Influenza delle condizioni di illuminazione sul metabolismo del substrato, sul dispendio energetico e sulla termoregolazione negli individui insulino-resistenti
Punti salienti
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La luce è il segnale temporale più importante, cioè lo zeitgeber , per sincronizzare l’orologio biologico interno dei mammiferi con il ciclo luce/buio ambientale di 24 ore. Il nucleo soprachiasmatico situato nell’ipotalamo agisce come un pacemaker principale integrando le informazioni di luce/buio ricevute dalla retina con ritmi generati endogenamente nei segnali neuronali e umorali, che a loro volta possono sincronizzare gli orologi periferici in organi come il fegato, il muscolo scheletrico e il pancreas .
In questo modo l’organismo può anticipare le diverse richieste metaboliche legate ad una determinata fascia oraria all’interno del ciclo luce/buio, come alimentazione e digiuno, attività fisica e riposo. L’ottimizzazione delle condizioni di luce interna per imitare più fedelmente il ciclo naturale luce/buio è probabile che garantisca un’adeguata regolazione dei ritmi comportamentali, compresi i cicli di sonno/veglia e di alimentazione, e aiuti a mantenere la salute metabolica.
Tuttavia, nella nostra società moderna, la luce artificiale è disponibile 24 ore al giorno e la maggior parte delle persone è esposta alla luce elettrica e ai display che emettono luce durante il periodo buio del ciclo luce/buio naturale. Negli esseri umani, gli effetti dannosi della luce notturna (LAN) includono livelli acutamente elevati di glucosio e di insulina postprandiali e livelli elevati di insulina postprandiale e di peptide-1 simile al glucagone dopo la colazione in seguito all’esposizione alla luce notturna. .
Oltre alla LAN, la nostra società moderna deve affrontare anche la mancanza di tempo sufficiente in condizioni di luce intensa durante il giorno e, infatti, la maggior parte del tempo viene trascorso in ambienti chiusi con illuminazione artificiale (con livelli di luce molto inferiori rispetto alla luce naturale all’aperto). . L’esposizione alla luce intensa prima e durante la colazione ha aumentato i livelli postprandiali di glucosio e triacilglicerolo (TG) nei pazienti con diabete mellito di tipo 2, mentre ha aumentato i livelli di TG solo nei giovani uomini sani.
Alcuni studi hanno analizzato protocolli sperimentali di esposizione alla luce per 24 ore e hanno suggerito che la luce intensa può influenzare il metabolismo del glucosio in giovani volontari sani in diversi momenti della giornata rispetto alla luce fioca. Tuttavia, non è stato ancora studiato se l’ottimizzazione dell’esposizione alla luce artificiale per un periodo di 24 ore possa migliorare l’energia di tutto il corpo, il metabolismo del substrato e l’omeostasi del glucosio nelle persone con resistenza alla luce. insulina.
Obiettivi/ipotesi
Nella nostra società moderna, la luce artificiale è disponibile 24 ore al giorno e la maggior parte delle persone è esposta alla luce elettrica e ai display che emettono luce durante il periodo buio del ciclo luce/buio naturale.
Tali condizioni di illuminazione non ottimali sono state associate a effetti metabolici avversi e la riprogettazione delle condizioni di illuminazione interna per imitare il ciclo naturale luce/buio promette di migliorare la salute metabolica.
Il nostro obiettivo era confrontare le risposte metaboliche a condizioni di illuminazione che assomigliano al ciclo naturale luce/buio rispetto a un’illuminazione non ottimale nelle persone a rischio di sviluppare malattie metaboliche.
Metodi
Pertanto, qui abbiamo eseguito uno studio crossover non in cieco, randomizzato, controllato, in cui volontari in sovrappeso resistenti all’insulina (n = 14) sono stati esposti a due sessioni di laboratorio di 40 ore con diversi protocolli di illuminazione di 24 ore mentre rimanevano in uno studio metabolico camera in condizioni reali.
Nella condizione di luce giorno-notte , i volontari sono stati esposti a luce elettrica intensa (~1250 lx) durante il giorno (08:00-18:00) e a luce fioca (~5 lx) durante la notte (18:00). ). -Ore 11:00).
Viceversa, nella condizione Dim Day. Notte luminosa, i volontari sono stati esposti a luce fioca durante il giorno e a luce intensa di notte.
La randomizzazione e l’assegnazione alle condizioni di luce sono state eseguite mediante numerazione sequenziale. Durante entrambi i protocolli di illuminazione, abbiamo eseguito la calorimetria indiretta nelle 24 ore e misurazioni continue della temperatura corporea e della pelle, e abbiamo prelevato frequenti campioni di sangue.
