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행동분석학

Fenotipado circadiano humano y pruebas de rendimiento diurno en el mundo real

Published: April 07, 2020
doi:
10.3791/60448
, , ,
1Chronobiology, Faculty of Health & Medical Sciences,University of Surrey, 2Centre for Human Brain Health,University of Birmingham, 3Turner Institute for Brain and Mental Health, School of Psychological Sciences,Monash University

Summary

Aquí, presentamos un método para investigar los ritmos diurnos en el rendimiento después de la categorización precisa de los participantes en grupos de fenotipos circadianos basados en el Cuestionario ChronoType de Múnich, biomarcadores de fase circadiana estándar de oro y medidas actigráficas.

Abstract

En nuestra sociedad “durante todo el día” en continuo desarrollo, es necesario aumentar nuestra comprensión de cómo los cambios en la biología, la fisiología y la psicología influyen en nuestra salud y rendimiento. Dentro de este desafío, está la creciente necesidad de tener en cuenta las diferencias individuales en el sueño y los ritmos circadianos, así como explorar el impacto de la hora del día en el rendimiento en el mundo real. Hay una serie de maneras de medir el sueño y los ritmos circadianos de los métodos subjetivos basados en cuestionarios para el monitoreo objetivo del sueño / vigilia, actigrafía y análisis de muestras biológicas. Este documento propone un protocolo que combina múltiples técnicas para clasificar a los individuos en grupos de fenotipos circadianos tempranos, intermedios o tardíos (ECPs/ICPs/LCP) y recomienda cómo llevar a cabo pruebas de rendimiento diurno en el campo. Resultados representativos muestran grandes diferencias en los patrones de actividad de reposo derivados de la actigrafía, fase circadiana (inicio de melatonina de luz tenue y hora pico de respuesta de despertar cortisol) entre fenotipos circadianos. Además, las diferencias significativas en los ritmos de rendimiento diurno entre ECP y LCP hacen hincapié en la necesidad de tener en cuenta el fenotipo circadiano. En resumen, a pesar de las dificultades para controlar los factores que influyen, este protocolo permite una evaluación real del impacto del fenotipo circadiano en el rendimiento. Este documento presenta un método simple para evaluar el fenotipo circadiano en el campo y apoya la necesidad de considerar la hora del día al diseñar estudios de rendimiento.

Introduction

A nivel de comportamiento, la evaluación de los patrones individuales de descanso/actividad se puede hacer utilizando métodos subjetivos basados en cuestionarios u monitoreo objetivo a través de la actigrafía de la muñeca. Los datos actigráficos se han validado contra la polisomnografía (PSG) para varios parámetros de sueño, incluyendo: tiempo total de sueño, eficiencia del sueño y despertar después del inicio del sueño1. Aunque psG es conocido como el estándar de oro para medir el sueño, es difícil de usar durante períodos prolongados fuera del laboratorio de sueño2. Por lo tanto, los actigrafías están destinados a proporcionar una alternativa simple y más rentable al PSG y permitir el monitoreo de 24 h de estado de reposo/ patrón de actividad. Las medidas subjetivas de autoinforme pueden definir el “cronotipo” utilizando el Cuestionario de Cronotipos de Múnich (MCTQ)3,o la preferencia diurna mediante el Cuestionario de la mañana y la velada (MEQ)4. Los grupos en cualquier extremo de este espectro se pueden referir como fenotipos circadianos tempranos (ECP) y fenotipos circadianos tardíos (LCP) con los que están en medio como fenotipos circadianos intermedios (ICP).

Aunque las ECP y los LCP son claramente distinguibles a través de su comportamiento (es decir, patrones de sueño/vigilia), estas diferencias individuales también son impulsadas en parte por variaciones en la fisiología5 y la predisposición genética6,7. Los biomarcadores fisiológicos se utilizan a menudo para determinar la fase/timing circadiano de un individuo. Dos de las principales hormonas indicativas del tiempo circadiano son la melatonina, que se eleva por la noche para alcanzar un pico en el medio de la noche, y el cortisol, que alcanza su punto máximo en la mañana8. Usando estos marcadores de fase circadiana, las diferencias individuales en los patrones de sueño-vigilia son capaces de ser identificadas. Por ejemplo, dim light melatonin onset (DLMO)9,10 y el tiempo de cortisol despertar respuesta11,12 pico antes en ECPs, que es reflejado por el ritmo circadiano de la temperatura corporal del núcleo13. La saliva permite una recolección fácil, segura y no invasiva de la que estas hormonas pueden ser analizadas por radioinmunoensayo (RIA) o ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) sin necesidad de extraer ningún material celular. RIA y ELISA son ensayos sensibles y específicos que detectan concentraciones de antígenos en muestras biológicas (por ejemplo, sangre, plasma o saliva), a través de reacciones de anticuerpos antígenos que implican isótopos radiomarcados (por ejemplo, yodo (125I) o anticuerpos ligados a enzimas14).

