Az ételek és a testórák összehangolása - hatással a testsúlyra és a glükóz anyagcserére

Amy T. Hutchison

1 Adelaide Medical School, University of Adelaide, Adelaide SA 5000, Ausztrália; [email protected] (A.T.H.); [email protected] (G.A.W.)

ételek

2 Dél-ausztrál Egészségügyi és Orvosi Kutatóintézet (SAHMRI), North Terrace, Adelaide SA 5005, Ausztrália

Gary A. Wittert

1 Adelaide Medical School, University of Adelaide, Adelaide SA 5000, Ausztrália; [email protected] (A.T.H.); [email protected] (G.A.W.)

2 Dél-ausztrál Egészségügyi és Orvosi Kutatóintézet (SAHMRI), North Terrace, Adelaide SA 5005, Ausztrália

Leonie K. Heilbronn

1 Adelaide Medical School, University of Adelaide, Adelaide SA 5000, Ausztrália; [email protected] (A.T.H.); [email protected] (G.A.W.)

2 Dél-ausztrál Egészségügyi és Orvosi Kutatóintézet (SAHMRI), North Terrace, Adelaide SA 5005, Ausztrália

3 Robinson Kutatóintézet, University of Adelaide, North Adelaide SA 5006, Ausztrália

Absztrakt

A 2-es típusú cukorbetegség prevalenciája világszerte folyamatosan növekszik, és eléri a járvány mértékét. Túlságosan leegyszerűsítik azt a felfogást, hogy ez a túlzott energiafogyasztásból és a csökkent fizikai aktivitásból eredő elhízásnak tudható be. A cirkadián szinkron, amely akkor következik be, amikor a fiziológiai folyamatok ellentmondanak a belső órák által előidézett időzítésnek, szintén elősegíti az elhízást és rontja az egérmodellekben a glükóz toleranciát, és a modern emberi életmód jellemzője. Ennek az áttekintésnek az a célja, hogy rávilágítson a cirkadián szinkronizáció állat- és humán modelljeiben ismert glükóz-anyagcserére, és megvizsgálja annak bizonyítékát, hogy az étkezés időzítésének elmozdulásai hozzájárulnak-e a glükóz-anyagcsere, a bélhormon-szekréció károsodásához és a típus kockázatához 2 cukorbetegség. Végül megvizsgáljuk, hogy az ételfogyasztás diszkrét időtartamokra való korlátozása megakadályozza-e vagy visszafordítja-e a glükóz metabolizmusának rendellenességeit azzal a céllal, hogy javuljon az anyagcsere-egészségügy a műszakos munkavállalóknál és azoknál, akik általában veszélyeztetettek a krónikus betegségek, például a 2-es típusú cukorbetegség és a szív- és érrendszeri betegségek.

1. Áttekintés

A 2-es típusú cukorbetegség aránya világszerte gyorsan növekszik, és az előrejelzések szerint 2023-ig Ausztráliában ez a fő járulék a betegségterhekhez [1]. Az elhízás, különösen a hasi elhízás és a zsírmáj, hozzájárulnak a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásához. Az energia-egyensúlyhiány és a nem optimális tápanyag-fogyasztás mellett a felhalmozódó bizonyítékok azt sugallják, hogy a cirkadián szinkron, amelyet akkor definiálnak, amikor a fiziológiai folyamatok nincsenek összhangban a belső órákkal, hozzájárulhat és módosítható tényező lehet a 2. típusú fejlődéshez. cukorbetegség [2].

2. Cirkadián ritmusok és az anyagcserére gyakorolt ​​hatások

A cirkadián ritmusok állandó körülmények között csaknem 24 órás ritmusokkal oszcillálnak, és külső jelek által megragadhatók. A cirkadián óra fenntartásában központi szerepet játszik az agy szuprachiasmatikus magja (SCN), amelyet a fény/sötét ciklus magával ragad, a retino-hipotalamusz traktus retinájának fotoreceptorain keresztül. Az SCN-t az alvás/ébrenlét ciklusa, a fizikai aktivitás, valamint az éhezési és táplálkozási időszakok is magukban foglalják [10,11,12]. A cirkadián órákat szinte minden szövetben és sejttípusban azonosították, ahol ezek szabályozzák a helyi anyagcsere folyamatokat, beleértve a glükóz és lipid homeosztázist, a hormon felszabadulást, az immunválaszt, a gyomor-bél mozgékonyságát és az emésztési folyamatokat [13]. Míg ezek a „perifériás órák” az SCN-től kapnak inputot, fázisuk érzékeny más külső tényezőkre, beleértve a tápanyagok elérhetőségét is [14].

