Her præsenterer vi en metode til at undersøge døgnrytmer i ydeevne efter nøjagtig kategorisering af deltagere i døgnrytmen fænotype grupper baseret på München ChronoType Spørgeskema, guld standard døgnrytmen biomarkører og aktigrafiske foranstaltninger.
I vores samfund, der hele tiden udvikler ‘døgnet rundt’, er der behov for at øge vores forståelse af, hvordan ændringer i biologi, fysiologi og psykologi påvirker vores sundhed og ydeevne. Indlejret i denne udfordring, er det stigende behov for at tage højde for individuelle forskelle i søvn og døgnrytme, samt at udforske virkningen af tidspunktet på dagen på ydeevne i den virkelige verden. Der er en række måder at måle søvn og døgnrytme fra subjektive spørgeskema-baserede metoder til objektiv søvn / vågne overvågning, aktigrafi og analyse af biologiske prøver. Dette dokument foreslår en protokol, der kombinerer flere teknikker til at kategorisere enkeltpersoner i tidlige, mellemliggende eller sene døgnrytmen fænotype grupper (ECP’er / ICP’er / LCP’er) og anbefaler, hvordan man udfører døgnrytmen ydeevne test i marken. Repræsentative resultater viser store forskelle i hvile-aktivitet mønstre stammer fra aktigrafi, døgnrytmen fase (svagt lys melatonin debut og spidsbelastningstid af kortisol opvågnen svar) mellem døgnrytmen fænotyper. Desuden understreger betydelige forskelle i døgnpræstationsrytmer mellem ECP’er og LFP’er behovet for at tage højde for døgnrytmen fænotype. Sammenfattende giver denne protokol på trods af vanskelighederne med at kontrollere faktorer, der har indflydelse, mulighed for en vurdering i den virkelige verden af den cirkadiske fænotypes indvirkning på ydeevnen. Dette papir præsenterer en enkel metode til at vurdere døgnrytmen fænotype i marken og understøtter behovet for at overveje tidspunktet på dagen, når designe præstationsundersøgelser.
På adfærdsniveau kan vurdering af individuelle hvile-/aktivitetsmønstre gøres ved hjælp af subjektive spørgeskemabaserede metoder eller objektiv overvågning gennem håndledsaktigrafi. Aktigrafiske data er blevet valideret mod polysomnografi (PSG) for forskellige søvnparametre, herunder: total søvntid, søvneffektivitet og vågne efter søvndebut1. Selvom PSG er kendt som guldstandarden til måling af søvn, er det udfordrende at bruge i længere perioder uden for søvnlaboratoriet2. Derfor er aktigraferne beregnet til at give et enkelt og mere omkostningseffektivt alternativ til PSG og tillade overvågning af 24 timers hvile-/aktivitetsmønster. Subjektive selvrapportmålinger kan definere ens ‘chronotype’ ved hjælp af München ChronoType Questionnaire (MCTQ)3, eller døgnpræference ved hjælp af Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ)4. Grupperne i hver ende af dette spektrum kan betegnes som tidlige døgnrytmen fænotyper (ECP’er) og sendøgnrytmen fænotyper (LcPs) med dem i mellem som Mellemliggende døgnrytmen fænotyper (ICP’er).
Selv om ECP’er og LCP’er er klart skelnes gennem deres adfærd (dvs. søvn / vågne mønstre), disse individuelle forskelle er også delvis drevet af variationer i fysiologi5 og genetisk disposition6,7. Fysiologiske biomarkører bruges ofte til at bestemme den cirkadiske fase / timing af en person. To af de vigtigste hormoner, der tyder på døgnrytmen timing er melatonin, som stiger om aftenen for at nå et højdepunkt midt om natten, og kortisol, som toppe om morgenen8. Ved hjælp af disse døgnrytmemarkører er individuelle forskelle i søvn-vågne mønstre i stand til at blive identificeret. For eksempel, svagt lys melatonin debut (DLMO)9,10 og tidspunktet for kortisol opvågnen svar11,12 peak tidligere i ECP’er, som afspejles af døgnrytmen af kernekropstemperaturen13. Spyt giver nem, sikker og noninvasive indsamling, hvorfra disse hormoner kan analyseres ved radioimmunoassay (RIA) eller enzym-linked immunosorbent assay (ELISA) uden at det er nødvendigt at udtrække noget cellulært materiale. RIA og ELISA er følsomme og specifikke analyser, der påviser koncentrationerne af antigener i biologiske prøver (f.eks. blod, plasma eller spyt) gennem antigen-antistofreaktioner, der involverer radioaktivt mærkede isotoper (f.eks. jod (125I) eller enzymbaserede antistoffer14).
