Summary
Här presenterar vi en metod för att undersöka dygnsrytm i prestanda efter noggrann kategorisering av deltagare i dygnsrytmen fenotyp grupper baserat på München ChronoType Frågeformulär, guldstandard dygnsrytm fas biomarkörer och aktigrafiska åtgärder.
Abstract
I vårt ständigt växande "dygnet runt"-samhälle finns det ett behov av att öka vår förståelse för hur förändringar i biologi, fysiologi och psykologi påverkar vår hälsa och prestation. Inbäddad i denna utmaning, är det ökande behovet av att ta hänsyn till individuella skillnader i sömn och dygnsrytm, samt att utforska effekterna av tid på dagen på prestanda i den verkliga världen. Det finns ett antal sätt att mäta sömn och dygnsrytm från subjektiva frågeformulärsbaserade metoder till objektiv sömn/väckningsövervakning, aktigrafi och analys av biologiska prover. Detta dokument föreslår ett protokoll som kombinerar flera tekniker för att kategorisera individer i tidiga, mellanliggande eller sen dygnsrytm fenotyp grupper (ECPs / ICPs / LCPs) och rekommenderar hur man utför dygnsprestanda testning i området. Representativa resultat visar stora skillnader i vila-aktivitet mönster som härrör från aktigrafi, dygnsrytm fas (svagt ljus melatonin debut och topptid av kortisol uppvaknande svar) mellan dygnsrytmen fenotyper. Dessutom betonar betydande skillnader i dygnsprestanda rytmer mellan ECPs och LCPs behovet av att redogöra för dygnsrytmen fenotyp. Sammanfattningsvis, trots svårigheterna att kontrollera påverka faktorer, tillåter detta protokoll en verklig bedömning av effekterna av dygnsrytmen fenotyp på prestanda. Detta dokument presenterar en enkel metod för att bedöma dygnsrytm fenotyp i området och stöder behovet av att överväga tid på dagen när man utformar prestationsstudier.
Introduction
På beteendenivå kan bedömning av individuella vila/aktivitetsmönster göras med hjälp av subjektiva frågeformulärsbaserade metoder eller objektiv övervakning genom handledensaktigrafi. Actigraphic data har validerats mot polysomnografi (PSG) för olika sömn parametrar inklusive: total sömntid, sömneffektivitet och vakna efter sömn debut1. Även om PSG är känd som guldmyntfoten för att mäta sömn, är det svårt att använda under längre perioder utanför sömnlaboratoriet2. Därför är actigraphs avsedda att ge ett enkelt, mer kostnadseffektivt alternativ till PSG och möjliggöra övervakning av 24 h vila / aktivitet mönster. Subjektiva självrapporteringsåtgärder kan definiera ens "chronotype" med hjälp av München ChronoType Questionnaire (MCTQ)3, eller dygnspreferens med hjälp av Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ)4. Grupperna i vardera änden av detta spektrum kan kallas tidig dygnsrytm fenotyper (ECPs) och sen dygnsrytm fenotyper (LCPs) med dem däremellan som Intermediate dygnsrytm fenotyper (ICPs).
Även om ECPs och LCP är klart urskiljbara genom sitt beteende (dvs. sömn / vakna mönster), dessa individuella skillnader är också delvis drivs av variationer ifysiologi 5 och genetisk predisposition6,7. Fysiologiska biomarkörer används ofta för att bestämma dygnsrytmen fas / timing av en individ. Två av de viktigaste hormonerna tyder på dygnsrytm timing är melatonin, som stiger på kvällen för att nå en topp mitt i natten, och kortisol, som toppar på morgonen8. Med hjälp av dessa dygnsrytmfasmarkörer kan individuella skillnader i sömn-vakna mönster identifieras. Till exempel, svagt ljus melatonin debut (DLMO)9,10 och tiden för kortisol uppvaknande svar11,12 topp tidigare i ECPs, som speglas av dygnsrytmen av kroppstemperaturen13. Saliv möjliggör enkel, säker och noninvasive samling från vilken dessa hormoner kan analyseras genom radioimmunoassay (RIA) eller enzym-linked immunsorbent analys (ELISA) utan att behöva extrahera något cellulärt material. RIA och ELISA är känsliga och specifika analyser som detekterar koncentrationer av antigener i biologiska prover (t.ex. blod, plasma eller saliv), genom antigenantikroppsreaktioner som involverar radiomärkta isotoper (t.ex. jod (125I) eller enzymrelaterade antikroppar14).