Los protocolos de laboratorio estrictamente controlados, como la rutina constante (CR) y la desincronía forzada (FD) son el estándar de oro en el campo de la cronobiología para estudiar los ritmos circadianos endógenos15. Sin embargo, existe una creciente necesidad de estudiar a las personas en su entorno doméstico fuera de los entornos de laboratorio artificiales para recopilar datos contextuales y aumentar la validez externa de los resultados. Por lo tanto, requerimos mejores maneras de categorizar, medir y evaluar las diferencias individuales en el campo. Además, se han descubierto variaciones diurnas en diversas medidas de rendimiento físico (capacidad aeróbica, fuerza muscular) y cognitivo (tiempo de reacción, atención sostenida, función ejecutiva) con ECP que funcionan mejor más temprano en el día y LCP en la noche16,,17. Esto hace hincapié en que la hora del día y el fenotipo circadiano deben ser factores que se tienen en cuenta al llevar a cabo pruebas de rendimiento en estudios de investigación.

El número de diferentes medidas y protocolos utilizados en los estudios de laboratorio permiten la implementación de condiciones altamente controladas. Los estudios de campo tienden a ser más desafiantes debido al número de factores que influyen. Por lo tanto, el uso de un enfoque más holístico mediante la combinación de múltiples técnicas puede proporcionar más precisión al monitorear el comportamiento, la psicología y el rendimiento de un individuo en su entorno doméstico18. Aquí, discutimos un método que se puede implementar fácilmente en el campo para identificar diferencias individuales en fenotipos circadianos usando el MCTQ, actigrafía y biomarcadores fisiológicos. Suponemos que estas variables diferirán significativamente entre los grupos de fenotipos circadianos y se correlacionarán significativamente con el cronotipo (a medio sueño corregido en días libres (MSFsc)recopilados del MCTQ). Además, sugerimos formas de medir el rendimiento diurno, destacando la necesidad de analizar los datos por separado para cada grupo de fenotipo circadiano. Suponemos que las diferencias en los ritmos de rendimiento diurnos se oscurecerán si los datos solo se analizan a nivel de población completa.

