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Hintergrund und Ziel Während der vergangenen Jahrzehnte hat die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas bei Kindern und Jugendlichen dramatisch zugenommen. Parallel konnten deutliche epidemiologische und pathophysiologische Zusammenhänge belegt werden zu Dyslipidämie, Insulinresistenz, arterieller Hypertonie und kardiovaskulären Risikofaktoren. Es war deshalb das Ziel des Projektes TeleAdi eine effektive Behandlungsstrategie zu entwickeln, durch die nicht nur eine Gewichtsreduktion erreicht wird, sondern insbesondere die langfristige Stabilisierung des Gewichtes und somit Minimierung des Risikos für metabolische und kardiovaskuläre Folgekomplikationen erzielt werden kann. Patienten und Methoden Insgesamt wurden in Phase 1 des Projektes 228, in Phase 3 140 Patienten (Kinder und Jugendliche mit Übergewicht und Adipositas) eingeschlossen, die sukzessive in die Inselklinik Heringsdorf GmbH, Fachklinik für Diabetes und Stoffwechselkrankheiten, Haus Gothensee, Seeheilbad Heringsdorf, eingewiesen worden waren. Alle Patienten nahmen an einem strukturierten Behandlungs- und Schulungsprogramm (SBSP) zur Gewichtsreduktion teil. Zu Beginn und am Ende des SBSP wurde bei allen Patienten eine umfangreiche klinische und psychologische Diagnostik durchgeführt. Diese umfasste die Messung des Gelegenheitsblutdruckes, eine 24-Stunden-Langzeitblutdruckmessung, die Bestimmung der Carotis-Intima-Media-Dicke sowie eine Laboruntersuchung (TSH, CRP, Lipidstatus, Harnsäure, 6 Nüchternblutglukose, oraler Glukosetoleranztest), Messung des Wohlbefindens und der Behandlungszufriedenheit (WHO-5), der Depressivität und Motivation. Nach Teilnahme am SBSP und Entlassung aus der stationären Behandlung nach 4 bis 6 Wochen, wurden die Patienten telemedizinisch weiterbetreut. Die telemedizinische Betreuung umfasste die Datensammlung, ihre Auswertung und Darstellung, sowie via Internet und telefonisch, Handlungsanweisungen bei Problemen und Fehlentwicklungen (z.B. Gewichtszunahme, negative Veränderungen psychischer Parameter, Abnahme der körperlichen Aktivität). Eine direkte Rückkopplung zwischen Arzt und Patient wurde somit dauerhaft gewährleistet. Ergebnisse Zu Beginn der Untersuchung ergaben sich bei mehr als einem Drittel der untersuchten Kinder und Jugendlichen mit Übergewicht und Adipositas kardiovaskuläre Risikomarker und/oder Auffälligkeiten hinsichtlich der Laborwerte. Während der Teilnahme am SBSP (Phase 1) nahmen die Kinder und Jugendlichen im Mittel um mehr als 7 kg an Gewicht ab (-7,4±3,1 kg, p<0,001). Parallel ergab sich eine Reduktion des BMI (30,6±5,2 vs 27,9±4,7 kg/m2, p<0,001) und des BMI-SDS (2,45±0,53 vs 2,14±0,61, p<0,001). Danach, in Phase 3 des Projektes, nahmen mehr als 80% an der telemedizinischen Weiterbetreuung teil. Während dieser Periode ergab sich eine Stabilisierung des Körpergewichtes, des BMI, des BMI-SDS, aber auch psychologischer Parameter (Wohlbefinden und Behandlungszufriedenheit, Depressivität, Motivation). Weiterhin zeigte sich im Hinblick auf die Ernährungsgewohnheiten und die körperliche Aktivität nach der initialen Steigerungsphase eine Stabilisierung. Eine erneute Intervention wurde telemedizinisch bei bis zu 2/3 der Patienten während der folgenden 12 Monate durchgeführt.Zusammenfassung In den westlichen Industrienationen sind derzeit 10 bis 20% der Kinder und Jugendlichen übergewichtig oder adipös. Ein hoher Prozentsatz dieser Kinder und Jugendlichen weist bereits erhebliche Risikofaktoren auf für Diabetes mellitus und kardiovaskuläre Erkrankungen. Eine frühzeitige Intervention ist dringend notwendig. Das telemedizinische Behandlungsprogramm TeleAdi erscheint hier in höchstem Maße effektiv: Es garantiert nicht nur eine effektive initiale Gewichtsreduktion, sondern auch eine langfristige Stabilisierung. Durch die regelmäßige Rückkopplung zwischen Arzt und Patient können Probleme identifiziert werden und es kann eine gezielte Intervention eingeleitet werden. TeleAdi wird von Ärzten, Patienten, Kindern und Jugendlichen, und ihren Eltern in hohem Maße akzeptiert.