Strängt kontrollerade laboratorieprotokoll såsom konstant rutin (CR) och påtvingad desynkron (FD) är guldmyntfoten inom chronobiology för att studera endogen dygnsrytm15. Det finns dock ett ökande behov av att studera individer i deras hemmiljö utanför artificiella laboratoriemiljöer för att samla in kontextuella data och öka resultatens externa giltighet. Därför behöver vi bättre sätt att kategorisera, mäta och bedöma individuella skillnader i området. Dessutom har dygnsvariationer i olika mått på fysisk (aerob kapacitet, muskelstyrka) och kognitiv (reaktionstid, ihållande uppmärksamhet, verkställande funktion) prestanda upptäckts med ECP presterar bättre tidigare på dagen ochLCP på kvällen16,17. Detta betonar att tid på dagen och dygnsrytm fenotyp bör vara faktorer som beaktas när de utför prestandatester i forskningsstudier.
Antalet olika åtgärder och protokoll som används i laboratoriestudier gör det möjligt att genomföra mycket kontrollerade förhållanden. Fältstudier tenderar att vara mer utmanande på grund av antalet påverkande faktorer. Därför, med hjälp av en mer holistisk strategi genom att kombinera flera tekniker kan ge mer noggrannhet när du övervakar en individs beteende, psykologi och prestanda i sin hemmiljö18. Här diskuterar vi en metod som enkelt kan implementeras inom området för att identifiera individuella skillnader i dygnsrytmfenotyper med hjälp av MCTQ, aktigrafi och fysiologiska biomarkörer. Vi tställa hypotesen att dessa variabler kommer att skilja sig avsevärt mellan dygnsrytmen fenotyp grupper och kommer att vara betydligt korrelerade med chronotype (= korrigeras mitten av sömnen på lediga dagar (MSFsc) som samlats in från MCTQ). Dessutom föreslår vi sätt att mäta dygnsprestanda, belyser behovet av att analysera data separat för varje dygnsrytm fenotyp grupp. Vi hypotesen att skillnader i dygnsprestanda rytmer kommer att skymmas om data endast analyseras på hela befolkningsnivå.
Protocol
Alla metoder som beskrivs här har godkänts av University of Birmingham Research Ethics Committee.
1. Deltagarkontroll och experimentell utformning
- Utföra alla metoder efter lämpliga etiska godkännanden, i enlighet med Helsingforsdeklarationen och få skriftligt informerat samtycke från alla deltagare innan någon inblandning.
- Rekrytera deltagare utan tidigare diagnoser av sömn, neurologiska eller psykiska störningar, och utan att ta några mediciner som påverkar sömn, melatonin eller kortisol rytmer.
- Se till att inga deltagare är skiftarbetare, deltagarna har inte rest mer än två tidszoner under den senaste månaden och de är fria att delta i studien (dvs. kunna åta sig att bära actiwatch, ge salivprover på en "ledig dag" och vara närvarande för prestandatester vid specifika tidpunkter (se avsnitt 2.1)).
- Bjud in deltagare som klarar inkluderingskriterier för att delta i ett första möte för att få samtycke, samla in enkätdata, få utbildning i att samla in salivprover hemma och inrättas med en aktigrafisk enhet och sömndagbok. Vid detta möte bekantar du deltagarna med de fysiologiska provtagningsprotokollen för att se till att de förstår vad som krävs (se avsnitt 3).
- Be deltagarna att fylla i München ChronoType Questionnaire (MCTQ), som bedömer individuella skillnader i sömn / vakna variabler och ljusexponering på arbetet och fria dagar3. Detta gör det möjligt att beräkna korrigerade mellan-sömn gånger på lediga dagar (MSFsc), som används som en markör för kronotyp.
2. Aktigrafi och sömndagböcker
- Under minst två veckor19 (kan vara längre tidsperioder beroende på studiens mål), be deltagarna att bära en handledsaktivitetsmonitor eller "aktigraf", att samla in rest-/aktivitetsmönster och lätta (1-32 000 lux) data under hela studieperioden.
