Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Alle metoder beskrevet her har blitt godkjent av University of Birmingham Research Ethics Committee.
1. Deltakerscreening og eksperimentell design
- Utfør alle metoder etter passende etiske godkjenninger, i samsvar med Helsinki-erklæringen og få skriftlig informert samtykke fra alle deltakere før noen involvering.
- Rekruttere deltakere uten tidligere diagnoser av søvn, nevrologiske eller psykiatriske lidelser, og uten å ta medisiner som påvirker søvn, melatonin eller kortisol rytmer.
- Sørg for at ingen deltakere er skiftarbeidere, deltakerne har ikke reist mer enn to tidssoner i løpet av den siste måneden, og de står fritt til å delta i studien (dvs. i stand til å forplikte seg til å bruke actiwatch, gi spyttprøver på en "fri dag" og være til stede for ytelsestesting på bestemte tidspunkter (se avsnitt 2.1)).
- Inviter deltakere som består inklusjonskriterier til å delta på et innledende oppsettmøte for å få samtykke, samle inn spørreskjemadata, motta opplæring i å samle spyttprøver hjemme og bli satt opp med en aktigrafisk enhet og søvndagbok. På dette møtet kan du gjøre deltakerne kjent med de fysiologiske prøvetakingsprotokollene for å sikre at de forstår hva som kreves (se avsnitt 3).
- Be deltakerne om å fullføre München ChronoType Questionnaire (MCTQ), som vurderer individuelle forskjeller i søvn-/vekkevariabler og lyseksponering på arbeid og gratisdager3. Dette gjør det mulig å beregne korrigerte midtid-søvntider på gratis dager (MSFsc),som brukes som en markør for kronotype.
2. Aktigrafi og søvndagbøker
- I minst to uker19 (kan være lengre tidsperioder avhengig av studiemålene), be deltakerne om å bruke en håndleddsaktivitetsmonitor eller "aktigraf", for å samle hvile-/aktivitetsmønstre og lette (1-32 000 lux) data gjennom hele studieperioden.
- Gi hver deltaker detaljer om hvordan du bruker aktigrafer, inkludert fjerning for bading / dusjing (hvis ikke vanntett) og hindre ermer som dekker dem for å tillate lysdata som skal samles inn. Sørg for at aktigrafer bæres på det ikke-dominerende håndleddet.
- I kombinasjon med aktigrafi og for å lette søvn/våkne analyse avledet fra aktigrafiske data, gi hver deltaker en søvndagbok for å fullføre på daglig basis. Sørg for at spørsmål inkluderer sengetid, søvntider, natteoppvåkninger, våkne tider, søvnkvalitet, lur og tider da aktigrafer ble fjernet.
- Samle opp aktigrafidata for hvile-/aktivitetsanalyse som eter parametrene i henhold til hva som kreves (denne studien brukte en 30 Hz samplingsfrekvens og middels følsomhetsinnstilling). Trekk ut detaljer om daglig sengetid og få opp tider fra søvndagbøker og innspill til produsentens programvare eller alternativ (f.eks. åpen kildekode validert kode for å få aktigrafiske variabler som er relevante for studien).
3. Fysiologisk prøvetaking
- Forhåndsbered prøvetakingspakker ved å merke polypropylenoppsamlingsrør eller salivettes (bruk 7 ml plastbijøs i denne studien). Merk rørene med deltaker-ID-nummer, morgen- eller kveldsnummer og individuelle prøvetakingstall. Inkluder et "ekstra" rør som skal brukes i tilfelle feil.
- Forbered et eksempelsamlingspostark for både morgen- og kveldsprotokoller slik at deltakerne kan tidsstemple når prøver tas (f.eks. morgenprøve 1, tid tatt = hh:mm, Morning Sample 2, Tid tatt = hh:mm). Inkluder deltaker-ID-nummer, dato for sesonginformasjon og sted for beregning av bildeperiode.
MERK: Det er avgjørende at militær tid brukes til å sikre at det ikke er noen problemer med AM / PM. Forskjellige fargede etiketter for morgen vs. kveldprøvetakingsrør kan også brukes til å skille mellom prøver. - Gi deltakerne de relevante protokollene for fysiologisk prøvetaking og ferdiglagde pakker under opplæring av hvordan man tar spyttprøver i sitt hjem/ arbeidsmiljø.
