Potenziale circadiano e circannual ritmo contributi per l’epidemia di obesità in età della scuola elementare i bambini

Studi hanno esaminato le tendenze della stagione in aumento di peso tra i bambini hanno scoperto che negli USA e in Giappone, l’anno scolastico promuove miglioramenti nel peso dello stato (cioè, diminuisce l’indice di massa corporea (BMI), mentre i bambini a migliorare il loro BMI durante le vacanze estive dalla scuola . I nostri dati raccolti in 5 anni di scuola elementare hanno rivelato che non tutti i bambini che presentano un aumento di peso accelerato durante le vacanze estive sviluppano sovrappeso o obesità; tuttavia, circa il 18% dei bambini inizia a passare da un peso sano a uno stato sovrappeso o obeso durante la scuola elementare, con la maggior parte degli aumenti che si verificano Il nove percento ha mostrato prove di questa transizione durante le vacanze estive dopo l’asilo, mentre un altro 9% ha iniziato durante le vacanze estive dopo il 2 ° grado, creando una finestra chiara per gli sforzi di prevenzione durante la scuola elementare. L’aumento di peso stagionale, determinato da cambiamenti circannuali nell’ambiente (cioè, cambiamenti nella lunghezza e nella tempistica della luce del giorno e della temperatura nel corso di un anno) è comune all’interno del regno animale dove conferisce un vantaggio evolutivo, attraverso la preparazione per l’inverno o la riproduzione . Indipendentemente dal fatto che l’aumento di peso stagionale abbia fornito agli esseri umani preindustrializzati un vantaggio, attualmente conferisce uno svantaggio evolutivo contribuendo ad aumentare i tassi di sovrappeso e obesità .

Gli approcci tradizionali per spiegare le fluttuazioni stagionali nell’aumento di peso si sono concentrati sulle differenze nelle abitudini alimentari e di attività fisica durante gli orari scolastici e fuori dalla scuola (ad esempio, giorni scolastici e fine settimana o vacanze scolastiche) . L’ipotesi Structured Days spiega l’aumento di peso estivo accelerato che utilizza la teoria economica comportamentale per capire come i bambini prendono decisioni sulle loro allocazioni di utilizzo del tempo per quanto riguarda i comportamenti legati al bilancio energetico nei giorni strutturati (cioè i giorni di scuola) rispetto ai giorni non strutturati (cioè, giorni liberi quando i bambini non sono in scuola, come fine settimana o vacanze scolastiche). Questa ipotesi propone che la struttura fornita dall’anno scolastico supporti un peso sano attraverso opportunità obbligatorie per l’attività fisica, accesso regolamentato a una dieta sana ed equilibrata, tempo limitato per attività sedentarie al di fuori della scuola e orari di letto e sveglia regolari e precedenti . In assenza di strutture simili durante le vacanze estive, i bambini hanno una maggiore autonomia rispetto alle decisioni relative ai comportamenti di bilancio energetico, che possono includere la scelta di sedentari su attività fisica più intensa, cibi più caloricamente e meno densi dal punto di vista nutrizionale, e più tardi orari di letto e sveglia . Implicito in questa teoria è che i bambini sono essenzialmente edonistici e quando ne hanno l’opportunità, optano per opzioni meno salutari. Di conseguenza, gli interventi tipici di prevenzione dell’obesità si sono concentrati sull’aiutare i bambini a fare scelte migliori all’interno di vincoli ambientali/sociali. Un focus quasi esclusivo sul controllo volontario, basato su un semplice modello di bilancio energetico dell’obesità, non è riuscito a far progredire la comprensione delle potenziali cause biologiche e circannuali dell’aumento di peso . Questo articolo esplora il ruolo delle cause cronobiologiche dell’aumento di peso stagionale nei bambini e identifica potenziali strategie comportamentali per mitigare queste influenze. In tal modo, prendiamo una prospettiva più ampia dei sistemi biologici umani, esaminando l’interdipendenza del comportamento, le richieste sociali (cioè, temporizzazione sociale risultante da richieste come orari scolastici o di lavoro, attività sociali, coinvolgimento della comunità, obblighi familiari e routine, pratiche genitoriali, ecc.), orologi circadiani e circannuali e metabolismo per considerare i potenziali meccanismi attraverso i quali il disallineamento di questi modelli giornalieri e annuali può contribuire all’obesità nei bambini. I progressi nelle scienze biologiche devono informare le scienze comportamentali, in modo che possano essere fatti progressi complementari paralleli.

