervågningsfærdigheder som beskrevet for deltagere i Diabetes Prevention Program. Vi vil også etablere et kammeratsystem, hvor hver deltager bliver kammerat for en anden deltager, de to kammerater kan tilberede måltider sammen, træne sammen, dele problemer osv. Buddy-systemet fremmer følelsen af, at det at blive i undersøgelsen er vigtigt ikke kun for individets helbred, men også for kammeratens. Hvis forsøgspersoner i LIPP-programmet ikke opfylder deres mål for vægttab, vil vi implementere en måltidserstatningsstrategi ved hjælp af ressourcerne i CRU/CTSC metaboliske køkken, med opmærksomhed på moderens kalorie- og næringsbehov afhængigt af amning. Ikke alle deltagere bliver gravide. Da det primære resultat er neonatal fedme, vil forsøgspersoner, der ikke bliver gravide, ikke indgå i den primære analyse, men vil blive inkluderet i sekundære analyser vedrørende prægravid metabolisk forbedring. Ved at rekruttere kvinder med en tidligere graviditet reduceres risikoen for infertilitet betydeligt. Vi forventer, at cirka 20 % af kvinderne vil opleve en spontan abort, men de vil få lov til at fortsætte og genoptage deres tidligere deltagelse i enten LIPP- eller kontrolgruppen. Vi forventer, at cirka 25 % af forsøgspersonerne vil falde fra, før de bliver gravide, og yderligere 15 % kan falde fra under graviditeten. Vi vil tilmelde 100 forsøgspersoner i hver arm for at tage højde for den usandsynlige hændelse med 40 % frafald. Ved at vedtage en endnu mere stringent strategi rapporterer vi, at statistisk magt er tilgængelig for så lavt som 50 forsøgspersoner pr. gruppe som et worst-case scenario. Hvis fastholdelsen halter bagefter prognoserne, vil vi rekruttere yderligere forsøgspersoner på MHMC og CWRU tilknyttede hospitaler. CRU-personalet vil hjælpe med at indsamle navlestrengsblod og placenta ved fødslen og udføre kropsmålingerne af Pea Pod. Hvis der er en Pea Pod-udstyrsfejl, vurderer vi kropssammensætning ved hjælp af neonatal antropometri.

Selvom LIPP-personer vil blive opfordret til at udskyde en anden graviditet, indtil de er i vedligeholdelsesfasen af ​​programmet, vil vi kun udelukke LIPP-personer, hvis de bliver gravide i løbet af den første 4-måneders vægttabsfase. For kontrolpersonerne vil udelukkelse forekomme, hvis en forsøgsperson bliver gravid før 3 måneders postpartum CRU randomiseringsbesøg. Brug af prævention i denne fase er et inklusionskriterium. Ikke alle LIPP-personer vil blive gravide på lignende tidspunkter efter 4 måneders vægttabsintervention. Vi vil ikke justere for tiden mellem graviditeter mellem LIPP- og kontrolemnerne. Vi vil bruge LIPP- og kontrolpersonens metaboliske status (kropssammensætning, insulinfølsomhed og respons osv.) ved den sidste metaboliske evaluering i CRU'en, før de bliver gravide som deres pregravid- eller baseline-status for den efterfølgende graviditet. Fordi dette er en graviditetsundersøgelse, er det kun kvinder, der skal rekrutteres. Vi vil dog vurdere effekten af ​​LIPP på mandlige og kvindelige afkom, sammen og uafhængigt, baseret på køn.

Statistisk tilgang:

