Investigação de parâmetros circadianos associados a alterações metabólicas e obesidade

Abstract

Relevância: Oscilações comportamentais e fisiológicas diárias são uma característica fundamental da biologia de mamíferos. Para permitir que estes ritmos estejam sincronizados com o ambiente externo, mamíferos desenvolveram um relógio circadiano endógeno que responde a pistas ambientais, como o ciclo claro-escuro e os horários de alimentação. No entanto, com a adoção de um estilo de vida moderno, caracterizado por exposição à luz inadequada, jetlag social, hábitos alimentares irregulares, sedentarismo e estresse, a organização dos ritmos circadianos tem sido ameaçada. Estas mudanças ambientais contribuem para o desenvolvimento de diversas patologias, incluindo depressão, obesidade, doenças cardiovasculares e câncer. Objetivos: avaliar a influência de diferentes padrões de iluminação sobre a fisiologia e metabolismo de ratas Wistar. Além disso, identificar associações entre padrões de ritmos de atividade-repouso, exposição à luz e urbanização com índice de massa corporal em comunidades rurais e urbanas. Métodos: Estudo 1: ratas Wistar foram alocadas desde a gestação em quatro padrões de iluminação: combinação de cores RGB (vermelho, red; verde, green; azul, blue) que variam sua composição espectral ao longo do dia (RGB-v; N = 14), RGB durante o fotoperíodo com uma temperatura de cor fixa (RGB-f; N = 13), escuro constante (DD; N = 13) e claro constante (LL; N = 15). Os experimentos foram realizados em fêmeas desde o dia pós-natal (PND) 22 ao 50. Peso corporal, abertura vaginal, ciclicidade estral e parâmetros metabólicos séricos foram mensurados. Estudo 2: Foram coletados dados antropométricos de moradores de comunidades quilombolas rurais e urbanas para calcular o índice de massa corporal, que foi categorizado em: ≥18.5 kg/m² to <25 kg/m² = peso normal; ≥25 kg/m² to <30 kg/m² = sobrepeso; ≥30 kg/m² = obesidade. Os participantes também foram questionados a respeito das suas rotinas de sono e exposição à luz utilizando o Questionário de Cronotipos de Munique (n = 244). Por fim, foram analisados dados de actimetria de 121 participantes com 7 dias de registros consecutivos. Resultados: Estudo 1: o grupo RGB-f apresentou o primeiro ciclo estral completo mais cedo quando comparado ao grupo RGB-v. Fêmeas expostas ao claro constante apresentaram peso corporal mais baixo do PND 33 ao 47 quando comparadas ao restante dos grupos. Foram observados níveis plasmáticos de triglicerídeos maiores no grupo exposto ao escuro constante, quando comparado aos grupos RGB-v e RGB-f. O colesterol total foi mais baixo no grupo RGB-v em relação aos outros grupos. Por fim, a gordura visceral foi maior no grupo RGB-f quando comparado ao grupo LL. Estudo 2: Viver em áreas mais urbanizadas e ter maior variabilidade nos ritmos de atividade-repouso foram associados a maior risco para sobrepeso/obesidade, controlando para sexo e idade. Conclusões: Este trabalho contribui para o conhecimento sobre o papel da exposição à luz e das características dos ritmos circadianos sobre o desenvolvimento de alterações metabólicas e obesidade. Além disso, estes resultados apontam para novas estratégias na prevenção da obesidade e promoção de perfis metabólicos saudáveis.

Relevance: Daily behavioral and physiological fluctuations are a fundamental feature of the mammalian biology. For synchronizing these rhythms with the external environment, mammals have developed an endogenous circadian clock that responds to environmental cues such as the light-dark cycle and feeding schedules. However, with the adoption of modern lifestyles, characterized by inadequate light exposure, social jetlag, irregular eating habits, sedentary lifestyle and stress, the organization of circadian rhythms has been threatened. These environmental changes contribute to the development of several pathologies, including depression, obesity, cardiovascular disease and cancer. Objectives: to evaluate the influence of different lighting patterns on the physiology and metabolism of Wistar rats. Furthermore, to identify associations between patterns of activity-rest rhythms, light exposure and urbanization with body mass index in rural and urban communities. Methods: Study 1: Female Wistar rats were allocated from gestation into four lighting patterns: RGB color combination (red, red; green, green; blue, blue) varying their spectral composition throughout the day (RGB-v; N = 14), RGB during the photoperiod with a fixed color temperature (RGB-f; N = 13), constant dark (DD; N = 13) and constant light (LL; N = 15). The experiments were performed on females from postnatal day (PND) 22 to 50. Body weight, vaginal opening, estrous cyclicity and serum metabolic parameters were measured. Study 2: Anthropometric data were collected from residents of rural and urban quilombolas communities to calculate the body mass index, which was then categorized into: ≥18.5 kg/m² to <25 kg/m² = normal weight; ≥25 kg/m² to <30 kg/m² = overweight; ≥30 kg/m² = obesity. Participants were also asked about their sleep routines and light exposure using the Munich Chronotype Questionnaire (n = 244). Finally, actimetry data from 121 participants with 7 days of consecutive records were analyzed. Results: Study 1: the RGB-f group presented the first complete estrous cycle earlier when compared to the RGB-v group. Females exposed to constant light had lower body weight from PND 33 to 47 when compared to the rest of the groups. Higher plasma triglyceride levels were observed in the group exposed to constant dark, when compared to the RGB-v and RGB-f groups. Total cholesterol was lower in the RGB-v group than in the other groups. Finally, visceral fat was higher in the RGB-f group when compared to the LL group. Study 2: Living in more urbanized areas and having higher variability in activity-rest rhythms were associated with a higher risk of overweight/obesity, controlling for sex and age. Conclusions: This work contributes to the knowledge about the role of light exposure and the circadian rhythms features on the development of metabolic alterations and obesity. Furthermore, these results point to new strategies aiming to prevent obesity and promote healthy metabolic profiles.