L’outcome primario era il glucosio plasmatico concentrato sui periodi preprandiali e postprandiali dell’intervento.
Risultati
Trascorrere la giornata in condizioni di luce intensa ha comportato un aumento maggiore dei livelli di triacilglicerolo postprandiale dopo la colazione, ma livelli di glucosio più bassi prima di cena alle 18:00, rispetto alla luce fioca (5,0 ± 0,2 contro 5,2 ± 0,2 mmol/l, n. = 13, p = 0,02).
Il gruppo Dim Day-Bright Night ha ridotto l’aumento del glucosio postprandiale dopo cena rispetto al gruppo opposto (AUC incrementale: 307 ± 55 vs. 394 ± 66 mmol/l × min, n = 13, p = 0,009).
Dopo la condizione Giorno luminoso-Notte buia, il tasso metabolico del sonno era identico rispetto alla notte di riferimento, mentre diminuiva dopo Giorno buio-Notte luminosa.
La secrezione di melatonina durante la notte era fortemente soppressa per il giorno buio-notte luminosa, ma non per il giorno luminoso-notte buia.
La temperatura cutanea distale per l’oscurità diurna e notturna era inferiore alle 18:00 (28,8 ± 0,3 °C contro 29,9 ± 0,4 °C, n = 13, p = 0,039 ) e superiore alle 23:00 rispetto all’oscurità serale. -giornata luminosa (30,1 ± 0,3 °C contro 28,8 ± 0,3 °C, n = 13, p = 0,006).
I livelli di insulina plasmatica a digiuno e postprandiale e il tasso di scambio respiratorio non erano in alcun momento differenti tra i due protocolli di illuminazione.
Conclusioni/interpretazione
Insieme, questi risultati suggeriscono che la luce ambientale interna modula la gestione del substrato postprandiale, il dispendio energetico e la termoregolazione dei volontari insulino-resistenti in funzione dell’ora del giorno.
Discussione
L’ottimizzazione delle condizioni di illuminazione interna per imitare più fedelmente il ciclo naturale luce/buio promette di prevenire gli effetti negativi sull’energia di tutto il corpo e sul metabolismo del glucosio associati alle costanti condizioni di illuminazione interna che prevalgono oggi.
Qui, abbiamo scoperto che trascorrere la giornata in piena luce portava ad abbassare i livelli di glucosio plasmatico prima dell’ultimo pasto della giornata, mentre i livelli di glucosio plasmatico dopo quel pasto erano più alti dopo la condizione di giorno luminoso. notte buia, cioè quando la cena veniva consumata in condizioni di scarsa illuminazione.
Come previsto, il giorno luminoso e la sera buia facilitavano la secrezione di melatonina durante la notte, che veniva fortemente soppressa nella condizione di giorno buio e notte luminosa.
I livelli plasmatici di TG postprandiali erano più alti quando la colazione veniva consumata in condizioni di luce intensa.
Insieme, questi risultati suggeriscono che la luce ambientale interna degli individui insulino-resistenti può modulare le variabili metaboliche in funzione dell’ora del giorno per influenzare la salute metabolica a lungo termine.
In conclusione , eseguendo una fenotipizzazione metabolica dettagliata nelle 24 ore utilizzando frequenti prelievi di sangue, calorimetria indiretta continua e valutazione della temperatura cutanea, dimostriamo che i tempi di esposizione alla luce possono influenzare la gestione del substrato postprandiale, il dispendio energetico e la termoregolazione degli individui insulino-resistenti.
A differenza della condizione Giorno fioco-Sera luminosa, la condizione Giorno luminoso-Sera fioca ha avuto risultati per lo più favorevoli: livelli di glucosio plasmatico più bassi prima di cena, maggiore dispendio energetico in risposta alla cena.
La scoperta che i livelli di TG postprandiali dopo la colazione e i livelli di glucosio postprandiali dopo cena aumentavano meno in condizioni di buio giorno e notte luminosa richiede ulteriori indagini. In futuro, saranno necessarie ulteriori ricerche per sfruttare i diversi regimi di illuminazione negli edifici per uffici e negli ambienti domestici per il loro potenziale nella prevenzione delle malattie metaboliche.
Registrazione : ClinicalTrials.gov NCT03829982.
Finanziamenti : riconosciamo il sostegno finanziario dell’Iniziativa di ricerca cardiovascolare olandese, un’iniziativa sostenuta dalla Dutch Heart Foundation (CVON2014–02 ENERGISE).
