潜在的な概日リズムと周期リズムが小学生の肥満流行に寄与
子供の体重増加の季節的傾向を調べた研究では、米国と日本では、学年が体重状態の改善(すなわち、bmiの低下)を促進するのに対し、子供は学校からの夏休み中にBMIを増加させることが分かった。 小学校の5年間にわたって収集されたデータは、夏休みの間に加速された体重増加を示すすべての子供が太りすぎまたは肥満を発症するわけではな 9割が幼稚園後の夏休み中にこの移行の証拠を示し、別の9割が2年生後の夏休み中に開始し、小学校初期の予防努力のための明確な窓を作りました。 季節的な体重増加は、環境の周期的な変化（すなわち、年間の日照と温度の長さとタイミングの変化）によって駆動され、冬や繁殖の準備を介して進化的優位性を与える動物界では一般的である。 季節的な体重増加が先進化前の人間に利点をもたらしたかどうかにかかわらず、それは現在、過体重および肥満の増加率に寄与することによって進化的不利な点を与えている。
体重増加の季節変動を説明するための伝統的なアプローチは、学校および学校外の時間（すなわち、学校の日および週末または学校の休日）における食 構造化された日仮説は、子供たちが構造化された（すなわち、学校の日）対非構造化された日（すなわち、学校の日）のエネルギーバランスに関連する行動に関、子供が学校にいない自由な日、週末または学校の休日のような）。 この仮説は、学年によって提供される構造は、身体活動のための強制的な機会、健康的なバランスの取れた食事への規制されたアクセス、学校の外での座りがちな活動のための限られた時間、および一貫した、より早い就寝時間と起床時間を通じて健康的な体重をサポートすることを提案している。 夏休みの間に同様の構造がない場合、子供たちはより集中的な身体活動、よりカロリー的かつ栄養的に密度の低い食品、および後の就寝時間と覚醒時に座りがちなものを選ぶことを含むかもしれないエネルギーバランス行動に関連する決定に対するより大きな自律性を持っています。 この理論に暗黙のうちに、子供たちは本質的に快楽主義的であり、機会が与えられたとき、彼らはあまり健康的でない選択肢を選ぶということです。 その結果、典型的な肥満予防介入は、子供たちが環境/社会的制約の中でより良い選択をするのを助けることに焦点を当てています。 肥満の簡単なエネルギーバランスモデルに基づいて意欲的な制御のほとんど排他的な焦点は、体重増加の潜在的な生物的およびcircannual原因の理解を進めな この論文では、子供の季節的体重増加の時生物学的原因の役割を探求し、これらの影響を軽減するための潜在的な行動戦略を識別します。 そうすることで、私たちは人間の生物学的システムのより広い視点を取り、行動、社会的要求の相互依存性を調べます（すなわち、人間の生物学的システ、学校または仕事のスケジュール、社会的な活動、コミュニティ介入、家族の義務およびルーチン、育てる練習、等のような要求に起因する社会的なタイミング。これらの毎日および年次パターンのミスアラインメントが子供の肥満に貢献するかもしれない潜在的なメカニズムを考慮するために）、概日およびcircannual 生物科学の進歩は、並行して補完的な進歩を遂げることができるように、行動科学に知らせる必要があります。
Chronobiologyは、周期的または周期的に起こる生物学的リズムの研究を指し、概日系（睡眠/覚醒、食べる/速いなど）の行動的出力を伴う生理学的プロセス（代謝など）に時間的な組織化を提供する。 概日リズム（すなわち、内部リズムの毎日のサイクル）は、平均して約24.2時間のサイクルで発生し、主に地球の24時間の明暗サイクルに曝されることによ 私たちの概日サイクルは24時間よりもわずかに長いので、24時間を維持するためには、明暗サイクルからの一貫した入力が必要です。 体内時計は、体全体の細胞、組織、および器官内に位置し、階層的に編成されています。 階層の最上部には、視交叉上核（SCN）として知られている中央時計があります。 SCNは、主に明暗サイクルからの入力によって引きずられます。 