JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Comportamento

Gerçek Dünyada İnsan Sirkadiyen Fenotilik ve Diurnal Performans Testi

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

Burada, katılımcıların Münih ChronoType Anketi, altın standart sirkadiyen faz biyobelirteçleri ve aktigrafik ölçüleri temel alınarak sirkadiyen fenotip gruplarına doğru kategorize etmesini takiben performanstaki diurnal ritimleri araştırmak için bir yöntem saklıyız.

Abstract

Sürekli gelişen ’24 saat’ toplumumuzda, biyoloji, fizyoloji ve psikolojideki değişikliklerin sağlığımızı ve performansımızı nasıl etkilediğine dair anlayışımızı artırmaya ihtiyaç vardır. Bu meydan okuma nın içine gömülü olarak, uyku ve sirkadiyen ritimleri bireysel farklılıklar için hesap artan ihtiyaç, hem de gerçek dünyada performans üzerinde günün zaman etkisini keşfetmek için. Öznel anket tabanlı yöntemlerden nesnel uyku/uyandırma izleme, aktigrafi ve biyolojik örneklerin analizine kadar uyku ve sirkadiyen ritimleri ölçmenin çeşitli yolları vardır. Bu makalede, bireyleri Erken, Orta veya Geç sirkadiyen fenotip gruplarına (ECPs/ICPs/LCPs) kategorilere ayırmak için birden çok tekniği birleştiren bir protokol öneren ve bu alanda diurnal performans testinin nasıl yapılacağını önermektedir. Temsili sonuçlar, sirkadiyen fenotipler arasında aktigrafi, sirkadiyen faz (loş ışık melatonin başlangıcı ve kortizol uyanış tepkisinin doruk zamanı) türetilen dinlenme aktivitesi desenleri büyük farklılıklar göstermektedir. Buna ek olarak, EcP’ler ve LP’ler arasındaki diurnal performans ritimlerinde önemli farklılıklar sirkadiyen fenotip için hesap verme gereğini vurgulamaktadır. Özetle, etkileyen faktörleri kontrol etmedeki güçlüklere rağmen, bu protokol sirkadiyen fenotipin performans üzerindeki etkisinin gerçek dünya çapında değerlendirilmesine olanak sağlar. Bu makale, sahadaki sirkadiyen fenotipi değerlendirmek için basit bir yöntem sunar ve performans çalışmaları tasarlarken günün saatini göz önünde bulundurma ihtiyacını destekler.

Introduction

Davranış düzeyinde, bireysel dinlenme/aktivite kalıplarının değerlendirilmesi öznel anket tabanlı yöntemler veya bilek aktigrafisi yoluyla objektif izleme kullanılarak yapılabilir. Aktivizm verileri, polisomnografiye (PSG) karşı çeşitli uyku parametreleri için doğrulanmıştır: toplam uyku süresi, uyku verimliliği ve uyku başlangıcından sonra uyanmak1. PSG uyku ölçmek için altın standart olarak bilinen olmasına rağmen, uyku laboratuvarı2dışında uzun süre kullanmak zordur. Bu nedenle, aktigraflar PSG’ye daha basit ve daha uygun maliyetli bir alternatif sunmak ve 24 saat dinlenme/aktivite deseninin izlenmesine olanak sağlamak için tasarlanmıştır. Öznel kendi kendine rapor önlemleri Münih ChronoType Anketi (MCTQ)3kullanarak kişinin ‘kronotipi’ veya Sabahlık-Akşam Lık Anketi (MEQ)4kullanarak diurnal tercihi tanımlayabilirsiniz. Bu spektrumun her iki ucundaki gruplar, Orta sirkadiyen fenotipler (ICP) olarak adlandırılan erken sirkadiyen fenotipler (EcP) ve Geç sirkadiyen fenotipler (LCP) olarak adlandırılabilir.

