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Alimentazione

Cronobiologia, crononutrizione e dieta | Quello che bisogna sapere

Cronobiologia, crononutrizione e dieta

 

I processi fisiologici del corpo umano seguono un ciclo continuo articolato sulle 24h noto come ritmo circadiano.

 

L’importanza dei ritmi circadiani nel regolare i comportamenti alimentari e il metabolismo dell’uomo sono ormai da tempo sotto l’occhio di molti ricercatori, gli studi a riguardo sono sempre più corposi e dalle conclusioni in continua evoluzione.

 

I così detti “Circadian clocks” ovvero una serie di geni (clock genes) espressi in tutto il corpo (Bmal1, Clock, Per1/2, and Cry1/2) e geni controllati dai ritmi circadiani (clock controlled‐genes) in grado di controllare diversi aspetti della nostra vita quotidiana (analisi del trascrittoma genomico e analisi ChIP‐seq hanno mostrato come i “clock‐genes” siano in grado di regolare la trascrizione di molti geni tramite il rimodellamento della cromatina. E’ noto come il controllo post‐trascrizionale occupi un ruolo essenziale nell’espressione dell’mRNA “circadiano”).

 

Cronobiologia, crononutrizione e dieta

 

Tali aspetti saranno per tanto oggetto di questo articolo. L’orologio centrale (central clock) è senza dubbio quello che domina i ritmi dettati dal ciclo giorno/notte (light/dark cycles) al contempo vi sono “orologi periferici” in grado di regolare singoli aspetti metabolici e determinati per la maggior parte dai cicli pasto/digiuno (feeding/fasting cycles).
Alterazioni croniche di questo ciclo vengono per tanto associate ad un maggior rischio di sviluppo di obesità, diabete e malattie cardiovascolari. Ad esempio uno studio (Gonnissen et al.) del 2012 in cui vennero analizzati effetti di alterazioni del ritmo circadiano mostra come dopo appena tre giorni gli individui in studio (13) riportarono cambiamenti nel metabolismo glucidico e proteico.

 

Accorciare o allungare il ciclo determinò in maniera globale un quadro metabolico atipico con plateau di secrezione di cortisolo, aumento della secrezione di insulina, aumento dei processi ossidativi nei riguardi dei carboidrati e riduzione di quelli verso la quota proteica.

 

Lo studio in questione fornisce ad esempio lo spunto per alcune considerazioni in ambito sportivo: pensiamo ad esempio ad un atleta endurance che avrà bisogno di una certa efficienza metabolica durante tutto l’arco della giornata per sostenere attività fisica ma anche tutti i processi di recupero mantenendo elevata l’efficacia metabolica per tutto l’arco delle 24h.

 

Lo stato metabolico dell’individuo è in grado di influenzare in maniera consistente le risposte di tali meccanismi, e di conseguenza l’omeostasi energetica di tutto l’organismo: appetito e consumo di cibo, accumulo o perdita di grasso, dispendio energetico… la “rottura” o problemi ai danni di tali ritmi circadiani sembrano sfociare in disturbi metabolici di diverso tipo.

 

Diversi studi mostrano come a livello dell’ipotalamo esista un gruppo di cellule, che nel loro insieme vanno a costituire il così detto nucleo soprachiasmatico, bene, la lesioni in questa zona determinano irregolarità e stravolgimenti dei ritmi circadiani con conseguenze dirette su comportamenti metabolici e comportamentali delle cavie esaminate in questo caso.

 

Cronobiologia, crononutrizione e dieta

 

Gli stessi studi suggeriscono inoltre l’esistenza (come accennato precedentemente) di un secondo centro di regolazione definito FEO (Food Entrainable Oscillators) posto lungo il tratto gastro intestinale (in particolare nello stomaco) in grado di regolare ad esempio in modo circadiano il rilascio di grelina il principale ormone anoressizzante.

