Summary
Her præsenterer vi en metode til at undersøge døgnrytmer i ydeevne efter nøjagtig kategorisering af deltagere i døgnrytmen fænotype grupper baseret på München ChronoType Spørgeskema, guld standard døgnrytmen biomarkører og aktigrafiske foranstaltninger.
Abstract
I vores samfund, der hele tiden udvikler 'døgnet rundt', er der behov for at øge vores forståelse af, hvordan ændringer i biologi, fysiologi og psykologi påvirker vores sundhed og ydeevne. Indlejret i denne udfordring, er det stigende behov for at tage højde for individuelle forskelle i søvn og døgnrytme, samt at udforske virkningen af tidspunktet på dagen på ydeevne i den virkelige verden. Der er en række måder at måle søvn og døgnrytme fra subjektive spørgeskema-baserede metoder til objektiv søvn / vågne overvågning, aktigrafi og analyse af biologiske prøver. Dette dokument foreslår en protokol, der kombinerer flere teknikker til at kategorisere enkeltpersoner i tidlige, mellemliggende eller sene døgnrytmen fænotype grupper (ECP'er / ICP'er / LCP'er) og anbefaler, hvordan man udfører døgnrytmen ydeevne test i marken. Repræsentative resultater viser store forskelle i hvile-aktivitet mønstre stammer fra aktigrafi, døgnrytmen fase (svagt lys melatonin debut og spidsbelastningstid af kortisol opvågnen svar) mellem døgnrytmen fænotyper. Desuden understreger betydelige forskelle i døgnpræstationsrytmer mellem ECP'er og LFP'er behovet for at tage højde for døgnrytmen fænotype. Sammenfattende giver denne protokol på trods af vanskelighederne med at kontrollere faktorer, der har indflydelse, mulighed for en vurdering i den virkelige verden af den cirkadiske fænotypes indvirkning på ydeevnen. Dette papir præsenterer en enkel metode til at vurdere døgnrytmen fænotype i marken og understøtter behovet for at overveje tidspunktet på dagen, når designe præstationsundersøgelser.
Introduction
På adfærdsniveau kan vurdering af individuelle hvile-/aktivitetsmønstre gøres ved hjælp af subjektive spørgeskemabaserede metoder eller objektiv overvågning gennem håndledsaktigrafi. Aktigrafiske data er blevet valideret mod polysomnografi (PSG) for forskellige søvnparametre, herunder: total søvntid, søvneffektivitet og vågne efter søvndebut1. Selvom PSG er kendt som guldstandarden til måling af søvn, er det udfordrende at bruge i længere perioder uden for søvnlaboratoriet2. Derfor er aktigraferne beregnet til at give et enkelt og mere omkostningseffektivt alternativ til PSG og tillade overvågning af 24 timers hvile-/aktivitetsmønster. Subjektive selvrapportmålinger kan definere ens 'chronotype' ved hjælp af München ChronoType Questionnaire (MCTQ)3, eller døgnpræference ved hjælp af Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ)4. Grupperne i hver ende af dette spektrum kan betegnes som tidlige døgnrytmen fænotyper (ECP'er) og sendøgnrytmen fænotyper (LcPs) med dem i mellem som Mellemliggende døgnrytmen fænotyper (ICP'er).
Selv om ECP'er og LCP'er er klart skelnes gennem deres adfærd (dvs. søvn / vågne mønstre), disse individuelle forskelle er også delvis drevet af variationer i fysiologi5 og genetisk disposition6,7. Fysiologiske biomarkører bruges ofte til at bestemme den cirkadiske fase / timing af en person. To af de vigtigste hormoner, der tyder på døgnrytmen timing er melatonin, som stiger om aftenen for at nå et højdepunkt midt om natten, og kortisol, som toppe om morgenen8. Ved hjælp af disse døgnrytmemarkører er individuelle forskelle i søvn-vågne mønstre i stand til at blive identificeret. For eksempel, svagt lys melatonin debut (DLMO)9,10 og tidspunktet for kortisol opvågnen svar11,12 peak tidligere i ECP'er, som afspejles af døgnrytmen af kernekropstemperaturen13. Spyt giver nem, sikker og noninvasive indsamling, hvorfra disse hormoner kan analyseres ved radioimmunoassay (RIA) eller enzym-linked immunosorbent assay (ELISA) uden at det er nødvendigt at udtrække noget cellulært materiale. RIA og ELISA er følsomme og specifikke analyser, der påviser koncentrationerne af antigener i biologiske prøver (f.eks. blod, plasma eller spyt) gennem antigen-antistofreaktioner, der involverer radioaktivt mærkede isotoper (f.eks. jod (125I) eller enzymbaserede antistoffer14).
