Summary
هنا، نقدم طريقة للتحقيق في الإيقاعات اليومية في الأداء بعد تصنيف دقيق للمشاركين في مجموعات النمط الظاهري circadian على أساس استبيان ميونخ كرونوتايب، والمؤشرات الحيوية المرحلة circadian معيار الذهب والتدابير actigraphic.
Abstract
في مجتمعنا النامي المستمر "على مدار الساعة"، هناك حاجة لزيادة فهمنا لكيفية تأثير التغيرات في علم الأحياء وعلم وظائف الأعضاء وعلم النفس على صحتنا وأدائنا. جزءا لا يتجزأ من هذا التحدي، هو الحاجة المتزايدة لحساب الاختلافات الفردية في النوم والإيقاعات circadian، فضلا عن استكشاف تأثير الوقت من اليوم على الأداء في العالم الحقيقي. هناك عدد من الطرق لقياس النوم والإيقاعات الإيقاعية من الطرق الذاتية المستندة إلى الاستبيان إلى رصد النوم / الاستيقاظ الموضوعي ، وactigraphy وتحليل العينات البيولوجية. تقترح هذه الورقة بروتوكولًا يجمع بين تقنيات متعددة لتصنيف الأفراد في مجموعات النمط الظاهري الإيقاعي المبكر أو المتوسط أو المتأخر (ECPs/ICPs/LCPs) وتوصي بكيفية إجراء اختبار الأداء اليومي في هذا المجال. تظهر النتائج التمثيلية اختلافات كبيرة في أنماط النشاط الباقي المستمدة من الأكتيغرافيا ، والمرحلة الإيقاعية (بداية الميلاتونين الخفيف الخافت ووقت الذروة لاستجابة صحوة الكورتيزول) بين الأنماط الظاهرية الإيقاعية. وبالإضافة إلى ذلك، تؤكد الاختلافات الكبيرة في إيقاعات الأداء اليومي بين برامج الأداء الأوروبية وبرامج التركيز على الحاجة إلى مراعاة النمط الظاهري الإيقاعي. وباختصار، وعلى الرغم من الصعوبات في السيطرة على العوامل المؤثرة، فإن هذا البروتوكول يسمح بتقييم في العالم الحقيقي لأثر النمط الظاهري الإيقاعي على الأداء. تقدم هذه الورقة طريقة بسيطة لتقييم النمط الظاهري الإيقاعي في هذا المجال وتدعم الحاجة إلى النظر في الوقت من اليوم عند تصميم دراسات الأداء.
Introduction
على المستوى السلوكي، يمكن تقييم أنماط الراحة/النشاط الفردية باستخدام أساليب ذاتية قائمة على الاستبيان أو مراقبة موضوعية من خلال اكتياف المعصم. تم التحقق من صحة بيانات أكتيغرافيا ضد polysomnography (PSG) لمختلف معلمات النوم بما في ذلك: إجمالي وقت النوم ، وكفاءة النوم والاستيقاظ بعد بداية النوم1. على الرغم من أن باريس سان جيرمان يعرف باسم المعيار الذهبي لقياس النوم، فإنه من الصعب استخدامها لفترات طويلة خارج مختبر النوم2. ولذلك، تهدف الأكتيغرافيات إلى توفير بديل بسيط وأكثر فعالية من حيث التكلفة لباريس سان جيرمان والسماح برصد نمط الراحة/النشاط على مدار الساعة. يمكن أن تحدد تدابير التقرير الذاتي الذاتي الذاتي "الكرونوتايب" باستخدام استبيان ميونخ كرونوتايب (MCTQ)3، أو تفضيل نهاري باستخدام استبيان Morningness-Eveningness (MEQ)4. يمكن الإشارة إلى المجموعات في أي من طرفي هذا الطيف باسم الأنماط الظاهرية الإيقاعية المبكرة (ECPs) والأنماط الظاهرية الإيقاعية المتأخرة (LCPs) مع تلك الموجودة بينهما كأنماط ظاهرية إيقاعية وسيطة (ICPs).
على الرغم من أن ECPs و LCPs يمكن تمييزها بوضوح من خلال سلوكها (أي أنماط النوم / اليقظة) ، فإن هذه الاختلافات الفردية مدفوعة أيضًا جزئيًا بالاختلافات في علم وظائف الأعضاء5 والاستعداد الوراثي6،7. وغالبا ما تستخدم المؤشرات الحيوية الفسيولوجية لتحديد المرحلة circadian / توقيت الفرد. اثنان من الهرمونات الرئيسية التي تدل على توقيت circadian هي الميلاتونين, الذي يرتفع في المساء لتصل إلى ذروتها في منتصف الليل, والكورتيزول, الذي يبلغ ذروته في الصباح8. باستخدام علامات المرحلة الإيقاعية هذه، يمكن تحديد الاختلافات الفردية في أنماط النوم والاستيقاظ. على سبيل المثال، ضوء خافت الميلاتونين بداية (DLMO)9,,10 ووقت الكورتيزول الصحوة استجابة11,,12 ذروة في وقت سابق في ECPs, الذي ينعكس من قبل إيقاع circadian من درجة حرارة الجسم الأساسية13. يسمح اللعاب بجمع سهل وآمن وغير باضع يمكن من خلاله تحليل هذه الهرمونات عن طريق المناعة الإشعاعية (RIA) أو الفحص المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISA) دون الحاجة إلى استخراج أي مواد خلوية. RIA و ELISA هي مقالات حساسة ومحددة تكشف تركيزات المستضدات في العينات البيولوجية (مثل الدم أو البلازما أو اللعاب) ، من خلال تفاعلات الأجسام المضادة المستضدية التي تنطوي على النظائر ذات العلامات الإشعاعية (على سبيل المثال ، اليود(125I) أو الأجسام المضادة المرتبطة بالإنزيم14).
