Effekt på energimetabolisme på cellenivå av diett pluss behandling med efedrin og koffein ved fedme

Denne utprøvingen var en del av et delprosjekt av en multisenterstudie kalt "Interaksjon mellom ernæringsmessige, sosial-atferdsmessige og metabolske faktorer for forebygging av kardiovaskulær sykdom: utvikling av ernæringsstrategier for generell befolkning" godkjent av det italienske helsedepartementet. Delprosjektet var spesielt rettet mot kosthold, termogenese og overvekt.

1. Kombinasjonen av efedrin og koffein (EC) har blitt mye brukt i behandling av fedme hos mennesker, og er fortsatt tilstede i mange urtepreparater som selges utbredt i mange land for vekttap. Det er velkjent at dette stoffet øker stoffskiftet hos både dyr og mennesker. Efedrin er en agonist av både α og β-adrenoceptorer; dessuten induserer det noradrenalinfrigjøring fra sympatiske nevroner, og er således et sympatomimetisk medikament med en blandet profil. Koffein øker både noradrenalin og dopaminfrigjøring og stimulerer nevronaktiviteten i flere hjerneregioner. I tillegg motvirker koffein de hemmende effektene av adenosin på det sympatiske nervesystemet (SNS). Denne moduleringen av SNS-aktivitet kan være en mulig forklaring på den termiske effekten av EC. Faktisk aktiverer epinefrin frakoblingsproteinet 1 (UCP1), et medlem av mitokondrielle bærere lokalisert på den indre mitokondrielle membranen i brune adipocytter. Den fysiologiske rollen til UCP1 er å koble fra oksidativ fosforylering, derfor spres mesteparten av energien som varme i stedet for å bli omdannet til ATP. UCP1 er unik for brune adipocyttmitokondrier, selv om brunlignende multilokulære adipocytter som uttrykker UCP1 ispedd human WAT er observert. Faktisk har UCP1-mRNA blitt påvist i alt fettvev hos voksne mennesker, og det har blitt anslått at 1 av 100-200 adipocytter i humant intraperitonealt fettvev uttrykker UCP1. Det har vist seg at den kulde-induserte forekomsten av brunlignende adipocytter og UCP1 krever tilstedeværelse av β3-adrenoceptor i tidligere hvitt fettvev og tilstedeværelse av β3-adrenoceptor er nødvendig for full stimulering av energiforbruk og oksygenforbruk i hvitt fettvev.

   I tillegg til UCP1, uttrykt utelukkende i brunt fettvev (BAT), kan et annet medlem av den mitokondrielle anionbærerproteinfamilien, dvs. frakoblingsprotein 3 (UCP3), spille en fysiologisk rolle i energihomeostase. Det uttrykkes nesten utelukkende i skjelettmuskulatur og viser to transkripsjonelle isoformer: en lang form (UCP3L) og en kort form (UCP3S). En kort kalorirestriksjon resulterte i ~2- til 3 ganger økning i UCP3-mRNA-nivåer hos magre og overvektige mennesker.

2. Fordi bare noen få, små studier har blitt gjort på mennesker for å undersøke de termogene effektene av EC sammenlignet med kun diett, undersøkte vi i denne studien UCP3-uttrykket i skjelettmuskulaturen og beta-3-adrenoceptoruttrykket i fettvev fra pre- menopausale sykelig overvektige kvinner behandlet med enten placebo eller EC i 30 dager som deretter gjennomgikk fedmekirurgi.
3. Studiepersoner er voksne kvinner med sykelig overvekt, dvs. kroppsmasseindeks ≥ 40 kg/m2 valgt fra ventelisten for fedmekirurgi ved kirurgisk avdeling (Molinette sykehus, Torino, Italia. I løpet av behandlingsperioden får alle pasienter et hypokalorisk kosthold (totalt energiinnhold på ~70 % av energiforbruket, målt ved indirekte kalorimetri), og inneholder 20 % proteiner, 55 % karbohydrater, 25 % fett, hvorav halvparten var enumettet, og 35 g fiber per dag. Pasienter randomiseres til 30-dagers behandling med enten EC (200/20mg t.i.d.) eller placebo. De er innlagt, under hele behandlingsperioden, ved den metabolske enheten til San Giuseppe Hospital-Istituto Auxologico Italiano i Piancavallo (VB, Italia). EC-administrasjonen starter med en startdose på 100/10 mg t.i.d. den første uken og fortsetter deretter med full dose på 200/20 mg t.i.d. Hvileenergiforbruk måles ved indirekte kalorimetri ved baseline og ved slutten av studien. Studiepillene (aktiv substans og placebo) ble tilberedt av Sykehusets Apotek.
4. For å vurdere legemiddelsikkerhet og effekt på hjertefunksjonen, måles blodtrykket tre ganger daglig; både elektrokardiografi og ekkokardiografi blir registrert ved baseline og hver uke. Etter diett og medikamentperiode overføres pasientene til kirurgisk avdeling (Molinette sykehus, Torino) for fedmekirurgi. Den medikamentelle behandlingen (EC og placebo) stoppes dagen før kirurgisk inngrep. Små biopsier av rectus abdominis og av subkutant og omentalt fettvev tas under operasjonen, fryses umiddelbart i flytende nitrogen og lagres ved -80°C for påfølgende analyse.
5. UCP3S og UCP3L mRNA-nivåer måles ved kvantitativ polymerasekjedereaksjon ved Institutt for farmakologi, Universitetet i Milano. Tilstedeværelsen av beta-3-adrenoceptor i fettvev blir evaluert ved immunhistokjemi ved avidin-biotinperoksidaseteknikken ved bruk av monoklonalt anti-humant beta-3-adrenoceptorantistoff ved Institutt for menneskelig anatomi, University of Ancona.