Livsstilsintervention vid förberedelse för graviditet (LIPP)

Specifikt mål 1: Att undersöka den fysiologiska betydelsen av livsstilsintervention som förberedelse för graviditet (LIPP) på maternell och neonatal metabolism och fett.

Inledning/Rational: Våra preliminära data visar att övervakad livsstilsintervention leder till betydande viktminskning, förbättrad insulinkänslighet, glukostolerans och inkretinsekretion, tillsammans med hälsosammare kardiovaskulära och kroppssammansättningsresultat hos överviktiga och feta vuxna. Vi förväntar oss att timing och implementering av den föreslagna livsstilsinterventionen kommer att ge liknande hälsofördelar hos överviktiga/fetma kvinnor som planerar en andra graviditet, och leda till större insulinkänslighet, minskad insulinutsöndring och mindre inflammation. Dessa förbättringar kommer att resultera i att överskott av näringstillgänglighet (glukos och lipider) förhindras från att bidra till överskott av fostertillväxt/-fett. Arbetshypotesen för detta mål är att i motsats till GWG står den minskade insulinkänsligheten före graviditeten hos överviktiga mödrar för den största kliniska variansen i fetttillväxt hos spädbarn. Även om vi kliniskt förutser en minskning av vikt och BMI i LIPP-gruppen, är förbättringen av insulinkänslighet och metabolisk profil de viktigaste fysiologiska måtten relaterade till det primära resultatet av minskad neonatal fetma, och inte viktminskningen i sig.

Skälet är att den optimala tiden för att implementera livsstilsinterventioner som effektivt förbättrar mödrans hälsa på fysiologisk, cellulär och molekylär nivå, och resulterar i optimal fetthalt hos barnet, är före graviditeten. Kvinnor som går ner i vikt efter förlossningen upplever en minskning av neonatal födelsevikt (främst fettvävnad) under efterföljande graviditet, medan kvinnor som går upp i vikt upplever en ökning av neonatal födelsevikt och fett. Vi antar att moderns metaboliska tillstånd före graviditeten bestämmer den obesogena miljön i livmodern, vilket i sin tur påverkar placentaprogrammeringen av mitokondriella och lipidvägar (specifikt mål 2) och barnets kroppssammansättning. En ytterligare motivering är att det finns ett behov av att förstå hur förbättrat pregravid metabolt tillstånd påverkar moderns fysiologiska och molekylära funktion. Vi räknar med att överviktiga kvinnor som genomför LIPP-programmet kommer att gå in i graviditeten med förbättrad insulinreglerad metabolism och minskad insulinresistens, vilket på så sätt underlättar en lägre födelsevikt och fetma hos nyfödda. Vi kommer att rekrytera mammor som fött sitt första barn på MHMC. Vi inser att dessa mödrar representerar en demografi som har begränsad tillgång till träningsfaciliteter eller familjestödssystem som skulle underlätta fritiden för träning. För att minska hindren för deltagande kommer vi att genomföra övningssessionerna i lokala Community Recreation Centers. Centren har barnomsorg och vi kommer att stödja kostnaderna så att deltagarna kan ta med sina barn till LIPP-sessionerna. För att ytterligare öka deltagandet och maximera retentionen kommer vi att tillhandahålla transport till och från rekreationscentren. Stöd för transport kommer att begäras från Cleveland Mt. Sinai Foundation. Livsstilsintervention Viktminskningsfas: LIPP-programmet är utformat för att främja viktminskning som är 5-10 % av kroppsvikten. Den 4-månaders viktminskningsfasen består av aerob träning med kost- och beteenderådgivning för att framkalla viktminskning som framgångsrikt uppnåtts i tidigare studier. Initialt kommer övervakad träning att ordineras vid 55-60% av HRmax och gradvis ökas så att försökspersonerna efter 1-2 veckor tränar med 75-85% av HRmax (~65-70% VO2max). Övervakad träning kommer att bestå av promenader/jogging på löpband och stillastående cykling, 3 dagar/vecka, 60 min/pass (dvs. 500 kcal/pass). Kvinnorna kommer att bära pulsmätare (Polar Electro, Woodbury, NY) under varje träningspass så att de får visuell feedback om sitt personliga mål för hjärtfrekvensen. Deltagarna kommer att uppmanas att minska kaloriintaget med ~500 kcal/d för att stödja sina viktminskningsmål. Den rekommenderade kosten kommer att ge ~55% av kalorierna som kolhydrater, 25% som fett och 20% som protein. Deltagarna kommer att instrueras att konsumera komplexa kolhydrater och att undvika enkla sockerarter. Specifika kaloribehov kommer att uppskattas genom indirekt kalorimetri och en stillasittande (x1,3) fysisk aktivitetskorrigeringsfaktor. Energiintaget kommer att uppskattas med hjälp av matfotodagboksappen, Meal Snap. Digital fotografering ger en utmärkt uppskattning av energiintaget (67). Deltagare som inte äger en smart telefon kommer att få en tillhandahållen genom stöd från Cleveland Foundation.