Protocol

Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por el Comité de ética de investigación de la Universidad de Birmingham. 1. Examen de participantes y diseño experimental Realizar todos los métodos después de las aprobaciones éticas apropiadas, de acuerdo con la Declaración de Helsinki y obtener el consentimiento informado por escrito de todos los participantes antes de cualquier participación. Reclutar participantes sin diagnósticos previos de sueño, trastornos neurológicos o psiquiátricos, y sin tomar ningún medicamento que afecte el sueño, melatonina o ritmos de cortisol. Asegúrese de que ningún participante sea trabajador por turnos, los participantes no hayan viajado más de dos zonas horarias en el último mes y que sean libres de participar en el estudio (es decir, capaces de comprometerse a usar el actiwatch, dar muestras de saliva en un “día libre” y estar presentes para las pruebas de rendimiento en momentos específicos (ver sección 2.1)). Invite a los participantes que aprueben criterios de inclusión a asistir a una reunión inicial para obtener el consentimiento, recopilar datos del cuestionario, recibir capacitación en la recolección de muestras de saliva en casa y establecerse con un dispositivo actigráfico y un diario del sueño. En esta reunión, familiarice a los participantes con los protocolos de muestreo fisiológico para asegurarse de que entienden lo que se requiere (ver sección 3). Pida a los participantes que completen el Cuestionario Deteclado de Múnich (MCTQ), que evalúa las diferencias individuales en las variables de sueño/vigilia y la exposición a la luz en el trabajo y los días libres3. Esto permite el cálculo de los tiempos de sueño medio corregidos en días libres (MSFsc), utilizados como marcador de cronotipo. 2. Actigrafía y diarios del sueño Durante al menos dos semanas19 (pueden ser períodos de tiempo más largos dependiendo de los objetivos del estudio), pida a los participantes que lleven un monitor de actividad de muñeca o “actigrafía”, que recopilen patrones de descanso/actividad, y datos de luz (1-32.000 lux) durante todo el período de estudio. Proporcione a cada participante detalles sobre cómo utilizar los actigrafías, incluyendo la eliminación para bañarse/ducharse (si no es impermeable) y evitar que las mangas los cubran para permitir que se recopilen datos de luz. Asegúrese de que los actigrafías estén usados en la muñeca no dominante. En combinación con la actigrafía y para facilitar el análisis de sueño/vigilia derivado de los datos actigráficos, dar a cada participante un diario de sueño para completar sobre una base diaria. Asegúrese de que las preguntas que se hacen incluyen la hora de dormir, las horas de sueño, los despertar es nocturnos, los horarios de despertar, la calidad del sueño, las siestas y las horas en que se eliminaron los actigrafías. Recopilar datos de actigrafía para el análisis de reposo/actividad que acomode los parámetros de acuerdo con lo que se requiere (este estudio utilizó una frecuencia de muestreo de 30 Hz y un ajuste de sensibilidad media). Extraiga los detalles de la hora de acostarse diaria y obtenga los tiempos de los diarios del sueño y la entrada al software o alternativa del fabricante (por ejemplo, código validado de código abierto para obtener variables actigráficas relevantes para el estudio). 3. Muestreo fisiológico Prepreparar los paquetes de muestreo mediante el etiquetado de tubos de recogida de polipropileno o salivettes (utilice 7 ml de bijo plástico en este estudio). Etiquete los tubos con el número de identificación del participante, por la mañana o por la noche y los números de muestreo individuales. Incluya un tubo de “repuesto” para usar en caso de errores. Preparar una hoja de registro de recolección de muestras para los protocolos de la mañana y de la noche para permitir a los participantes marcar la hora cuando se toman muestras (por ejemplo, Muestra matutina 1, Tiempo tomado : hh: mm, Muestra de la mañana 2, Tiempo tomado – hh:mm). Incluya el número de identificación del participante, la fecha de la información estacional y la ubicación para calcular el fotoperiodo.NOTA: Es crucial que el tiempo militar se utilice para asegurarse de que no hay problemas con AM/PM. Etiquetas de diferentes colores para los tubos de muestreo de la mañana frente a los de la noche también se pueden utilizar para distinguir entre muestras. Proporcione a los participantes los protocolos pertinentes para el muestreo fisiológico y los paquetes prefabricados durante el entrenamiento de cómo tomar muestras de saliva en su entorno