De primære analyser af specifikt mål 1a vil være intention-to-treat sammenligninger af LIPP- og kontrolgrupperne med hensyn til ændringer i moderens insulinfølsomhed, BMI og fedtmasse. Sammenligningerne udføres først med to-stikprøve t-test ved p=0,05. Skulle der erkendes en ubalance mellem forvirrende faktorer i grupperne, kan lineære regressionsmodeller, der inkluderer signifikante forskelle (f. GDM) vil blive brugt til at udføre kovariatjusteringer. Baseret på vores 1 års postpartum opfølgningsundersøgelser (62,63), vil vi have 90 % kraft til at detektere en absolut eller kovariatjusteret forbedring i insulinfølsomhed på 30 % og en 80 % styrke til at opdage en forbedring så lille som 25 % i LIPP vs. Kontrolgruppe. Tilsvarende 95 % konfidensintervaller (95 % CI) for de absolutte eller kovariatjusterede forskelle eller procentvise forbedringer i insulinfølsomhed mellem grupper vil blive rapporteret. Vi estimerer standardafvigelsen (SD) for ændring i BMI fra randomisering til efterfølgende graviditet til at være 5,1 kg/m2. Vi vil have 90 % effekt til at detektere en absolut eller kovariat-justeret forskel i BMI på 2,6 kg/m2 og 80 % effekt til at detektere en forskel på 2,26 kg/m2 og 90 % effekt til at detektere en absolut eller kovariat-justeret forskel i fedt masse på 5,9 kg og 80 % effekt for at detektere en forskel på 5,1 kg mellem grupperne før den anden graviditet. Den primære analyse for specifikt mål 1b er en intention-to-treat-sammenligning af LIPP versus kontrolnyfødte med hensyn til fedtmasse ved fødslen. Sammenligningen vil blive udført ved hjælp af en to-sample t-test ved p=0,05. Der vil blive udført lineær regression, som vil inkludere vægt (kropssammensætningsmål) af forsøgspersonens første barn som en kovariat. Skulle en ubalance af forstyrrende faktorer (for eksempel gestationsalder) i grupperne erkendes, vil lineære regressionsmodeller blive brugt til at udføre en kovariat justering. Baseret på vores foreløbige data estimerer vi SD for neonatal fedtmasse mellem LIPP- og kontrolgrupperne til ikke at være mere end 225g. Med mindst 50 kvinder i hver gruppe (forudsat et frafald på 50 %), vil t-testen eller lineær regression have 90 % magt til at detektere en absolut eller kovariatjusteret forskel på 146 g fedtmasse mellem grupperne. Vi har 80 % magt til at detektere en absolut eller kovariat-justeret forskel så lille som 126 g fedtmasse mellem grupper. Tilsvarende 95 % CI for den absolutte eller kovariatjusterede forskel i neonatal fedtmasse mellem grupper vil blive rapporteret. Til sekundære analyser vil vi bruge den samme statistiske tilgang. Baseret på vores foreløbige data estimerer vi SD for fødselsvægt til at være 700 g; med 50 nyfødte i hver gruppe vil vi have 90 % kraft til at detektere en absolut eller kovariatjusteret forskel på 455 g i fødselsvægt og 80 % styrke til at påvise en 393 g forskel mellem grupperne. Yderligere sekundære analyser vil omfatte navlestrengscytokiner. Sammenligninger vil blive udført ved hjælp af en to-sample t-test ved et signifikansniveau på p=0,05; dog vil Mann-Whitney U-tests eller log-transformationer blive anvendt, hvis data ikke er normalt distribueret. Lineære regressionsmodeller, herunder konfunderende faktorer, vil blive brugt til at udføre kovariatjusteringer. Baseret på vores offentliggjorte data (80) estimerer vi standardafvigelserne for navlestrengs IL-6 og CRP til at være henholdsvis 3,4 pg/ml og 7.900 ng/ml. Med 50 kvinder i hver gruppe vil vi have 90 % kraft til at opdage en forbedring i IL-6- og CRP-niveauer på 50 % og 42 %, og 80 % styrke til at detektere en forbedring på henholdsvis 42 % og 36 %.

Specifikt mål 2: At bestemme de molekylære effekter, hvorved livsstilsintervention påbegyndt før graviditet kan forbedre placenta mitokondrielle lipidoxidation og -akkumulering.

