L. C. Ruddick ‐ Collins

1 The Rowett Institute, University of Aberdeen, Aberdeen, UK,

J. D. Johnston

2 Факултет по здравни и медицински науки, Университет в Съри, Гилдфорд, Великобритания,

P. J. Morgan

1 The Rowett Institute, University of Aberdeen, Aberdeen, UK,

А. М. Джонстоун

1 The Rowett Institute, University of Aberdeen, Aberdeen, UK,

Резюме

Все повече доказателства подчертават значението на биологичния часовник като модулатор на енергийния баланс и метаболизма. Последните проучвания при хора показват, че погълнатите калории очевидно се използват по-ефективно сутрин, отколкото вечер и това се проявява чрез подобрена загуба на тегло, дори при изоенергичен прием на калории. Механизмите зад този засилен сутрешен енергиен метаболизъм все още не са ясни, въпреки че може да е резултат от поведенчески адаптации или циркадни вариации във физиологията и енергийния метаболизъм. Следователно основната цел на новофинансираното проучване на Голямата закуска е да се изследва механистичната основа на тази усилена сутрешна термогенеза, водеща до засилена загуба на тегло, чрез изследване на поведенческите и физиологичните адаптации в енергийните разходи заедно с основната циркадна биология. Този доклад накратко обсъжда текущите изследвания, свързващи времето за хранене, циркадните ритми и метаболизма; подчертава пропуските в научните изследвания; и предоставя общ преглед на проучванията, предприети като част от финансираното от Съвета за медицински изследвания изследване на Голямата закуска.

Въведение

Съобщава се, че Обединеното кралство има един от най-високите енергийни приеми вечер, като делът на дневния енергиен прием се увеличава постепенно през деня, а вечерята осигурява средно 40% от дневните калории (Almoosawi et al. 2016). Подобни модели на увеличаване на енергийния прием през деня, макар и с малко по-малки приема на вечеря от около 33% -34%, са докладвани в редица други държави, включително САЩ, Канада, Германия, Дания, Холандия и Белгия (Almoosawi и др. 2016). Към днешна дата изненадващо малко внимание е обърнато на важността на времето през деня върху хранителната реакция или енергийния баланс.

закуска

Ролята на циркадните ритми в регулирането на метаболитните процеси и енергийния баланс. Гените на часовника в периферните тъкани се регулират предимно от централния „главен часовник“ в хипоталамуса (супрахиазматичното ядро; SCN), който е предимно под контрол от цикъла светлина/тъмнина. Гените на часовника могат да бъдат задържани и от други външни фактори, включително прием на храна и упражнения. Гените на часовника са установени в мозъка, черния дроб, стомашно-чревния тракт, мастната тъкан на ендокринната система и скелетните мускули. Те регулират времето на физиологичните процеси, по-специално тези, които участват в храносмилането на храната, усвояването на хранителни вещества и метаболизма на хранителните вещества. Те от своя страна вероятно ще повлияят на енергийните разходи чрез регулиране на енергийните разходи в покой, термичния ефект на храната и физическата активност. Поведенческите последици включват влияние върху приема на храна и избора на храна, както и упражненията. [Цветна фигура може да се види на http://wileyonlinelibrary.com]

Време на хранене (разпределение на калориите): Ефекти върху енергийния баланс и метаболитното здраве

Представяне на синхрон между светлината/тъмнината, събуждането/съня и храненето/бързите цикли при хората като дневен вид. [Цветна фигура може да се види на http://wileyonlinelibrary.com]

Въпреки тези доказателства, клиничните проучвания, сравняващи времето на хранене при хора, са изключително ограничени. Към днешна дата не са провеждани рандомизирани, контролирани кръстосани проучвания, сравняващи големи ястия за закуска и големи вечери. Проучването на Голямата закуска ще обърне внимание на тази пропаст в изследванията чрез прилагане на рандомизирано контролно проучване, сравняващо диети за отслабване със сутрешно и вечерно натоварване при лица с наднормено тегло и затлъстяване, при което всички компоненти на енергийния прием и енергийните разходи ще бъдат наблюдавани в продължение на седмични периоди.

