Effetti dell'indice glicemico per la colazione sulla cognizione in cronotipi precedenti o successivi. (GlyCoBrainIn1)

Gli studi di fondo nei giovani adulti sembrano indicare effetti benefici di una bassa colazione GI sulle prestazioni cognitive in modo dipendente dal tempo. Una meta-analisi di 17 studi ha rivelato benefici di una colazione a basso carico glicemico (GL) sulla memoria episodica immediata solo nel periodo post-prediale. Mentre alcuni studi hanno riportato benefici per l'attenzione (sostenuta), la meta-analisi non ha riscontrato alcun effetto complessivo negli adulti, ma suggerisce potenziali vantaggi per l'attenzione in bambini, adolescenti e giovani adulti. Una limitazione comune di studi precedenti era che erano consentite piccole quantità di latticini o che i latticini venivano usati per manipolare GI/GL nonostante il suo forte effetto insulinotropico, che smorza la risposta glicemica postprandiale e complica la valutazione dell'impatto cognitivo di GI/GL. Per garantire una valutazione imparziale, lo studio di intervento Glycobrain 1 utilizzerà miscele di carboidrati per acqua pura, evitando interazioni nutritive, per esaminare l'effetto isolato di una colazione ad alto livello.

Mentre ricerche precedenti suggeriscono i benefici di una colazione a basso GL, in particolare nel periodo post-prestanziale tardivo, i meccanismi che spiegano questi effetti dipendenti dal tempo non sono completamente compresi. La fornitura di glucosio al cervello è attualmente discussa come meccanismo centrale che collega il pasto GI/Glicemic (GL) alla cognizione. In generale, il glucosio è necessario per gli sforzi cognitivi, come evidenziato dalle diminuzioni delle concentrazioni di glucosio extracellulare locale nell'area cerebrale attivata. La sintesi di neurotrasmettitori chiave nel cervello richiede una fornitura di glucosio. Il metabolismo del glucosio può essere collegato alla memoria tramite effetti sull'utilizzo del triptofano e sulle concentrazioni di serotonina. Nel complesso, è stato proposto che l'effetto di miglioramento della memoria del glucosio richieda livelli di glucosio nel sangue relativamente costanti nel cervello piuttosto che elevate quantità di glucosio di per sé. Pertanto, mentre gli alimenti GI elevati suscitano un aumento transitorio del livello di glucosio nel sangue, i bassi alimenti GI comporteranno una fornitura di glucosio più sostenuta e più duratura. Poiché recenti lavori suggeriscono che potrebbe esserci un intervallo ottimale di glicemia per le prestazioni cognitive e che questa gamma ottimale può differire per dominio cognitivo, sembra prudente utilizzare il monitoraggio continuo del glucosio oltre ai punti di misurazione convenzionali direttamente prima del test cognitivo. Tuttavia, la disponibilità di glucosio non sembra essere l'unico meccanismo poiché sono stati osservati anche benefici di una bassa colazione GI/GL per la funzione cognitiva senza differenze nei livelli di glucosio nel sangue. Una sensibilità all'insulina postprandiale acutamente migliorata dopo una bassa colazione GI e/o livelli di cortisolo più alti suscitati da alti pasti GI sono stati proposti come potenziali percorsi che colpiscono la funzione cognitiva. Di conseguenza, gli esami concomitanti di tutti e tre i fattori, ovvero i livelli di glucosio, insulina e cortisolo, sembrano necessari per districare i potenziali meccanismi.

Il controllo glicemico sembra influenzare gli effetti cognitivi della colazione GI/GL, con la meta-analisi sopra menzionata che mostra maggiori benefici per le persone con una migliore tolleranza al glucosio, sebbene ciò possa essere confuso dall'età. Gli studi suggeriscono che i giovani adulti con tolleranza al glucosio più scarsa, anche all'interno della gamma sana, possono essere più vulnerabili a questi effetti. Mentre la tolleranza al glucosio segue un ritmo circadiano, essendo più basso la sera a causa della ridotta funzione delle cellule β del pancreas e della risposta all'insulina, il comunicazione del disallineamento circadiano tra i giovani adulti con successivi cronotipi-Can che compromettono anche la tolleranza al glucosio, anche a colazione, a causa della riduzione della sensibilità insulinica. Questo disallineamento, spesso causato dal jetlag sociale, è stato collegato all'obesità, al diabete di tipo 2 e ai livelli più elevati di glicemia e HbA1c, nonché un aumentato rischio di depressione. Considerando i risultati del nostro precedente studio che mostrano elevate risposte al glucosio tra i giovani adulti con un cronotipo tardivo al mattino, lo studio di intervento Glycobrain 1 esamini l'ipotesi che consumare una colazione precoce "contro l'orologio interno" non solo influenza negativamente la risposta glicemica in particolare nei cronotipi tardivi, ma anche per le prestazioni cognitive.

