Étkezés gyakorisága és időzítése az egészség és a betegségek szempontjából

Szerkesztette: Joseph S. Takahashi, Howard Hughes Orvostudományi Intézet, Texasi Egyetem Délnyugati Orvosi Központ, Dallas, TX, és jóváhagyta 2014. október 7-én (2014. július 23-án kapott felülvizsgálatra)

gyakorisága

Absztrakt

Bár a főbb kutatási erőfeszítések arra összpontosítottak, hogy az élelmiszerek bizonyos összetevői hogyan befolyásolják az egészséget, viszonylag kevéssé ismertek az étrend alapvetőbb szempontjai, az étkezések gyakorisága és a cirkadián időzítése, valamint az időszakos időszakok lehetséges előnyei, ha nincs vagy nagyon alacsony az energiafogyasztás. A modern társadalmakban a leggyakoribb étkezési szokás, minden nap három étkezés és snack, evolúciós szempontból rendellenes. Az állatmodellek és az emberi alanyok tanulmányainak újabb eredményei arra utalnak, hogy az akár 16 órás időszakos energia-korlátozási periódusok javíthatják az egészségügyi mutatókat és ellensúlyozhatják a betegség folyamatait. A mechanizmusok magukban foglalják a metabolikus váltást a zsíranyagcserébe és a ketontermelésbe, valamint az adaptív sejtes stresszválaszok stimulálását, amelyek megakadályozzák és helyrehozzák a molekuláris károsodásokat. Mivel az étkezés optimális gyakoriságára és időzítésére vonatkozó adatok kristályosodnak, kritikus fontosságú lesz olyan stratégiák kidolgozása, amelyek beépítik ezeket az étkezési szokásokat az egészségügyi politikába és gyakorlatba, valamint a lakosság életmódjába.

Evolúciós és kulturális szempontok

A modern emberekkel és háziasított állatokkal ellentétben sok emlős étkezési szokásait szakaszos energiafelvétel jellemzi. A húsevők hetente csak néhányszor ölhetnek meg és ehetnek zsákmányt, vagy még ritkábban (3, 4), és a vadászó-gyűjtögető antropoidok, beleértve a ma élőket is, gyakran az étel elérhetőségétől függően időszakosan esznek (5, 6). Az a képesség, hogy fizikailag és mentálisan is magas szinten működjünk hosszabb időn keresztül étkezés nélkül, alapvető fontosságú lehet evolúciós történelmünkben. Az időszakos táplálékellátás érdekében sokféle alkalmazkodás konzerválódik az emlősök körében, beleértve a gyorsan mobilizálható glükóz (májglikogén raktárak) és hosszabb ideig tartó energia-szubsztrátok, például zsírsavak felvételét és tárolását szolgáló szerveket a zsírszövetben. Az élelmiszerek megszerzését és tárolását lehetővé tevő viselkedési adaptációk minden faj, beleértve az embereket is, viselkedési repertoárját áthatják. Valójában az emberek más fajokkal összehasonlítva magasabb kognitív képességei valószínűleg az élelmiszer-erőforrások megszerzése céljából alakultak ki; a bizonyítékok arra utalnak, hogy a legkorábbi eszközöket (7) és nyelveket (8) találták ki az élelmiszerek megszerzésének elősegítésére.

A ~ 10 000 évvel ezelőtt kezdődött mezőgazdasági forradalom azt eredményezte, hogy a modern társadalmakra jellemző, egész évben rendelkezésre álló élelmiszerek rendelkezésre állnak. Agrár őseink napi háromszori étkezést alkalmaztak, feltehetően azért, mert társadalmi és gyakorlati előnyöket nyújtott mind a napi munkához, mind az iskolai beosztáshoz. Újabban, az elmúlt 50 évben a magas kalóriatartalmú élelmiszerek (finomított szemek, cukor, étolajok, kukoricaszirup és így tovább) átjárták ezt a napi három étkezést (9). Ha egyre inkább ülő életmódra helyezzük a hangsúlyt, a nagy energiájú ételek fogyasztása naponta többször hihetően hozzájárult az elhízás és a kapcsolódó betegségek kialakulásához, mint a morbiditás és a halálozás fő okozói (1. ábra). Az elhízás a kutyák és macskák egyik fő egészségügyi problémájává is vált, amelyeket gyakran ad libitum-mal etetnek (10), sőt a laboratóriumi rágcsálókat is gyakran lehet etetni és mozgásszegénynek tekinteni (11, 12). A vadon élő állatok és a vadászó emberek nagyon ritkán, ha valaha is szenvednek elhízásban, cukorbetegségben és szív- és érrendszeri betegségekben (5).