Strengt kontrollerede laboratorieprotokoller såsom konstant rutine (CR) og tvungen desynkroni (FD) er guldstandarden inden for chronobiologi for at studere endogene døgnrytmer15. Der er imidlertid et stigende behov for at studere personer i deres hjemlige omgivelser uden for kunstige laboratorieindstillinger for at indsamle kontekstuelle data og øge resultaternes eksterne gyldighed. Derfor kræver vi bedre måder at kategorisere, måle og vurdere individuelle forskelle på området. Desuden er døgnvariationer i forskellige målinger af fysisk (aerob kapacitet, muskelstyrke) og kognitiv (reaktionstid, vedvarende opmærksomhed, udøvende funktion) ydeevne blevet afdækket med ECP’er klarer sig bedre tidligere på dagen og LFP’er e aftenen16,17. Dette understreger, at tidspunktet på dagen og døgnrytmen fænotype bør være faktorer, der tages i betragtning, når der udføres præstationstest i forskningsundersøgelser.
Antallet af forskellige foranstaltninger og protokoller, der anvendes i laboratorieundersøgelser, gør det muligt at gennemføre stærkt kontrollerede forhold. Feltundersøgelser tendens til at være mere udfordrende på grund af antallet af faktorer, der påvirker. Derfor ved hjælp af en mere holistisk tilgang ved at kombinere flere teknikker kan give mere nøjagtighed, når overvågning af en persons adfærd, psykologi og ydeevne i deres hjemmiljø18. Her diskuterer vi en metode, der let kan implementeres i marken for at identificere individuelle forskelle i døgnrytmen fænotyper ved hjælp af MCTQ, aktigrafi og fysiologiske biomarkører. Vi hypotese, at disse variabler vil variere betydeligt mellem døgnrytmen fænotype grupper og vil være betydeligt korreleret med chronotype (= korrigeret midt i søvn på fridage (MSFsc)indsamlet fra MCTQ). Desuden foreslår vi måder at måle døgnudførelsen på, hvilket understreger behovet for at analysere data separat for hver cirkadiske fænotypegruppe. Vi antager, at forskelle i døgneffektivitetsrytmer vil blive tilsløret, hvis data kun analyseres på hele befolkningsniveau.
På grund af den komplekse interaktion af døgnrytmen- og søvn-afhængige påvirkninger på adfærd, udforske de relative bidrag af hver er udfordrende. Laboratoriebaserede protokoller er stort set urealistiske og dyre, og holder således dårligere ekstern gyldighed, når resultaterne vedrører den daglige funktion25. Derfor er der et stigende behov for at studere enkeltpersoner i deres hjemlige miljø for at fremme generaliserbarhed til den virkelige verden sammenhænge. Selv om feltundersøgelser ikke giver mulighed for kontrol med udefrakommende påvirkninger, kan en integreret tilgang bidrage til at kaste lys over, hvordan både biologiske og miljømæssige faktorer påvirker sundhed, fysiologi og ydeevne23,26,27. Denne protokol er designet specielt til at kunne overvåge enkeltpersoner i deres hjemlige omgivelser, mens de følger deres sædvanlige rutiner. Disse spyt prøvetagning protokoller er blevet gennemført med succes i udfordrende indstillinger såsom Amazon28 og Antarktis29 støtte den lette at gennemføre denne protokol.
