Pediatrisk fetma och kardiovaskulär dysfunktion

Bakgrund Fetma hos barn orsakar ett brett spektrum av allvarliga komplikationer, vilket ökar risken för för tidig sjuklighet och dödlighet och väcker oro för folkhälsan. Dessutom är överviktiga barn mer benägna att bli överviktiga vuxna, med högre risk för hjärt-kärlsjukdomar (CVD). Ett kluster av CVD-riskfaktorer har identifierats hos barn så unga som 5 års ålder. Dessutom, bland ungdomar och unga vuxna, korrelerar förekomsten av CVD-riskfaktorer med asymtomatisk koronar ateroskleros. Fetma hos barn har relaterats till en försämrad hjärtstruktur och funktion.

Aterogenes och skador på artärväggen börjar under barndomen och det finns framväxande bevis för att kliniska indikatorer på ateroskleros som tjocklek på halsartären intima-media (CIMT), artärstelhet och endotelfunktion förändras hos överviktiga barn. Dessutom är lite känt om det potentiella sambandet mellan tidiga kardiovaskulära förändringar och metabola avvikelser hos överviktiga barn. Metaboliskt syndrom (MetS) är ett kluster av egenskaper, som inkluderar dyslipidemi, högt blodtryck och visceral fetma, vilket ger en högre risk för hjärt-kärlsjukdom och typ 2-diabetes. Få studier undersökte sambandet mellan MetS och kardiovaskulära förändringar under barndomen. Hyperurikemi har erkänts som en riskfaktor för hjärt-kärlsjukdom hos vuxna med en negativ inverkan på livslängden. Data för pediatrisk ålder saknas dock fortfarande och sambandet mellan hyperurikemi och kardiovaskulära avvikelser hos överviktiga barn är fortfarande okänt. Vidare är fetma ett tillstånd av kronisk lågnivåinflammation och ökad oxidativ stress. Oxidativ stress spelar en viktig roll i patogenesen av kardiovaskulära förändringar genom att antingen utlösa eller förvärra de biokemiska processer som åtföljer endotelial dysfunktion.

Dessutom fungerar fettvävnad som en sekretorisk körtel och frisätter hormoner och adipokiner med pro- eller antiinflammatorisk aktivitet. Kliniska studier av överviktiga vuxna har observerat ett samband mellan plasmanivåer av adipokiner och markörer för inflammation och/eller oxidativ stress. Bland olika adipokiner verkar adiponektin spela en viktig roll. I motsats till andra adipokiner som är uppreglerade vid fetma, är utsöndringen av adiponektin markant reducerad hos överviktiga personer. För det andra verkar adiponektin huvudsakligen utöva positiva aktiviteter på ämnesomsättning, vaskulär tonus och inflammatorisk reaktion. Följaktligen, i motsats till andra adipokiner, som cirkulerar i överskott hos överviktiga personer och utövar ogynnsamma effekter när de är kroniskt förhöjda, är brist snarare än överskott av adiponektin inblandad i fetma-associerade komplikationer. Slutligen är serumkoncentrationen av adiponektin mycket hög i jämförelse med andra hormoner och cytokiner, vilket tyder på att förutom att binda till specifika högaffinitetsreceptorer, kan detta protein också ha några mindre specifika lågaffinitetsmål. Adiponectin har associerats med endotelförbättring och vaskulärt skydd genom aktivering av en endotelial isoform av kväveoxid (eNOS)-relaterad signalering och med antiinflammatoriska egenskaper och antiaterogena effekter. Således kan en försämrad produktion av adipokiner vara en nyckelmekanism som kopplar samman fetma med inflammation och oxidativ stress. Förståelsen av dessa komplexa mekanismer och identifieringen av möjliga tidiga markörer för kardiovaskulär skada är därför nödvändig för att etablera förebyggande och terapeutiska åtgärder i barndomen och för att minska kardiovaskulär sjuklighet och dödlighet i vuxen ålder.

Ämnen och metoder Denna studie är en longitudinell encenterstudie. Försökspersoner rekryterades vid Division of Pediatrics, Department of Health Sciences, University of Piedmont Orientale, Novara (Italien). Studieprotokollet var i enlighet med de etiska riktlinjerna i Helsingforsdeklarationen och har godkänts av den lokala etiska kommittén. Informerat skriftligt samtycke erhölls från alla försökspersoner och deras föräldrar före studien. Utredarna registrerade i följd 80 kaukasiska fetma (OB) barn och ungdomar i åldern 6 till 16 år och 20 normalvikts-, ålders- och könsmatchade kontroller (NW). NW-patienter utvärderades endast vid baslinjen, medan obduktionspersoner kommer att utvärderas vid baslinjen och efter 6 (T6) och 12 månader (T12) av en isokalorisk medelhavsdiet plus aerob träning.