A cirkadián időzítés molekuláris alapját a transzkripciós aktivátorokra koncentrált transzkripciós/transzlációs visszacsatolási hurkok biztosítják; cirkadián mozgásszervi kimeneti ciklusok kaput (ÓRA), valamint agy és izom ARNT-szerű 1 (BMAL1), amelyek pozitív elemként működnek a visszacsatolási ciklusban. A CLOCK és a BMAL1 hat represszort kódoló gén, három periódusgén (per1, per2, per3), két kriptokróm gén (cry1 és cry2), a Rev-Erbα transzkripciós faktor és egy RORα promoter gén transzkripcióját hajtja végre [15]. Ez a mag molekuláris óra csaknem 24 órás periodicitással, a transzkriptóm, a proteaszóma és újabban a foszfo-proteaszóma [16] több mint 25% -ával ciklusozódik be az időbeli hangszerelésű hullámokban. Az elmúlt évtizedben számos tanulmány kimutatta, hogy a cirkadián óra gének egész testre vagy szövetspecifikus kiütése mély változásokat idéz elő az anyagcserében. Ezek a megállapítások magukban foglalják a megnövekedett zsírszintet, a csökkent glükóz toleranciát és a csökkent élettartamot [3,4]. Ezen génkiütések közül sokan aberrációt mutatnak a táplálkozási szokásokban, és többet esznek a nap folyamán, ami önállóan hozzájárulhat az anyagcsere változásához [3,4].

3. A cirkadián szinkronizáció metabolikus következményei (emberek)

Epidemiológiai vizsgálatok azt mutatják, hogy a váltott műszakban dolgozók fokozottan veszélyeztetettek az elhízás és a 2-es típusú cukorbetegség kialakulásában [17]. Egy nőknél végzett prospektív vizsgálat kimutatta, hogy a 2-es típusú cukorbetegség fokozott kockázatát csak részben közvetíti a műszakban dolgozók nagyobb súlygyarapodása [18]. Érdekes módon a metabolikus szindróma gyakorisága magasabb volt azoknál a férfiaknál is, akik korábban műszakos munkát végeztek, szemben azokkal, akik soha nem végeztek műszakos munkát [19]. Ez azt jelezheti, hogy ezek az anyagcserezavarok nem teljesen visszafordíthatók.

A cirkadián szinkronizáció metabolikus következményei (preklinikai modellek)

Az etetés és az éheztetés fontos külső szinkronizáló a perifériás oszcillátorok számára. Egereken végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a 24 órás éhezés a májban a ritmikusan expresszált transzkriptumok több mint 80% -át ellapítja [22]. Az egyik mechanizmus, amelyen keresztül ez bekövetkezik, az 5'-AMP-aktivált protein-kináz (AMPK) aktiválása, amely foszforilálva sír, célozza meg a lebomlást. A koplalás a gátolja a rapamicin (mTOR) aktivitásának mechanisztikus célpontját is, ami hatással van a stabilitásra [23], és indukálja a cirkardiánus szinkronizációt.

Tanulmányok kimutatták, hogy a rágcsálók kizárólag napközbeni táplálása (amikor ez az éjszakai állat normálisan alszik) növeli a testtömeget az ad libitum-mal etetett állatokhoz képest [24]. Hasonló reakciókat figyeltek meg azokban az egerekben, amelyeket magas zsírtartalmú étrenddel etettek, lényegesen nagyobb súlygyarapodás és gyengébb glükóz tolerancia volt a nappal táplált egerekben, szemben az éjszaka táplált egerekkel [25]. Érdekes, hogy az egerek etetése három különálló „étkezéssel” olyan konfigurációban, amely utánozza a tipikus emberi étkezési időket (az egér egyenértéke reggel 7, 12 és 20, ekkor valamivel több kalória biztosított ebédnél és vacsoránál, mint reggelinél) az a perifériás óra [26]. Ennek metabolikus hatásait nem értékelték, de a testtömegre nem volt hatással. Azonban az étkezés időben történő elkészítésének rövid időtartama és 20% -os kalóriakorlátozás bevezetésének szükségessége befolyásolhatta ezt a választ.