Strengt kontrollerede laboratorieprotokoller såsom konstant rutine (CR) og tvungen desynkroni (FD) er guldstandarden inden for chronobiologi for at studere endogene døgnrytmer15. Der er imidlertid et stigende behov for at studere personer i deres hjemlige omgivelser uden for kunstige laboratorieindstillinger for at indsamle kontekstuelle data og øge resultaternes eksterne gyldighed. Derfor kræver vi bedre måder at kategorisere, måle og vurdere individuelle forskelle på området. Desuden er døgnvariationer i forskellige målinger af fysisk (aerob kapacitet, muskelstyrke) og kognitiv (reaktionstid, vedvarende opmærksomhed, udøvende funktion) ydeevne blevet afdækket med ECP'er klarer sig bedre tidligere på dagen og LFP'er e aftenen16,17. Dette understreger, at tidspunktet på dagen og døgnrytmen fænotype bør være faktorer, der tages i betragtning, når der udføres præstationstest i forskningsundersøgelser.
Antallet af forskellige foranstaltninger og protokoller, der anvendes i laboratorieundersøgelser, gør det muligt at gennemføre stærkt kontrollerede forhold. Feltundersøgelser tendens til at være mere udfordrende på grund af antallet af faktorer, der påvirker. Derfor ved hjælp af en mere holistisk tilgang ved at kombinere flere teknikker kan give mere nøjagtighed, når overvågning af en persons adfærd, psykologi og ydeevne i deres hjemmiljø18. Her diskuterer vi en metode, der let kan implementeres i marken for at identificere individuelle forskelle i døgnrytmen fænotyper ved hjælp af MCTQ, aktigrafi og fysiologiske biomarkører. Vi hypotese, at disse variabler vil variere betydeligt mellem døgnrytmen fænotype grupper og vil være betydeligt korreleret med chronotype (= korrigeret midt i søvn på fridage (MSFsc)indsamlet fra MCTQ). Desuden foreslår vi måder at måle døgnudførelsen på, hvilket understreger behovet for at analysere data separat for hver cirkadiske fænotypegruppe. Vi antager, at forskelle i døgneffektivitetsrytmer vil blive tilsløret, hvis data kun analyseres på hele befolkningsniveau.
Protocol
Alle metoder, der er beskrevet her, er blevet godkendt af University of Birmingham Research Ethics Committee.
1. Screening af deltagere og eksperimentelt design
- Udføre alle metoder efter de relevante etiske godkendelser i overensstemmelse med Helsingfors-erklæringen og indhente skriftligt informeret samtykke fra alle deltagere, før alle deltagere inddrages.
- Rekruttere deltagere uden forudgående diagnoser af søvn, neurologiske eller psykiatriske lidelser, og uden at tage nogen medicin, der påvirker søvn, melatonin eller kortisol rytmer.
- Sørg for, at ingen deltagere er skifteholdsarbejdere, deltagerne ikke har rejst mere end to tidszoner inden for den seneste måned, og at de frit kan deltage i undersøgelsen (dvs. i stand til at forpligte sig til at bære aktisuretet, give spytprøver på en "fridag" og være til stede ved præstationsprøvning på bestemte tidspunkter (se afsnit 2.1)).
- Inviter deltagere, der består inklusionskriterierne, til at deltage i et indledende møde for at opnå samtykke, indsamle spørgeskemadata, modtage undervisning i indsamling af spytprøver derhjemme og blive oprettet med en aktiografisk enhed og søvndagbog. På dette møde gøres deltagerne fortrolige med de fysiologiske prøvetagningsprotokoller for at sikre, at de forstår, hvad der kræves (se afsnit 3).
- Bed deltagerne om at udfylde München ChronoType Questionnaire (MCTQ), som vurderer individuelle forskelle i søvn/vågen-variabler og lyseksponering på arbejde og fridage3. Dette gør det muligt at beregne korrigeret mid-sleep gange på fridage (MSFsc), der anvendes som en markør for chronotype.
2. Aktigrafi og søvn dagbøger
- I mindst to uger19 (kan være længere perioder afhængigt af undersøgelsens mål), bede deltagerne om at bære en håndledsaktivitetsmonitor eller "actigraph", at indsamle hvile-/aktivitetsmønstre og lette (1-32.000 lux) data i hele studieperioden.
- Giv hver deltager oplysninger om, hvordan du bruger aktigraferne, herunder fjernelse til badning/brusebad (hvis ikke vandtæt) og forebyggelse af ærmer, der dækker dem, så der kan indsamles lette data. Sørg for, at der bæres aktigrafer på det ikke-dominerende håndled.
- I kombination med aktigrafi og for at lette søvn/vågen-analyse, der er afledt af de aktigrafiske data, skal hver deltager have en søvndagbog, der skal udfyldes dagligt. Sørg for, at de stillede spørgsmål omfatter sengetider, søvntider, natteopvågnen, vågne op gange, søvnkvalitet, lur og tidspunkter, hvor aktigrafer blev fjernet.
- Indsamle aktigrafidata til hvile-/aktivitetsanalyse, der giver parametrene alt efter, hvad der kræves (denne undersøgelse anvendte en 30Hz samplingfrekvens og medium følsomhedsindstilling). Uddrag oplysninger om den daglige sengetid og stå op gange fra søvn dagbøger og input til producentens software eller alternativ (f.eks open source valideret kode for at opnå aktigrafiske variabler, der er relevante for undersøgelsen).
3. Fysiologisk prøveudtagning
- Forfærdig prøveudtagningspakker ved mærkning af samlerør eller salivetter af polypropylen (brug 7 ml bijous af plast i denne undersøgelse). Mærk rørene med deltager-id-nummer, morgen eller aften og individuelle prøvetagningsnumre. Medtag et "ekstra" rør til brug i tilfælde af fejl.