- Ge varje deltagare information om hur man använder aktigrafer, inklusive avlägsnande för bad / dusch (om inte vattentät) och förhindra hylsor som täcker dem för att tillåta ljusdata som skall samlas in. Se till att aktigrafer bärs på den icke-dominerande handleden.
- I kombination med aktigrafi och för att underlätta sömn/väckningsanalys som härrör från de aktigrafiska data, ge varje deltagare en sömndagbok att slutföra dagligen. Se till att frågor som ställs inkluderar sänggåenden, sömntider, nattuppvaknanden, vakna tider, sömnkvalitet, tupplurar och tider när aktigrafer togs bort.
- Samla in aktigrafidata för rest/aktivitetsanalys som lägger in parametrarna enligt vad som krävs (denna studie använde en 30Hz samplingsfrekvens och medelkänslighetsinställning). Extrahera uppgifter om daglig sänggåendet och få upp tider från sömndagböcker och input till tillverkarens programvara eller alternativ (t.ex. validerad kod med öppen källkod för att erhålla actigrafiska variabler som är relevanta för studien).
3. Fysiologisk provtagning
- Förbered provtagningsförpackningar genom märkning av polypropylenuppsamlingsrör eller salivetter (använd 7 ml plastbijous i denna studie). Märk rören med deltagarnummer, morgon- eller kvällsnummer och individuella provtagningsnummer. Inkludera ett "reservrör" att använda vid misstag.
- Förbered ett provinsamlingsregisterblad för både morgon- och kvällsprotokoll så att deltagarna kan tidsstämpel när prover tas (t.ex. morgonprov 1, Tid taget = hh:mm, Morgonprov 2, Tid taget = hh:mm). Inkludera deltagar-ID-nummer, datum för säsongsinformation och plats för beräkning av fotoperiod.
OBS: Det är viktigt att militär tid används för att säkerställa att det inte finns några problem med AM / PM. Olika färgade etiketter för morgon kontra kväll provtagning rör kan också användas för att skilja mellan prover. - Ge deltagarna relevanta protokoll för fysiologisk provtagning och färdiga förpackningar under utbildning av hur man tar salivprover i sin hem-/arbetsmiljö.
- Informera deltagaren om att prover måste samlas in en ledig dag när deltagarna kan gå och lägga sig och vakna vid önskade tidpunkter (dvs. utan att behöva larma). För att säkerställa tillförlitlig beräkning av DLMO bör deltagarna inte utföra kvällens salivprovtagningsprotokoll dagen före prestandatesterna på grund av behovet av att hålla sig vaken efter vanlig sänggåendet.
- Be deltagarna att tilldela en morgon och en kväll (samma dag) under vecka två av studien när de kan åta sig att ge salivproverna. Råda deltagarna att samla in morgonprover följt av kvällsprover samma dag.
OBS: Provtagningsordningen (morgon då kväll) måste följas för att säkerställa att eventuella förändringar i sömntid inte påverkar resultaten (om kvällsprover tas först kräver att hålla sig vaken efter vanlig sänggåendet, kan detta påverka morgnarna prover om det tas följande dag). - Morgonprovtagningsprotokoll för kortisoluppvaknande svar
- Se till att salivprover samlas in vid den första väckningen (medan de fortfarande är i sängen), var 15:e minut under den första timmen och sedan var 30:e minut under de kommande 1 till 2 h. Samla upp salivprover genom att spotta i den lämpligt märkta flaskan (från nr 1, 2, 3 osv.).
- Under denna period, se till att deltagarna: avstå från alkoholhaltiga drycker, drycker som innehåller artificiell färg och mat under testperioden och avstå från att rengöra tänder, med eller utan tandkräm under provtagningsperioden.
- När alla prover har lämnats, se till att deltagarna lagrar sina prover i frysen vid -20 °C fram till insamling av forskargruppen.
OBS: Det är bäst att förvara proverna frysta om möjligt, men de kommer att förbli livskraftiga om de förvaras i kylskåpet tills samlingen nästa dag. Enligt Human Tissue Act (HTA) 2004 måste prover samlas in och bearbetas inom sju dagar efter insamlingen för att göra dem acellulära, såvida inte en HTA-licens innehas av den institution som utför analysen.
