Einfluss der Lichtverhältnisse auf den Substratstoffwechsel, den Energieverbrauch und die Thermoregulation bei insulinresistenten Personen
Höhepunkte
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Einführung
Licht ist der wichtigste Zeitgeber für die Synchronisierung der inneren biologischen Uhr von Säugetieren mit dem 24-Stunden-Hell/Dunkel-Zyklus der Umgebung. Der suprachiasmatische Kern im Hypothalamus fungiert als Hauptschrittmacher, indem er die von der Netzhaut empfangenen Hell-/Dunkelinformationen mit endogen erzeugten Rhythmen in neuronalen und humoralen Signalen integriert, die wiederum periphere Uhren in Organen wie der Leber, dem Muskelskelett und der Bauchspeicheldrüse synchronisieren können .
Auf diese Weise kann der Körper die unterschiedlichen Stoffwechselanforderungen antizipieren, die mit einem bestimmten Zeitfenster innerhalb des Hell-Dunkel-Zyklus verbunden sind, wie z. B. Essen und Fasten, körperliche Aktivität und Ruhe. Die Optimierung der Lichtverhältnisse in Innenräumen, um den natürlichen Hell-Dunkel-Zyklus besser nachzuahmen, dürfte eine ordnungsgemäße Regulierung der Verhaltensrhythmen, einschließlich Schlaf-/Wach- und Fütterungszyklen, gewährleisten und zur Aufrechterhaltung der Stoffwechselgesundheit beitragen.
In unserer modernen Gesellschaft steht künstliches Licht jedoch rund um die Uhr zur Verfügung und die meisten Menschen sind während der dunklen Phase des natürlichen Hell-Dunkel-Zyklus elektrischem Licht und lichtemittierenden Displays ausgesetzt. Beim Menschen gehören zu den schädlichen Auswirkungen von Nachtlicht (LAN) akut erhöhte postprandiale Glukose- und Insulinspiegel sowie erhöhte postprandiale Insulin- und Glucagon-like-Peptid-1-Spiegel nach dem Frühstück nach nächtlicher Lichtexposition. .
Zusätzlich zu LAN ist unsere moderne Gesellschaft tagsüber auch mit dem Mangel an ausreichend Zeit bei hellem Licht konfrontiert und verbringt tatsächlich die meiste Zeit in Innenräumen unter künstlicher Beleuchtung (bei viel geringeren Lichtverhältnissen im Vergleich zum natürlichen Tageslicht im Freien). . Die Einwirkung von hellem Licht vor und während des Frühstücks erhöhte die postprandialen Glukose- und Triacylglycerin (TG)-Spiegel bei Patienten mit Typ-2-Diabetes mellitus, während sie bei gesunden jungen Männern nur die TG-Spiegel erhöhte.
Einige Studien untersuchten experimentelle Lichtexpositionsprotokolle über 24 Stunden und legten nahe, dass helles Licht im Vergleich zu schwachem Licht den Glukosestoffwechsel bei gesunden jungen Freiwilligen zu unterschiedlichen Tageszeiten beeinflussen kann. Ob die Optimierung der künstlichen Lichtexposition über einen Zeitraum von 24 Stunden den Energie- und Substratstoffwechsel im gesamten Körper sowie die Glukosehomöostase bei Menschen mit Lichtresistenz verbessern kann, wurde jedoch noch nicht untersucht. Insulin.
Ziele/Hypothesen
In unserer modernen Gesellschaft steht künstliches Licht rund um die Uhr zur Verfügung und die meisten Menschen sind während der dunklen Phase des natürlichen Hell-Dunkel-Zyklus elektrischem Licht und lichtemittierenden Displays ausgesetzt.
Solche suboptimalen Lichtverhältnisse wurden mit negativen Auswirkungen auf den Stoffwechsel in Verbindung gebracht, und die Neugestaltung der Lichtverhältnisse in Innenräumen, um den natürlichen Hell-Dunkel-Zyklus nachzuahmen, verspricht eine Verbesserung der Stoffwechselgesundheit.
Unser Ziel bestand darin, die Stoffwechselreaktionen auf Lichtbedingungen, die dem natürlichen Hell-Dunkel-Zyklus ähneln, im Gegensatz zu suboptimaler Beleuchtung bei Menschen zu vergleichen, bei denen das Risiko besteht, Stoffwechselerkrankungen zu entwickeln.
Methoden
Daher führten wir hier eine nicht verblindete, randomisierte, kontrollierte Crossover-Studie durch, in der übergewichtige, insulinresistente Freiwillige (n = 14) zwei 40-stündigen Laborsitzungen mit unterschiedlichen 24-Stunden-Beleuchtungsprotokollen ausgesetzt wurden, während sie in einem Stoffwechsel blieben Kammer unter realen Bedingungen.
Im hellen Tag-dunklen Nachtzustand wurden die Freiwilligen tagsüber (08:00–18:00 Uhr) hellem elektrischem Licht (~1250 lx) und nachts (18:00 Uhr) schwachem Licht (~5 lx) ausgesetzt ). –23:00 Uhr).
Umgekehrt im Dim-Day-Zustand. Helle Nacht, Freiwillige waren tagsüber schwachem Licht und nachts hellem Licht ausgesetzt.