- Der udarbejdes et prøvesamlingsark til både morgen- og aftenprotokoller, så deltagerne kan afgive tidsstempel, når der udtages prøver (f.eks. morgenprøve 1, tidudtaget = hh:mm, morgenprøve 2, tid udtaget = hh:mm). Medtag deltager-id-nummer, dato for sæsonoplysninger og lokation til beregning af fotoperiode.
BEMÆRK: Det er afgørende, at militær tid bruges til at sikre, at der ikke er problemer med AM / PM. Forskellige farvede etiketter til morgen vs aften prøvetagning rør kan også bruges til at skelne mellem prøver. - Giv deltagerne de relevante protokoller for fysiologisk prøveudtagning og færdiglavede pakninger under træningen af, hvordan der udtages spytprøver i deres hjem/arbejdsmiljø.
- Informer deltageren om, at prøverne skal indsamles på en fridag, når deltagerne kan gå i seng og vågne op på foretrukne tidspunkter (dvs. uden behov for alarm). For at sikre pålidelig beregning af DLMO, deltagerne bør ikke udføre aftenen spyt prøvetagning protokol dagen før ydeevne test på grund af behovet for at holde sig vågen forbi sædvanlige sengetid.
- Bed deltagerne om at afsætte en morgen og en aften (samme dag) i løbet af uge to af undersøgelsen, når de er i stand til at forpligte sig til at give spytprøver. Rådgiv deltagerne til at indsamle morgenprøver efterfulgt af aftenprøver samme dag.
BEMÆRK: Prøveudtagningsrækkefølgen (morgen end aften) skal følges for at sikre, at eventuelle ændringer i søvntidspunktet ikke påvirker resultaterne (hvis der først udtages aftenprøver, der kræver, at de holder sig vågne forbi sædvanligt sengetid, kan det påvirke morgenprøverne, hvis de udtages den følgende dag). - Morgen prøvetagning protokol for kortisol opvågnen svar
- Sørg for, at spytprøver udtages ved det første wake up (mens de stadig er i sengen), hver 15 min. i den første time og derefter hver 30 min for de næste 1 til 2 timer. Opsaml spytprøver ved at spytte i det passende mærkede hætteglas (begyndende med nr. 1, 2, 3 osv.).
- I denne periode skal det sikres, at deltagerne: afholder sig fra alkoholholdige drikkevarer, drikkevarer, der indeholder kunstig farve og mad, i testperioden og afstår fra at rense tænder med eller uden tandpasta i prøveudtagningsperioden.
- Når alle prøver er leveret, skal det sikres, at deltagerne opbevarer deres prøver i fryseren ved -20 °C, indtil forskerholdet opsamler dem.
BEMÆRK: Det er bedst at opbevare de frosne prøver, hvis det er muligt, men de forbliver levedygtige, hvis de opbevares i køleskabet, indtil de tages op næste dag. I henhold til Human Tissue Act (MTV) 2004 skal prøver indsamles og behandles inden for syv dage efter indsamlingen for at gøre dem acellulære, medmindre en MTV-licens er i besiddelse af den institution, der udfører analysen.
- Aften prøveudtagning protokol for svagt lys melatonin debut
- Sørg for, at spytprøver indsamles hver 30 min fra 3 til 4 timer før sædvanlig sengetid indtil 1 til 2 time efter sædvanlig sengetid (f.eks. hvis sengetid er 22:00 h, vil deltageren starte kl. 18:00/19:00 h indtil 23:00/00:00 h). Spytprøver opsamles ved at spytte i det passende mærkede hætteglas (begyndende med nr. 1 og derefter 2, 3 osv.).
- I denne periode skal det sikres, at deltagerne: afholder sig fra koffeinholdige drikkevarer (f.eks. te, kaffe, coca-cola) fra 6 timer før sædvanlig sengetid (f.eks. hvis sengetid er 22:00, bør koffeinforbruget stoppe kl. 16:00 på indsamlingsdagen).
- Sørg for, at deltagerne forbliver siddende indendørs i svagt lys (< 10 lux, fx en enkelt bordlampe, helst rødt lys, på den anden side af rummet, ingen ovenlys, ingen elektroniske skærme, gardiner lukket). Sørg for, at deltagerne undgår at drikke drikkevarer, der indeholder alkohol eller kunstig farve, og afstå fra at rense tænder, med eller uden tandpasta, i prøvetagningsperioden.
- Hvis deltagerne ønsker at spise noget, gå på toilettet eller lave en ikke-koffeinholdige drikke, sikre, at de gør det umiddelbart efter indsamling af en prøve og forsøge at blive siddende igen i 15 minutter, før den næste prøve skal indsamles. Hvis der indtages mad mellem prøverne, skal det sikres, at deltagerne vasker munden med vand 15 minutter, inden den næste prøve indsamles.
- Sørg for, at alle andre rum har de samme lysforhold, således at deltageren forbliver i svagt lys (helst rødt lys) i hele prøveudtagningsperioden.