Az elhízás növekvő dagálya szorosan összefügg a napi kalóriabevitellel és a mozgásszegény életmódot elősegítő szállítással (lásd 84 ⇓ –86; www.earth-policy.org/data_center/C23). * USA, hozzávetőleges érték. # Világszerte autógyártás.

Cirkadián ritmusok, étkezés időzítése és egészség

A cirkadián ritmusok önfenntartó ~ 24 órás rezgések a viselkedésben, a fiziológiában és az anyagcserében. Ezek a ritmusok fejlődtek, és lehetővé teszik az organizmusoknak, hogy hatékonyan reagáljanak a kiszámítható napi fényváltozásra: a sötét ciklusra és az ebből eredő ritmusokra az élelmiszerek elérhetőségében a természetben. A génexpressziós vizsgálatok kimutatták, hogy az adott szervben expresszált gének több mint 10% -a cirkadián oszcillációt mutat (13). Ezek a ritmikus átiratok kulcssebesség-meghatározó lépéseket kódolnak a neuroendokrin, jelátviteli és metabolikus utakban. Az ilyen szabályozás idővel szétválasztja az inkompatibilis sejtes folyamatokat, és optimalizálja a sejtek és az organizmusok fittségét. Bár a cirkadián óra sejt-autonóm és jelen van a legtöbb szövettípusban, a cirkadián rendszer hierarchikus módon szerveződik, amelyben a hipotalamusz suprachiasmatic nucleus (SCN) mester cirkadián óraként működik, amely diffúz és szinaptikus mechanizmusokat egyaránt használ hangszerelje a perifériás szervekben a cirkadián ritmust a megfelelő fázisban. A fotoreceptív retina ganglion sejtek monoszinaptikus kapcsolaton keresztül környezeti fényinformációt küldenek az SCN-be annak biztosítására, hogy a cirkadián rendszert bevonják a napi fénybe: sötét ciklus (14).

A TRF jótékony hatásának alapját képező mechanizmus valószínűleg összetett és több útvonalon hat. A napi éhezési és táplálási epizódok kiváltják az éhgyomorra reagáló cAMP-válaszkötő fehérje (CREB) és az AMP-kináz alternatív aktiválódását, valamint a metabolikus homeosztázisban szerepet játszó rapamicin (mTOR) útvonalak inzulinfüggő emlős célpontjának táplálását. Ezenkívül ezek az utak a cirkadián órára is hatással vannak, és javítják az óra alkatrészeinek és a lefelé irányuló célpontok rezgésének robusztusságát (23). Ennek megfelelően a génexpressziós vizsgálatok azt mutatják, hogy a TRF támogatja a máj transzkriptumainak ezernyi napi cirkadiánosságát (26).

Az egerekben a genomika és a genetika összefolyása feloldja az óramag-komponensektől a specifikus tápanyag-anyagcseréig vezető utakat. A nukleáris hormonreceptorok, a REV-ERB szerves részét képezi a cirkadián órának, és közvetlenül szabályozzák a zsírsav- és koleszterin-anyagcsere szempontjából kulcsfontosságú sebességet meghatározó enzimek transzkripcióját (27). Bár a kriptokróm fehérjék erős transzkripciós szuppresszorok, gátolják a cAMP jelátvitelt is, és ezzel hangolják a CREB által közvetített glükoneogenezist (28). Cirkadián órás downstream transzkripciós faktorok A DBP/TEF/HLF szabályozza a xenobiotikus anyagcserét (29), a KLF15 pedig a nitrogén anyagcserét (30). Ezek és más szabályozási módok (31) mechanisztikus keretet biztosítanak az étkezés időzítésének hatására a cirkadián órára, és ezáltal az emlősök metabolikus homeosztázisára.

A cirkadián fázis nemcsak az étel bevitelére gyakorolt ​​metabolikus reakciót befolyásolja, hanem azt is, hogy a táplálékfelvételt nemrégiben bebizonyította, hogy az endogén cirkadián rendszer ellenőrzi, függetlenül az alvás/ébrenlét és az éhezés/táplálkozás ciklusától (32), ami talán megmagyarázza, miért is reggelizik gyakran a nap legkisebb étkezése, vagy akár együtt is kihagyja.

