Întunericul contează efectele luminii pe timp de noapte asupra metabolismului
Randy J. Nelson
1 Departamentul de Medicină Comportamentală și Psihiatrie, West Virginia University, Morgantown, WV 26505, SUA
Souhad Chbeir
2 Departamentul de Neuroștiințe, Universitatea de Stat din Ohio, Columbus, OH 43210, SUA
Ambii autori au contribuit la scrierea și editarea manuscrisului.
Abstract
Viața de pe pământ a evoluat pentru a interioriza rotația zilnică a planetei noastre; adică în ultimii 3-4 miliarde de ani de viață a evoluat în condiții de nopți întunecate și zile luminoase. Funcțiile biologice sunt sincronizate pentru o funcționare optimă: unele procese au loc noaptea, iar altele în timpul zilei. Pentru animalele neumane, restricționarea activităților la nișa temporală adecvată este crucială pentru o stare de fitness și supraviețuire optime. Pentru animalele umane, organizarea temporală a fiziologiei este la fel de importantă pentru sănătate și bunăstare. Cu toate acestea, în secolul trecut, granițele dintre zi și noapte au fost estompate de adoptarea pe scară largă a dispozitivelor de iluminat electric pe timp de noapte. Perturbarea ritmurilor noastre zilnice interne a devenit destul de frecventă în toate țările dezvoltate. Pentru animalele umane, consecințele asupra sănătății unei perturbări temporale cronice prin expunerea la lumină pe timp de noapte devin din ce în ce mai evidente (1,2) .
Ritmurile circadiene au o durată aproximativă, dar nu exact de 24 de ore. Deși aceste ritmuri interne sunt fiabile, ele necesită o intrare de lumină externă pentru a se alinia la condițiile externe de lumină-întuneric. Lumina pe timp de noapte poate face ravagii cu procesul de antrenare precisă a ritmurilor circadiene interne cu ziua solară de 24 de ore. Această revizuire va examina rolul ritmurilor circadiene în funcția metabolică și modul în care ritmurile circadiene nealiniate pot deranja metabolismul. Studiile epidemiologice, precum și studiile lucrătorilor din schimbul de noapte vor fi revizuite. De asemenea, dovezile experimentale din studiile efectuate pe animale non-umane vor fi rezumate pentru a înțelege mecanismele care stau la baza ritmurilor metabolice perturbate și a reglării masei corporale.
Ritmurile circadiene
Ritmurile circadiene sunt cicluri funcționale conduse endogen, generate de ceasuri biologice. Ritmurile circadiene se auto-susțin și au perioade de aproximativ 24 de ore. Ceasul circadian maestru al mamiferelor este situat într-un grup hipotalamic de neuroni din nucleii suprachiasmatici (SCN) de la baza creierului. SCN generează transcripție zilnică - ritmuri de traducere cuprinzând bucle de feedback ale transcripției genelor și traducere în SCN care aproximează rotația zilnică a planetei. Aceste ritmuri circadiene endogene sunt sincronizate (antrenate) cu mediul întunecat de lumină externă de 24 de ore folosind în primul rând informațiile luminoase transmise de fotoreceptorii retinieni non-vizuali specializați direct către SCN; componentele genei și proteinelor din acest ciclu sunt modulate de lumină pentru a menține o sincronizare strânsă cu mediul. Fără indicii luminoase și întunecate, ceasul endogen rămâne defazat față de mediul extern. Astfel, intrarea luminii temporizate corect este critică pentru menținerea ceasurilor biologice interne, deoarece procesele fiziologice și comportamentale au evoluat pentru a funcționa optim în ritmuri de 24 de ore.
Metabolism
Metabolismul este un proces fiziologic major sub control circadian (16). Astfel, perturbarea ritmurilor circadiene, cum ar fi expunerea la lumină pe timp de noapte, ar putea fi de așteptat să afecteze metabolismul. Într-adevăr, studiile lucrătorilor din schimbul de noapte și alte studii epidemiologice, precum și studii de laborator la animale non-umane au stabilit relații puternice între expunerea la lumină în timpul nopții și glucoza neregulată, prevalența crescută a sindromului metabolic și obezitatea (17). Aceste studii vor fi revizuite mai târziu.