Bedömning i båda grupperna (OB och NW)

Ekokardiografisk bedömning Transthorax ekokardiogram med hjälp av en Vivid 7 Pro ultraljudsskanner (General Electric Healthcare, USA) kommer att utföras av en sonograf och bilderna kommer att granskas av en expert pediatrisk kardiolog, förblindad för patienternas kliniska data. Mätningar av vänster ventrikel (LV end-diastolic diameter, LVEDD; LV end-systolic diameter, LVESD; interventricular septum at end diastole, IVSD; LV posterior wall at end diastole, LVPWD) och vänster atrium diameter (LAD) kommer att erhållas enl. fastställda standarder. Den maximala LA-volymen kommer att beräknas från apikala 4- och 2-kammars zoomade vyer av LA. LV-enddiastoliska och slutsystoliska volymer och LV-ejektionsfraktionen i vila kommer att beräknas från 2- och 4-kammarvyer, med hjälp av en modifierad Simpsons biplansmetod. LV-massa (LVM) kommer att härledas från Devereux-formeln och indexeras till kroppsyta (vänster ventrikulärt massindex [LVMI]). Relativ väggtjocklek (RWT) kommer att beräknas som förhållandet (LVPWD x 2)/LVEDD. Med hjälp av pulsad våg Doppler kommer mitrala inflödeshastigheter, topp tidig diastolisk hastighet (E), topp sen diastolisk hastighet (A), E/A-förhållande, att mätas.

Vaskulär bedömning Vaskulära mätningar kommer att utföras med en högupplöst ultraljud (Esaote MyLab25TM Gold, Esaote, Italien) med en 8-megaHertz (mHz) linjär givare och en 5 mHz konvex givare för bukaorta, av en expert sonograf och bilder kommer att granskas sedan offline av en expert vaskulär kirurg som är blind för patientens kliniska status. Ultraljudsundersökning av höger och vänster halspulsåder kommer att utföras i ryggläge med huvudet vänt 45° bort från den sida som avbildas. CIMT kommer att definieras som medelavståndet från framkanten av lumen-intima-gränssnittet till framkanten av media-adventitia-gränssnittet på den bortre väggen, cirka 10 mm distalt från den gemensamma halspulsådern. CIMT kommer att beräknas genom medelvärdet av tre mätningar utförda med 0,2 mm intervall.

Den abdominala aortadiametern kommer att mätas vid maximal systolisk expansion (Ds) och minimal diastolisk expansion (Dd) i mitten mellan njurartärernas ursprung och iliaccarrefour. Aortastammen (S) kommer att beräknas med hjälp av formeln (S = (Ds-Dd)/Dd). Trycktöjningselasticitetsmodul (Ep) kommer att beräknas från S med hjälp av formeln (Ep=(Ps-Pd)/S; Ps= aorta systoliskt tryck; Pd= aorta diastoliskt tryck). Trycktöjning normaliserad med diastoliskt tryck (Ep*), kommer att beräknas med formeln (Ep* = Ep/Pd). Medan S är medeltöjningen av aortaväggen, är Ep och Ep* medelstyvheten för aortan. För att mäta brachial artär flödesmedierad dilatation (FMD), kommer en pneumatisk manschett att placeras på höger underarm, 2 cm ovanför antecubital fossa och blåses upp till en suprasystolisk nivå (300 mmHg) i 5 minuter. En kontinuerlig Dopplerhastighetsbedömning kommer att erhållas samtidigt, och data kommer att samlas in med den lägsta insonationsvinkeln (mellan 30° och 60°). Brachialis artärdiametrar, peak systolic velocity (PSV) och end diastolic velocity (EDV) kommer att mätas omedelbart efter och 2 minuter efter manschettens frigöring och sedan jämföras med basalvärden tagna omedelbart före uppblåsningen. Den maximala diameter som registrerats efter reaktiv hyperemi kommer att rapporteras som en procentuell förändring av vilodiameter (FMD = toppdiameter - baslinjediameter/baslinjediameter).