بروتوكولات المختبر رقابة صارمة مثل الروتين المستمر (CR) وdesynchrony القسري (FD) هي المعيار الذهبي في مجال الكرونولوجيا لدراسة الإيقاعات circadian الذاتية15. ومع ذلك، هناك حاجة متزايدة لدراسة الأفراد في بيئتهم المنزلية خارج البيئات المختبرية الاصطناعية لجمع البيانات السياقية وزيادة الصلاحية الخارجية للنتائج. ومن ثم، فإننا نحتاج إلى طرق أفضل لتصنيف الاختلافات الفردية في الميدان وقياسها وتقييمها. وبالإضافة إلى ذلك، تم الكشف عن الاختلافات اليومية في مختلف التدابير البدنية (القدرة الهوائية، وقوة العضلات) والمعرفي (وقت رد الفعل، والاهتمام المستمر، والوظيفة التنفيذية) الأداء مع ECPs أداء أفضل في وقت سابق من اليوم وLCPs في المساء16,,17. وهذا يؤكد أن الوقت من اليوم والنمط الظاهري circadian ينبغي أن تكون العوامل التي تؤخذ في الاعتبار عند إجراء اختبار الأداء في الدراسات البحثية.
ويسمح عدد التدابير والبروتوكولات المختلفة المستخدمة في الدراسات المختبرية بتنفيذ ظروف خاضعة لرقابة عالية. وتميل الدراسات الميدانية إلى أن تكون أكثر صعوبة بسبب عدد العوامل المؤثرة. لذلك ، باستخدام نهج أكثر شمولية من خلال الجمع بين تقنيات متعددة قد توفر المزيد من الدقة عند مراقبة سلوك الفرد وعلم النفس والأداء في بيئته المنزلية18. هنا ، نناقش طريقة يمكن تنفيذها بسهولة في هذا المجال لتحديد الاختلافات الفردية في الأنماط الظاهرية circadian باستخدام MCTQ ، وactigraphy والمؤشرات الحيوية الفسيولوجية. نحن نفترض أن هذه المتغيرات ستختلف بشكل كبير بين مجموعات النمط الظاهري circadian وسيتم ربطها بشكل كبير مع الكرونوتايب (= تصحيح منتصف النوم في الأيام الحرة (MSFsc)التي تم جمعها من MCTQ). وعلاوة على ذلك، نقترح طرقًا لقياس الأداء اليومي، مع تسليط الضوء على الحاجة إلى تحليل البيانات بشكل منفصل لكل مجموعة من أنواع الفينوتاي. نحن نفترض أن الاختلافات في إيقاعات الأداء اليومي سيتم حجبها إذا تم تحليل البيانات فقط على مستوى السكان بأكمله.
Protocol
وقد وافقت لجنة أخلاقيات البحوث في جامعة برمنغهام على جميع الأساليب الموصوفة هنا.
1. فحص المشاركين والتصميم التجريبي
- تنفيذ جميع الطرق التالية للموافقات الأخلاقية المناسبة، وفقا لإعلان هلسنكي والحصول على موافقة خطية مستنيرة من جميع المشاركين قبل أي مشاركة.
- تجنيد المشاركين مع عدم وجود تشخيص اتّصال سابق للنوم أو الاضطرابات العصبية أو النفسية، ودون تناول أي أدوية تؤثر على النوم أو الميلاتونين أو إيقاعات الكورتيزول.
- تأكد من عدم وجود مشاركين في نوبات العمل، ولم يسافر المشاركون أكثر من منطقتين زمنيتين خلال الشهر الماضي، ولهم حرية المشاركة في الدراسة (أي القدرة على الالتزام بارتداء ساعة actiwatch، وإعطاء عينات اللعاب في "يوم مجاني" والتواجد لاختبار الأداء في أوقات محددة (انظر القسم 2-1)).
- دعوة المشاركين الذين يجتازون معايير التضمين لحضور اجتماع أولي للإعداد للحصول على الموافقة، وجمع بيانات الاستبيان، وتلقي التدريب على جمع عينات اللعاب في المنزل وإعدادهم باستخدام جهاز أكتيغرافي ومذكرات النوم. في هذا الاجتماع، قم بتعريف المشاركين ببروتوكولات أخذ العينات الفسيولوجية للتأكد من فهمهم لما هو مطلوب (انظر القسم 3).
- اطلب من المشاركين إكمال استبيان ميونخ كرونوتايب (MCTQ)، الذي يقيّم الاختلافات الفردية في متغيرات النوم/الاستيقاظ والتعرض الخفيف للعمل والأيام المجانية3. وهذا يسمح بحساب أوقات منتصف النوم المصححة في الأيام الحرة (MSFsc)،المستخدمة كعلامة على الكرونوتايب.
2. أكتيغرافيا ويوميات النوم
- لمدة أسبوعين على الأقل19 (يمكن أن تكون فترات أطول اعتمادا على أهداف الدراسة)، اطلب من المشاركين ارتداء جهاز مراقبة نشاط المعصم أو "actigraph"، لجمع أنماط الراحة / النشاط، والبيانات الخفيفة (1-32،000 لوكس) طوال فترة الدراسة.