doméstico/trabajo. Informar al participante que las muestras deben ser recogidas en un día libre cuando los participantes son capaces de ir a la cama y despertar en los horarios preferidos (es decir, sin necesidad de una alarma). Para garantizar un cálculo fiable de la DLMO, los participantes no deben realizar el protocolo de muestreo de saliva por la noche el día antes de las pruebas de rendimiento debido a la necesidad de permanecer despiertos más allá de la hora habitual de acostarse. Pida a los participantes que asignen una mañana y una noche (el mismo día) durante la segunda semana del estudio cuando sean capaces de comprometerse a dar las muestras de saliva. Aconseje a los participantes que recojan muestras matutinas seguidas de muestras nocturnas el mismo día.NOTA: Se debe seguir el orden de muestreo (mañana y noche) para garantizar que cualquier cambio en el tiempo de sueño no afecte a los resultados (si se toman muestras nocturnas primero que requieren permanecer despierto más allá de la hora habitual de acostarse, esto podría influir en las muestras de las mañanas si se toma al día siguiente). Protocolo de muestreo matutino para la respuesta de despertar del cortisol Asegúrese de que las muestras de saliva se recogen en el punto de despertarse por primera vez (mientras todavía está en la cama), cada 15 minutos durante la primera hora y luego cada 30 minutos durante la siguiente 1 a 2 h. Recoger muestras de saliva escupiendo en el vial debidamente etiquetado (comenzando con No. 1, 2, 3, etc.). Durante este período, asegúrese de que los participantes: se abstengan de bebidas alcohólicas, bebidas que contengan colorantes artificiales y alimentos durante el período de prueba y se abstengan de limpiar los dientes, con o sin pasta de dientes durante el período de muestreo. Una vez proporcionadas todas las muestras, asegúrese de que los participantes almacenen sus muestras en su congelador a -20 oC hasta que el equipo de investigación las la almacene.NOTA: Lo mejor es almacenar las muestras congeladas si es posible, pero seguirán siendo viables si se almacenan en la nevera hasta su recogida al día siguiente. En virtud de la Ley de Tejidos Humanos (HTA) de 2004, las muestras deben recogerse y procesarse dentro de los siete días siguientes a la recolección para hacerlas acelulares, a menos que la Institución posea una licencia de HTA que realice el análisis. Protocolo de muestreo nocturno para el inicio de melatonina ligera tenue Asegúrese de que las muestras de saliva se recogen cada 30 minutos de 3 a 4 h antes de acostarse habitual hasta 1 a 2 h después de acostarse habitual (por ejemplo, si la hora habitual de acostarse es de 22:00 h, el participante comenzaría a las 18:00/19:00 h hasta las 23:00/00:00 h). Recoger muestras de saliva escupiendo en el vial debidamente etiquetado (comenzando con el No. 1 y luego 2, 3, etc.). Durante este período, asegúrese de que los participantes: abstenerse de bebidas con cafeína (por ejemplo, té, café, coca-cola) a partir de las 6 horas antes de acostarse habitualmente (por ejemplo, si la hora de acostarse habitual es de 22:00 h, el consumo de cafeína debe detenerse a las 16:00 h del día de la recogida). Asegúrese de que los participantes permanezcan sentados en el interior con poca luz (< 10 lux, por ejemplo, una sola lámpara de mesa preferiblemente de luz roja, al otro lado de la habitación, sin luces aéreas, sin pantallas electrónicas, cortinas cerradas). Asegúrese de que los participantes eviten beber bebidas que contengan alcohol o colorantes artificiales y se abstengan de limpiar los dientes, con o sin pasta de dientes, durante el período de muestreo. Si los participantes desean comer algo, ir al baño o hacer una bebida sin cafeína, asegúrese de que lo hacen inmediatamente después de la recolección de una muestra y tratar de estar sentado de nuevo durante 15 minutos antes de que se recoja la siguiente muestra. Si se consumen alimentos entre muestras, asegúrese de que los participantes se laven la boca con agua 15 minutos antes de la recolección de la siguiente muestra. Asegúrese de que todas las demás salas tengan las mismas condiciones de luz para que el participante permanezca en luz tenue (preferiblemente luz roja) durante el período de muestreo. Una vez proporcionadas todas las muestras, asegúrese de que los participantes almacenen sus muestras en su congelador a -20 oC hasta que el equipo de investigación las la almacene.NOTA: Es fundamental que los participantes se adhieran al protocolo de luz tenue. Siempre que sea posible, los investigadores deben medir las condiciones de luz para monitorear la intensidad y la composición espectral. 