간헐적 단식이 인슐린 저항성, 심장 대사 및 뇌 관류에 미치는 영향

배경

케톤체는 고지방 저탄수화물 다이어트, 장기간의 칼로리 제한 또는 격렬한 운동 후와 같이 혈당 수치가 낮을 때 대체 연료로 간에서 생성됩니다. 혈액의 케톤체는 심장 및 뇌와 같은 에너지 소비 조직에 쉽게 흡수되며 산화되어 아데노신 삼인산(ATP)의 형태로 에너지를 생성합니다.

케톤체의 산화에 의한 ATP 생성은 지방산 산화보다 생성된 ATP 1몰당 산소가 적게 필요하므로 케톤체를 "슈퍼 연료"라고 합니다. 인슐린 저항성 및/또는 심부전이 있는 환자는 심장 조직으로의 포도당 흡수 감소를 특징으로 하고 지방산 산화에 의한 ATP 생산은 산소를 요구하므로 혈액 내 케톤체 수치 상승(고케톤혈증)은 인슐린 저항성, 제2형 당뇨병 및 허혈성 심장 질환이 있는 개인의 심근 허혈 관련 이환율을 감소시킬 가능성이 있습니다.

연구자들은 이전에 케톤체 수준이 주입에 의해 급격히 증가할 때 심장이 포도당에서 케톤체 소비로 쉽게 전환되어 심장 포도당 소비가 50% 감소한다는 것을 입증했습니다. 조사자들은 산소 소비에 대한 추정된 유익한 효과 외에도 심박출량의 현저한 증가를 관찰했습니다. 그들은 케톤체 수준과 심박출량 사이에 선형 용량-반응 관계가 관찰된 심부전 환자에 대한 연구에서 이후에 확인된 결과를 확인했습니다.

칼로리 제한(CR)은 기본 에너지 요구량의 30% 이상을 나타내는 지속적인 에너지 제한에 사용되는 용어입니다. CR은 일관되고 놀랍지 않게 체중 감소를 촉진하는 것으로 나타났지만 심혈관 질환의 위험도 감소시킵니다. 그러나 CR은 골질량 및 골밀도 감소, 잠재적으로 감염 위험을 증가시킬 수 있는 상대적 백혈구감소증을 비롯한 여러 부작용과 관련이 있습니다. 또한 CR 다이어트를 하는 개인은 배고픔, 짜증, 집중력 저하를 호소합니다. 이로 인해 낮고 종종 지속되지 않는 장기적인 성공률이 발생합니다.

간헐적 단식(IF)은 서로 다른 기간 및 특정 시간 간격에서 에너지 섭취를 완전히 또는 부분적으로 제한하는 다양한 식이 패턴을 설명하는 용어입니다. IF는 CR과 거의 동일한 유익한 효과를 나타내는 것으로 나타났습니다. IF는 단식하지 않은 날의 칼로리 섭취가 단식한 날의 칼로리 부족을 완전히 보상하지 못하기 때문에 체중 감소를 유발합니다. 5:2 다이어트, 완전 격일 단식(ADF), 수정된 ADF, 시간 제한 급식 등 다양한 형태의 IF가 존재합니다. 그러나 단식 기간이 20시간을 초과하는 것은 5:2 다이어트와 완전한 ADF 동안에만이며, 이는 단식하는 사람의 호르몬 및 대사 환경에 주요한 영향을 미칩니다. 20시간 이상 금식하면 혈당 수치가 낮아지고 인슐린 분비가 거의 완전히 억제됩니다. 그것은 케톤 형성을 위한 기질로서 지방산의 방출과 함께 간에서 케톤 생성 및 지방 조직에서 지방 분해를 자극합니다. 이것은 CR 다이어트를 하는 사람들을 포함하여 서구 세계의 대부분의 사람들이 거의 경험하지 않는 소위 "대사 변화"입니다. IF 동안 대사 변화는 인슐린 감수성을 개선하고 체중 감소를 제공하는 것으로 나타났습니다. CR 동안보다 더 큰 정도로. 전반적으로 IF 요법을 실행하여 CR의 동일한 이점을 얻을 수 있는 것으로 보이지만 후자만이 관련 추정 심장 이점과 함께 고케톤혈증을 유발합니다. 증가된 수준의 케톤체는 또한 인지 장애 또는 경미한 알츠하이머병 환자의 인지 기능을 개선하는 것으로 나타났습니다. 이것은 잠재적으로 케토시스에서 볼 수 있는 뇌 혈관의 관류 증가로 설명될 수 있습니다.

PET/CT는 종양학적 병기결정 및 치료 모니터링에서 잘 확립된 비침습적 영상 기법입니다. 이 기술은 또한 대부분의 물질 또는 대사산물이 적절한 PET 동위원소로 표지될 수 있기 때문에 대사산물의 운명을 추적하는 데에도 적합합니다. PET는 예를 들어 흡수 및 산화 속도를 직접 정량화할 수 있는 충분한 공간적 및 시간적 해상도를 가지고 있으며 조사관 부서에서 심장 효율성, 산소 소비 및 지방산 대사를 평가하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 현재 연구자들은 새로 개발된 케톤 PET 추적자 11C-3-OHB를 인간 연구를 위한 방사성 추적자로 검증하는 과정에 있습니다. 추적자는 서양식이 요법과 ADF와 같은 금식 요법 중에 케톤체의 생체 분포 및 동역학의 변화를 감지할 수 있게 합니다.