- إعطاء كل مشارك تفاصيل عن كيفية استخدام actigraphs، بما في ذلك إزالة للاستحمام / الاستحمام (إن لم يكن للماء) ومنع الأكمام التي تغطيها للسماح بجمع البيانات الخفيفة. ضمان ارتداء الأكتيغرافيات على المعصم غير المهيمن.
- بالاقتران مع الأكتيغرافيا ولتسهيل تحليل النوم/ الاستيقاظ المستمدة من البيانات الأكتيغرافية، امنح كل مشارك يوميات نوم لإكمالها على أساس يومي. تأكد من أن الأسئلة المطروحة تشمل أوقات النوم وأوقات النوم والصحوات الليلية وأوقات الاستيقاظ وجودة النوم والقيلولة والأوقات التي تتم فيها إزالة الأكتيغرافيات.
- جمع بيانات actigraphy لتحليل الراحة / النشاط etting المعلمات وفقا لما هو مطلوب (استخدمت هذه الدراسة تردد أخذ العينات 30Hz ووضع حساسية متوسطة). استخراج تفاصيل وقت النوم اليومي والحصول على ما يصل مرات من يوميات النوم والمدخلات إلى برنامج الشركة المصنعة أو البديل (على سبيل المثال، شفرة مفتوحة المصدر التحقق من صحة من أجل الحصول على المتغيرات actigraphic ذات الصلة للدراسة).
3- أخذ العينات الفسيولوجية
- إعداد حزم أخذ العينات مسبقًا عن طريق وضع علامات على أنابيب جمع البولي بروبلين أو الساليفيت (استخدم ثنائي اتّهاب بلاستيكي ة 7 مل في هذه الدراسة). قم بتسمية الأنابيب برقم هوية المشارك وأرقام العينات الصباحية أو المسائية والفردية. قم بتضمين أنبوب "احتياطي" لاستخدامه في حالة حدوث أخطاء.
- إعداد ورقة سجل مجموعة عينة لكل من بروتوكولات الصباح والمساء للسماح للمشاركين بطابع الوقت عند أخذ العينات (على سبيل المثال، عينة الصباح 1، الوقت المأخوذ = hh:mm، عينة الصباح 2، الوقت المأخوذ = hh:mm). تضمين رقم معرف المشارك وتاريخ المعلومات الموسمية والموقع لحساب الفترة الضوئية.
ملاحظة: من الأهمية بمكان أن يتم استخدام الوقت العسكري لضمان عدم وجود مشاكل مع AM/PM. ويمكن أيضًا استخدام ملصقات ملونة مختلفة لأنابيب أخذ العينات الصباحية والمسائية للتمييز بين العينات. - إعطاء المشاركين البروتوكولات ذات الصلة لأخذ العينات الفسيولوجية وحزم مسبقة الصنع أثناء التدريب على كيفية أخذ عينات اللعاب في بيئة منازلهم / عملهم.
- إبلاغ المشارك بأنه يجب جمع العينات في يوم مجاني عندما يتمكن المشاركون من الذهاب إلى الفراش والاستيقاظ في الأوقات المفضلة (أي دون الحاجة إلى إنذار). لضمان حساب موثوق به من DLMO، يجب على المشاركين عدم تنفيذ بروتوكول أخذ العينات اللعاب المساء في اليوم السابق لاختبار الأداء بسبب الحاجة إلى البقاء مستيقظا بعد النوم المعتاد.
- اطلب من المشاركين تخصيص صباح واحد ومساء واحد (في نفس اليوم) خلال الأسبوع الثاني من الدراسة عندما يكونون قادرين على الالتزام بإعطاء عينات اللعاب. تقديم المشورة للمشاركين لجمع عينات الصباح تليها عينات مسائية في نفس اليوم.
ملاحظة: يجب اتباع ترتيب أخذ العينات (صباح ذلك المساء) لضمان أي تغييرات في توقيت النوم لا تؤثر على النتائج (إذا تم أخذ عينات المساء أولاً تتطلب البقاء مستيقظاً في الماضي وقت النوم المعتاد، وهذا يمكن أن يؤثر على عينات الصباح إذا اتخذت في اليوم التالي). - بروتوكول أخذ العينات الصباحية للاستجابة لصحوة الكورتيزول
- تأكد من أن عينات اللعاب يتم جمعها في نقطة الاستيقاظ الأولى (بينما لا تزال في السرير) ، كل 15 دقيقة للساعة الأولى ثم كل 30 دقيقة للساعة التالية من 1 إلى 2 ساعة. اجمع عينات اللعاب عن طريق البصق في القارورة الموسومة بشكل مناسب (بدءًا من رقم 1 و 2 و 3 وما إلى ذلك).
- خلال هذه الفترة، تأكد من أن المشاركين: الامتناع عن المشروبات الكحولية والمشروبات التي تحتوي على التلوين الاصطناعي والطعام لفترة الاختبار والامتناع عن تنظيف الأسنان، مع أو بدون معجون الأسنان خلال فترة أخذ العينات.
- بمجرد توفير جميع العينات، تأكد من أن المشاركين يخزنون عيناتهم في الفريزر عند -20 درجة مئوية حتى يتم جمعها من قبل فريق البحث.
ملاحظة: من الأفضل تخزين العينات المجمدة إذا أمكن، ولكنها ستظل قابلة للتطبيق إذا تم تخزينها في الثلاجة حتى جمعها في اليوم التالي. بموجب قانون الأنسجة البشرية (HTA) لعام 2004 ، يجب جمع العينات ومعالجتها في غضون سبعة أيام من جمعها لجعلها غير خلوية ، ما لم يتم الاحتفاظ بترخيص HTA من قبل المؤسسة التي تجري التحليل.
