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Studie zum Stoffwechselphänotyp bei Schlafentzug

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Schlafmangel kann zu Fettleibigkeit führen!

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Zusammenfassung

Wenn der Schlaf verändert wird, ändert sich auch die Expression von Uhrengenen, was darauf hindeutet, dass diese Gene bei der Schlafregulierung eine Rolle spielen. Hält man beispielsweise Tiere während ihrer normalen Schlafperiode wach, wirkt sich dies auf die Expression von Uhrengenen in peripheren Geweben wie der Hirnrinde, der Leber und den Nieren aus. Da die Expression von Uhrengenen auf Veränderungen der Nahrungsaufnahme und des Schlaf-Wach-Verhaltens reagiert, wird vermutet, dass Schlafentzug (SD) die Expression von Uhrengenen indirekt durch eine erhöhte Nahrungsaufnahme verändern könnte. Obwohl dies vernünftig erscheint, ist das Konzept nicht so einfach, wie es scheint.

Erstens sind die Auswirkungen von Schlafentzug auf die Expression von Uhrengenen akut, d. h. nur drei Stunden nach Schlafentzug, was im Gegensatz zu der allmählichen Wiederaufnahme steht, die bei Experimenten mit Nahrungsbeschränkung über mehrere Tage hinweg beobachtet wird. Zweitens: Während Menschen tatsächlich mehr essen und an Gewicht zunehmen, wenn sie unter Schlafentzug leiden, bleibt unklar, wie stark sich SD auf die Nahrungsaufnahme von Mäusen auswirkt. Wir fanden heraus, dass die Mäuse während des Schlafentzugs genauso viel Nahrung zu sich nahmen wie unter den Ausgangsbedingungen, und die Veränderungen in der kortikalen Uhrgenexpression nach dem Schlafentzug wurden durch den Nahrungsentzug nicht beeinflusst.

Außerdem verloren die Mäuse trotz normaler Nahrungsaufnahme während der SD an Gewicht und aßen in der Erholungsphase mehr, was darauf hindeutet, dass die SD zu einem metabolischen Ungleichgewicht führt. Wir glauben, dass dieses Ungleichgewicht auf die metabolischen Kosten des Wachbleibens zurückzuführen ist, was wir durch die Einordnung der Nahrungsaufnahme in den Schlaf-Wach-Kontext nachgewiesen haben.

Zweck der Studie

Studie zum Stoffwechselphänotyp bei Schlafentzug

Materialien und Methoden

Bei allen verwendeten Mäusen handelte es sich um männliche C57BL/6J-Mäuse im Alter von 10-16 Wochen, die einzeln im 12-Stunden-Licht/12-Stunden-Dunkel-Zyklus bei 23°C untergebracht waren. Der Schlafentzug (SD) wurde zwischen der Zeitgeberzeit (ZT) 0 (Beginn des Lichts) und ZT6 (Mitte der 12-stündigen Lichtphase) durchgeführt, in der die Mäuse normalerweise die meiste Zeit schlafen. Die Nahrungsaufnahme wurde mit einem System zur Überwachung des Energiestoffwechsels in einem Raum mit begrenzter menschlicher Interaktion gemessen. Die Mäuse hatten ad libitum Zugang zu Futter (Standarddiät: 3436 Kliba Nafag, Schweiz, mit 13,1 kJ/g metabolischer Energie) und Wasser.

Ergebnisse Analyse 1

Schlafentzug verändert die Nahrungsaufnahme nicht, aber die Tiere fressen mehr während der Erholungsphase. Die Idee, dass Veränderungen in der Nahrungsaufnahme zu den SD-induzierten Veränderungen in der Genexpression der Uhr beitragen, basiert auf der Annahme, dass die Tiere während des Schlafentzugs mehr fressen. Um dies zu überprüfen, analysierten wir die Nahrungsaufnahme während der Ausgangssituation (5 Tage vor der SD), während der 6-stündigen SD und während der Erholungsphase (Tage 2-5). Es gab keinen Unterschied in der Nahrungsaufnahme während der SD im Vergleich zum Ausgangswert.

Ergebnisse Analyse 2

Während der SD aßen die Mäuse weniger als aufgrund der Aufwachzeit erwartet. Dieses Energieungleichgewicht könnte die erhöhte Nahrungsaufnahme während der Erholungsphase und den beobachteten Gewichtsverlust während der SD erklären. Obwohl die Mäuse freien Zugang zum Futter hatten, führte die SD zu einem Gewichtsverlust von 4,8 %.

Schlussfolgerung

Obwohl die Mäuse während der SD genauso viel aßen wie zu Beginn der Studie, verloren sie dennoch etwa 5 % ihres Körpergewichts. Dies deutet darauf hin, dass die Nahrungsaufnahme während der SD nicht ausreicht, um den Energieaufwand zu decken, der erforderlich ist, um wach zu bleiben, was zu einem metabolischen Defizit führt. Im Gegensatz zu Menschen, die während des Schlafentzugs eher zunehmen, verlieren Mäuse sofort an Gewicht, was die Unterschiede zwischen den Spezies bei der Reaktion des Stoffwechsels auf Schlafentzug verdeutlicht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Schlafentzug je nach Tierart unterschiedliche Auswirkungen auf den Energiehaushalt und die Gewichtsregulierung haben kann.

Tow-Int Tech System zur Überwachung des Tierstoffwechsels

Das System zur Überwachung des Energiestoffwechsels besteht im Wesentlichen aus einem Umweltschrank, Tierversuchskäfigen, einem Datenerfassungsgerät, Gasversorgungs- und Filtrationskomponenten, einem Computer-Host und Software. Das System verwendet einen bodenstehenden Umweltschrank, der bis zu 64 Kanäle integrieren kann und eine kontinuierliche Überwachung des Atmungsstoffwechsels, der Nahrungs- und Wasseraufnahme, der Spontanaktivität und der autonomen Bewegung von Kleintieren in ein und derselben Charge ermöglicht. Es zeichnet relevante Daten für die phänotypische Analyse auf.

Dieses System hat ein breites Anwendungsspektrum, darunter Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Insulintoleranz, metabolisches Syndrom und die Beziehung zwischen Diabetes und Alterung. Es wird auch bei Studien über Stoffwechselkrankheiten, Nervenschäden, epigenetische Faktoren, die Verwendung von Antibiotika, die Auswirkungen einer Toxinexposition auf die Gehirnfunktion, die Bewertung des Stoffwechselbedarfs und die relativen thermischen Auswirkungen verschiedener Lebensmittel, Getränke, Aktivitäten und Medikamente eingesetzt. Darüber hinaus wird es bei der Analyse von Stoffwechselphänotypen, in der Verhaltensforschung, bei Ernährungsstudien, in der Nutztierforschung und in der Mikrobiom-Forschung eingesetzt.

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Referenz

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.