- Informer deltakeren om at prøver må samles på en gratis dag når deltakerne er i stand til å gå til sengs og våkne opp på foretrukne tidspunkter (dvs. uten behov for en alarm). For å sikre pålitelig beregning av DLMO, bør deltakerne ikke utføre kveldsspyttprøveprotokollen dagen før ytelsestestingen på grunn av behovet for å holde seg våken forbi vanlig sengetid.
- Be deltakerne om å bevilge en morgen og en kveld (på samme dag) i uke to av studien når de er i stand til å forplikte seg til å gi spyttprøvene. Råde deltakerne til å samle morgenprøver etterfulgt av kveldsprøver på samme dag.
MERK: Rekkefølgen på prøvetaking (morgen kveld) må følges for å sikre at eventuelle endringer i søvntidspunktet ikke påvirker resultatene (hvis kveldsprøver tas først krever å holde seg våken forbi vanlig sengetid, kan dette påvirke morgenprøvene hvis de tas neste dag). - Morgenprøvetakingsprotokoll for kortisol oppvåkningsrespons
- Sørg for at spyttprøver samles inn ved første gangs våkne opp (mens den fortsatt er i sengen), hver 15 min for den første timen og deretter hver 30 min for de neste 1 til 2 timer. Samle spyttprøver ved å spytte inn i riktig merket hetteglass (starter med nr. 1, 2, 3, etc.).
- I løpet av denne perioden må du sørge for at deltakerne: avstå fra alkoholholdige drikker, drikke som inneholder kunstig farging og mat for testperioden og avstå fra å rengjøre tenner, med eller uten tannkrem i prøvetakingsperioden.
- Når alle prøvene er gitt, må du sørge for at deltakerne lagrer prøvene sine i fryseren ved -20 °C til innhenting av forskerteamet.
MERK: Det er best å lagre prøvene frosset hvis mulig, men de vil forbli levedyktige hvis de lagres i kjøleskapet til samlingen neste dag. I henhold til human tissue act (HTA) 2004, prøver må samles inn og behandles innen syv dager etter innsamling for å gjøre dem acellulære, med mindre en HTA lisens holdes av institusjonen utfører analysen.
- Kveldsprøvetakingsprotokoll for dim light melatonin-innsettende
- Sørg for at spyttprøver samles hver 30. Samle spyttprøver ved å spytte inn i det passende merkede hetteglasset (starter med nr. 1 da 2, 3 osv.).
- I løpet av denne perioden må du sørge for at deltakerne: avstå fra koffeinholdige drikker (f.eks. te, kaffe, coca-cola) fra 6 timer før vanlig sengetid (f.eks. hvis vanlig sengetid er 22:00 h, koffeinforbruk bør stoppe kl 16:00 h på innsamlingsdagen).
- Sørg for at deltakerne forblir sittende innendørs i svakt lys (< 10 lux, f.eks, en enkelt bordlampe helst rødt lys, på den andre siden av rommet, ingen overhead lys, ingen elektroniske skjermer, gardiner lukket). Sørg for at deltakerne unngår å drikke drikkevarer som inneholder alkohol eller kunstig farging og avstå fra å rengjøre tenner, med eller uten tannkrem, i prøvetakingsperioden.
- Hvis deltakerne ønsker å spise noe, gå på toalettet eller lage en ikke-koffeinholdig drikke, sørg for at de gjør det umiddelbart etter innsamling av en prøve og prøver å bli sittende igjen i 15 minutter før neste prøve skal samles inn. Hvis mat forbrukes mellom prøver, må du sørge for at deltakerne vasker munnen ut med vann 15 min før innsamling av neste prøve.
- Sørg for at alle andre rom har samme lysforhold slik at deltakeren forblir i svakt lys (helst rødt lys) i løpet av prøvetakingsperioden.
- Når alle prøvene er gitt, må du sørge for at deltakerne lagrer prøvene sine i fryseren ved -20 °C til innhenting av forskerteamet.
MERK: Det er avgjørende at deltakerne holder seg til dim light-protokollen. Der det er mulig, bør forskerne måle lysforholdene for å overvåke intensitet og spektral sammensetning.
4. Radioimmunoassay
- Utfør RIA eller ELISA av melatonin og kortisol i human spytt for å bestemme relative konsentrasjoner på hvert tidspunkt.
