A nagy reggeli tanulmány: A krónikus táplálkozás hatása az energiafelhasználásra és a testsúlyra

L. C. Ruddick ‐ Collins

1 A Rowett Intézet, Aberdeeni Egyetem, Aberdeen, Egyesült Királyság,

J. D. Johnston

2 Egészségügyi és Orvostudományi Kar, Surrey Egyetem, Guildford, Egyesült Királyság,

P. J. Morgan

1 A Rowett Intézet, Aberdeeni Egyetem, Aberdeen, Egyesült Királyság,

A. M. Johnstone

1 A Rowett Intézet, Aberdeeni Egyetem, Aberdeen, Egyesült Királyság,

Absztrakt

Egyre több bizonyíték rávilágít a biológiai óra fontosságára, mint az energiaegyensúly és az anyagcsere modulátorának. A legutóbbi embereken végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a bevitt kalóriákat reggel hatékonyabban használják fel, mint este, és ez a jobb fogyás révén nyilvánul meg, még izoenergetikus kalóriabevitel esetén is. A fokozott reggeli energia-anyagcsere hátterében álló mechanizmusok még nem tisztázottak, bár a viselkedés adaptációiból vagy a fiziológiában és az energia-anyagcserében a cirkadián által vezérelt változásokból fakadhatnak. Az újonnan finanszírozott Nagy Reggeli Tanulmány egyik fő célja ezért ennek a fokozott súlycsökkenéshez vezető reggeli termogenezisnek a mechanisztikus alapjainak vizsgálata az energiafelhasználás viselkedési és fiziológiai adaptációinak feltárásával az alapul szolgáló cirkadián biológia mellett. Ez a jelentés röviden tárgyalja az étkezés időzítését, a cirkadián ritmust és az anyagcserét összekapcsoló jelenlegi kutatást; kiemeli a kutatási hiányosságokat; és áttekintést nyújt az Orvosi Kutatási Tanács által finanszírozott Nagy Reggeli Tanulmány részeként végzett vizsgálatokról.

Bevezetés

A jelentések szerint az Egyesült Királyságban az egyik legmagasabb az esti energiafogyasztás, a napi energiafogyasztás aránya fokozatosan növekszik a nap folyamán, és a vacsora átlagosan a napi kalória 40% -át adja (Almoosawi et al. 2016). A nap folyamán növekvő energiafogyasztás hasonló szokásairól, bár kissé kisebb, körülbelül 33–34% -os vacsorabevitellel számoltak be, számos más országban, köztük az Egyesült Államokban, Kanadában, Németországban, Dániában, Hollandiában és Belgiumban (Almoosawi et al., 2016). A mai napig meglepően kevés figyelmet fordítottak a napszak fontosságára a táplálkozási reakció vagy az energiaegyensúly szempontjából.

nagy

A cirkadián ritmusok szerepe az anyagcsere folyamatok és az energiaegyensúly szabályozásában. A perifériás szövetekben található óragéneket elsősorban a hipotalamusz (a szuprachiasmatikus mag; SCN) központi „főórája” szabályozza, amelyet főleg a fény/sötét ciklus irányít. Az óra génjeit más külső tényezők is magukban foglalják, ideértve az étel bevitelét és a testmozgást. Óragéneket hoztak létre az agyban, a májban, a gyomor-bél traktusban, az endokrin rendszer zsírszövetében és a vázizmokban. Szabályozzák a fiziológiai folyamatok ütemezését, különösen azokat, amelyek részt vesznek az élelmiszer emésztésében, a tápanyagok felvételében és a tápanyagok anyagcseréjében. Ezek viszont valószínűleg befolyásolják az energiafogyasztást a nyugalmi energiafelhasználás, az étel termikus hatásának és a fizikai aktivitásnak a szabályozásával. A viselkedési vonatkozások magukban foglalják az ételbevitel és az ételválasztás, valamint a testmozgás befolyásolását. [A színes ábra megtekinthető a http://wileyonlinelibrary.com címen]