- Når alle prøver er leveret, skal det sikres, at deltagerne opbevarer deres prøver i fryseren ved -20 °C, indtil forskerholdet opsamler dem.
BEMÆRK: Det er afgørende, at deltagerne overholder dim light-protokollen. Hvor det er muligt, bør forskerne måle lysforholdene for at overvåge intensitet og spektralsammensætning.
4. Radioimmunoassay
- Udfør RIA eller ELISA af melatonin og kortisol i menneskelige spyt til at bestemme relative koncentrationer på hvert tidspunkt.
BEMÆRK: Proceduren i disse repræsentative resultater anvendte RIA med et jod (125I) radioaktivt mærket sporstof og fast faseseparation. Denne protokol er ansat rutinemæssigt i Chronobiology Laboratory, University of Surrey, UK20. - Beregn individuelle DLMOs som det tidspunkt, hvor melatoninkoncentrationen overstiger to standardafvigelser af de tre basismål (de første tre prøver).
BEMÆRK: Denne metode justerer for individuelle grundgrundsforskelle sammenlignet med ved hjælp af en fast koncentration14. Andre metoder kan anvendes afhængigt af de tidspunkter, der anvendes i prøveudtagningen (f.eks. over en periode på 24 timer for en fuld profil14). - Cortisoltoppen beregnes som den tid med højeste kortisolkoncentration, der er registreret under morgenkortisolopvågnens respons.
5. Prøvning af døgnmæssig ydeevne
BEMÆRK: De foranstaltninger, der blev anvendt i denne protokol, er PVT (Psychomotor Vigilance Task)21og Karolinska Sleepiness Scale (KSS)22. Andre test kan dog anvendes til at bevare det samme design afhængigt af undersøgelsens formål (f.eks. hvis undersøgelsen undersøgte virkningen af døgnrytmen fænotype på arbejdshukommelsen, ville der være behov for en hukommelsesopgave).
- Bed deltagerne om at udføre mindst én (afhængigt af opgaven) øvelsesprøve i løbet af ugen før testen for at gøre sig bekendt med opsætningen.
BEMÆRK: Øvelsesforsøg kan udføres eksternt, hvis de overvåges. Antallet af øvelsestest bør skræddersys på grundlag af den eller de opgaver, der anvendes i undersøgelsen. For eksempel kan en mere kompleks udøvende funktion opgave kræver en række praksis test for at nå et plateau i forhold til en enklere opgave. - Arranger testsessioner i henhold til undersøgelsens hypoteser baseret på antallet af tidspunkter, der undersøges på bestemte clocktider.
BEMÆRK: Afhængigt af undersøgelsens design kan præstationstest udføres hjemme eller i laboratoriet. På grund af protokollens tidsfølsomme karakter skal overholdelsen overvåges for at sikre, at deltagerne selv udfører den, og at den stemples tid og dato. - Udfør test på en relevant enhed (denne undersøgelse brugte en DQ67OW, i7-2600-processor, 4 GB RAM, 32-bit stationær pc med et standardtastatur og en almindelig mus).
BEMÆRK: Hvis en bærbar computer, iPad eller en anden enhed er påkrævet til test, skal du sikre dig, at den samme enhed og de samme indstillinger bruges i hele undersøgelsen for alle deltagere og hver testsession på grund af potentiel variation i svar fra en mus vs. pegefelt vs. berøringsskærm.
6. Analyse
- Kategoriser døgnrytmen fænotype grupper baseret på deres værdi for de fem indsamlede variabler: MSFsc, vågne op tid, spidsbelastningstid kortisol opvågnen svar, DLMO og søvn debut (afskæringer er angivet i tabel 1).
- Fordel en score pr. variabel for hver deltager. En variabel tildeles 0, hvis den er i ECP-kategorien, 1, hvis den er i ICP-kategorien, og 2, hvis den er i LCP-kategorien. Hvis en deltager for eksempel er i LCP-kategorien for alle variabler, akkumuleres en score på 10. Ud af en samlet score fra 0-10 identificerer deltagerne som ECP'er (0-3), ICP'er (4-6) og LFP'er (7-10).
- Ud fra den samlede score kan underkategorier af døgnrytmen fænotyper bestemmes som følger: 0 = ekstrem ECP, 1 = bestemt ECP, 2 = moderat ECP, 3 = mild ECP, 4 = tidlig ICP, 5 = ICP, 6 = sen ICP, 7 = mild LCP, 8 = moderat LCP, 9 = bestemt.
BEMÆRK: Statistisk analyse bør fastlægges på grundlag af forskningsspørgsmålene for de enkelte undersøgelser. Der bør anvendes ikke-parametriske test, hvor dataene ikke følger en normal fordeling. Der skal udføres post hoc-test for at bestemme tidspunktet på dagen virkninger. Ved måling af en række parametre bør der foretages yderligere korrektioner af flere sammenligninger (f.eks. FDR-korrektion af p-værdier).
Representative Results
Disse resultater i ECP'er og LCP'er er tidligere blevet offentliggjort af Facer-Childs, Campos, et al.23. Alle tilladelser er hentet fra udgiveren. For undersøgelser, der kræver en undersøgelse af alle tre grupper (tidlig, mellemliggende og sen), kan de samme metoder og afskæringer anvendes.
