Her presenterer vi en metode for å undersøke dagrytningsrytmer i ytelse etter nøyaktig kategorisering av deltakere i circadian fenotypegrupper basert på München ChronoType Questionnaire, gullstandard circadian fase biomarkører og aktigrafiske tiltak.
I vårt kontinuerlig utviklende “døgnet rundt” samfunn, er det behov for å øke vår forståelse av hvordan endringer i biologi, fysiologi og psykologi påvirker vår helse og ytelse. Innebygd i denne utfordringen, er det økende behovet for å ta hensyn til individuelle forskjeller i søvn og døgnrytme, samt å utforske virkningen av tid på dagen på ytelse i den virkelige verden. Det finnes en rekke måter å måle søvn og døgnrytme fra subjektive spørreskjemabaserte metoder til objektiv søvn/våkneovervåking, aktigrafi og analyse av biologiske prøver. Dette papiret foreslår en protokoll som kombinerer flere teknikker for å kategorisere enkeltpersoner i tidlig, middels eller sen circadian fenotype grupper (ECPs / ICPs / LCPs) og anbefaler hvordan du utfører dagstesting i feltet. Representative resultater viser store forskjeller i hvileaktivitetsmønstre avledet fra aktigrafi, circadian fase (svakt lys melatonin utbruddet og topptid av kortisol oppvåkning respons) mellom circadian fenotyper. I tillegg understreker betydelige forskjeller i dagaktive ytelsesrytmer mellom eper og LCPs behovet for å ta hensyn til circadian fenotype. Oppsummert, til tross for vanskelighetene med å kontrollere påvirkende faktorer, tillater denne protokollen en reell vurdering av virkningen av circadian fenotype på ytelse. Dette papiret presenterer en enkel metode for å vurdere circadian fenotype i feltet og støtter behovet for å vurdere tid på dagen når du utformer ytelsesstudier.
På atferdsnivå kan det å vurdere individuelle hvile-/aktivitetsmønstre gjøres ved hjelp av subjektive spørreskjemabaserte metoder eller objektiv overvåking gjennom aktivering av håndleddet. Aktigrafiske data har blitt validert mot polysomnografi (PSG) for ulike søvnparametere, inkludert: total søvntid, søvneffektivitet og våkne etter søvnutbruddet1. Selv om PSG er kjent som gullstandarden for måling av søvn, er det utfordrende å bruke i lengre perioder utenfor søvnlaboratoriet2. Derfor er aktigrafer ment å gi et enkelt, mer kostnadseffektivt alternativ til PSG og tillate overvåking av 24 timers hvile /aktivitetsmønster. Subjektive selvrapporttiltak kan definere ens ‘chronotype’ ved hjelp av München ChronoType Questionnaire (MCTQ)3,eller diurnal preferanse ved hjelp av Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ)4. Gruppene i hver ende av dette spekteret kan refereres til som tidlig circadian fenotyper (EcPs) og sen circadian fenotyper (LCPs) med de i mellom som Intermediate circadian fenotyper (ICPs).
Selv om ep og LCPs er tydelig skilles gjennom deres oppførsel (dvs. søvn / våkne mønstre), disse individuelle forskjellene er også delvis drevet av variasjoner i fysiologi5 og genetisk predisposisjon6,7. Fysiologiske biomarkører brukes ofte til å bestemme circadian fase / timing av en person. To av de viktigste hormonene som indikerer circadian timing er melatonin, som stiger om kvelden for å nå en topp midt på natten, og kortisol, som topper om morgenen8. Ved hjelp av disse circadian fase markører, individuelle forskjeller i søvn-våkne mønstre er i stand til å bli identifisert. For eksempel, dim lys melatonin utbruddet (DLMO)9,10 og tidspunktet for kortisol oppvåkning respons11,12 topp tidligere i ECPs, som speiles av døgnrytmen av kjernekroppstemperatur13. Spytt tillater enkel, sikker og ikke-invasiv samling som disse hormonene kan analyseres av radioimmunoassay (RIA) eller enzymbundet immunosorbent analyse (ELISA) uten behov for å trekke ut cellulært materiale. RIA og ELISA er følsomme og spesifikke analyser som oppdager konsentrasjoner av antigener i biologiske prøver (f.eks. blod, plasma eller spytt), gjennom antistoffreaksjoner som involverer radiomerkede isotoper (f.eks. jod (125I) eller enzymrelaterte antistoffer14).
Strengt kontrollerte laboratorieprotokoller som konstant rutine (CR) og tvungen desynkron (FD) er gullstandarden innen kronologi for å studere endogene døgnrytmer15. Det er imidlertid et økende behov for å studere enkeltpersoner i deres hjemmemiljø utenfor kunstige laboratorieinnstillinger for å samle kontekstuelle data og øke den eksterne gyldigheten av resultater. Derfor krever vi bedre måter å kategorisere, måle og vurdere individuelle forskjeller i feltet på. I tillegg har diurnal variasjoner i ulike tiltak av fysisk (aerob kapasitet, muskelstyrke) og kognitiv (reaksjonstid, vedvarende oppmerksomhet, utøvende funksjon) ytelse blitt avdekket med EcPs utfører bedre tidligere på dagen og LCPs om kvelden16,17. Dette understreker at tid på dagen og circadian fenotype bør være faktorer som vurderes når du utfører ytelsestesting i forskningsstudier.