MERK: Prosedyren i disse representative resultatene brukte RIA med en Jod (125I) radioaktivt merket tracer og solid faseseparasjon. Denne protokollen er ansatt rutinemessig i Chronobiology Laboratory, University of Surrey, UK20. - Beregn individuelle DLMOer som et tidspunkt hvor melatoninkonsentrasjon en overskrider to standardavvik for de tre grunnlinjemålene (de tre første prøvene).
MERK: Denne metoden justeres for individuelle baselineforskjeller sammenlignet med bruk av en flat hastighetskonsentrasjon14. Andre metoder kan brukes avhengig av tidspunktene som brukes i prøvetakingen (f.eks. over en 24-års periode for en fullstendig profil14). - Beregn kortisoltoppen som tiden for høyeste kortisolkonsentrasjon registrert i løpet av morgenkortisoloppvåkningsresponsen.
5. Diurnal ytelsestesting
MERK: Tiltakene som ble brukt i denne protokollen er Psychomotor Vigilance Task (PVT)21, og Karolinska Sleepiness Scale (KSS)22. Andre tester kan imidlertid brukes til å holde samme design avhengig av målet med studien (f.eks. hvis studien undersøkte virkningen av circadian fenotype på arbeidsminne, ville det være nødvendig med en minneoppgave).
- Be deltakerne om å utføre minst én (avhengig av oppgaven) praksis prøve i løpet av uken før testing for å gjøre seg kjent med oppsettet.
MERK: Øvelsesforsøk kan gjøres eksternt hvis de overvåkes. Antall praksistester bør skreddersys basert på oppgaven(e) som brukes i studien. En mer kompleks utøvende funksjonsoppgave kan for eksempel kreve en rekke øvelsestester for å nå et platå sammenlignet med en enklere oppgave. - Ordne testøkter i henhold til studien hypoteser basert på antall tidspunkter som undersøkes ved bestemte klokketider.
MERK: Avhengig av studiedesignen kan ytelsestesting utføres hjemme eller i laboratoriet. På grunn av protokollens tidsfølsomme karakter, hvis ytelsestesting er gjort i hjemmemiljøet, må overholdelse overvåkes for å sikre at deltakerne utfører det selv, samt å være tid og dato stemplet. - Gjennomføre testing på en relevant enhet (denne studien brukte en DQ67OW, i7-2600 prosessor, 4GB RAM, 32-biters skrivebord med et standard tastatur og mus).
MERK: Hvis en bærbar PC, iPad eller annen enhet er nødvendig for testing, må du sørge for at samme enhet og innstillinger brukes gjennom hele studien for alle deltakere og hver testøkt på grunn av potensiell variasjon i responsfra en mus kontra styrepute kontra berøringsskjerm.
6. Analyse
- Kategoriser circadian fenotype grupper basert på deres verdi for de fem variablene samlet: MSFsc, våkne opp tid, peak time av kortisol oppvåkning respons, DLMO og søvn utbruddet (avskårne er gitt i tabell 1).
- Tildele en poengsum per variabel for hver deltaker. 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 deltaker for eksempel er i LCP-kategorien for alle variabler, vil de samle en poengsum på 10. Av en total score fra 0-10 identifisere deltakere som EPer (0-3), ICPs (4-6) og LCPs (7-10).
- Fra total score, underkategorier av circadian fenotyper kan bestemmes som følger: 0 = ekstreme ECP, 1 = bestemt ECP, 2 = moderat ECP, 3 = mild ECP, 4 = tidlig ICP, 5 = ICP, 6 = sent ICP, 7 = mild LCP, 8 = moderat LCP, 9 = bestemt.
MERK: Statistisk analyse bør bestemmes basert på forskningsspørsmålene for individuelle studier. Ikke-parametriske tester bør brukes der data ikke følger en normal fordeling. Post hoc-tester bør kjøres for å bestemme tid på dageffekter. Ved måling av en rekke parametere bør ytterligere korrigeringer av flere sammenligninger gjøres (f.eks. FDR-korrigering av p-verdier).
Representative Results
Disse resultatene i EP og LCPs har tidligere blitt publisert av Facer-Childs, Campos, et al.23. Alle tillatelser er hentet fra utgiveren. For studier som krever en undersøkelse av alle tre gruppene (Tidlig, Middels og Sent), kan de samme metodene og avskårne brukes.