- بروتوكول أخذ العينات المسائية لظهور الميلاتونين الخفيف الخافت
- تأكد من أن عينات اللعاب يتم جمعها كل 30 دقيقة من 3 إلى 4 ساعات قبل النوم المعتاد حتى 1 إلى 2 ساعة بعد وقت النوم المعتاد (على سبيل المثال، إذا كان وقت النوم المعتاد هو 22:00 ساعة، سيبدأ المشارك في الساعة 18:00/19:00 ساعة حتى 23:00/00:00 ساعة). جمع عينات اللعاب عن طريق البصق في القارورة وصفت بشكل مناسب (بدءا من رقم 1 ثم 2، 3، الخ).
- خلال هذه الفترة، تأكد من أن المشاركين: الامتناع عن المشروبات التي تحتوي على الكافيين (مثل الشاي والقهوة والكوكا كولا) من 6 ساعات قبل النوم المعتاد (على سبيل المثال، إذا كان وقت النوم المعتاد هو 22:00 ساعة، يجب أن يتوقف استهلاك الكافيين عند الساعة 16:00 في يوم الجمع).
- تأكد من أن المشاركين لا تزال جالسة في الداخل في ضوء خافت (< 10 لوكس، على سبيل المثال، مصباح طاولة واحدة ويفضل الضوء الأحمر، على الجانب الآخر من الغرفة، لا أضواء علوية، لا شاشات إلكترونية، الستائر مغلقة). تأكد من أن المشاركين يتجنبون شرب المشروبات التي تحتوي على الكحول أو التلوين الاصطناعي والامتناع عن تنظيف الأسنان ، مع أو بدون معجون الأسنان ، خلال فترة أخذ العينات.
- إذا كان المشاركون يرغبون في تناول شيء ما، والذهاب إلى المرحاض أو جعل الشراب غير الكافيين، وضمان أن تفعل ذلك مباشرة بعد جمع عينة ومحاولة أن يجلس مرة أخرى لمدة 15 دقيقة قبل العينة التالية ومن المقرر أن يتم جمعها. إذا تم استهلاك الطعام بين العينات، تأكد من أن المشاركين يغسلون أفواههم بالماء 15 دقيقة قبل جمع العينة التالية.
- تأكد من أن جميع الغرف الأخرى لديها نفس ظروف الضوء بحيث يبقى المشارك في ضوء خافت (يفضل الضوء الأحمر) طوال فترة أخذ العينات.
- بمجرد توفير جميع العينات، تأكد من أن المشاركين يخزنون عيناتهم في الفريزر عند -20 درجة مئوية حتى يتم جمعها من قبل فريق البحث.
ملاحظة: من المهم أن يلتزم المشاركون ببروتوكول الضوء الخافت. حيثما أمكن، ينبغي للباحثين قياس ظروف الضوء من أجل رصد الكثافة والتركيب الطيفي.
4- المناعة الإشعاعية
- تنفيذ RIA أو ELISA من الميلاتونين والكورتيزول في اللعاب البشري لتحديد التركيزات النسبية في كل نقطة زمنية.
ملاحظة: استخدم الإجراء في هذه النتائج التمثيلية RIA مع اليود(125I) المتتبع الموسوم بالإشعاع وفصل المرحلة الصلبة. يتم استخدام هذا البروتوكول بشكل روتيني في مختبر علم الكرونوبيا، جامعة ساري، المملكة المتحدة20. - حساب DLMOs الفردية كنقطة زمنية حيث يتجاوز تركيز الميلاتونين انحرافين معياريين لمقاييس خط الأساس الثلاثة (العينات الثلاث الأولى).
ملاحظة: يضبط هذا الأسلوب لفروق خط الأساس الفردية مقارنة باستخدام تركيز معدل ثابت14. يمكن استخدام طرق أخرى اعتمادًا على النقاط الزمنية المستخدمة في أخذ العينات (على سبيل المثال ، على مدى 24 ساعة للحصول على ملف تعريف كامل14). - حساب ذروة الكورتيزول كوقت أعلى تركيز الكورتيزول سجلت خلال استجابة الصحوة الكورتيزول الصباح.
5. اختبار الأداء اليومي
ملاحظة: التدابير التي تم استخدامها في هذا البروتوكول هي مهمة اليقظة النفسية (PVT)21، ومقياس النعاس كارولينسكا (KSS)22. ومع ذلك، يمكن استخدام اختبارات أخرى حفظ نفس التصميم اعتمادا على الهدف من الدراسة (على سبيل المثال، إذا كانت الدراسة تحقق في تأثير النمط الظاهري circadian على الذاكرة العاملة، ستكون هناك حاجة إلى مهمة الذاكرة).
- اطلب من المشاركين إجراء تجربة ممارسة واحدة على الأقل (اعتمادًا على المهمة) خلال الأسبوع السابق للاختبار للتعرف على الإعداد.
ملاحظة: يمكن إجراء التجارب العملية عن بعد إذا تم رصدها. يجب أن يتم تصميم عدد اختبارات الممارسة بناءً على المهمة (المهام) المستخدمة في الدراسة. على سبيل المثال، قد تتطلب مهمة وظيفة تنفيذية أكثر تعقيدًا عددًا من اختبارات الممارسة للوصول إلى هضبة مقارنة بمهمة أبسط. - ترتيب جلسات الاختبار وفقًا لفرضيات الدراسة استنادًا إلى عدد النقاط الزمنية التي يتم التحقيق فيها في أوقات محددة على مدار الساعة.