Muncitori în schimbul de noapte
Lucrătorii din schimbul de noapte ar putea fi considerați ca „canarii din mina de cărbune” în ceea ce privește efectele expunerii la lumină de noapte asupra sănătății. Primul grup mare care va fi afectat de lucrul în mod repetat la lumină noaptea, lucrătorii din schimbul de noapte avertizează asupra problemelor de sănătate cu care ne putem confrunta restul. Cercetările efectuate pe bărbați și femei care lucrează în schimburi de noapte au sugerat că lucrătorii care lucrează în schimbul de noapte sunt mai predispuși să fie supraponderali sau obezi decât persoanele care îndeplinesc aceleași meserii în timpul zilei (18). Această cercetare sugerează că lucrul în tura de noapte și expunerea la lumină noaptea poate perturba semnalele circadiene, care pot dereglarea metabolismului și pot duce la obezitate.
De exemplu, mai mulți muncitori ai platformelor petroliere offshore care merg în Marea Nordului devin obezi decât cei care rămân locali. Acesta a fost atribuit inițial diferenței dintre lucrătorii de pe platformele petroliere care consumă alimente cu conținut ridicat de energie și nu fac exerciții fizice (19). Cu toate acestea, studiile de urmărire au indicat faptul că cât timp petrecut în ture de noapte a fost cel mai puternic corelat cu creșterea masei corporale; într-adevăr, nopțile de lucru au fost chiar mai influente decât vârsta, chiar dacă vârsta a fost puternic asociată cu creșterea în greutate în rândul lucrătorilor care lucrează în schimburi de zi (19). Cercetătorii din Japonia au raportat o relație similară; Muncitorii de sex masculin din schimbul de noapte de la o fabrică de oțel, precum și la o fabrică de cercevea și fermoar au prezentat un risc crescut de obezitate (20,21). Atât munca actuală, cât și cea cumulată în schimbul de noapte au fost asociate cu obezitatea într-un studiu recent efectuat pe asistenții polonezi care lucrau opt sau mai multe schimburi de noapte pe lună (22). Rezultate similare au fost raportate pentru asistenții medicali de noapte pe termen lung din Brazilia (23.24). Efectele muncii în schimbul de noapte asupra metabolismului par să persiste, deoarece foștii lucrători din schimbul de noapte au păstrat un risc mai mare de obezitate după ce au trecut la schimburi de zi. Într-adevăr, o meta-analiză a tuturor datelor longitudinale publicate despre munca în schimbul de noapte și greutatea corporală a dezvăluit o relație puternică între munca în schimbul de noapte și supraponderalitatea sau obezitatea (25) .
A fost realizată o meta-analiză mai recentă a treizeci și nouă de lucrări care descriu douăzeci și două de studii longitudinale (26). Această analiză a constatat o relație strânsă între schimburile de noapte de lucru și creșterea masei corporale, riscul de a deveni supraponderal și afectarea toleranței la glucoză. Autorii au concluzionat că calitatea metodologică puternică nu a permis evaluarea relației dintre munca în schimbul de noapte și alți factori de risc metabolici (26) .
Cu toate acestea, unele studii au o metodologie suficient de puternică pentru a susține relația dintre munca în schimbul de noapte și alte riscuri metabolice. De exemplu, a fost raportată o relație pozitivă între schimburile de noapte de lucru și riscul crescut de diabet de tip 2 ca parte a studiilor de sănătate ale asistenților medicali. Aproape 70.000 de adulți cu vârsta cuprinsă între 42 și 67 de ani au fost monitorizați din 1998 până în 2008, iar al doilea grup de aproximativ 108.000 de adulți cu vârsta cuprinsă între 25 și 47 de ani din 1989 până în 2007. Femeile care lucrau în schimburi de noapte nu numai că prezentau un risc mai mare pentru diabetul de tip 2, dar riscul a fost, de asemenea, proporțional cu cât de mulți ani au lucrat în schimburi de noapte (27). Desigur, lucrătorii din schimbul de noapte se confruntă, de asemenea, cu alte riscuri decât lumina nopții, incluzând decalajul social (28) și tulburarea somnului (29.30), ceea ce face dificilă izolarea influenței sale asupra masei corporale.
Studii epidemiologice
Având în vedere limitările studiilor în schimbul de noapte, studiile au examinat, de asemenea, rolul expunerii la lumină noaptea la persoanele care nu lucrează în schimburi de noapte. Masa corporală crește, de asemenea, de la expunerea la lumină noaptea în setările tipice de acasă. De exemplu, participanții care au fost expuși la niveluri de lumină nocturnă mai mari de doar trei lux au câștigat în mod semnificativ mai multă greutate, și-au mărit circumferința taliei și au dezvoltat TAG mai ridicat și colesterol LDL mai mare (31). Un studiu efectuat pe 100.000 de femei din Marea Britanie a raportat că șansele de obezitate au crescut în fine cu expunerea crescută la lumină noaptea .