Circadian Phenotyping (tabell 1, tabell 2 og figur 1)
Den første hypotesen som presenteres i denne artikkelen er at gruppene vil avvike betydelig i søvn- og circadian variabler. Fra deltakerne (n = 22) som deltok i denne studien, hadde de som ble kategorisert som efmenn en score mellom 0-1 og alle LCPs mellom 8-10 (kutt gitt i tabell 1). For å bekrefte disse resultatene ble gruppegjennomsnittene sammenlignet for hver variabel. MSFsc var 02:24 ± 00:10 h for EP sammenlignet med 06:52 ± 00:17 t i LCPs (t(36) = 12,2, p < 0,0001). Fysiologiske markører var også betydelig forskjellig mellom de to gruppene. DLMO skjedde ved 20:27 ± 00:16 h i EP og ved 23:55 ± 00:26 t i LCPS (t(30) = 6,8, p < 0,0001). Maksimal tid for kortisol oppvåkning svar skjedde på 07:04 ± 00:16 h i EPer og 11:13 ± 00:23 h i LCPs (t(36) = 8,0, p < 0,0001). De samme relasjonene ble observert med aktigrafiske variabler for søvnutbrudd og vekke tidspunkter med gjennomsnittlig søvnstart ved 22:57 ± 00:10 h i EPER og 02:27 ± 00:19 h i LCPs (t(34) = 8,9, p < 0,0001) og vekketid som forekommer klokken 06:33 ± 0,10 timer i EPER og 10:13 ± 00:18 h i LCPs (t(34) = 9,9, p < 0,0001). Andre søvnvariabler, inkludert varighet, effektivitet og ventetid, var ikke signifikant forskjellig mellom gruppene (tabell 2).
Den andre hypotesen er at MSFsc samlet fra MCTQ ville være betydelig korrelert med gull standard aktigrafiske og circadian fase biomarkører. Figur 1 viser atMSF-sc var signifikant korrelert med DLMO (R2 = 0,65, p < 0,0001), topptid for kortisol oppvåkningsrespons (R2 = 0,75, p < 0,0001), søvnstart (R2 = 0,80, p < 0,0001) og vekke tid (R2 = 0,86, p < 0,0001).
Disse representative resultatene viser at de ulike circadian fenotypegruppene har klare forskjeller i søvninnsettelse/forskyvning (dvs. våkne tid), samt i fysiologiske variabler (DLMO og topptid på morgenkortisol).
Diurnal Testing (Figur 2)
Det var hypotetisk at ved å teste flere ganger i løpet av dagen, diurnal rytmer i subjektiv søvnighet og ytelse ville være i stand til å bli identifisert i hver gruppe (ECPs / LCPs). I tillegg var det hypotetisk at hvis circadian fenotyper ikke ble vurdert og data ble analysert på et helt gruppenivå bare, ville diurnal variasjoner bli feilrepresentert.
Betydelige dagsvariasjoner ble funnet på hele gruppenivå for PVT og KSS. PVT-ytelsen ved 08:00 h-testøkten var betydelig langsommere enn 14:00 h-testen(p = 0,027), som var subjektiv søvnighet(p = 0,024). Betydelig langsommere PVT ytelse ble også funnet mellom 08:00 h og 20:00 h(p = 0,041).
Når hver gruppe ble analysert separat, ble det funnet betydelige dagaktive variasjoner i PVT-ytelse i LCPs, men ikke i EP. LCPs var betydelig verre ved 08:00 h sammenlignet med 14:00 h(p = 0,0079) og bedre på 20:00 h sammenlignet med 08:00 h(p = 0,0006). Subjektiv søvnighet viste betydelige dagvariasjoner i hver gruppe. Efadresser rapporterte høyere søvnighet ved 20:00 h sammenlignet med 08:00 h(p = 0,0054). Det motsatte ble observert hos LCPs som rapporterte høyest søvnighet på 08:00 h og laveste på 20:00 h. Søvnighet ved 08:00 h var betydelig høyere enn 14:00 h og 20:00 h i LCPs (både p < 0,0001).