Uppgifter som täcker en 72-timmars dietperiod kommer att delas med forskargruppen för bestämning av kalori- och näringsintag. Meal Snap har en matdatabas med över 350 000 artiklar. Vissa måltider kommer dock inte att finnas i denna databas, därför kommer våra livsstilscoacher att lägga in all mat som äts i vår kostdatabas (NDSR, Minneapolis, MN) för att underlätta analys av kalorier och makro-/mikro-näringsintag. Försökspersonerna kommer att generera bilder från före och efter måltiden för att uppskatta mängden mat som äts. Data kommer att erhållas vid baslinjen och med 2 veckors intervall under den initiala 16-veckors övervakade viktminskningsperioden.

Livsstilsintervention - Viktkontroll/underhåll: Viktkontrollprogrammet före graviditeten (fas 2A, 2B och 2C) är utformat för att underlätta personliga viktminskningsmål genom att använda livsstilsbeteenden som inkluderar träning, diet och beteendeförändringar, och är delvis baserat på testet Look AHEAD. Interventionen inkluderar ett verktygslådakoncept för att hjälpa till att nå viktminskningsmål. Livsstilscoacherna kommer att ge personlig instruktion om fysisk aktivitet/träning - 10 000 steg/dag, och deltagarna kommer att använda FitBit Flex (Fitbit.com), för att spåra antal steg och träningstid. Under den första fasen av viktupprätthållande (2A) kommer kvinnorna att delta i 2 övervakade gruppsessioner/vecka. Dessa sessioner inkluderar strukturerad träning (t.ex. Zumba, jazzercise, promenader med barnvagnar), granskning av kostfoton, där måltider har ätits (hemma eller borta, inspelade i smarttelefonappen) och beteenderådgivning (med deras livsstilscoach). Deltagarna kommer att uppmuntras att äta 1 200-1 500 kcal/d (~55 % kolhydrater, 25 % fett, 20 % protein) om de väger under 113 kg, eller 1 500-1 800 kcal/dag om >113 kg. Kostdata kommer att analyseras med 4 veckors intervall under viktupprätthållandet. Viktigt, för att minimera ämnesbördan och för att maximera bevarandet och datainsamlingen, kommer Lifestyle Coach att spåra kaloriintaget med hjälp av deltagarens fotodagbok. Beteendestrategier för att motivera hälsosamma livsstilsbeslut inkluderar: självövervakning (mat, aktivitet och vikt, med hjälp av FitBit onlineresurser), målsättning (steg/dag, viktminskning), stimulanskontroll (d.v.s. socialt ätande, snabbmat, sittande). kontra stående), problemlösning (ha mellanmål tillgängligt, träna hemma) och förebyggande av återfall (d.v.s. helgdagar, alkohol, snabbmat, godis, problemmat, tvångsmässigt ätande). Efter 4 månader och den önskade viktminskningen går försökspersonerna till Fas 2B. Under denna fas upprätthåller försökspersonerna ett träningsmål på 10 000 steg/dag, men kommer att behöva delta i endast 1 övervakad session/vecka. Om en försöksperson misslyckas med att upprätthålla viktminskning, definierad som viktökning på 3 % av nuvarande kroppsvikt, kommer deltagarna att återgå till fas 2A för mer övervakad viktkontroll. Alternativt, om viktminskningen bibehålls efter 3 månader, kommer försökspersonerna att gå vidare till fas 2C fram till efterföljande graviditet. Fas 2C består av inga övervakade träningspass. Emellertid kommer ämnet och livsstilscoachen att samtala varje vecka per telefon för att granska framsteg, inklusive Fitbit träningsdata och diet. Data tyder på att viktkontrollprogram som levereras via telefon är jämförbara med kliniskt levererade program. Under samtalen kommer deltagarna att uppmanas att fortsätta träna med den intensitet och varaktighet som föreskrivs under fas 2B. De kommer att förses med språkspecifik mat och övningsloggböcker. Dessa kommer att användas för att styra kaloriintaget och kommer att ge ytterligare ett register över efterlevnad. Deltagare som randomiserats till kontrollgruppen kommer att få information om diet/viktminskning efter graviditeten från CRU-näringsläkaren till skillnad från LIPP-näringsläkaren (HB) för att minska korskontaminering mellan grupper. Vikthantering under graviditet: Alla LIPP och vanliga vård/kontrollgrupper kommer att följas av sin primära obstetriska läkare. Obs/GYN-avdelningen vid MHMC har nyligen reviderat sina kliniska riktlinjer för hantering av överviktiga/fetma kvinnor baserat på ACOGs praxisbulletin från december 2015 (2). Alla överviktiga/fetma kvinnor kommer att erbjudas kostrådgivning tidigt i graviditeten av en registrerad dietist från MHMC Nutrition Department med uppföljningsbesök vid behov för att stödja GWG inom IOM:s riktlinjer. Näringsterapi kommer att beakta moderns pregravid BMI, etniska, kulturella och sociala faktorer för att individualisera hälsosam kost. Den elektroniska patientjournalen (EPIC) innehåller ett grafiskt GWG-nomogram och därför kommer GWG att övervakas vid varje besök. Alla försökspersoner kommer att uppmuntras att öka fysisk aktivitet i minst 30 minuter/dag (främst promenader). Klinisk hantering såsom ultraljud för att uppskatta fostertillväxt och fosterövervakning kommer att baseras på ACOG:s rekommendationer. Livsstilscoachen kommer att fortsätta att endast följa upp LIPP-ämnena som beskrivs i underhållsfasen av forskningsdesignen.

