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Studio del fenotipo metabolico della privazione del sonno

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La mancanza di sonno può portare all'obesità!

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Astratto

Quando il sonno viene alterato, cambia anche l'espressione dei geni orologio, il che indica che questi geni svolgono un ruolo nella regolazione del sonno. Ad esempio, tenere svegli gli animali durante il loro normale periodo di sonno influisce sull'espressione dei geni dell'orologio nei tessuti periferici come la corteccia cerebrale, il fegato e i reni. Poiché l'espressione dei geni dell'orologio risponde ai cambiamenti nell'alimentazione e nel comportamento sonno-veglia, alcuni suggeriscono che la privazione del sonno (SD) potrebbe alterare indirettamente l'espressione dei geni dell'orologio aumentando l'assunzione di cibo. Sebbene ciò sembri ragionevole, il concetto non è così semplice come sembra.

In primo luogo, gli effetti della SD sull'espressione dei geni dell'orologio sono acuti, osservabili solo 3 ore dopo la SD, il che contrasta con il graduale reinserimento osservato per diversi giorni negli esperimenti di restrizione alimentare. In secondo luogo, mentre gli esseri umani mangiano di più e aumentano di peso quando sono privati del sonno, rimane poco chiaro come la SD influisca pesantemente sull'assunzione di cibo nei topi. Abbiamo scoperto che durante la SD i topi consumavano la stessa quantità di cibo che consumavano in condizioni di base e i cambiamenti nell'espressione genica dell'orologio corticale dopo la SD non sono stati influenzati dalla privazione di cibo.

Inoltre, nonostante la normale assunzione di cibo, i topi hanno perso peso durante la SD e hanno mangiato di più durante il periodo di recupero, suggerendo che la SD porta a uno squilibrio metabolico. Riteniamo che questo squilibrio sia dovuto ai costi metabolici del rimanere svegli, che abbiamo dimostrato collocando l'assunzione di cibo nel contesto sonno-veglia.

Scopo dello studio

Studio del fenotipo metabolico della privazione del sonno

Materiali e metodi

Tutti i topi utilizzati erano maschi C57BL/6J di età compresa tra le 10 e le 16 settimane, alloggiati individualmente in cicli di 12 ore di luce/12 ore di buio a 23°C. La privazione del sonno (SD) è stata condotta tra il tempo zeitgeber (ZT) 0 (inizio della luce) e ZT6 (punto intermedio della fase di luce di 12 ore), durante il quale i topi trascorrono tipicamente la maggior parte del tempo dormendo. L'assunzione di cibo è stata quantificata utilizzando un sistema di monitoraggio del metabolismo energetico in una stanza che limitava l'interazione umana. I topi avevano accesso ad libitum al cibo (dieta standard: 3436 Kliba Nafag, Svizzera, con 13,1 kJ/g di energia metabolica) e acqua.

Risultati Analisi 1

La privazione del sonno non altera l'assunzione di cibo, ma gli animali mangiano di più durante il recupero. L'idea che i cambiamenti nell'assunzione di cibo contribuiscano ai cambiamenti di espressione dei geni dell'orologio indotti dalla SD si basa sull'ipotesi che gli animali mangino di più durante la SD. Per verificarlo, abbiamo analizzato l'assunzione di cibo durante il basale (5 giorni prima della SD), durante le 6 ore di SD e nel periodo di recupero (giorni 2-5). Non è stata riscontrata alcuna differenza nell'assunzione di cibo durante la SD rispetto al basale.

Risultati Analisi 2

Durante la SD, i topi hanno mangiato meno di quanto previsto in base all'orario di veglia. Questo squilibrio energetico può spiegare l'aumento dell'assunzione di cibo durante il recupero e la perdita di peso osservata durante la SD. Nonostante il libero accesso al cibo, la SD ha comportato una perdita di peso del 4,8%.

Conclusione

Anche se durante la SD i topi hanno mangiato tanto quanto al basale, hanno comunque perso circa il 5% del loro peso corporeo. Ciò suggerisce che l'assunzione di cibo durante la SD è insufficiente a coprire il dispendio energetico necessario per rimanere svegli, determinando un deficit metabolico. A differenza degli esseri umani, che tendono ad aumentare di peso durante la SD, i topi subiscono un'immediata perdita di peso, evidenziando le differenze di specie nelle risposte metaboliche alla SD. I risultati suggeriscono che la privazione del sonno può avere effetti diversi sul bilancio energetico e sulla regolazione del peso a seconda della specie studiata.

Sistema di monitoraggio del metabolismo animale Tow-Int Tech

Il sistema di monitoraggio del metabolismo energetico è costituito principalmente da un armadio ambientale, gabbie sperimentali per animali, un controller per la raccolta dei dati, componenti di alimentazione e filtraggio del gas, un computer host e un software. Il sistema utilizza un armadio ambientale a pavimento, in grado di integrare fino a 64 canali, consentendo il monitoraggio continuo del metabolismo respiratorio, il monitoraggio dell'assunzione di cibo e acqua, il monitoraggio dell'attività spontanea e il monitoraggio del movimento autonomo di piccoli animali nello stesso lotto. Registra i dati rilevanti per l'analisi fenotipica.

Questo sistema ha un'ampia gamma di applicazioni, tra cui le malattie cardiovascolari, la tolleranza all'insulina, la sindrome metabolica e la relazione tra diabete e invecchiamento. Trova applicazione anche negli studi sulle malattie metaboliche, sui danni ai nervi, sui fattori epigenetici, sull'uso di antibiotici, sugli effetti dell'esposizione alle tossine sulla funzione cerebrale, sulla valutazione delle richieste metaboliche, sugli effetti termici relativi di vari alimenti, bevande, attività e farmaci. Inoltre, viene utilizzato nell'analisi della fenotipizzazione metabolica, nella ricerca comportamentale, negli studi sulla nutrizione, nella ricerca sul bestiame e nella ricerca sul gruppo del microbioma.

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Riferimento

Đukanović N, La Spada F, Emmenegger Y, Niederhäuser G, Preitner F, Franken P. Depriving Mice of Sleep also Deprives of Food. Clocks Sleep. 2022 Feb 11;4(1):37-51.