Effect op energiemetabolisme op cellulair niveau van dieet plus behandeling met efedrine en cafeïne bij obesitas

Deze proef maakte deel uit van een subproject van een multicentrische studie met de naam "Interactie tussen voedings-, sociaal-gedrags- en metabolische factoren voor de preventie van hart- en vaatziekten: ontwikkeling van voedingsstrategieën voor de algemene bevolking", goedgekeurd door het Italiaanse ministerie van Volksgezondheid. Het deelproject was specifiek gericht op voeding, thermogenese en obesitas.

1. De combinatie van efedrine en cafeïne (EC) wordt veel gebruikt bij de behandeling van obesitas bij mensen en is nog steeds aanwezig in veel kruidenpreparaten die in veel landen op grote schaal worden verkocht voor gewichtsverlies. Het is bekend dat dit medicijn de stofwisseling bij zowel dieren als mensen verhoogt. Efedrine is een agonist van zowel α- als β-adrenoceptoren; bovendien induceert het de afgifte van norepinefrine uit sympathische neuronen, en is het dus een sympatho-mimetisch medicijn met een gemengd profiel. Cafeïne verhoogt zowel de afgifte van noradrenaline als dopamine en stimuleert de neuronale activiteit in verschillende hersengebieden. Bovendien antagoneert cafeïne de remmende effecten van adenosine op het sympathische zenuwstelsel (SNS). Deze modulatie van SNS-activiteit kan een mogelijke verklaring zijn voor het thermische effect van EC. In feite activeert epinefrine het ontkoppelingseiwit 1 (UCP1), een lid van mitochondriale dragers gelokaliseerd op het binnenste mitochondriale membraan in bruine adipocyten. De fysiologische rol van UCP1 is het ontkoppelen van oxidatieve fosforylering, daarom wordt de meeste energie afgevoerd als warmte in plaats van omgezet in ATP. UCP1 is uniek voor mitochondriën van bruine adipocyten, hoewel er bruinachtige multiloculaire adipocyten zijn waargenomen die UCP1 tot expressie brengen, afgewisseld met menselijke WAT. In feite is UCP1-mRNA gedetecteerd in alle vetweefsels bij volwassen mensen, en er wordt geschat dat 1 op de 100-200 adipocyten in menselijk intraperitoneaal vetweefsel UCP1 tot expressie brengt. Het is aangetoond dat het door kou veroorzaakte optreden van bruinachtige adipocyten en UCP1 de aanwezigheid vereist van de β3-adrenoceptor in eerder wit vetweefsel en de aanwezigheid van de β3-adrenoceptor is vereist voor volledige stimulatie van energieverbruik en zuurstofverbruik in wit vetweefsel.

   Naast UCP1, dat uitsluitend tot expressie wordt gebracht in bruin vetweefsel (BAT), zou een ander lid van de mitochondriale aniondragereiwitfamilie, d.w.z. ontkoppelingseiwit 3 (UCP3), een fysiologische rol kunnen spelen bij energiehomeostase. Het wordt bijna uitsluitend tot expressie gebracht in skeletspieren en vertoont twee transcriptionele isovormen: een lange vorm (UCP3L) en een korte vorm (UCP3S). Een korte caloriebeperking resulteerde in ~ 2- tot 3-voudige toename van UCP3-mRNA-niveaus bij magere en zwaarlijvige mensen.

2. Omdat er slechts een paar kleine onderzoeken bij mensen zijn gedaan om de thermogene effecten van EC te onderzoeken in vergelijking met alleen voeding, onderzochten we in de huidige studie de UCP3-expressie in skeletspieren en de bèta-3-adrenoceptorexpressie in vetweefsel van pre- morbide obese vrouwen in de menopauze die gedurende 30 dagen werden behandeld met placebo of EC en die vervolgens een bariatrische operatie ondergingen.
3. De proefpersonen waren volwassen vrouwen met morbide obesitas, d.w.z. een body mass index ≥ 40 kg/m2, geselecteerd uit de wachtlijst voor bariatrische chirurgie op de afdeling Chirurgie (Molinette Hospital, Turijn, Italië). Tijdens de behandelingsperiode krijgen alle patiënten een hypocalorisch dieet (totale energie-inhoud van ~ 70% van het energieverbruik, zoals gemeten door indirecte calorimetrie), en bevat 20% eiwitten, 55% koolhydraten, 25% vet waarvan de helft enkelvoudig onverzadigd was, en 35 g/dag vezels. Patiënten worden gerandomiseerd naar een behandeling van 30 dagen met EC (200/20 mg driemaal daags) of placebo. Ze worden gedurende de hele behandelingsperiode in het ziekenhuis opgenomen op de metabolische afdeling van het San Giuseppe Hospital-Istituto Auxologico Italiano in Piancavallo (VB, Italië). De EG-toediening begint met een aanvangsdosis van 100/10 mg driemaal daags. gedurende de eerste week en gaat dan verder met de volledige dosis van 200/20 mg driemaal daags. Het energieverbruik in rust wordt gemeten door middel van indirecte calorimetrie bij aanvang en aan het einde van het onderzoek. De studiepillen (actieve stof en placebo) werden bereid door de apotheek van het ziekenhuis.
4. Om de veiligheid van geneesmiddelen en het effect op de hartfunctie te evalueren, wordt de bloeddruk drie keer per dag gemeten; zowel elektrocardiografie als echocardiografie worden bij aanvang en elke week geregistreerd. Na een dieet- en medicijnperiode worden de patiënten overgebracht naar de afdeling Chirurgie (Molinette Hospital, Turijn) voor de bariatrische chirurgie. De medicamenteuze behandeling (EC en placebo) wordt de dag voor de chirurgische ingreep stopgezet. Tijdens de operatie worden kleine biopten genomen van de rectus abdominis en van onderhuids en omentaal vetweefsel, onmiddellijk ingevroren in vloeibare stikstof en bewaard bij -80°C voor latere analyse.
5. UCP3S- en UCP3L-mRNA-niveaus worden gemeten door kwantitatieve polymerasekettingreactie bij de afdeling Farmacologie, Universiteit van Milaan. De aanwezigheid van bèta-3-adrenoceptor in vetweefsel wordt geëvalueerd door immunohistochemie door de avidine-biotineperoxidase-techniek met behulp van monoklonaal anti-humaan bèta-3-adrenoceptor-antilichaam bij de afdeling Menselijke Anatomie, Universiteit van Ancona.