Døgnrytmen fænostik (tabel 1, tabel 2 og figur 1)
Den første hypotese præsenteres i dette papir er, at grupperne ville variere betydeligt i søvn og døgnrytmen variabler. Fra deltagerne (n = 22), der deltog i denne undersøgelse, havde deltagerne, der blev kategoriseret som ECP'er, en score mellem 0-1 og alle LFP'er e-10 (afskæringer i tabel 1). For at bekræfte disse resultater blev gruppegennemsnit sammenlignet for hver variabel. MSFsc var 02:24 ± 00:10 h for ECP'er sammenlignet med 06:52 ± 00:17 h i LCP'er (t(36) = 12,2, p < 0,0001). Fysiologiske markører også varierede betydeligt mellem de to grupper. DLMO fandt sted ved 20:27 ± 00:16 h i ECP'er og ved 23:55 ± 00:26 h i LCPS (t(30) = 6,8, p < 0,0001). Spidsbelastningstidspunktet for kortisolopvågnen svar fandt sted på 07:04 ± 00:16 h i ECP'er og 11:13 ± 00:23 h i LCP'er (t(36) = 8,0, p < 0,0001). De samme forhold blev observeret med aktigrafiske variabler for søvndebut og vågne tider med gennemsnitlig søvndebut forekommer ved 22:57 ± 00:10 h i ECP'er og 02:27 ± 00:19 h i LUP (t(34) = 8,9, p < 0,0001) og vågne op tid forekommer på 06:33 ± 0,10 h i ECP'er og 10:13 ± 00:18 h i LCP'er (t(34) = 9,9, p < 0,0001). Andre søvnvariabler, herunder varighed, effektivitet og latenstid, varierede ikke væsentligt mellem grupperne (tabel 2).
Den anden hypotese er, at MSFsc indsamlet fra MCTQ ville være væsentligt korreleret med guld standard aktigrafiske og døgnrytmen fase biomarkører. Figur 1 viser, at MSFsc var signifikant korreleret med DLMO (R2 = 0,65, p < 0,0001), spidsbelastningstid for kortisolopvågnen (R2 = 0,75, p < 0,0001), søvndebut (R2 = 0,80, p < 0,0001) og vågne op tid (R2 = 0,86, p < 0,0001).
Disse repræsentative resultater viser, at de forskellige døgnrytmen fænotype grupper har klare forskelle i søvndebut / offset (dvs. vågne op tid), samt i fysiologiske variabler (DLMO og spidsbelastning stid morgen kortisol).
Døgntest (Figur 2)
Det var en hypotese, at ved at teste flere gange i løbet af dagen, ville døgnrytmer i subjektiv søvnighed og ydeevne være i stand til at blive identificeret i hver gruppe (ECP'er / LCP'er). Desuden var det en hypotese, at hvis døgnrytmen fænotyper ikke blev overvejet, og data blev analyseret på et helt gruppeniveau kun, så døgnvariationer ville blive forvansket.
Der blev konstateret betydelige døgnvariationer på hele gruppeniveau for PVT og KSS. PVT ydeevne på 08:00 h test session var betydeligt langsommere end 14:00 h test(p = 0,027), som var subjektiv søvnighed (p = 0,024). Betydeligt langsommere PVT ydeevne blev også fundet mellem 08:00 h og 20:00 h (p = 0,041).
Da hver gruppe blev analyseret separat, blev der fundet betydelige døgnvariationer i PVT-ydeevnen i LCP'er, men ikke i ECP'er. Lcd-lFP'erne var betydeligt værre ved 08:00 h sammenlignet med 14:00 h (p = 0,0079) og bedre ved 20:00 h sammenlignet med 08:00 h (p = 0,0006). Subjektiv søvnighed viste betydelige døgnvariationer inden for hver gruppe. ECP'er rapporterede højere søvnighed ved 20:00 h sammenlignet med 08:00 h (p = 0,0054). Det modsatte blev observeret i LCP'er, der rapporterede højeste søvnighed på 08:00 h og lavest ekl. p
Figur 1: Lineær regressionsanalyse for at vise relationer mellem søvn-/vækningsvariabler ved hjælp af aktigrafi og fysiologiske biomarkører. Korrigeret midt i slumretilstand på fridage (MSFsc)vises som tidspunkt på dagen (h) på x-aksen. Tidlige døgnrytmen fænotyper (ECP'er) er vist i den blå boks, Sene døgnrytmen fænotyper (LcPs) i den røde boks. (a) Spidsbelastningstid for kortisolopvågnens respons (h), (b) Vækketid (h),c) Svagt lys melatonin debut (DLMO) (h), (d) Sleep debut tid (h). R2-værdien vises i nederste højre hjørne med et signifikansniveau, der vises på **** = p < 0,0001. Dette tal er blevet ændret, med tilladelse, fra Facer-Childs, et al.23. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Diurnal variationer kurver i Karolinska Sleepiness Scale og Psykomotoriske Årvågenhed Task (PVT) ydeevne. Tidspunkt på dagen (h) vises på x-aksen. Hele grupperesultater er vist i den første kolonne, Tidlige døgnrytmen fænotyper (ECP'er) i anden kolonne og sene døgnrytmen fænotyper (LcPs) i tredje kolonne. (a) Subjektiv søvnighed (KSS) score, (b) Reaktionstid fra PVT (r). Der er monteret polynomiske ikke-lineære regressionskurver i anden orden. Signifikansniveau vises som ns (ikke signifikant), * (p < 0,05), ** (p < 0,01), *** (p < 0,001) og **** (p < 0,0001). Dette tal er blevet ændret, med tilladelse, fra Facer-Childs, et al.23. Klik her for at se en større version af dette tal.
