Катедра по интегративна физиология, Университет на Колорадо, Боулдър, Колорадо, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Университет в Уисконсин, болници и клиники, Медисън, Уисконсин, САЩ.

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по интегративна физиология, Университет на Колорадо, Боулдър, Колорадо, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Университет в Уисконсин, болници и клиники, Медисън, Уисконсин, САЩ.

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Катедра по медицина, Чикагски университет, Чикаго, Илинойс, САЩ

Агенции за финансиране: Тази работа беше подкрепена от грантовете на NIH R01 ‐ HL ‐ 075079, P01 ‐ AG11412, CTSA ‑ UL1 TR000430, P50 ‐ HD057796, P60 ‐ DK20595, наградата на Министерството на отбраната W81XWH ‐ 07‐2‐0071 и „Общество в науката“, Branco Weiss Стипендия, администрирана от ETH Zürich (към JLB)

Разкриване: Авторите не декларират конфликт на интереси.

Резюме

Обективен

Намаляването на съня е свързано със затлъстяването, но основните механизми остават да бъдат изяснени. Това проучване оценява дали ограничаването на съня променя 24-часовите профили на регулиращите апетита хормони грелин, лептин и панкреатичен полипептид по време на стандартизирана диета и дали тези хормонални промени предсказват приема на храна по време на ad libitum хранене.

Методи

Деветнадесет здрави, слаби мъже бяха изследвани при нормален сън и ограничение на съня в рандомизиран дизайн на кросоувър. Кръвни проби се събират в продължение на 24 часа по време на стандартизирано хранене. Впоследствие участниците имаха ad libitum измерва се възможността за хранене (хранене на блок маса и закуски) и калориен прием.

Резултати

Нивата на грелин са повишени след ограничаване на съня в сравнение с нормалния сън (P

Заключения

Ограничението на съня в сравнение с нормалния сън значително увеличава нивата на грелин. Увеличението на грелин е свързано с по-висока консумация на калории. Повишеният грелин може да бъде механизъм, чрез който загубата на сън води до повишен прием на храна и развитие на затлъстяване.

Въведение

В настоящото проучване първо изследвахме ефектите от ограничаването на съня върху често вземаните проби от 24-часови кръвни профили на хормоните, регулиращи апетита грелин, лептин и панкреатичен полипептид по време на стандартизирано хранене. Впоследствие измерихме калорийния прием по време на ad libitum възможност за хранене. Ние предположихме, че ограничаването на съня в сравнение с нормалния сън би променило хормоните, регулиращи апетита по време на контролирания период на диета и че тези хормонални промени биха предсказали повишен калориен прием през следващите ad libitum възможност за хранене.

Методи

Участници

Протокол за изследване

Участниците са изследвани при нормален сън и условия за ограничаване на съня в рандомизиран ред с интервал между най-малко 4 седмици. Участниците бяха приети в Центъра за клинични изследвания на Университета в Чикаго за цялото време на проучването. Нормалното състояние на съня включва четири последователни нощи от 8,5 часа в леглото (23: 00–07: 30 часа), а условието за ограничаване на съня включва четири последователни нощи от 4,5 часа в леглото (01: 00–05: 30 часа). По време на всяко състояние на сън телесното тегло се измерва с цифрова скала (Scale-Tronix, Model 5002, Wheaton, IL) сутрин след всички експериментални нощи, с изключение на деня на 24-часово вземане на кръв. Процентът телесни мазнини се оценява чрез биоимпеданс (Quantum X, RJL Systems, Clinton Township, MI) в началото на всяко състояние на съня.

Сънят се записва всяка вечер чрез полисомнография, както беше описано по-рано (20, 21). И при двете условия на сън участниците остават в лабораторията и се занимават само със заседнали дейности (например четене, гледане на телевизия, работа на компютър, игри на борд или карти). Нивата на активност се измерват непрекъснато, като се използват монитори, базирани на акселерометър, прикрепени към китката (Actiwatch; Philips ‐ Respironics, Bend, OR) и талията (Actical; Philips ‐ Respironics, Bend, OR). Изследователският персонал непрекъснато присъстваше за наблюдение на будността по време на планираните периоди на събуждане. През седмицата, предшестваща всеки лабораторен период, участниците поддържаха стандартизирано време за лягане у дома в съответствие с обичайните си навици. Дрямките не бяха разрешени. Съответствието с този график беше проверено чрез непрекъснато наблюдение на активността на китката и дневници на съня.