Azok az egerek, amelyeknek magas zsírtartalmú étrendet (HFD) táplálnak, ad libitum, étkezésük során csillapított napi ritmusokat mutatnak be, és a pihenő szakaszban többet esznek [24]. Ez a rendellenes étkezési szokás és a meghatározott éhezési időszak hiánya megzavarja a perifériás órák és a lefelé irányuló célpontok expressziójának ciklikus mintázatát, és megmagyarázhatja legalább a magas zsírtartalmú étrend következtében megfigyelhető anyagcsere-következményeket [27]., 28]. Noha a tápanyagok cirkadián ritmusra gyakorolt ​​hatásainak megvitatása meghaladja e felülvizsgálat kereteit, és ezt mások is alaposan áttekintették [29], fontos tudomásul venni, hogy a tápanyagok képesek zeitgeberként viselkedni. Mint ilyen, az étrend összetétele befolyásolhatja a fellépő szinkronhiány mértékét. Emberben azonban kevés a bizonyíték, és további vizsgálatokat igényel.

4. Glükóz metabolizmus, bélhormonok és cirkadián ritmusok

Mint sok más rendszerhez, az étkezés utáni glikémiához is cirkadián szabályozás vonatkozik [30]. Embereknél az esti tesztek hiperglikémiás reakciót eredményeznek a reggel adott étkezésekkel szemben, még akkor is, ha az étkezések között azonos a koplalás hossza [31,32,33]. Az esti glükóz tolerancia csökkenése a csökkent inzulinszekréció, valamint a perifériás és máj inzulinrezisztencia következménye [32,34,35,36], amely az alvás/ébrenlét és az etetési/koplalási ciklusoktól függetlenül következik be [36, 37].

5. Az étkezés időzítésének kisebb eltérései ronthatják az anyagcsere folyamatokat?

6. Az ételbevitel és a testórák összehangolása

Az időbeli korlátozású etetés (TRF) diétás megközelítést ír le, amely szerint az étel ad libitum minden nap rövid ideig elérhető. Azok az egerek, akiknek magas zsírtartalmú étrendet adnak, ad libitum körülmények között, a táplálékfelvétel és a nyugalmi anyagcsere sebessége csillapodik a napi ritmusban. Ezzel szemben az egerek magas zsírtartalmú étrendjének biztosítása korlátozott időtartamú körülmények között (azaz 9–12 órán keresztül), kizárólag éjszaka alatt, alaphelyzetbe állítja a perifériás órákat, és eltörli a HFD sokféle metabolikus következményét. Ez magában foglalja a nappali rezgések helyreállítását a nyugalmi energiafelhasználásban és a máj glükóz metabolizmusában [27]. Hasonló reakciót figyeltek meg az étrend által kiváltott elhízott egereknél, a TRF csökkentette a hiperinsulinémiát, a máj steatosisát és a gyulladást [50]. Érdekes, hogy amikor a sovány állatokat TRF-HFD-re váltották, de ad libitum hozzáférést biztosítottak a magas zsírtartalmú étrendhez heti 2 egymást követő napon („hétvégét” szimulálva), akkor a sovány testtömeg és az anyagcsere-profilok megmaradtak [50]. Számos TRF-tanulmány pozitív hatásokat mutatott ki az anyagcsere-betegség különféle rágcsáló-modelljeiben, az aktív fázisban a leggyakrabban kiválasztott idő 8 óra élelmiszer-hozzáférés volt [28,51]. Ezek a tanulmányok azt sugallják, hogy a TRF, legalábbis egereknél, meg fogja tagadni a rossz étkezési szokások metabolikus következményeit.

