Thermogene Reaktionen auf Fasten und Überernährung bei Frauen

In dieser Querschnittsstudie werden die Auswirkungen von Fasten und Überfütterung auf die 24-Stunden-EE und ihre Komponenten bei Frauen vor und nach der Menopause verglichen. Die Forscher werden die Teilnehmer unter drei Bedingungen im Raumkalorimeter untersuchen: 1) eukalorische Fütterung (Energieaufnahme = EE); 2) akutes 24-Stunden-Fasten; und 3) akute, 24-stündige Überfütterung einer proteinarmen Diät (d. h. 200 % des Energiebedarfs). Die Teilnehmer absolvieren die eukalorische Studie und anschließend die Überfütterungs- und Fastenstudien in zufälliger Reihenfolge. Drei Tage lang vor jeder Erkrankung stellen die Forscher den Teilnehmern eine ambulante Diät zur Verfügung, die darauf ausgelegt ist, den Energiebedarf frei lebender Tiere zu decken (Energieaufnahme = 1,5 x REE) und die Makronährstoffaufnahme zu stabilisieren (15 % Protein, 30 % Fett, 55 % Kohlenhydrate). Zwischen den Erkrankungen liegt eine Auswaschphase von 1 bis 4 Wochen. Studien an prämenopausalen Frauen werden in der mittleren Lutealphase (d. h. Tage 16–24) durchgeführt, wenn sowohl E2 als auch Progesteron erhöht sind und somit die potenziellen hormonellen Wirkungen maximal sind.

Beurteilungen vor dem Studium – Nach der Einschreibung absolvieren die Teilnehmer einen Besuch zur Beurteilung vor dem Studium in der Ambulanz des Clinical and Translational Research Center (CTRC). Dabei werden die folgenden Beurteilungen durchgeführt:

1. Ruheenergieverbrauch (REE) – wird durch indirekte Kalorimetrie unter Verwendung eines Stoffwechselwagens gemessen, der mit einem Überdachungssystem (Parvo Medics TrueOne) gekoppelt ist, und zur Schätzung des Energiebedarfs während des eukalorischen Zustands verwendet. REE bei Frauen vor der Menopause wird in der Lutealphase gemessen. Die Teilnehmer kommen nach einer Fastennacht (> 10 Stunden) zwischen 7 und 9 Uhr an. Sie ruhen, während sie 30 Minuten lang wach bleiben, in einem klimatisierten Raum (~70⁰ F). Die Sauerstoffaufnahme (VO2) und die Kohlendioxidproduktion (VCO2) werden 20 Minuten lang gemessen und über die letzten 15 Minuten gemittelt.
2. Körperzusammensetzung – Die Körperzusammensetzung wird mithilfe der dualen Röntgenabsorptiometrie (DXA, Hologic Discovery, Waltham, MA) gemessen.
3. Volumen des viszeralen Fettgewebes (VAT) – Das Volumen des MwSt. und der subkutane Fettbereich (SFA) werden mittels Computertomographie (CT) gemessen. Für alle Scans wird ein Gerät für Forschungsaktivitäten verwendet (Philips Gemini 64TF). Axiale CT-Bilder werden durch die Mitte der Bandscheibenräume L2-L3 und L4-L5 aufgenommen.

Studienverfahren: Sobald die Voruntersuchungen abgeschlossen sind, werden die Teilnehmer unter drei Bedingungen im Raumkalorimeter untersucht.

