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浦上財団研究報告書

Vol.27（2020）＜平成 29 年度助成＞

1 日のパフォーマンスを最適化する食品／食事法に関する研究

大池秀明（国立研究開発法人 農業・食品産業技術総合研究機構 食品研究部門）

１．緒言

10％、飲水は常時自由とした。明暗サイクルは 12時間で実験に合わせて時刻を変動させた。給餌は、

ヒトは 24 時間いつでも同じパフォーマンスを発自動給餌装置（株式会社イシハラ）を利用し、実験揮できるわけではない。運動や認知機能を時刻ごとに合わせて設定時刻にのみ、餌箱がケージ内に降下に測定すると、過半数の人は普段の起床時刻の 6 時するようにした。餌は MF 固形飼料（オリエンタル間後付近で最も成績が良くなることが報告されてい酵母工業株式会社）を使用した。体温計測は、温度ロる 。これは、交感神経が最も活発になる時間帯で、ガー（サーモクロン SL タイプ、KN ラボラトリーズ）

体温、心拍、血圧など、多くの身体パラメーターがを腹腔内に埋め込み、0.1℃の解像度、15 分間隔で最高値を示す。また、パフォーマンスややる気には記録し、試験終了後に回収してデータを取得した。

食事（特に朝食）の摂取も重要な要素となる 2)。 近

ケージ毎に赤外線センサーを取り付け、CIF3 ソフト

年、１日１食（夕食）という食事法がマスコミでもウェア（いずれもメルクエスト社）により、活動量てはやされている。絶食時間の増加による代謝改善を 15 分間隔で記録した。運動能力試験は、Mouseが期待される反面、体内時計の観点からは日中のパ

Rota-Rod（#47650、Ugo Basile）を使用し、30 rpmフォーマンス低下や時差への脆弱性が予想される。

で回転する軸に乗せてから落下するまでの時間を測

また、１日２食（朝夕）という食事法も、進化の歴定した（400 秒で打ち切り。5 回までの試行でベス史を考えると重要である。野生動物では、夜行性・トスコアを採用）。実測値は大きくばらつくことか昼行性を問わず、明け方と夕暮れに活動が増加する

ら、各個体のスコアを偏差値に変換しグラフ化した。

二峰性のリズムを示すものが多い。ここでは、動物学習能力試験として新奇物体認識試験、うつ度の指モデルを利用して、食餌時刻や明暗サイクルを変化標として尾懸垂試験、不安度の指標としてオープンさせ、体温や活動を主な指標として、持続時間、総量、フィールド試験を実施した。なお、すべての動物試最大値等がどのように変化するのかを解析した。将験は、「農林水産省の所管する研究機関等における来的には、ヒトの生活様式に合わせて、時間栄養学動物実験等の実施に関する基本指針」に基づき、農的に最適な食事パターンを構築する基礎となること研機構の動物実験実施規定に従って、動物実験委員を目指した。

会の承認を受けて実施した。

２．方法【アクトグラム / 体温グラムの作成】

1)

15 分間隔で取得した体温もしくは活動量データ【動物試験】

を、24 時間の時刻をそろえて Excel に貼りつけ（１日本チャールス・リバーより、C57BL/6J 系統の列に１日分）、カラースケール機能によりセルを値

5 週齢の雄性マウスを購入して使用した。1 ケージに応じて色付けした。従来型のアクトグラムについ3 匹 の 群 飼 い と し、 室 温 24 ± 1 ℃、 湿 度 65 ±ては CIF3 ソフトウェアにて作成した。

1 日のパフォーマンスを最適化する食品／食事法に関する研究

３．結果と考察39【 朝 晩 に 分 散 し た 食 餌 パ タ ー ン と、 昼 に 集 中した食餌パターン（実験②）】【体温 / 活動量の解析方法について（実験①）】

続いて、24 時間いつでも餌がある条件（A）と活本研究では、3 種類の実験（①～③）について、動期（暗期）の 12 時間のみに餌があるパターン（B）

15 分間隔で約 40 日間の体温と活動量データを取得を比較し（図 2 の①付近）、その後、朝・夕に分散した（合計約 37 万値）。そこでまず、これらの膨大する食餌パターン（A）と、昼に集中した食餌パターなデータを簡便に理解するため、Excel のカラースン（B）を比較した（図 2 の②付近）。まず、24 時

ケールを利用してヒートマップ化し、24 時間パター間（A）と 12 時間（B）の食餌パターンの比較であンの経時変化（日数変化）を可視化した。図１に、るが、食餌を活動期の 12 時間に集中させることに左から、実験条件（光・食餌パターン）、従来型のより総活動量が増加した（① A ＜① B）。体温につアクトグラム、Excel で作成したヒートマップ化しいては、B 群で明期と暗期のメリハリ（24 時間リズたアクトグラム、同様に体温を可視化した “ 体温グムの振幅）が大きくなっていた（総和、平均は同等）。

ラム ” を示す。横軸が 24 時間の経過を表し、縦軸続いて、パターン B は暗期の中央半分（6 時間）にが日数（40 日分）の経過を表す。最初の 1 週間程

食餌時刻を集中させたところ、活動や体温のピーク度は、明暗サイクルを前進させており、それに応じがさらに食餌時間帯に集中した。ただし、総活動量て活動と体温パターンも前進していることがわかは低下し（① B ＞② B）、食餌時刻以前の暗期においる。22 日 目 に 食 餌 パ タ ー ン を 変 更（24 時 間 自 由て体温もほとんど上昇していないことが明らかと⇒ 12 時間時間制限）しているが、従来型のアクトなった。これに伴い、ロータロッド試験においても、グラムと比較して、ヒートマップ型の図は、活動パ活動初期の成績が顕著に低下した（パターン B 一番ターンの変化が認識しやすくなっている。同様に、左のデータ）。このパターンは、ヒトにおける朝食週 1 回のケージ交換による活動や体温の上昇も認識欠食に相当しており、午前中および全体のパフォーしやすくなっており、色スケールの有用性がわかる。

