Essen und zirkadianes Timing (FACT)

Die Synchronisierung des Timings biologischer Prozesse und Verhaltensweisen mit dem 24-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus ist für fast jeden physiologischen Prozess, jede kognitive Funktion und die allgemeine Gesundheit von grundlegender Bedeutung. Da die durchschnittliche zirkadiane Periode beim Menschen ~ 9 Minuten länger als der 24-Stunden-Tag ist und künstliche Beleuchtung eine weitere Verzögerung der Uhr ermöglicht, muss die zirkadiane Entrainment jeden Tag stattfinden. Dies macht den Prozess der zirkadianen Verbindung der inneren Uhr mit der äußeren Umgebung zu einem häufig übersehenen Prozess, der jedoch ernsthafte Auswirkungen hat, wenn er beeinträchtigt wird.

In Nagetiermodellen wurde gezeigt, dass fettreiche Ernährung das zirkadiane Zeitsystem desorganisiert. Es wurde jedoch nur begrenzt untersucht, wie sich die Zusammensetzung der Ernährung auf das zirkadiane Zeitsteuerungssystem beim Menschen auswirkt. Die Fähigkeit, sich auf einen neuen Lichtplan einzulassen, wurde kurz nach einer fettreichen Ernährung in Nagetiermodellen untersucht. Dazu wurden Mäuse einer 6-stündigen Verschiebung des Licht-Dunkel-Zyklus ausgesetzt und mit einer Ernährung aus ~50 % Fett gefüttert 3 Wochen erleben sie eine um 20 % langsamere Wiederaufnahme in den neuen Lichtzyklus im Vergleich zu Mäusen, die eine fettarme Ernährung erhalten. Außerdem zeigten diese Mäuse eine gedämpfte Reaktion auf einen phasenvorrückenden Lichtimpuls. Darüber hinaus führt die einfache Bereitstellung einer fettreichen Ernährung für Mäuse zu einer verlängerten zirkadianen Periode und einer Verschiebung des Essverhaltens nach Belieben in die typische Ruhephase.

Ziel dieser Studie ist es, den Einfluss der Ernährung auf das circadiane Timing-System des Menschen aufzudecken. Das Protokoll ist eine 46-tägige (28 ambulante Tage, 18 stationäre Tage über zwei 9-tägige Besuche) randomisierte Cross-Over-Studie, die darauf ausgelegt ist, die Geschwindigkeit der Entrainment als Reaktion auf eine fettreiche Ernährung aufzuklären. Die Teilnehmer erhalten 3 Wochen lang eine fettreiche Ernährung (2 Wochen ambulant, 1 Woche stationär) mit 50 % Kalorien aus Fett. Das Protokoll umfasst zwei Arten der Datenerfassung; ambulante Überwachung nach strengen Schlaf-Wach-Zeitplänen mit entweder fettreichen oder fettarmen Mahlzeiten, die vom Studienteam bereitgestellt werden, und präzise Labormessungen des zirkadianen Timings, der Mitnahme und anderer physiologischer Marker für Schlaf und kardiometabolische Gesundheit.