Adipositas stellt aufgrund der Auftretenshäufigkeit und der Gesundheitsrisiken eine bedeutsame Gesundheitsstörung für Kinder und Jugendliche dar. Eine erfolgversprechende Behandlung ihrer Ursachen sowie körperlichen, psychischen und sozialen Folgeerscheinungen ist durch Veränderungen der familiären Lebensgestaltung im Bereich der Ernährung, des Ess- und Bewegungsverhaltens mittels multimodaler Schulungsprogramme belegt. Im Rahmen eines Forschungsprojekt zur „Regulation des Essverhaltens von Kindern und Jugendlichen mit Adipositas: Untersuchung der Aktivierung des Frontalhirns mit ereigniskorrelierten Potentialen und funktioneller Magnetresonanztomografie - Therapeutische Beeinflussbarkeit“ wurden folgende Fragestellungen bearbeitet: – Ernährungswissen und Einstellungen zum Essverhalten Adipöser vor einem ambulanten Adipositas-Schulungsprogramm im Kontext psychosozialer Faktoren im Vergleich mit Normalgewichtigen, – Einfluss des Ernährungswissens und der Einstellungen zum Essverhalten im Kontext psychosozialer Faktoren auf den Erfolg im Rahmen eines ambulanten Adipositas-Schulungsprogramms (Vorhersage der vollständigen Schulungsteilnahme, Unterschiede zwischen Adipösen und extrem Adipösen sowie zwischen BMI-SDS Verringerern und Haltern), – Ernährungswissen und Einstellungen zum Essverhalten im Zusammenhang mit der neuronalen Aktivierung bei Betrachtung von Essensbildern für adipöse und normalgewichtige Kinder und Jugendliche. Vor und direkt nach einem einjährigen, ambulanten Gruppenschulungsprogramm bei Adipositas wurden Daten zum Ernährungswissen, zu Einstellungen zum Essverhalten und zu psychosozialen Faktoren erhoben sowie eine craniale funktionelle Magnetresonanztomografie bei 46 adipösen Kindern und Jugendlichen durchgeführt. Eine normalgewichtige Vergleichsgruppe wurde rekrutiert. Bestehen in der Summe des Ernährungswissens zwischen adipösen und normalge-wichtigen Kindern und Jugendlichen keine Unterschiede, finden sich voneinander abweichende Einstellungen zum Essverhalten und in psychosozialen Faktoren. Letztere weisen insbesondere die Gruppe der extremen Adipösen als belasteter aus. Für eine vollständige Teilnahme an einer Schulung stellen sich eine wirklichkeitsnahe Formulierung der Ziele wie auch die kontinuierliche Anwesenheit vor allem der Eltern als Vorhersager heraus. Beide Punkte hängen auch positiv mit einer BMI-SDS Verringerung zusammen. Ein Zuwachs an Ernährungswissen ist vor allem bei den erfolgreichen Schulungsteilnehmern zu verzeichnen. Dieser stellt sich insbesondere bei einer hohen sozialen Gesamtkompetenz ein. Die Übernahme von Einstellungen, die mit einer flexiblen Zügelung des Essverhaltens verbunden sind, begünstigt ebenfalls eine BMI-SDS Verringerung. Misserfolge scheinen mit einem hohen Ausmaß an Angst vor Gewichtszunahme, einer rigiden Zügelung im Essverhalten und einer hohen Unzufriedenheit mit dem Körperselbstbild korreliert. Extrem Adipöse profitieren weniger im Bereich der psychosozialen Entlastung und des psychischen Wohlbefindens. Im Ergebnis gilt es Behandlungspfade und Schulungsbausteine im Hinblick auf verschiedene Gruppen adipöser Kinder und Jugendlicher (Adipöse und extrem Adipöse, BMI-SDS Verringerer und Halter) zu individualisieren. Ziele stellen hierbei ein Mehr an Zuversicht, an Selbstwirksamkeitserleben und positiver Emotionalität dar. Eine neuronale Aktivierung verschiedener Regionen bei Betrachtung von Nahrungsbildern ist mit einem hohen Ernährungswissen und Einstellungen zu Essverhalten und Gewichtsproblemen, wie sie normalgewichtige Kinder und Jugendliche zeigen, positiv assoziiert. Normalgewichtige Kinder und Jugendliche bewerten hoch kalorische Nahrungsbilder negativer als adipöse. Adipöse Kinder und Jugendliche scheinen ihre Reaktion auf Nahrungsbilder eher über Top-Down Prozesse zu kontrollieren.