Antropometriska variabler Höjd kommer att mätas till närmaste 0,1 cm med hjälp av en Harpenden stadiometer och kroppsvikt till närmaste 0,1 kg med hjälp av en manuell våg. Body mass index (BMI) kommer att beräknas som kroppsvikt dividerat med höjd i kvadrat (kg/m2). Midjeomkrets (WC) kommer att mätas vid den högsta punkten av höftbenskammen runt buken och registrerades till närmaste 0,1 cm. Höftomkretsen kommer att mätas över den bredaste delen av sätesregionen. Pubertala stadier kommer att bestämmas genom fysisk undersökning, med hjälp av kriterierna för Marshall och Tanner. Systoliskt (SBP) och diastoliskt (DBP) blodtryck kommer att mätas tre gånger med 2-minutersintervaller med hjälp av en standard kvicksilver sfygmomanometer med lämplig manschettstorlek. Medelvärden kommer att användas för analysen.

Bedömning endast i OB-gruppen

Biokemiska variabler Efter 12 timmars fasta över natten kommer blodprover att tas för mätning av: glukos (mg/dL), insulin (μUI/mL), totalt kolesterol (mg/dL), högdensitetslipoprotein-kolesterol (HDL-c) , mg/dL), triglycerider (mg/dL), sUA (mg/dL), med hjälp av standardiserade metoder i Sjukhusets laboratorium. Lågdensitetslipoprotein-kolesterol (LDL-c) kommer att beräknas med Friedwald-formeln. sUA (mg/dL) kommer att mätas med Fossati-metodens reaktion med användning av urikas med en Trinder-liknande endpoint.

Obligatoriska försökspersoner kommer också att genomgå ett oralt glukostoleranstest (1,75 g glukoslösning per kg, max 75 g) och prover kommer att tas för bestämning av glukos och insulin var 30:e minut. Insulinresistens vid fasta kommer att beräknas med hjälp av formeln för bedömning av homeostasmodell (HOMA)-IR. Insulinkänslighet vid fasta och under OGTT kommer att beräknas som formeln för Quantitative Insulin-Sensitivity Check Index (QUICKI) och Matsuda-index (ISI).

Bestämning av interleukiner (IL), tumörnekrosfaktor (TNF)α, plasminogenaktivatorinhibitor-1 (PAI1), adiponektin och plasmamarkörer för oxidativ stress IL-8, IL-10, IL-6, TNFα, PAI-1, adiponectin , 3-nitrotyrosin, malondialdehyd (MDA), generering av reaktiva syrearter (ROS), myeloperoxidas (MPO), reducerat glutation (GSH) och superoxiddismutas (SOD) kommer att mätas med hjälp av specifika kit. NO kommer att kvantifieras från blodprover med hjälp av Griess-reagenset.

Mitokondriers morfologi och funktion Mitokondrier kommer att isoleras från monocyter. Ultrastrukturella analyser av mitokondrier (genom transmissionselektronmikroskop ZEISS 109) kommer att utföras för att bedöma morfologiska mitokondriella förändringar (mitokondriell svullnad, minskning av matrisdensitet, möjlig skillnad i sub-plasmalemala och intrafibrillära subfraktioner av mitokondrier, fission-fusion dynamisk mitokondriell egenskap mitofagi). Dessutom kommer mitokondrier att användas för in vitro-analyser av mitokondriell syreförbrukning, komplex I-aktivitet (NAD+/NADH), transmembranpotential och uttryck av mitokondriella dynamiska proteiner (fusions- och fissionsförhållande genom mitofusin 1 och 2 Western blot-analys).

Tidsförlopp för mätningar i ob-gruppen Alla utvärderingar som tidigare beskrivits kommer att utföras vid baslinjen och efter 6 (T6) och 12 månader (T12) av en isokalorisk medelhavsdiet plus aerob träning.

Nutritionsanalys och interventioner En välutbildad och erfaren klinisk pediatrisk endokrinolog kommer att bedöma matkonsumtion i alla ämnen och kommer att administrera en isokalorisk medelhavsdiet till obduktionsbarn. För att bedöma matkonsumtionen kommer livsmedel att delas upp enligt de klassiska baslivsmedelsgrupperna av det italienska institutet för forskning om mat och näringslära. Frågeformulär om matfrekvenser, validerade för ett brett spektrum av åldrar, kommer också att fyllas i av föräldrar. Näringsrådgivningen kommer att utföras vid baslinjen och efter 6 och 12 månader, enligt italienska LARN (Livelli di Assunzione di Riferimento di Nutrienti) riktlinjer och den italienska matpyramiden.

Dessutom kommer överviktiga personer att genomgå ett träningsprogram. Träningen kommer att utföras dagligen och kommer att bestå av 60 minuters aerob fysisk aktivitet. Föräldrar kommer varje dag, på ett specifikt frågeformulär, att registrera den träning som utförts.