A megemelkedett ghrelin megjósolja a táplálékfelvételt a kísérleti alváskorlátozás alatt

Integratív Élettani Tanszék, Colorado Egyetem, Boulder, Colorado, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvosi Osztály, University of Wisconsin Kórházak és Klinikák, Madison, Wisconsin, USA.

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Integratív Élettani Tanszék, Colorado Egyetem, Boulder, Colorado, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvosi Osztály, University of Wisconsin Kórházak és Klinikák, Madison, Wisconsin, USA.

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Orvostudományi Tanszék, Chicagói Egyetem, Chicago, Illinois, USA

Finanszírozó ügynökségek: Ezt a munkát az NIH támogatásai támogatták: R01-HL-075079, P01-AG11412, CTSA-UL1 TR000430, P50-HD057796, P60-DK20595, Honvédelmi Minisztérium W81XWH-07‐2-0071 díja és a Társadalom a tudományban, The Branco Weiss Ösztöndíj, az ETH Zürich által (a JLB-nek)

Közzététel: A szerzők nem jelentettek összeférhetetlenséget.

Absztrakt

Célkitűzés

Az alváskorlátozást összefüggésbe hozták az elhízással, de a mögöttes mechanizmusokat még tisztázni kell. Ez a tanulmány azt értékelte, hogy az alváskorlátozás megváltoztatja-e az étvágyat szabályozó hormonok, a ghrelin, a leptin és a hasnyálmirigy polipeptid 24 órás profilját egy standard étrend során, és hogy ezek a hormonális változások előre jelzik-e a táplálékfelvételt ad libitum táplálás.

Mód

Tizenkilenc egészséges, karcsú férfit vizsgáltak normál alvás és alváskorlátozás mellett, randomizált keresztbeépítéssel. A vérmintákat 24 órán át gyűjtöttük standardizált étkezés közben. Ezt követően a résztvevőknek volt egy ad libitum etetési lehetőséget (svédasztalos étkezések és harapnivalók) és kalóriabevitelt mértünk.

Eredmények

A Ghrelin-szint emelkedett az alváskorlátozás után a normál alváshoz képest (P

Következtetések

Az alváskorlátozás a normál alváshoz képest jelentősen növeli a ghrelin szintet. A ghrelin növekedése magasabb kalóriafogyasztással jár. A megemelkedett ghrelin lehet az a mechanizmus, amely révén az alvásvesztés fokozott táplálékfelvételhez és elhízás kialakulásához vezet.

Bevezetés

Jelen tanulmányban először az alváskorlátozás hatásait vizsgáltuk az étvágyszabályozó hormonok, a ghrelin, a leptin és a hasnyálmirigy-polipeptid gyakran mintavételezett, 24 órás vérprofiljára a standard étkezések során. Ezt követően mértük a kalóriabevitelt egy an alatt ad libitum etetési lehetőség. Feltételeztük, hogy az alváskorlátozás a normál alvással összehasonlítva megváltoztatja az étvágyszabályozó hormonokat az ellenőrzött étrend időszakában, és hogy ezek a hormonális változások megjósolják a megnövekedett kalóriabevitelt az ezt követő ad libitum étkezési lehetőség.

Mód

Résztvevők

Tanulmányi protokoll

A résztvevőket normál alvás és alváskorlátozási körülmények között, randomizált sorrendben vizsgálták, legalább 4 hét különbséggel. A résztvevőket a tanulmány teljes időtartamára felvették a Chicagói Egyetem Klinikai Kutatóközpontjába. A normális alvási állapot négy egymást követő 8,5 órás éjszakát jelentett az ágyban (23: 00–07: 30 óra), az alváskorlátozási állapot pedig négy egymást követő, 4,5 órás éjszakát jelentett az ágyban (01: 00–05: 30 óra). Minden alvási állapot alatt a testtömeget digitális mérleggel (Scale-Tronix, 5002-es modell, Wheaton, IL) mértük minden reggel a kísérleti éjszakákat követően, kivéve a 24 órás vérvétel napját. A testzsír százalékát bioimpedanciával (Quantum X, RJL Systems, Clinton Township, MI) értékeltük minden alvási állapot kezdetén.