Figur 1: Lineær regresjonsanalyse for å vise sammenhenger mellom søvn-/vekkevariabler ved hjelp av aktigrafi og fysiologiske biomarkører. Korrigert midt i søvn på fridager (MSFsc) vises som klokkeslett (h) på x-aksen. Tidlige circadian fenotyper (EcPs) er vist i den blå boksen, Sen circadian fenotyper (LCPs) i den røde boksen. (a) Maksimal tid for kortisol oppvåkningsrespons (h), (b) Vekke tid (h), (c) Dim lys melatonin innsettende (DLMO) (h), (d) Sov innsettende tid (h). R2-verdien vises nederst til høyre med betydningsnivå vist på **** = p < 0,0001. Dette tallet er endret, med tillatelse, fra Facer-Childs, et al.23. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2: Diurnal variasjoner kurver i Karolinska Sleepiness Scale og Psychomotor Vigilance Task (PVT) ytelse. Klokkeslett (h) vises på x-aksen. Hele grupperesultater er vist i den første kolonnen, Tidlig circadian fenotyper (EP) i den andre kolonnen og Sen circadian fenotyper (LCPs) i den tredje kolonnen. (a) Subjektiv søvnighet (KSS) score, (b) Reaksjonstid fra PVT (e). Andre ordre polynomial ikke-lineære regresjonkurver er montert. Signifiseringsnivået vises som ns (ikke signifikant), * (p < 0,05), ** (p < 0,01), *** (p < 0,001) og **** (p < 0,0001). Dette tallet er endret, med tillatelse, fra Facer-Childs, et al.23. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
| Variabel målt | ECP-kategori | ICP-kategori | LCP-kategori |
| Aktigrafisk våkne tid | < 07:30 h | 07:31 - 08:29 h | > 08:30 h |
| Peak tid på morgenen kortisol | 08:00 | 08:01 - 08:59 h | > 09:00 h |
| Dim lys melatonin utbruddet (DLMO) | 21:30 t | 21:31 til 22:29 h | > 22,30 h |
| Aktigrafisk søvnutbrudd | 23:30 t | 23:31 - 00:29 h | > 00:30 h |
| Korrigert midt i søvn på gratis dager (MSFsc) | 04:00 t | 04:01 - 04:59 h | > 05:00 h |
| Poengsum per variabel | 0 | 1 | 2 |
| TOTAL POENGSUM | 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 |
Tabell 1: Kategorisering avskåret for circadian fenotyping i tidlig (ECP), Mellomliggende (ICP) og Sen (LCP) grupper. Hver variabel tildeles en poengsum per deltaker avhengig av resultatet, og totale poengsummer (0-10) tillater kategorisering i hver gruppe og hver underkategori.
| Variabel målt | Ep-leverandører | LcPs (andre kan si) | Betydning |
| Eksempel størrelse | N = 16 | N = 22 | N/a |
| Antall menn/kvinner | 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 |
| Høyde (cm) | 171,30 ± 1,97 | 171,10 ± 2,38 | p = 0,97a |
| Vekt (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 |
| Søvn innsettende (tt:mm) | 22:57 ± 00:10 | 02:27 ± 00:19 | p < 0,0001a |
| Vekketid (tt:mm) | 06:33 ± 0,10 | 10:13 ± 00:18 | p < 0,0001a |
| Søvn varighet (h) | 7,59 ± 0,18 | 7,70 ± 0,14 | p = 0,72a |
| Søvneffektivitet (%) | 79,29 ± 1,96 | 77,23 ± 1,14 | p = 0,46a |
| Sleep Onset Ventetid (tt:mm) | 00:25 ± 00:06 | 00:25 ± 00:03 | p = 0,30b |
| Fasevinkel (tt:mm) | 02:28 ± 00:16 | 02:34 ± 00:18 | p = 0,84a |
| Dim Light Melatonin Innfelt (tt:mm) | 20:27 ± 00:16 | 23:55 ± 00:26 | p < 0,0001a |
| Kortisol peak tid (tt:mm) | 07:04 ± 00:16 | 11:13 ± 00:23 | p < 0,0001a |
Tabell 2: Studievariabler for døgnlagfenotypegrupper; Tidlig (EPer) og Late (LCPs). Verdier vises som gjennomsnittlig ± SEM bortsett fra alder som er vist som gjennomsnitt ± SD. Korrigert midt i søvn på fridager (MSFsc) beregnes fra MCTQ. Type statistiske tester som brukes, vises i hevet skrift; parametriske testera, ikke-parametriske testerb og Fishers eksakte testc. Fasevinkel bestemmes av forskjellen (h) mellom svakt lys melatonin-innsettende (DLMO) og søvninnsettende. Alle p-verdier er FDR korrigert24. Denne tabellen er endret, med tillatelse fra Facer-Childs, et al.23.
Discussion
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.
Disclosures
B.M. og D.J.S. er meddirektører i Stockgrand Ltd. Forfatterne erklærer ingen andre konkurrerende økonomiske interesser.
Acknowledgments
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.
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).