オーケストラの指揮者と同様に、SCNは、一日の時間を決定し、肝臓、膵臓、筋肉、脂肪組織（すなわち、脂肪）などの中枢神経系と体全体に位置する身体の楽器や周辺時計に計時信号を送ることによって、身体の生理的機能に時間的秩序を課すために明暗サイクルからの入力を使用しています。 体内の末梢時計は、生理学的プロセス（例えば、代謝、体温、ホルモン分泌、および免疫応答）を制御する。 睡眠、身体活動、および摂食パターンは、概日時計の行動的出力である。 食物摂取のタイミングは、体内の周辺時計を引き込むか、同期させ、その結果、食習慣の変化（例えば、深夜の食事）は、中央と周辺時計のずれにつながる可能性 最適な機能は、明暗サイクル、中央概日時計（すなわち、SCN）、周辺時計、および行動出力（例えば、睡眠、食事、活動）との間の適切なアライメントに依存しています。 社会的時差ぼけは、社会的要求（例えば、仕事や学校）は、それが難しい眠りに落ちると学校や仕事のために社会的に規定された時間に目を覚ます、彼らの内 これは、満たされていない睡眠の必要性と、学校や仕事の日に蓄積された睡眠負債（すなわち、社会的時差ぼけ）をもたらします。 義務の少ない日（例えば、週末の日）では、個人は後で目を覚ますことによって補償し、食事、睡眠、および活動パターンのタイミングにより多くの変動を導入 体の中央と周辺の時計の間の結果として生じるずれは、肥満、2型糖尿病、心血管疾患、および癌などの負の健康転帰につながります。
概日ずれが体重増加と肥満の発症に関与しているという証拠が増えています。 動物での実験では、誤った摂食（例えば、生物学的な夜の間に食べる）、高脂肪食、時差ぼけ、およびシフト作業が概日アライメントを混乱させ、体重増加につ ヒトの間では、概日ずれと肥満との関連に関する証拠は、主に観察研究から来ている。 例えば、シフト作業は、肥満、2型糖尿病、メタボリックシンドローム、および成人、特に長期シフト労働者の心血管疾患のリスクの増加と関連している。 社会的時差ぼけはまた青年および子供と同様、大人の肥満と関連付けられました。 夜食べるシンドローム、夜の食事の後で毎日のカロリーの25%または多くを食べることを含む摂食障害は大人のブドウ糖、インシュリン、グレリンおよびレプチンのような新陳代謝のホルモンのタイミングそして広さの肥満そして変更の高められた危険と関連付けられました。 最後に、遅い食事のタイミングと体重増加または肥満間の連合は大人および子供間の観察調査で観察されました。 さらに、遅い食事のタイミングは肥満の処置の介在の減量の結果に影響を与えるために示されていました。
夏の体重増加加速の概日リズムモデルの理論的基礎
Roennebergは、肥満やその他の健康状態の発症における概日ずれの役割に関する包括的なモデルを開発し、概日時計、行動、健康の相互依存性を示した。 個人内のこれらの個人内の要因は、環境からの2つの要素によって影響されます：1）概日リズム（例えば、明暗サイクルへの暴露）と2）社会的要求（例えば、、学校または仕事の時間、社会活動、コミュニティ介入、家族の義務およびルーチン、育てる練習、等。). Roennebergのモデルへの私達のモデルの主要な貢献は環境の手掛りの季節的な変更によって合わせられるcircannual時計（例えば、明暗の周期）がまた健康の転帰（例えば、肥満の開発で重要な役割を担うこと提案である;図。 1). 我々は、子供たちが周期時計によって制御される体重増加と身長成長の健康な季節パターンを示すことを提案します。 さらに、夏休みの環境は、睡眠、食事、身体活動パターンの変動性の増加につながる社会的要求の変化に基づいて概日ずれを助長し、夏の体重増加を促進す 学校の休日のスケジュールは世界中でタイミングと長さが異なりますが、多くの国では、通常、北半球では6月から8月、南半球では12月から2月の間に発生する、約6-12週間の夏休みを子供たちに提供する農業学校のカレンダーを採用しています。 私たちは、学校の休日のタイミングの同時発生（すなわち、 子供が体重増加のために発動を促される季節の間に）加速された体重増加および肥満の開発に貢献する子供のcircannual成長パターンを破壊するかもしれませ 我々の理論を支持するために、我々は、人間の季節性、子供の季節的成長、および周年時計と概日時計が子供の体重増加のタイミングと速度に影響を与える生物学的メカニズムに関する文献をレビューする。