- Kvällsprovtagningsprotokoll för svagt ljus melatonin debut
- Se till att salivprover samlas in var 30:e minut från 3 till 4 timmar före vanlig sänggående till 1 till 2 h efter vanlig sänggående (t.ex. om den vanliga läggdags är 22:00 h, skulle deltagaren börja kl 18:00/19:00 h till 23:00/00:00 h). Samla upp salivprover genom att spotta in i den lämpligt märkta injektionsflaskan (med början i nr 1 och sedan 2, 3 osv.).
- Under denna period, se till att deltagarna: avstå från koffeinhaltiga drycker (t.ex. te, kaffe, coca-cola) från 6 h före vanlig sänggåendet (t.ex. om vanliga sänggåendet är 22:00 h, koffeinkonsumtion bör stanna vid 16:00 h på insamlingsdagen).
- Se till att deltagarna sitter inomhus i svagt ljus (< 10 lux, t.ex., en enda bordslampa helst rött ljus, på andra sidan av rummet, inga taklampor, inga elektroniska skärmar, gardiner stängda). Se till att deltagarna undviker att dricka drycker som innehåller alkohol eller artificiell färg och avstå från att rengöra tänder, med eller utan tandkräm, under provtagningsperioden.
- Om deltagarna vill äta något, gå på toaletten eller göra en icke-koffeinhaltig dryck, se till att de gör det omedelbart efter insamling av ett prov och försöka sitta igen i 15 min innan nästa prov ska samlas in. Om mat konsumeras mellan proverna, se till att deltagarna tvättar munnen med vatten 15 min före insamlingen av nästa prov.
- Se till att alla andra rum har samma ljusförhållanden så att deltagaren förblir i svagt ljus (helst rött ljus) under provtagningsperioden.
- När alla prover har lämnats, se till att deltagarna lagrar sina prover i frysen vid -20 °C fram till insamling av forskargruppen.
Obs: Det är viktigt att deltagarna följer dimljusprotokollet. Där så är möjligt bör forskarna mäta ljusförhållandena för att övervaka intensiteten och spektralkompositionen.
4. Radioimmunoassay
- Utför RIA eller ELISA av melatonin och kortisol i mänskliga saliv att bestämma relativa koncentrationer vid varje tidpunkt.
OBS: Förfarandet i dessa representativa resultat används RIA med en jod(125I) radioaktivt märkt spårämne och fast fas separation. Detta protokoll används rutinmässigt i Chronobiology Laboratory, University of Surrey, UK20. - Beräkna enskilda DLMOs som den tidpunkt vid vilken melatonin koncentrationen överstiger två standardavvikelser av de tre baslinjemåtten (de tre första proverna).
OBS: Denna metod justeras för individuella skillnader vid baslinjen jämfört med att använda en fast koncentration14. Andra metoder kan användas beroende på de tidpunkter som används i provtagningen (t.ex. under en 24 timmar period för en fullständig profil14). - Beräkna kortisoltoppen som tiden för högsta kortisolkoncentration som registrerats under morgonkortisoluppvakande svar.
5. Provning av dygnsprestanda
OBS: De åtgärder som användes i detta protokoll är Psykomotorisk vaksamhet Task (PVT)21, och Karolinska Sleepiness Scale (KSS)22. Andra tester skulle dock kunna användas för att hålla samma design beroende på syftet med studien (t.ex. om studien undersökte effekterna av dygnsrytmen fenotyp på arbetsminnet, skulle en minnesuppgift krävas).
- Be deltagarna att utföra minst en (beroende på uppgiften) övningstest under veckan innan du testar för att bekanta sig med uppsättningen.
Övningsförsök kan göras på distans om de övervakas. Antalet övningstester bör skräddarsys på grundval av de uppgifter som används i studien. En mer komplex funktionsuppgift kan till exempel kräva ett antal övningstester för att nå en platå jämfört med en enklare uppgift. - Ordna testsessioner enligt studiehypoteserna baserat på antalet tidpunkter som undersöks vid specifika klocktider.