Metaboliska utvärderingar: Metaboliska utvärderingar kommer att utföras vid baslinjen (3 månader - 2 veckor) efter förlossningen. Uppföljningsutvärderingar kommer att utföras efter 4 (+/-2 veckor) och 12 månader (+/-2 veckor), och därefter var 6:e ​​månad (+/-2 veckor) före graviditet upp till maximalt 24 månader. När en patient har graviditetsdatering och viabilitet bekräftad med ultraljud, kommer metaboliska utvärderingar att fortsätta vid 12-16 och 32-36 graviditetsveckor.

Moderns kroppssammansättning: Antropometriska mått kommer att inkludera längd, vikt och höft- och midjemått. Totalt kroppsfett kommer att mätas med helkroppspletysmografi (Bod Pod; Cosmed, Rom, Italien). Vi kommer att använda en hydreringskonstant på 76% för fettfri massa under sen graviditet.

Energiförbrukning för vila: Resting Metabolic Rate (RMR) kommer att bestämmas efter en fasta över natten med hjälp av Cosmed OMNIAs metaboliska vagn (Cosmed, Rom Italien) med ett baldakinsystem. Vi kommer att kontrollera kosten genom att tillhandahålla en standardiserad energibalanserad måltid kvällen före testet från CRU. Deltagarna kommer att koppla av i ett tyst metaboliskt rum med svagt ljus i 30 minuter innan de får ett 30 minuters mått av utandningsandning. Oxidativ och icke-oxidativ glukosmetabolism kommer att uppskattas och urinprov tas före och efter åtgärden för att beräkna icke-protein RQ (NPRQ). Dessa data kommer att användas i samband med Specifikt syfte 2 och kommer att korreleras med förändring i mitokondriell funktion under graviditeten.

Träningskapacitet: Ett inkrementellt graderat löpbandstest kommer att utföras vid baslinjen, 4 och 6 månaders tidpunkter i båda grupperna. Syreförbrukning (Jaeger OxyCon Pro/Delta System, Hoechberg, Tyskland), hjärtfrekvens och värderingar av upplevd ansträngning kommer att utföras som tidigare beskrivits.