 

La distruzione del nucleo soprachiasmatico non determina difatti alterazioni nella produzione di grelina (autonomia dello stomaco) (Johnston et al., 2015).

 

La crononutrizione, si occupa per tanto di analizzare (cronobiologia) come ad esempio l’impatto del consumo di alimenti con una frequenza rispetto ad un’altra o il consumo di taluno rispetto all’altro alimento in
determinati momenti della giornata possa influire su assetto metabolico‐ormonale, salute e composizione corporea dell’individuo (Oike et al., 2014).

 

I principi alla base della “crononutrizione”, descritti dal dott. Delabos nei suoi studi (1986), risiedono nel fatto che un alimento possa produrre effetti / impatti diversi in funzione del momento in cui esso viene ingerito.

 

Partiamo dall’impatto di alcuni nutrienti sull’assetto ormonale. Ad esempio lo iodio risulta avere un impatto considerevole sulle funzioni e sul rilascio degli ormoni tiroidei (elemento essenziale per la sintesi degli stessi), così come riduzione dei livelli plasmatici di glucosio e/o acidi grassi liberi possano determinare un aumento dei livelli plasmatici di Gh.

 

Cronobiologia, crononutrizione e dieta

 

Se un pasto ricco di carboidrati potrà arrivare quasi a dimezzare le concentrazioni di Gh, uno ricco di proteine e/o aminoacidi liberi, specie arginina ne stimolerà il rilascio determinando un aumento della concentrazione plasmatica.

 

Allo stesso modo uno stato di digiuno prolungato (ipoglicemia) indurrà rilascio di Gh. Anche l’insulina che presenta picchi legati non solo alla risposta ai pasti ma anche in base ai ritmi biologici, mostra in media un picco maggiore al mattino ed una caduta la sera.

 

Naturalmente le variabili individuali dettate da costituzione e attività svolta durante l’arco della giornata potrà influire in maniera netta su tale quadro metabolico‐ormonale (in questo caso le considerazioni vengono fatte per l’individuo “comune”).

 

Sempre l’insulina risulta essere il principale regolatore per la secrezione di leptina, di fatti in ipoglicemia e livelli di insulina bassi anche quelli di leptina risultano diminuiti con conseguente sensazione di appetito, al contrario dopo un pasto arriverà sensazione di sazietà in concomitanza all’aumento di leptina.

 

Nei soggetti obesi sembra ormai dimostrato come venga ad instaurarsi una sorta di resistenza alla leptina, in cui livelli risultano costantemente aumentati ma privi di effetto sulla sensazione di appetito.

 

Specifici nutrienti come aminoacidi ramificati e glucosio inducono rilascio di questo ormone al contrario il consumo di grassi e aumento di acidi grassi liberi ne inibisce la secrezione.

 

L’effetto della grelina (di cui abbiamo accennato alcuni aspetti in precedenza) è invece opposta, a digiuno o in prossimità dei pasti principali le concentrazioni di tale ormone risultano elevate per poi diminuire al termine del pasto, i carboidrati rappresentano i principali soppressori mentre grassi e proteine sembrano avere un impatto minore (Oike et al., 2014).

 

Come detto precedentemente il quadro ormonale di ogni soggetto (seppur delle linee generali e dei comportamenti “tipici” vengano descritti, osservati e riportati in letteratura) sarà diverso e dettato dalla propria “storia” metabolico‐ormonale, costituzione, stile di vita e attività fisica ad esempio.

 

Cronobiologia, crononutrizione e dieta

 

A tal proposito esistono studi che mostrano come assecondando il rilascio di cortisolo mattutino (picco acth e cortisolo) con una colazione ricca di carboidrati possa essere considerata la scelta migliore per mantenere efficienza metabolica o come il consumo del pasto più ricco di carboidrati la sera (carico glicemico) in individui sedentari e in stati di sovrappeso / obesità (ipotizzabile resistenza insulinica) venga associata a dismetabolismo glucidico con tutte le conseguenze del caso (Sensi et al., 1987; Cho et al., 2003).