Az alvást minden éjszaka poliszomnográfia segítségével rögzítettük, az előzőekben leírtak szerint (20, 21). Mindkét alvási körülmény között a résztvevők a laboratóriumban maradtak, és csak ülő tevékenységet folytattak (pl. Olvasás, tévénézés, számítógépes munka, társasjáték vagy kártyajátékok). Az aktivitási szinteket folyamatosan mértük a csuklóhoz (Actiwatch; Philips-Respironics, Bend, OR) és a derékhoz (Actical; Philips-Respironics, Bend, OR) rögzített gyorsulásmérő-alapú monitorokkal. A kutató személyzet folyamatosan jelen volt az ébrenlét figyelemmel kísérésére az ütemezett ébrenléti időszakokban. Az egyes laboratóriumi periódusokat megelőző héten a résztvevők a szokásos szokásaiknak megfelelően standardizált lefekvési időt tartottak otthon. A szoptatást nem engedélyezték. Ennek az ütemezésnek való megfelelést a csukló aktivitásának folyamatos figyelemmel kísérése és az alvásnaplók igazolták.

Standardizált étrend és 24 órás vérvétel

Ad libitum táplálás

Az ételeket a svédasztalos étkezések és a nassolási időszak előtt és után lemértük az élelmiszer-fogyasztás meghatározásához. Az Élelmiszer-feldolgozó SQL szoftvert (ESHA Research, Salem, OR) használták az egyes élelmiszerek teljes kalóriatartalmának és makroelem-összetételének kiszámításához. A snackek élelmiszer-kategóriáit édességek, sós snackek, keményítők, gyümölcsök és zöldségek, tejtermékek, fehérje/hús, italok és fűszerek/zsírok/olajok határozták meg. A résztvevők csak olyan ételeket és italokat fogyaszthattak, amelyeket a metabolikus konyha biztosított. A koffeint tartalmazó italok nem voltak megengedettek. Minden ételt a Chicagói Egyetem Klinikai Kutatóközpontjának metabolikus konyhájából regisztrált dietetikus felügyelete alatt készítettünk.

Hormonális vizsgálatok

A vérmintákat azonnal centrifugáltuk 4 ° C-on. A plazma- és szérummintákat lefagyasztották, és a vizsgálatig -80 ° C-on tárolták. A szérum összes ghrelin- és leptinszintjét radioimmunassay-vel (EMD Millipore, St Charles, MI) mértük, az érzékenység határa 93 pg/ml, illetve 0,5 ng/ml volt, és az intra-assay variációs együttható 5% volt. A plazma hasnyálmirigy-polipeptid szinteket radioimmun vizsgálattal (Alpco, Salem, NH) mértük 3 pmol/l érzékenységi határ mellett, 3% alatti intra assay variációs koefficienssel. Minden 24 órás profil esetében ugyanazon résztvevőtől kapott összes mintát ugyanazon vizsgálattal mértük.

Adatelemzés és statisztikai módszerek

Az összes hormonprofilt interpoláltuk 15 perces intervallumokban a kronobiológiai elemzések megkönnyítése érdekében. A ghrelin és a hasnyálmirigy-polipeptid étkezéshez kapcsolódó csúcsértékét az egyes étkezéseket követő 60 perc alatt mért maximális koncentrációként határoztuk meg. Az étkezés utáni legalacsonyabb értékeket a ghrelinre és a hasnyálmirigy-polipeptidre úgy határoztuk meg, mint az étkezés után 60 és 240 perc között mért legkisebb koncentrációt. A ghrelin és a hasnyálmirigy-polipeptid étkezési válaszait kiszámítottuk a görbe alatti területekként (AUC) az egyes étkezések után 2,5 óra alatt, trapézos módszerrel. Az egyes hormonok éjszakai átlagértékeit a 21: 30-09: 00 közötti éjszakai éhgyomorra számítottuk. A szérum leptin 24 órás profiljának számszerűsítéséhez minden egyes profilhoz a legjobban illeszkedő görbét illesztett egy robusztus, helyileg súlyozott regressziós eljárás alkalmazásával, 4 órás ablakkal (23). A leptin amplitúdóját az akrofáz (a legjobban illeszkedő görbe maximuma) és a legalacsonyabb érték (a legjobban illeszkedő görbe legkisebb értéke) közötti különbség feleként határoztuk meg.