Cronobiologia, si riferisce allo studio dei ritmi biologici che si verificano in modo ciclico o periodico, fornendo organizzazione temporale ai processi fisiologici (ad esempio, metabolismo) con uscite comportamentali del sistema circadiano (ad esempio, sonno/veglia, mangiare/veloce) . I ritmi circadiani (cioè cicli giornalieri di ritmi interni) si verificano in cicli di circa 24,2 ore, in media, e sono trascinati o sincronizzati principalmente dall’esposizione al ciclo luce-buio della terra di 24 ore. Poiché il nostro ciclo circadiano è leggermente più lungo di 24 h, è necessario un input coerente dal ciclo chiaro-scuro per mantenere un giorno di 24 h. Gli orologi del corpo si trovano all’interno di cellule, tessuti e organi in tutto il corpo e sono organizzati in modo gerarchico. In cima alla gerarchia c’è l’orologio centrale noto come nucleo suprachiasmatico (SCN) . La SCN è principalmente trascinata dagli input del ciclo luce-buio . Simile a un direttore d’orchestra, il SCN utilizza gli input del ciclo luce-buio per determinare l’ora del giorno e imporre l’ordine temporale al funzionamento fisiologico del corpo inviando segnali di cronometraggio agli strumenti del corpo o agli orologi periferici situati in tutto il sistema nervoso centrale e il corpo, come fegato, pancreas, muscoli e tessuto adiposo (cioè grasso) . Gli orologi periferici nel corpo controllano i processi fisiologici (ad esempio, metabolismo, temperatura corporea, secrezione ormonale e risposte immunitarie) . Il sonno, l’attività fisica e i modelli alimentari sono uscite comportamentali dell’orologio circadiano. La tempistica dell’assunzione di cibo trascina o sincronizza gli orologi periferici del corpo e, di conseguenza, i cambiamenti nelle abitudini alimentari (ad esempio, mangiare a tarda notte) possono portare a un disallineamento degli orologi centrali e periferici. Il funzionamento ottimale dipende dal corretto allineamento tra il ciclo luce-buio, l’orologio circadiano centrale (cioè SCN), gli orologi periferici e le uscite comportamentali (ad esempio, sonno, mangiare, attività) . Il jet lag sociale è un esempio di disallineamento circadiano cronico che si verifica quando le richieste sociali (ad esempio, il lavoro o la scuola) richiedono agli individui di vivere secondo un programma non ottimale per i loro ritmi interni, rendendo difficile addormentarsi e svegliarsi a orari socialmente prescritti per la scuola o il lavoro. Ciò si traduce in un bisogno di sonno insoddisfatto e un debito di sonno accumulato nei giorni di scuola o di lavoro (cioè, jet lag sociale). Nei giorni con meno obblighi (ad esempio, nei giorni del fine settimana), gli individui compensano svegliandosi più tardi, il che può introdurre una maggiore variabilità nei tempi dei pasti, del sonno e dei modelli di attività. Il disallineamento risultante tra gli orologi centrali e periferici del corpo porta a risultati negativi sulla salute, come l’obesità, il diabete di tipo 2, le malattie cardiovascolari e il cancro .

