Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Chronożywienie – czy istnieje idealny sposób odżywania się?
Chronożywienie – czy istnieje idealny sposób odżywania się?
Funkcjonowanie większości organizmów, od prokariotycznych do ssaków, zależne jest od tzw. rytmu okołodobowego. Jest to cykl zmian w zachowaniu oraz funkcjonowaniu zwierząt w trakcie doby, który pozwala na oszczędzanie energii oraz efektywne działanie organizmów w związku ze zmieniającą się pozycją ziemi w stosunku do słońca. Pobieranie pokarmu również kontrolowane jest zależnie od fazy świetlnej.

Pełen obrót ziemi wokół własnej osi trwa 24 godziny. Rytm okołodobowy wykształcił się w celu wydajnej regulacji funkcjonowania organizmów żywych w reakcji na zmiany fazy świetlnej w ciągu doby. U ssaków najważniejszym regulatorem cyklu okołodobowego jest światło. Docierając do siatkówki a następnie do szlaku podwzgórzowo-siatkowatego wpływa na funkcje wydzielnicze neuronów podwzgórza a szczególnie jądra nadwzrokowego (SCN, suprachiasmatic nucles). Jądro nadwzrokowe zawiaduje cyklem okołodobowym  wieloma ścieżkami, angażując liczne hormony oraz wtórne przekaźniki układu nerwowego. Działanie tego obszaru podwzgórza ostatecznie prowadzi do regulacji procesów związanych ze snem, lokomocją, sekrecją hormonów, pobieraniem pokarmu oraz metabolizmem. Na pracę SCN wpływają również obwodowe sygnały, które są m.in. czujnikami stanu sytości, aktywności ruchowej, stężenia glukozy we krwi czy zawartości tkanki tłuszczowej. Synchronizują one prawidłowe funkcjonowanie organizmu ssaka wraz z cyklem dobowym utrzymując homeostazę.

Na poziomie molekularnym rytm okołodobowy regulowany jest przez tzw. geny zegarowe (z ang. clock genes). Geny te są najważniejszym komponentem cyklu okołodobowego a ich rytmiczna ekspresja to główny mechanizm zawiadujący regulacją rytmu okołodobowego. Bmal1 oraz Clock, które są aktywatorami transkrypcji, zwiększają ekspresję genów Per oraz Cry. Następnie białka Per oraz Cry transportowane są do jądra komórki, gdzie hamują swoją własną ekspresję za pośrednictwem genów Bmal1 oraz Clock. Ekspresja tych białek jest rytmicznie regulowana w trakcie 24 godzin, co prowadzi również do rytmicznej ekspresji ok. 10% wszystkich genów w komórkach obwodowych. Również nietranskrypcyjny cykl redoks ma swoje odzwierciedlenie w związku z trwaniem rytmu dobowego. Odgrywa on szczególną rolę w komórkach, które nie posiadają DNA – ludzkie erytrocyty.

Rytm okołodobowy regulowany jest przez czynniki zewnętrzne takie jak dostępność światła, pokarmu, temperatura, wysiłek fizyczny czy przez przyjmowane leki. Przyjmowanie pokarmu wydaję się być również ważnym czynnikiem wpływającym na regulację rytmu dobowego. Karmienie w ciągu dnia nocnych gryzoni powoduje obserwację zmian w zachowaniu, na około 3 godziny przed planowanym karmieniem, świadczące o poszukiwaniu pokarmu – FAA (z ang. food anticipatory activity). Mimo zachowania stosunku fazy ciemnej do jasnej gryzonie wykazywały zmiany behawioralne- FAA w trakcie dnia oraz zredukowaną aktywność w nocy. Gryzonie nauczyły się i zapamiętały porę karmienia używając ich własnego zegara. FAA pojawiało się zawsze o tej samej porze, nawet gdy zwierzęta były głodzone. FAA jest więc długotrwałym zjawiskiem, którego nie jest łatwo zaburzyć. Ten wewnętrzny zegar nazwany został oscylatorem pobierania pokarmu (FEO; z ang. food entrainable oscilator). Aktualne miejsce w mózgu odpowiedzialne za występowanie FEO jest nadal nieznane, wiadomo jednak, że nie jest to wspomniane wcześniej jądro nadwzrokowe. Uważa się, że cześć podwzgórza – grzbietowo-przyśrodkowa, która odgrywa główną rolę w regulowaniu pobierania pokarmu, zaangażowana jest również w tworzenie oscylatora FEO. Dane te jednak nadal wymagają potwierdzenia. W regulacje zachowań FEO również zaangażowane są liczne geny.