ملاحظة: اعتمادا على تصميم الدراسة، يمكن إجراء اختبار الأداء في المنزل أو في المختبر. نظرًا للطبيعة الحساسة للوقت للبروتوكول ، إذا تم اختبار الأداء في بيئة المنزل ، يجب مراقبة الامتثال لضمان إجراء المشاركين له بأنفسهم ، بالإضافة إلى أنه تم ختمه بالوقت والتاريخ. - إجراء الاختبار على جهاز ذي صلة (استخدمت هذه الدراسة معالج DQ67OW وi7-2600 وذاكرة وصول عشوائي 4 جيجابايت وسطح مكتب 32 بت مع لوحة مفاتيح وفأرة قياسية).
ملاحظة: إذا كان الكمبيوتر المحمول أو iPad أو جهاز آخر مطلوبًا للاختبار، فتأكد من استخدام نفس الجهاز والإعدادات طوال فترة الدراسة لجميع المشاركين وكل جلسة اختبار بسبب التباين المحتمل في الاستجابات من الماوس مقابل لوحة المسار مقابل شاشة اللمس.
6- التحليل
- تصنيف مجموعات النمط الظاهري circadian على أساس قيمتها للمتغيرات الخمسة التي تم جمعها: منظمة أطباء بلا حدودsc، وقت الاستيقاظ ، وقت الذروة من استجابة صحوة الكورتيزول ، DLMO وبداية النوم (يتم إعطاء قطع في الجدول 1).
- تخصيص نقاط لكل متغير لكل مشارك. يتم تخصيص متغير 0 إذا كان في فئة ECP، 1 إذا كان في فئة ICP و 2 إذا كان في فئة LCP. على سبيل المثال، إذا كان المشارك في فئة LCP لكافة المتغيرات، فإنه يتراكم درجة 10. ومن مجموع النقاط من 0 إلى 10 حدد المشاركين على أنه ECPs (0-3) وICPs (4-6) وLCPs (7-10).
- من مجموع النتيجة ، يمكن تحديد الفئات الفرعية من الأنماط الظاهرية circadian على النحو التالي: 0 = ECP المتطرفة ، 1 = ECP محددة ، 2 = ECP معتدلة ، 3 = ECP خفيفة ، 4 = برنامج المقارنات الدولية في وقت مبكر ، 5 = برنامج المقارنات الدولية ، 6 = برنامج المقارنات الدولية في وقت متأخر ، 7 = LCP خفيفة ، 8 = LCP معتدلة ، 9 = محددة.
ملاحظة: يجب تحديد التحليل الإحصائي بناءً على أسئلة البحث للدراسات الفردية. وينبغي استخدام الاختبارات غير البارامترية عندما لا تتبع البيانات توزيعاً عادياً. يجب تشغيل اختبارات النشر المخصصة لتحديد وقت تأثيرات اليوم. وعند قياس عدد من البارامترات، ينبغي إجراء مزيد من التصحيحات للمقارنات المتعددة (مثل تصحيح القيم P-DR).
Representative Results
وقد سبق نشر هذه النتائج في برامج التقييم الذاتي ة وبرامج العمل المحلية من قبل فيسر - تشايلدز، وكامبوس، وآخرون23. تم الحصول على كافة الأذونات من الناشر. بالنسبة للدراسات التي تتطلب إجراء تحقيق في المجموعات الثلاث (المبكر والمتوسط والمتأخر)، يمكن استخدام نفس الأساليب وقطع القطع.
Circadian Phenotyping (الجدول 1 ، الجدول 2 والشكل 1)
الفرضية الأولى المعروضة في هذه الورقة هي أن المجموعات ستختلف بشكل كبير في النوم والمتغيرات الإيقاعية. من المشاركين (ن = 22) الذين شاركوا في هذه الدراسة ، أولئك الذين تم تصنيفهم على أنهم ECPs كان لديهم درجة بين 0-1 وجميع LCPs بين 8-10 (التخفيضات الواردة في الجدول 1). لتأكيد هذه النتائج، تمت مقارنة متوسطات المجموعة لكل متغير. وكانSC منظمة أطباء بلا حدود 02:24 ± 00:10 ساعة لECPs مقارنة مع 06:52 ± 00:17 ح في LCPs (t(36) = 12.2، ص < 0.0001). كما اختلفت العلامات الفسيولوجية بشكل كبير بين المجموعتين. DLMO وقعت في 20:27 ± 00:16 ساعة في ECPs وفي 23:55 ± 00:26 ساعة في LCPS (t (30) = 6.8، p < 0.0001). وقت الذروة من استجابة الصحوة الكورتيزول وقعت في 07:04 ± 00:16 ح في ECPs و 11:13 ± 00:23 ح في LCPs (t (36) = 8.0, p < 0.0001). ولوحظت نفس العلاقات مع متغيرات أكتيغرافية لبداية النوم ووقت الاستيقاظ مع متوسط بداية النوم التي تحدث في 22:57 ± 00:10 ساعة في ECPs و 02:27 ± 00:19 ح في LCPs (t(34) = 8.9، p < 0.0001) ووقت الاستيقاظ الذي يحدث في 06:33 ± 0.10 ساعة في ECPs و 10:13 ± 00:18 ح في LCPs (t(34) = 9.9 ، ص < 0.0001). لم تختلف متغيرات النوم الأخرى بما في ذلك المدة والكفاءة والكمون بشكل كبير بين المجموعات(الجدول 2).