Физиологични механизми и циркадно влияние върху енергийния метаболизъм

Дневните вариации са очевидни в скоростта на абсорбция на стомашно-чревния тракт и експресията на стомашно-чревни гени, участващи в транспортирането на хранителни вещества, които обикновено са по-високи по време на активната фаза и след гладуването (Sotak et al. 2011; Hussain & Pan 2015). Показано е също, че степента на изпразване на стомаха е под циркаден контрол, с по-бавно изпразване на стомаха през биологичната вечер (Goo et al. 1987). Тези фактори могат да допринесат за наблюдаваното повишено сутрешно TEF, като влияят върху отделянето на хранителни вещества в червата за усвояване, а също така влияят върху освобождаването на хормони и метаболити, необходими за енергоемките процеси на храносмилане и съхранение на хранителните вещества (Weststrate et al. 1989; Romon и др. 1993). Все още не е ясно дали дневният/нощният ритъм в скоростта на абсорбция на стомашно-чревния тракт се определя от поведенческия цикъл или ендогенната циркадна биология и няма проучвания, които да разглеждат как 24-часовите вариации в изпразването на стомаха след хранене могат диференцирано да повлияят на енергийния метаболизъм след хранене в ден. Намаленото вечерно освобождаване на инсулин и глюкозният толеранс могат допълнително да повлияят на термогенните разходи, свързани с гликогенезата след прием на въглехидрати и да намалят вечерния TEF (Ravussin et al. 1985; Van Cauter et al. 1997).

Диференциалната загуба на тегло между сутрешното и вечерното хранене може също да е резултат от поведенчески влияния, включващи доброволна и случайна физическа активност, както и апетит и избор на храна. Например Betts et al. (2014) установяват по-високи нива на физическа активност при индивидите, консумиращи закуска, в сравнение с тези, които пропускат закуската. Също така е правдоподобно, че разликата в енергийните разходи между сутрешното и вечерното хранене може да отразява променената базална скорост на метаболизма. По този начин, в допълнение към TEF, ежедневните промени в основния метаболизъм и физическата активност изискват внимателно проследяване при изследването на механизмите, които подкрепят връзката между времето на хранене и телесното тегло.

В обобщение, има доказателства, че времето за хранене има клинично значимо влияние върху загубата на тегло, енергийния баланс и метаболитното здраве. Въпреки това основните механизми, допринасящи за диференцираните енергийни разходи, предизвикани от времето на хранене, все още не са ясни и променливите компоненти на дневните енергийни разходи никога не са били изрично проучени по отношение на дневните ритми.

Цели на проучването за Голямата закуска

Основните цели на Проучването за Голямата закуска са да разбере как промяната в размера на храненето (приема на калории), по-специално разпределението на енергиен прием сутрин спрямо вечер, влияе върху енергийния баланс. Ще определим основните механизми на енергийния баланс (чрез оценка на енергийните разходи и апетита) и влиянието на циркадната биология. [Цветна фигура може да се види на http://wileyonlinelibrary.com]

Две проучвания ще изследват потенциалните поведенчески и циркадни/дневни влияния върху енергийните разходи и енергийния баланс. По-конкретно, проектът ще адресира две основни цели:

да се оцени въздействието на времето за хранене върху механизмите, свързани с енергийните разходи и използването на субстрата;

да се тества приносът на биологичното циркадно влияние върху енергийните разходи и свързаните ендокринни пътища по време на фиксиран протокол за смяна на фазата на хранене.

Тези проучвания ще разширят съвременните знания за взаимодействието на диетата и циркадните ритми на тялото („хроно-хранене“) и ще помогнат да се информира за бъдещото развитие на хранителни насоки за контрол на теглото, базирани на оптимизиране на времето за консумация на енергия. Преглед на текущата литература, пропуски в изследванията и цели на настоящия проект са разгледани на Фигура 4 .