목적

이 연구 프로젝트의 목적은 3주간의 ADF 형태의 간헐적 단식이 3주간의 일반 서구 식단에 비해 인슐린 저항성, 심장 펌프 기능 및 기질 대사를 개선하는지 여부를 조사하는 것입니다. 또한 연구자들은 케톤증 동안 증가하는 것으로 나타난 뇌의 관류를 조사하기를 원합니다. 최첨단 PET/CT 추적자 기술과 잘 정립된 포도당 및 지방산에 대한 정상 상태 동역학 방법이 적용될 것입니다. 이 연구 결과는 ADF가 인슐린 저항성, 제2형 당뇨병, 심부전의 비약물적 예방 및 치료에 권장되어야 하는지, 그리고 이들 환자의 인지 기능을 개선하는 뇌 관류의 증가 가능성을 명확히 하는 데 도움이 될 것입니다.

구체적인 목표:

1. ADF 대 서양식(11C-3-OHB PET) 후 심장 흡수 및 하이드록시부티레이트 대사를 측정하기 위해
2. 서양식(15O-일산화이수소(H2O) PET)과 비교하여 ADF 후 심근 관류 및 혈류 보유량을 측정하기 위해
3. 골격근, 간 및 지방 조직(고인슐린혈증-정상혈당 클램프)의 인슐린 감수성에 대한 서양식 식단과 비교한 ADF의 효과를 확인하기 위해
4. 서양식(11C-아세테이트 PET)과 비교하여 ADF 후 심근 외부 효율(MEE)을 측정하기 위해
5. 서구 식단과 비교하여 ADF 후 지방산과 포도당의 심장 대사를 측정하기 위해(각각 11C-팔미테이트 및 불소-18-플루오로데옥시글루코스(18F-FDG) PET)
6. ADF 대 서양 식단(15O-H2O PET) 후 대뇌 관류를 측정하기 위해
7. ADF 후 골격근 및 지방 조직의 인슐린 신호를 서양식이와 비교하여 평가하기 위해(근육 및 지방 생검)
8. ADF 3주 동안 지방산, 포도당 및 케톤체의 일일 시간 관련 변화를 특성화하기 위해

행동 양식

이 연구는 55-70세의 과체중(BMI: 28-40 kg/m2)인 16명의 인슐린 저항성 피험자를 대상으로 무작위 통제 교차 연구로 실시될 예정입니다.

연구를 시작하기 전에 피험자는 오르후스 대학 병원의 방해받지 않는 환경에서 스크리닝 방문을 거치게 되며, 여기에서 피험자는 연구에 참여하기를 원하는 경우 정보에 입각한 동의를 할 수 있습니다. 사전에 그들은 방문에 수행원을 데려 올 권리가 있음을 알립니다. 서명 동의 후 피험자의 건강에 대한 대화가 있고 혈액 샘플을 채취하고 신장, 체중 및 혈압을 측정하고 ECG를 수행합니다. 또한, 구조적 심장 질환을 배제하기 위해 경흉부 심초음파 검사를 시행합니다.

포함 기준이 여전히 충족되고 제외 기준이 충족되지 않는 경우 피험자는 오후 7시부터 36시간 동안 금식하도록 지시받습니다. 단식 시간표를 맞출 수 있는지 확인하기 위해 -3일째를 준비 기간으로 삼습니다. 그 후에는 3주마다 2번의 연구 기간을 거쳐야 하며, 개입은 무작위 순서로 각각 ADF와 서양식(제한 없음)입니다. 피험자가 두 번째 연구 기간으로 넘어가기 전에 첫 번째 연구 기간 이후 일주일의 휴약 기간이 있습니다. 과목은 약 것입니다. 일주일에 한 번 전화로 연락하여 ADF 요법을 준수하는지 확인합니다.

첫 번째 연구 기간의 시작과 각 연구 기간의 끝에서 혈액 샘플을 채취하고 24시간 소변 샘플을 수행하며, 여기서 하루 동안 생성된 모든 소변은 플라스틱에 피험자가 수집합니다. 목적으로 할 수 있습니다. 소변은 분석 후 파괴됩니다. 피험자는 골다공증의 위험 요소에 대해서도 질문을 받습니다.

두 연구 기간 모두에서 케톤체의 농도는 가정에서 휴대용 혈당 측정기의 케톤 스트립을 사용하여 하루에 두 번(오전 7시 및 오후 7시) 피험자가 측정합니다. 피험자가 ADF 1주 후 케톤체 수치가 0.3밀리몰(mM) 미만으로 증가하면(식이 요법을 준수하지 않는다는 표현으로) 추가 추적 없이 연구에서 제외됩니다. 각 연구 기간이 끝날 때 피험자는 3일 동안 하루에 6회 측정하여 케톤 프로필을 작성하게 됩니다.

각 연구 기간 후 피험자는 PET/CT 스캔 및 다양한 실험실 검사로 검사일을 받습니다. 시험일까지 72시간 동안 피험자는 알코올과 격렬한 신체 활동을 피해야 합니다. 활동 측정기(FitBit Charge 2)로 신체 활동을 모니터링하고 24시간 혈압 모니터로 혈압/혈관 경직도를 모니터링합니다. 또한 밤 10시부터 금식을 하라고 합니다. 시험 전날 저녁.