الفرضية الثانية هي أنمنظمة أطباء بلا حدود التي تم جمعها من MCTQ ستكون مرتبطة بشكل كبير مع المؤشرات الحيوية للمرحلة القياسية الذهبية والإيقاعية. ويبين الشكل 1 أنمنظمة أطباء بلا حدود كانت مرتبطة بشكل كبير مع DLMO (R2 = 0.65، p & 0.0001)، وقت الذروة من استجابة صحوة الكورتيزول (R2 = 0.75، p < 0.0001)، بداية النوم (R2 = 0.80، p < 0.0001) ووقت الاستيقاظ (R2 = 0.86، p & 0.0001).
تظهر هذه النتائج التمثيلية أن مجموعات النمط الظاهري الإيقاعي المختلفة لديها اختلافات واضحة في بداية /إزاحة النوم (أي وقت الاستيقاظ) ، وكذلك في المتغيرات الفسيولوجية (DLMO ووقت الذروة من الكورتيزول الصباحي).
اختبار اليومية(الشكل 2)
وافترض أنه من خلال الاختبار عدة مرات على مدار اليوم، يمكن تحديد الإيقاعات اليومية في النعاس الذاتي والأداء في كل مجموعة (ECPs/LCPs). وبالإضافة إلى ذلك، كان من المفترض أنه إذا لم يتم النظر في الأنماط الظاهرية الإيقاعية وتم تحليل البيانات على مستوى المجموعة بأكملها فقط، فإن الاختلافات اليومية سوف تُسيء تمثيلها.
تم العثور على اختلافات نهارية كبيرة على مستوى المجموعة بأكملها لPVT و KSS. كان أداء PVT في جلسة اختبار 08:00 ساعة أبطأ بكثير من اختبار 14:00 ساعة(p = 0.027)، كما كان النعاس الذاتي(p = 0.024). كما تم العثور على أداء PVT أبطأ بكثير بين الساعة 08:00 و 20:00 ساعة(ص = 0.041).
عندما تم تحليل كل مجموعة بشكل منفصل، تم العثور على اختلافات نهارية كبيرة في أداء PVT في LCPs ولكن ليس في ECPs. كانت LCPs أسوأ بكثير في 08:00 ساعة مقارنة بـ 14:00 ساعة(ص = 0.0079) وأفضل في 20:00 ساعة مقارنة بالساعة 08:00 ساعة(ص = 0.0006). أظهر النعاس الذاتي اختلافات نهارية كبيرة داخل كل مجموعة. أبلغت ECPs عن ارتفاع النعاس في 20:00 ساعة مقارنة مع 08:00 ساعة(ص = 0.0054). ولوحظ العكس في LCPs الذين أبلغوا عن أعلى نعاس في 08:00 ساعة وأدنى في 20:00 ساعة. كان النعاس في الساعة 08:00 ساعة أعلى بكثير من 14:00 ساعة و 20:00 ساعة في LCPs (كلاهما p < 0.0001).
الشكل 1: تحليل الانحدار الخطي لإظهار العلاقات بين متغيرات النوم/التنبيه باستخدام الأكتيغرافيا والمؤشرات الحيوية الفسيولوجية. يتم عرض منتصف النوم المصحح في الأيام الحرة (MSFsc)كوقت من اليوم (h) على محور x. تظهر الأنماط الظاهرية الإيقاعية المبكرة (ECPs) في المربع الأزرق، الأنماط الظاهرية الإيقاعية المتأخرة (LCPs) في المربع الأحمر. (أ)وقت الذروة من استجابة الصحوة الكورتيزول (ح)،(ب)وقت الاستيقاظ (ح)،(ج)ظهور الميلاتونين الخفيف خافت (DLMO) (ح)،(د)وقت بدء النوم (ح). يتم عرض قيمة R2 في الزاوية اليمنى السفلية مع مستوى الأهمية المعروض ة عند **** = p < 0.0001. وقد عُدِّل هذا الرقم، بإذن، من فيسر - تشايلدز، وآخرون23. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: منحنيات الاختلافات اليومية في مقياس النعاس كارولينسكا وأداء مهمة اليقظة النفسية (PVT). يتم عرض الوقت من اليوم (ح) على محور x. تظهر نتائج المجموعة الكاملة في العمود الأول، والأنماط الظاهرية الإيقاعية المبكرة (ECPs) في العمود الثاني والأنماط الظاهرية الإيقاعية المتأخرة (LCPs) في العمود الثالث. (أ)النعاس الذاتي (KSS) النتيجة،(ب)وقت رد الفعل من PVT (ق). تم تركيب منحنيات الانحدار متعدد الحدود من الدرجة الثانية غير الخطية. ويظهر مستوى الأهمية على أنه ns (غير كبير)، *(p < 0.05)، **(p < 0.01)، ***(p < 0.001) و ****(p < 0.0001). وقد عُدِّل هذا الرقم، بإذن، من فيسر - تشايلدز، وآخرون23. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| متغير يقاس | فئة ECP | فئة برنامج المقارنات الدولية | فئة LCP |
| أكتيجرافيك وقت الاستيقاظ | < 07:30 ساعة | 07:31 - 08:29 ساعة | > 08:30 ساعة |
| وقت الذروة من الكورتيزول الصباح | < 08:00 | 08:01 - 08:59 ساعة | > 09:00 ساعة |
| ظهور الميلاتونين الخفيف الخافت (DLMO) | < 21:30 ساعة | 21:31 - 22:29 ساعة | > 22.30 ساعة |
| بداية النوم الأكتيغرافي | < 23:30 ساعة | 23:31 - 00:29 ساعة | > 00:30 ساعة |
| تصحيح منتصف النوم في الأيام المجانية (MSFsc) | < 04:00 ساعة | 04:01 - 04:59 ساعة | > 05:00 ساعة |
| النتيجة لكل متغير | 0 | 1 | 2 |
| مجموع نقاط | 0 - 3 | 4 - 6 | 7 - 10 |
| الفئات الفرعيه | 0 = ECP المتطرفة 1 = ECP محددة 2 = ECP معتدلة 3 = ECP خفيفة |
4 = برنامج المقارنات الدولية المبكر 5 = برنامج المقارنات الدولية 6 = برنامج المقارنات الدولية المتأخر |
7 = LCP خفيفة 8 = LCP معتدلة 9 = LCP محددة 10 = LCP المدقع |
الجدول 1: قطع التصنيف لمجموعات الفيوبينغ الإيقاعي في الفئات المبكرة (ECP) والمتوسطة (ICP) والمتأخر (LCP). يتم تخصيص كل متغير درجة لكل مشارك اعتمادا على نتيجتها ومجموع الدرجات (0-10) تسمح التصنيف في كل مجموعة وكل فئة فرعية.