Antall ulike tiltak og protokoller som brukes i laboratoriestudier gjør det mulig å implementere svært kontrollerte forhold. Feltstudier har en tendens til å være mer utfordrende på grunn av antall påvirkende faktorer. Derfor, ved hjelp av en mer helhetlig tilnærming ved å kombinere flere teknikker kan gi mer nøyaktighet når du overvåker en persons atferd, psykologi og ytelse i hjemmemiljøet18. Her diskuterer vi en metode som lett kan implementeres i feltet for å identifisere individuelle forskjeller i circadian fenotyper ved hjelp av MCTQ, aktigrafi og fysiologiske biomarkører. Vi hypoteser om at disse variablene vil variere betydelig mellom circadian fenotype grupper og vil være betydelig korrelert med chronotype (= korrigert midt i søvn på frie dager (MSFsc) samlet fra MCTQ). Videre foreslår vi måter å måle diurnal ytelse, fremhever behovet for å analysere data separat for hver circadian fenotype gruppe. Vi hypoteser om at forskjeller i dagaktive ytelsesrytmer vil bli skjult hvis data bare analyseres på hele befolkningsnivå.
På grunn av den komplekse interaksjonen mellom circadian- og søvnavhengige påvirkninger på atferd, er det utfordrende å utforske de relative bidragene til hver av dem. Laboratoriebaserte protokoller er i stor grad urealistiske og dyre, og har dermed dårligere ekstern gyldighet når det gjelder resultater til daglig funksjon25. Derfor er det økende behov for å studere enkeltpersoner i deres hjemmemiljø for å fremme generalizability til virkelige sammenhenger. Selv om feltstudier ikke tillater kontroll av eksogene påvirkninger, kan en integrert tilnærming bidra til å kaste lys over hvordan både biologiske og miljømessige faktorer påvirker helse, fysiologi og ytelse23,26,27. Denne protokollen ble utviklet spesielt for å kunne overvåke enkeltpersoner i deres hjemmemiljø mens de fulgte sine vanlige rutiner. Disse spyttprøveprotokollene har blitt gjennomført i utfordrende miljøer som Amazon28 og Antarktis29 som støtter hvor enkelt det er å gjennomføre denne protokollen.
Spørreskjemaer er et nyttig verktøy i søvn- og circadian studier som de tillater en rask og enkel måte å samle et bredt spekter av informasjon. Avvik mellom subjektive og objektive tiltak kan imidlertid skape vanskeligheter når man forsøker å studere individuelle forskjeller. Derfor kan det å kunne samle inn flere subjektive og objektive tiltak styrke kategoriseringen av circadian fenotypegrupper. Denne kombinasjonen av metoder – MCTQ, aktigrafi, fysiologisk prøvetaking og ytelsestesting – har fremhevet hvordan resultatene kan feiltolkes hvis individuelle forskjeller i circadian fenotyper ikke vurderes. Måling av alle disse variablene gir den mest pålitelige kategoriseringen av circadian fenotypegrupper, men det er potensial for å utvikle metoden videre for å tillate færre krav. For eksempel, selv om påliteligheten gjenstår å undersøke, for å redusere kostnadene, kan forskerne fjerne kortisolprøvetrinnet eller bruke et annet spørreskjema. Det ville være verdt å merke seg, men at siden DLMO er en nåværende gull standard markør for circadian timing og aktigrafi er en standard metode for overvåking hvile / aktivitet mønstre, dette ville være viktige variabler å inkludere i vurderinger.
Planlegging av ytelsestester basert på klokketider i stedet for å basere tidsberegninger i forhold til den enkelte (intern biologisk tid) øker gjennomførbarheten og gjør at protokollen kan brukes i virkelige omgivelser. En begrensning av denne designen er imidlertid manglende evne til å bestemme påvirkning av circadian systemet vs. homeostatic påvirkninger. Dette blir en utfordring, da det ikke er mulig å bekrefte spesifikke mekanismer som bidrar til resultatene. Men siden formålet med denne protokollen er å undersøke disse gruppene i et reelt scenario, vil reduksjon av søvnavhengige mekanismer minimere den eksterne gyldigheten av resultatene. Det kan derfor hevdes at bruk av en integrert metode er mer anvendelig og mer mulig for feltstudier.
Direkte tiltak for ytelse er svært relevante for samfunnet, men det ser ut til at uten å ta hensyn til de mange påvirkende faktorene, spesielt behovet for å gruppere enkeltpersoner i henhold til deres circadian fenotype og søvntrykk, kan studier mangle viktige resultater.
Som diskutert har PVT og KSS blitt mye brukt på mange forskningsområder. Enkelheten i PVT og fleksibilitet i oppgavevarighet gjør det til en attraktiv test å bruke i circadian og søvn begrensning studier som krever flere testtider, og har vist seg å være en følsom markør for søvnmangel30,31. Selv om testnøyaktigheten og de generelle reaksjonstidene øker med aktivitetsvarighet, viser alle PVT-oppgavene på 2 minutter, 5 min og 10 min, lignende tid pådag32.
Vår protokolldesign kan implementeres ved hjelp av en rekke ulike ytelsesoppgaver og på hyppigere tidspunkter om nødvendig. Tidligere studier har vist tid på dageffekter i både fysiske og kognitive ytelsesberegninger som aerob kapasitet15 og utøvende funksjon25. Implementering av denne protokollen og regnskap for individuelle forskjeller vil øke forståelsen av hvordan man studerer mekanismene som bidrar til ytelse, spesielt i flere nisjemiljøer som toppidrett. Oppsummert tillater denne protokollen en reell vurdering av circadian fenotype og gir et innblikk i hvordan man måler virkningen av tid på dagen på ytelse.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av finansiering 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 ble støttet av et Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (ISSF) Scheme accelerator fellowship (Wellcome 204846/Z/16/Z) og en australsk regjering, Institutt for industri, innovasjon og vitenskap stipend (ICG000899/19/0602). Vår oppriktige takk er til alle deltakere og Stockgrand Ltd for analyse reagenser.
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 |