Sejt- és molekuláris mechanizmusok: betekintés az időszakos energiakorlátozásból és a böjtből

Az ad libitum táplálékkal élőkhöz képest az élesztő élettartamát, az élesztőgombákat, az egereket és a majmokat étrendi energiakorlátozással lehet meghosszabbítani (33 ⇓ –35). A súlyos étrendi korlátozást gyakorló egyénekektől gyűjtött adatok azt mutatják, hogy az emberek sok azonos molekuláris, metabolikus és fiziológiai adaptáción mennek keresztül, amelyek jellemzőek a hosszú életű CR rágcsálókra (36). Az IER/böjt megelőzheti, sőt megfordíthatja a betegség folyamatait a különböző rákos megbetegedések, a szív- és érrendszeri betegségek, a cukorbetegség és a neurodegeneratív rendellenességek állatmodelljeiben (2). Itt röviden kiemelünk négy általános mechanizmust, amelyek révén az IER megvédi a sejteket a sérülésektől és betegségektől.

Adaptív stressz válaszok.

Bioenergetika.

Az éhgyomorra bekövetkező metabolikus váltás a ketogenezishez megerősíti az idegsejtek bioenergetikáját. A máj glikogénkészletei általában 10–12 órán belül kimerülnek az éhgyomorra, ezt követi a zsírsavak felszabadulása a zsírszövet sejtjeiből a vérbe. A zsírsavakat ezután a májsejtekbe szállítják, ahol oxidálódva Acetil-CoA keletkezik. Az acetil-CoA-t ezután 3-hidroxi-3-metilgluaril-CoA-vá alakítják, amelyet viszont a ketonaceto-acetát és a-hidroxi-butirát (p-OHB) előállítására használnak. A ketonok felszabadulnak a vérbe, és különféle szövetekbe szállítják, beleértve az agyat is, ahol az idegsejtek felveszik őket, és acetil-CoA előállításához használják őket. Az acetil-CoA belép a trikarbonsav (TCA) ciklusba ATP előállítása céljából.

Míg az IER/koplalás előnyös és a túlevés káros a normális sejtek sok típusára, fordítva igaz a tumorsejtekre. A tumorokban lévő sejtek súlyos mitokondriális rendellenességeket mutatnak, és ATP-jüket elsősorban glikolízisből, nem pedig oxidatív foszforilezésből generálják (54). Ezenkívül a daganatok erősen vaszkularizáltak, így sejtjeik nagy mennyiségű keringő glükózhoz jutnak hozzá. Az állatmodellek következetesen kimutatták, hogy az IER gátolja, sőt megfordítja számos daganat növekedését, beleértve a neuroblasztóma, az emlő és a petefészekrákot (55). A ketogenezisre való áttérés fontos szerepet játszhat a daganat növekedésének IER/éhgyomorra történő visszaszorításában, mivel sok daganatos sejt nagyrészt képtelen felhasználni a ketonokat energiaforrásként; ennek megfelelően a ketogén étrend erősítheti az IER daganatellenes hatásait (54). Bár előzetes, nemrégiben végzett esettanulmányok humán betegeknél az IER lehetséges alkalmazását javasolják számos rák kezelésében, beleértve az emlőt, a petefészket, a prosztatát és a glioblastomát (56, 57). Valójában az evolúciós elmélet azt jósolja, hogy az összegyűjtött véletlenszerű mutációk megakadályozzák a tumorsejteket az IER-hez szükséges metabolikus adaptációkban (58).

Gyulladás.

A sérült molekulák és organellák javítása és eltávolítása.

A sejtek dedikált mechanizmusokkal rendelkeznek a sérült molekulák és organellák eltávolítására. Az egyik mechanizmus magában foglalja a sérült fehérjék molekuláris „jelölését” ubiquitinnel, amely a proteaszómában történő lebontásukra irányul (66). Az autofágia nevű második és bonyolultabb mechanizmusban a károsodott és diszfunkcionális fehérjék, membránok és organellák a lizoszómákba irányulnak és lebomlanak (67). Az energia és a tápanyagok (különösen az aminosavak) bevitele bebizonyosodott, hogy következetesen befolyásolja az autofágia kialakulását. Amikor az organizmusok rendszeres étkezést fogyasztanak, sejtjeik viszonylag egyenletes tápanyag-ellátást kapnak, és így „növekedési módban” maradnak, amelyben a fehérjeszintézis robusztus és az autofágia elnyomott (68). A tápanyagokra reagáló mTOR útvonal negatívan szabályozza az autofágia kialakulását. Ennek megfelelően az éhezés gátolja az mTOR útvonalat és stimulálja az autofágia sok szövet sejtjeiben, beleértve a májat, a vesét és a vázizmokat (69 ⇓ –71). Ily módon a böjt „megtisztítja” a sejteket a sérült molekuláktól és organelláktól.

