Η επίδραση της καφεΐνης κατά την κυοφορία στο μεταβολικό προφίλ των απογόνων

Abstract

Caffeine (1,3,7-trimethylxanthine) is a food component consumed worldwide on a daily basis mainly due to its special psychoactive properties. It is present in various liquid foods, including coffee, tea, soft drinks, energy drinks, but also in solid foods such as chocolate and it is considered one of the most widely consumed components in human’s diet. The continuing increased trend in caffeine consumption, as well as the fact that it is completely metabolized by the human body and particularly to a greater extent by the enzyme CYP1A2 which is located in the liver, have raised great concern about its effects on human health among the scientific community. Several studies have been conducted in order to investigate the potential effects of caffeine intake on the development, deterioration or improvement of various metabolic diseases, including metabolic syndrome, which is characterized by a cluster of metabolic complications, including abdominal obesity and insulin resistance. In addition, it has been found that caffeine consumption during pregnancy may lead to adverse effects on pregnancy and a disturbed metabolic profile in the offspring during adulthood. Moreover, the fact that during pregnancy caffeine reaches fetus circulation by freely penetrating the placenta and has a half-life of up to 100 hours further reinforces the concerns of scientists. Based on the recommendations of EFSA and IOM, the maximum consumption should be considered as 2 cups of coffee per day, an amount equivalent to approximately 200 mg of caffeine. However, studies show that even this recommendation may be a high and dangerous limit with possible negative effects on both progress of pregnancy and health of the newborn. The aim of the present thesis was to investigate the effects of intrauterine caffeine exposure on the metabolic profile of male Sprague Dawley rats after consumption of a high-fructose solution. Five-month-old female Sprague Dawley rats were matched with males of a respective age. Males were housed with the females for four days to ensure completion of one estrous cycle and were consequently removed. Initiating on entry of the males and up to the day of birth, pregnant rats were administered ad libitum tap water (group A of mothers, control, n=10) or caffeine-enriched water (group B of mothers, n=10), in a concentration estimated to equal a daily caffeine uptake of 20 mg/kg of body weight. The main sample of the study was 40 male offspring, 20 from each group, which were divided into 4 groups. Upon adulthood (10 weeks old), the selected offspring were assigned to four different subgroups: A1 (n=10), males born of control mothers; A2 (n=10), males born of control mothers, receiving a high-fructose water solution (200 g/l) on a daily basis instead of tap water; B1 (n=10), males prenatally exposed to caffeine; B2 (n=10), males prenatally exposed to caffeine which received a high-fructose water solution (200 g/l) daily instead of tap water. Blood samples of male offspring were collected upon adulthood (T1), one month later (T2), and two months (T3). Measurements included body weight, blood pressure and biochemical indices (glucose, total cholesterol, triglycerides, HDL cholesterol and LDL cholesterol). Insulin resistance was also measured by the OGTT method, while histopathological analysis of renal and hepatic tissue was performed. The results showed a statistically significant increase (p<0.05) in triglyceride levels in group B2 compared to the other experimental groups. Moreover, prenatal exposure to caffeine led to a significant increase (p<0.05) in both systolic and diastolic blood pressure compared to control groups. In addition, a significantly (p<0.05) lower birth weight was found in the offspring of mothers exposed to caffeine compared to the other groups. Regarding the histopathologic examination, the offspring of mothers exposed to caffeine either in drinking water group (p=0.033) or in the fructose group (p=0.003) had statistically significant higher number of cases with oedema in renal tissue compared to the offspring of mothers not exposed to caffeine. Finally, no differences were observed in renal or hepatic tissue swelling between groups. In conclusion, this study is the first study to examine the effects of prenatal caffeine exposure (PCE) on a MetS model induced by a high-fructose diet in adulthood. The results of the present study clearly indicated the phenotypic effects of PCE on MetS development in adulthood. Of course, as in all experimental studies, the results should be viewed from a translational point of view and not transmitted directly to humans.