| Variabel målt | ECP-kategori | ICP-kategori | LCP-kategori |
| Actigraphic vågne op tid | kr. | 07:31 - 08:29 h | > 08:30 h |
| Myldretid en morgen kortisol | < 08:00 | 08:01 - 08:59 h | > 09:00 h |
| Svagt lys melatonin debut (DLMO) | kr. | 21:31 - 22:29 h | > 22.30 h |
| Actigraphic søvn debut | kr. | 23:31 - 00:29 h | > 00:30 h |
| Korrigeret midt i søvn på fridage (MSFsc) | < 04:00 h | 04:01 - 04:59 h | > 05:00 h |
| Score pr. variabel | 0 | 1 | 2 |
| SAMLET SCORE | 0 - 3 | 4 - 6 | 7 - 10 |
| Underkategorier | 0 = ekstrem ECP 1 = bestemt ECP 2 = moderat ECP 3 = mild ECP |
4 = tidlig ICP 5 = ICP 6 = sen ICP |
7 = mild LCP 8 = moderat LCP 9 = bestemt LCP 10 = ekstrem LCP |
Tabel 1: Kategoriseringafskæringer for døgnrytmen fænoysning i tidlige (ECP), mellemliggende (ICP) og Sen (LCP) grupper. Hver variabel tildeles en score pr. deltager afhængigt af deres resultat og samlede score (0-10), hvilket gør det muligt at kategorisere i hver gruppe og hver underkategori.
| Variabel målt | Ecp'er | LFP'ere | Betydning |
| Stikprøvestørrelse | N = 16 | N = 22 | Nielsen |
| Antal hanner/hunner | M = 7 | M = 7 | p = 0,51c |
| F = 9 | F = 15 | ||
| Alder (år) | 24,69 ± 4,60 | 21,32 ± 3,27 år | p = 0,028a |
| Højde (cm) | 171,30 ± 1,97 | 171,10 ± 2,38 | p = 0,97a |
| Vægt (kg) | 66,44 ± 2,78 | 67,05 ± 2,10 | p = 0,88a |
| MSFSc (tt:mm) | 02:24 ± 00:10 | 06:52 ± 00:17 | p < 0,0001a |
| Slumretilstand (tt:mm) | 22:57 ± 00:10 | 02:27 ± 00:19 | p < 0,0001a |
| Vækningstid (tt:mm) | 06:33 ± 0,10 | 10:13 ± 00:18 | p < 0,0001a |
| Søvnvarighed (h) | 7,59 ± 0,18 | 7,70 ± 0,14 | p = 0,72a |
| Søvneffektivitet (%) | 79,29 ± 1,96 | 77,23 ± 1,14 | p = 0,46a |
| Slumretilstand (tt:mm) | 00:25 ± 00:06 | 00:25 ± 00:03 | p = 0,30b |
| Fasevinkel (t/a) | 02:28 ± 00:16 | 02:34 ± 00:18 | p = 0,84a |
| Dim Light Melatonin Debut (hh:mm) | 20:27 ± 00:16 | 23:55 ± 00:26 | p < 0,0001a |
| Cortisol Højtid (tt:mm) | 07:04 ± 00:16 | 11:13 ± 00:23 | p < 0,0001a |
Tabel 2: Undersøgelsesvariabler for døgnrytmen fænotypegrupper; tidlige (ECP'er) og sent (LFP'er). Værdierne vises som middel ± SEM bortset fra alder, der er vist som middel ± SD. Korrigeret midt på vågedagene (MSFsc) beregnes ud fra MCTQ. Den anvendte type statistiske test er angivet i hævet skrift. parametertesta, ikke-parametrisktest b og Fishers nøjagtige prøvec. Fase vinkel bestemmes af forskellen (h) mellem svagt lys melatonin debut (DLMO) og søvn debut. Alle p-værdier er FDR korrigeret24. Denne tabel er blevet ændret, med tilladelse, fra Facer-Childs, et al.23.
Discussion
På grund af den komplekse interaktion af døgnrytmen- og søvn-afhængige påvirkninger på adfærd, udforske de relative bidrag af hver er udfordrende. Laboratoriebaserede protokoller er stort set urealistiske og dyre, og holder således dårligere ekstern gyldighed, når resultaterne vedrører den daglige funktion25. Derfor er der et stigende behov for at studere enkeltpersoner i deres hjemlige miljø for at fremme generaliserbarhed til den virkelige verden sammenhænge. Selv om feltundersøgelser ikke giver mulighed for kontrol med udefrakommende påvirkninger, kan en integreret tilgang bidrage til at kaste lys over, hvordan både biologiske og miljømæssige faktorer påvirker sundhed, fysiologi og ydeevne23,26,27. Denne protokol er designet specielt til at kunne overvåge enkeltpersoner i deres hjemlige omgivelser, mens de følger deres sædvanlige rutiner. Disse spyt prøvetagning protokoller er blevet gennemført med succes i udfordrende indstillinger såsom Amazon28 og Antarktis29 støtte den lette at gennemføre denne protokol.