Ci sono prove crescenti che il disallineamento circadiano è coinvolto nell’aumento di peso e nello sviluppo dell’obesità . Esperimenti su animali hanno dimostrato che l’alimentazione errata (ad esempio , mangiare durante la notte biologica), una dieta ricca di grassi , il jet lag e il lavoro a turni interrompono l’allineamento circadiano e portano ad un aumento di peso. Tra gli esseri umani, le prove riguardanti l’associazione tra disallineamento circadiano e obesità provengono principalmente da studi osservazionali. Ad esempio, il lavoro a turni è associato ad un aumentato rischio di obesità, diabete di tipo 2, sindrome metabolica e malattie cardiovascolari negli adulti, in particolare i turnisti a lungo termine . Il jet lag sociale è stato anche associato all’obesità negli adulti, negli adolescenti e nei bambini . Night Eating Syndrome, un disturbo alimentare che comporta il consumo del 25% o più delle calorie giornaliere dopo il pasto serale, è stato associato ad un aumentato rischio di obesità e cambiamenti nei tempi e nell’ampiezza degli ormoni metabolici come glucosio, insulina, grelina e leptina negli adulti . Infine, negli studi osservazionali tra adulti e bambini è stata osservata un’associazione tra i tempi del pasto tardivo e l’aumento di peso o l’obesità . Inoltre, la tempistica del pasto tardivo ha dimostrato di influenzare i risultati di perdita di peso negli interventi di trattamento dell’obesità .

Base teorica del modello di ritmo circadiano e circannuale dell’aumento di peso estivo accelerato

Roenneberg ha sviluppato un modello completo sul ruolo del disallineamento circadiano nello sviluppo dell’obesità e di altre condizioni di salute in cui illustra l’interdipendenza dell’orologio circadiano, del comportamento e della salute . Questi fattori intraindividuali all’interno dell’individuo sono influenzati da due elementi provenienti dall’ambiente: 1) segnali esogeni che sincronizzano la ritmicità circadiana (ad es., scuola o orari di lavoro, attività sociali, coinvolgimento della comunità, obblighi familiari e routine, pratiche genitoriali, ecc.). Il principale contributo del nostro modello al modello di Roenneberg è la proposta che l’orologio circannuale, sincronizzato dai cambiamenti stagionali nei segnali ambientali (ad esempio, ciclo chiaro-scuro), svolge anche un ruolo importante nei risultati di salute (ad esempio, lo sviluppo dell’obesità; Fig. 1). Proponiamo che i bambini mostrino un sano modello stagionale di aumento di peso e crescita in altezza controllato da un orologio circannuale. Inoltre, proponiamo che l’ambiente delle vacanze estive favorisca il disallineamento circadiano basato sui cambiamenti nelle richieste sociali che portano ad un aumento della variabilità del sonno, del mangiare e dei modelli di attività fisica e facilitando un aumento di peso estivo accelerato. Mentre gli orari delle vacanze scolastiche variano nei tempi e nella lunghezza in tutto il mondo, molti paesi hanno adottato un calendario scolastico agrario che offre ai bambini una vacanza estiva di circa 6-12 settimane, che si verificano in genere durante i mesi da giugno ad agosto nell’emisfero settentrionale e da dicembre a febbraio nell’emisfero meridionale. Si ipotizza che la co-occorrenza dei tempi della vacanza scolastica (es., favorevole al disallineamento circadiano) durante la stagione in cui i bambini sono innescati per l’aumento di peso può interrompere i modelli di crescita circannuale dei bambini, contribuendo all’aumento di peso accelerato e allo sviluppo dell’obesità. Per sostenere la nostra teoria, esamineremo la letteratura riguardante la stagionalità negli esseri umani, la crescita stagionale nei bambini e i meccanismi biologici attraverso i quali l’orologio circannuale e l’orologio circadiano possono influenzare i tempi e la velocità dell’aumento di peso dei bambini.