Η καφεΐνη (1,3,7-τριμεθυλοξανθίνη) αποτελεί συστατικό των τροφίμων και καταναλώνεται παγκοσμίως σε καθημερινή βάση κυρίως λόγω των ιδιαίτερων ψυχοδραστικών ιδιοτήτων της. Περιέχεται σε διάφορα υγρά τρόφιμα, ανάμεσα στα οποία είναι ο καφές, το τσάι, τα αναψυκτικά, τα ενεργειακά ποτά, αλλά και σε στερεά τρόφιμα όπως η σοκολάτα και θεωρείται ένα από τα ευρέως καταναλισκόμενα συστατικά της ανθρώπινης διατροφής. Η συνεχιζόμενη τάση αύξησης για κατανάλωση καφεΐνης, αλλά και το γεγονός ότι μεταβολίζεται πλήρως από τον ανθρώπινο οργανισμό και συγκεκριμένα σε μεγαλύτερο ποσοστό από το ένζυμο CYP1A2 στο ήπαρ, έχει προκαλέσει ανησυχία στην επιστημονική κοινότητα σχετικά με τις επιδράσεις της στην ανθρώπινη υγεία. Αρκετές μελέτες έχουν διεξαχθεί με στόχο τη διερεύνηση των δυνητικών επιδράσεων της πρόσληψης καφεΐνης στην ανάπτυξη, επιδείνωση ή βελτίωση διαφόρων μεταβολικών νοσημάτων, συμπεριλαμβανομένου και του μεταβολικού συνδρόμου (MetS), το οποίο χαρακτηρίζεται από μια συστάδα μεταβολικών επιπλοκών, ανάμεσα στις οποίες είναι η κοιλιακή παχυσαρκία και η αντίσταση στην ινσουλίνη. Επιπρόσθετα, έχει βρεθεί ότι η κατανάλωση καφεΐνης κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης ενδέχεται να οδηγήσει σε δυσμενή αποτελέσματα στην εγκυμοσύνη και σε διαταραγμένο μεταβολικό προφίλ στους απογόνους κατά την ενήλικη ζωή τους. Επίσης, το γεγονός ότι κατά την κρίσιμη αυτή περίοδο το συστατικό αυτό φτάνει στην κυκλοφορία του εμβρύου διαπερνώντας ελεύθερα τον πλακούντα και έχοντας χρόνο ημιζωής έως και 100 ώρες, ενισχύει τις ανησυχίες των επιστημόνων. Βάσει των συστάσεων της EFSA και του IOM , ως ανώτατο όριο κατανάλωσης πρέπει να θεωρούνται οι 2 κούπες καφέ ημερησίως, ποσότητα που αντιστοιχεί σε 200 mg καφεΐνης. Παρόλα αυτά, αποτελέσματα μελετών δείχνουν ότι ενδεχομένως ακόμη και η σύσταση αυτή να αποτελεί ένα υψηλό και επικίνδυνο όριο με πιθανές αρνητικές επιπτώσεις τόσο στην εξέλιξη της εγκυμοσύνης όσο και στην υγεία του νεογνού. Σκοπό της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η μελέτη της επίδρασης της ενδομήτριας έκθεσης στην καφεΐνη στο μεταβολικό προφίλ αρσενικών απογόνων επίμυων (Sprague Dawley) οι οποίοι κατανάλωναν διάλυμα υψηλής περιεκτικότητας σε φρουκτόζη. Το αρχικό δείγμα της μελέτης αποτέλεσαν 20 θηλυκοί επίμυες ηλικίας 5 μηνών. Ύστερα από το ζευγάρωμα των θηλυκών επίμυων με 6 αρσενικούς της ίδιας ηλικίας και με την εξασφάλιση ενός οιστρικού κύκλου, οι μητέρες χωρίστηκαν σε 2 ομάδες. Την πρώτη ομάδα αποτέλεσαν μητέρες στις οποίες δεν χορηγήθηκε καφεΐνη (ομάδα Α, n=10), ενώ τη δεύτερη ομάδα αποτέλεσαν