Indledning/Rationale: Vores data tyder på, at der hos overvægtige kvinder er en mitokondriel defekt i placentavæv til stede tidligt i graviditeten, hvilket hæmmer placentakapaciteten for fedtsyreoxidation og shunter fedtsyrer til esterificeringsveje og lipidakkumulering, hvilket potentielt kan føre til øget tilgængelighed af næringsstoffer til fosteret og højere fedme ved termin. Vores gruppe har vist, at andre mitokondrielle processer, såsom kolesteroltransport og steroidogenese, er svækket i moderkager hos overvægtige, insulinresistente kvinder. Placentalt mitokondrielt indhold (vurderet af mtDNA og citratsyntaseaktivitet) påvirkes ikke af moderens fedme og insulinresistens ved termin, hvilket tyder på, at de observerede funktionsdefekter skyldes ændringer i mitokondriel aktivitet snarere end antal. Tidligere diætinterventioner påbegyndt under graviditeten var ude af stand til at ændre placenta β-oxidation eller føtal fedtaflejring, potentielt fordi interventionen blev påbegyndt efter placenta mitokondriefunktion var svækket. Vi forventer, at LIPP vil forbedre placenta mitokondrielle fedtsyreoxidation, som vil være målbar på termin og forbundet med lavere fedtsyreesterificering og -akkumulering og neonatal fedtmasse. Hypotesen er, at den nedsatte insulinfølsomhed og det øgede inflammatoriske miljø hos overvægtige mødre forringer mitokondriel β-oxidation i den udviklende placenta. Det er ændringerne i placenta metabolisme, der begynder tidligt i graviditeten, der fører til ændret næringsstoftilførsel og øget føtalt fedtaflejring. Vores begrundelse er baseret på behovet for at forstå, hvordan ændringer i placenta lipidmetabolisme medierer virkningerne af forbedret pregravid metabolisme på neonatal fedt. Vi forventer, at moderkager fra overvægtige kvinder i LIPP-programmet vil vise forbedret fedtsyreoxidation og nedsat lipid-esterificering og -akkumulering ved termin. Desuden forventer vi, at disse ændringer vil korrelere med lavere maternel inflammation og insulinresistens i den tidlige graviditet og lavere neonatal fedt på termin.

Forventede resultater og endepunkter: Vi forventer, at sammenlignet med kontrolgruppen vil placenta fra kvinder i LIPP have: 1) øget β-oxidation, 2) nedsat fedtsyreesterificering, 3) lavere lipidindhold, 4) øget aktivitet af mitokondriel CPT1B, det hastighedsbegrænsende enzym i β-oxidation og højere phosphor ACC, som, når det phosphoryleres, producerer mindre malonyl CoA, den vigtigste hæmmende regulator af CPT1B, og 5) ingen forskel i mitokondrieindhold (målt ved mtDNA og citratsyntaseaktivitet) . Vi forudser også, at mitokondriel β-oxidation og CPT1B-aktivitet vil korrelere negativt med inflammatoriske cytokinmarkører i mors serum fra tidlig graviditet og insulinresistens og neonatal fedt.

Eksperimentelt design: Vi vil nå målene for specifikt mål 2 ved at måle ændringer i placenta mitokondrielle enzymaktivitet og lipidmetabolisme hos kvinder, der er tilmeldt kontrol- eller LIPP-grupperne beskrevet i specifikt mål 1. Placentalvæv vil blive indsamlet ved levering fra alle undersøgelsesdeltagere og indlejret i paraffin eller lynfrosset i flydende nitrogen og opbevaret ved -80oC til molekylær analyse. Hos en undergruppe af kvinder, der føder ved planlagt kejsersnit (vi anslår ~30 % af vores deltagere eller N=15-18/gruppe), vil vi også indsamle frisk placentavæv til lipidmetabolismeaktivitetsassays.

Placental lipidmetabolisme: Disse analyser er veletablerede i O'Tierney-Ginn laboratoriet. Mitokondriel fedtsyreoxidation (FAO) og esterificering til totallipidassays vil blive udført i placentaeksplantater som beskrevet tidligere, med nogle modifikationer. Frisk isolerede placentaeksplantater vil blive inkuberet i nærværelse af 100 μM koldt palmitat og 3H-palmitat (Moravek Radiochemicals) i 18 timer. Ved afslutningen af ​​inkubationsperioden vil medier blive opsamlet for at kvantificere FAO-hastigheden ved påvisning af 3H2O ved hjælp af Hughes dampfase-ækvilibreringsmetode. Esterificering til totale lipider vil blive bestemt ved at homogenisere de behandlede eksplantater i HPLC-grade acetone og inkubere med omrøring ved stuetemperatur natten over. En alikvot af acetone-ekstraktlipidsuspensionen vil blive brugt til at bestemme det radioaktive indhold ved væskescintillationstælling. Oxidations- og esterificeringshastigheder vil blive defineret som nmol palmitat/mg væv/time.