Стандартизирана диета и вземане на кръвни проби за 24 часа

Ad libitum хранене

Храната се претегля преди и след хранене на шведска маса и период на закуска, за да се определи консумацията на храна. За изчисляване на общото калорично съдържание и състава на макроелементите на всеки хранителен продукт беше използван софтуерът SQL Processor за хранителни продукти (ESHA Research, Salem, OR). Категориите храни за закуски са определени като сладкиши, солени закуски, нишестета, плодове и зеленчуци, млечни продукти, протеини/месо, напитки и подправки/мазнини/масла. Участниците имаха право да консумират само храни и напитки, осигурени от метаболитната кухня. Не се разрешаваха напитки, съдържащи кофеин. Всички ястия бяха приготвени под наблюдението на регистриран диетолог от метаболитната кухня в Клиничния изследователски център на Университета в Чикаго.

Хормонални анализи

Кръвните проби веднага се центрофугират при 4 ° С. Пробите от плазма и серум бяха замразени и съхранявани при -80 ° C, докато се анализират. Общите нива на грелин и лептин в серума са измерени чрез радиоимунологичен анализ (EMD Millipore, St Charles, MI) с граница на чувствителност съответно 93 pg/ml и 0,5 ng/ml и вариационен коефициент на интра-анализ от 5%. Плазмените нива на панкреатичния полипептид са измерени чрез радиоимуноанализ (Alpco, Salem, NH) с граница на чувствителност от 3 pmol/L с коефициент на вариация в рамките на анализа, по-малък от 3%. За всеки 24-часов профил всички проби, получени от един и същ участник, бяха измерени в един и същ анализ.

Анализ на данни и статистически методи

Всички хормонални профили бяха интерполирани на интервали от 15 минути, за да се улеснят хронобиологичните анализи. Свързаните с храненето пикови стойности за грелин и панкреатичен полипептид бяха определени като максималната концентрация, измерена през 60 минути след всяко хранене. Стойностите на надир след хранене за грелин и панкреатичен полипептид са определени като минимална концентрация, измерена между 60 и 240 минути след всяко хранене. Отговорите на хранене за грелин и панкреатичен полипептид са изчислени като площите под кривата (AUC) по време на 2,5 часа след всяко хранене, използвайки трапецовидния метод. Нощните средни стойности за всеки хормон са изчислени от периода на гладно през нощта между 21:30 часа и 09:00 часа. За да се определят количествено 24-часовите профили на серумен лептин, за всеки отделен профил е монтирана най-подходяща крива, използвайки стабилна локално претеглена процедура на регресия с 4-часов прозорец (23). Амплитудата на лептина се определя като половината от разликата между акрофазата (максимумът на кривата с най-добро прилягане) и надирът (минимумът на кривата с най-добро прилягане).

Ефектите от ограничаването на съня върху всички променливи бяха оценени с помощта на смесен модел ANOVA с ограничени максимални оценки на вероятността за компоненти на дисперсията. Участниците бяха третирани като случайни ефекти, а състоянието на съня - като фиксиран ефект. Връзките между промените в нивата на хормоните и промените в приема на храна бяха изследвани с помощта на коефициента на Пиърсън. Данните са изразени като средна стойност ± стандартна грешка на средната стойност (SEM). Всички статистически анализи бяха извършени с помощта на JMP статистически софтуер за Macintosh (SAS Institute, версия 9.0.3). A P стойност по-малка от 0,05 се счита за значима.

Резултати

Телесно тегло и процент телесни мазнини

По време на стандартизирания хранителен период средното телесно тегло през 4-те дни на всяко състояние на съня е сходно (75,0 ± 2,5 kg по време на нормален сън срещу 74,4 ± 2,4 kg по време на ограничение на съня, P = 0,09) и процента телесна мазнина, измерен при прием, не се различава между условията (19,3 ± 1,1% преди нормалния сън срещу 19,2 ± 1,0% преди ограничаването на съня, P = 0.86). Сутрешно телесно тегло, измерено преди ad libitum храненето не се различава между условията (75,0 ± 2,5 kg при нормален сън срещу 74,6 ± 2,4 kg при ограничаване на съня, P = 0,27).

Характеристики на съня

В продължение на четири нощи участниците спяха средно 7,8 ± 0,1 часа по време на нормален сън срещу 4,3 ± 0,0 часа по време на ограничаване на съня (P (20) .

24-часови профили на грелин, лептин и панкреатичен полипептид по време на контролиран диетичен период

Двадесет и четири часови профили на грелин бяха променени по време на ограничаване на съня (Фигура 1А) с по-високи средни 24-часови и нощни нива, настъпващи по време на ограничаване на съня в сравнение с нормалния сън (Таблица 1). Ограничаването на съня също води до повишен грелин след хранене след закуска, обяд и вечеря (Фигура 2). Пиковете в грелин, свързани с храненето, са били значително по-високи за закуска и вечеря, а нивата на грелин след хранене са били увеличени за всички хранения по време на ограничаване на съня спрямо нормалния сън (Таблица 1).