| متغير يقاس | برامج EC | LCPs | اهميه |
| حجم العينة | N = 16 | N = 22 | ن/أ |
| عدد الذكور/الإناث | M = 7 | M = 7 | p = 0.51ج |
| F = 9 | F = 15 | ||
| العمر (سنوات) | 24.69 ± 4.60 | 21.32 ± 3.27 سنة | p = 0.028أ |
| الارتفاع (سم) | 171.30 ± 1.97 | 171.10 ± 2.38 | p = 0.97أ |
| الوزن (كجم) | 66.44 ± 2.78 | 67.05 ± 2.10 | p = 0.88a |
| MSFsc (hh:mm) | 02:24 ± 00:10 | 06:52 ± 00:17 | ع < 0.0001أ |
| بداية النوم (hh:mm) | 22:57 ± 00:10 | 02:27 ± 00:19 | ع < 0.0001أ |
| وقت الاستيقاظ (hh:mm) | 06:33 ± 0.10 | 10:13 ± 00:18 | ع < 0.0001أ |
| مدة النوم (ح) | 7.59 ± 0.18 | 7.70 ± 0.14 | p = 0.72a |
| كفاءة النوم (٪ ) | 79.29 ± 1.96 | 77.23 ± 1.14 | p = 0.46a |
| زمن وصول بدء النوم (hh:mm) | 00:25 ± 00:06 | 00:25 ± 00:03 | p = 0.30b |
| زاوية المرحلة (hh:mm) | 02:28 ± 00:16 | 02:34 ± 00:18 | p = 0.84a |
| خافت ضوء الميلاتونين بداية (hh:mm) | 20:27 ± 00:16 | 23:55 ± 00:26 | ع < 0.0001أ |
| الكورتيزول وقت الذروة (hh:mm) | 07:04 ± 00:16 | 11:13 ± 00:23 | ع < 0.0001أ |
الجدول 2: دراسة المتغيرات لمجموعات النمط الظاهري الإيقاعي؛ في وقت مبكر (ECPs) ووقت متأخر (LCPs). يتم عرض القيم كمتوسط ± SEM بصرف النظر عن العمر الذي يظهر كمتوسط ± SD. يتم حساب منتصف النوم المصحح في الأيام الحرة (MSFsc) من MCTQ. يتم عرض نوع الاختبارات الإحصائية المستخدمة في النص الفائق. اختبارات بارامترية،اختبارات غير بارامتريةب واختبار فيشر الدقيقج. يتم تحديد زاوية المرحلة من خلال الفرق (ح) بين بداية الميلاتونين الخفيف الخافت (DLMO) وبداية النوم. يتم تصحيح كافة القيم p24. تم تعديل هذا الجدول، بإذن، من فيسر- تشايلدز، وآخرون23.
Discussion
نظرًا للتفاعل المعقد بين التأثيرات التي تعتمد على الإيقاعي والنوم على السلوك ، فإن استكشاف المساهمات النسبية لكل منها أمر صعب. البروتوكولات المختبرية غير واقعية ومكلفة إلى حد كبير ، وبالتالي فهي تحمل صلاحية خارجية أقل عند ربط النتائج بالأداء اليومي25. ولذلك، هناك حاجة متزايدة لدراسة الأفراد في بيئتهم الأصلية لتعزيز التعميم في سياقات العالم الحقيقي. على الرغم من أن الدراسات الميدانية لا تسمح بالتحكم في التأثيرات الخارجية ، إلا أن النهج المتكامل قد يساعد على تسليط الضوء على كيفية تأثير العوامل البيولوجية والبيئية على الصحة وعلم وظائف الأعضاء والأداء23،26،27. تم تصميم هذا البروتوكول خصيصًا ليكون قادرًا على مراقبة الأفراد في بيئتهم المنزلية أثناء اتباع إجراءاتهم المعتادة. وقد تم تنفيذ بروتوكولات أخذ عينات اللعاب هذه بنجاح في بيئات صعبة مثل Amazon28 والقطب الجنوبي29 لدعم سهولة تنفيذ هذا البروتوكول.