子供の体重増加への概日およびCircannual貢献のためのモデル。 図1脚注。 私たちは、個人が社会的要求（例えば、学校や仕事のスケジュール、社会活動、家族の義務とルーチン、子育ての実践、地域社会の関与、タイムゾーンなどの要求に起因する社会的タイミング）の影響を含む環境内に入れ子にされていることを提案する。）、現代照明および気候によって制御される環境、また地球の自然環境の効果。 個人の中には、概日時計、行動、健康の相互依存があります。 このモデルの主要な貢献は最適の健康を促進するためにcircannual時計がcircadian時計と相互に作用し、子供のcircannual影響の中断が健康の結果をもたらすかもしれないこ 私たちは、個人内およびこのモデルのレベル全体の相互作用を提案します。 例えば、社会的要求は、周辺時計の直接巻き込むことによって時計の整列に影響を与える個人の行動に影響を与える（すなわち、時計の整列に影響を与 または睡眠のタイミングおよび一貫性、身体活動、および夜間の人工光への暴露を介して明暗サイクルへの暴露に影響を与えることによって。 また，学校の休日による概日リズムの乱れが，夏の体重増加を加速し，小学校の間の過体重および肥満の発症に寄与することを示唆した。 このモデルは、Roenneberg T、Merrow M.概日時計と人間の健康から適応されました。 カービィオール 2016;26(10):R432–443
周期時計
毎日の概日リズムと同様に、年間リズムは、地球の軸上の23.5°の傾き、毎日の自転、太陽の周りの年間軌道、ならびに気候パターンから生じる地球の明暗サイクルにさらされることによって部分的に制御される。 この傾きの影響は、極端な極で最もはっきりと見られます。 夏至（すなわち、6月21日）の周りに、北極の66.5°N以上に住む人々は24時間の日光を経験し、66.5°S未満の地域は24時間の暗闇を経験する（すなわち、66.5°S未満の地域は24時間の暗闇を経験する）。、彼らの冬）。 赤道に近い緯度では、年間を通して日の長さの差が少なくなります。 傾きは、一日の長さだけでなく、地球を暖める太陽の能力に影響を与えます。 太陽の温暖化効果は、より長い日の長さと一致する年の任意の時点でより直接的な太陽放射を受けている地球の地域で増加し、夜間のより長い温暖化とより短い冷却期間を可能にする。 与えられた区域が受け取る日光の量はまた雨および乾季のような気候的な天候パターンによって定められるかもしれません。
自然光条件下（すなわち、人工照明がない）では、成人は明暗サイクルの季節変化に反応する24時間の睡眠-覚醒リズムを示す。 SCN（すなわち、中央時計）は、昼光の長さのこれらの季節的変化を符号化するための可塑性を示し、日の長さの内部表現を作成する。 日の長さについての情報は松果体腺（すなわち、melatoninを解放する頭脳の区域）に信号を送られます。 生物学的な夜を示すメラトニン放出の長さは、地球の暗い期間の長さの変化に応じて季節的に変化する。 概日調節のバイオシレータモデルは、明暗サイクルへの季節的適応は、メラトニンの発症を制御する夕暮れを介して同伴（すなわち、光のような環境キューと同期）、メラトニンのオフセットを制御する夜明けを介して同伴される二つの発振器によって促進されることを示唆している。 二つの振動子の存在は，日の長さの季節的変化に応答する個人差を説明することができる。 暗い期間が夏と比較される冬に大いに長い自然な照明条件の下で、大人は夏と比較される冬のより長いmelatonin解放を表わします。 ただし、暗い期間が季節を渡ってより少なく変える現代照明条件に露出されたとき、大人は重要な健康の結果をもたらすかもしれないcircannual中断の形態を表 私たちの知る限りでは、子供の自然および現代の照明条件下での概日同調を検討した研究はありません。 その結果、子供が大人のように季節性を欠いているかどうかは不明であるが、学校環境から夏休みへの移行は、脳に季節変化を知らせる可能性のある明暗サイクルへの曝露の変化と関連している可能性があると仮定している。