A korlátozott energiájú étrenden tartott patkányok a poliubiquitinált fehérjék kisebb mértékű felhalmozódását mutatják, és a perifériás idegekben megnövekedett autofágia bizonyítékai vannak az ad libitummal táplált patkányokhoz képest (72). Az 1A típusú Charcot-Marie-Tooth egérmodellben örökletes rendellenesség, amelyet a perifériás idegek demielinizációja jellemez, az IER javította a motor teljesítményét és csökkentette a demyelinizációt olyan mechanizmus révén, amely fokozott autofágia és a mielin fehérje PMP22 aggregátumok csökkent felhalmozódása volt (73). Sok fő krónikus betegség közös jellemzője a fehérje aggregátumok rendellenes/túlzott felhalmozódása a sejteken belül és kívül; Ilyen például a Parkinson-kórban az intracelluláris α-szinuklein, az Alzheimer-kórban pedig az extracelluláris amiloid β-peptid és az intracelluláris Tau fehérje (74, 75). Az étkezések gyakorisága mellett az étkezések cirkadián időzítése valószínűleg befolyásolja a sejtszerkezetek válaszait a sérült fehérjék és organellák eltávolítására (76). Az autofágia sok sejttípusban napi ritmusban szabályozott, és ez a ritmus megváltoztatható az étkezés idejének megváltoztatásával. Ezért ésszerű megfontolni, hogy az étkezés időzítése hatással van a károsodott vagy elégtelen autofágiával járó betegségekre.

Társadalmi hatások

A napi és heti élelmiszer-fogyasztás mintái. A felső ábra öt különböző élelmiszer-fogyasztási mintát mutat be egy 24 órás periódus alatt. V: Három nagy étkezés és rágcsálnivalók elfogyasztása az ébrenlét 16 órás időszakában; ez az ételfogyasztás gyakori étkezési szokása, amelynél az elhízás, a cukorbetegség és a kapcsolódó krónikus betegségek járványai jelentek meg. B – D: Példák arra, hogy időben korlátozott étkezési szokások, amelyek szerint az ételt három (B) vagy két (C) rendszeres étkezésként, vagy három kis étkezésként fogyasztják (D). E: Gyorsan teljes. A jobb alsó sarokban a heti étkezési menetrendek láthatók. ER, energia korlátozás; IER, időszakos energiakorlátozás; TRF, korlátozott időtartamú etetés.

Jövőbeli irányok

Különösen értékes lenne az RCT tervezését emberi alanyokban többféle étkezési szokás fej-fej összehasonlításával, például a 3. ábrán bemutatottakkal. Miután kialakultak az optimális egészséget elősegítő étkezési szokások, mit lehet tenni a bátorítás érdekében, lehetővé teszi és felhatalmazza az egyéneket, hogy módosítsák étkezési választásukat és étkezési szokásaikat? Az ilyen változások végrehajtása kihívást jelent, amint azt a súlykontroll magatartási megközelítésének fél évszázados kutatása sugallja. Ennek ellenére a viselkedéstudomány területe folyamatosan fejlődik, csakúgy, mint a mobil információs technológia növekedése és minősége, amely az erőfeszítések támogatására szolgálhat. Reméljük, hogy a jövőben jobban tudunk segíteni az egyéneknek abban, hogy elérjék a kívánt egészséges viselkedési változásokat.

Köszönetnyilvánítás

Ez a cikk az „Étkezési minták és betegségek” témájú műhely információit tartalmazza, amely a videocast.nih.gov/summary.asp?Live=13746&bhcp=1 címen tekinthető meg, és amelyet az Országos Idősödési Intézet Kutatási Intézete és a Glenn Alapítvány az orvosi kutatáshoz. A szerzők laboratóriumaiban a vonatkozó kutatásokat az NIH intramurális támogatása támogatja (M.P.M.-nek); NIH támogatások P30DK056336 (DBA-hoz), P01AG034906 (VDL-hez), R01NS041012 (LN-ig), P30DK072476 (ER-ig), R01DK099512 (FAJLS-ig), R01NS055195 (TNS-ig), R01HL10602 és R01HL106228 (R01HL106228); az Európai Unió hetedik keretprogramja, a MOPACT [mozgósítja az aktív időskor potenciálját Európában; FP7-SSH-2012-1 320333 támogatás (L.F. részére)]; az Egyesült Királyságbeli Genesis Breast Cancer Prevention támogatása (M.H. részére); és a Belga Tudományos Orvosi Kutatási Alapítvány támogatása 3,4520,07 (W.J.M. részére).

Lábjegyzetek

  • ↵ 1 Kinek lehet címezni a levelezést. E-mail: mark.mattsonnih.gov vagy pandasalk.edu .