 

Come detto tali considerazioni ad oggi lasciano il tempo che trovano se non si considerano prima le variabili strettamente legate al soggetto.
Diversi autori dimostrano invece anche con studi recenti come mangiare più spesso durante il giorno andando a ridurre le fluttuazioni delle concentrazioni di glucosio plasmatico possa, di conseguenza (come
visto) influenzare il rilascio di ormoni come l’insulina o stabilizzare i livelli plasmatici degli ormoni intestinali che regolano il senso di sazietà.

 

Oike e colleghi in una review del 2014 riportano come la sincronizzazione dettata dai pasti (3‐5 pasti regolari) durante la giornata produca un quadro metabolico‐ormonale totalmente differente rispetto a individui soliti consumare in maniera irregolare nell’arco temporale i propri pasti, saltando o racchiudendo l’apporto calorico totale la sera ad esempio.

 

Ad esempio si assisterà (nel caso di pasti regolari) ad un aumento dell’effetto termogenico post‐prandiale.

 

Saltare un pasto per quattro settimane senza variare l’apporto calorico giornaliero si è dimostrato ad esempio in grado di determinare aumenti della massa grassa, al contrario, aumentando la frequenza dei pasti si assiste ad un aumento del rilascio di leptina e dunque di sazietà da parte dell’individuo (Johnston et al., 2015; Ekmekcioglu et al, 2011).

 

Studi su roditori mostrano come interrompere / variare la frequenza e la dislocazione dei pasti abbia un impatto prevalente sull’espressione dei clock‐genes, in particolare a livello periferico, mentre i geni
dell’”orologio centrale” deputati al controllo del ciclo notte‐giorno non sembrano influenzati in maniera consistente.

 

In particolare i tessuti epatici sembrerebbero impiegare approssimativamente 3 giorni per adattarsi ad un cambiamento nei ritmi e “riassettarsi” metabolicamente, mentre, reni, cuore, pancreas e polmoni sono tessuti che impiegheranno più tempo (Stokkan et al.; Damiola et al.).

 

Analizzando la risposta degli epatociti in topi, è stato osservato direttamente come modulando l’apporto di nutrienti sia in termini qualitativi che temporali (prolungando, variando, diminuendo cicli digiuno‐pasto ad esempio) venisse influenzata in maniera diversa l’espressione di alcuni geni (clock‐controlled‐genes) implicati nei meccanismi metabolici e nelle sensazioni di appetito e sazietà (Per1; Per2; Rec‐erb alfa…) (Oike et al.; Tahara et al.).

 

Alcuni esempi di come la dieta sembri in grado di influenzare anche qualitativamente l’espressione di questi geni viene fornita da una serie di esperimenti su diete ad alto apporto lipidico e diete chetogeniche, in cui, l’incremento dell’apporto lipidico si è dimostrato in grado di influenzare il ritmo circadiano centrale, in particolare determinando una riduzione dell’impulso “locomotorio” (livello di attività) dettato dai clockgenes.

 

Al contrario diete chetogeniche, ipocaloriche in grado di simulare stati di digiuno si dimostrarono in grado di indurre uno stato di “phase advance” nei confronti del sistema locomotorio “circadiano”.

 

Alla base di questo meccanismo sembra esservi l’attivazione in seguito ad aumento di acidi grassi liberi circolanti del PPAR alfa e da una disregolazione dell’attività del CLOCK:BMAL (azione sulla cromatina) (Eckel‐Mahan et al.; Challet et al.).
Gli esempi e gli studi presenti in letteratura sono moltissimi, in questo articolo l’intento preposto è stato quello di fornire una panoramica generale e spunti in un argomento molto vasto e le cui evidenze e scoperte risultano in continua evoluzione.