Insulinkänslighet och ?-cell Funktion: Ett 75 g oralt glukostoleranstest (OGTT) kommer att användas för att bedöma postprandial glykemi och insulinkänslighet och utsöndring. Efter en fasta över natten kommer blodprover att tas med 10 minuters intervall under de första 60 minuterna och med 20 minuters intervall därefter. C-peptiddata kommer att analyseras med hjälp av en kombinerad modellmetod för att tillhandahålla pre-hepatisk insulinutsöndringshastighet, insulinkänslighet, dispositionsindex och relatera insulin- och Cpeptidkinetiken (73). Plasmaglukos kommer att mätas med glukosoxidasmetoden (YSI; Yellow Springs, OH).

Insulin kommer att analyseras med RIA (Millipore, Billerica, MA). Diagnos av GDM kommer att göras med hjälp av kriterier som rekommenderas av ACOG (74).

Enteroinsular Axis Responses: Plasmaprover (med lämpliga tillsatser) kommer att erhållas för att mäta inkretinhormoner (glukagonliknande peptid-1 (GLP-1), och glukosberoende insulinotropisk polypeptid (GIP), och mättade tarmpeptider (kolecystokinin (CCK)) och peptid YY (PYY). Mätningar kommer att göras under statiska (fastande) och dynamiska (glukosstimulerade) förhållanden (10 minuters intervall upp till 1 timme).

Metaboliska och inflammatoriska biomarkörer: Fastande blodprov kommer att tas för att mäta CBC, TSH, HbA1c, lipidpanel och totala fria fettsyror (FFA). Adipocytokiner (adiponectin, leptin interleukin-6, interleukin-8, TNF-a och hsCRP) kommer att mätas med hjälp av ELISA (R&D Systems, Minneapolis, MN). Alla prover från varje försöksperson kommer att lagras vid -80oC och köras i samma analys vid avslutad för att minska variabiliteten.

Frågeformulär för livskvalitet: SF-36-hälsoundersökningen kommer att användas vid baslinjen, 4 och 12 månader, och sedan med 6 månaders intervall fram till graviditeten för att bedöma patientens hälsorelaterade livskvalitet. Dessa data kommer att ge ett generiskt mått på fysisk och mental hälsa genom bedömning av fysisk funktion, kroppslig smärta, begränsningar på grund av fysiska, personliga eller känslomässiga problem och välbefinnande, energi/trötthet och allmänna hälsouppfattningar. Under graviditeten kommer frågeformuläret att ges vid 12-16 och 32-36 veckor.

Mätning av fettmassa hos spädbarn: Vi har lång erfarenhet av att uppskatta kroppssammansättning hos nyfödda och var ett av de första centra som skaffade en Pea Pod (pediatrisk luftdensitometri), som är inrymd i CRU bredvid Labor & Delivery och postpartum enhet.

Insulinresistens vid födseln: Vid födseln får vi navelsträngsblod för insulin och glukos för att uppskatta insulinresistens med HOMA. Full lipidprofil, CRP, och adipokinerna IL-6 och leptin (en utmärkt markör för neonatal fettmassa) kommer att mätas i navelsträngsblod enligt beskrivningen ovan.

Förväntade resultat, utmaningar och alternativa tillvägagångssätt:

Det primära utfallsmåttet för detta förslag är lägre neonatal fetthalt vid födseln i LIPP-gruppen i förhållande till: 1) kontrollgruppen och 2) med försökspersonens förstfödda. Som sekundärt resultat förväntar vi oss att LIPP före en efterföljande graviditet kommer att ge betydande förbättringar (absoluta och procentuella förändringar) i moderns vikt och kroppssammansättning, och ännu viktigare förbättrad insulinkänslighet, betacellsfunktion, inkretinsvar på glukos, lipider och inflammatoriska effekter. biomarkörer, jämfört med kontrollgruppen. Vi förväntar oss också minskad insulinresistens, sladdfetter och inflammatoriska profiler hos spädbarn födda till LIPP jämfört med kontroller.

Rekrytering är ett välkänt problem för framgångsrik implementering och slutförande av livsstilsinterventionsförsök. Men med tanke på den nya strategin för rekrytering som beskrivs ovan, vår unika tillgång till patientpopulationen och vår omfattande erfarenhet av metabolisk forskning under graviditet, förväntar vi oss inte att rekrytering kommer att utgöra en oöverstiglig utmaning. Vi kommer att rekrytera 200 försökspersoner under de första 4 åren och slutföra alla mor/barn-utvärderingar enligt den föreslagna tidslinjen. Vid behov kommer vi att rekrytera försökspersoner från Cleveland Clinic och University Hospitals, båda anslutna till Case Western Reserve University (CWRU). Lagringsstrategier inkluderar gratis transport till träningspassen, gratis barnpassning under livsstilssessionerna och konsultationer med livsstilscoachen, mobilappar för att minska ämnesbördan med datainmatning, regelbundna telefonkontakter och ekonomiska incitament, inklusive en bilbarnstol vid leverans. .

