Mikrobiotas rolle i overvægt: Effekt efter bariatrisk kirurgi (MICROOBAR)

1. Introduktion Fedme er en kronisk sygdom med en betydelig indvirkning på sundheden og en høj økonomisk byrde. Dens prævalens i den globale befolkning er steget fra 5% i 1975 til 13% i 2014. Baseret på disse tal forventes en femtedel af verdens befolkning at være overvægtig i 2025. Desuden anerkendes fedme som den vigtigste risikofaktor for udviklingen af type 2-diabetes (T2DM). Derfor er der observeret en parallel stigning i prævalensen af T2DM, som i øjeblikket påvirker 9% af verdens befolkning, med en estimeret stigning til 12% i 2025. De metaboliske ændringer forbundet med fedme øger risikoen for kardiovaskulære sygdomme, herunder koronar hjertesygdom og myokardieinfarkt.

   I øjeblikket er bariatrisk kirurgi den anbefalede behandling for vægtreduktion og forbedret glykæmisk kontrol hos overvægtige patienter, især hos dem, der ikke opnår tilstrækkelige resultater gennem medicinsk behandling og livsstilsændringer. Blandt de forskellige tilgængelige kirurgiske teknikker er laparoskopisk gastrisk bypass (LGB) – som drastisk omorganiserer mave-tarmkanalens arkitektur og kombinerer tarmmalabsorption med begrænsning af fødeindtag – den mest anerkendte og udbredte procedure i Europa til behandling af morbid fedme.

   For nylig er der blevet offentliggjort metaanalyser, der sammenligner metaboliske resultater på tværs af forskellige bariatriske procedurer; disse er dog baseret på et lille antal randomiserede kontrollerede forsøg og hovedsageligt på studier med væsentlige begrænsninger, såsom retrospektivt design, inklusion af heterogene kohorter med et bredt spektrum af body mass index og diabetesvarighed samt korte opfølgningsperioder. De fleste af disse studier indikerer sammenlignelige korttidseffekter; ikke desto mindre viste STAMPEDE-forsøget overlegne metaboliske resultater med LGB efter tre år. Omvendt har studier, der involverer strengt malabsorptive procedurer, vist højere hyppighed af T2DM-remission og en lavere risiko for sygdomsrecidiv.

   En nylig analyse af store, heterogene kliniske kohorter identificerede kortere diabetesvarighed, lavere baseline-faste glukoseværdier og procedurer, der leder gastrisk indhold distal ind i tyndtarmen – i modsætning til restriktive procedurer – som uafhængige prædiktorer for højere T2DM-remissionsrater efter to års opfølgning. Det er stadig uklart, om dette er et resultat af større vægttab opnået gennem disse procedurer, eller om andre faktorer er involveret, især tarmhormondynamik. Tarmbypasskirurgi, der udelukker duodenum, fører til øget sekretion af inkretinhormoner, specifikt glucagon-lignende peptid 1 (GLP-1) og det orexigeniske peptid YY (PYY), på grund af hurtig tomning af maven og den tidlige ankomst af ufordøjet mad i ileum. Den overdrevne GLP-1-sekretion betragtes som en af de vigtigste mekanismer bag forbedret β-cellefunktion i T2DM efter kirurgi. Nogle studier har dog sat spørgsmålstegn ved GLP-1's rolle som den primære faktor, der er ansvarlig for diabetesremission. Derudover fører udelukkelse af mavefundus til reduceret sekretion af det orexigeniske hormon ghrelin, hvilket fører til appetitundertrykkelse og øget insulinsekretion. Faktisk er begge mekanismer beskrevet i observationsstudier efter LGB og er forbundet med forbedret glukosehomeostase.

   Desuden tyder nylige studier på, at tarmmikrobiotaen kan spille en vigtig rolle i metabolisk regulering og i moduleringen af både lokale og systemiske inflammatoriske responser. Fedme og T2DM er forbundet med ændringer i overfloden og sammensætningen af tarmbakterier samt i deres biologiske mangfoldighed. De nøjagtige mekanismer, hvormed tarmmikrobiotaen påvirker metaboliske træk, er stadig uklare, men de kan involvere fermenteringsprodukter af kostfibre, især kortkædede fedtsyrer (SCFA'er: butyrat, propionat og acetat), som påvirker energi-homeostase. Den nylige opdagelse af receptorer på en bred vifte af celletyper og væv, for hvilke SCFA'er synes at være naturlige ligander, fremhæver yderligere deres potentielle rolle i tarm-mikrobiota-metabolisme-interaktioner. En anden relevant mekanisme for direkte mikrobiota-påvirkning af metabolisk regulering kan ligge i dens forbindelse med indsættelsen og progressionen af subklinisk inflammation, som bidrager til udviklingen af insulinresistens og T2DM. Det er blevet foreslået, at fedme og T2DM er forbundet med øget translocation af bakterielle lipopolysaccharider i cirkulationen, hvilket efterfølgende udløser medfødt immunaktivering i fedtvæv.