Modello per contributi circadiani e circannuali all’aumento di peso dei bambini. Figura 1 nota a piè di pagina. Proponiamo che l’individuo sia annidato all’interno del proprio ambiente che include le influenze delle richieste sociali (ad esempio, i tempi sociali derivanti da richieste come orari scolastici o di lavoro, attività sociali, obblighi e routine familiari, pratiche genitoriali, coinvolgimento della comunità, fuso orario, ecc.), l’illuminazione moderna e l’ambiente controllato dal clima, nonché l’effetto dell’ambiente naturale della terra. All’interno dell’individuo, c’è un’interdipendenza degli orologi circadiani, del comportamento e della salute. Il principale contributo di questo modello è che l’orologio circannuale interagisce con gli orologi circadiani per promuovere una salute ottimale e l’interruzione delle influenze circannuali dei bambini può avere conseguenze sulla salute . Proponiamo interazioni all’interno dell’individuo e tra i livelli di questo modello. Ad esempio, le richieste sociali influenzano il comportamento di un individuo che influisce sull’allineamento degli orologi sia per trascinamento diretto degli orologi periferici (cioè, tempismo di pasto e consistenza) o intaccando l’esposizione al ciclo chiaro-scuro via temporizzazione di sonno e consistenza, attività fisica, ed esposizione a luce artificiale di notte. Si propone inoltre che l’interruzione circadiana causata dalle vacanze scolastiche possa contribuire all’interruzione dei ritmi circannuali di crescita, con conseguente aumento di peso estivo accelerato e contribuendo allo sviluppo di sovrappeso e obesità durante la scuola elementare. Questo modello è stato adattato da Roenneberg T, Merrow M. L’orologio circadiano e la salute umana. Curr Biol. 2016;26(10):R432–443

L’orologio circannuale

Simile ai ritmi circadiani giornalieri, i ritmi annuali sono controllati in parte dall’esposizione al ciclo luce-buio della terra derivante dall’inclinazione di 23,5° della terra sul suo asse, dalla sua rotazione giornaliera e dall’orbita annuale attorno al sole, nonché dai modelli climatici . Gli effetti di questa inclinazione sono più chiaramente visibili ai poli estremi. Intorno al solstizio d’estate (cioè il 21 giugno), le persone che vivono sopra i 66,5° N nell’Artico sperimentano 24 ore di luce solare mentre le regioni al di sotto dei 66,5° S sperimentano 24 ore di oscurità (cioè, il loro inverno). Alle latitudini più vicine all’equatore, c’è meno differenza nella lunghezza del giorno durante tutto l’anno. L’inclinazione non riguarda solo la lunghezza del giorno, ma la capacità del sole di riscaldare la terra. L’effetto di riscaldamento del sole è aumentato nelle aree del globo che ricevono più radiazione solare diretta in qualsiasi momento dell’anno, che coincide anche con una durata del giorno più lunga che consente un riscaldamento più lungo e un periodo di raffreddamento più breve durante la notte . La quantità di luce diurna che una determinata area riceve può anche essere determinata dai modelli climatici come le stagioni piovose e secche .

In condizioni di illuminazione naturale (cioè senza illuminazione artificiale), gli adulti mostrano un ritmo sonno-veglia di 24 ore che risponde ai cambiamenti stagionali nel ciclo luce-buio . L’SCN (cioè l’orologio centrale) dimostra la plasticità di codificare per questi cambiamenti stagionali nella lunghezza della luce del giorno, creando una rappresentazione interna della lunghezza del giorno . Le informazioni sulla durata del giorno sono segnalate alla ghiandola pineale (cioè all’area del cervello che rilascia melatonina) . La lunghezza del rilascio di melatonina, che segna la notte biologica, varia stagionalmente in risposta ai cambiamenti nella lunghezza del periodo buio della terra . Un modello bi-oscillatore di regolazione circadiana suggerisce che l’adattamento stagionale al ciclo luce-buio è facilitato da due oscillatori, uno trascinato (cioè sincronizzato con un segnale ambientale come la luce) attraverso il crepuscolo, controllando l’insorgenza della melatonina e l’altro trascinato via alba controllando l’offset della melatonina . La presenza di due oscillatori può spiegare le differenze individuali in risposta ai cambiamenti stagionali nella durata del giorno . In condizioni di illuminazione naturale in cui il periodo buio è molto più lungo in inverno rispetto all’estate, gli adulti mostrano un rilascio di melatonina più lungo in inverno rispetto all’estate. Tuttavia, se esposti a condizioni di illuminazione moderne in cui i periodi bui variano meno tra le stagioni, gli adulti hanno dimostrato una mancanza di stagionalità nei loro ritmi di melatonina , probabilmente rappresentando una forma di interruzione circannuale che può avere importanti conseguenze sulla salute . A nostra conoscenza nessuno studio ha esaminato il trascinamento circadiano in condizioni di illuminazione naturali e moderne nei bambini. Di conseguenza, non è chiaro se i bambini non abbiano stagionalità come fanno gli adulti; tuttavia, ipotizziamo che il passaggio dall’ambiente scolastico alle vacanze estive possa essere associato a cambiamenti nell’esposizione al ciclo chiaro-scuro che possono segnalare cambiamenti stagionali al cervello.