Обобщение на текущите изследвания, текущи пропуски в литературата и целите на изследването за Голямата закуска. TDEE, общ дневен разход на енергия; RMR, метаболизъм в покой; TEF, термичен ефект на храната. [Цветна фигура може да се види на http://wileyonlinelibrary.com]

Цел 1: Да се ​​оцени въздействието на времето за хранене върху механизмите, свързани с енергийните разходи и използването на субстрата: Проучването за хранене

Предполага се, че по-ниският TEF вечер, установен в предишни проучвания, може да е резултат от по-бавно изпразване на стомаха или намалено усвояване на хранителни вещества. Следователно ще измерваме изпразването на стомаха чрез стабилна изотопна техника (13 С октанова киселина) едновременно с оценката на TEF и постпрандиалните промени в глюкозата, инсулина и чревните хормони. Докато предишни проучвания показват по-голям сутрешен TEF (Morris et al. 2015), използването само на 2 часа мерки е недостатъчно за определяне на цялостния TEF отговор. Шестчасови мерки за TEF и изпразване на стомаха ще бъдат приложени въз основа на методологията на Reed and Hill (1996), което е по-дискриминиращ начин за измерване на целия отговор на TEF.

В съответствие с предишни изследвания, ние също ще оценим мерките за метаболитно здраве в тестовите дни в края на всяка фаза на изследването. Това ще включва кръвно налягане и гладуване и глюкоза след хранене, инсулин и липиди, за да се определят други ползи за здравето, свързани със сутрешното хранене. Кръвната глюкоза ще бъде допълнително оценена през последните 3 дни от всяка фаза на изследването, като се използват непрекъснати глюкозни монитори (CGM). По-рано беше показано, че сутрешното хранене води до значително по-голямо намаляване на глюкозата на гладно, инсулина, оценката на хомеостатичния модел - инсулинова резистентност и серумен триглицерид и значително по-големи подобрения в холестерола с висока плътност (HDL), в сравнение с вечерното хранене (Jakubowicz и др. 2013). Проучването за хранене ще помогне да се затвърдят тези доказателства чрез прилагане на кръстосан дизайн за индивидуални сравнения на метаболитни кръвни субстрати. Включването на CGM ще позволи подробна оценка на въздействието на зареденото сутрин върху острите постпрандиални глюкозни реакции, както и дневните колебания на глюкозата.

И накрая, това проучване ще оцени субективния апетит на участниците с помощта на визуални аналогови скали (Flint et al. 2000), измерени на час в продължение на три последователни дни през последната седмица от всяка фаза на изследването, по време на свободни условия на живот и едновременно с непрекъсната оценка на глюкозата и оценка на актиграфа. Оценките за апетит също ще се вземат на всеки 30 минути през целия ден на изпитване едновременно с мерките за изпразване на стомаха и TEF. От това се стремим да определим как времето за хранене влияе на ежедневния апетит, както и да установим сложни взаимоотношения между кръвната глюкоза, физическата активност, изпразването на стомаха и енергийните разходи.

Цел 2: Да се ​​тества приносът на биологичното циркадно влияние върху енергийните разходи и свързаните ендокринни пътища по време на фиксиран протокол за смяна на фазата на хранене: Ефекти от 5-часово фазово забавяне на светлината и поведението върху ежедневните ритми на човешкия метаболизъм

Разделянето на човешкото влияние върху околната среда и поведението от ендогенната циркадна физиология ще помогне за разбирането на основните механизми, свързани с ритмичното изразяване на енергийните разходи. По-конкретно, използването на протоколи за фазово изместване, които променят относителното време на деня на индивида спрямо по-рано или по-късно, чрез напредване или отлагане на циклите светлина/тъмнина, сън/събуждане и хранене/бързо, могат да бъдат използвани за установяване на относителния принос на ендогенните циркадни ритми срещу поведенчески цикли. Това проучване имаше за цел да отговори на въпроса „Как моделите на енергийните разходи, метаболизма и изпразването на стомаха и свързаните с тях ендокринни пътища са засегнати от циркадните ритми по време на фиксиран протокол за смяна на фазата на хранене и как ендогенните циркадни ритми влияят върху енергийните разходи и енергийния баланс?“

Излагането на светлина и тъмнина (както време, така и лукс) ще се контролира през всички дни, като участниците са заслепени за времето на деня, за да не пречат на естествения им циркаден ритъм. Златният стандартен маркер на циркадната фаза при човека, плазмената концентрация на мелатонин, ще се измерва на всеки час за до 15 последователни проби (например между 16:00 и 06:00). Данните ще бъдат анализирани чрез изчисляване на времето за поява на сигнала за мелатонин, съгласно утвърдени методологии (Benloucif et al. 2008). Постоянният мониторинг на глюкозата и измерванията на физическата активност с помощта на актиграфи също ще бъдат предприети съгласно Проучването за хранене и ще се носят за целия 7-дневен протокол.