Ipotesi

(1) Una colazione a bassa bevanda GI (bevanda isomaltulosa®) provoca una migliore memoria e attenzione fino a 180 minuti rispetto a una colazione ad alta bevanda IG (bevanda al glucosio). (2) Una colazione a bassa bevanda GI provoca meno fluttuazioni in memoria e attenzione durante la mattina. (3) I benefici di una colazione GI bassa sono particolarmente osservati tra le persone con cronotipo successivo.

Allegare gli obiettivi principali di questa sperimentazione nutrizionale controllata sono analizzare l'effetto di una bevanda GI alta o bassa a colazione sulla memoria e l'attenzione nel corso della mattina, compresa la fase postprandiale tardiva tra i giovani studenti universitari sani. Dato che i giovani studenti sono ad alto rischio per un cronotipo successivo, miriamo a esplorare questi effetti in due campioni di studenti con un cronotipo precedente e successivo. Inoltre, il nostro studio ci consentirà di esplorare la rilevanza del cronotipo per il corso postprandiale dei livelli di glucosio, insulina e cortisolo.

Metodologia

Partecipanti Studenti di lingua tedesca, tedesca dell'Università di Paderborn con cronotipo precoce o tardivo.

Calcolo delle dimensioni del campione:

Basiamo il nostro calcolo della dimensione del campione sulla differenza nella memoria immediata riportata da Deng et al. (2021) Lo studio ha valutato meglio in termini di qualità nella meta-analisi di Gaylor et al. Data una deviazione standard di 3,6 e 4,3 in entrambi i gruppi e una differenza media standardizzata di 0,31 riportata in base a tutti gli studi inclusi nella meta-analisi di Gaylor et al. 2022 Per le persone con una migliore tolleranza al glucosio (corrispondente alla differenza media di 1,12) richiediamo 44 partecipanti nel sottogruppo più piccolo con una data potenza dell'80% e alfa di 0,05 considerando una correlazione di 0,8 tra entrambe le misurazioni (calcolata con Stata, vers. 17.0). Supponiamo che il 66% degli studenti invitati parteciperà e che il 75% di questi completerà lo studio. Quindi, per avere il set di dati completo di 88 persone (44 con un cronotipo precoce e 44 con un cronotipo tardivo) che completa il processo, 117 devono iniziare il processo e 177 persone devono essere invitate dallo studio di osservazione di Glycobrain che ha reclutato 356 studenti dell'università di Paderborn e screening per il cronotipo via MCTQ. In entrambi i campioni di cronotipo è prevista la distribuzione del sesso uguale.

Entrambi i campioni saranno invitati a partecipare alla sperimentazione nutrizionale crossover, ma esclusi i fumatori, persone che lavorano sul turno o hanno viaggiato per> 2 fuso orari negli ultimi 3 mesi, persone che assumono metilfenidato o usano la melatonina. Gli studenti parteciperanno a 2 test di cognizione della colazione, ciascuno dopo un digiuno durante la notte alle 8 del mattino per essere intrapreso per un corso di 2 settimane tra cui 1 settimana di lavaggio. I partecipanti verranno assegnati casualmente a uno dei due gruppi di sequenza, che differiscono solo per quanto riguarda la sequenza dell'intervento (bevanda di glucosio Beverage Isomaltulose® o Beverage di glucosio di bevanda isomaltulosa®). Gli elenchi di randomizzazione sono forniti da un consulente statistico esterno dell'Università di Esbjerg stratificata da sesso e cronotipo. Un elenco di randomizzazione a blocchi verrà fornito con una dimensione del blocco di 6.

I partecipanti riceveranno a due diverse colazioni di bevande semplici:

1. Un'alta bevanda GI (ad es. "bevanda al glucosio") composto da 75 g di glucosio disciolto in acqua di rubinetto da 500 ml,
2. Una bevanda GI bassa che non induce ipoglicemia reattiva ("bevanda isomaltulosa®) costituita da 75 g di isomaltulosio disciolto in 500 ml di acqua di rubinetto

L'intervento è strutturato in un programma di 2 settimane:

Settimana 1. I partecipanti sono invitati per la preparazione del giorno 1 (venerdì), durante il quale viene prelevato un campione di sangue a digiuno venoso per determinare i lipidi a digiuno (TG, HDL, LDL), HS-CRP, ALT e GGT per caratterizzare metabolicamente i partecipanti reclutati. Per convalidare la coerenza del cronotipo che era stato determinato nello studio osservazionale di Glycobrain in precedenza, il cronotipo dei partecipanti sarà nuovamente determinato tramite il questionario per il cronotipo di Monaco. Inoltre, la composizione corporea sarà rivalutata dall'analisi della bioimpedance (MBCA 515, SECA) per stimare le percentuali individuali di grasso corporeo, massa muscolare, acqua corporea totale e acqua extracellulare. Inoltre, il peso corporeo verrà misurato direttamente dall'analizzatore della composizione corporea medica (MBCA). L'altezza del corpo verrà misurata utilizzando una stazione di misurazione ecografica (SECA 287 dB). La circonferenza della vita sarà valutata sulla parte superiore del corpo esposto al punto medio tra la cassa toracica inferiore e l'osso dell'anca.

