Chronobiológia výživy a metabolizmu JEM - Časopis výživovej medicíny
Na jednej strane súvisí biologická rytmika s morfologickou úrovňou, čo znamená, že je možné detegovať funkčné rytmy v oblasti génov, buniek, orgánov a tkanív, celého organizmu a dokonca aj populácií. Druhá úroveň sa týka rôznych dĺžok rytmov od milisekúnd po roky. Existuje súvislosť medzi dĺžkami obdobia a funkčným významom rytmov. Biologická rytmicita má za úlohu endogénnu a exogénnu synchronizáciu. Endogénna synchronizácia je spojená s rytmami s periódou kratšou ako 24 hodín a slúži tak na udržanie časového poriadku medzi rytmickými fyziologickými funkciami. Rytmy s dĺžkou obdobia 24 hodín a viac majú za úlohu exogénnu synchronizáciu, teda optimálne prispôsobenie endogénnych fyziologických rytmov rytmom prírodného prostredia. Veta, ktorú vytvoril Jürgen Aschoff, podľa ktorej je ľudská bytosť rytmicky štruktúrovanou bytosťou v rytmicky štruktúrovanom prostredí, to vyjadruje jasne.
Chronobiológia príjmu potravy
Načasovanie príjmu potravy môže ovplyvniť telesnú hmotnosť, plazmatické koncentrácie rôznych hormónov, telesnú teplotu tela, krvný tlak, oxidáciu substrátu a celkové množstvo oxidovaného substrátu. Vrchol oxidácie sacharidov a tukov nastáva rýchlejšie po rannom jedle ako po rovnakom jedle večer. Termogénny účinok bielkovín je výraznejší po rannom jedle ako po večernom jedle. Dobre známy fakt, že večerné jedlá pravdepodobne vedú k priberaniu, ako ranné, podporujú aj výsledky chronobiológie (2). Hormóny a vysielače, ktoré zohrávajú úlohu pri regulácii hladu a sýtosti, majú cirkadiánny rytmus. Koncentrácia leptínu v plazme je vysoká počas noci a je spojená s poklesom hladu, zatiaľ čo je nízka počas dňa so zodpovedajúcim silnejším pocitom hladu (2).
Chronobiológia trávenia
Motorická aktivita a sekrécia v gastrointestinálnom trakte podliehajú kolísaniu denného rytmu, z ktorých niektoré sa berú do úvahy aj pri farmakoterapii. V zásade motorické schopnosti a sekrécia v gastrointestinálnom trakte vykazujú protichodné cirkadiánne správanie. Interdigestívna a tráviaca motorika je v noci nižšia ako v priebehu dňa (3). Produkcia bazálnej žalúdočnej kyseliny je najvyššia večer a najnižšia ráno. Súvisí to s aktivitou parasympatickej inervácie, pretože tento cirkadiánny rytmus po vagotómii zmizne. Bazálny rytmus sekrécie žalúdočnej kyseliny je však výrazne prekrytý príjmom potravy. Príjem potravy počas dňa vedie k výraznejšiemu zvýšeniu žalúdočnej sekrécie ako v noci.
Cirkadiánny systém a endokrinná kontrola metabolizmu
Väčšina hormónov, ktoré sa podieľajú na regulácii energetického metabolizmu, má cirkadiánne rytmy. Príkladmi sú inzulín, glukagón, adiponektín alebo leptín. Porušenie denných rytmov týchto regulátorov je spojené s obezitou, hyperinzulinémiou, dyslipidémiou, zvýšeným rizikom cukrovky typu 2 a kardiovaskulárnymi ochoreniami (4). Cirkadiánne rytmy glukózy a inzulínu v plazme sú regulované suprachiasmatickým jadrom v hypotalame a zmiznú, keď je táto štruktúra poškodená. Tieto rytmy tiež úzko súvisia so zmenami v príjme potravy a správaní. Denné zvýšenie koncentrácie glukózy v plazme súvisí s sympatickými a parasympatickými inerváciami pečene.
Metabolická rovnováha súvisí s integráciou metabolizmu glukózy a tukov na úrovni orgánov, a preto závisí aj od časovej synchronizácie rôznych periférnych oscilátorov, napríklad v pľúcach, pečeni alebo svaloch.
Chronobiológia metabolizmu glukózy
Koncentrácia glukózy a inzulínu v plazme vykazuje najvyššiu hodnotu na začiatku obdobia aktivity. Podľa očakávania sa koncentrácie týchto dvoch parametrov znižujú, ak nie je k dispozícii žiadne jedlo. Cirkadiánny rytmus plazmatickej koncentrácie glukózy zmizne, ale zostane zachovaný. Z toho možno vyvodiť záver, že cirkadiánny rytmus plazmatickej koncentrácie inzulínu nezávisí od plazmatickej koncentrácie glukózy, ale je pravdepodobne riadený centrálnymi nervovými orgánmi.