W regulacji pobierania pokarmu kluczowymi okazały się liczne peptydy. Szczególnie ważnymi w regulacji cyklu dobowego okazały się być grelina oraz oreksyny. Grelina to hormon głodu, wydzielany w żołądku. Odgrywa istotną rolę w przekazywaniu obecnej informacji o stanie sytości do podwzgórza. Grelina produkowana jest głównie przez komórki żołądka, jednak w mniejszym stopniu również przez jelita, trzustkę, nerki, łożysko, tarczycę, przysadkę mózgową i podwzgórze. Oreksyny to neuropeptydy wzmagające bezsenność a także aktywność lokomocyjną, które dodatkowo okazały się  być zaangażowane w zmaganie pobierania pokarmu oraz zwiększanie tempa metabolizmu. Aktywność ich wzrasta pod wpływem głodzenia i spadku stężenia glukozy we krwi. Mutacje w genie receptora greliny oraz ablacja neuronów oreksynowych powodowała liczne zaburzenia w pobieraniu pokarmu oraz zaburzenia w prawidłowym występowaniu FEO a także FAA u gryzoni. Wyniki tych badań potwierdzają ważną rolę tych hormonów w regulacji rytmu okołodobowego.

Liczne badania naukowe dotyczące synchronizowania jedzenia z porą dnia wnoszą coraz to nowe teorie. Z największym uznaniem spotyka się metoda spożywania 5 małych posiłków regularnie co 3 godziny. Metoda ta pozwala na spełnienie zapotrzebowania na energię na obecnie zachodzące procesy w organizmie, nie pozwalając na odkładanie się zbędnych kalorii. Żywienie nieregularne natomiast może powodować odkładanie spożywanych pokarmów w postaci tkanki tłuszczowej jako skutek obrony organizmu prze głodzeniem. Mimo wielu różnic w dietach łączy je zakaz spożywania pokarmów późnym wieczorem oraz w nocy. Ostatnie dane naukowe wykazały,  że u ludzi śpiących krótko (mniej niż 5 godzin) występuje większe ryzyko otyłości, cukrzycy oraz spożywanie większej ilości posiłków w porównaniu z grupą ludzi śpiącą dłużej (więcej niż 5 godzin). Inne dane donoszą, że ludzie zasypiający później częściej cierpią na otyłość oraz spożywają wysokokaloryczne posiłki obiadowe niż ludzie zasypiający normalnie. Te doniesienia potwierdzają niekorzystny wpływ późniejszego spożywania, prowadzący do zwiększenia ryzyka otyłości u ludzi.

Badania naukowe opisują hamujący wpływ kontrolowanego, planowanego i cyklicznego spożywania pokarmów na rozwój otyłości. Badacze uważają, że regulowanie czasu posiłków może wpływać na polepszoną i bardziej zsynchronizowaną regulację genów zegarowych, rytmu, przetwarzania pokarmu, wydatkowania energii czy czułości na insulinę. W przypadku badań na myszach o nocnym trybie życia obserwuje się zapobieganie otyłości również dzięki wprowadzeniu diety zsynchronizowanej w czasie. U myszy, 20 godzinny rytm światło-ciemność indukował otyłość, zaburzenia w wydzielaniu hormonów metabolicznych, a także zmniejszenie długości dendrytów w korze mózgu. Obserwowano również większe ryzyko zachorowania na raka u takich zwierząt. U myszy cierpiących na chroniczny „jet lag” (zmęczenie jakie występuje po długotrwałej podróży samolotem, wywołane jest zakłóceniem rytmu dnia i noc) obserwowano przyspieszenie wzrostu raka złośliwego. Co ciekawe zaplanowane, karmienie redukowało wzrost raka, szczególnie gdy jedzenie było podawane w trakcie trwania fazy jasnej. Zsynchronizowane karmienie wpłynęło na regulację ekspresji genów takich jak Hspa8, Cirbp oraz Ccna2 w guzie. U pielęgniarek, pracujących w większej ilości na nocną zmianę, obserwowano częstsze występowanie cukrzycy typu II.  Co ciekawe, w 2007 roku Światowa Organizacja Zdrowia do czynników zwiększających ryzyko zachorowań na raka dodała pracę na nocną zmianę.

Wiedza na temat regulacji w pobieraniu pokarmu poszerza się. Jednak nadal wiele aspektów wymaga wyjaśnienia. Szczególnie dane dotyczące ludzi powinny być dokładnie przeprowadzone oraz przeanalizowane. Bazując jednak na badaniach przeprowadzonych z udziałem gryzoni można wysnuć ogólny wniosek, że zaplanowane, zsynchronizowane spożywanie pokarmów może zapobiegać otyłości, cukrzycy typu II czy występowaniu raka.

Źródła

Y. Tahara, S. Shibata. Neuroscience forerfront review: Chronobiology and Nutrition. Neuroscience: 253 (2013) 78-88.

D. Sellayah, D. Sikder. Food for thought: Understanding the multifaceted nature of orexins. Endocrinology, November 2013, 154(11): 3990-3999.

KOMENTARZE
news

<Listopad 2019>

pnwtśrczptsbnd
28
30
31
1
2
3
4
7
MEDmeetsTECH
2019-11-07 do 2019-11-07
9
40. Kongres i Targi LNE
2019-11-09 do 2019-11-10
10
11
15
16
17
22
24
27
28
Warsaw FOODHATON 2019
2019-11-28 do 2019-11-28
29
30
1
Newsletter