Influencia de las condiciones de iluminación en el metabolismo del sustrato, el gasto energético y la termorregulación en individuos resistentes a la insulina

Introducción

La luz es la señal de tiempo más importante, es decir, zeitgeber, para sincronizar el reloj biológico interno de los mamíferos con el ciclo ambiental de 24 horas de luz/oscuridad. El núcleo supraquiasmático ubicado en el hipotálamo actúa como un marcapasos maestro al integrar la información de luz/oscuridad recibida de la retina con ritmos generados endógenamente en señales neuronales y humorales, que a su vez pueden sincronizar relojes periféricos en órganos como el hígado, el músculo esquelético y páncreas.

De esta forma, el organismo puede anticipar las diferentes demandas metabólicas asociadas a una determinada franja horaria dentro del ciclo luz/oscuridad, como alimentación y ayuno, actividad física y descanso. La optimización de las condiciones de luz interior para imitar más de cerca el ciclo natural de luz/oscuridad probablemente garantice la regulación adecuada de los ritmos de comportamiento, incluidos los ciclos de sueño/vigilia y alimentación, y ayude a mantener la salud metabólica.

Sin embargo, en nuestra sociedad moderna, la luz artificial está disponible las 24 horas del día y la mayoría de las personas se exponen a la luz eléctrica y pantallas emisoras de luz durante el período de oscuridad del ciclo de luz natural/oscuridad. En los seres humanos, los efectos perjudiciales de la luz nocturna (LAN) incluyen niveles de glucosa e insulina posprandiales agudamente elevados  y niveles elevados de insulina posprandial y péptido similar al glucagón-1 después del desayuno después de la exposición a la luz durante la noche.

Además de LAN, nuestra sociedad moderna también se enfrenta a la falta de tiempo suficiente bajo condiciones de luz brillante durante el día y, de hecho, la mayor parte del tiempo se pasa en interiores bajo iluminación artificial (bajo niveles de luz mucho más bajos en comparación con la luz del día natural en exteriores). La exposición a la luz brillante antes y durante el desayuno aumentó los niveles de glucosa posprandial y triacilglicerol (TG) en pacientes con diabetes mellitus tipo 2, mientras que solo aumentó los niveles de TG en hombres jóvenes sanos.

Algunos estudios investigaron protocolos experimentales de exposición a la luz durante 24 h y sugirieron que la luz brillante puede influir en el metabolismo de la glucosa en voluntarios jóvenes sanos en diferentes momentos del día en comparación con la luz tenue. Sin embargo, aún no se ha investigado si la optimización de la exposición a la luz artificial durante un período de 24 h puede mejorar el metabolismo de la energía y los sustratos de todo el cuerpo y la homeostasis de la glucosa en personas con resistencia a la insulina.

Objetivos/hipótesis

En nuestra sociedad moderna, la luz artificial está disponible las 24 horas y la mayoría de las personas se exponen a la luz eléctrica y pantallas emisoras de luz durante el período de oscuridad del ciclo de luz natural/oscuridad.

Tales condiciones de iluminación subóptimas se han asociado con efectos metabólicos adversos, y el rediseño de las condiciones de iluminación interior para imitar el ciclo natural de luz/oscuridad promete mejorar la salud metabólica.

Nuestro objetivo fue comparar las respuestas metabólicas a las condiciones de iluminación que se asemejan al ciclo natural de luz/oscuridad en contraste con la iluminación subóptima en personas con riesgo de desarrollar enfermedades metabólicas.

Métodos

Por lo tanto, aquí realizamos un ensayo cruzado, controlado, aleatorizado, no ciego en el que voluntarios resistentes a la insulina con sobrepeso (n = 14) fueron expuestos a dos sesiones de laboratorio de 40 h con diferentes protocolos de iluminación de 24 h mientras permanecían en una cámara metabólica en condiciones reales.

En la condición Día brillante-noche tenue, los voluntarios fueron expuestos a luz eléctrica brillante (~1250 lx) durante el día (08:00-18:00 h) y a luz tenue (~5 lx) durante la noche (18:00 h). –23:00 h).

Viceversa, en la condición Día tenue. Noche brillante, los voluntarios fueron expuestos a luz tenue durante el día y luz brillante durante la noche.