OBS: Beroende på studiens utformning kan prestandatester utföras hemma eller i laboratoriet. På grund av protokollets tidskänsliga karaktär måste efterlevnaden övervakas om prestandatester utförs i hemmiljön för att säkerställa att deltagarna utför det själva, samt att de är tids- och datumstämplade. - Utför testning på en relevant enhet (denna studie använde en DQ67OW, i7-2600-processor, 4GB RAM, 32-bitars skrivbord med ett vanligt tangentbord och mus).
Om en bärbar dator, iPad eller annan enhet krävs för testning, se till att samma enhet och inställningar används under hela studien för alla deltagare och varje testsession på grund av potentiella variationer i svar från en mus kontra styrplatta kontra pekskärm.
6. Analys
- Kategorisera dygnsrytmfenotyp grupper baserat på deras värde för de fem variabler som samlats in: MSFsc, vakna tid, rusningstid av kortisol uppvaknande svar, DLMO och sömn debut (avskurna ges i tabell 1).
- Tilldela en poäng per variabel för varje deltagare. En variabel tilldelas 0 om den ingår i ECP-kategorin, 1 om den ingår i ICP-kategorin och 2 om den ingår i kategorin LCP. Om en deltagare till exempel finns i LCP-kategorin för alla variabler, skulle de samla en poäng på 10. Av en total poäng från 0-10 identifiera deltagarna som ECPs (0-3), ICPs (4-6) och LCPs (7-10).
- Från den totala poängen kan underkategorier av dygnsrytmfenotyper bestämmas enligt följande: 0 = extrem ECP, 1 = bestämd ECP, 2 = måttlig ECP, 3 = mild ECP, 4 = tidig ICP, 5 = ICP, 6 = sen ICP, 7 = mild LCP, 8 = måttlig LCP, 9 = bestämd.
OBS: Statistisk analys bör bestämmas utifrån forskningsfrågorna för enskilda studier. Icke-parametriska tester bör användas om data inte följer en normalfördelning. Post hoc-tester bör köras för att bestämma tid på dagen effekter. Vid mätning av ett antal parametrar bör ytterligare korrigeringar av flera jämförelser göras (t.ex. FDR-korrigering av p-värden).
Representative Results
Dessa resultat i ECPs och LCP har tidigare publicerats av Facer-Childs, Campos, et al.23. Alla behörigheter har erhållits från utgivaren. För studier som kräver en undersökning av alla tre grupperna (Tidig, Intermediate och Late), samma metoder och avskurna kan användas.
Dygnsdrytm fenotypning (tabell 1, tabell 2 och figur 1)
Den första hypotesen som presenteras i detta dokument är att grupperna skulle skilja sig avsevärt i sömn och dygnsrytm variabler. Från de deltagare (n = 22) som deltog i denna studie, de som kategoriserades som ECP hade en poäng mellan 0-1 och allaLCP mellan 8-10 (nedskärningar i tabell 1). För att bekräfta dessa resultat jämfördes gruppgenomsnitten för varje variabel. Msffm var 02:24 ± 00:10 h för ECPs jämfört med 06:52 ± 00:17 h i LCD-skärmar (t(36) = 12,2, p < 0,0001). Fysiologiska markörer skilde sig också avsevärt mellan de två grupperna. DLMO inträffade vid 20:27 ± 00:16 h i ECPs och vid 23:55 ± 00:26 h i LCPS (t(30) = 6,8, p < 0,0001). Topptid för kortisoluppvaknandet inträffade vid 07:04 ± 00:16 h i ECPs och 11:13 ± 00:23 h i LCD-skärmar (t(36) = 8,0, p < 0,0001). Samma samband observerades med actigrafiska variabler för infälld sömn och vakna upp timings med genomsnittlig sömn debut inträffar vid 22:57 ± 00:10 h i ECPs och 02:27 ± 00:19 h i lcd-skärmar (t(34) = 8,9, p < 0,0001) och väckningstid som inträffar vid 06:33 ± 0,10 h i ECPs och 10:13 ± 00:18 h i lcd-skärmar (t(34) = 9,9, p < 0,0001). Andra vilovariabler, inklusive varaktighet, effektivitet och latens, skilde sig inte nämnvärt mellan grupperna (tabell 2).