Spørgeskemaer er et nyttigt redskab i søvn- og døgnrytmestudier, da de giver mulighed for en hurtig og enkel måde at indsamle en bred vifte af oplysninger på. Forskelle mellem subjektive og objektive foranstaltninger kan imidlertid skabe vanskeligheder, når man forsøger at undersøge individuelle forskelle. Derfor, at være i stand til at indsamle flere subjektive og objektive foranstaltninger kan styrke kategoriseringen af døgnrytmen fænotype grupper. Denne kombination af metoder - MCTQ, aktigrafi, fysiologisk prøvetagning og præstationstest - har fremhævet, hvordan resultaterne kan misforstås, hvis individuelle forskelle i døgnrytmen fænotyper ikke tages i betragtning. Måling af alle disse variabler giver den mest pålidelige kategorisering af døgnrytmen fænotype grupper, men der er potentiale for at udvikle metoden yderligere for at give færre krav. For eksempel, selv om pålideligheden stadig skal undersøges, at reducere omkostningerne, forskere kunne fjerne kortisol prøvetagning trin eller bruge et andet spørgeskema. Det ville imidlertid være værd at bemærke, at eftersom DLMO er en aktuel guldstandardmarkør for døgnrytmetiming og aktigrafi er en standardmetode til overvågning af hvile-/aktivitetsmønstre, ville dette være væsentlige variabler, der skal medtages i vurderingerne.
Planlægning af præstationstest baseret på urtider i stedet for at basere tider i forhold til den enkelte (intern biologisk tid) øger gennemførligheden og gør det muligt at anvende protokollen i virkelige verden indstillinger. En begrænsning af dette design, dog, er den manglende evne til at bestemme indflydelsen af døgnrytmen systemet vs homostatiske påvirkninger. Dette bliver en udfordring, da der ikke er nogen mulighed for at bekræfte specifikke mekanismer, der bidrager til resultaterne. Men, da formålet med denne protokol er at undersøge disse grupper i en virkelige verden scenario, reducere søvn afhængige mekanismer ville minimere den eksterne gyldighed af resultaterne. Det kan derfor hævdes, at det er mere anvendeligt og muligt at anvende en integreret metode i feltundersøgelser.
Direkte mål for ydeevne er yderst relevante for samfundet, men det lader til, at uden at tage hensyn til de mange faktorer, der påvirker, især behovet for at gruppere individer i henhold til deres døgnrytmen fænotype og søvntryk, kan undersøgelser mangle vigtige resultater.
Som nævnt har PVT og KSS været meget udbredt inden for mange forskningsområder. Enkelheden i PVT og fleksibilitet i opgavenvarighed gør det til en attraktiv test at bruge i døgnrytmen og søvnbegrænsningsundersøgelser, der kræver flere testtider, og har vist sig at være en følsom markør for søvnmangel30,31. Selv om testnøjagtigheden og de samlede reaktionstider øges med opgavens varighed, viser de 2 min, 5 min og 10 min PVT-opgaver alle lignende tid på dagen relationer32.
Vores protokoldesign kan implementeres ved hjælp af en række forskellige ydelsesopgaver og på hyppigere tidspunkter, hvis det er nødvendigt. Tidligere undersøgelser har vist tid på dagen effekter i både fysiske og kognitive præstationer målinger såsom aerob kapacitet15 og udøvende funktion25. Gennemførelse af denne protokol og tegner sig for individuelle forskelle vil øge forståelsen af, hvordan man studerer de mekanismer, der bidrager til ydeevne, især i mere niche indstillinger såsom elite sport. Sammenfattende giver denne protokol mulighed for en vurdering af døgnrytmen fænotype og giver et indblik i, hvordan man måler tidspunktet på dagen på ydeevnen.
Disclosures
B.M. og D.J.S. er meddirektører for Stockgrand Ltd. Forfatterne erklærer ingen andre konkurrerende finansielle interesser.
Acknowledgments
Dette arbejde blev støttet med støtte fra Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC, BB/J014532/1) og Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC, EP/J002909/1). E.R.F.C blev støttet af et Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (ISSF) Scheme accelerator fellowship (Wellcome 204846/Z/16/Z) og en australsk regering, Department of Industry, Innovation and Science Grant (ICG000899/19/0602). Vores oprigtige tak er til alle deltagere og Stockgrand Ltd for assay reagenser.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Actiwatch Light | Cambridge Neurotech Ltd | Various different validated actigraph devices can be used depending on what is required | |
| Sleep Analysis 7 Software | Cambridge Neurotech Ltd | Various different validated software can be used depending on what is required | |
| 7 ml plastic bijous | Various different tubes or salivettes can be used depending on what is required | ||
| DQ67OW, Intel Core i7-2600 processor, 4GB RAM, 32-bit Windows 7 | Various different devices can be used depending on what is required |
References
- de Souza, L., et al. Further Validation of Actigraphy for Sleep Studies. Sleep. 26 (1), 81-85 (2003).
