Mat og døgnrytme (FACT)

Synkronisering av tidspunktet for biologiske prosesser og atferd med den 24-timers lys-mørke syklusen er grunnleggende for nesten alle fysiologiske prosesser, kognitiv funksjon og generell helse. Siden den gjennomsnittlige døgntiden hos mennesker er ~9 minutter lenger enn 24-timersdagen, og kunstig belysning tillater en ytterligere forsinkelse i klokken, må døgndrift oppstå hver dag. Dette gjør prosessen med døgndrift av den indre klokken med det ytre miljøet til en ofte oversett prosess, men en som har alvorlige konsekvenser hvis den blir svekket.

I gnagermodeller har dietter med høyt fett blitt vist å desorganisere døgntidssystemet. Det har imidlertid vært begrenset undersøkelse av hvordan sammensetningen av kostholdet virker på døgntidssystemet hos mennesker. Evnen til å trekke seg inn i en ny lysplan er kort undersøkt etter en diett med høyt fettinnhold i gnagermodeller. 3 uker opplever de en 20 % langsommere hastighet av re-entrainment til den nye lyssyklusen sammenlignet med mus som har fått en lav-fett diett. Videre hadde disse musene en svekket respons på en fasefremoverskridende lyspuls. Dessuten resulterer ganske enkelt en diett med høyt fettinnhold til mus i en forlenget døgnperiode og et skifte i ad libitum spisemønster til den typiske hvilefasen.

Målet med denne studien er å avdekke kostholdets påvirkning på det menneskelige døgnrytmesystemet. Protokollen er en 46-dagers (28 polikliniske dager, 18 polikliniske dager over to 9-dagers besøk) randomisert cross-over-studie designet for å belyse hastigheten på medrivende som svar på en diett med høyt fettinnhold. Deltakerne vil få 3 uker med en fettrik diett (2 uker poliklinisk, 1 uke poliklinisk) med 50 % kalorier fra fett. Protokollen inkluderer to typer datainnsamling; ambulatorisk overvåking på strenge søvn- og våkneplaner med måltider med høyt fett eller lavt fettinnhold levert av studieteamet og presise laboratoriemålinger av døgnrytme, medføring og andre fysiologiske markører for søvn og kardiometabolsk helse.

1. Ambulatorisk overvåking: Deltakerne vil opprettholde en konsekvent 14-dagers hjemme 8 timers søvnplan til vanlige tider før begge laboratoriebesøkene for å sikre 1) forsøkspersonene ikke er søvnbegrensede og 2) at de får samme lys-mørke-plan før hvert laboratoriebesøk for stabil medføring; verifisert ved aktigrafi, søvnlogger og innkallinger til en tidsstemplet opptaker. Narkotika, medisiner, koffein, alkohol og nikotin vil bli forbudt i løpet av denne tiden, og toksikologisk analyse vil bli utført ved laboratorieinnleggelse.
2. Poliklinisk diett: I 2 uker før hver protokoll, vil deltakerne innta en poliklinisk isokalorisk diett designet for å møte individuelle daglige energibehov; diett designet og utarbeidet av etterforskere. Dietter vil enten være utformet for å være høye i kalorier fra fett (50 % fett, 35 % karbohydrat og 15 % protein; 33 % av hver mono-, poly- og mettet fett) eller lav-fett (30 % fett, 55 % karbohydrat og 15 % protein) (randomisert crossover-design). Dietten vil bestå av frokost, lunsj, middag og mellommåltid, og deltakerne vil enten komme til laboratoriet ~3 dager eller personalet vil levere måltider. Deltakerne vil bli bedt om å kun konsumere maten som tilbys i løpet av disse 14 dagene. Overholdelse av dietten vil bli fanget opp via sporing av måltider ved hjelp av en mobil applikasjon for matsporing (MealLogger AppTM (Wellness Foundry, New York)).
3. Inpatient Protocols: Deltakere vil bli tatt inn i et individuelt rom uten eksterne tidsangivelser (f.eks. klokker, radioer, datamaskiner, besøkende og sollys). Romtemperaturen holdes på 21 - 22,2 °C og lysintensiteten er satt til ≤5 lux under planlagte konstante holdningsprosedyrer, romlys (400 lux) under våkenhet og 0 lux (mørke) under planlagte søvnmuligheter. Deltakerne vil bli instrumentert for full polysomnografi (PSG), elektrokardiogram og en rektal termistor for kontinuerlig måling av kjernekroppstemperatur. Et 18-gauge IV-kateter vil også settes inn i underarmen og kobles til en trippel-stoppekran-manifold via en IV-løkke med en 12-fots forlengelseskabel med liten lumen som blodprøvetakingen kan fortsette gjennom i neste rom uten å forstyrre søvnen.

Etter instrumentering vil deltakerne få en søvnmulighet og vil vekkes til dempet belysning og opprettholde en konstant holdningsprotokoll for nøyaktig vurdering av døgnfasen, hvilemetabolsk hastighet og andre fysiologiske utfall. Etter protokollen for konstant holdning, vil deltakernes lys-mørke-syklus endres i 6 identiske dager, etterfulgt av en andre protokoll for konstant holdning for ny vurdering av døgnfasen. Denne protokollen vil bli gjentatt mens deltakerne får det andre kryssmåltidet. Etterforskere/sykepleiere vil være til stede i laboratoriet eller i et sentralt kontrollrom 24 timer i døgnet for å overvåke fagets helse, datainnsamling, gi måltider, samle biologiske prøver, utføre tester og registrere søvn. En lege er alltid på vakt når en deltaker er i laboratoriet. En omfattende serie med protokoller og sjekklister og teampraksis brukes for å sikre enhetlig utførelse av standardprosedyrer.

Energiinnholdet i diettene vil utformes for å møte individuelle daglige energibehov. Kostholdseksperter vil tilberede isokaloriske måltider som inneholder makronæringsinnhold fra kosthold med høyt eller lavt fettinnhold og uten koffein. Kaloriinntaket vil være den samme kalori- og makronæringssammensetningen for hver dag med laboratoriestudier og vil bli gitt som miniatyrsnacks ofte under hver konstant holdningsprotokoll (f.eks. ¼ kalkun- og ostesmørbrød, juice og vann).