Sebbene non sia chiaro se i bambini mostrino cambiamenti stagionali nella melatonina, vi è evidenza di stagionalità nella loro crescita (cioè altezza) e aumento di peso, suggerendo un ritmo endogeno di crescita e aumento di peso nei bambini . Pochi studi recenti hanno esaminato i cambiamenti mensili nella crescita tra i bambini; tuttavia, diversi studi dalla fine del 1800 alla metà del 1900 suggeriscono che i bambini tendevano ad aumentare l’altezza in primavera e all’inizio dell’estate e ad aumentare di peso alla fine dell’estate e in autunno . Uno studio su bambini ciechi e vedenti che vivono nel sud dell’Inghilterra ha rilevato che i bambini vedenti hanno dimostrato massimi aumenti di altezza tra gennaio e giugno, mentre i periodi di massima crescita nei bambini ciechi sono stati distribuiti uniformemente durante tutto l’anno . Ciò fornisce prove convincenti che la variazione stagionale nel ciclo chiaro-scuro può prevedere la crescita nei bambini attraverso la codifica visiva della lunghezza del giorno tramite SCN (cioè, orologio centrale). Altri studi hanno confermato che i periodi dell’anno in cui l’esposizione alla luce è più abbondante coincidono con aumenti di altezza tra i bambini vedenti . Mentre l’effetto del ciclo chiaro-scuro sull’aumento di peso non è stato testato sperimentalmente, studi osservazionali che misurano il peso su base regolare (cioè, più frequentemente di bi ogni anno) suggeriscono che gli aumenti massimi del peso tendono a verificarsi a fine estate e in autunno quando i giorni sono lunghi, ma si accorciano . Ulteriori studi che esaminano i modelli stagionali di crescita tra i bambini a scuola e quelli che non frequentano la scuola hanno osservato modelli simili indipendentemente dallo stato della scuola . Nel complesso, questi studi supportano il potenziale ruolo dell’orologio circannuale trascinato dalla variazione stagionale della luce e del buio nei modelli di crescita dei bambini.

Aumento di peso estivo accelerato

Studi più recenti che esaminano i tempi di aumento dell’indice di massa corporea dei bambini (cioè, BMI, un rapporto tra altezza e peso) hanno anche osservato un aumento di peso accelerato durante l’estate e l’inizio dell’autunno; tuttavia, questo aumento di peso accelerato ha dimostrato di contribuire ad aumentare i tassi di obesità durante la scuola elementare . Mentre abbiamo concluso dal nostro studio longitudinale di 5 anni che l’ambiente estivo obesogenico fuori dalla scuola era da biasimare per questi risultati, il nostro progetto di studio non ci ha permesso di escludere l’influenza degli effetti circannuali sui modelli di crescita dei bambini . Aumenti di altezza in primavera / inizio estate e aumenti di peso a fine estate e inizio autunno suggeriscono il mantenimento del BMI, a meno che l’aumento di altezza non sia ritardato o l’aumento di peso sia accelerato. I recenti risultati coerenti degli aumenti dell’IMC durante l’estate che contribuiscono all’aumento dei tassi di obesità suggeriscono il potenziale contributo delle interruzioni ai normali modelli di crescita circannuali. Sono necessari ulteriori studi per testare queste ipotesi al fine di chiarire la potenziale interazione tra gli effetti dei ritmi circannuali, il disallineamento circadiano e i comportamenti correlati al bilancio energetico tradizionale sullo stato del peso dei bambini.