Az alváskorlátozás valamennyi változóra gyakorolt ​​hatását ANOVA vegyes modell alkalmazásával értékelték, korlátozott maximális valószínűségű varianciakomponens-becslésekkel. A résztvevőket véletlenszerű hatásként, az alvási állapotot pedig fix hatásként kezelték. A hormonszint változásának és a táplálékbevitel változásának kapcsolatát Pearson-együtthatóval vizsgáltuk. Az adatokat átlagként ± az átlag standard hibájaként (SEM) fejezzük ki. Az összes statisztikai elemzést JMP statisztikai szoftverrel (Macintosh) (SAS Institute, 9.0.3 verzió) végeztük. A P 0,05 alatti értéket tekintettünk szignifikánsnak.

Eredmények

Testtömeg és testzsír százalék

A standardizált étrend időszakában az átlagos testtömeg az egyes alvási állapotok 4 napján hasonló volt (75,0 ± 2,5 kg normál alvás alatt, 74,4 ± 2,4 kg alváskorlátozás alatt), P = 0,09) és a felvételkor mért testzsír százalék nem különbözött a körülmények között (19,3 ± 1,1% normál alvás előtt, szemben 19,2 ± 1,0% alváskorlátozás előtt), P = 0,86). Azelőtt mért reggeli testtömeg ad libitum az etetés nem különbözött a körülmények között (75,0 ± 2,5 kg normál alvásban és 74,6 ± 2,4 kg alváskorlátozásban), P = 0,27).

Az alvás jellemzői

Négy éjszaka alatt a résztvevők átlagosan 7,8 ± 0,1 órát aludtak normál alvás alatt, szemben 4,3 ± 0,0 órát alváskorlátozás alatt (P (20) .

A ghrelin, a leptin és a hasnyálmirigy-polipeptid 24 órás profiljai kontrollált étrend alatt

A huszonnégy órás ghrelin-profilok megváltoztak az alváskorlátozás során (1A. Ábra), az alváskorlátozás során jelentkező átlagos 24 órás és éjszakai szintek magasabbak voltak a normál alváshoz képest (1. táblázat). Az alváskorlátozás emésztés utáni ghrelint is eredményezett reggeli, ebéd és vacsora után (2. ábra). Az étkezéssel kapcsolatos ghrelin-csúcsok szignifikánsan magasabbak voltak reggelire és vacsorára, és az étkezés utáni legalacsonyabb ghrelin-szintek minden étkezésnél megnőttek az alváskorlátozás alatt a normál alváshoz képest (1. táblázat).

megjósolja

Huszonnégy órás profilok (A) grelin, (B) leptin és (C) hasnyálmirigy-polipeptid normál alvás (fekete vonalak) és alváskorlátozás (piros vonalak) alatt. A vízszintes fekete sávok az ágyban eltöltött időt jelzik normál alvás alatt (23: 00-07: 30), a piros sávok pedig az alváskorlátozást (01: 00-05: 30). A fekete nyilak azonos ételeket jelentenek, amelyeket 09:00, 14:00 és 19:00 órakor szolgálnak fel. Az adatokat átlag ± SEM-ként mutatjuk be. [A színes ábra megtekinthető az online számban, amely elérhető a wileyonlinelibrary.com címen.]

Az étkezés utáni ghrelin válaszok a reggeli, ebéd és vacsora étkezésekre normál alvás alatt (fekete sávok) és alváskorlátozásban (piros sávok). Az AUC-kat minden étkezés után 2,5 óra alatt számítottuk ki trapéz alakú módszerrel. Azonos ételeket 09:00, 14:00 és 19:00 órakor szolgálják fel. Az adatokat átlag ± SEM-ként mutatjuk be. [A színes ábra megtekinthető az online számban, amely elérhető a wileyonlinelibrary.com címen.]

Alatt a kalóriabevitel ad libitum etetési időszak

Az alváskorlátozás a teljes kalóriabevitel 340 ± 131 Kcal-kal növekedésével járt a normál alváshoz képest (3888 ± 208 kcal szemben 3548 ± 205 kcal, P = 0,02) a ad libitum etetési időszak. Az általános energiafogyasztás magasabb volt a szénhidrátokból származó kalóriák esetében, amikor az alvás korlátozott volt (2026 ± 106 kcal vs. 1833 ± 103 kcal, P = 0,005), de nem különbözött a kalóriáktól a zsírtól (1379 ± 100 kcal vs. 1264 ± 98 kcal, P = 0,12) vagy fehérje (485 ± 28 kcal vs. 451 ± 36 kcal, P = 0,20). A teljes kalória- és makrotápanyag-bevitel nem különbözött az alvási viszonyok között az ebéd- vagy vacsorabüfénél (3. ábra). A harapnivalókból származó teljes kalóriabevitel magasabb volt az alváskorlátozás alatti szénhidrátfogyasztásnál a normál alváshoz képest, míg az uzsonnákból származó zsír- és fehérjefogyasztás az alváskorlátozás során nem nőtt jelentősen.