4. Radioinmunoensayo Realizar RIA o ELISA de melatonina y cortisol en saliva humana para determinar las concentraciones relativas en cada punto de tiempo.NOTA: El procedimiento en estos resultados representativos utilizó RIA con un trazador radioactivo etiquetado(125I) y separación de fase sólida. Este protocolo se emplea rutinariamente en el Laboratorio de Cronobiología, Universidad de Surrey, Reino Unido20. Calcular DLMOindividuales individuales como el punto de tiempo en el que la concentración de melatonina supera dos desviaciones estándar de las tres medidas de línea de base (las tres primeras muestras).NOTA: Este método se ajusta a las diferencias de línea base individuales en comparación con el uso de una concentración de velocidad plana14. Otros métodos se pueden utilizar dependiendo de los puntos de tiempo utilizados en el muestreo (por ejemplo, durante un período de 24 h para un perfil completo14). Calcular el pico de cortisol como el tiempo de mayor concentración de cortisol registrado durante la respuesta de despertar de cortisol de la mañana. 5. Pruebas de rendimiento diurno NOTA: Las medidas que se utilizaron en este protocolo son la Tarea de Vigilancia Psicomotora (PVT)21y la Escala de Somnolencia Karolinska (KSS)22. Sin embargo, otras pruebas podrían utilizarse manteniendo el mismo diseño dependiendo del objetivo del estudio (por ejemplo, si el estudio estaba investigando el impacto del fenotipo circadiano en la memoria de trabajo, se requeriría una tarea de memoria). Pida a los participantes que realicen al menos una (dependiendo de la tarea) practiquen el ensayo durante la semana anterior a la prueba para familiarizarse con la configuración.NOTA: Las pruebas de práctica se pueden realizar de forma remota si se supervisan. El número de pruebas de práctica debe adaptarse en función de las tareas que se utilicen en el estudio. Por ejemplo, una tarea de función ejecutiva más compleja puede requerir una serie de pruebas de práctica para alcanzar una meseta en comparación con una tarea más sencilla. Organice sesiones de prueba de acuerdo con las hipótesis del estudio en función del número de puntos de tiempo que se están investigando a horas de reloj específicas.NOTA: Dependiendo del diseño del estudio, las pruebas de rendimiento se pueden realizar en casa o en el laboratorio. Debido a la naturaleza sensible al tiempo del protocolo, si las pruebas de rendimiento se realizan en el entorno doméstico, se debe supervisar el cumplimiento para garantizar que los participantes lo están llevando a cabo ellos mismos, además de que se marque la hora y la fecha. Realizar pruebas en un dispositivo relevante (este estudio utilizó un procesador DQ67OW, i7-2600, 4 GB de RAM, escritorio de 32 bits con un teclado y ratón estándar).NOTA: Si se requiere un ordenador portátil, iPad u otro dispositivo para las pruebas, asegúrese de que se utilizan el mismo dispositivo y ajustes en todo el estudio para todos los participantes y cada sesión de prueba debido a la posible variabilidad en las respuestas de un ratón frente a la pantalla táctil del panel de seguimiento. 6. Análisis Clasificar los grupos de fenotipos circadianos en función de su valor para las cinco variables recogidas: MSFsc, hora de activación, hora pico de respuesta de despertar del cortisol, DLMO y inicio del sueño (las cortes se indican en la Tabla 1). Asigne una puntuación por variable para cada participante. Una variable se afecta un aparato 0 si está en la categoría ECP, 1 si está en la categoría ICP y 2 si está en la categoría LCP. Por ejemplo, si un participante está en la categoría LCP para todas las variables, acumularía una puntuación de 10. De una puntuación total de 0 a 10 identificar a los participantes como ECPs (0-3), ICP (4-6) y LCP (7-10). A partir de la puntuación total, las subcategorías de fenotipos circadianos se pueden determinar de la siguiente manera: 0 – ECP extremo, 1 – ECP definido, 2 – ECP moderado, 3 – ECP suave, 4 – ICP temprano, 5 – ICP, 6 – ICP tardío, 7 – LCP suave, 8 – LCP moderado, 9 – definido.NOTA: El análisis estadístico debe determinarse sobre la base de las preguntas de investigación para estudios individuales. Se deben utilizar pruebas no paramétricas cuando los datos no sigan una distribución normal. Las pruebas post hoc deben ejecutarse para determinar los efectos de la hora del día. Al medir una serie de parámetros, se deben realizar correcciones adicionales de comparaciones múltiples (por ejemplo, corrección FDR de valores p).