Vårt team har haft enastående framgång med att behålla gravida kvinnor i vår tidigare metaboliska forskning och livsstilsinterventionsstudier i överviktiga och feta populationer (48,64). I det nuvarande förslaget finns också ytterligare strategier för att maximera bibehållandet och minimera bortfallet. Dessa inkluderar telefonsamtal och e-postmeddelanden från livsstilscoachen för att granska och förstärka problemlösnings- och egenkontrollfärdigheter enligt beskrivningen för deltagare i Diabetes Prevention Program. Vi kommer också att etablera ett kompissystem där varje deltagare blir kompis till en annan deltagare, de två kompisarna kan laga mat tillsammans, träna tillsammans, dela problem osv. Kompissystemet främjar känslan av att det är viktigt att stanna i studien inte bara för individens hälsa utan också för kompisens. Om försökspersoner i LIPP-programmet inte når sitt mål för viktminskning, kommer vi att implementera en måltidsersättningsstrategi med hjälp av resurserna i CRU/CTSCs metaboliska kök, med uppmärksamhet på moderns kalori- och näringsbehov beroende på amning. Alla deltagare kommer inte att bli gravida. Eftersom det primära utfallet är neonatal fetma, kommer försökspersoner som inte blir gravida inte att inkluderas i den primära analysen utan inkluderas i sekundära analyser avseende pregravid metabol förbättring. Genom att rekrytera kvinnor med en tidigare graviditet minskar risken för infertilitet avsevärt. Vi räknar med att cirka 20 % av kvinnorna kommer att uppleva en spontan abort, men de kommer att få fortsätta och återuppta sitt tidigare deltagande i antingen LIPP- eller kontrollgruppen. Vi räknar med att cirka 25 % av försökspersonerna kommer att hoppa av innan de blir gravida, och ytterligare 15 % kan hoppa av under graviditeten. Vi kommer att registrera 100 försökspersoner i varje arm för att ta hänsyn till den osannolika händelsen med 40 % avhopp. Genom att anta en ännu strängare strategi rapporterar vi att statistisk kraft är tillgänglig för så lite som 50 försökspersoner per grupp som ett värsta scenario. Om retention släpar efter prognoserna kommer vi att rekrytera ytterligare ämnen vid MHMC och CWRU anslutna sjukhus. CRU-personalen kommer att hjälpa till med att samla in navelsträngsblod och moderkakan vid förlossningen och utföra Pea Pod-kroppsåtgärderna. Om det finns ett fel på Pea Pod-utrustningen kommer vi att uppskatta kroppssammansättningen med hjälp av neonatal antropometri.

Även om LIPP-personer kommer att uppmuntras att skjuta upp en andra graviditet tills de är i underhållsfasen av programmet, utesluter vi LIPP-personer endast om de blir gravida under den första 4-månaders viktminskningsfasen. För kontrollpersonerna kommer uteslutning att ske om en patient blir gravid före 3 månaders CRU-randomiseringsbesöket efter förlossningen. Användning av preventivmedel i denna fas är ett inklusionskriterium. Inte alla LIPP-personer kommer att bli gravida vid liknande tidpunkter efter 4 månaders viktminskningsintervention. Vi kommer inte att justera för tiden mellan graviditeter mellan LIPP- och kontrollpersonerna. Vi kommer att använda LIPP- och kontrollsubjektets metaboliska status (kroppssammansättning, insulinkänslighet och respons, etc.) vid den sista metaboliska utvärderingen i CRU:n innan de blir gravida som pregravid- eller baslinjestatus för den efterföljande graviditeten. Eftersom detta är en graviditetsstudie rekryteras endast kvinnor med. Vi kommer dock att bedöma effekten av LIPP på hanar och kvinnliga avkommor, tillsammans och oberoende, baserat på kön.