WOKW-Ratten entwickeln ein komplettes und ein der humanen Erkrankung ähnliches Metabolisches Syndrom mit Adipositas, Hyperinsulinämie sowie Hyperleptinämie, Dyslipidämie und verminderter Glukosetoleranz. In der vorliegenden Arbeit wurden kongene Ratten durch Kreuzung zwischen kranken WOKW und krankheitsresistenten DA-Ratten generiert, die als DA.3aW (Chr. 3; D3Mgh5-D3Rat1), DA.3bW (Chr. 3; D3Mit10-D3Rat189), DA.5W (Chr. 5; D5Mgh6-D5Mit5), DA.10W (Chr. 10; D10Mgh2-D10Rat4) und DA.16W (Chr. 16; D16Rat88-D16Wox7) bezeichnet wurden. Diese kongenen Stämme wurden zunächst longitudinal hinsichtlich einzelner Faktoren des Metabolischen Syndroms untersucht. Die phänotypische Charakterisierung zeigte, dass die kongenen Ratten Facetten des Metabolischen Syndroms entwickeln und somit Gene in den kongenen WOKW-Bereichen auf den Chromosomen 3, 5, 10 und 16 der Ratte den Adipositas Index, die Körpermasse, die Seruminsulin- und Serumleptinwerte sowie die Serumlipide in Abhängigkeit des Chromosoms und des Geschlechts der Ratten beeinflussen. Zur Identifikation möglicher Kandidatengene wurde die mRNA-Expression einzelner Gene, die innerhalb der kongenen Bereiche liegen, mittels qRT-PCR in Fettgewebe, Leber, Hypothalamus und teilweise auch in der Niere untersucht. Basierend auf der Tatsache, dass DA.3aW phänotypisch besonders von DA abweicht, lag der Fokus der Genexpressionsanalysen auf Genen, die innerhalb des kongenen Bereiches auf dem distalen Chromosom 3 (D3Mgh5-D3Rat1) kartieren. Interessanterweise konnte eine signifikant geringere mRNA-Expression von Pck1 in Leber und Niere von DA.3aW sowie WOKW im Vergleich mit DA nachgewiesen werden. In der daran anknüpfenden Sequenzierung konnte ein SNP in der codierenden Sequenz von Pck1 (4384T/C) dokumentiert werden. WOKW sowie DA.3aW, Ratten die ein komplettes bzw. Facetten des MetS entwickeln, sind Träger des C-Allels. Somit könnte dieser SNP das Risiko an Facetten des MetS zu erkranken, in Ratten beeinflussen. Außerdem konnten Snta1, Pofut1, Dlgap4 und Pltp, die auch in der kongenen Region in DA.3aW liegen, als mögliche Kandidatengene identifiziert werden. Auch die auf dem Chromosom 10 liegenden Gene Acox1, Galr2 und Cygb könnten auf Grund der Expressionsergebnisse in der Entstehung von Hyperleptinämie und Hyperinsulinämie in DA.10W bzw. WOKW involviert sein. Des Weiteren wurde mittels Genexpressionsanalyse festgestellt, dass Gene innerhalb des kongenen Bereiches auf dem Chromosom 5 die Expression von Pparg und Adipoq im Fettgewebe beeinflussen, da die Expression dieser Adipokine in DA.5W-Ratten signifikant erhöht ist im Vergleich mit DA. Außerdem müssen Gene in den kongenen Regionen auf den Chromosomen 5 und 16 für eine veränderte Expression von Fasn, Glut4 und Lpl verantwortlich sein. Zum Schluss konnte ein Zusammenhang zwischen der Anzahl von TTT-Repeats in der 3'UTR von Repin1 und der Proteinmenge nachgewiesen werden. Weicht die Anzahl der TTT-Repeats vom WT-Allel ab, dann ist die Repin1-Konzentration im subkutanen sowie epididymalen Fettgewebe verschiedener Rattenstämme erhöht.