Representative Results

Estos resultados en ECPs y LCP han sido publicados previamente por Facer-Childs, Campos, et al.23. Todos los permisos se han obtenido del editor. Para los estudios que requieren una investigación de los tres grupos (Temprano, Intermedio y Tardío), se pueden utilizar los mismos métodos y cortes. Fenotipado circadiano (Tabla 1, Tabla 2 y Figura 1)La primera hipótesis presentada en este artículo es que los grupos diferirían significativamente en el sueño y las variables circadianas. De los participantes (n.o 22) que participaron en este estudio, los que se clasificaron como ECPs tenían una puntuación entre 0-1 y todos los LCP entre 8-10 (cortes indicados en el Cuadro 1). Para confirmar estos resultados, se compararon los promedios de grupo para cada variable. MSFsc fue de 02:24 a 00:10 h para eFP en comparación con 06:52 a 00:17 h en lCP (t(36) a 12,2, p < 0.0001). Los marcadores fisiológicos también diferían significativamente entre los dos grupos. El DLMO se produjo a las 20:27 a 00:16 h en ectp y a 23:55 a 00:26 h en LCPS (t(30) a 6,8, p < 0.0001). La hora pico de la respuesta de despertar del cortisol se produjo a las 07:04 a 00:16 h en eCC y de 11:13 a 00:23 h en lCP (t(36) a 8,0, p < 0,0001). Se observaron las mismas relaciones con variables actigráficas para el inicio del sueño y los tiempos de despertar con el inicio medio del sueño que se produce a las 22:57 a 00:10 h en ECPs y de 02:27 a 00:19 h en lCP (t(34) a 8.9, p < 0.0001) y la hora de despertar que se produce a las 06:33 a 0,10 h en ectp y 10:13 a 00:18 h en lCP (t(34) a 9,9, p < 0,0001). Otras variables de sueño, como la duración, la eficiencia y la latencia, no difirieron significativamente entre los grupos(Tabla 2). La segunda hipótesis es que MSFsc recogido del MCTQ estaría significativamente correlacionado con los biomarcadores de fase actigráfica y circadiana estándar de oro. La Figura 1 muestra que MSFsc se correlacionó significativamente con DLMO (R2 a 0,65, p < 0.0001), la hora pico de la respuesta de despertar del cortisol (R2 a 0,75, p < 0,0001), el inicio del sueño (R2 a 0,80, p < 0.0001) y el tiempo de activación (R2 a 0,86, p < 0,0001). Estos resultados representativos muestran que los diferentes grupos de fenotipos circadianos tienen claras diferencias en el inicio/desplazamiento del sueño (es decir, el tiempo de despertar), así como en las variables fisiológicas (DLMO y la hora pico del cortisol matutino). Pruebas diurnas (Figura 2)Se hipotetizó que al probar varias veces en el transcurso del día, los ritmos diurnos en somnolencia subjetiva y rendimiento serían capaces de ser identificados en cada grupo (ECPs/LCP). Además, se hipotetizó que si no se consideraran los fenotipos circadianos y los datos se analizaran sólo a nivel de grupo completo, entonces las variaciones diurnas serían tergiversadas. Se encontraron variaciones diurnas significativas a nivel de grupo para el PVT y el KSS. El rendimiento de PVT en la sesión de prueba de 08:00 h fue significativamente más lento que la prueba de 14:00 h (p – 0,027), al igual que la somnolencia subjetiva (p – 0.024). También se encontró un rendimiento PVT significativamente más lento entre las 08:00 h y las 20:00 h(p a 0,041). Cuando cada grupo se analizó por separado, se encontraron variaciones diurnas significativas en el rendimiento de PVT en los LCP, pero no en las ECP. Los LCP fueron significativamente peores a las 08:00 h en comparación con las 14:00 h(p a 0,0079) y eran mejores a las 20:00 h en comparación con las 08:00 h(p a 0,0006). La somnolencia subjetiva mostró variaciones diurnas significativas dentro de cada grupo. Las ECP reportaron somnolencia más alta a las 20:00 h en comparación con 08:00 h(p a 0,0054). Lo contrario se observó en los LCP que reportaron somnolencia más alta a las 08:00 h y más bajo a las 20:00 h. La somnolencia a las 08:00 h fue significativamente superior a las 14:00 h y las 20:00 h en lCP (ambos p < 0.0001). Figura 1: Análisis de regresión lineal para mostrar las relaciones