Statistiskt tillvägagångssätt:

De primära analyserna av det specifika syftet 1a kommer att vara avsiktsföremålsjämförelser av LIPP- och kontrollgrupperna med avseende på förändringar i moderns insulinkänslighet, BMI och fettmassa. Jämförelserna kommer att utföras först med tvåprovs t-test vid p=0,05. Om någon obalans mellan störande faktorer i grupperna upptäcks, kan linjära regressionsmodeller som inkluderar signifikanta skillnader (t. GDM) kommer att användas för att utföra kovariatjusteringar. Baserat på våra 1-åriga uppföljningsstudier efter förlossningen (62,63), kommer vi att ha 90 % förmåga att upptäcka en absolut eller kovariatjusterad förbättring av insulinkänsligheten på 30 % och en 80 % förmåga att upptäcka en förbättring så liten som 25 % i LIPP vs. Kontrollgrupp. Motsvarande 95 % konfidensintervall (95 % KI) för de absoluta eller kovariatjusterade skillnaderna eller procentuella förbättringar i insulinkänslighet mellan grupper kommer att rapporteras. Vi uppskattar standardavvikelsen (SD) för förändring i BMI från randomisering till efterföljande graviditet till 5,1 kg/m2. Vi kommer att ha 90 % effekt för att detektera en absolut eller kovariatjusterad skillnad i BMI på 2,6 kg/m2 och 80 % effekt för att detektera en skillnad på 2,26 kg/m2 och 90 % effekt för att detektera en absolut eller kovariatjusterad skillnad i fett vikt på 5,9 kg och 80 % kraft för att upptäcka en skillnad på 5,1 kg mellan grupperna före den andra graviditeten. Den primära analysen för Specifikt Syfte 1b är en avsikt-att-behandling-jämförelse mellan LIPP och kontrollnyfödda med avseende på fettmassa vid födseln. Jämförelsen kommer att utföras med ett tvåprovs t-test vid p=0,05. Linjär regression kommer att utföras, vilket kommer att inkludera vikt (mått på kroppssammansättning) av försökspersonens första barn som en kovariat. Skulle någon obalans av störande faktorer (till exempel gestationsålder) i grupperna upptäckas, kommer linjära regressionsmodeller att användas för att utföra en kovariatjustering. Baserat på våra preliminära data uppskattar vi SD för neonatal fettmassa mellan LIPP- och kontrollgrupperna till inte mer än 225g. Med minst 50 kvinnor i varje grupp, (förutsatt 50 % avhopp), kommer t-testet eller linjär regression att ha 90 % kraft för att upptäcka en absolut eller kovariatjusterad skillnad på 146 g fettmassa mellan grupperna. Vi har 80 % kraft att upptäcka en absolut eller kovariatjusterad skillnad så liten som 126 g fettmassa mellan grupper. Motsvarande 95 % KI för den absoluta eller kovariatjusterade skillnaden i neonatal fettmassa mellan grupper kommer att rapporteras. För sekundära analyser kommer vi att använda samma statistiska tillvägagångssätt. Baserat på våra preliminära data uppskattar vi SD för födelsevikt till 700 g; med 50 nyfödda i varje grupp kommer vi att ha 90 % förmåga att upptäcka en absolut eller kovariatjusterad skillnad på 455 g i födelsevikt och 80 % förmåga att upptäcka en skillnad på 393 g mellan grupperna. Ytterligare sekundära analyser kommer att inkludera navelsträngscytokiner. Jämförelser kommer att utföras med användning av ett tvåprovs t-test vid en signifikansnivå av p=0,05; Däremot kommer Mann-Whitney U-tester eller loggtransformationer att användas om data inte är normalt fördelade. Linjära regressionsmodeller, inklusive störande faktorer, kommer att användas för att utföra kovariatjusteringar. Baserat på våra publicerade data (80) uppskattar vi standardavvikelserna för navelsträngs IL-6 och CRP till 3,4 pg/ml respektive 7 900 ng/ml. Med 50 kvinnor i varje grupp kommer vi att ha 90 % förmåga att upptäcka en förbättring av IL-6- och CRP-nivåer på 50 % och 42 %, och 80 % förmåga att upptäcka en förbättring på 42 % respektive 36 %.

Specifikt mål 2: Att bestämma de molekylära effekterna varigenom livsstilsinterventioner initierade före graviditeten kan förbättra placenta mitokondriell lipidoxidation och ackumulering.

