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Estudio del fenotipo metabólico de la privación del sueño

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La falta de sueño puede provocar obesidad

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Resumen

Cuando se altera el sueño, también cambia la expresión de los genes reloj, lo que indica que estos genes desempeñan un papel en la regulación del sueño. Por ejemplo, mantener despiertos a los animales durante su periodo normal de sueño afecta a la expresión de genes reloj en tejidos periféricos como la corteza cerebral, el hígado y los riñones. Dado que la expresión de los genes del reloj responde a cambios en la alimentación y en el comportamiento sueño-vigilia, hay quien sugiere que la privación del sueño (SD) podría alterar indirectamente la expresión de los genes del reloj al aumentar la ingesta de alimentos. Aunque esto parece razonable, el concepto no es tan sencillo como parece.

En primer lugar, los efectos de la DS sobre la expresión de los genes del reloj son agudos, observables tan sólo 3 horas después de la DS, lo que contrasta con el reentrenamiento gradual observado a lo largo de varios días en los experimentos de restricción alimentaria. En segundo lugar, mientras que los humanos comen más y aumentan de peso cuando están privados de sueño, sigue sin estar claro cómo la DS afecta gravemente a la ingesta de alimentos en ratones. Hemos observado que durante la SD, los ratones consumían tanta comida como en condiciones basales, y que los cambios en la expresión génica del reloj cortical tras la SD no se veían influidos por la privación de alimento.

Además, a pesar de la ingesta normal de alimentos, los ratones perdieron peso durante la SD y comieron más durante el período de recuperación, lo que sugiere que la SD conduce a un desequilibrio metabólico. Creemos que este desequilibrio se debe a los costes metabólicos de permanecer despierto, lo que demostramos situando la ingesta de alimentos en el contexto sueño-vigilia.

Objetivo del estudio

Estudio del fenotipo metabólico de la privación del sueño

Materiales y métodos

Todos los ratones utilizados eran machos C57BL/6J de 10-16 semanas de edad, alojados individualmente bajo ciclos de 12 horas de luz/12 horas de oscuridad a 23°C. La privación del sueño (SD) se llevó a cabo entre la hora zeitgeber (ZT) 0 (inicio de la luz) y la ZT6 (punto medio de la fase de 12 horas de luz), durante la cual los ratones suelen pasar la mayor parte del tiempo durmiendo. La ingesta de alimentos se cuantificó mediante un sistema de monitorización del metabolismo energético en una sala que limitaba la interacción humana. Los ratones tenían acceso ad libitum a la comida (dieta estándar: 3436 Kliba Nafag, Suiza, con 13,1 kJ/g de energía metabólica) y agua.

Resultados Análisis 1

La privación de sueño no altera la ingesta de alimentos, pero los animales comen más durante la recuperación. La idea de que los cambios en la ingesta de alimentos contribuyen a los cambios en la expresión génica del reloj inducidos por la SD se basa en la suposición de que los animales comen más durante la SD. Para comprobarlo, analizamos la ingesta de alimentos durante la línea de base (5 días antes de la DS), durante 6 horas de DS y durante el periodo de recuperación (días 2-5). No hubo diferencias en la ingesta de alimentos durante la DS en comparación con la situación inicial.

Resultados Análisis 2

Durante la SD, los ratones comieron menos de lo esperado en función de la hora de vigilia. Este desequilibrio energético puede explicar el aumento de la ingesta de alimentos durante la recuperación y la pérdida de peso observada durante la SD. A pesar de tener libre acceso a la comida, la SD produjo una pérdida de peso del 4,8%.

Conclusión

A pesar de que los ratones comieron tanto durante la SD como durante la fase basal, perdieron alrededor del 5% de su peso corporal. Esto sugiere que la ingesta de alimentos durante la DS es insuficiente para cubrir el gasto energético necesario para mantenerse despierto, lo que provoca un déficit metabólico. A diferencia de los seres humanos, que tienden a ganar peso durante la SD, los ratones experimentan una pérdida de peso inmediata, lo que pone de relieve las diferencias entre especies en cuanto a las respuestas metabólicas a la SD. Los resultados sugieren que la privación de sueño puede tener efectos diferentes sobre el equilibrio energético y la regulación del peso en función de la especie estudiada.

Sistema de monitorización del metabolismo animal Tow-Int Tech

El sistema de monitorización del metabolismo energético consta principalmente de una cabina ambiental, jaulas experimentales para animales, un controlador de recogida de datos, componentes de suministro y filtración de gas, un ordenador central y software. El sistema utiliza una cabina ambiental de suelo, capaz de integrar hasta 64 canales, que permite la monitorización continua del metabolismo respiratorio, la monitorización de la ingesta de alimentos y agua, la monitorización de la actividad espontánea y la monitorización del movimiento autónomo de animales pequeños en el mismo lote. Registra datos relevantes para el análisis fenotípico.

Este sistema tiene una amplia gama de aplicaciones, como las enfermedades cardiovasculares, la tolerancia a la insulina, el síndrome metabólico y la relación entre la diabetes y el envejecimiento. También se aplica en estudios de enfermedades metabólicas, daños nerviosos, factores epigenéticos, uso de antibióticos, efectos de la exposición a toxinas en la función cerebral, evaluación de demandas metabólicas, efectos térmicos relativos de diversos alimentos, bebidas, actividades y fármacos. Además, se utiliza en el análisis del fenotipo metabólico, la investigación del comportamiento, los estudios de nutrición, la investigación ganadera y la investigación de grupos del microbioma.

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Referencia

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.