Den andra hypotesen är att MSFsc samlats in från MCTQ skulle vara betydligt korrelerade med guld standard aktigrafiska och dygnsrytm fas biomarkörer. Figur 1 visar att MSFfm var signifikant korrelerad med DLMO (R2 = 0,65, p < 0.0001), rusningstid för kortisol uppvaknande svar (R2 = 0,75, p < 0,0001), sömn debut (R2 = 0,80, p < 0,0001) och vakna tid (R2 = 0,86, p < 0,0001).
Dessa representativa resultat visar att de olika dygnsrytmen fenotyp grupper har tydliga skillnader i sömn debut /offset (dvs vakna tid), liksom i fysiologiska variabler (DLMO och rusningstid på morgonen kortisol).
Dygnsprovning(figur 2)
Det var en hypotes om att genom att testa flera gånger under dagen, dygnsrytm i subjektiv sömnighet och prestanda skulle kunna identifieras i varje grupp (ECPs / LCP). Dessutom var det hypotesen att om dygnsrytm fenotyper inte beaktades och data analyserades på en hel grupp nivå endast, då dagaktiva variationer skulle vara missvisande.
Betydande dygnsvariationer konstaterades på hela gruppnivå för PVT och KSS. PVT prestanda vid 08:00 h testsession var betydligt långsammare än 14:00 h testet (p = 0,027), som var subjektiv sömnighet (p = 0,024). Betydligt långsammare PVT prestanda hittades också mellan 08:00 h och 20:00 h (p = 0,041).
När varje grupp analyserades separat, betydande dygnsvariationer i PVT prestanda hittades i LCPs men inte i ECPs. LCPs var betydligt sämre vid 08:00 h jämfört med 14:00 h (p = 0,0079) och bättre på 20:00 h jämfört med 08:00 h (p = 0,0006). Subjektiv sömnighet visade betydande dygnsvariationer inom varje grupp. ECPs rapporterade högre sömnighet vid 20:00 h jämfört med 08:00 h (p = 0,0054). Det motsatta observerades i LCPs som rapporterade högsta sömnighet vid 08:00 h och lägsta vid 20:00 h. Sömnighet vid 08:00 h var betydligt högre än 14:00 h och 20:00 h i LCD-skärmar (både p < 0,0001).
Figur 1: Linjär regressionsanalys för att visa samband mellan sömn/vakna variabler med hjälp av aktigrafi och fysiologiska biomarkörer. Korrigerad mellansömn på lediga dagar (MSFsc) visas som tid på dagen (h) på x-axeln. Tidiga dygnsrytm fenotyper (ECPs) visas i den blå rutan, Sen dygnsrytm fenotyper (LCPs) i den röda rutan. (a)Topptid för kortisol uppvaknande svar (h), (b) Vakna tid (h), (c) Svagt ljus melatonin debut (DLMO) (h), (d) Sömn debuttid (h). R2-värdet visas i det nedre högra hörnet med signifikansnivå som visas på **** = p < 0,0001. Denna siffra har ändrats, med tillstånd, från Facer-Childs, et al.23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Dygnsvariationer kurvor i Karolinska Sleepiness Scale och Psykomotorisk vaksamhet Task (PVT) prestanda. Tid på dagen (h) visas på x-axeln. Hela gruppresultat visas i den första kolumnen, Tidig dygnsrytm fenotyper (ECPs) i den andra kolumnen och Sen dygnsrytm fenotyper (LCPs) i den tredje kolumnen. (a)Subjektiv sömnighet (KSS) poäng, (b)Reaktionstid från PVT (s). Andra ordningens polynomial icke-linjära regressionskurvor har monterats. Signifikansnivå visas som ns (ej signifikant), * (p < 0,05), **(p < 0,01), ***(p < 0.001) och **** (p < 0.0001). Denna siffra har ändrats, med tillstånd, från Facer-Childs, et al.23. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Variabel mätt | Ecp-kategori | ICP-kategori | LCP-kategori |
| Aktigrafisk väckningstid | < 07:30 h | 07:31 - 08:29 h | > 08:30 h |
| Rusningstid på morgonen kortisol | < 08:00 | 08:01 - 08:59 h | > 09:00 h |
| Svagt ljus melatonin debut (DLMO) | < 21:30 h | 21:31 - 22:29 h | > 22,30 h |
| Actigraphic sömn debut | < 23:30 h | 23:31 - 00:29 h | > 00:30 h |
| Rättad mellansömn på lediga dagar (MSFsc) | < 04:00 h | 04:01 - 04:59 h | > 05:00 h |
| Poäng per variabel | 0 | 1 | 2 |
| TOTALT POÄNG | 0 - 3 | 4 - 6 | 7 - 10 |
| Underkategorier | 0 = extrem ECP 1 = definitivt ECP 2 = måttlig ECP 3 = mild ECP |
4 = tidig ICP 5 = ICP 6 = sen ICP |
7 = mild LCP 8 = måttlig LCP 9 = bestämd LCP 10 = extrem LCP |
Tabell 1: Kategorisering avskurna för dygnsrytmfenotypning i grupper om tidig (ECP), Mellanliggande (ICP) och sent (LCP). Varje variabel tilldelas en poäng per deltagare beroende på deras resultat och totala poäng (0-10) tillåter kategorisering i varje grupp och varje underkategori.