Die Randomisierung und Zuordnung zu den Lichtverhältnissen erfolgte durch fortlaufende Nummerierung. Während beider Beleuchtungsprotokolle führten wir rund um die Uhr eine indirekte Kalorimetrie und kontinuierliche Messungen der Körperkern- und Hauttemperatur durch und nahmen häufig Blutproben.
Der primäre Endpunkt war die Plasmaglukose mit Schwerpunkt auf den präprandialen und postprandialen Phasen der Intervention.
Ergebnisse
Das Verbringen des Tages bei hellem Licht führte zu einem stärkeren Anstieg des postprandialen Triacylglycerinspiegels nach dem Frühstück, aber zu niedrigeren Glukosespiegeln vor dem Abendessen um 18:00 Uhr im Vergleich zu schwachem Licht (5,0 ± 0,2 vs. 5,2 ± 0,2 mmol/l, n = 13, p = 0,02).
Die Dim Day-Bright Night-Gruppe reduzierte den Anstieg der postprandialen Glukose nach dem Abendessen im Vergleich zur anderen Gruppe (inkrementelle AUC: 307 ± 55 vs. 394 ± 66 mmol/l × min, n = 13, p = 0,009).
Nach dem Zustand „Heller Tag-Dunkle Nacht“ war die Schlafstoffwechselrate im Vergleich zur Basisnacht identisch, während sie nach der Bedingung „Dunkler Tag-Helle Nacht“ abnahm.
Die nächtliche Melatoninsekretion war bei dunklem Tag und heller Nacht stark unterdrückt, nicht jedoch bei hellem Tag und dunkler Nacht.
Die distale Hauttemperatur war bei hellem Tag und dunkler Nacht um 18:00 Uhr niedriger (28,8 ± 0,3 °C vs. 29,9 ± 0,4 °C, n = 13, p = 0,039) und um 23:00 Uhr höher im Vergleich zur abendlichen Dunkelheit -heller Tag (30,1 ± 0,3 °C vs. 28,8 ± 0,3 °C, n = 13, p = 0,006).
Der Nüchtern- und der postprandiale Plasmainsulinspiegel sowie die respiratorische Austauschrate unterschieden sich zu keinem Zeitpunkt zwischen den beiden Beleuchtungsprotokollen.
Schlussfolgerungen/Interpretation
Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Lichtumgebung in Innenräumen den postprandialen Umgang mit Substraten, den Energieverbrauch und die Thermoregulation von insulinresistenten Freiwilligen als Funktion der Tageszeit moduliert.
Diskussion
Die Optimierung der Lichtverhältnisse in Innenräumen, um den natürlichen Hell-Dunkel-Zyklus besser nachzuahmen, verspricht, die negativen Auswirkungen auf den Energie- und Glukosestoffwechsel des gesamten Körpers zu verhindern, die mit den heute vorherrschenden konstanten Lichtverhältnissen in Innenräumen verbunden sind.
Hier fanden wir heraus, dass das Verbringen des Tages bei hellem Licht zu einem niedrigeren Plasmaglukosespiegel vor der letzten Mahlzeit des Tages führte, während der Plasmaglukosespiegel nach dieser Mahlzeit nach der hellen Tagesbedingung höher war. trübe Nacht, das heißt, wenn das Abendessen bei schlechten Lichtverhältnissen eingenommen wurde.
Wie erwartet erleichterte ein heller Tag-dunkler Abend die Melatoninsekretion in der Nacht, die im dunklen Tag-helle-Nacht-Zustand stark unterdrückt wurde.
Die postprandialen Plasma-TG-Spiegel waren höher, wenn das Frühstück unter hellen Lichtbedingungen eingenommen wurde.
Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Lichtumgebung in Innenräumen von insulinresistenten Personen Stoffwechselvariablen als Funktion der Tageszeit modulieren kann, um die langfristige Stoffwechselgesundheit zu beeinflussen.
Zusammenfassend lässt sich sagen , dass wir durch die Durchführung einer detaillierten 24-Stunden-Stoffwechselphänotypisierung unter Verwendung häufiger Blutentnahmen, kontinuierlicher indirekter Kalorimetrie und Beurteilung der Hauttemperatur zeigen, dass der Zeitpunkt der Lichtexposition das postprandiale Substratmanagement, den Energieaufwand und die Thermoregulation von insulinresistenten Personen beeinflussen kann.
Im Gegensatz zum Dim Day-Bright Evening-Zustand hatte der Bright Day-Dim Evening-Zustand größtenteils positive Ergebnisse: niedrigere Plasmaglukosespiegel vor dem Abendessen, höherer Energieverbrauch als Reaktion auf das Abendessen.
Die Feststellung, dass die postprandialen TG-Spiegel nach dem Frühstück und die postprandialen Glukosespiegel nach dem Abendessen im dunklen Tag-hellen Nachtzustand weniger anstiegen, erfordert weitere Untersuchungen. Zukünftig sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um verschiedene Beleuchtungssysteme in Bürogebäuden und Wohnumgebungen hinsichtlich ihres Potenzials zur Vorbeugung von Stoffwechselerkrankungen zu nutzen.
Registrierung : ClinicalTrials.gov NCT03829982.
Finanzierung : Wir danken der Niederländischen Herz-Kreislauf-Forschungsinitiative für finanzielle Unterstützung – einer Initiative, die von der Niederländischen Herzstiftung (CVON2014–02 ENERGISE) unterstützt wird.