La biologia alla base dell’associazione tra l’orologio circannuale e l’aumento di peso stagionale

Il dispendio energetico diminuisce durante il sonno e di conseguenza può sembrare controintuitivo che l’accorciamento del sonno o della notte biologica porterebbe ad un aumento di peso . Tuttavia, nell’uomo, la notte biologica è caratterizzata da alti livelli di melatonina che svolge un ruolo nella tempistica dell’ossidazione lipidica (cioè l’utilizzo dell’energia immagazzinata nel tessuto adiposo) e la termogenesi del grasso bruno (cioè la conversione degli acidi grassi e del glucosio in calore) . Il giorno biologico nell’uomo è caratterizzato dall’assenza di melatonina, contribuendo ai processi coinvolti nel metabolismo dei carboidrati che portano alla lipogenesi (cioè alla creazione di lipidi) e allo stoccaggio di energia come grasso nella cellula grassa . Lo yin e lo yang del giorno biologico e della notte promuove l’equilibrio energetico. La melatonina sincronizza la funzione metabolica degli adipociti per l’alta lipolisi (cioè, ripartizione del grasso o del lipido) durante la fase della melatonina e l’alta lipogenesi (cioè, creazione del lipido) durante l’assenza di melatonina . La melatonina sincronizza anche l’attivazione del tessuto adiposo bianco . Tra i criceti siberiani che non aumentano di peso in inverno, brevi giorni invernali hanno portato a un rilascio notturno di melatonina più lungo, con una maggiore stimolazione dei recettori della melatonina nel proencefalo, impegnando così l’attivazione del tessuto adiposo bianco, con conseguente lipolisi e una diminuzione dell’adiposità stagionale . Al contrario degli esseri umani, i criceti sono animali notturni e quindi il rilascio di melatonina è associato al loro giorno biologico in cui l’animale è attivo e si nutre. Brunitura indotta dalla melatonina del tessuto adiposo bianco (cioè, conversione del tessuto adiposo bianco in tessuto adiposo beige o marrone più metabolicamente attivo) aumenta il dispendio energetico convertendo gli acidi grassi e il glucosio in calore, aumentando così la loro attività termogenica, con conseguente perdita di peso . Una maggiore attivazione del tessuto adiposo bianco a causa di ritmi di melatonina più lunghi derivanti da notti più lunghe durante l’inverno, può spiegare perché i bambini tendono a non aumentare di peso durante l’inverno e dimostrare un aumento di peso più veloce durante i giorni più lunghi dell’estate .

Disallineamento circadiano e aumento di peso

Sebbene il meccanismo esatto attraverso il quale la cronodisruption porta ad un aumento di peso sia sconosciuto, la cronodisruption causata dal lavoro a turni o dal jet lag sociale determina una riduzione della produzione di melatonina . Dato il ruolo della melatonina nel bilancio energetico, il disallineamento circadiano può avere importanti conseguenze metaboliche dovute alla desincronizzazione dei processi coinvolti nel bilancio energetico ottimale . Tra gli esseri umani, anche il disallineamento a breve termine dei ritmi circadiani con sonno / veglia e comportamenti veloci / alimentazione ha portato ad un aumento postprandiale (cioè, dopo aver mangiato) glucosio e insulina, diminuzioni di leptina, e invertito il ritmo di cortisolo in modo che il cortisolo era alto all’inizio del sonno invece che al risveglio, suggerendo che anche il disallineamento a breve termine può causare l’interruzione dei ritmi legati al bilancio energetico .