1. Ambulante Überwachung: Die Teilnehmer halten vor beiden Laborbesuchen zu gewohnten Zeiten einen konsistenten 14-tägigen Schlafplan von 8 Stunden zu Hause ein, um sicherzustellen, dass 1) die Probanden nicht schlafen eingeschränkt sind und 2) dass sie vor jedem Laborbesuch denselben Hell-Dunkel-Zeitplan erhalten für stabile Mitnahme; verifiziert durch Aktigraphie, Schlafprotokolle und Aufrufe eines Zeitstempel-Rekorders. Drogen, Medikamente, Koffein, Alkohol und Nikotin werden während dieser Zeit verboten und bei der Aufnahme ins Labor wird eine toxikologische Analyse durchgeführt.
2. Ambulante Ernährung: Für 2 Wochen vor jedem Protokoll nehmen die Teilnehmer eine ambulante isokalorische Ernährung zu sich, die darauf ausgelegt ist, den individuellen täglichen Energiebedarf zu decken; Diät, die von Ermittlern entworfen und zubereitet wurde. Diäten sind entweder so konzipiert, dass sie viele Kalorien aus Fett (50 % Fett, 35 % Kohlenhydrate und 15 % Protein; jeweils 33 % Mono-, Poly- und gesättigte Fettsäuren) oder fettarm (30 % Fett, 55 % Kohlenhydrate und 15 % Protein) (randomisiertes Crossover-Design). Die Diät besteht aus Frühstück, Mittagessen, Abendessen und Snacks, und die Teilnehmer kommen entweder für ~3 Tage ins Labor oder die Mitarbeiter liefern die Mahlzeiten. Die Teilnehmer werden angewiesen, während dieser 14 Tage nur die bereitgestellten Lebensmittel zu verzehren. Die Einhaltung der Diät wird durch die Verfolgung von Mahlzeiten mit einer mobilen Lebensmittelverfolgungsanwendung (MealLogger AppTM (Wellness Foundry, New York)) erfasst.
3. Stationäre Protokolle: Die Teilnehmer werden in einen individuellen Raum ohne externe Zeitsignale (z. B. Uhren, Radios, Computer, Besucher und Sonnenlicht) eingewiesen. Die Raumtemperatur wird auf 21–22,2 °C gehalten und die Lichtintensität wird während geplanter Prozeduren mit konstanter Körperhaltung auf ≤ 5 Lux eingestellt, Raumlicht (400 Lux) während des Wachzustands mit Mitnahme und 0 Lux (Dunkelheit) während geplanter Schlafgelegenheiten. Die Teilnehmer werden für eine vollständige Polysomnographie (PSG), ein Elektrokardiogramm und einen rektalen Thermistor zur kontinuierlichen Messung der Körperkerntemperatur ausgestattet. Ein 18-Gauge-IV-Katheter wird ebenfalls in den Unterarm eingeführt und über eine IV-Schleife mit einem 12-Fuß-Verlängerungskabel mit einem dreifachen Absperrhahn mit einem 12-Fuß-Verlängerungskabel mit kleinem Lumen verbunden, durch das die Blutentnahme im Nebenzimmer fortgesetzt werden kann, ohne den Schlaf zu stören.

Nach der Instrumentierung erhalten die Teilnehmer eine Schlafgelegenheit und werden bei gedämpftem Licht geweckt und ein konstantes Haltungsprotokoll beibehalten, um die zirkadiane Phase, den Ruheumsatz und andere physiologische Ergebnisse genau zu beurteilen. Nach dem konstanten Haltungsprotokoll wird der Hell-Dunkel-Zyklus der Teilnehmer für 6 identische Tage geändert, gefolgt von einem zweiten konstanten Haltungsprotokoll zur Neubewertung der zirkadianen Phase. Dieses Protokoll wird wiederholt, während die Teilnehmer die andere Crossover-Mahlzeit erhalten. Ermittler/Krankenschwestern sind 24 Stunden am Tag im Labor oder in einem zentralen Kontrollraum anwesend, um die Gesundheit der Probanden zu überwachen, Daten zu erfassen, Mahlzeiten bereitzustellen, biologische Proben zu sammeln, Tests durchzuführen und den Schlaf aufzuzeichnen. Ein Arzt ist immer in Bereitschaft, wenn sich ein Teilnehmer im Labor befindet. Eine umfangreiche Reihe von Protokollen und Checklisten sowie Teampraktiken werden verwendet, um die Einheitlichkeit bei der Ausführung von Standardverfahren zu gewährleisten.

Der Energiegehalt der Nahrung wird so gestaltet, dass der individuelle tägliche Energiebedarf gedeckt wird. Diätassistenten bereiten isokalorische Mahlzeiten zu, die Makronährstoffgehalte einer fettreichen oder fettarmen Ernährung und kein Koffein enthalten. Die Kalorienaufnahme ist für jeden Tag der Laborstudie die gleiche Kalorien- und Makronährstoffzusammensetzung und wird während jedes Protokolls mit konstanter Körperhaltung häufig als Mini-Snacks bereitgestellt (z. B. ¼ Truthahn-Käse-Sandwich, Saft und Wasser).