μητέρες στις οποίες χορηγήθηκε (20 mg/kg καφεΐνης την ημέρα) (ομάδα Β, n=10). Το βασικό δείγμα της μελέτης αποτέλεσαν 40 αρσενικοί απόγονοι, 20 από κάθε ομάδα, οι οποίοι χωρίστηκαν εκ νέου σε 4 ομάδες. Οι ομάδες αυτές αποτελούνταν από απογόνους των μητέρων που δεν έλαβαν καφεΐνη και οι οποίοι κατανάλωναν είτε πόσιμο νερό (ομάδα Α1, n=10) είτε διάλυμα φρουκτόζης (ομάδα Α2, n=10) και από απογόνους των μητέρων που έλαβαν καφεΐνη και οι οποίοι κατανάλωναν είτε πόσιμο νερό (ομάδα Β1, n=10) είτε διάλυμα φρουκτόζης (ομάδα Β2, n=10). Αναλυτικά, οι μετρήσεις που διεξήχθησαν περιλαμβάνουν το βάρος, την αρτηριακή πίεση και βιοχημικούς δείκτες (γλυκόζη, ολική χοληστερόλη, τριγλυκερίδια, HDL χοληστερόλη και LDL χοληστερόλη). Επίσης μετρήθηκε η αντίσταση στην ινσουλίνη με τη μέθοδο OGTT, ενώ πραγματοποιήθηκε και ιστοπαθολογική ανάλυση νεφρικών και ηπατικών ιστικών δειγμάτων. Όλες οι μετρήσεις έγιναν κατά την ενηλικίωση των απογόνων (σε ηλικία 10 εβδομάδων), καθώς 1 μήνα και 2 μήνες μετά από αυτή. Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων βρέθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση (p<0,05) στα επίπεδα τριγλυκεριδίων της ομάδας Β2 συγκριτικά με τις υπόλοιπες πειραματικές ομάδες. Επίσης, η προγεννητική έκθεση στην καφεΐνη οδήγησε σε σημαντική αύξηση (p<0,05) τόσο της συστολικής όσο και της διαστολικής αρτηριακής πίεσης συγκριτικά με τις ομάδες ελέγχου. Επιπρόσθετα, στους απογόνους των μητέρων που εκτέθηκαν στην καφεΐνη βρέθηκε σημαντικά (p<0,05) χαμηλότερο βάρος γέννησης συγκριτικά με τις υπόλοιπες ομάδες. Αναφορικά με την ιστοπαθολογική ανάλυση, οι ομάδες απογόνων μητέρων που εκτέθηκαν στην καφεΐνη είτε αυτοί κατανάλωναν πόσιμο νερό (p=0,033) είτε κατανάλωναν διάλυμα φρουκτόζης (p=0,003) παρουσίασαν στατιστικά υψηλότερο ποσοστό περιπτώσεων με διάμεσο οίδημα νεφρικού ιστού συγκριτικά με τις ομάδες απογόνων μητέρων που δεν εκτέθηκαν στην καφεΐνη. Τέλος, δεν παρατηρήθηκαν διαφορές στην θολερή εξοίδηση του νεφρικού ή του ηπατικού ιστού μεταξύ των ομάδων. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη αποτελεί την πρώτη μελέτη που εξέτασε τα αποτελέσματα της προγεννητικής έκθεσης στην καφεΐνη (PCE) σε μοντέλο MetS που προκαλείται από δίαιτα υψηλής περιεκτικότητας σε φρουκτόζη στην ενήλικη ζωή. Τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης δείχνουν ξεκάθαρα τις φαινοτυπικές επιδράσεις της PCE στην ανάπτυξη MetS κατά την ενήλικη ζωή. Βέβαια, όπως και σε όλες τις πειραματικές μελέτες, τα αποτελέσματα πρέπει να εξεταστούν κάτω από μια μεταφραστική οπτική και όχι να μεταφερθούν άμεσα στους ανθρώπους.