Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/62342
Author(s): Nascimento, Henrique da Silva Ferrão
Title: Erythrocyte membrane profile in obese children and adolescents
Publisher: Faculdade de Farmácia da Universidade do Porto
FFUP
Issue Date: 2012-09-06
Abstract: PORTUGUÊS: A prevalência da obesidade está crescendo em todo o mundo, sendo este aumento particularmente notório na infância e adolescência. Os alimentos ricos em calorias e o estilo de vida sedentário são duas das características do estilo de vida moderno, que pode estar por de trás desta pandemia. A obesidade pediátrica é particularmente importante em nosso país: uma alta prevalência de sobrepeso / obesidade (30%) tem sido descrita em crianças e adolescentes portugueses, em comparação com seus pares de outros países europeus. A obesidade tem sido associada a várias outras doenças, como hipertensão, diabetes mellitus tipo 2, síndrome metabólica e doenças cardiovasculares. Além disso, a inflamação é conhecida por desempenhar um papel vital nessas doenças, ou seja, na iniciação e progressão da doença arteriosclerótica vascular, na resistência à insulina, e dislipidemia. Mais recentemente, a obesidade tem sido proposta como um estado de baixo grau inflamatório crónico. De fato, O tecido adiposo é uma importante fonte de várias substâncias que estão ligadas à resposta inflamatória e à imunidade - as adipoquinas. As dietas de indivíduos obesos são, geralmente, ricos em gorduras saturadas e ácidos gordos (AG) trans, e pobres em AG polinsaturados (AGPI), especialmente, em AGPI do tipo ω 3. Este tipo de hábitos alimentares causa alterações endógenas no metabolismo lipídico, e pode levar a mudanças na constituição em AG em diferentes tecidos do corpo. A composição lipídica das membranas celulares é importante para as propriedades reológicas e físico-químicas das células, influenciando a actividade dos canais protéicos e das bombas da membrana, assim como de transportadores e receptores membranares. Deste modo, o perfil lipídico da membrana é importante na modulação da sinalização celular e de várias funções biológicas da célula. Os lípidos da membrana dos glóbulos vermelhos estão em equilíbrio constante com lípidos e lipoproteínas plasmáticos. Apesar dos níveis dos lípidos plasmáticos serem altamente influenciados pelo estado de jejum, os níveis e tipo de lípidos da membrana eritrocitária reflectem o equilíbrio lipídico por períodos mais longos. Os glóbulos vermelhos (GV), por tratarem-se de células não-nucleadas, apresentam uma capacidade de biossíntese e mecanismos de defesa muito limitados. Portanto, quando expostos a stress físico e / ou químico, o eritrócito sofre e acumula o dano imposta por aquelas fontes durante sua vida em circulação. Em condições de stress oxidativo a membrana do eritrócito, pode sofrer danos em seus lípidos e proteínas. Deste modo, o eritrócito é um bom modelo para estudar os danos oxidativos dos lípidos e proteínas que ocorrem em estados pró-inflamatórios e oxidativas, e também pode fornecer um importante modelo para estudar o impacto dos hábitos alimentares na composição dos lípidos e proteínas das membranas celulares. O objectivo deste estudo foi analisar o impacto da obesidade no perfil lipídico, no metabolismo da glicose e na inflamação, bem como o impacto da obesidade, e das alterações a ela associadas, na composição da membrana do GV. Foram estudadas 34 crianças e adolescentes obesos [15 (44,1%), com idade média de 14,1 anos (8-17)] do Hospital S. João e do Hospital Infantil Maria Pia. O grupo total foi dividido de acordo com o percentil do índice de massa corporal (IMC) em 17 obesos, 8 sobre-pesos e 9 controles. Obesidade foi definida como um IMC superior ao percentil 95, ajustados para idade e sexo, segundo " gráficos de crescimento do Centro de Controle de Doenças de 2000". Sobrepeso foi considerado para os percentis de IMC igual ou superior a 85 e inferior a 95; e controles quando o IMC era inferior ao percentil 85, ajustado para sexo e idade. Os três grupos estavam equilibrados para a idade, sexo e estágio de maturação sexual de Tanner. Foram determinados os níveis circulantes de triglicerídeos, colesterol, colesterol de lipoproteína de alta densidade, colesterol de lipoproteína de baixa densidade, lipoproteína (a), apolipoproteína A, apolipoproteína B, proteína C-reativa, glicose e insulina. Um estudo hematológico básico foi realizado. A membrana eritrocitária foi estudada com a determinação de marcadores de lesão eritrocitária: hemoglobina ligada a membrana, carbonilação proteica, peroxidação lipídica e perfil de banda 3 – agregados de alto peso molecular, monómeros e fragmentos proteolíticos. O perfil de ácidos gordos da membrana foi também determinado. Os indivíduos obesos apresentaram, quando comparados com os controlos, alterações para um perfil lipídico mais aterogénico, um aumento da resistência à insulina e da inflamação. Assim, houve um aumento geral dos marcadores de risco de doença cardiovascular (DCV). Nenhuma diferença significativa foi encontrada no eritrograma ou nos marcadores de lesão eritrocitária. Quanto ao perfil de AG da membrana eritrocitária, os AG insaturados apresentaram uma tendência para o aumento, enquanto os AG saturados mostraram uma tendência para diminuir com a obesidade. Apesar disso, o AG beénico ácido (22:0) apresentou um aumento significativo nos obesos, em comparação com os controles. Uma proporção crescente de 20:0, 18:3n3, 20:3n6e 22:4n6 foram encontrados para indivíduos com sobrepeso e obesos, em relação aos controlos. Estes AG, que aumentaram com a obesidade, apresentaram as associações mais significativas com os marcadores de DVC estudados e que estão alterados com a obesidade na nossa população. Mais estudos são necessários para esclarecer as associações entre as alterações do perfil de AG da membrana eritrocitária e os marcadores de risco de DCV. Um estudo envolvendo mais participantes poderia ajudar a esclarecer algumas tendências observadas. Quanto à análise da membrana lipídica, algumas abordagens interessantes poderiam ser feitas, como analisar separadamente os AG ligados a fosfolípidos e ésteres de colesterol, ou analisar individualmente cada folheto da membrana plasmática (interno e externo). Além disso, a optimização da técnica de separação e identificação dos AG seria fundamental, pois no presente estudo não pudemos avaliar AG importante, como por exemplo o EPA (ácido eicosapentaenoico - 20:5n3) e GLA (ácido gama linolénico - 18:3 n6), devido a limitações técnicas.
