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睡眠中の代謝の個人差が肥満やメタボの一因か 加齢により夜間の脂肪酸化が減る可能性も明らかに

夜間睡眠中の代謝の個人差が、肥満やメタボリックシンドロームの一因である可能性を示唆する研究結果が、筑波大学の研究チームから報告された。「Scientific Reports」に論文が掲載されるとともに、同大学のサイトにプレスリリースが掲載された。

睡眠中の代謝の個人差が肥満やメタボの一因か 加齢により夜間の脂肪酸化が減る可能性も明らかに

研究の背景

ヒトは、夜間にまとめて長時間の睡眠をとる単相性睡眠という行動様式をとっており、夕食から翌日の朝食までの半日を絶食で過ごし、残りの半日で1日分のエネルギーを摂取する。そのため、1日分のエネルギーを摂取する昼間と、その蓄積でエネルギー需要を賄う夜間とでは、エネルギー代謝の様相が一変する。これに上手に対処する能力が「代謝の柔軟性」と呼ばれる。代謝の柔軟性の低下は、将来の肥満や糖尿病などの発症リスクを高める可能性が想定され、最近注目を集めている。

睡眠中のエネルギー代謝は、夕食からの時間経過に従い、炭水化物の酸化から徐々に脂肪の酸化へと変化すると考えられてきた。しかし、睡眠中のエネルギー代謝の経時的変化の把握はこれまで、測定の時間分解能の限界があり困難だった。

そこで本研究では、ヒューマンカロリーメーターの時間分解能を、時間単位から分単位へと世界最高水準に高め、この課題に取り組んだ。

ヒューマンカロリーメーター:呼気採取のためのマスクを装着せずに、部屋全体の酸素濃度と二酸化炭素濃度の変化から被験者の酸素摂取量や二酸化炭素産生量を測定する装置。

研究内容と成果

就寝中のエネルギー消費を測定するために、ヒューマンカロリーメーターを用いて、肥満しておらず健康な若年成人のエネルギー代謝を1日連続して測定した(図1)。検討対象は延べ127名。

図1 ヒューマンカロリーメーターによるエネルギー代謝測定

ヒューマンカロリーメーターによるエネルギー代謝測定

(a)被験者が睡眠をとる部屋。三畳ほどの密閉室には毎分80~100Lの新鮮な外気が取り込まれ、室内は25°Cに保たれている。
(b)エネルギー代謝測定中は二重扉を介して食事が供給される。
(c)密閉室内の酸素と二酸化炭素濃度のわずかな変化を質量分析機で測定し、室内に滞在する被験者の酸素摂取と二酸化炭素産生から、エネルギー消費、脂肪酸化、炭水化物酸化を計算する。
(d)エネルギー代謝測定中には睡眠脳波の測定も行った。
(出典:筑波大学)

その結果、次のような現象が観察され、エネルギー代謝の個人差が睡眠時に顕在化することがわかった。

昼より夜の個人差のほうが大きい

若年成人では、昼間の食事に対するエネルギー代謝応答の個人差は小さい一方で、夜間の脂肪酸化の亢進には大きな個人差がみられた(図2)。若くて肥満のない被験者では食事摂取後の血糖値と、それに伴うインスリン分泌の増加が炭水化物の酸化を強く促進する結果、個人差が隠されてしまうと考えられる。

加齢により夜間の脂肪酸化亢進が小さくなる

20歳代と30歳代の比較では、昼間の食事に対するエネルギー代謝の応答には差が認められなかったものの、夜間の脂肪酸化の亢進は30歳代の被験者で小さくなった。つまり、加齢に伴う代謝の柔軟性の低下が、夜間に顕在化することが示唆された。

睡眠の後半には再び炭水化物酸化が亢進する

睡眠中のエネルギー代謝は、夕食からの時間経過に従って徐々に炭水化物から脂肪へと変化するという通説に反し、就寝中に脂肪酸化が最大となった後、覚醒数時間前から再び炭水化物の酸化が増大した。さらに、この炭水化物酸化が再び盛んになる時刻は、男性よりも女性の方が1~2時間早いという性差が認められた。

睡眠の後半に炭水化物酸化が活性化するメカニズムは不明だが、睡眠時の体温についても同様の経時変化がみられることから、何らかの共通の仕組みがあるのではないかと予想される。

図2 代謝の柔軟性と呼吸商

代謝の柔軟性と呼吸商

呼吸商とは酸素摂取に対する二酸化炭素産生の比率で、体内で酸化されている脂肪と炭水化物の割合を示す。夜間と昼間との呼吸商の変化が代謝の柔軟性となる。炭水化物のみが酸化されている場合の呼吸商は1.00、脂肪のみが酸化されている場合の呼吸商は0.70となる。食後には炭水化物の酸化が盛んになり呼吸商が上昇し、睡眠時には脂肪の酸化が進んで呼吸商が低値となる。呼吸商の変化(代謝の柔軟性)の違いは睡眠時に明瞭であった(青:代謝の柔軟性が大きい人、赤:代謝の柔軟性が小さい人)。
(出典:筑波大学)

今後の展開

睡眠時に顕在化する代謝の柔軟性の低下は、肥満や糖尿病、メタボリックシンドロームなどの発症の予兆あるいは原因である可能性がある。

研究グループでは、「この点を明らかにするためには、健康な人だけでなく、肥満、糖尿病などの多様な被験者の睡眠時エネルギー代謝のデータも含めて検討する必要があり、データ蓄積の加速化に向けて、国内外の研究グループとの連携も重要になると考えられる。また、代謝の柔軟性の個人差が睡眠時に顕在化することを踏まえて、睡眠の質とエネルギー代謝の関連についても検討を進め、『睡眠の改善を通してエネルギー代謝を改善する』、あるいは逆に『エネルギー代謝の改善を通して睡眠の質を改善する』という可能性も追求していく予定」としている。

関連情報・プレスリリース

エネルギー代謝の柔軟性が睡眠時に現れることを発見(筑波大学)

文献情報

原題のタイトルは、「Metabolic Flexibility during Sleep」。〔Sci Rep. 2021 Sep 8;11(1):17849〕
原文はこちら(Springer Nature)

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