   Mens modulering af tarmmikrobiotaen har vist sig effektivt at forhindre fedme og forbedre metabolisk status i rotteforsøgsmodeller for fedme og T2DM, er menneskelige data, der understøtter sådanne effekter hos overvægtige diabetikere, langt mindre afgørende. Et nyligt studie, der undersøgte indvirkningen af transplantation af fækal mikrobiota fra slanke donorer, viste moderate forbedringer i insulinfølsomhed hos mandlige modtagere med metabolisk syndrom seks – men ikke atten – uger efter transplantationen. Derfor synes tarmmikrobiotaen at være en relevant bidragyder og er sandsynligvis en nøglefaktor, der forbinder livsstil og værtens biologi.

   Indtil videre er tarmdysbiose blevet identificeret hos overvægtige og moderat overvægtige, som det fremgår af væsentlige ændringer i tarmmikrobiotasammensætning (berigelse eller udtømning af specifikke bakteriegrupper) og reduceret mikrobiell genrigdom, som begge er forbundet med metaboliske forstyrrelser såsom insulinresistens, lavgradsinflammation og adipocyt-hypertrofi. Tarmmikrobiotaens karakteristika forbliver dog dårligt udforsket i ekstreme former for fedme, på trods af den stigende prævalens af svær (BMI > 35 kg/m²) og morbid fedme (BMI > 40 kg/m²) på verdensplan, som i øjeblikket påvirker henholdsvis 2,3% af mænd og 5% af kvinder. Selvom nogle personer med svær fedme forbliver metabolisk sunde, øger det generelt at nå en BMI > 35 kg/m² risikoen for kroniske lidelser betydeligt. Desuden udvikler metabolisk sunde overvægtige personer ofte metaboliske ændringer og komorbiditeter over tid.

   På trods af de veldokumenterede forbedringer i stofskifte og inflammation efter bariatrisk kirurgi – og dens sammenhæng med ændringer i tarmmikrobiotaen – indikerer nylige studier, at reduceret mikrobiell rigdom og sammensætningsændringer er forbundet med uønskede metaboliske resultater ved overvægt eller moderat fedme, men forbliver dårligt karakteriseret ved svær fedme. Desuden tyder nye beviser på, at tarmmikrobiotasammensætningen ikke fuldt ud genoprettes efter bariatrisk kirurgi. Derudover rapporterede Santos-Marcos et al. for nylig kønsrelaterede forskelle i tarmmikrobiotasammensætning samt variationer blandt kvinder på forskellige hormonstadier, hvilket kan ligge til grund for den seksuelle dimorfi, der observeres i incidensen af metaboliske sygdomme og relaterede komorbiditeter.

   Bariatrisk kirurgi er en effektiv intervention, der fremmer vægttab og forbedrer glykæmisk kontrol. Ud over den positive modulering af galdesyrer og tarmhormoner inducerer denne kirurgi dybtgående ændringer i sammensætningen af tarmmikrobiotaen, en vigtig bidragyder til de sundhedseffekter, der medieres af bariatriske procedurer. I tilfælde af svær fedme har nylige data dog udfordret den rådende opfattelse, da bakteriearter forbundet med lav mikrobiell rigdom (før kirurgi) kun synes at ændre sig marginalt efter bariatrisk kirurgi på trods af betydelige metaboliske forbedringer. For at teste gyldigheden eller inkonsistensen af denne præmis etablerede vi en komparativ analyse af metaboliske parametre og risikofaktorer hos overvægtige personer, der gennemgår kirurgisk vægttabsintervention. Desuden kan udtrykket og identifikationen af perifere biomarkører, såsom gastrointestinale peptider, muliggøre en bedre karakterisering af fedmefænotyper og en mere præcis diagnose, hvilket forbedrer behandlingen og opfølgningen af fedme på en individualiseret basis.

   Derudover foreslår vi at undersøge, om ændringer i tarmmikrobiotaen er tæt forbundet med metaboliske abnormiteter, og om vægttabsintervention gennem bariatrisk kirurgi kan bestemme en differentiel respons i tarmmikrobiell diversitet og metaboliske biomarkører på tværs af forskellige grader og fænotyper af fedme samt mellem kønnene.

2. Materialer og metoder 2.1. Studiedesign og deltagere Et prospektivt, interventionelt, komparativt og translationelt klinisk studie blev designet. For at opnå de foreslåede mål vil 60 overvægtige patienter, der er planlagt til at gennemgå bariatrisk kirurgi på afdelingen for almen og fordøjelseskirurgi på det samme hospital, blive rekrutteret. Patienter vil blive sekventielt inkluderet, efterhånden som de deltager i Fedmeenheden på endokrinologiafdelingen på Hospital Universitario Doctor Peset, indtil det nødvendige antal er nået, og forudsat at de opfylder inklusions- og eksklusionskriterierne beskrevet nedenfor.

