Cibo e tempi circadiani (FACT)

La sincronizzazione dei tempi dei processi e dei comportamenti biologici con il ciclo luce-buio di 24 ore è fondamentale per quasi tutti i processi fisiologici, le funzioni cognitive e la salute generale. Poiché il periodo circadiano medio negli esseri umani è di circa 9 minuti più lungo del giorno di 24 ore e l'illuminazione artificiale consente un ulteriore ritardo dell'orologio, il trascinamento circadiano deve avvenire ogni giorno. Ciò rende il processo di trascinamento circadiano dell'orologio interno con l'ambiente esterno un processo comunemente trascurato, ma che ha serie conseguenze se compromesso.

Nei modelli di roditori, è stato dimostrato che le diete ricche di grassi disorganizzano il sistema di temporizzazione circadiano. C'è stato un esame limitato, tuttavia, di come la composizione della dieta agisca sul sistema di temporizzazione circadiano negli esseri umani. La capacità di entrare in un nuovo programma di luce è stata brevemente esaminata dopo una dieta ricca di grassi nei modelli di roditori. Quando i topi sono esposti a uno spostamento di 6 ore nel ciclo luce-buio e alimentati con una dieta composta da circa il 50% di grassi per 3 settimane, sperimentano un tasso di rientro al nuovo ciclo di luce più lento del 20% rispetto ai topi alimentati con una dieta a basso contenuto di grassi. Inoltre, questi topi avevano una risposta attenuata a un impulso luminoso che avanzava di fase. Inoltre, la semplice somministrazione di una dieta ricca di grassi ai topi si traduce in un allungamento del periodo circadiano e in uno spostamento dei modelli alimentari ad libitum nella tipica fase di riposo.

Gli obiettivi di questo studio sono scoprire l'influenza della dieta sul sistema di temporizzazione circadiano umano. Il protocollo è uno studio cross-over randomizzato di 46 giorni (28 giorni ambulatoriali, 18 giorni di degenza su due visite di 9 giorni) progettato per chiarire la velocità di trascinamento in risposta a una dieta ricca di grassi. Ai partecipanti verranno fornite 3 settimane di una dieta ricca di grassi (2 settimane ambulatoriali, 1 settimana di ricovero) del 50% di calorie da grassi. Il protocollo include due tipi di raccolta dati; monitoraggio ambulatoriale su rigidi orari sonno-veglia con pasti ricchi di grassi o poveri di grassi forniti dal team di studio e precise misurazioni in laboratorio dei tempi circadiani, del trascinamento e di altri indicatori fisiologici del sonno e della salute cardiometabolica.

1. Monitoraggio ambulatoriale: i partecipanti manterranno un programma di sonno costante di 14 giorni a casa di 8 ore agli orari abituali prima di entrambe le visite di laboratorio per garantire che 1) i soggetti non siano limitati dal sonno e 2) che stiano ottenendo lo stesso programma di luce-buio prima di ogni visita di laboratorio per trascinamento stabile; verificato da actigrafia, registri del sonno e chiamate a un registratore con timestamp. Droghe, farmaci, caffeina, alcol e nicotina saranno vietati durante questo periodo e le analisi tossicologiche verranno eseguite al momento del ricovero in laboratorio.
2. Dieta ambulatoriale: per 2 settimane prima di ogni protocollo, i partecipanti consumeranno una dieta isocalorica ambulatoriale progettata per soddisfare il fabbisogno energetico giornaliero individuale; dieta progettata e preparata dai ricercatori. Le diete saranno progettate per essere ricche di calorie da grassi (50% di grassi, 35% di carboidrati e 15% di proteine; 33% di ciascun grasso mono, poli e saturo) o povere di grassi (30% di grassi, 55% di carboidrati e 15 % di proteine) (design crossover randomizzato). La dieta consisterà in colazione, pranzo, cena e spuntino e i partecipanti verranno al laboratorio ~ 3 giorni o il personale consegnerà i pasti. I partecipanti saranno istruiti a consumare solo il cibo fornito durante questi 14 giorni. L'aderenza alla dieta verrà rilevata tramite il monitoraggio dei pasti utilizzando un'applicazione mobile per il monitoraggio degli alimenti (MealLogger AppTM (Wellness Foundry, New York)).
3. Protocolli ospedalieri: i partecipanti saranno ammessi in una stanza individuale priva di segnali temporali esterni (ad es. Orologi, radio, computer, visitatori e luce solare). La temperatura della stanza viene mantenuta a 21 - 22,2 °C e l'intensità della luce impostata a ≤5 lux durante le procedure programmate di postura costante, la luce della stanza (400 lux) durante la veglia da trascinamento e 0 lux (oscurità) durante le opportunità di sonno programmate. I partecipanti saranno strumentati per la polisonnografia completa (PSG), l'elettrocardiogramma e un termistore rettale per la misurazione continua della temperatura corporea. Verrà anche inserito un catetere IV calibro 18 nell'avambraccio e collegato a un collettore a triplo rubinetto tramite un anello IV con un cavo di prolunga a lume piccolo di 12 piedi attraverso il quale il prelievo di sangue può continuare nella stanza accanto senza disturbare il sonno.

Dopo la strumentazione, ai partecipanti verrà data l'opportunità di dormire e si risveglieranno alla scarsa illuminazione e manterranno un protocollo di postura costante per una valutazione accurata della fase circadiana, del tasso metabolico a riposo e di altri risultati fisiologici. Dopo il protocollo di postura costante, il ciclo di luce-buio dei partecipanti verrà modificato per 6 giorni identici, seguito da un secondo protocollo di postura costante per la rivalutazione della fase circadiana. Questo protocollo verrà ripetuto mentre ai partecipanti viene fornito l'altro pasto incrociato. Gli investigatori/infermieri saranno presenti in laboratorio o in una sala di controllo centrale 24 ore al giorno per monitorare la salute del soggetto, acquisire dati, fornire pasti, raccogliere campioni biologici, eseguire test e registrare il sonno. Un medico è sempre disponibile quando un partecipante è in laboratorio. Viene utilizzata un'ampia serie di protocolli, liste di controllo e pratiche di gruppo per garantire l'uniformità nell'esecuzione delle procedure standard.

Il contenuto energetico delle diete sarà progettato per soddisfare il fabbisogno energetico giornaliero individuale. I dietisti prepareranno pasti isocalorici contenenti contenuti di macronutrienti di una dieta ricca o povera di grassi e senza caffeina. L'apporto calorico sarà la stessa composizione calorica e di macronutrienti per ogni giorno di studio di laboratorio e sarà fornito come spuntini in miniatura frequentemente durante ogni protocollo di postura costante (ad esempio, ¼ sandwich di tacchino e formaggio, succo e acqua).