Az evés időzítése (kalóriaeloszlás): Hatások az energiaegyensúlyra és az anyagcsere-egészségre

A világos/sötét, ébrenlét/alvás és a táplálkozás/gyors ciklusok közötti szinkron ábrázolása emberben, mint egynapos faj. [A színes ábra megtekinthető a http://wileyonlinelibrary.com címen]

E bizonyítékok ellenére az étkezés időzítését emberen összehasonlító klinikai vizsgálatok rendkívül korlátozottak. A mai napig nem végeztek randomizált, kontrollált crossover vizsgálatokat, amelyek összehasonlították volna a nagy reggeli étkezéseket a nagy esti étkezésekkel. A Big Breakfast Study ezt a hiányosságot fogja orvosolni egy randomizált kontrollvizsgálat végrehajtásával, amely összehasonlítja a reggeli és az esti testsúlycsökkentő étrendeket túlsúlyos és elhízott egyénekben, amelyben az energiafogyasztás és az energiafelhasználás minden összetevőjét 4– heti időszakok.

Fiziológiai mechanizmusok és a cirkadián hatás az energia-anyagcserére

A napi változások nyilvánvalóak a tápanyagtranszportban szerepet játszó gasztrointesztinális felszívódási arányban és a gasztrointesztinális gének expressziójában, amelyek jellemzően magasabbak az aktív fázis alatt és az éhezést követően is (Sotak és mtsai 2011; Hussain & Pan 2015). A gyomor ürítésének sebessége szintén cirkadián kontroll alatt áll, a biológiai este lassabban üríti a gyomrot (Goo és mtsai 1987). Ezek a tényezők hozzájárulhatnak a megfigyelt megnövekedett reggeli TEF-hez azáltal, hogy befolyásolják a tápanyagok felszívódását a belekben, valamint befolyásolják a tápanyagok emésztésének és tárolásának energiafogyasztási folyamataihoz szükséges hormonok és metabolitok felszabadulását (Weststrate et al. 1989; Romon et al., 1993). Egyelőre nem világos, hogy a gyomor-bél felszívódási sebességének nappali/éjszakai ritmusát a viselkedési ciklus vagy az endogén cirkadián biológia vezérli-e, és egyetlen tanulmány sem vizsgálta, hogy az étkezés után a gyomorürülés 24 órás eltérései hogyan befolyásolhatják az étkezés utáni energia-anyagcserét nap. A csökkent esti inzulin felszabadulás és a glükóz tolerancia tovább befolyásolhatja a szénhidrátbevitelt követő glikogenezissel járó termogén költségeket, és csökkentheti az esti TEF-t (Ravussin et al. 1985; Van Cauter et al. 1997).

A reggeli és az esti táplálás közötti különbség a fogyás oka lehet az önkéntes és véletlenszerű fizikai tevékenységet, valamint az étvágyat és az ételt választó magatartási hatás is. Például Betts et al. (2014) magasabb fizikai aktivitást talált a reggelit fogyasztó egyéneknél, mint azok, akik kihagyták a reggelit. Az is hihető, hogy a reggeli és esti étkezés fogyasztása közötti energiaköltség-különbség tükrözi a megváltozott bazális anyagcserét. Így a TEF mellett az alapanyagcsere és a fizikai aktivitás napi változásai gondos megfigyelést igényelnek az étkezés időzítése és a testtömeg közötti kapcsolatot alátámasztó mechanizmusok tanulmányozása során.

Összefoglalva, bizonyítékok vannak arra, hogy az evés időzítése klinikailag jelentősen befolyásolja a fogyást, az energiaegyensúlyt és az anyagcsere-egészséget. Az étkezési idő okozta differenciális energiafelhasználáshoz hozzájáruló mechanizmusok azonban még nem tisztázottak, és a napi energiafelhasználás változó összetevőit még soha nem vizsgálták kifejezetten a napi ritmus szempontjából.