Il monitoraggio continuo del glucosio (DEXCOM) viene attivato e verrà utilizzato un accelerometro per misurare le condizioni di movimento e sonno/veglia. Verrà fornito un pasto serale standardizzato per essere consumato la sera prima dell'intervento per evitare effetti di pasti secondari, ad es. dal consumo di impulsi. Ai partecipanti verrà chiesto di eseguire una sessione di allenamento sulla batteria cognitiva (vedi sotto).

L'intervento effettivo inizia da tre a cinque giorni dopo alle 08:00 con ogni giorno in esecuzione come segue:

• campioni di sangue capillare invasivi minimi raccolti a -40, 30, 80 e 140 minuti (in relazione al punto temporale del bere la bevanda) verranno utilizzati per determinare i livelli di glucosio e insulina
• Campioni di cortisolo non invasivamente da saliva a -40, 80 e 140 minuti
• Misurazioni continue del glucosio
• Cintura di frequenza cardiaca per misurare la variabilità della frequenza cardiaca in combinazione con l'orologio di fitness unite polare dal polare.
• Test di cognizione a -30, 90 e 150 minuti
• Test Bevage Colazione tra cui il glucosio o l'isomaltulosio da ubriacare al momento 0, ovvero 09:00 A.M.
• Altre misurazioni: appetito, sete e umore saranno valutati a -40, 30, 80 e 140 minuti ciascuno utilizzando una scala analogica visiva validata
• Rimozione di tutti i dispositivi e fornitura di una colazione volontaria a 180 minuti

I livelli di glucosio verranno determinati direttamente usando l'analizzatore RT di glucosio Hemocue (Hemocue AB, Schweden). La concentrazione plasmatica di insulina e la concentrazione di cortisolo nella saliva saranno determinate da un test immunosorbente legato all'enzima (ELISA) usando un kit di IBL/TECAN.

Settimana 2. Ancora una volta, i partecipanti ripetono il giorno della preparazione come prima (giorno 2), ad eccezione delle misurazioni del campione di BIA, MCTQ e del sangue venoso. L'intervento continua quindi da 3 a 5 giorni dopo il giorno della preparazione successiva alla stessa scala temporale del giorno di intervento 1.

La valutazione dei test di cognizione utilizzando la batteria del test dovrebbe durare circa 25 minuti in totale ogni volta. I test includeranno una serie di test sviluppati dall'Ala Institute Bochum, che è stato applicato nei nostri studi precedenti.

• (Ritardato) Test di memoria verbale (capacità di richiamare correttamente un totale di 30 parole immediatamente (richiamo) e dopo 20 minuti (richiamo ritardato))
• Test di memoria di lavoro a breve termine visivo-spaziale (un test di tocco del blocco corsi, cioè toccando una sequenza fino a nove blocchi identici separati spazialmente, aumentando in sequenza la difficoltà del numero di blocchi presentati).
• Test di attenzione selettiva e sostenuta e velocità di scansione visiva (una versione modificata del test D2 di attenzione, durante la quale saranno valutati i segni specifici di reazione all'interno di una serie di segni presentati)
• Test di attenzione spaziale e abilità di commutazione tra due diverse attività (versione alternativa del percorso)
• Test di vigilanza tonica (test del tempo di reazione semplice).
• Test di inibizione, cioè capacità di inibire una risposta prepotente, usando un compito di Flanker. In ogni prova verranno presentati tre triangoli sovrapposti ai partecipanti. I triangoli superiori e inferiori (fianchi) punzeranno nella stessa direzione ma indipendenti dal triangolo medio (bersaglio). Durante le prove no-go un cerchio sostituisce il bersaglio. Si suppone che i partecipanti premeranno i pulsanti a sinistra o a destra in base alla direzione del bersaglio o di non reagire in caso di una condizione no-go. Ogni prova sarà classificata come go-go o no-go compatibile, incompatibile.
• Un test fittizio per garantire che il richiamo ritardato inizi esattamente 20 minuti dopo il richiamo immediato

Analisi statistica I modelli di regressione multilivello verranno utilizzati per analizzare l'effetto degli interventi sulla memoria verbale a 150-180 minuti. Verranno utilizzati modelli identici per gli altri domini cognitivi come risultato. Verranno eseguite i test per le interazioni dell'effetto di intervento con il cronotipo e verranno eseguite analisi stratificate mediante cronotipo. Si noti che la considerazione delle interazioni può anche essere rilevante se p <0,1. Ulteriori analisi controlleranno la sensibilità all'insulina, il cortisolo, l'appetito, la sete e/o l'umore per esplorare se gli effetti osservati possono essere parzialmente attribuibili a questi fattori.