子供がメラトニンに季節変化を示すかどうかは明らかではないが、成長（すなわち身長）と体重増加に季節性の証拠があり、子供の成長と体重増加の内因性リズムを示唆している。 最近の研究では、子供の成長の毎月の変化を調べたことはほとんどありません; しかし、1800年代後半から1900年代半ばまでのいくつかの研究では、子供たちは春と初夏に高さを増し、夏と秋に体重を増やす傾向があったことが示唆されています。 イングランド南部に住む盲目の子供と晴眼の子供の研究では、晴眼の子供は1月から6月の間に最大の高さの増加を示し、盲目の子供の最大の成長期は一年を通して均等に分布していたことが分かった。 これは、明暗サイクルの季節変動がSCNを介して一日の長さの視覚的なエンコードを通じて子供の成長を予測することができるという説得力のある証拠、中央時計）。 他の研究では、光への曝露がより豊富である時期は、視力のある子供の高さの増加と一致することが確認されています。 体重増加に対する明暗サイクルの効果は実験的にテストされていないが、定期的に体重を測定する観察研究（すなわち、毎年biよりも頻繁に）は、体重の最大 学校の子供と学校に通っていない子供の成長の季節的なパターンを調べるさらなる研究は、学校の状態に関係なく同様のパターンを観察しました。 全体として、これらの研究は、子供の成長パターンにおける明暗の季節変動によって引き起こされる周期時計の潜在的な役割を支持する。
夏の体重増加の加速
子供の体格指数（すなわち、BMI、体重に対する高さの比）の増加のタイミングを調べるより最近の研究では、夏と初秋の間に体重増; 但し、この加速された体重増加は小学校の間に肥満の高められた率に貢献するために示されていました。 私たち自身の5年間の縦断的研究から、学校の夏の環境からのobesogenicがこれらの知見のせいであると結論づけましたが、私たちの研究デザインは、子供の成 春/初夏の高さの増加と晩夏と初秋の体重の増加は、身長の増加が遅れたり体重増加が加速されない限り、BMIの維持を示唆している。 肥満率の増加に寄与する夏の間のBMIの増加の一貫した最近の調査結果は成長の正常なcircannualパターンへの中断の潜在的な貢献を提案する。 これらの仮説を検証するためには、周年リズム、概日ずれ、および伝統的なエネルギーバランス関連行動が子供の体重状態に及ぼす影響との間の潜在的な相互作用を明らかにするための追加の研究が必要である。
周期的な時計と季節的な体重増加との関連の基礎となる生物学
睡眠中のエネルギー消費は減少し、その結果、睡眠または生物学的な夜の短縮が体重増加につながることは直感に反しているように見えるかもしれない。 しかし、ヒトでは、生物学的な夜は、脂質の酸化（すなわち、脂肪組織に蓄積されたエネルギーの利用）、および褐色脂肪熱生成（すなわち、脂肪酸およびグルコースの熱への変換）のタイミングに役割を果たす高レベルのメラトニンによって特徴付けられる。 ヒトの生物学的日は、メラトニンが存在しないことを特徴とし、脂肪形成（すなわち、脂質の生成）および脂肪細胞における脂肪としてのエネルギーの貯蔵をもたらす炭水化物代謝に関与するプロセスに寄与する。 生物学的な昼と夜の陰と陽は、エネルギーバランスを促進します。 Melatoninはmelatonin段階の間に高い脂肪分解（すなわち、脂肪質または脂質の故障）およびmelatoninの不在の間に高いlipogenesis（すなわち、脂質の作成）のためのadipocytesの新陳代謝機能を合わせ メラトニンはまた、白色脂肪組織の活性化を同期させる。 冬に体重を増やさないシベリアハムスターでは，冬のような日が短いと夜間のメラトニン放出が長くなり，前脳のメラトニン受容体が刺激され，白色脂肪組織の活性化に関与し，脂肪分解と季節性脂肪の減少をもたらした。 ヒトとは対照的に、ハムスターは夜行性の動物であり、したがって、メラトニンの放出は、動物が活発で飼料を供給する生物学的日と関連している。 メラトニンによる白色脂肪組織の褐変（すなわち、より代謝的に活動的なベージュか茶色の脂肪組織への白い脂肪組織の転換）はそれにより減量に終ってthermogenic活動を、高める熱に脂肪酸およびブドウ糖を変 より長いメラトニンのリズムによる白い脂肪組織のより大きい活発化は子供が冬の間に重量を得ない傾向があり、夏のより長い日の間により速い体重増を示しがちである理由を冬の間により長い夜に起因して、説明するかもしれません。