A nagy reggeli tanulmány célkitűzései

A Nagy Reggeli Tanulmány fő célkitűzései annak megértése, hogy az étkezés méretének (kalóriabevitel) megváltoztatása, különösen az energiafogyasztás reggeli és esti elosztása hogyan befolyásolja az energiaegyensúlyt. Meghatározzuk az energiaegyensúly mögöttes mechanizmusait (az energiafelhasználás és az étvágy felmérésével) és a cirkadián biológia hatását. [A színes ábra megtekinthető a http://wileyonlinelibrary.com címen]

Két tanulmány feltárja az energiafogyasztásra és az energiaegyensúlyra gyakorolt ​​lehetséges viselkedési és cirkadián/napi hatásokat. Konkrétan a projekt két átfogó célt fog megcélozni:

értékelni az evés időzítésének az energiafelhasználással és a szubsztrát kihasználásával kapcsolatos mechanizmusokra gyakorolt ​​hatását;

a biológiai cirkadián hatásnak az energiafelhasználásra és a kapcsolódó endokrin útvonalakra gyakorolt ​​hatásának tesztelése egy fix etetési fáziseltolódási protokoll alatt.

Ezek a tanulmányok kibővítik az étrend és a test cirkadián ritmusainak („krónikus táplálkozás”) kölcsönhatásával kapcsolatos jelenlegi ismereteket, és segítenek tájékoztatni a testsúly-szabályozásra vonatkozó táplálkozási irányelvek jövőbeni kidolgozásáról, az energiafogyasztás időzítésének optimalizálásán alapulva. Az aktuális szakirodalom áttekintését, a jelenlegi projekt kutatási hiányosságait és céljait a 4. ábra szemlélteti .

A jelenlegi kutatások összefoglalása, a szakirodalom jelenlegi hiányosságai és a Nagy reggeli tanulmány céljai. TDEE, a teljes napi energiafelhasználás; RMR, nyugalmi anyagcsere sebesség; TEF, az ételek termikus hatása. [A színes ábra megtekinthető a http://wileyonlinelibrary.com címen]

1. cél: Az evés időzítésének hatásának felmérése az energiafelhasználással és a szubsztrát kihasználásával kapcsolatos mechanizmusokra: Étkezési idő tanulmány

Felvetődött, hogy a korábbi vizsgálatokban megállapított esti alacsonyabb TEF a lassabb gyomorürülés vagy a csökkent tápanyagfelvétel következménye lehet. Ezért a gyomor kiürülését stabil izotóp technikával (13 C oktánsav) mérjük, egyidejűleg a TEF és az étkezés utáni glükóz-, inzulin- és bélhormon-változások értékelésével. Míg a korábbi vizsgálatok magasabb reggeli TEF-t jeleztek (Morris et al. 2015), a mindössze 2 órás intézkedések használata nem elegendő a teljes TEF válasz meghatározásához. A TEF és a gyomor ürítésének hat órás mérését Reed és Hill (1996) módszertana alapján alkalmazzák, amely egy megkülönböztetőbb módszer a teljes TEF válasz mérésére.

A korábbi kutatásokkal összhangban az anyagcsere-egészségi állapot méréseit az egyes vizsgálati szakaszok végén a tesztnapokon is értékelni fogjuk. Ez magában foglalja a vérnyomást, az éhomi étrendet és az étkezés utáni glükózt, az inzulint és a lipideket, hogy meghatározzák a reggeli terheléssel járó egyéb egészségügyi előnyöket. A vércukorszintet minden vizsgálati fázis utolsó 3 napján tovább mérjük folyamatos glükózmonitorok (CGM) alkalmazásával. Korábban kimutatták, hogy a reggeli táplálás az esti etetéshez képest jelentősen nagyobb mértékben csökkentette az éhomi glükóz, az inzulin, a homeosztatikus modell értékelése - inzulinrezisztencia és a szérum triglicerid szintet, és a nagy sűrűségű lipoprotein (HDL) koleszterin szintjét jelentősen nagyobb mértékben javította (Jakubowicz et al., 2013). Az étkezési idő tanulmány megerősíteni fogja ezeket a bizonyítékokat azáltal, hogy keresztmetszeti tervet vezet be az anyagcsere-vér szubsztrátumok egyéni összehasonlítására. A CGM-ek felvétele lehetővé teszi a reggeli terhelés hatásának részletes értékelését az étkezés utáni akut glükózválaszokra és a napi glükózingadozásokra vonatkozóan.