entre las variables de sueño/vigilia utilizando la actigrafía y los biomarcadores fisiológicos. El medio sueño corregido en días libres (MSFsc)se muestra como hora del día (h) en el eje x. Los fenotipos circadianos tempranos (ECP) se muestran en el cuadro azul, fenotipos circadianos tardíos (LCP) en el cuadro rojo. (a) Hora máxima de la respuesta de despertar del cortisol (h), (b) Tiempo de despertar (h), (c) Inicio de melatonina de luz tenue (DLMO) (h), (d) Tiempo de inicio del sueño (h). El valor R2 se muestra en la esquina inferior derecha con el nivel de significancia que se muestra en **** a p < 0.0001. Esta cifra ha sido modificada, con permiso, de Facer-Childs, et al.23. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2: Las variaciones diurnas se curvan en el rendimiento de la Escala de somnolencia de Karolinska y la Tarea de Vigilancia Psicomotora (PVT). La hora del día (h) se muestra en el eje x. Los resultados de todo el grupo se muestran en la primera columna, fenotipos circadianos tempranos (ECP) en la segunda columna y fenotipos circadianos tardíos (LCP) en la tercera columna. (aa ) Puntuación de somnolencia subjetiva (KSS), (b) Tiempo de reacción de PVT (s). Se han ajustado curvas de regresión no linealpolis de segundo orden. El nivel de significancia se muestra como ns (no significativo), * (p < 0.05), ** (p < 0.01), *** (p < 0.001) y **** (p < 0.0001). Esta cifra ha sido modificada, con permiso, de Facer-Childs, et al.23. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Variable medida Categoría ECP Categoría ICP Categoría LCP Tiempo de despertar actigráfico < 07:30 h 07:31 – 08:29 h > 08:30 h Hora pico del cortisol de la mañana < 08:00 08:01 – 08:59 h > 09:00 h Inicio de melatonina de luz tenue (DLMO) < 21:30 h 21:31 – 22:29 h > 22.30 h Inicio del sueño actigráfico < 23:30 h 23:31 – 00:29 h > 00:30 h Se ha corregido el sueño medio en días libres (MSFsc) < 04:00 h 04:01 – 04:59 h > 05:00 h Puntuación por variable 0 1 2 PUNTUACIÓN TOTAL 0 – 3 4 – 6 7 – 10 Subcategorías 0 – ECP extremo1 o ECP definitivo2 – ECP moderado3 o ECP suave 4o ICP temprano5 – ICP6o ICP tardío 7o LCP suave8o LCP moderado9 – LCP definido10o LCP extremo Tabla 1: La categorización corta para el fenotipado circadiano en grupos tempranos (ECP), intermedios (ICP) y tardíos (LCP). A cada variable se le asigna una puntuación por participante dependiendo de su resultado y las puntuaciones totales (0-10) permiten la categorización en cada grupo y cada subcategoría. Variable medida ECPs LCPs Significado Tamaño de la muestra N 16 N 22 n/a Número de hombres/mujeres M a 7 M a 7 p á 0,51c F – 9 F á 15 Edad (años) 24,69 a 4,60 21,32 a 3,27 años p á 0,028a a Altura (cm) 171,30 a 1,97 171,10 a 2,38 p – 0,97a Peso (kg) 66,44 a 2,78 67,05 a 2,10 p – 0,88a a MSFsc (hh:mm) 02:24 a 00:10 06:52 a 00:17 p < 0.0001a a Inicio del sueño (hh:mm) 22:57 a 00:10 02:27 a 00:19 p < 0.0001a a Tiempo de activación (hh:mm) 06:33 a 0,10 10:13 a 00:18 p < 0.0001a a Duración del sueño (h) 7,59 á 0,18 7,70 á 0,14 p á 0,72a a Eficiencia del sueño (%) 79,29 á 1,96 77,23 a 1,14 p á 0,46a a Latencia de inicio del sueño (hh:mm) 00:25 a 00:06 00:25 a 00:03 p á 0,30b Angulo de fase (hh:mm) 02:28 a 00:16 02:34 a 00:18 p – 0,84a Luz tenue de melatonina Onset (hh:mm) 20:27 a 00:16 23:55 a 00:26 p < 0.0001a a Hora pico del cortisol (hh:mm) 07:04 a 00:16 11:13 a 00:23 p < 0.0001a a Tabla 2: Variables de estudio para grupos de fenotipo circadiano; Temprano (ECP) y Tardío (LCP). Los valores se muestran como medias , aparte de la edad, que se muestra como media , SD. Se calcula el sueño medio corregido en días libres (MSFsc) a partir del MCTQ. El tipo de pruebas estadísticas utilizadas se muestran en superíndice; pruebas paramétricasa, pruebas no paramétricasb y prueba exacta de Fisherc. El ángulo de fase se determina por la diferencia (h) entre el inicio de melatonina de luz tenue (DLMO) y el inicio del sueño. Todos los valores p se corrigen FDR24. Esta tabla ha sido modificada, con permiso, de Facer-Childs, et al.23.