La asignación al azar y la asignación a las condiciones de luz se realizaron mediante numeración secuencial. Durante ambos protocolos de iluminación, realizamos calorimetría indirecta de 24 h y mediciones continuas de la temperatura corporal central y de la piel, y tomamos muestras de sangre frecuentes.

El resultado primario fue la glucosa plasmática centrándose en los períodos preprandial y posprandial de la intervención.

Resultados

Pasar el día con luz brillante dio como resultado un mayor aumento en los niveles de triacilglicerol posprandiales después del desayuno, pero niveles de glucosa más bajos antes de la cena a las 18:00 h, en comparación con luz tenue (5,0 ± 0,2 frente a 5,2 ± 0,2 mmol/l, n  = 13, p = 0,02).

El grupo Día tenue-Noche brillante redujo el aumento de la glucosa posprandial después de la cena en comparación con el grupo opuesto (AUC incremental: 307 ± 55 frente a 394 ± 66 mmol/l × min, n  = 13, p=0,009).

Después de la condición Día brillante-Noche oscura, la tasa metabólica del sueño fue idéntica en comparación con la noche de referencia, mientras que disminuyó después de Día oscuro-Noche brillante.

La secreción de melatonina en la noche fue fuertemente suprimida para el día oscuro-noche brillante pero no para el día brillante-noche oscura.

La temperatura de la piel distal para el día brillante-noche tenue fue menor a las 18:00 h (28,8 ± 0,3 °C frente a 29,9 ± 0,4 °C, n  = 13, p = 0,039) y mayor a las 23:00 h en comparación con el día tenue-brillante tarde (30,1 ± 0,3 °C frente a 28,8 ± 0,3 °C, n  = 13, p = 0,006).

Los niveles de insulina plasmática en ayunas y posprandiales y la tasa de intercambio respiratorio no fueron diferentes entre los dos protocolos de iluminación en ningún momento.

Conclusiones/interpretación

Juntos, estos hallazgos sugieren que el ambiente de luz interior modula el manejo del sustrato posprandial, el gasto de energía y la termorregulación de los voluntarios resistentes a la insulina en función de la hora del día.

Discusión

Optimizar las condiciones de luz interior para imitar más de cerca el ciclo natural de luz/oscuridad promete prevenir los efectos adversos en la energía de todo el cuerpo y el metabolismo de la glucosa asociados con las condiciones de iluminación interior constante que prevalecen en la actualidad.

Aquí, descubrimos que pasar el día con luz brillante condujo a niveles más bajos de glucosa en plasma antes de la última comida del día, mientras que los niveles de glucosa en plasma después de esa comida fueron más altos después de la condición de día brillante-noche tenue, es decir, cuando la cena se consumió bajo condiciones de poca luz.

Como era de esperar, día brillante-tarde oscuro facilitó la secreción de melatonina en la noche, que fue fuertemente suprimida en la condición de día oscuro-noche brillante.

Los niveles posprandiales de TG en plasma fueron más altos cuando el desayuno se consumió en condiciones de luz brillante.

Juntos, estos hallazgos sugieren que el ambiente de luz interior de las personas resistentes a la insulina puede modular las variables metabólicas en función de la hora del día para influir en la salud metabólica a largo plazo.

En conclusión, al realizar un fenotipado metabólico detallado de 24 h mediante muestras de sangre frecuentes, calorimetría indirecta continua y evaluación de la temperatura de la piel, demostramos que el momento de la exposición a la luz puede influir en el manejo del sustrato posprandial, el gasto de energía y la termorregulación de los individuos resistentes a la insulina.

En contraste con la condición Día tenue-Tarde brillante, la condición Día brillante-Tarde tenue en su mayoría obtuvo resultados favorables: niveles de glucosa en plasma más bajos antes de la cena, mayor gasto de energía en respuesta a la cena.

El hallazgo de que los niveles de TG posprandiales después del desayuno y los niveles de glucosa posprandiales después de la cena aumentaron menos en la condición de día oscuro-noche brillante justifica una mayor investigación. En el futuro, se requiere más investigación para explotar diferentes regímenes de iluminación en edificios de oficinas y entornos domésticos por su potencial para prevenir enfermedades metabólicas.

Registro: ClinicalTrials.gov NCT03829982.

Fondos: Reconocemos el apoyo financiero de la Iniciativa de Investigación Cardiovascular de los Países Bajos: una iniciativa con el apoyo de la Fundación Holandesa del Corazón (CVON2014–02 ENERGISE).