概日ずれと体重増加
クロノディスラップが体重増加につながる正確なメカニズムは不明ですが、シフトワークや社会的時差ぼけによるクロノディスラップは、メラトニンの産生を減少させます。 エネルギーバランスにおけるメラトニンの役割を考えると、概日ミスアライメントは、最適なエネルギーバランスに関与するプロセスの非同期化のために重要な代謝結果を有する可能性がある。 人間の間では、睡眠/覚醒および速い/供給の行動の概日リズムの短期ミスアラインメントは増加した食後で起因しました（すなわち。 グルコースとインスリンを食べた後、レプチンの減少、およびコルチゾールのリズムを逆転させ、コルチゾールは覚醒時ではなく睡眠開始時に高くなり、短期的なミスアライメントでもエネルギーバランスに関連するリズムの破壊を引き起こす可能性があることを示唆している。
睡眠に加えて、摂食パターンや身体活動の夏のシフトは、内因性リズムと行動リズムのミスタイムによって媒介される、脂肪増加に関連する概日のずれをも引き起こす可能性がある。 内因性リズムとの行動のずれは、代謝の変化および肥満の発症と関連している。 身体活動は概日時計を前進させることが示されており、おそらく運動は、コア体温、覚醒、睡眠傾向などの昼間の概日リズムおよび恒常性リズムの振幅を増加させ、睡眠圧力のより速い蓄積（すなわち、目覚めの時間が増加するにつれて蓄積する身体の睡眠へのドライブ）をもたらし、より早い睡眠時間をもたらす。 したがって、身体活動の増加は、子供の早期就寝を促進する可能性がある。 身体活動はまた屋外の時間が外部環境の内部時計の同時性を促進する高められた身体活動と関連付けられるので屋外の光の露出を最大にする さらに、食物が肝臓、膵臓、および腸のような周辺時計を同期させるという証拠が増えています。 インスリン感受性の改善により、朝はグルコース利用が効率的になり、夕方にはグルコース利用が悪くなり、インスリン非感受性が続くため、日の後半に食べると食後の血糖値が高くなり、翌朝まで負の影響が持続する。 さらに、睡眠時間の短縮は、メラトニンのリズムのシフトと関連しており、生物学的な夜の間に朝の食事を目覚めさせて食べると、朝のメラトニンレベルが高くなり、中央時計と周辺時計のずれを反映している。 グルコースレベルの長期調節不全は、カロリー摂取量と貯蔵の変化につながる可能性があり、これは睡眠時間の短縮に起因しており、内因性リズムを伴う摂食と睡眠/覚醒パターンの誤ったタイミングが2型糖尿病およびおそらく肥満のリスクを増加させる可能性があることを示唆している。
提案された概念モデルの概要
これらの知見をすべて一緒に考慮して、図に示す概念モデルを提示する。 1. 私たちは、すべての子供たちが地球の季節的な明暗サイクルにさらされることによって同期される身長と体重の成長パターンに季節的なリズムを表 夏の間の子供の加速された体重増加はmelatoninの分泌のより短い持続期間が原因であるかもしれないが冬の夜の間のmelatoninの分泌のより長い持続期間は冬の間、短い夏の夜のために）。 私たちは、夏休みの間の子供の社会的要求のより大きな変化が、後でより多くの可変ベッドタイム、夜間の人工照明へのより大きな暴露、後でより多 これらの交差する毎日のリズムの可変性は更にメラトニンの子供の量を減らすかもしれない概日のrhythmicityの鈍化に貢献するかもしれません夏の間に 従ってcircannualリズムの中断）、夏休みの間に太りすぎまたは肥満の開発を促進する方法の加速された体重増加に貢献します。
今後の研究のための領域