Glukózová tolerancia ukazuje priebeh podobný koncentrácii glukózy v plazme. Tolerancia glukózy je lepšia na začiatku fázy aktivity ako na konci fázy aktivity (5,6,7). To ovplyvňuje reakciu na perorálne aj intravenózne podanie glukózy. Cirkadiánne správanie glukózovej tolerancie sa pripisuje zodpovedajúcemu rytmu citlivosti na inzulín. To sa dá využiť aj na zosúladenie skutočnosti, že u odpočívajúcich ľudí je preferovaná glukóza ráno, zatiaľ čo tuk je preferovaný večer. Z tohto časovo závislého správania glukózovej tolerancie sa vyvodzuje záver, že vysoká koncentrácia glukózy v plazme v ranných hodinách a vysoká citlivosť na inzulín súčasne optimálne prispôsobuje organizmus obdobiu aktivity s potrebou rýchleho dodania energie.
V súvislosti s tým je zaujímavá štúdia Kräuchi et al (8), v ktorej bol skúmaný vplyv jedla bohatého na uhľohydráty v ranných alebo večerných hodinách na cirkadiánnu fázu teploty jadra, srdcového rytmu a obsahu melatonínu v slinách. Po večeri, ktorá obsahovala jedlo bohaté na sacharidy, bola telesná teplota a srdcová frekvencia štatisticky významne vyššie v porovnaní s rovnakým príjmom sacharidov ráno, ale obsah melatonínu v slinách sa znížil. Autori považujú dodávku potravín za interný časovač, na ktorý rôzne cirkadiánne systémy reagujú odlišne.
Chronobiológia metabolizmu tukov
V súvislosti s cirkadiánnym spánkovým režimom a lipidovým metabolizmom existuje hypotéza, že cirkadiánny rytmus medzi spánkom a prebudením, tj. Tiež medzi spánkom a konzumáciou jedla, čiastočne súvisí s rýchlosťou lipogenézy počas fázy aktivity a lipolýzy počas fázy pokoja (9).
Čas príjmu potravy a cirkadiánny rytmus biosyntézy endogénneho cholesterolu
Vykonali sa vyšetrenia týkajúce sa vplyvu času konzumácie potravy na cirkadiánny rytmus biosyntézy endogénneho cholesterolu. V štúdii Cella a kol. (11) porovnávali biosyntézu endogénneho cholesterolu v dvoch rôznych časoch príjmu potravy. Ak sa jedlo konzumovalo o 7:00, 11:50 a 16:40 (základná podmienka), maximum biosyntézy endogénneho cholesterolu bolo medzi 2200 a 0200 a minimum okolo 11:30. Ak sa naopak jedlo jedlo o 13:30, 18:20 a 23:10, maximum syntézy cholesterolu sa vyskytlo s oneskorením 6 hodín v prvý deň, pričom doba minimálnej syntézy sa nezmenila. Na 2. a 3. deň sa maximum syntézy cholesterolu posunulo ešte ďalej a nastalo až o 8,6 hodín neskôr, zatiaľ čo čas minimálnej syntézy cholesterolu sa tiež posunul o 6,5 hodiny. Cirkadiánny rytmus biosyntézy endogénneho cholesterolu je preto ovplyvnený časom, v ktorom je potravina konzumovaná.
Ďalším zaujímavým zistením tejto štúdie bolo, že za základných podmienok existuje prísne negatívna korelácia medzi cirkadiánnym rytmom biosyntézy endogénneho cholesterolu (maximum v noci) a sekréciou kortizolu (maximum v dopoludňajších hodinách). Táto korelácia sa stratí, keď sa posunie čas príjmu potravy, pretože maximum syntézy endogénneho cholesterolu sa posúva na neskoršiu dennú dobu, zatiaľ čo nedôjde k nijakej zmene, pokiaľ ide o časový profil vylučovania kortizolu.
Sezónna závislosť parametrov výživy a metabolizmu
Niektoré príklady sezónnych parametrov metabolizmu a výživy sú uvedené v tabuľke 3. Niekoľko ďalších poznámok má ilustrovať význam každoročných výkyvov metabolických parametrov. Aktivita lipoproteín lipázy v tukovom tkanive a svaloch je vyššia v zime ako v lete, aj keď tento rozdiel je výraznejší v tukovom tkanive ako vo svaloch. Koncentrácia inzulínu v plazme nalačno je na jeseň asi dvakrát vyššia ako na jar. Existujú tiež dôkazy o celoročnom rytme glukózovej tolerancie a koncentrácie inzulínu. Výrazný nárast pomeru glukózy k inzulínu možno pozorovať na jeseň v porovnaní s jarou. Inzulínová odpoveď na perorálny príjem glukózy je na jar slabšia a pomalšia ako na jeseň. Koniec koncov, koncentrácia HbA1 v lete je asi o 0,4 percenta nižšia ako v zime, čo naznačuje horšiu inzulínovú reakciu v zime.