ENGLISH: The prevalence of obesity is growing worldwide and in childhood the increase is particularly striking. The caloric rich foods and the reduced physical exercise practice are two of characteristics of the modern lifestyle that may underlie this pandemia. Childhood obesity is particularly important in our country, as a high prevalence of overweight/obesity (over 30%) has been reported for Portuguese children, as compared to other European countries. Obesity has been associated with several other diseases, such as hypertension, type 2 diabetes mellitus, metabolic syndrome and cardiovascular diseases. Moreover, inflammation is known to play a vital role in those diseases, namely, in the initiation and progression of the atherosclerotic vascular disease, in insulin resistance, and in dyslipidemia. More recently, obesity has been proposed as a chronic low grade inflammatory condition. The white adipose tissue is an important source of several substances that are linked to inflammatory response and to immunity - the adipokines. The diets of obese individuals are, usually, rich in saturated and trans fatty acids (FA), and poor in polyunsaturated FA (PUFA), especially, in ω 3 PUFA. These type of dietary habits, by leading to endogenous changes in FA and in lipid metabolism, may, ultimately, lead to changes in the proportions of the different FA in body tissues. The lipid composition of the cell membranes are important determinants in the rheological and physico-chemical properties of the cells, influencing the activity of membrane channels, pumps, transporters and receptors. Thus, it is important in the modulation of cell signalling and in several biological functions. The lipids of the red blood cell membrane are in constant equilibrium with plasmatic lipids and lipoproteins. While the levels of lipids in plasma are highly influenced by the fasting status, the levels and type of lipids of the erythrocyte membrane reflect the lipid balance of longer periods. The red blood cell (RBC), as a non-nucleated cell, exhibits a very limited biosynthesis capacity and poor repair mechanisms. Therefore, when exposed to physical and/or chemical stress, during their lifespan, the erythrocyte suffers and accumulates the damage imposed by such stress. In oxidative stress conditions the erythrocyte membrane, may suffer oxidative damage in membrane lipids and proteins. Thus, the erythrocyte is a good model to study the oxidative damage of lipids and proteins occurring in pro-inflammatory and oxidative conditions and may also provide an important model to study the impact of dietary habits in the lipid and protein composition of the cell membranes. The objective of this study was to analyse the impact of obesity in the lipid profile, glucose homeostasis and inflammation, as well as the impact of obesity and the associated changes in the RBC membrane composition. We studied 34 obese children and adolescents [15 (44.1%); mean age of 14.1 years (8-17)] from Hospital S. João and the Children’s Hospital Maria Pia. The total group was divided according to the body mass index (BMI) percentile in 17 obese, 8 overweight and 9 controls. Obesity was defined as a BMI higher than the 95th percentile, for age and gender, according to the “2000 Centre for Disease Control and Prevention (CDC) growth charts”. Overweight was considered for BMI percentiles equal or higher than 85 and lower than 95; and control subjects BMI were lower than the 85th percentile, adjusted for gender and age. The three groups were matched for age, gender and tanner stage. It were determined the circulating levels of triglycerides, cholesterol, high density lipoprotein cholesterol, Low density lipoprotein cholesterol, lipoprotein (a), apolipoprotein A, apolipoprotein B, C-reactive protein, glucose, and insulin. A basic hematologic study was also performed. The erythrocyte membrane was studied with the determination of erythrocyte damage markers: membrane bound haemoglobin, proteic carbonylation, lipid peroxidation and band 3 profile - high molecular weight aggregates, monomers and proteolytic fragments. The membrane fatty acid profile was determined. We found that the obese individuals, presented risk changes in the lipid profile, increased insulin resistance and inflammation, when compared to their lean counterparts. Thus, several changes in cardiovascular disease (CVD) risk markers were observed. No significant changes were found in the erythrogram and in the erythrocyte damage markers. Concerning the FA membrane profile, the unsaturated FA showed a trend to increase, while saturated FA showed a trend to decrease, with obesity. Despite that, behenic acid (22:0) presented a significantly increase in obese, in comparison with controls. An increasing proportion of 20:0, 18:3n3, 20:3n6 and 22:4n6 were found for overweight and obese individuals, as compared to control. These FA increased with growing obesity, and presented the most significant associations with the studied CVD markers associated with obesity. Further studies are needed to clarify the associations between membrane FA changes, and CVD risk markers. A larger study, with a higher number of individuals could also clarify some observed trends. Regarding the lipid membrane analysis, some interesting approaches could be made, such as to separate and analyze the different phospholipids and cholesterol ester and their associated FA, and to perform a separate study of inner and outer membrane sheets. Furthermore, optimization of the separation technique and consequent identification of FA would be crucial, as in this study we could not evaluate important FA, e.g. EPA (20:5n3) and GLA (18:3n6), due to technical limitations.
Description: Mestrado em Análises Clínicas
MSc in Clinical Analysis
Subject: Porto
URI: http://hdl.handle.net/10216/62342
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
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