Wirkung auf den Energiestoffwechsel auf zellulärer Ebene durch Diät plus Behandlung mit Ephedrin und Koffein bei Fettleibigkeit

Diese Studie war Teil eines Teilprojekts einer multizentrischen Studie mit dem Titel „Interaktion zwischen Ernährungs-, Sozialverhaltens- und Stoffwechselfaktoren zur Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen: Entwicklung von Ernährungsstrategien für die Allgemeinbevölkerung“, die vom italienischen Gesundheitsministerium genehmigt wurde. Das Teilprojekt war speziell auf Ernährung, Thermogenese und Adipositas ausgerichtet.

1. Die Kombination von Ephedrin und Koffein (EC) wurde in großem Umfang bei der Behandlung von menschlicher Fettleibigkeit eingesetzt und ist immer noch in vielen Kräuterpräparaten enthalten, die in vielen Ländern zur Gewichtsreduktion verkauft werden. Es ist allgemein bekannt, dass dieses Medikament die Stoffwechselrate sowohl bei Tieren als auch bei Menschen erhöht. Ephedrin ist ein Agonist sowohl von α- als auch von β-Adrenozeptoren; darüber hinaus induziert es die Freisetzung von Norepinephrin aus sympathischen Neuronen und ist somit ein sympatho-mimetisches Medikament mit einem gemischten Profil. Koffein erhöht sowohl die Noradrenalin- als auch die Dopaminfreisetzung und stimuliert die neuronale Aktivität in mehreren Gehirnregionen. Darüber hinaus wirkt Koffein den hemmenden Wirkungen von Adenosin auf das sympathische Nervensystem (SNS) entgegen. Diese Modulation der SNS-Aktivität könnte eine mögliche Erklärung für die thermische Wirkung von EC sein. Tatsächlich aktiviert Epinephrin das Entkopplungsprotein 1 (UCP1), ein Mitglied der mitochondrialen Träger, das auf der inneren Mitochondrienmembran in braunen Adipozyten lokalisiert ist. Die physiologische Rolle von UCP1 besteht darin, die oxidative Phosphorylierung zu entkoppeln, daher wird der größte Teil der Energie als Wärme abgeführt, anstatt in ATP umgewandelt zu werden. UCP1 ist einzigartig für braune Adipozyten-Mitochondrien, obwohl braunähnliche multilokuläre Adipozyten, die UCP1 exprimieren, eingestreut in menschliches WAT beobachtet wurden. Tatsächlich wurde UCP1-mRNA in allen Fettgeweben erwachsener Menschen nachgewiesen, und es wurde geschätzt, dass 1 von 100–200 Adipozyten in menschlichem intraperitonealem Fettgewebe UCP1 exprimiert. Es hat sich gezeigt, dass das kälteinduzierte Auftreten von braunen Adipozyten und UCP1 das Vorhandensein des β3-Adrenozeptors im zuvor weißen Fettgewebe erfordert und dass das Vorhandensein des β3-Adrenozeptors für die vollständige Stimulierung des Energieverbrauchs und des Sauerstoffverbrauchs erforderlich ist weißes Fettgewebe.

   Neben UCP1, das ausschließlich im braunen Fettgewebe (BAT) exprimiert wird, könnte ein weiteres Mitglied der Familie der mitochondrialen Anionenträgerproteine, nämlich das Uncoupling Protein 3 (UCP3), eine physiologische Rolle bei der Energiehomöostase spielen. Es wird fast ausschließlich im Skelettmuskel exprimiert und weist zwei transkriptionelle Isoformen auf: eine lange Form (UCP3L) und eine kurze Form (UCP3S). Eine kurze Kalorienrestriktion führte bei schlanken und fettleibigen Menschen zu einem etwa 2- bis 3-fachen Anstieg der UCP3-mRNA-Spiegel.

2. Da nur wenige, kleine Studien am Menschen durchgeführt wurden, um die thermogenen Wirkungen von E-Zigaretten im Vergleich zur reinen Ernährung zu untersuchen, untersuchten wir in der vorliegenden Studie die UCP3-Expression im Skelettmuskel und die Beta-3-Adrenozeptor-Expression im Fettgewebe von Prä- krankhaft fettleibige Frauen in den Wechseljahren, die 30 Tage lang entweder mit Placebo oder EC behandelt wurden und sich anschließend einer bariatrischen Operation unterzogen.
3. Studienteilnehmer sind erwachsene Frauen mit krankhafter Adipositas, d. h. Body-Mass-Index ≥ 40 kg/m2, die von der Warteliste für bariatrische Chirurgie an der Abteilung für Chirurgie (Molinette-Krankenhaus, Turin, Italien) ausgewählt wurden. Während des Behandlungszeitraums erhalten alle Patienten eine hypokalorische Diät (Gesamtenergiegehalt von ~70 % des Energieverbrauchs, gemessen durch indirekte Kalorimetrie), die 20 % Proteine, 55 % Kohlenhydrate, 25 % Fett, von denen die Hälfte einfach ungesättigt war, und enthält 35 g/Tag Ballaststoffe. Die Patienten werden randomisiert einer 30-tägigen Behandlung entweder mit EC (200/20 mg t.i.d.) oder Placebo zugeteilt. Sie werden während der gesamten Behandlungsdauer in der Stoffwechselabteilung des San Giuseppe Hospital-Istituto Auxologico Italiano in Piancavallo (VB, Italien) stationär behandelt. Die EC-Verabreichung beginnt mit einer Anfangsdosis von 100/10 mg t.i.d. für die erste Woche und fährt dann mit der vollen Dosis von 200/20 mg 3-mal täglich fort. Der Energieverbrauch in Ruhe wird zu Beginn und am Ende der Studie durch indirekte Kalorimetrie gemessen. Die Studienpillen (Wirkstoff und Placebo) wurden von der Krankenhausapotheke hergestellt.
4. Um die Arzneimittelsicherheit und Wirkung auf die Herzfunktion zu bewerten, wird der Blutdruck dreimal täglich gemessen; Sowohl die Elektrokardiographie als auch die Echokardiographie werden zu Studienbeginn und jede Woche aufgezeichnet. Nach Diät- und Medikamentenperiode werden die Patienten zur bariatrischen Chirurgie in die chirurgische Abteilung (Krankenhaus Molinette, Turin) verlegt. Die medikamentöse Behandlung (EC und Placebo) wird am Tag vor dem chirurgischen Eingriff beendet. Während der Operation werden kleine Biopsien des Rektus abdominis und des subkutanen und omentalen Fettgewebes entnommen, sofort in flüssigem Stickstoff eingefroren und für die nachfolgende Analyse bei -80 °C gelagert.
5. UCP3S- und UCP3L-mRNA-Spiegel werden durch quantitative Polymerase-Kettenreaktion am Institut für Pharmakologie der Universität Mailand gemessen. Das Vorhandensein von Beta-3-Adrenozeptoren im Fettgewebe wird durch Immunhistochemie mit der Avidin-Biotin-Peroxidase-Technik unter Verwendung von monoklonalen Anti-Human-Beta-3-Adrenozeptoren-Antikörpern am Institut für menschliche Anatomie der Universität Ancona bewertet.