A kalóriabevitel a ad libitum táplálási időszak normál alvás alatt (fekete sávok) és alváskorlátozás (piros sávok) alatt. (A) Teljes kalóriabevitel, (B) szénhidrátbevitel, (C) zsírbevitel, (D) fehérjebevitel. A ad libitum az étkezési lehetőség magában foglalta a svédasztalos étkezést (svédasztalos ebédet 15:00 órakor és svédasztalos vacsorát szolgálnak fel 19:30 órakor), valamint a büfé korlátlan belépését a két svédasztalos étkezés között. Az adatokat átlag ± SEM-ként mutatjuk be. [A színes ábra megtekinthető az online számban, amely elérhető a wileyonlinelibrary.com címen.]

Átlagosan a mindkét alvási körülmények között felszolgált snackek (az alanyok egyéni preferenciái alapján kiválasztva) 39% édességet, 25% sós snacket, 0% keményítőt, 14% gyümölcsöt és zöldséget, 7% tejterméket, 2% fehérjét/hús, 12% ital és 1% fűszer/zsír/olaj. Amikor az alvás korlátozott volt, az édes és sós snackek fogyasztása 283 ± 130 kcal-val magasabb volt (P = 0,04).

Amikor megvizsgáltuk az összefüggéseket a ghrelin változásai és az alváskorlátozás alatti kalóriabevitel változásai között, azt tapasztaltuk, hogy az esti ghrelin (azaz a vacsorához kapcsolódó csúcs) növekedése összefüggésben van az édességekből származó magasabb kalóriafogyasztással (r = 0,48, P = 0,04; 4. ábra). Az összefüggés tendenciája nyilvánvaló volt az esti ghrelin és az ételekből származó szénhidrátkalóriák változása között is (r = 0,42, P = 0,07), de nem a sós snackekből származó kalóriák fogyasztásával. Nem találtunk szignifikáns összefüggést a ghrelin profilok változásai és a harapnivalók teljes kalóriabevitelének, zsír- vagy fehérjebevitelének változásai között.

Összefüggés az esti ghrelinszint (vagyis a vacsorához kapcsolódó csúcs) változása és az édes harapnivalók kalóriabevitelének változása között. A változási értékeket az alváskorlátozás és a normál alvás közötti különbségként fejezzük ki.

Tevékenységi szintek

Az aktivitásszám, amelyet a derékhoz rögzített gyorsulásmérő alapú monitorok értékelnek (P = 0,86) vagy a csukló (P = 0,68), hasonlóak voltak az alvási körülmények között (Ábra 5).

Az összes tevékenység a (A) derékfigyelő és (B) csuklómonitor normál alvás (fekete sávok) és alváskorlátozás (piros sávok) alatt. Az adatokat átlag ± SEM-ként mutatjuk be. Az adatok származnak n = 16 a derékmonitornál és n = 18 a csuklómonitor esetében. [A színes ábra megtekinthető az online számban, amely elérhető a wileyonlinelibrary.com címen.]

Vita

Bebizonyítottuk, hogy az egészséges férfiak kísérleti alváskorlátozása megváltoztatja a 24 órás ghrelin profilokat egy szabványosított étrend során, ami az alváskorlátozás során magasabb ghrelin szintet eredményez, mint a normál alvásé. Megállapítottuk azt is, hogy az alváskorlátozás alatti ghrelinszint növekedése a magasabb kalóriafogyasztással volt összefüggésben, amikor ad libitum engedélyezték az élelemhez való hozzáférést. Tudomásunk szerint ez az első bizonyíték arra, hogy az emelkedett ghrelin szint előre jelezheti az étkezés mennyiségét az alváskorlátozás során. Ezek a megállapítások azt a lehetséges mechanizmust sugallják, amellyel az alvásvesztés fokozott táplálékfelvételhez és a súlygyarapodás kialakulásához vezethet.