Raumkalorimeter – 24-Stunden-EE und Substratoxidation werden mithilfe der indirekten Kalorimetrie im gesamten Raum gemessen. Drei Tage vor jeder Kalorimeterstudie werden die Teilnehmer angewiesen, auf körperliche Betätigung zu verzichten und mit allen Nahrungsmitteln versorgt zu werden, um die Energie- und Makronährstoffaufnahme zu stabilisieren. Der Energiegehalt der Nahrung beträgt REE x 1,5 (30 % Fett, 55 % Kohlenhydrate, 15 % Protein). Die Teilnehmer werden um 07:00 Uhr nach einer Fastennacht am Studientag eintreffen. Ein IV-Katheter wird in eine Ellenbogenvene eingeführt. Vor dem Frühstück und am Ende der 24-Stunden-Studie werden Nüchternblutproben entnommen und auf Leptin, FGF21 und Schilddrüsenhormone (TSH, Gesamt-T3, freies T4) analysiert. Die Forscher werden auch Sexualsteroide (E2, Progesteron) bei Frauen vor der Menopause messen, um zu bestätigen, dass die Teilnehmer in der Lutealphase untersucht werden.

Die Teilnehmer betreten das Kalorimeter um 08:00 Uhr und verlassen es am nächsten Tag um 07:00 Uhr. Sie werden angewiesen, primär sitzende Verhaltensweisen auszuüben (z. B. Lesen, Fernsehen, Computer benutzen). Während der Eukalorik- und Überfütterungsstudien werden die Mahlzeiten um 09:00, 13:00 und 18:00 Uhr und um 20:00 Uhr ein leichter Snack bereitgestellt. Die Teilnehmer werden angewiesen, spätestens um 23:00 Uhr das Licht auszumachen und sich für das Zubettgehen vorzubereiten. Die Teilnehmer erfassen beim ersten Besuch ihre Zeit im Bett und werden angewiesen, sich bei den folgenden beiden Besuchen auf das Zubettgehen vorzubereiten. Das CTRC-Pflegepersonal bestätigt die Schlafenszeiten. Die Teilnehmer werden um 06:00 Uhr geweckt und es wird eine 30-minütige Messung des REE durchgeführt.

Die Teilnehmer werden während dieser Zeit überwacht, um sicherzustellen, dass sie wach und bewegungslos bleiben.

Der Energiegehalt der Nahrung während der Kalorimeterstudie variiert je nach Untersuchungsbedingung:

Während des eukalorischen Studienbesuchs beträgt der Energiegehalt der Nahrung 1,3 x REE (~30 % Fett, 55 % Kohlenhydrate und 15 % Protein bei jeder Mahlzeit). Das Frühstück wird ca. 25 % und Mittag- und Abendessen ca. 30–35 % des gesamten Energiebedarfs ausmachen. Während der Überfütterungsstudie beträgt die Makronährstoffaufnahme 3 % Protein, 51 % Kohlenhydrate und 46 % Fett. Während des Fasten-Studienbesuchs ist es den Teilnehmern gestattet, kalorienfreie Getränke (d. h. Wasser, kalorien- und koffeinfreie Erfrischungsgetränke, koffeinfreien Tee oder entkoffeinierten Kaffee) zu konsumieren, jedoch keine kalorienreichen Speisen oder Getränke zu sich zu nehmen. Beim Verlassen des Kalorimeters erhalten die Teilnehmer eine Mahlzeit aus der Patientenküche des University of Colorado Hospital.

Blutproben werden auch 30 Minuten nach jeder Mahlzeit und jedem Snack während der eukalorischen und Überfütterungsbedingungen entnommen; Gleichzeitig werden während der Fastenstudie Blutproben entnommen. Während der Kalorimeterstudien werden Blutproben entnommen, indem die Teilnehmer gebeten werden, einen Arm durch eine Luftschleuse an der Seite des Kalorimeters zu strecken. Die Forscher werden diese Proben für mögliche zukünftige Analysen aufbewahren (z. B. Proteomik, Metabolomik sowie Hunger- und Sättigungshormone; siehe zukünftige Anweisungen). Während jeder Erkrankung wird eine 24-Stunden-Urinprobe entnommen und auf Urinstickstoff und Harnstoffstickstoff analysiert, die zur Durchführung von Substratoxidationsberechnungen benötigt werden, sowie auf 24-Stunden-Katecholamine im Urin.