子供の成長は季節的なパターン（明暗サイクルへの暴露によって引き込まれる）を示すという証拠があるが、子供の成長、よ 研究は大人および子供のcircannualリズムを合わせる環境の手掛りを定めるために必要です（すなわち。 日の長さの延長または短縮、日の出または日没のタイミングの変化、光の強さおよび温度の変化）および周期リズムが気候および地理的位置によってどのように変化するか。 人間の年間リズムを研究することは、実験的に制御された光のスケジュールに人間を一年中暴露することができないために困難である。 しかし、異なる発達段階で毎年のリズムの顕著なシンクロナイザを決定するために、環境の手がかりを操作することが可能であり得る。 例えば、ある研究では、冬の間の光療法は、同じ期間中に思春期の男性の高さの増加をもたらしたことが確立されました。 同様の研究は、体重増加を調べるために実施することができます。 我々は、ライトボックス療法は、増加した体重速度の以前の発症に続いて増加した高さの速度の以前のタイミングによってマークされた成長のcircannualリズムのシフトをもたらすことが予想されます。 さらに、人間の季節性と自然と人工の現代的な照明への同調について知られていることの多くは、成人との研究から来ています。 子供たちは、より透明な眼レンズとより大きな瞳孔のために、光の露出に対してより敏感であるように見える。 その結果、子供の概日システム、特にメラトニンのリズムが自然な照明条件（すなわち、キャンプ）および季節、地理的位置および学校および夏の休日の環境 子供は光の影響に敏感であるため、大人がそうでない場合でも、周期的なリズムを維持することができるかもしれません。 また、学校や学校の休日の環境の性質は、それが未知の方法で彼らのcircannualリズムに影響を与える可能性があることを、典型的な大人のオフィスワーカーとは十分 現代の照明環境が子供の成長にどのように影響するかは明らかではありませんが、最近の研究では、現在の環境が夏の体重増加を加速させ、子供の肥満率が高いことに寄与していることが示唆されています。
夏の間のBMIの加速された増加が概日および周期的な影響と関連している程度を調べるためには、実験室ベースの研究が理想的であろう。 しかし、子供たちの間でその実現可能性を制限する可能性があり、多くの実用的かつ倫理的な考慮事項があります。 したがって、動物モデルは、季節的な体重増加に対する概日ずれの影響など、我々の仮説の側面をテストするために使用することができる。 子供の睡眠、身体活動、摂食パターン、光曝露、成長を毎月、地理的な場所や文化間で測定する観察研究は、これらの要因の間の関連を探ることができます。 観察研究は、子供の成長における周期的リズムが性別、民族性、年齢、および思春期の状態によって異なるかどうかを調べるのに役立つであろう。 このような研究は、子供の健康な成長および肥満の病因、ならびにより効果的な介入ツールに関する重要な発見につながる可能性がある。
確かに、夏の体重増加はすべての子供で観察されておらず、重要な個々の要因はまだ十分に理解されていません。 成長に対するmelatoninの持続期間の効果が概日時計によってもっぱら仲介されることは可能です;但し、これはまだ検査されていません。 最後に、夏の体重増加の理論は、食事と身体活動の中心的な役割を置き換えることを意図していませんが、食事と身体活動の意欲的な増加または減少に
小児肥満の予防と治療への影響
光曝露のタイミング、睡眠/覚醒スケジュール、および摂食パターンの変化によって引き起こされる概日および周年のずれは、不健康な体重増加の重要な要因であると思われる。 従って学校の夏休みの環境の外で目標とする行動の肥満の防止の介在は予定された両方の一貫した睡眠のタイミングを励ますことによって夏の間に最適の概日の健康を促進することから寄与するかもしれません(例えば。 学校）および自由な日、睡眠の最適の持続期間、夕方の人工的なライトへの露出を限ること、特に朝の日中の光の露出を励ますこと、身体活動を励ますこと（夜の疲労を高めるために）、夕方の食糧取入口を限ることによって夜通しの速いの促進し、一貫した食事パターンを維持する。 照明曝露に関連する行動変化は、カロリー摂取量を減らし身体活動を増加させ、それによって介入遵守率を増加させるための推奨よりも許容されるか、