- Kushida, C. A., et al. Comparison of actigraphic, polysomnographic, and subjective assessment of sleep parameters in sleep-disordered patients. Sleep Medicine. 2 (5), 389-396 (2001).
- Roenneberg, T., Wirz-Justice, A., Merrow, M. Life between clocks: daily temporal patterns of human chronotypes. Journal of Biological Rhythms. 18 (1), 80-90 (2003).
- Horne, J. A., Ostberg, O. A self-assessment questionnaire to determine morningness-eveningness in human circadian rhythms. International Journal of Chronobiology. 4 (2), 97-110 (1976).
- Brown, S. A., et al. Molecular insights into human daily behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (5), 1602-1607 (2008).
- Allebrandt, K., Roenneberg, T. The search for circadian clock components in humans: new perspectives for association studies. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 41 (8), 716-721 (2008).
- Lane, J. M., et al. Genome-wide association analysis identifies novel loci for chronotype in 100,420 individuals from the UK Biobank. Nature Communications. 7, 10889 (2016).
- Gunn, P. J., Middleton, B., Davies, S. K., Revell, V. L., Skene, D. J. Sex differences in the circadian profiles of melatonin and cortisol in plasma and urine matrices under constant routine conditions. Chronobiology International. 33 (1), 39-50 (2016).
- Burgess, H. J., Fogg, L. F. Individual differences in the amount and timing of salivary melatonin secretion. PLoS One. 3 (8), e3055 (2008).
- Voultsios, A., Kennaway, D. J., Dawson, D. Salivary melatonin as a circadian phase marker: validation and comparison to plasma melatonin. Journal of Biological Rhythms. 12 (5), 457-466 (1997).
- Bailey, S. L., Heitkemper, M. M. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects. Chronobiology International. 18 (2), 249-261 (2001).
- Kudielka, B. M., Federenko, I. S., Hellhammer, D. H., Wüst, S. Morningness and eveningness: the free cortisol rise after awakening in "early birds" and "night owls". Biological psychology. 72 (2), 141-146 (2006).
- Baehr, E. K., Revelle, W., Eastman, C. I. Individual differences in the phase and amplitude of the human circadian temperature rhythm: with an emphasis on morningness-eveningness. Journal of sleep research. 9 (2), 117-127 (2000).
- Benloucif, S., et al.
- Blatter, K., Cajochen, C. Circadian rhythms in cognitive performance: Methodological constraints, protocols, theoretical underpinnings. Physiology & behavior. 90 (2-3), 196-208 (2007).
- Facer-Childs, E., Brandstaetter, R. The Impact of Circadian Phenotype and Time since Awakening on Diurnal Performance in Athletes. Current Biology. 25 (4), 518-522 (2015).
- Schmidt, C., et al. Circadian preference modulates the neural substrate of conflict processing across the day. PLoS One. 7 (1), e29658 (2012).
- Hofstra, W. A., de Weerd, A. W. How to assess circadian rhythm in humans: a review of literature. Epilepsy & Behavior. 13 (3), 438-444 (2008).
- Van Someren, E. J. Improving actigraphic sleep estimates in insomnia and dementia: how many nights? Journal of sleep research. 16 (3), 269-275 (2007).
- Moreno, C., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
- Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 17 (6), 652-655 (1985).
- Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
- Facer-Childs, E. R., Campos, B. M., Middleton, B., Skene, D. J., Bagshaw, A. P. Circadian phenotype impacts the brain's resting-state functional connectivity, attentional performance, and sleepiness. Sleep. 42 (5), (2019).
- Benjamini, Y., Hochberg, Y. Controlling the false discovery rate: a practical and powerful approach to multiple testing. Journal of the royal statistical society. Series B (Methodological). , 289-300 (1995).
- Zee, P. C., et al. Strategic Opportunities in Sleep and Circadian Research: Report of the Joint Task Force of the Sleep Research Society and American Academy of Sleep Medicine. Sleep. 37 (2), 219-227 (2014).
- Facer-Childs, E. R., Boiling, S., Balanos, G. M. The effects of time of day and chronotype on cognitive and physical performance in healthy volunteers. Sports Medicine Open. 4 (1), 47 (2018).
- Facer-Childs, E. R., Middleton, B., Skene, D. J., Bagshaw, A. P. Resetting the late timing of 'night owls' has a positive impact on mental health and performance. Sleep Medicine. , (2019).
- Moreno, C. R., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
- Arendt, J., Middleton, B. Human seasonal and circadian studies in Antarctica (Halley, 75 degrees S)). General and Comparative Endocrinology. 258, 250-258 (2018).
- Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
- Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronautica. 69 (11-12), 949-959 (2011).
- Loh, S., Lamond, N., Dorrian, J., Roach, G., Dawson, D. The validity of psychomotor vigilance tasks of less than 10-minute duration. Behaviour research methods instruments and computers. 36 (2), 339-346 (2004).