Végül ez a tanulmány a résztvevők szubjektív étvágyát fogja felmérni a vizuális analóg mérleg (Flint és mtsai 2000) segítségével, minden egyes vizsgálati szakasz utolsó hetében három egymást követő napon keresztül óránként, szabad életkörülmények között, folyamatos glükózértékeléssel és aktigráfos értékeléssel mérve. Az étvágy értékelése szintén 30 percenként történik a teljes tesztnapon, egyidejűleg a gyomorürülés és a TEF mérésével. Ebből arra törekszünk, hogy meghatározzuk, hogyan befolyásolja az étkezés időzítése a napi étvágyat, valamint komplex kapcsolatokat teremtsünk a vércukorszint, a fizikai aktivitás, a gyomor ürítése és az energiafelhasználás között.

2. cél: A biológiai cirkadián hatásának az energiafogyasztásra és a kapcsolódó endokrin utakra gyakorolt ​​hatásának tesztelése fix etetési fáziseltolódási protokoll alatt: A fény és a viselkedés 5 órás fáziskésésének hatása az emberi anyagcsere napi ritmusaira

Az emberi környezeti és viselkedési hatások elválasztása az endogén cirkadián fiziológiától segít megérteni az energiafogyasztás ritmikus kifejezésével járó mögöttes mechanizmusokat. Konkrétan, az endogén sejtek relatív hozzájárulásának megállapításához felhasználhatók olyan fáziseltolódási protokollok, amelyek az egyén relatív napszakát korábbra vagy későbbre módosítják a fény/sötét, alvás/ébrenlét és az etetés/gyors ciklusok előrehaladásával vagy késleltetésével. cirkadián ritmusok vs. viselkedési ciklusok. E tanulmány arra a kérdésre kívánt választ adni, hogy „Hogyan befolyásolják a cirkadián ritmusok az energiafogyasztás, az anyagcsere és a gyomorürülés mintázatait és a kapcsolódó endokrin útvonalakat egy fix táplálkozási fáziseltolódási protokoll során, és hogyan befolyásolják az endogén cirkadián ritmusok az energiafogyasztást és az energiaegyensúlyt?”

A világos és sötét expozíciót (mind az idő, mind a lux értéket) minden nap ellenőrzik, a résztvevők megvakulnak a napszaktól, hogy ne zavarják természetes cirkadián ritmusukat. Az emberi cirkadián fázis arany standard jelzőjét, a plazma melatonin koncentrációt óránként mérjük, legfeljebb 15 egymást követő mintán (pl. 16:00 és 06:00 között). Az adatokat elemezni fogjuk a melatonin szignál megjelenésének időzítésének kiszámításával, validált módszerek szerint (Benloucif et al. 2008). Folyamatos glükózmonitorozást és fizikai aktivitás mérését aktigráfokkal is elvégezzük az étkezési tanulmány szerint, és a teljes 7 napos protokoll alatt viseljük.

A nyugalmi anyagcserét az összes tesztnap reggelén, a TEF értékét pedig a nap mindhárom étkezése után: reggeli, ebéd és vacsora után 5 órán keresztül értékeljük. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk a TEF-et meghatározott étkezésekre, valamint a teljes TEF-et egy egész napra, és meghatározzuk a fáziseltolódás hatására bekövetkező változásokat. A reggeli étkezés során a gyomor kiürülésének és metabolitjainak (glükóz, inzulin, bélhormonok és lipidek) egyidejű mérésével azonosítani tudjuk, hogy vannak-e különbségek a TEF válasz sebességében vagy nagyságában a fáziseltolódáshoz képest, és hogy ezek a gyomor ürítésében, a szubsztrát felvételében és felhasználásában mutatkozó különbségeknek tulajdoníthatók. Ez a fáziseltolásos tanulmány lehetővé teszi számunkra, hogy felmérjük az endogén cirkadián óra hatását ezen emésztési és anyagcsere folyamatok szabályozásában, valamint az energiafelhasználás egyes összetevőire (RMR, TEF, fizikai aktivitás).

