En estudios poblacionales, la relación dosis-respuesta entre la corta duración del sueño y el índice de masa corporal (IMC) ha sido estudiada en todos los grupos de edad. En la muestra más grande analizada, un elevado IMC se dio para períodos de sueño por debajo de las 7-8 horas. Una relación curvilínea en forma de "U" entre duración e IMC fue observada en mujeres, pero en hombres hubo una tendencia monotónica hacia un IMC más elevado con duraciones más cortas de sueño. Un reciente estudio prospectivo identificó una asociación longitudinal entre el acortamiento del sueño y el aumento de peso en el futuro. De cómo el poco sueño pudiese interactuar recíprocamente con el peso corporal aún se desconoce, pero las hormonas que regulan el apetito y el gasto energético podrían estar implicadas. Un número determinado de hormonas pueden mediar las interacciones entre la falta de sueño, el metabolismo y el alto IMC. Se presume que dos hormonas con funciones opuestas en la regulación del apetito, la leptina y la grelina, desempeñan un papel significativo en la problemática anterior, la primera es una hormona generada por las células grasas que suprime el apetito, y la segunda, es predominante un péptido derivado en el estómago que estimula el hambre. Otros mediadores del metabolismo que pueden contribuir incluyen la adiponectina y la insulina. La adiponectina es una hormona secretada por los adipocitos y se asocia a sensibilidad de la insulina.

Investigadores de las universidades de Stanford y de Wisconsin (Estados Unidos) evaluaron las asociaciones entre la duración del sueño, las hormonas metabólicas y el IMC. El estudio contó con la participación de 1.024 voluntarios sometidos a polisomnografía y que reportaron sobre sus hábitos a través de cuestionarios e informes diarios. Muestras de sangre sirvieron par evaluar a la leptina, grelina, adiponectina, insulina, glucosa y el perfil lípidico.

Las relaciones entre estas medidas, el IMC y duración del sueño también fueron examinadas usando múltiples variables de regresión para los factores de confusión. Finalmente, los resultados mostraron una asociación curvilínea en forma de "U" entre la duración del sueño y el IMC. En personas que dormían menos de 8 horas (74.4% de la muestra), un mayor IMC se relacionó de forma proporcional a menores horas de sueño. Esto último estuvo asociado al descenso de leptina (15.5%, P = 0.01) para un sueño habitual de 5 horas versus 8, y al aumento de grelina (14.9%, P = 0.008) para un sueño de 5 horas contra 8, independientemente del IMC.

En conclusión, las personas con menos horas de sueño tenían reducida su leptina y aumentada la grelina. Estas diferencias probablemente incrementen el apetito, explicando posiblemente el mayor IMC con la menor duración de sueño. En sociedades occidentales, donde es común la restricción crónica del sueño y los alimentos están disponibles extensamente, cambios en las hormonas reguladoras del apetito y el acortamiento del sueño pueden contribuir a la obesidad.