Естественный дневной свет в рабочее время улучшает стабильность уровня глюкозы при диабете 2 типа

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Cell Metabolism , ученые изучали, может ли пребывание в офисе при естественном дневном свете, а не при искусственном освещении, улучшить показатели здоровья у людей с диабетом 2 типа .

Исследователи обнаружили, что воздействие естественного света смещает метаболизм в сторону более интенсивного окисления жиров, модулирует некоторые циркадные ритмы и изменяет молекулярные метаболические характеристики. У людей, подвергавшихся большему воздействию естественного света, также наблюдалось умеренное, но статистически значимое увеличение времени, в течение которого уровень глюкозы оставался в пределах нормы.

Почему дневной свет важен для уровня глюкозы и здоровья обмена веществ

Циркадная система человека синхронизирует метаболизм и физиологию с циклом день-ночь, при этом свет выступает в качестве ее наиболее мощного регулятора. Центральные биологические часы в головном мозге координируют периферические часы в органах, включая печень, скелетные мышцы и поджелудочную железу, влияя на метаболизм глюкозы, использование энергии и чувствительность к инсулину.

Нарушения циркадных ритмов, распространенные в современном образе жизни, преимущественно в помещении, тесно связаны с метаболическими расстройствами, включая диабет 2 типа. Люди обычно проводят от 80% до 90% своего времени в помещении, где освещение тусклое, имеет статичный спектр и плохо соответствует естественному дневному свету.

Предыдущие исследования показывают, что воздействие искусственного света может влиять на метаболизм глюкозы и липидов; однако эти исследования редко отражают реальные условия дневного света и часто сосредоточены на краткосрочных или изолированных метаболических результатах.

Сравнение естественного освещения из окна и стандартного искусственного освещения в офисе.

Целью исследователей было всестороннее изучение метаболических, циркадных и других физиологических реакций на воздействие естественного дневного света. Они использовали рандомизированное перекрестное исследование, в котором приняли участие 13 пожилых людей с диабетом 2 типа, прошедших два 4,5-дневных периода вмешательства. Один период включал воздействие естественного дневного света в помещении через большие окна, а другой — воздействие постоянного искусственного офисного освещения с намеренно низким содержанием меланопического и коротковолнового света.

Между вмешательствами был период отмены препаратов продолжительностью четыре недели или более. Во время каждого вмешательства участники постоянно находились в исследовательском центре, соблюдали стандартизированный режим сна и приема пищи, а также продолжали принимать лекарства.

Воздействие естественного дневного света происходило в рабочее время (с 08:00 до 17:00), в то время как искусственное освещение обеспечивало 300 люкс на уровне глаз. В обоих условиях воздействие вечернего света строго контролировалось, и участники использовали очки, блокирующие синий свет, когда покидали контролируемую среду.

В течение всего периода вмешательства для оценки гликемического контроля использовался непрерывный мониторинг уровня глюкозы. Общие энергетические затраты организма и окисление субстратов измерялись с помощью непрямой калориметрии, которая включала измерения в респираторной камере и вентилируемом колпаке.

Образцы крови собирали в течение 24 часов для метаболического профилирования, а постпрандиальный метаболизм оценивали с помощью теста на толерантность к смешанной пище. Биопсии скелетных мышц брали для изучения экспрессии генов циркадных часов и циркадных свойств в культивируемых мышечных клетках. Мультиомический анализ, включающий липидомику, метаболомику и транскриптомику моноцитов, проводили в рамках исследовательского подхода, направленного на выдвижение гипотез, для выявления системных молекулярных реакций.

Дневной свет стабилизирует колебания уровня глюкозы и усиливает окисление жиров.

Воздействие естественного дневного света не изменило средний уровень глюкозы, но привело к увеличению доли времени, проведенного в пределах нормального диапазона уровня глюкозы, что указывает на улучшение гликемической стабильности.

Компьютерное моделирование показало, что естественный свет снижает амплитуду суточных колебаний уровня глюкозы, что связано с лучшим контролем уровня глюкозы. Общие энергетические затраты организма были схожими при разных условиях освещения. Однако естественный дневной свет постоянно смещал метаболизм в сторону большего окисления жиров и меньшего окисления углеводов в течение дня и после приема смешанной пищи, что отражает улучшенную метаболическую гибкость, или способность эффективно переключаться между источниками энергии.

Хотя 24-часовые уровни глюкозы, триглицеридов и свободных жирных кислот в плазме крови существенно не различались между условиями, постпрандиальная метаболическая динамика отличалась: естественный свет способствовал метаболическому профилю, соответствующему усиленному использованию липидов. Вечерняя секреция мелатонина была выше после воздействия естественного дневного света, что указывает на незначительные циркадные эффекты, хотя время начала выработки мелатонина оставалось неизменным.

На молекулярном уровне биопсии скелетных мышц показали повышенную экспрессию специфических генов циркадных часов после воздействия естественного света. Первичные мышечные клетки, культивированные из этих биопсий, демонстрировали опережающий по фазе циркадный ритм, что указывает на стойкие изменения свойств периферических циркадных часов, наблюдаемые ex vivo в контролируемых лабораторных условиях, и свидетельствует о потенциальной клеточной памяти о предшествующем воздействии света.

Мультиомический анализ выявил устойчивые закономерности, связанные с дневным светом, в циркулирующих метаболитах, классах липидов и экспрессии генов иммунных клеток, особенно в отношении путей метаболизма липидов. Однако большинство отдельных молекулярных характеристик перестали быть значимыми после коррекции на множественное тестирование.

Полученные результаты демонстрируют, что воздействие естественного дневного света в помещении благоприятно влияет на регуляцию глюкозы, метаболическую гибкость, циркадную биологию и молекулярные метаболические характеристики у людей с диабетом 2 типа.

Естественный свет может помочь в лечении диабета помимо медикаментозной терапии.

Данное исследование предполагает, что хронический недостаток естественного света может быть одним из факторов, способствующих ухудшению метаболического здоровья у людей с диабетом 2 типа.

По сравнению со стандартным искусственным офисным освещением, воздействие естественного света увеличило время, в течение которого у участников уровень глюкозы оставался в пределах нормы, и способствовало более интенсивному окислению жиров, что указывает на улучшение метаболической гибкости.

Эти преимущества сопровождались уменьшением суточных колебаний уровня глюкозы, повышением уровня мелатонина в вечернее время, заметным смещением циркадной фазы скелетных мышц вперед, а также изменениями в циркулирующих метаболитах, липидах и экспрессии генов иммунных клеток, связанных с чувствительностью к инсулину и липидным обменом.

Ключевым преимуществом исследования является его рандомизированный перекрестный дизайн, предусматривающий строгий контроль воздействия света, приема пищи и физической активности. Однако небольшой размер выборки, короткая продолжительность вмешательства, пожилой возраст участников исследования, сезонные ограничения и опора на субъективные показатели сна ограничивают возможность обобщения результатов и требуют осторожной интерпретации причинно-следственной связи.

В целом, полученные результаты подчеркивают роль естественного дневного света как потенциально изменяемого фактора окружающей среды, который может способствовать контролю метаболизма при диабете 2 типа и требует проведения более длительных, масштабных и реалистичных исследований в реальных условиях, особенно среди трудоспособного населения и в реальных офисных условиях.