Kedvezményezettek és közegészségügyi üzenet

Jelenlegi munkánk célja annak megvizsgálása volt, hogy az Egyesült Királyságban jellemző étkezés-fogyasztási szokás, a kis reggeli és a nagy esti étkezés, a belső biológiai ritmusok ellen hat-e és súlyosbítja-e a sikeres testsúly-szabályozás nehézségeit. A skót kormány vidék- és környezettudományi és elemző szolgálatai által támogatott kiegészítő kutatás jelenleg zajlik a Rowett Intézetben annak megvizsgálására, hogy a reggeli étkezés összetétele (a reggelin fogyasztott 45% kalória, a magas rosttartalmú és a magas fehérjetartalom összehasonlítása) hogyan befolyásolhatja az energiaegyensúlyt és segítséget nyújt a súlykezelésben egy hasonló 10 hetes súlycsökkentő crossover vizsgálatban. Jelenleg nincsenek külön étkezési irányelvek az étkezés időzítésére, különös tekintettel a műszakos munkavállalókra. Ezek a tanulmányok együtt bizonyítékokon alapuló adatokat szolgáltatnak a fordításhoz, hogy javítsák az étkezés időzítését, mint alternatív stratégiát a testsúlykontroll elősegítésére.

Elterjesztés

A Big Breakfast Study eredményeit széles körben terjesztik a tudományos közösség, az ipar, az állami és független testületek, valamint a nagyközönség körében. Konkrétan elkészítünk infografikákat, rövid videós összefoglalókat, sajtóközleményeket, írásos irányelveket és médiákat az ipar (pl. Skót Élelmiszer- és Italszövetség), egészségügyi szervek (pl. NHS) és független szervek számára történő bemutatásra és terjesztésre, valamint információk bemutatására. helyi és az Egyesült Királyság egész területén zajló nyilvános rendezvényeken (pl. Aberdeen's Café Med és Food Matters Live). Ezeket az adásokat a tanulmány eredményeinek kiemelésére, a fontos érdekelt felek oktatására, valamint az egészségpolitika és a jövőbeli tanulmányok támogatási lehetőségeinek bizonyítására szolgálnak.

Következtetések

A korai bizonyítékok alátámasztják a reggeli terhelésű energiaelosztást, mint előnyös stratégiát a súlykontrollban. A Nagy Reggeli Tanulmány célja az ilyen megállapítások mechanisztikai alapjának feltárása és az endogén cirkadián rendszer hozzájárulása az energiafelhasználáshoz és az energiaegyensúlyhoz. A táplálkozástudomány ezen alul kutatott területe innovatív ismeretekhez vezethet, amelyek új módszereket teremthetnek az anyagcsere-egészség és az elhízás kezelésére az étkezés időzítésére vonatkozó étrendi irányelvek végrehajtásával.

Finanszírozás

A tanulmányt az Orvosi Kutatási Tanács finanszírozza.

Szerzői hozzájárulások

Alex Johnstone, Leonie Ruddick-Collins, Peter Morgan és Jonathon Johnston egyaránt hozzájárultak a kézirat megírásához és elkészítéséhez.

Összeférhetetlenség

JDJ tanácsadói munkát végzett a Kellogg Marketing and Sales Company (UK) Limitednél, és kutatási együttműködést folytat a Nestlé Kutatóközponttal. Más szerző nem jelentett be összeférhetetlenséget.

Köszönetnyilvánítás

Akadémiai csapat: Alex Johnstone professzor, Dr. Leonie Ruddick-Collins, Peter Morgan professzor, Dr. Jonathon Johnston.