| Variabel mätt | Ecp | LCPs | Betydelse |
| Exempelstorlek | N = 16 | N = 22 | n/a |
| Antal män/kvinnor | M = 7 | M = 7 | p = 0,51c |
| F = 9 | F = 15 | ||
| Ålder (år) | 24,69 ± 4,60 | 21,32 ± 3,27 år | p = 0,028a |
| Höjd (cm) | 171,30 ± 1,97 | 171,10 ± 2,38 | p = 0,97a |
| Vikt (kg) | 66,44 ± 2,78 | 67,05 ± 2,10 | p = 0,88a |
| MsFsc (hh:mm) | 02:24 ± 00:10 | 06:52 ± 00:17 | p < 0,0001a |
| Infälld sömn (hh:mm) | 22:57 ± 00:10 | 02:27 ± 00:19 | p < 0,0001a |
| Väckningstid (hh:mm) | 06:33 ± 0,10 | 10:13 ± 00:18 | p < 0,0001a |
| Varaktighet för sömn (h) | 7,59 ± 0,18 | 7,70 ± 0,14 | p = 0,72a |
| Sömneffektivitet (%) | 79,29 ± 1,96 | 77,23 ± 1,14 | p = 0,46a |
| Fördröjning för infälld tid (hh:mm) | 00:25 ± 00:06 | 00:25 ± 00:03 | p = 0,30b |
| Fasvinkel (hh:mm) | 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 |
| Kortisol topptid (hh:mm) | 07:04 ± 00:16 | 11:13 ± 00:23 | p < 0,0001a |
Tabell 2: Studievariabler för dygnsrytmfenotypgrupper. tidiga (ECP) och sena (LCP). Värden visas som medelvärde ± SEM bortsett från ålder som visas som medelvärde ± SD. Korrigerad medelsömn på lediga dagar (MSFsc) beräknas från MCTQ. Typ av statistiska tester som används visas i upphöjda; parametriska testera, icke-parametriska testerb och Fishers exakta testc. Fasvinkel bestäms av skillnaden (h) mellan svagt ljus melatonin debut (DLMO) och sömn debut. Alla p-värden korrigeras24. Den här tabellen har ändrats, med tillstånd, från Facer-Childs, et al.23.
Discussion
På grund av den komplexa interaktionen mellan dygnsrytm- och sömnberoende påverkan på beteende, är det en utmaning att utforska de relativa bidragen från var och en. Laboratoriebaserade protokoll är i stort sett orealistiska och dyrare, vilket håller sämre extern giltighet när det gäller resultat till vardagliga funktion25. Därför finns det ett ökande behov av att studera individer i deras hemmiljö för att främja generaliserbarhet till verkliga sammanhang. Även om fältstudier inte tillåter kontroll av exogena influenser, kan ett integrerat tillvägagångssätt bidra till att belysa hur både biologiska och miljömässiga faktorer påverkar hälsa, fysiologi och prestanda23,,26,27. Detta protokoll har utformats speciellt för att kunna övervaka individer i deras hemmiljö samtidigt som de följer deras vanliga rutiner. Dessa saliv provtagning protokoll har framgångsrikt genomförts i utmanande inställningar som Amazon28 och Antarktis29 stödja enkel att genomföra detta protokoll.