Számos megfigyelési tanulmány készült olyan személyekről, akik a böjt iszlám rituáléját hajtják végre a ramadán hónapban [56,57,58,59,60,61,62]. A ramadán lényegében egy időre korlátozott táplálkozási protokoll, amely előírja, hogy az egyének tartózkodjanak az evéstől és az ivástól a nappali órákban. Figyelembe véve az állatokkal kapcsolatos adatokat, a ramadánt jellemzően az éjszakai étkezési szokásokra való áttérés várhatóan káros hatással lehet az anyagcsere-egészségre. Ezzel szemben a legtöbb tanulmány a vér lipidjeinek kedvező javulásáról számol be, ideértve a teljes és az alacsony sűrűségű lipoprotein (LDL) koleszterin, a trigliceridek csökkenését és a nagy sűrűségű lipoprotein (HDL) koleszterin szintjének növekedését [56,57,60,61,62]. Ezen egészségügyi előnyök egy része enyhe energiakorlátozásnak és szerény súlyvesztésnek tudható be, amelyet általában a ramadán böjt hatására figyelnek meg [56,57,61,62]. Az étkezés utáni hiperglikémiáról [63], az éhomi vércukorszint növekedéséről és a glikémiás kontroll romlásáról [57,64] is beszámoltak. Feltételezzük, hogy a TRF protokoll éjszakai végrehajtása előnyös lesz a testtömeg és a kardiovaszkuláris kimenetel szabályozásában, de nem a glikémiás kontrollban.

Két másik TRF protokollt is teszteltek a mai napig. Az egyikben 8 olyan személyt toboroztak, akik elhízottak és legalább 14 órán át étkeztek naponta [44]. Arra utasították az egyéneket, hogy az étkezést napi 10–11 órára korlátozzák, egyéb diétás utasítások nélkül. A TRF 16 hét után 3,3 kg súlycsökkenést eredményezett, amelyet 12 hónapig tartottak fenn. Megjegyzendő, hogy a pontos TRF ütemtervet saját maga választotta ki, és a résztvevők lerövidítették a napjuk mindkét végét (átlagosan 1000–2030 óra), és nem volt kontrollcsoport. Egy másik tanulmányban a sovány, egészséges férfiak ad libitum-t ettek, szemben a napi 13 órás TRF-vel (0600–1900), 2 hétig. A TRF vizsgálati körülmény kevesebb élelmiszer-fogyasztást és –0,4 kg súlycsökkenést eredményezett, szemben az ad libitum körülmények közötti +0,6 kg-os növekedéssel [68]. Az anyagcsere-egészségügyi eredményekről egyik publikáció sem számolt be, ami megnehezíti annak megállapítását, hogy léteznek-e a fogyáson túl kedvező egészségügyi hatások. A kis mintamérettel rendelkező vizsgálatok korlátozott száma, a megfelelő kontrollok hiánya, valamint az elhízott egyéneknél a TRF hatásait jelentő adatok hiánya rávilágít a további kutatások szükségességére ezen a területen.

Az utolsó szempont az marad, hogy a szabálytalan étkezés megváltoztatja-e a glükózkontrollt. Tudomásunk szerint két emberen végzett tanulmány részben vizsgálta ezt a koncepciót. A résztvevőket arra kérték, hogy napi 3–9 étkezés között egyenek, vagy napi 6 étkezést fogyasszanak minden nap ugyanabban az időben 2 hétig. A szabálytalan étkezési szokások inzulinrezisztenciát váltottak ki a magas szénhidráttartalmú reggeli étkezés hatására sovány [69] és elhízott [70] nőknél, bár az éhomi vércukorszint nem különbözött az étkezés körülményeitől. Ezek a tanulmányok azt sugallják, hogy a helytelen étkezési szokások inzulinrezisztenciát is kiválthatnak, de hosszabb távú vizsgálatokra van szükség.

7. Következtetések

Általános az a vélemény, hogy a teljes energiafogyasztás a nap folyamán előnyösebb, mint az esti fogyasztás. Kevés tanulmány vizsgálta ezt prospektíven emberen, vagy bármilyen hosszú ideig. Mindazonáltal az időkorlátos etetés ígéretet mutatott eszközként az étrend által kiváltott elhízás metabolikus következményeinek enyhítésére egérmodellekben. Jó minőségű bizonyíték hiányzik a TRF-ről, mint étrendi megközelítésről az emberek glükózkontrolljának javítására. Ellenőrzött vizsgálatokra van szükség, és meg kell határozniuk, van-e alkalmazkodás a megközelítésben, szem előtt tartva ennek a megközelítésnek a közösségbe történő átültetésének praktikusságát.

Köszönetnyilvánítás

Leonie K. Heilbronnot a Future Fellowship, Ausztrál Kutatási Tanács finanszírozza (FT120100027).