   • Inklusionskriterier: patienter med et body mass index (BMI) større end 40 kg/m² (eller > 35 kg/m² med minimum én fedmekomorbiditet), i alderen mellem 18 og 65 år og med en kendt fedmevarighed på over fem år.
   • Eksklusionskriterier: på grund af undersøgelsens natur vil patienter med akutte eller kroniske inflammatoriske sygdomme, etableret leversvigt eller nyresvigt (defineret som transaminaserniveauer ±2 SD fra gennemsnittet og estimeret glomerulær filtrationsrate [CKD-EPI-formel] >60), neoplastiske sygdomme eller sekundære årsager til fedme (f.eks. hypotyreose, Cushings syndrom) blive udelukket.

Før deltagelse vil alle patienter – eller deres juridiske repræsentanter – underskrive et informeret samtykke efter at have modtaget en detaljeret forklaring af studieformålene og fået besvaret alle spørgsmål. Studiet vil overholde de etiske principper i Helsinki-erklæringen og dens efterfølgende ændringer og vil modtage godkendelse fra hospitalets etiske komité. Al medicinsk information og data indsamlet under studiet vil blive fortroligt opbevaret i overensstemmelse med nationale love.

For at vurdere indflydelsen af fedme grad vil patienter blive klassificeret i tre grupper i henhold til BMI: 1) Svær fedme: BMI 35-40 kg/m², 2) Morbid fedme: BMI 40-50 kg/m², 3) Ekstrem fedme: BMI >50 kg/m².

For at evaluere indflydelsen af metabolisk profil vil patienter også blive inddelt i to grupper: metabolisk sunde overvægtige (MHO) og metabolisk abnorme overvægtige (MAO), justeret for alder og køn. Ifølge tidligere etablerede kriterier defineres MAO-personer som dem, der har mindst to af følgende kardiometaboliske ændringer: 1) Faste plasmaglukose ≥100 mg/dL eller brug af antidiabetisk medicin; 2) Systolisk blodtryk (SBP) ≥130 mmHg og/eller diastolisk blodtryk (DBP) ≥85 mmHg, eller brug af antihypertensiv medicin; 3) Triglyceridkoncentrationer ≥150 mg/dL; 4) HDL-kolesterol <40 mg/dL hos mænd eller <50 mg/dL hos kvinder, eller brug af lipidsænkende lægemidler. Omvendt defineres MHO-personer som dem, der ikke opfylder nogen af ovenstående kriterier. Desuden vil kønsrelaterede forskelle også blive analyseret.

Før kirurgi vil diætisten implementere en diætintervention bestående af en hypokalorisk diæt individualiseret i henhold til patientens ernæringsmæssige behov og justeret for fedme. Diætplanen vil være kvalitativt komplet og overholde følgende makronæringsstofdistribution: 55% kulhydrater, 30% fedt og 15% proteiner. I løbet af de to uger forud for den metaboliske kirurgiske procedure vil en meget lavkalorisk diæt blive administreret ved hjælp af Optisource® poser, opdelt i tre daglige indtag. Den post-bariatriske kirurgiske diætintervention vil blive udført gradvist med henblik på vægttab og metabolisk normalisering. Opfølgningsbesøg vil finde sted efter 1, 6 og 12 måneder, under hensyntagen til individuel tolerance og ernæringsmæssige behov.

2.2. Dataindsamling og -analyse Alle forsøgspersoner vil gennemgå en indledende evaluering, herunder vurdering af ernæringstilstand og kardiovaskulære risikofaktorer og komorbiditeter (hypertension, obstruktiv søvnapnø, dyslipidæmi), samt evaluering for at udelukke sekundære årsager til fedme. I løbet af studiet, både på baseline og under post-kirurgiske opfølgninger, vil patienter gennemgå analytiske vurderinger, kropskompositions- og basalstofskiftevurdering, mikrobiotastudier og bestemmelse af gastrointestinale hormoner. De opnåede resultater vil blive analyseret ved hjælp af SPSS 17.0. For kategoriske variable vil fordelingen af frekvenser og total procentdel af tilfælde blive evalueret. For kvantitative variable vil gennemsnittet, intervallet og standardafvigelsen blive analyseret. Kolmogorov-Smirnov-testen vil blive udført for at afgøre, om kvantitative variable følger en normalfordeling. Forskelle i metaboliske variable mellem grupper (køn, metabolisk profil) vil blive analyseret ved hjælp af en uparret t-test eller Mann-Whitney U-test, og for fedmegrader vil en ANOVA blive udført. For at evaluere ændringer efter kirurgisk intervention vil en gentagne målinger ANOVA eller parret t-test blive udført. Endelig vil korrelationer blive vurderet ved hjælp af Pearson eller Spearman bivariat korrelation. Desuden vil logistiske regressionsanalyser blive udført for at udvikle prædiktive modeller for specifikke grupper.