Frågeformulär är ett användbart verktyg i sömn och dygnsrytm studier eftersom de möjliggör ett snabbt och enkelt sätt att samla in ett brett utbud av information. Skillnader mellan subjektiva och objektiva åtgärder kan dock skapa svårigheter när man försöker studera individuella skillnader. Därför kan samla in flera subjektiva och objektiva åtgärder stärka kategorisering av dygnsrytm fenotyp grupper. Denna kombination av metoder - MCTQ, aktigrafi, fysiologisk provtagning och prestandatestning - har belyst hur resultaten kan misstolkas om individuella skillnader i dygnsrytmfenotyper inte beaktas. Att mäta alla dessa variabler ger den mest tillförlitliga kategorisering av dygnsrytmen fenotyp grupper, men det finns potential för att utveckla metoden ytterligare för att möjliggöra färre krav. Till exempel, även om tillförlitligheten återstår att undersöka, för att minska kostnaderna, kan forskarna ta bort kortisolprovtagningssteget eller använda ett annat frågeformulär. Det skulle dock vara värt att notera att eftersom DLMO är en aktuell guldstandardmarkör för dygnsrytmtiming och aktigrafi är en standardmetod för övervakning av rest-/aktivitetsmönster, skulle detta vara viktiga variabler som ska ingå i bedömningarna.
Schemaläggning av prestandatester baserat på klocktider i stället för att basera tidsinställningar i förhållande till individen (intern biologisk tid) ökar genomförbarheten och gör att protokollet kan tillämpas i verkliga inställningar. En begränsning av denna design är dock oförmågan att bestämma påverkan av dygnsrytmen systemet vs homeostatiska influenser. Detta blir en utmaning eftersom det inte finns något sätt att bekräfta specifika mekanismer som bidrar till resultaten. Men eftersom syftet med detta protokoll är att undersöka dessa grupper i ett verkligt scenario, minska sömnberoende mekanismer skulle minimera den externa giltigheten av resultaten. Man skulle därför kunna hävda att det är mer tillämpligt och genomförbart att använda en integrerad metod för fältstudier.
Direkta mått på prestanda är mycket relevanta för samhället, men det verkar som utan att ta hänsyn till de många påverkande faktorer, särskilt behovet av att gruppera individer enligt deras dygnsrytm fenotyp och sömntryck, studier kan saknas viktiga resultat.
Som diskuterats, PVT och KSS har använts i stor utsträckning inom många forskningsområden. Enkelheten i PVT och flexibilitet i uppgiften varaktighet gör det ett attraktivt test att använda i dygnsrytm och sömn begränsning studier som kräver flera testtider, och har visat sig vara en känslig markör för sömnbrist30,31. Även om testnoggrannheten och de totala reaktionstiderna ökar med uppgiftslängden, visar 2 min-, 5- och 10 min PVT-uppgifterna liknande tid på dagenrelationer 32.
Vår protokolldesign kan implementeras med hjälp av en rad olika prestandauppgifter och vid mer frekventa tidpunkter om det behövs. Tidigare studier har visat tid på dagen effekter i både fysiska och kognitiva prestanda mått såsom aerob kapacitet15 och verkställande funktion25. Genomföra detta protokoll och redovisning av individuella skillnader kommer att öka förståelsen för hur man studerar de mekanismer som bidrar till prestanda, särskilt i mer nischade miljöer såsom elitidrott. Sammanfattningsvis tillåter detta protokoll en verklig bedömning av dygnsrytmen fenotyp och ger en inblick i hur man mäter effekterna av tid på dagen på prestanda.
Disclosures
B.M. och D.J.S. är medstyrelseledamöter i Stockgrand Ltd. Författarna förklarar inga andra konkurrerande ekonomiska intressen.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av finansiering från Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC, BB/J014532/1) och Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC, EP/J002909/1). E.R.F.C fick stöd av en Accelerator för Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (ISSF) Scheme accelerator fellowship (Wellcome 204846/Z/16/Z) och en australisk regering, Department of Industry, Innovation and Science grant (ICG000899/19/0602). Vårt uppriktiga tack är till alla deltagare och Stockgrand Ltd för analys 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).