Megállapítottuk, hogy az alváskorlátozás mind az éjszakai, mind a nappali ghrelin szint emelkedésével jár a standard étrend során. Az étkezés utáni ghrelinszint reggeli, ebéd és vacsora után az alváskorlátozás alatt magas maradt a normál alváshoz képest. Megállapításainkkal összhangban, a kísérleti alváskorlátozás során korábban megfigyeltek magasabb nappali ghrelinszintet egészséges férfiaknál kontrollált kalóriabevitel mellett (12, 15). Ezzel szemben a ad libitum az etetési körülmények szerint a ghrelin szint vagy csökkent (8), vagy változatlan (5, 7, 9, 18) az alváskorlátozás alatt. Lehetséges, hogy ezekben a vizsgálatokban elfedték az alvás időtartamának a ghrelinre gyakorolt ​​hatásait a kontrollálatlan kalóriabevitel miatt.

Vizsgálatunk során a 24 órás leptin profilokat nem befolyásolta szignifikánsan az alvás időtartama standardizált étrend alatt. Az alváskorlátozásnak a leptin jóllakási hormonra gyakorolt ​​hatásaival kapcsolatos korábbi megállapítások vegyesek. Ellenőrzött táplálkozási körülmények között kimutatták, hogy a leptinszint csökkent (13, 15), emelkedett (16, 17) vagy változatlan (12). Alatt ad libitum táplálkozási körülményekről számoltak be, mind emelkedett (5, 8, 19), mind változatlan (7, 9, 18) leptinszintekről. Ezek az inkonzisztens eredmények a vérminták időzítésének és gyakoriságának, valamint a vizsgálatban résztvevők tápláltsági állapotának és energiaegyensúlyának módszertani eltéréseinek tudhatók be.

A hasnyálmirigy-polipeptid egy bélhormon, amelyről úgy gondolják, hogy fontos szerepet játszik az étvágyszabályozásban (24). Tudomásunk szerint tanulmányunk az első, amely az alváskorlátozás hatását vizsgálja a hasnyálmirigy polipeptid szintjére. Összességében nem figyeltünk meg jelentős változást a hasnyálmirigy-polipeptid profilokban. Azonban a vacsora utáni hasnyálmirigy-polipeptid szintjének kicsi, de szignifikáns csökkenését tapasztaltuk az alváskorlátozás során, ami elképzelhető módon stimulálhatta az étkezés.

Amikor engedélyezték az ételekhez való szabad hozzáférést, azt tapasztaltuk, hogy az alváskorlátozás során nőtt a teljes kalóriabevitel. Ez a megállapítás összhangban van több olyan korábbi vizsgálattal, amelyek szerint az alváskorlátozás alatt megnövekedett a kalóriabevitel ad libitum etetési körülmények (5-12). Résztvevőinkben az ételbevitel növekedését elsősorban az snack és a szénhidrátfogyasztásból eredő magasabb kalóriabevitel indokolta, amelyről korábban kiderült (8, 9) .

Kimutatták, hogy az elégtelen alvás növeli az energiafogyasztást, az egész szoba kalorimetriájával értékelve (8, 25). Korábbi tanulmányok azt is kimutatták, hogy a rövid távú alváskorlátozás súlygyarapodást eredményez, amikor az egész kísérlet során szabad hozzáférés biztosított az élelemhez (5, 7, 8, 10), ami arra utal, hogy az energiafogyasztás meghaladja a kiterjedt ébrenlét anyagcsere költségeit. Vizsgálatunkban az étrendet kontrollálták, és a testtömeg hasonló volt az alvási körülmények között a ad libitum etetési periódus, amelyre a kísérlet végén került sor. Ezenkívül a gyorsulásmérőn alapuló monitorok által mért aktivitási szintek nem különböztek a körülmények között.

Összefoglalva, bebizonyítottuk, hogy az egészséges fiatal, sovány férfiak kísérleti alváskorlátozása megnövekedett ghrelinszintet eredményez, elősegítve a megnövekedett táplálékfelvételt. Ezek a megállapítások bizonyítékot szolgáltatnak azokra a lehetséges tényezőkre, amelyek révén az alvásvesztés fokozott súlygyarapodáshoz és elhízás kialakulásához vezethet. Jövőbeni mechanisztikus vizsgálatokra van szükség a potenciális mediátorok azonosításához a megnövekedett táplálékfogyasztás és az elégtelen alvás között.

Köszönetnyilvánítás

A szerzők köszönetet mondanak a Chicagói Egyetem Klinikai Kutatóközpont ápoló és táplálkozási munkatársainak a szakértői segítségért és az önkénteseknek a tanulmányban való részvételért.