Oltre al sonno, i cambiamenti estivi nei modelli alimentari e nell’attività fisica possono anche provocare un disallineamento circadiano associato ad un aumento dell’adiposità, mediato dalla mistiming dei ritmi comportamentali con ritmi endogeni . Il disallineamento del comportamento con i ritmi endogeni è stato associato a cambiamenti nel metabolismo e nello sviluppo dell’obesità . L’attività fisica ha dimostrato di far avanzare l’orologio circadiano, probabilmente perché l’esercizio aumenta l’ampiezza dei ritmi circadiani e omeostatici diurni, come la temperatura corporea, l’eccitazione e la propensione al sonno, portando ad un accumulo più rapido della pressione del sonno (cioè, l’unità del corpo a dormire che si accumula all’aumentare del tempo sveglio), con conseguente Pertanto, l’aumento dell’attività fisica potrebbe promuovere i tempi di letto precedenti nei bambini. L’attività fisica può anche influenzare l’orologio centrale massimizzando l’esposizione alla luce esterna poiché il tempo esterno è associato ad una maggiore attività fisica , che facilita la sincronizzazione degli orologi interni con l’ambiente esterno. Inoltre, vi è una crescente evidenza che il cibo sincronizza gli orologi periferici come quelli del fegato, del pancreas e dell’intestino . Poiché gli esseri umani presentano un ritmo giornaliero di utilizzo del glucosio con un utilizzo più efficiente del glucosio al mattino a causa di una migliore sensibilità all’insulina, seguita da un utilizzo più povero del glucosio e dall’insensibilità all’insulina la sera , mangiare più tardi nel giorno provoca un’esposizione acuta a livelli di glucosio nel sangue postprandiale più elevati, con Inoltre, la durata ridotta del sonno è associata a uno spostamento dei ritmi della melatonina, con conseguente alti livelli di melatonina al mattino al risveglio e mangiare il pasto del mattino durante la notte biologica , che riflette il disallineamento degli orologi centrali e periferici. La disregolazione a lungo termine dei livelli di glucosio può portare ad alterazioni dell’apporto calorico e della conservazione , che sono state attribuite anche alla durata del sonno ridotta, suggerendo che i tempi errati del mangiare e dei modelli di sonno/veglia con ritmi endogeni possono aumentare il rischio di diabete di tipo 2 e possibilmente obesità .

Riassunto del modello concettuale proposto

Considerando tutti questi risultati, presentiamo il modello concettuale illustrato in Fig. 1. Proponiamo che tutti i bambini mostrino ritmicità stagionale nei loro modelli di crescita di altezza e peso che sono sincronizzati dall’esposizione al ciclo stagionale luce-buio della terra. Una maggiore durata della secrezione di melatonina durante le notti invernali può essere associata a un aumento di peso più lento durante l’inverno, mentre l’aumento di peso accelerato dei bambini durante l’estate può essere dovuto a una durata più breve della secrezione di melatonina (cioè, a causa di notti estive più brevi). Proponiamo che maggiori cambiamenti nelle esigenze sociali dei bambini durante le vacanze estive possano portare a tempi di letto successivi e più variabili, maggiore esposizione all’illuminazione artificiale durante la notte, orari dei pasti successivi e più variabili e ridotta attività fisica. La variabilità di questi ritmi quotidiani che si intersecano può contribuire ad attenuare la ritmicità circadiana che può ridurre ulteriormente la quantità di melatonina a cui i bambini sono esposti durante l’estate (es. interruzione del ritmo circannuale), contribuendo così ad un aumento di peso accelerato in modo da promuovere lo sviluppo di sovrappeso o obesità durante le vacanze estive.

Aree per la ricerca futura

Mentre vi sono prove che la crescita dei bambini presenta un modello stagionale (trascinato dall’esposizione al ciclo luce-buio) , l’importanza dell’orologio circennale per la crescita dei bambini e, più in generale, per la salute umana, è relativamente sconosciuta. La ricerca è necessaria per determinare i segnali ambientali che sincronizzano i ritmi circannuali negli adulti e nei bambini (cioè, allungamento o accorciamento della lunghezza del giorno, cambiando i tempi dell’alba o del tramonto, i cambiamenti nell’intensità della luce e nella temperatura) e come i ritmi circannuali variano tra climi e posizioni geografiche. Studiare i ritmi annuali negli esseri umani è difficile a causa dell’incapacità di esporre gli esseri umani a programmi di luce controllati sperimentalmente per un anno intero. Tuttavia, potrebbe essere possibile manipolare i segnali ambientali al fine di determinare i sincronizzatori salienti dei ritmi annuali nelle diverse fasi dello sviluppo. Ad esempio, uno studio ha stabilito che la terapia della luce durante l’inverno ha provocato aumenti di altezza tra i maschi adolescenti durante lo stesso periodo, una stagione durante la quale l’aumento di altezza in genere non si verifica . Studi simili potrebbero essere condotti per esaminare l’aumento di peso. Prevederemmo che la terapia light box si tradurrebbe in uno spostamento del ritmo circannuale di crescita segnato da tempi precedenti di aumento della velocità di altezza seguiti da un inizio precedente di aumento della velocità di pesatura. Inoltre, gran parte di ciò che è noto sulla stagionalità umana e trascinamento all’illuminazione moderna naturale e artificiale è venuto da studi con adulti . I bambini sembrano essere più sensibili all’esposizione alla luce a causa di lenti oculari più trasparenti e pupille più grandi . Di conseguenza, sono necessari studi per capire come i sistemi circadiani dei bambini, e in particolare i ritmi della melatonina rispondono in condizioni di illuminazione naturale (ad esempio, campeggio) e condizioni di illuminazione moderne attraverso le stagioni, le posizioni geografiche e negli ambienti scolastici e di vacanza estiva. Poiché i bambini sono più sensibili agli effetti della luce , possono essere in grado di mantenere un ritmo circannuale anche quando gli adulti non lo fanno. Anche la natura dell’ambiente scolastico e scolastico può essere abbastanza diversa dal tipico impiegato adulto che può influenzare i loro ritmi circannuali in modi sconosciuti. Mentre non è chiaro come l’ambiente di illuminazione moderna influisce sulla crescita dei bambini, studi recenti suggeriscono che l’ambiente attuale è favorevole ad un aumento di peso estivo accelerato, a sua volta contribuendo ad alti tassi di obesità infantile.