Spørgeskemaer er et nyttigt redskab i søvn- og døgnrytmestudier, da de giver mulighed for en hurtig og enkel måde at indsamle en bred vifte af oplysninger på. Forskelle mellem subjektive og objektive foranstaltninger kan imidlertid skabe vanskeligheder, når man forsøger at undersøge individuelle forskelle. Derfor, at være i stand til at indsamle flere subjektive og objektive foranstaltninger kan styrke kategoriseringen af døgnrytmen fænotype grupper. Denne kombination af metoder – MCTQ, aktigrafi, fysiologisk prøvetagning og præstationstest – har fremhævet, hvordan resultaterne kan misforstås, hvis individuelle forskelle i døgnrytmen fænotyper ikke tages i betragtning. Måling af alle disse variabler giver den mest pålidelige kategorisering af døgnrytmen fænotype grupper, men der er potentiale for at udvikle metoden yderligere for at give færre krav. For eksempel, selv om pålideligheden stadig skal undersøges, at reducere omkostningerne, forskere kunne fjerne kortisol prøvetagning trin eller bruge et andet spørgeskema. Det ville imidlertid være værd at bemærke, at eftersom DLMO er en aktuel guldstandardmarkør for døgnrytmetiming og aktigrafi er en standardmetode til overvågning af hvile-/aktivitetsmønstre, ville dette være væsentlige variabler, der skal medtages i vurderingerne.
Planlægning af præstationstest baseret på urtider i stedet for at basere tider i forhold til den enkelte (intern biologisk tid) øger gennemførligheden og gør det muligt at anvende protokollen i virkelige verden indstillinger. En begrænsning af dette design, dog, er den manglende evne til at bestemme indflydelsen af døgnrytmen systemet vs homostatiske påvirkninger. Dette bliver en udfordring, da der ikke er nogen mulighed for at bekræfte specifikke mekanismer, der bidrager til resultaterne. Men, da formålet med denne protokol er at undersøge disse grupper i en virkelige verden scenario, reducere søvn afhængige mekanismer ville minimere den eksterne gyldighed af resultaterne. Det kan derfor hævdes, at det er mere anvendeligt og muligt at anvende en integreret metode i feltundersøgelser.
Direkte mål for ydeevne er yderst relevante for samfundet, men det lader til, at uden at tage hensyn til de mange faktorer, der påvirker, især behovet for at gruppere individer i henhold til deres døgnrytmen fænotype og søvntryk, kan undersøgelser mangle vigtige resultater.
Som nævnt har PVT og KSS været meget udbredt inden for mange forskningsområder. Enkelheden i PVT og fleksibilitet i opgavenvarighed gør det til en attraktiv test at bruge i døgnrytmen og søvnbegrænsningsundersøgelser, der kræver flere testtider, og har vist sig at være en følsom markør for søvnmangel30,31. Selv om testnøjagtigheden og de samlede reaktionstider øges med opgavens varighed, viser de 2 min, 5 min og 10 min PVT-opgaver alle lignende tid på dagen relationer32.
Vores protokoldesign kan implementeres ved hjælp af en række forskellige ydelsesopgaver og på hyppigere tidspunkter, hvis det er nødvendigt. Tidligere undersøgelser har vist tid på dagen effekter i både fysiske og kognitive præstationer målinger såsom aerob kapacitet15 og udøvende funktion25. Gennemførelse af denne protokol og tegner sig for individuelle forskelle vil øge forståelsen af, hvordan man studerer de mekanismer, der bidrager til ydeevne, især i mere niche indstillinger såsom elite sport. Sammenfattende giver denne protokol mulighed for en vurdering af døgnrytmen fænotype og giver et indblik i, hvordan man måler tidspunktet på dagen på ydeevnen.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet med støtte fra Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC, BB/J014532/1) og Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC, EP/J002909/1). E.R.F.C blev støttet af et Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (ISSF) Scheme accelerator fellowship (Wellcome 204846/Z/16/Z) og en australsk regering, Department of Industry, Innovation and Science Grant (ICG000899/19/0602). Vores oprigtige tak er til alle deltagere og Stockgrand Ltd for assay reagenser.
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 |