Скоростта на метаболизма в покой ще се оценява сутрин през всички тестови дни, а TEF се оценява в продължение на 5 часа след трите хранения през деня: закуска, обяд и вечеря. Това ще ни позволи да определим количествено TEF за конкретни ястия, както и общия TEF през целия ден и да определим промените в отговор на фазовото изместване. Чрез едновременно измерване на изпразването на стомаха и метаболитите (глюкоза, инсулин, чревни хормони и липиди) по време на хранене за закуска, ще можем да установим дали има разлики в скоростта или величината на TEF реакцията във връзка с фазовото изместване и дали се дължат на разликите в изпразването на стомаха, усвояването и усвояването на субстрата. Това проучване с фазово изместване ще ни позволи да оценим влиянието на ендогенния циркаден часовник върху регулирането на тези храносмилателни и метаболитни процеси и върху отделните компоненти на енергийните разходи (RMR, TEF, физическа активност).

Бенефициенти и съобщение за общественото здраве

Нашата текуща работа има за цел да проучи дали типичният модел на консумация на храна в Обединеното кралство, като малка закуска и голяма вечеря, работи срещу вътрешните биологични ритми и изостря трудностите при успешното управление на теглото. В момента в Института Роует се провеждат допълнителни изследвания, подкрепени от правителството на Шотландското правителство за наука и анализ на селските райони и околната среда, за да се изследва как съставът на закуската (45% калории, консумирани на закуска, в сравнение с високо съдържание на фибри и високо съдържание на протеини) също може да повлияе на енергийния баланс и подпомагат управлението на теглото в подобно 10-седмично проучване за отслабване. Понастоящем няма диетични указания, специфични за времето на хранене и по-специално, няма насоки по отношение на работниците на смени. Заедно тези проучвания ще предоставят базирани на доказателства данни за превод, за да се подобрят хранителните насоки, насочени към времето на хранене като алтернативна стратегия за насърчаване на контрола върху телесното тегло.

Разпространение

Констатациите от проучването на Голямата закуска ще бъдат разпространени сред широка аудитория, включително научната общност, индустрията, обществените и независими органи и широката общественост. По-конкретно, ние ще изготвим инфографики, кратки видео резюмета, изявления за прессъобщения и писмени насоки и медии за представяне и разпространение в индустрии (напр. Шотландска федерация за храни и напитки), здравни органи (напр. NHS) и независими органи, както и представяне на информация на местни публични събития и в Обединеното кралство (напр. Aberdeen's Café Med и Food Matters Live). Тези предавания ще бъдат използвани за подчертаване на резултатите от проучването, обучение на важни заинтересовани страни и предоставяне на доказателства за разработване на здравна политика и възможности за подкрепа за бъдещи изследвания.

Заключения

Ранните доказателства подкрепят разпределението на енергията, заредена сутрин, като полезна стратегия за контрол на теглото. Проучването на Голямата закуска има за цел да изследва механистичната основа за такива открития и да определи приноса на ендогенната циркадна система за енергийните разходи и енергийния баланс. Тази недостатъчно проучена област на хранителната наука може да доведе до иновативни знания, които биха могли да проправят нови начини за справяне с метаболитното здраве и затлъстяването чрез прилагане на диетични насоки, насочени към времето за хранене.

Финансиране

Проучването се финансира от Съвета за медицински изследвания.

Авторски приноси

Алекс Джонстоун, Леони Рудик-Колинс, Питър Морган и Джонатан Джонстън допринесоха за написването и подготовката на ръкописа.

Конфликт на интереси

JDJ е извършил консултантска дейност за Kellogg Marketing and Sales Company (UK) Limited и има изследователско сътрудничество с Nestlé Research Center. Никой друг автор не е декларирал конфликт на интереси.

Благодарности

Академичен екип: професор Алекс Джонстоун, д-р Леони Рудик-Колинс, професор Питър Морган, д-р Джонатан Джонстън.