Per esaminare il grado in cui gli aumenti accelerati del BMI durante l’estate sono correlati alle influenze circadiane e / o circannuali, gli studi sperimentali basati sul laboratorio sarebbero l’ideale. Tuttavia, ci sono molte considerazioni pratiche ed etiche che possono limitare la loro fattibilità tra i bambini. Pertanto, i modelli animali possono essere utilizzati per testare aspetti della nostra ipotesi come l’influenza del disallineamento circadiano sull’aumento di peso stagionale. Studi osservazionali che misurano il sonno dei bambini, l’attività fisica, i modelli alimentari, l’esposizione alla luce e la crescita su base mensile e in luoghi geografici e culture potrebbero esplorare le associazioni tra questi fattori. Gli studi osservazionali sarebbero strumentali nell’esaminare se i ritmi circannuali nella crescita dei bambini differiscono per sesso, etnia, età e stato puberale. Tale ricerca può portare a importanti scoperte riguardanti l’eziologia della crescita sana e dell’obesità nei bambini, nonché strumenti di intervento più efficaci.

In effetti, l’aumento di peso estivo non è stato osservato in tutti i bambini e i fattori critici individuali rimangono scarsamente compresi. È possibile che gli effetti della durata della melatonina sulla crescita siano mediati esclusivamente dagli orologi circadiani; tuttavia, questo non è ancora stato esaminato. Infine, la nostra teoria dell’aumento di peso estivo non intende sostituire il ruolo centrale della dieta e dell’attività fisica, ma propone elementi aggiuntivi per comprendere i cambiamenti di peso che non sono imputabili esclusivamente agli aumenti o alle diminuzioni volontarie della dieta e dell’attività fisica.

Implicazioni per la prevenzione e il trattamento dell’obesità infantile

Disallineamento circadiano e circannuale causato da cambiamenti nei tempi di esposizione alla luce, orari sonno/veglia e modelli alimentari sembrano essere fattori critici per un malsano aumento di peso . Gli interventi di prevenzione dell’obesità comportamentale mirati all’ambiente estivo fuori scuola possono quindi beneficiare della promozione di una salute circadiana ottimale durante l’estate incoraggiando tempi di sonno coerenti su entrambi i programmi (ad es. scuola) e giorni liberi, durata ottimale del sonno, limitando l’esposizione alla luce artificiale la sera, incoraggiando l’esposizione alla luce durante il giorno, in particolare al mattino , incoraggiando l’attività fisica (per aumentare l’affaticamento serale) , promuovendo un digiuno notturno limitando l’assunzione di cibo la sera e mantenendo schemi alimentari coerenti . È possibile che i cambiamenti comportamentali legati all’esposizione all’illuminazione possano essere più accettabili o facilmente implementati rispetto alle raccomandazioni per ridurre l’apporto calorico e aumentare l’attività fisica, aumentando così i tassi di aderenza all’intervento.