Nezanedbateľným praktickým významom je skutočnosť, že koncentrácia cholesterolu v plazme zjavne závisí od ročného obdobia, ako je znázornené aj na obrázku 1. O nadmernej produkcii pečene alebo poklese aktivity LDL receptora sa hovorí ako o príčinách tejto sezónnosti.
Údaje pochádzajú zo štúdie o pacientoch s kúpeľmi v predchádzajúcej pracovnej skupine autora tohto prehľadového článku (12). Pojem „počiatočné hodnoty cholesterolu“ uvedený na obrázku znamená, že plazmatická koncentrácia cholesterolu účastníkov štúdie bola stanovená pred začiatkom liečby a následná liečba preto nebola ovplyvnená.
Záver a zhrnutie
V konvenčnej medicíne sa časový faktor neberie dostatočne do úvahy. Toto treba okrem iného kritizovať, pretože zdravie a choroby by sa nemali hodnotiť iba na chemicko-morfologickom základe, ale je potrebné venovať pozornosť aj časovej štruktúre ľudského organizmu. Pod pojmom časová štruktúra sa rozumie výskyt rytmických javov, ktoré sú charakteristické pre životné procesy všetkých organizmov. Rytmické funkcie súvisia na jednej strane s rôznymi morfologickými úrovňami a na druhej strane so skutočnosťou, že fyziologické rytmy majú rôznu dĺžku obdobia. Charakteristikou zdravého organizmu je dobrá synchronizácia rytmov v organizme, ako aj s ohľadom na načasovanie s rytmickými požiadavkami prírodného prostredia. Poruchy časovej štruktúry súvisia s funkčným poškodením a chorobou.
V oblasti výživy a metabolizmu hrá dodržiavanie časovej štruktúry úlohu pri príjme potravy, trávení, energetickej rovnováhe, metabolizme uhľohydrátov a tukov a pri endokrinnej regulácii metabolických procesov. Nerešpektovanie zásad chronobiológie výživy a metabolizmu môže viesť k príčinnej súvislosti s metabolickými a výživovo závislými chorobami.
Ao. Univ.-Prof. DR. Wolfgang Marktl, GAMED - Viedenská medzinárodná akadémia pre celostnú medicínu, Sanatoriumstr. 2, 1140 Viedeň, e-mail: [email protected]
1) Stephan FK: Cirkadiánny systém „Ostatné“: Jedlo ako Zeitgeber. J.Biol. Rhythms, (2002), 17, 284-292.
2) Garaulet M, Madrid JA: Chronobiologické aspekty výživy, metabolický syndróm a obezita. Adv. Drug Deliv. Rev. doi 10 1016/j.addr. 2010.05.005.
3) Brúsky SW a. Moore JG: Gastrointestinálna chronofarmakológia a terapeutické implikácie. Pharmac.Ther. (1992), 54, 1-15.
4) Stubblefield JJ a. Zelená CB: Cicavčie cirkadiánne hodiny a metabolizmus: Navigácia vo výživových výzvach v rytmickom svete. In: LM Gunz ed. Circadian Clocks: Role in Health and Disease. Springer (2016) s. 153-174.
5) Agishi Y, Hildebrandt G: Chronobiologické aspekty fyzikálnej terapie a kúpeľnej liečby. Vedomosti Série publikácií d. Inst.f.Rehab. a Baln. Bad Wildungen, zv. 2, Kováč, (1997).
6) La Fleur SE, Kalsbeek A, Wortel J, Fekkes ML a. Buijs RM: Denný rytmus tolerancie glukózy. Úloha suprachiasmatického jadra. Diabetes (2001) 50, 1237-1243.
7) Cornelissen G: When You Eat Matters: 60 Yeras of Franz Halberg’s Nutrition Chronomics. The Open Nutriceuticals J. (2012) Suppl 1 - M2, 16-44.
8) Kräuchi K, Cajochen Chr., Werth E. a. Wirz-Justice: Zmena interných cirkadiánnych fázových vzťahov po ránu verzus večerné sacharidy - jedlo bohaté na ľudí. J.Biol. Rhythms (2002), 17, 364-376.
9) Danguir J: Vzťah medzi jedlom a spánkom. V. Príručka fyziológie, zväzok II, Fyziológia životného prostredia. Eds. MJ Fregly a. CM listový ľad. Oxford Univ. Press, 1996, s. 1375-1387.
10) Meier AH a. Burns JT: Cirkadiánne hormonálne rytmy v regulácii lipidov. Amer.Zool. (1976) 16, 649-659.
11) Calla LK, van Cauter E, op. Schoeller DA: Vplyv načasovania jedla na denný rytmus syntézy ľudského cholesterolu. Am.J. Physiol. (1995), 269, E 878 - E 883.
12) G. Strauss-Blasche, C. Ekmekcioglu, V. Leibetseder, W. Marktl,
Sezónna variácia účinkov komplexnej kúpeľnej terapie na znižovanie lipidov.
Doplnkový výskum med. Trieda Naturheilkd. 10, 78-84 (2003)