Inledning/motiv: Våra data tyder på att hos överviktiga kvinnor finns en mitokondriell defekt i placentavävnad tidigt i graviditeten, vilket hämmar placentans kapacitet för fettsyraoxidation och shuntar fettsyror till förestringsvägar och lipidackumulering, vilket potentiellt leder till ökad tillgång till näringsämnen för fostret och högre fetthalt vid termin. Vår grupp har visat att andra mitokondriella processer, såsom kolesteroltransport och steroidogenes, försämras i moderkakor hos överviktiga, insulinresistenta kvinnor vid termin. Placenta mitokondrieinnehåll (bedömt av mtDNA och citratsyntasaktivitet) påverkas inte av moderns fetma och insulinresistens vid terminen, vilket tyder på att de observerade funktionsdefekterna beror på förändringar i mitokondriell aktivitet snarare än antalet. Tidigare kostinterventioner som initierades under graviditeten kunde inte ändra placenta β-oxidation eller fetalt fettavlagring, potentiellt på grund av att interventionen påbörjades efter att placenta mitokondriell funktion försämrades. Vi förväntar oss att LIPP kommer att förbättra placenta mitokondriell fettsyraoxidation, som kommer att vara mätbar vid terminen och associerad med lägre förestring och ackumulering av fettsyror och neonatal fettmassa. Hypotesen är att den minskade insulinkänsligheten och den ökade inflammatoriska miljön hos överviktiga mödrar försämrar mitokondriell β-oxidation i den utvecklande placentan. Det är förändringarna i placentans metabolism som börjar tidigt i graviditeten som leder till förändrad näringstillförsel och ökad fetalt fettavlagring. Vår motivering är baserad på behovet av att förstå hur förändringar i placenta lipidmetabolism medierar effekterna av förbättrad pregravid metabolism på neonatal fett. Vi förväntar oss att moderkakor från överviktiga kvinnor i LIPP-programmet kommer att visa förbättrad fettsyraoxidation och minskad lipidförestring och ackumulering vid terminen. Vidare förväntar vi oss att dessa förändringar kommer att korrelera med lägre moderns inflammation och insulinresistens i tidig graviditet och lägre neonatal fetma vid terminen.

Förväntade resultat och slutpunkter: Vi räknar med att jämfört med kontrollgruppen kommer placentor hos kvinnor i LIPP att ha: 1) ökad β-oxidation, 2) minskad förestring av fettsyror, 3) lägre lipidhalt, 4) ökad aktivitet av mitokondriell CPT1B, det hastighetsbegränsande enzymet i β-oxidation och högre fosfor ACC, som, när det fosforyleras, producerar mindre malonyl CoA, den huvudsakliga hämmande regulatorn av CPT1B, och 5) ingen skillnad i mitokondrieinnehåll (mätt med mtDNA och citratsyntasaktivitet) . Vi förutser också att mitokondriell β-oxidation och CPT1B-aktivitet kommer att korrelera negativt med inflammatoriska cytokinmarkörer i tidig graviditet hos moderns serum och insulinresistens och neonatal fett.

Experimentell design: Vi kommer att uppnå målen för specifikt mål 2 genom att mäta förändringar i placenta mitokondriella enzymaktivitet och lipidmetabolism hos kvinnor som är inskrivna i kontroll- eller LIPP-grupperna som beskrivs i Specifikt mål 1. Placentalvävnad kommer att samlas in vid leverans från alla studiedeltagare och inbäddad i paraffin, eller snabbfryst i flytande kväve, och lagrad vid -80oC för molekylär analys. I en delmängd av kvinnor som förlossar genom planerad kejsarsnitt (vi uppskattar ~30 % av våra deltagare eller N=15-18/grupp), kommer vi också att samla in färsk placentavävnad för lipidmetabolismaktivitetsanalyser.