Discussion

Debido a la compleja interacción de las influencias circadianas y dependientes del sueño en el comportamiento, explorar las contribuciones relativas de cada uno es un reto. Los protocolos basados en laboratorio son en gran medida poco realistas y caros, por lo tanto tienen una validez externa más pobre cuando relacionan los resultados con el funcionamiento diario25. Por lo tanto, cada vez hay más necesidad de estudiar a las personas en su entorno de origen para promover la generalización en contextos del mundo real. Aunque los estudios de campo no permiten el control de las influencias exógenas, un enfoque integrado puede ayudar a arrojar luz sobre cómo los factores biológicos y ambientales afectan la salud, la fisiología y el rendimiento23,,26,,27. Este protocolo fue diseñado específicamente para poder monitorear a las personas en su entorno doméstico mientras siguen sus rutinas habituales. Estos protocolos de muestreo de saliva se han llevado a cabo con éxito en entornos desafiantes como el Amazonas28 y la Antártida29 que apoyan la facilidad de llevar a cabo este protocolo.

Los cuestionarios son una herramienta útil en estudios del sueño y circadianos, ya que permiten una manera rápida y sencilla de recopilar una amplia gama de información. Sin embargo, las discrepancias entre las medidas subjetivas y objetivas pueden crear dificultades al intentar estudiar las diferencias individuales. Por lo tanto, ser capaz de recoger múltiples medidas subjetivas y objetivas puede fortalecer la categorización de grupos de fenotipo circadiano. Esta combinación de métodos – MCTQ, actigrafía, muestreo fisiológico y pruebas de rendimiento – ha puesto de relieve cómo los resultados pueden ser malinterpretados si no se tienen en cuenta las diferencias individuales en los fenotipos circadianos. La medición de todas estas variables proporciona la categorización más confiable de los grupos de fenotipos circadianos, sin embargo, existe la posibilidad de desarrollar el método aún más para permitir menos requisitos. Por ejemplo, aunque la fiabilidad está por investigar, para reducir el costo, los investigadores podrían eliminar el paso de muestreo de cortisol o utilizar un cuestionario diferente. Sin embargo, vale la pena señalar que, dado que DLMO es un marcador estándar de oro actual para el cronometraje circadiano y la actigrafía es un método estándar para supervisar los patrones de descanso/actividad, estas serían variables esenciales para incluir en las evaluaciones.

La programación de pruebas de rendimiento basadas en las horas de reloj en lugar de basar los tiempos en relación con el individuo (tiempo biológico interno) aumenta la viabilidad y permite que el protocolo se aplique en entornos del mundo real. Una limitación de este diseño, sin embargo, es la incapacidad para determinar la influencia del sistema circadiano frente a las influencias homeostáticas. Esto se convierte en un desafío, ya que no hay manera de confirmar mecanismos específicos que contribuyan a los resultados. Sin embargo, dado que el propósito de este protocolo es investigar estos grupos en un escenario del mundo real, reducir los mecanismos dependientes del sueño minimizaría la validez externa de los resultados. Por lo tanto, podría argumentarse que el uso de un método integrado es más aplicable y más factible para los estudios de campo.

Las medidas directas de rendimiento son muy relevantes para la sociedad, pero parece que sin tener en cuenta los múltiples factores que influyen, especialmente la necesidad de agrupar a las personas de acuerdo con su fenotipo circadiano y la presión del sueño, los estudios podrían estar perdiendo resultados clave.

Como se ha discutido, el PVT y el KSS han sido ampliamente utilizados en muchos campos de la investigación. La simplicidad del PVT y la flexibilidad en la duración de la tarea hace que sea una prueba atractiva para usar en estudios circadianos y de restricción del sueño que requieren múltiples tiempos de prueba, y se ha demostrado que es un marcador sensible de privación del sueño30,31. Aunque la precisión de la prueba y los tiempos de reacción generales aumentan con la duración de la tarea, las tareas PVT de 2 min, 5 min y 10 min muestran relaciones de hora del díasimilares 32.

Nuestro diseño de protocolo podría implementarse utilizando una serie de tareas de rendimiento diferentes y en momentos más frecuentes si es necesario. Estudios anteriores han demostrado efectos de la hora del día en métricas de rendimiento físico y cognitivo como la capacidad aeróbica15 y la función ejecutiva25. La implementación de este protocolo y la contabilidad de las diferencias individuales aumentará la comprensión de cómo estudiar los mecanismos que contribuyen al rendimiento, especialmente en entornos más de nicho como los deportes de élite. En resumen, este protocolo permite una evaluación real del fenotipo circadiano y proporciona una visión de cómo medir el impacto de la hora del día en el rendimiento.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por la financiación del Consejo de Investigación en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC, BB/J014532/1) y el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC, EP/J002909/1). E.R.F.C recibió el apoyo de una beca aceleradora de esquemas del Fondo de Apoyo Estratégico Institucional de Wellcome Trust (ISSF) (Wellcome 204846/Z/16/Z) y una beca del Gobierno de Australia, departamento de industria, innovación y ciencia (ICG000899/19/0602). Nuestro sincero agradecimiento a todos los participantes y Stockgrand Ltd por los reactivos de ensayo.

Materials

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
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Facer-Childs, E. R., Middleton, B., Bagshaw, A. P., Skene, D. J. Human Circadian Phenotyping and Diurnal Performance Testing in the Real World. J. Vis. Exp. (158), e60448, doi:10.3791/60448 (2020).
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