الاستبيانات هي أداة مفيدة في دراسات النوم وcircadian لأنها تسمح بطريقة سريعة وبسيطة لجمع مجموعة واسعة من المعلومات. غير أن التناقضات بين التدابير الذاتية والموضوعية يمكن أن تخلق صعوبات عند محاولة دراسة الاختلافات الفردية. ولذلك، فإن القدرة على جمع تدابير ذاتية وموضوعية متعددة يمكن أن تعزز تصنيف مجموعات النمط الظاهري الإيقاعي. وقد أبرز هذا المزيج من الأساليب - MCTQ ، وactigraphs ، وأخذ العينات الفسيولوجية واختبار الأداء - كيف يمكن تفسير النتائج إذا لم يتم النظر في الاختلافات الفردية في الأنماط الظاهرية circadian. قياس كل هذه المتغيرات يوفر التصنيف الأكثر موثوقية من مجموعات النمط الظاهري circadian، ومع ذلك، هناك إمكانية لتطوير طريقة أكثر للسماح متطلبات أقل. على سبيل المثال، على الرغم من أن الموثوقية لا تزال يتعين التحقيق فيها، لتقليل التكلفة، يمكن للباحثين إزالة خطوة أخذ عينات الكورتيزول أو استخدام استبيان مختلف. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أنه بما أن DLMO هي علامة قياسية ذهبية حالية للتوقيت الإيقاعي وactigraphy هو طريقة قياسية لرصد أنماط الراحة/النشاط، فإن هذا سيكون متغيرات أساسية لإدراجها في التقييمات.
جدولة اختبارات الأداء على أساس أوقات الساعة بدلاً من وضع توقيتات القياس بالنسبة للفرد (الوقت البيولوجي الداخلي) يزيد من الجدوى ويسمح بتطبيق البروتوكول في إعدادات العالم الحقيقي. ومع ذلك، فإن أحد القيود المفروضة على هذا التصميم هو عدم القدرة على تحديد تأثير النظام الإيقاعي مقابل التأثيرات المثلية. ويصبح هذا تحديا ً حيث لا توجد طريقة لتأكيد آليات محددة تسهم في تحقيق النتائج. ومع ذلك، بما أن الغرض من هذا البروتوكول هو التحقيق في هذه المجموعات في سيناريو في العالم الحقيقي، فإن تقليل الآليات المعتمدة على النوم من شأنه أن يقلل من الصلاحية الخارجية للنتائج. ولذلك يمكن القول بأن استخدام طريقة متكاملة أكثر انطباقا وأكثر جدوى على الدراسات الميدانية.
المقاييس المباشرة للأداء ذات صلة وثيقة بالمجتمع، ولكن يبدو أنه بدون الأخذ في الاعتبار العوامل المؤثرة المتعددة، وخاصة الحاجة إلى تجميع الأفراد وفقًا لنوع همفيوتاي وضغط النوم، يمكن أن تكون الدراسات مفقودة النتائج الرئيسية.
كما نوقش ، وقد استخدمت على نطاق واسع PVT وKSS في العديد من مجالات البحث. بساطة PVT والمرونة في مدة المهمة يجعلها اختبار جذاب للاستخدام في circadian ودراسات تقييد النوم التي تتطلب أوقات اختبار متعددة، وقد ثبت أن تكون علامة حساسة من الحرمان من النوم30،31. على الرغم من دقة الاختبار وأوقات التفاعل الإجمالية زيادة مع مدة المهمة، و2 دقيقة، 5 دقيقة و 10 دقيقة PVT المهام تظهر كل وقت مماثل من العلاقات اليوم32.
يمكن تنفيذ تصميم البروتوكول لدينا باستخدام مجموعة من مهام الأداء المختلفة وفي نقاط زمنية أكثر تكرارًا إذا لزم الأمر. وقد أظهرت الدراسات السابقة الوقت من الآثار اليومية في كل من مقاييس الأداء البدني والمعرفي مثل القدرة الهوائية15 والوظيفة التنفيذية25. ومن شأن تنفيذ هذا البروتوكول ومراعاة الاختلافات الفردية أن يزيد من فهم كيفية دراسة الآليات التي تسهم في الأداء، ولا سيما في البيئات الأكثر تخصصاً مثل رياضات النخبة. وباختصار، يسمح هذا البروتوكول بتقييم العالم الحقيقي للنوع الظاهري الإيقاعي ويوفر نظرة ثاقبة حول كيفية قياس تأثير الوقت من اليوم على الأداء.
Disclosures
بي إم و D.J.S. هما المديران المشاركان لشركة ستوكغراند المحدودة. ولا يعلن صاحبا البلاغ عن أي مصالح مالية منافسة أخرى.
Acknowledgments
وقد تم دعم هذا العمل بتمويل من مجلس بحوث التكنولوجيا الحيوية والعلوم البيولوجية (BBSRC, BB/J014532/1) ومجلس بحوث العلوم الهندسية والفيزيائية (EPSRC, EP/J002909/1). ويحظى برنامج E.R.F.C بدعم من زمالة مسرع مخطط مخطط ويلكوم الاستئماني الاستئماني (Wellcome 204846/Z/16/Z) وحكومة أسترالية، وزارة الصناعة والابتكار والعلوم (ICG0000899/19/0602). خالص شكرنا لجميع المشاركين وStockgrand المحدودة لكواشف ازان.
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. Measuring melatonin in humans. Journal of Clinical Sleep Medicine. 4 (1), 66-69 (2008).
- 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).