Adipositas ist medizinisch und sozioökonomisch ein weltweit an Bedeutung gewinnendes Problem. Bariatrische Chirurgie hat sich als effektivste Möglichkeit zur Behandlung morbider Adipositas erwiesen. Dabei ergeben sich deutliche Verbesserungen des diabetischen Stoffwechsels bereits kurz nach dem Eingriff, bevor ein signifikanter Gewichtsverlust eingetreten ist. Die Mechanismen, die dazu führen, sind dabei noch nicht vollständig aufgeklärt. Ziel der Arbeit war es, mit Hilfe des Metabolomikansatzes herauszufinden, ob bariatrische Chirurgie einen Einfluss auf das Metabolom des Urins hat. Dazu wurden Urinproben von 50 Patienten jeweils prä-operativ und bis zu 13 Tage post-operativ mittels 1H-NMR untersucht und mit Hilfe von multivariaten statistischen Methoden analysiert. Dabei konnte deutlich zwischen prä- und post-operativen Proben unterschieden werden. PLS-DA und OPLS-DA Modelle waren in der Lage, 95 % der Spektren richtig in prä- und post-operativ zu klassifizieren. Zur Unterscheidung trugen in erster Linie die Buckets b20, b49 und b50 bei. Bei Betrachtung der gemittelten Spektren fielen eine Heraufregulation in den ppm-Bereichen 1,20-1,24, 2,1-2,5, 3,2-3,6, 4,1-4,2, 7,40-7,45 und 7,6-7,7 sowie eine Herabregulation in den ppm-Bereichen 7,5-7,6 und 7,8-7,9 jeweils post-operativ auf. Bariatrische Chirurgie verändert somit das Metabolom des Urins. Den Variationen im Spektrum liegen Metabolite zu Grunde, deren Identifikation Rückschlüsse auf Stoffwechselprozesse erlauben. Diese können wiederum Erklärungsansätze für den Gewichtsverlust und die Stoffwechselbeeinflussung in Folge einer bariatrischen Chirurgie liefern. Dieses bessere Verständnis der pathophysiologischen Vorgänge könnte weiterhin zur Entwicklung weniger invasiver chirurgischer Eingriffe oder spezieller, individueller pharmakologischer Therapien führen, zielgerichtet auf Gewichtsverlust und Remission des Diabetes mellitus. Weiterhin könnte Metabolomik bei der Entscheidung über die OP-Methode helfen. Dazu müsste es gelingen, aus einem großen Patientenkollektiv mit mehreren OP-Methoden im Urin z.B. einen Prädiktor zu finden, welcher Gewichtsverlust und Resolution von Komorbidität für einen individuellen Patienten vorhersagt. Insgesamt befindet sich die Metabolomikforschung noch in den Anfängen. Im Besonderen gilt dies für die Dokumentation des Einflusses chirurgischer Eingriffe auf das Metabolom des Urins. Weitere Studien mit einem größeren Patientenkollektiv und alternativen Fragestellungen könnten hier zu einem Erkenntnisgewinn führen.

Adipositas stellt weltweit ein zunehmendes Problem dar. Es besteht kein Zweifel an den systemischen schädlichen Auswirkungen des übermäßigen Körperfetts. Auch das Nervensystem ist von den pathologischen Prozessen betroffen, die durch Adipositas angestoßen werden. Die genauen Mechanismen, die diesen Prozessen zugrunde liegen, sind noch unklar. Auch gibt es bislang keine klinisch etablierten Biomarker, die eine gezielte Diagnostik und ein Therapiemonitoring der neuronalen Schäden ermöglichen. NSE ist ein Marker für Neurodestruktion. Bei Adipositas und Demenz weisen Studien auf das Potenzial von NSE als Marker für die zerebralen Auswirkungen dieser Erkrankungen hin. Daher behandelt diese Dissertation die Zusammenhänge zwischen NSE, BMI, GMV und Alter. Darüber hinaus wurde die Assoziation zwischen dem weiteren Biomarker BDNF sowie Vitamin D und Adipositas untersucht. Die Daten wurden im Rahmen der SHIP-Studie in einer Teilstichprobe (SHIP-TREND) erhoben. Es zeigten sich altersabhängig geschlechtsspezifische Unterschiede der NSE- Spiegel. Während bei Frauen die NSE-Werte im Alter anstiegen, sanken sie bei Männern. Zwischen NSE-Werten und BMI fand sich eine parabolische Assoziation mit fallenden NSE-Werten ab einem BMI ≥25 kg/m². Kein Zusammenhang fand sich zwischen NSE und GMV, Alter und magnetresonanz-tomographischen Mustern der Gehirnalterung. Zwischen Vitamin D und Adipositas fand sich eine inverse Assoziation, zwischen BDNF und der WHR ein U-förmiger Zusammenhang. Als zugrunde liegende Pathomechanismen werden geschlechtsspezifische Unterschiede der Hirnalterung, neuronale Degeneration, Veränderungen des neuronalen Glukosemetabolismus und der neuronalen Differenzierung sowie Neuroinflammation diskutiert. Im Einklang mit der aktuellen Studienlage kann im Frühstadium von Adipositas eine akute neuronale Schädigung angenommen werden. Jedoch scheint das Fortschreiten und Andauern von Adipositas tiefgreifende Veränderungen durch das überschüssige Körperfett anzustoßen, die sich auf neuronaler Ebene manifestieren. Weitere Studien zur Evaluierung von Biomarkern bei Adipositas sind nötig, um klinisch wirksame Handlungsstrategien entwickeln zu können. Die zukünftige Erfassung von Biomarkern bei Adipositas im klinischen Alltag könnte so die Therapieadhärenz von Patienten verbessern und durch gezielte Interventionen bei Risikopatienten ein Fortschreiten neuronaler Schäden verhindern.