храна

Двадесет и четири часови профила на (A) грелин, (Б.) лептин и (° С) панкреатичен полипептид при нормален сън (черни линии) и ограничаване на съня (червени линии). Хоризонталните черни ленти показват времето в леглото при нормален сън (23:00 ч. До 07:30 ч.), А червените ленти показват времето в леглото при ограничение на съня (01:00 ч. До 05:30 ч.). Черните стрелки представляват еднакви ястия, сервирани в 09:00 ч., 14:00 ч. И 19:00 ч. Данните са показани като средно ± SEM. [Цветна фигура може да се види в онлайн изданието, което е достъпно на wileyonlinelibrary.com.]

Реакции на грелин след хранене на ястия за закуска, обяд и вечеря при нормален сън (черни ленти) и ограничаване на съня (червени ленти). AUC се изчисляват през 2,5 часа след всяко хранене, като се използва трапецовиден метод. Идентични ястия бяха сервирани в 09:00 ч., 14:00 ч. И 19:00 ч. Данните са показани като средно ± SEM. [Цветна фигура може да се види в онлайн изданието, което е достъпно на wileyonlinelibrary.com.]

Калоричен прием през ad libitum период на хранене

Ограничаването на съня е свързано с увеличаване на общия прием на калории с 340 ± 131 Kcal в сравнение с нормалния сън (3888 ± 208 kcal срещу 3548 ± 205 kcal, P = 0,02) по време на ad libitum период на хранене. Общият енергиен прием е по-висок за калориите от въглехидрати, когато сънят е ограничен (2026 ± 106 kcal срещу 1833 ± 103 kcal, P = 0,005), но не се различава за калориите от мазнините (1379 ± 100 kcal срещу 1264 ± 98 kcal, P = 0,12) или протеин (485 ± 28 kcal срещу 451 ± 36 kcal, P = 0,20). Общият прием на калории и макроелементи не се различава между условията на сън за обяд или вечеря на блок маса (Фигура 3). Общият калориен прием от закуски е по-висок при увеличена консумация на въглехидрати по време на ограничаване на съня спрямо нормалния сън, докато консумацията на мазнини и протеини от закуски не се увеличава значително по време на ограничаването на съня.

Калоричен прием по време на ad libitum период на хранене при нормален сън (черни ленти) и ограничаване на съня (червени ленти). (A) Общ калориен прием, (Б.) прием на въглехидрати, (° С) прием на мазнини, (д) прием на протеини. The ad libitum Възможността за хранене включваше ястия на шведска маса (обяд на шведска маса, сервиран в 15:00 ч. и вечеря на шведска маса, сервирана в 19:30 ч.) и неограничен достъп до закусвалня между двете хранения на блок маса. Данните са показани като средно ± SEM. [Цветна фигура може да се види в онлайн изданието, което е достъпно на wileyonlinelibrary.com.]

Средно закуските, поднесени при двете условия на сън (избрани въз основа на индивидуалните предпочитания на субектите), се състоят от 39% сладкиши, 25% солени закуски, 0% нишесте, 14% плодове и зеленчуци, 7% млечни продукти, 2% протеини/месо, 12% напитки и 1% подправки/мазнини/масла. Когато сънят беше ограничен, консумацията на сладки и солени закуски беше по-висока с 283 ± 130 kcal (P = 0,04).

Когато изследвахме връзките между промените в грелина и промените в приема на калории по време на ограничаване на съня, открихме, че увеличаването на вечерния грелин (т.е. връх, свързан с вечерята) е свързано с по-високата консумация на калории от сладкиши (r = 0,48, P = 0,04; Фигура 4). Тенденция за корелация беше очевидна и между промяната в вечерния грелин и въглехидратните калории от закуски (r = 0,42, P = 0,07), но не и с консумацията на калории от солени закуски. Не открихме значими връзки между промените в профилите на грелин и промените в общия прием на калории, приема на мазнини или протеини от закуски.

Корелация между промяната в нивата на вечерния грелин (т.е. връх, свързан с вечерята) и промяната в приема на калории от сладки закуски. Стойностите на промяната се изразяват като разлика между ограничението на съня и нормалния сън.

Нива на активност

Брой на активността, оценен от монитори, базирани на акселерометър, прикрепени към кръста (P = 0.86) или китка (P = 0.68), са сходни между условията на сън (Фигура 5).