Placental lipidmetabolism: Dessa analyser är väletablerade i O'Tierney-Ginn-labbet. Mitokondriell fettsyraoxidation (FAO) och förestring till totallipidanalyser kommer att utföras i placentaexplantat som beskrivits tidigare, med vissa modifieringar. Nyisolerade placentaexplantat kommer att inkuberas i närvaro av 100 µM kallpalmitat och 3H-palmitat (Moravek Radiochemicals) under 18 timmar. Vid slutet av inkubationsperioden kommer media att samlas in för att kvantifiera FAO-hastigheten genom detektion av 3H2O med hjälp av Hughes ångfasjämviktsmetod. Förestring till totala lipider kommer att bestämmas genom att homogenisera de behandlade explantaten i aceton av HPLC-kvalitet och inkubera under omrörning vid rumstemperatur över natten. En alikvot av acetonextraktlipidsuspensionen kommer att användas för att bestämma det radioaktiva innehållet genom vätskescintillationsräkning. Oxidations- och förestringshastigheter kommer att definieras som nmol palmitat/mg vävnad/timme.

Bedömning av placenta mitokondrier: Mitokondrier kommer att isoleras från frusen placentavävnad som tidigare beskrivits. Markörer för lipidoxidation (CPT1B) och syntes/esterifieringsaktivitet (fosfo-ACC) kommer att mätas med hjälp av kommersiellt tillgängliga kit (Cell Signaling, Abcam) i isolerade mitokondrier från alla prover. Markörer för mitokondrieinnehåll (mtDNA och citratsyntasaktivitet) kommer att mätas i hel placentavävnad i alla prover som tidigare beskrivits.

Placentallipidackumulering: Totalt placentalipidinnehåll kommer att mätas med Folch-metoden.

Förväntade utmaningar och alternativ: 1) Vi kommer endast att använda moderkakor som levereras med schemalagd kejsarsnitt för in vitro oxidations- och förestringsanalyser, för att undvika förändringar som är relevanta för förlossningen. På vårt sjukhus är antalet kejsarsnitt för feta kvinnor ~40 %. Vår försiktiga uppskattning av 40-50% avhopp följt av 30% av patienter som förlossar med kejsarsnitt, resulterar i N=15-18/grupp. Baserat på våra preliminära data kommer detta att ge oss tillräcklig kraft för att upptäcka skillnader i placenta lipidmetabolism på grund av LIPP. Vi kommer att samla in placentaprover från alla studiedeltagare för mitokondriella enzymaktivitetsanalyser, vilket ger oss en ytterligare bedömning av metabolisk aktivitet hos ett större antal deltagare. 2) Placenta mitokondriella fettsyraoxidationskapacitet kan påverkas av mitokondrienummer, oxidativ fosforyleringsaktivitet och energetisk effektivitet (koppling). Bedömning av mitokondriell oxidativ fosforyleringskapacitet eller energieffektivitet kräver nyligen isolerade mitokondrier och/eller levande celler, vilket enligt vårt förslag skulle vara alltför ambitiöst och kostsamt med tanke på leveransens oförutsägbara karaktär och det stora antalet deltagare. Alternativt kommer vi att mäta markörer för mitokondrieinnehåll och nyckelenzymer i mitokondriell lipidmetabolism i alla placentaprover för att bedöma några potentiella mekanismer som ligger bakom förändringar i placentafettsyraoxidation. Dessutom kan frysta prover som samlats in från alla moderkakor användas för att mäta enzymer involverade i elektrontransport (t.ex. ATP-syntas) som en markör för mitokondriell oxidativ fosforylering.

Statistisk analys: Det primära målet med mål 2 är att bestämma effekten av livsstilsintervention före graviditet på placenta mitokondriell fettsyraoxidation vid termin. Vi antar att placenta a-oxidation kommer att vara högre i LIPP-gruppen. Vi kommer att genomföra en intention-to-treat-analys med två prov t-test eller icke-parametriskt Wilcoxon ranksummetest för att bedöma skillnader mellan grupper. Regressionsanalys kommer att användas för att bedöma sambandet mellan placenta β-oxidation och enzymaktivitet med moderns inflammatoriska cytokinnivåer och insulinresistens under tidig graviditet, tillsammans med neonatal fettmassa med justering för graviditetsålder och kön. Beskrivande statistik, såsom medelvärde, median och intervall kommer att beräknas för alla variabler. Effekt- och provstorleksanalys baserad på våra preliminära mitokondriella β-oxidationsdata hos överviktiga kvinnor (38?14 nmol/mg/timme) visade att en provstorlek på N=18/grupp uppnår 80 % kraft för att upptäcka en skillnad på 25 % mellan grupper som använder ett tvåprovs t-test med en signifikansnivå på 0,05.