 

Tutte le considerazioni del caso andranno senza dubbio valutate, riadattate in funzione di ogni soggetto, tuttavia osservando, studiando e valutando quanto riportato da questi studi è possibile comprendere come l’organismo possa rispondere a determinate situazioni e stimoli e di conseguenza cercare o tentare di adattare al proprio stile di vita e caratteristiche la modulazione della frequenza dei pasti e la composizione quali‐quantitativa della dieta.


Jonathan D Johnston, José M Ordovás, Frank A Scheer and Fred W Turek‐ Circadian Rhythms, Metabolism, and Chrononutrition in Rodents and Humans. REVIEW FROM ASN EB 2015 SYMPOSIUM.

 

Hiroaki Oda ‐ Chrononutrition – J Nutr Sci Vitaminol, 61. S92‐94, 2015

 

Gonnissen HKJ, Rutters F, Mazuy C, Martens EAP, Adam TC, Westerterp‐Plantenga MS. (2012) Effect of a phase advance and phase delay of the 24‐h cycle on energy metabolism, appetite, and related
hormones,American Journal of Clinical Nutrition 96:689–97.

 

Cho S, Dietrich M, Brown CJ, Clark CA, Block G. The effect of breakfast type on total daily energy intake and body mass index: results from the Third National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES III). (2003) J Am Coll Nutr, 22: 296‐302.

 

Sensi S, Capani F. Chronobiological aspects of weight lossin obesity: effects of different meal timing regimens. (1987) Chronobiol Int; 4 : 251‐261.

 

Jenkins DJ. Carbohydrate tolerance and food frequency. (1997) Br J Nutr, 77: S71‐S81.

 

Ekmekcioglu C,Touitou Y. Chronobiological aspects of food intake and metabolism and their relevance on energy balance and weight regulation. (2011) Obes Rev, 12 (1) : 14‐25
Stokkan K, Yamazaki S, Tei H, Sakaki Y, Menaker M. Entrainment of the circadian clock in the liver by feeding. Science. 2001;291(5503):490–3.
Damiola F, Le Minh N, Preitner N, Kornmann B, Fleury‐Olela F, Schibler U. Restricted feeding uncouples circadian oscillators in peripheral tissues from the central pacemaker in the suprachiasmatic nucleus. Genes Dev. 2000;14(23):2950–61.

 

Oike H, Nagai K, Fukushima T, Ishida N, Kobori M. Feeding cues and injected nutrients induce acute expression of multiple clock genes in the mouse liver. PLoS One. 2011;6(8):e23709. doi:10. 1371/journal.pone.0023709.

 

Tahara Y, Otsuka M, Fuse Y, Hirao A, Shibata S. Refeeding after fasting elicits insulin‐dependent regulation of Per2 and Reverbalpha with shifts in the liver clock. J Biol Rhythms. 2011;26(3):230–40. doi:10.1177/0748730411405958.

 

Eckel‐Mahan KL, Patel VR, de Mateo S, Orozco‐Solis R, Ceglia NJ, Sahar S, et al. Reprogramming of thecircadian clock by nutritional challenge. Cell. 2013;155(7):1464–78. doi:10.1016/j. cell.2013.11.034.
Challet E, Solberg LC, Turek FW. Entrainment in calorierestricted mice: conflicting zeitgebers and free‐running conditions. Am J Physiol. 1998;274(6 Pt 2):R1751–61.

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Leonardo Cesanelli

Leonardo Cesanelli

Scrittore ed esperto

Leonardo Cesanelli è un Biologo Nutrizionista (N.I. AA_080818) e Dottore in Scienze e Tecnologie Alimentari. Ha conseguito una Laurea magistrale in Nutrizion and Funcitonal Food (Biological Sciences). Tra le sue qualifiche annovera quella di Personal trainer e istruttore certificato CSEN. Attualemente lavora come libero professionista biologo nutrizionista-preparatore atletico.


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