Общо отчита активността от (A) монитор на талията и (Б.) монитор за китката при нормален сън (черни ленти) и ограничение на съня (червени ленти). Данните са показани като средно ± SEM. Данните са от н = 16 за монитора на талията и н = 18 за монитора на китката. [Цветна фигура може да се види в онлайн изданието, което е достъпно на wileyonlinelibrary.com.]

Дискусия

Демонстрирахме, че експерименталното ограничаване на съня при здрави мъже променя 24-часовите профили на грелин по време на стандартизирана диета, което води до по-високи нива на грелин по време на ограничаване на съня в сравнение с нормалния сън. Също така открихме, че повишаването на нивата на грелин по време на ограничаване на съня е свързано с по-висока консумация на калории, когато ad libitum достъпът до храна беше разрешен. Доколкото ни е известно, това е първата демонстрация, че повишените нива на грелин могат да предскажат приема на храна по време на ограничаване на съня. Тези открития предполагат потенциален механизъм, чрез който загубата на сън може да доведе до повишен прием на храна и развитие на наддаване на тегло.

Установихме, че ограничаването на съня е свързано с повишаване на нощните и дневните нива на грелин по време на стандартизираната диета. Нивата на грелин след хранене след закуска, обяд и вечеря остават повишени по време на ограничаване на съня в сравнение с нормалния сън. В съгласие с нашите открития, по-високи дневни нива на грелин по време на експериментално ограничаване на съня са наблюдавани по-рано при здрави мъже при условия на контролиран прием на калории (12, 15). За разлика от това, предишни проучвания с ad libitum условията на хранене съобщават, че нивата на грелин са или намалени (8), или непроменени (5, 7, 9, 18) по време на ограничаване на съня. Възможно е ефектите от продължителността на съня върху грелина да са били маскирани в тези проучвания поради неконтролиран прием на калории.

В нашето проучване 24-часовите лептинови профили не се повлияват значително от продължителността на съня по време на стандартизирана диета. Предишни открития за ефектите от ограничаването на съня върху хормона на ситостта лептин са смесени. При контролирани условия на хранене е доказано, че нивата на лептин са намалени (13, 15), увеличени (16, 17) или непроменени (12). Под ad libitum Съобщава се за условия на хранене, както повишени (5, 8, 19), така и непроменени (7, 9, 18) нива на лептин. Тези противоречиви констатации може да се дължат на методологични вариации във времето и честотата на вземане на кръвни проби, както и на хранителния статус и енергийния баланс на участниците в изследването.

Панкреатичният полипептид е хормон на червата, за който се смята, че играе важна роля в регулирането на апетита (24). Доколкото ни е известно, нашето изследване е първото, което изследва въздействието на ограничаването на съня върху нивата на панкреатичния полипептид. Като цяло не наблюдавахме значителна промяна в профилите на панкреасния полипептид. Открихме обаче малко, но значително намаляване на нивата на панкреатичния полипептид след вечеря по време на ограничението на съня, което би могло да стимулира приема на храна.

Когато беше разрешен безплатен достъп до храна, установихме, че общият прием на калории се е увеличил по време на ограничаването на съня. Тази констатация е в съгласие с множество предишни проучвания, които съобщават за повишен прием на калории по време на ограничаване на съня под ad libitum условия за хранене (5-12). При нашите участници увеличаването на приема на храна се дължи главно на по-висок калориен прием от консумация на закуски и въглехидрати, което беше установено по-рано (8, 9) .

Доказано е, че недостатъчният сън увеличава енергийните разходи, оценени от калориметрията на цялата стая (8, 25). Предишни проучвания също показват, че краткосрочното ограничаване на съня води до увеличаване на теглото, когато свободният достъп до храна е разрешен през целия експеримент (5, 7, 8, 10), което предполага, че енергийният прием надвишава метаболитните разходи при продължително будност. В нашето проучване диетата се контролира и телесното тегло е подобно между условията на съня преди ad libitum период на хранене, който се проведе в края на експеримента. В допълнение, нивата на активност, измерени от монитори, базирани на акселерометър, не се различават в различните условия.

В заключение демонстрирахме, че експерименталното ограничаване на съня при здрави млади слаби мъже води до повишени нива на грелин, насърчавайки увеличения прием на храна. Тези открития предоставят доказателства за потенциални фактори, чрез които загубата на сън може да доведе до повишено наддаване на тегло и развитие на затлъстяване. Необходими са бъдещи механистични проучвания, за да се идентифицират потенциалните медиатори във връзката между увеличения прием на храна и недостатъчния сън.

Благодарности

Авторите благодарят на сестринския и диетичния персонал на Клиничния изследователски център на Университета в Чикаго за тяхната експертна помощ и доброволците за участието в това проучване.