マンス低下が示唆される。一方、食餌を朝・夕に分散させた A 群では、体温・活動パターンが分散する

図 1 実験①の条件、従来型アクトグラムと Excel を利用した簡便なデータ可視化例
左から、実験条件（光・食餌パターン）、専門ソフトで作成した従来型アクトグラム、同じデータを使ってExcel で作成したヒートマップ型アクトグラム、体温データから作成した体温グラム。3 番目の図の右側の矢印は 1 週間毎のケージ交換日を示す。図の時間解像度は 15 分。

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Vol.27（2020）

図 2 実験②の食餌条件、アクト／体温グラム、活動量、運動試験の結果
アクトグラムと体温グラムは、各パターンの全個体（N=12）の平均値。食餌パターンの左側の緑色の矢印（①、②）は行動試験（1 日目にロータロッド、2 日目に尾懸垂試験）の実施日を示し、パターン A と B の各図の間にある明暗を示す横棒に緑色の四角で示した 4 点が、試験の実施時刻を示す（各群 3 匹）。右下のグラフが、ロータロッド試験の結果。アクトグラム中の点線で囲った 2 ヵ所（各 4 日間）の活動量を左下にグラフ化した。

とともに、条件変更前と比較して総活動量が増加し半数のマウスには、フォルスコリンを 0.01％添加した（① A ＜② A）。また、ロータロッド試験の結果た餌を与えた。フォルスコリンは、アデニル酸シクについても、A 群は①回目と②回目の試験ともに、ラーゼの活性化剤で、細胞内 cAMP 濃度を上昇させ活動期全体を通して安定した成績を示した。なお、ることで時計遺伝子 Per1 を誘導し、様々な培養細尾懸垂試験については、時刻および食餌パターンを胞において体内時計の位相をシフトさせることが知特徴づける差は検出できなかった。

られているが、今回の試験ではフォルスコリン摂取による活動や体温への影響は検出できなかった。試【明暗の反転に対する食餌パターンの効果（実験後半の明暗サイクルの反転において、B 群では数験③）】

日間かけてピークが後ろにずれていく様子がわかる

3 番目の実験として、明暗サイクルを途中で反転（図 3 点線内）。一方で、事前に食餌を反転させた Aさせた際の食餌パターンの影響を解析した。同時に、群では、明暗サイクルの反転後、すぐに新しいサイ1 日のパフォーマンスを最適化する食品／食事法に関する研究41図 3 実験③の実験条件、アクトグラム、体温グラム、差分グラム
アクトグラムと体温グラムは、各パターンの個体すべて（N=12）の平均値を視覚化したもの。最下段は、A群から B 群の結果を差し引いたものをヒートマップ化したもの。

クルに活動・体温リズムが同調していることがわか謝辞る。このことから、12 時間の時差に対して、事前本研究の遂行にあたり、研究助成を賜りました公に食餌パターンを反転させておくことが有効である

益財団法人 浦上食品・食文化振興財団ならびに関係ことがわかる。一方で、試験前半の 6 時間の明暗サ者の皆様に心より御礼申し上げます。

イクルの前進においては、両群ともにゆるやかに数日間かけてピークが移動しており、食餌を同時に暗参考文献

期に合わせた B 群においてもさほどの効果が現れて

1) Facer-Childs ER, Boiling S, & Balanos GM: The effectsof time of day and chronotype on cognitive andphysical performance in healthy volunteers. Sports
medicine - open 4(1):47 (2018)
2) Oike H, Oishi K, & Kobori M: Nutrients, Clock Genes,
and Chrononutrition. Curr Nutr Rep 3:204-212(2014)

いない。このことから、時差対応としては、食餌時刻を事前に入れ替えた方が効果が高い可能性と、6時間の前進よりも 12 時間の後退の方が負担が少ない可能性が示唆された。
以上の結果から、パフォーマンスを効率化したい時間帯に合わせて食事スケジュールを組むことは充分に有効である可能性が示された。今後、全身における時計遺伝子の発現変化を含めたさらなるエビデンスを構築し、体内時計を効果的に動かす食品成分も利用しながら、個人の生活パターンやクロノタイプに合わせた時間栄養学的食事法の開発につなげていきたいと考えている。

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Vol.27（2020）

Chrono-nutritional research for optimizationof daily performance
Hideaki OIKE
Food Research Institute, National Agriculture and Food Research Organization
Abstract
Our performance fluctuates daily, due to the influence of the biological clock.
For instance, physical and cognitive performance have been reported to reach amaximum at around 6 hours after waking, in many persons. Body temperature
also undergoes daily oscillations, and is known to correlate with performance.
The timing of meals also affects both body temperature and performance. The
current study was undertaken with the aim of revealing relationships between
the feeding patterns and performance rhythms observed in a mouse model. In
part icular, we developed a metho d to quickly visualize act ivity and bo dy
temperature rhythms as heat-grams, using Excel. This method is simple andconvenient, and is also easily applicable to additional calculations. Using thismethod, we confirmed that skipping breakfast decreased both body temperatureand physical performance during the beginning of the active phase in mice. In
addition, skipping lunch induced a bimodal activity pattern typical of
crepuscular animals, leading to an increase in total activity. On the other hand,concentration of meal timing to the center of the active period induced higher
peaks for body temperature and physical performance, whereas total activity
decreased. We also confirmed that it is easy to respond to a time shift, whenthe meal pattern is shifted, beforehand. In the future, this research is expected
to be useful in the development of dietary methods to maximize daily
performance in humans.