Vurdering af placenta mitokondrier: Mitokondrier vil blive isoleret fra frosset placentavæv som tidligere beskrevet. Markører for lipidoxidation (CPT1B) og syntese/esterificering (phospho-ACC) aktivitet vil blive målt ved hjælp af kommercielt tilgængelige kits (Cell Signaling, Abcam) i isolerede mitokondrier fra alle prøver. Markører for mitokondrieindhold (mtDNA og citratsyntaseaktivitet) vil blive målt i hele placentavæv i alle prøver som tidligere beskrevet.

Placental lipidakkumulation: Total placenta lipidindhold vil blive målt ved hjælp af Folch-metoden.

Forventede udfordringer og alternativer: 1) Vi vil kun bruge moderkager leveret ved planlagt kejsersnit til in vitro oxidations- og esterificeringsanalyser for at undgå ændringer, der er relevante for fødslen. På vores hospital er antallet af kejsersnit for fede kvinder ~40%. Vores konservative estimat på 40-50% frafald efterfulgt af 30% af forsøgspersoner, der føder med kejsersnit, resulterer i N=15-18/gruppe. Baseret på vores foreløbige data vil dette efterlade os tilstrækkeligt drevet til at opdage forskelle i placenta lipidmetabolisme på grund af LIPP. Vi vil indsamle placentaprøver fra alle undersøgelsesdeltagere til mitokondrielle enzymaktivitetsassays, hvilket giver os en yderligere vurdering af metabolisk aktivitet hos et større antal deltagere. 2) Placental mitokondriel fedtsyreoxidationskapacitet kan påvirkes af mitokondrietal, oxidativ fosforyleringsaktivitet og energetisk effektivitet (kobling). Vurdering af mitokondriel oxidativ phosphoryleringskapacitet eller energieffektivitet kræver friskisolerede mitokondrier og/eller levende celler, som for vores forslag ville være alt for ambitiøse og dyre i betragtning af leveringens uforudsigelige natur og det store antal deltagere. Alternativt vil vi måle markører for mitokondrieindhold og nøgleenzymer i mitokondriel lipidmetabolisme i alle placentale prøver for at vurdere nogle potentielle mekanismer, der ligger til grund for ændringer i placental fedtsyreoxidation. Derudover kan frosne prøver indsamlet fra alle placenta bruges til at måle enzymer involveret i elektrontransport (f.eks. ATP-syntase) som en markør for mitokondriel oxidativ phosphorylering.

Statistisk analyse: Det primære mål med mål 2 er at bestemme effekten af ​​livsstilsintervention før graviditet på placenta mitokondrielle fedtsyreoxidation ved termin. Vi antager, at placenta β-oxidation vil være højere i LIPP-gruppen. Vi vil udføre en intention-to-treat-analyse ved hjælp af to prøver t-test eller ikke-parametrisk Wilcoxon rank-sum test for at vurdere forskelle mellem grupper. Regressionsanalyse vil blive brugt til at vurdere sammenhængen mellem placenta β-oxidation og enzymaktivitet med moderens inflammatoriske cytokinniveauer og insulinresistens i den tidlige graviditet, sammen med neonatal fedtmasse med justering for gestationsalder og køn. Beskrivende statistik, såsom middelværdi, median og rækkevidde, vil blive beregnet for alle variable. Kraft- og prøvestørrelsesanalyse baseret på vores foreløbige mitokondrielle β-oxidationsdata hos overvægtige kvinder (38-14 nmol/mg/time) viste, at en prøvestørrelse på N=18/gruppe opnår 80 % kraft til at påvise en forskel på 25 % mellem grupper ved hjælp af en to-stikprøve t-test med et signifikansniveau på 0,05.