EcP’ler ve LP’ler davranışlarıyla açıkça ayırt edilebilseler de (yani, uyku/uyandırma desenleri), bu bireysel farklılıklar da kısmen fizyoloji5 ve genetik yatkınlıkdeğişimleritarafından tahrik edilmektedir 6,7. Fizyolojik biyobelirteçler genellikle bir bireyin sirkadiyen faz / zamanlama belirlemek için kullanılır. Sirkadiyen zamanlama göstergesi ana hormonların iki melatonin vardır, hangi gece gece bir zirveye ulaşmak için yükselir, ve kortizol, sabah zirveleri8. Bu sirkadiyen faz belirteçleri kullanılarak, uyku-uyanıklık desenleri bireysel farklılıklar tespit edilebilir. Örneğin, loş ışık melatonin başlangıcı (DLMO)9,10 ve kortizol uyanış tepkisi nin zamanı11,12 tepe daha önce ECPs, hangi çekirdek vücut sıcaklığının sirkadiyen ritmi ile yansıtılır13. Tükürük, bu hormonların herhangi bir hücresel materyal iyeme gerek kalmadan radyoimmünoassay (RIA) veya enzime bağlı immünosorbent test (ELISA) ile analiz edilebildiği kolay, güvenli ve noninvaziv toplama sağlar. RIA ve ELISA, biyolojik numunelerde (örn. kan, plazma veya tükürük) radyoetiketli izotopları içeren antijen-antikor reaksiyonları (örn. iyot (125I) veya enzime bağlı antikorlar14)yoluyla antijen konsantrasyonlarını tespit eden hassas ve spesifik tahlillerdir.

Sürekli rutin (CR) ve zorunlu desynchrony (FD) gibi sıkı kontrol laboratuvar protokolleri endojen sirkadiyen ritimleri incelemek için kronobiyoloji alanında altın standart15. Ancak, bağlamsal veri toplamak ve sonuçların dış geçerliliğini artırmak için yapay laboratuvar ayarları dışında kendi ortamında bireylerin çalışma için giderek artan bir ihtiyaç vardır. Bu nedenle, sahadaki bireysel farklılıkları kategorilere ayırmak, ölçmek ve değerlendirmek için daha iyi yollara ihtiyaç duyarız. Buna ek olarak, fiziksel çeşitli önlemler diurnal varyasyonları (aerobik kapasite, kas gücü) ve bilişsel (reaksiyon süresi, sürekli dikkat, yürütme fonksiyonu) performans ECPs ile gün daha erken performans ve AKŞAM LCPs16,17. Bu, araştırma çalışmalarında performans testi yaparken günün saati ve sirkadiyen fenotipin göz önünde bulundurulması gereken faktörler olması gerektiğini vurgulamaktadır.

Laboratuvar çalışmalarında kullanılan farklı önlemlerin ve protokollerin sayısı, yüksek kontrollü koşulların uygulanmasına olanak sağlar. Saha çalışmaları etkileyen faktörlerin sayısı nedeniyle daha zorlu olma eğilimindedir. Bu nedenle, birden fazla teknik birleştirerek daha bütünsel bir yaklaşım kullanarak bir bireyin davranış, psikoloji ve performans kendi ev ortamında18izlerken daha fazla doğruluk sağlayabilir. Burada, MCTQ, aktigrafi ve fizyolojik biyobelirteçler kullanarak sirkadiyen fenotiplerde bireysel farklılıkları belirlemek için sahada kolayca uygulanabilecek bir yöntemi tartışıyoruz. Bu değişkenlerin sirkadiyen fenotip grupları arasında önemli ölçüde farklılık olacağını ve MCTQ’dan toplanan serbest günlerde (= düzeltilmiş uyku nunortası)kronotipi ile önemli ölçüde ilişkili olacağını varsayız. Ayrıca, her sirkadiyen fenotip grubu için verileri ayrı ayrı analiz etme gereğini vurgulayarak diurnal performansı ölçmenin yollarını öneriyoruz. Veriler sadece tüm popülasyon düzeyinde analiz edilirse diurnal performans ritimlerinin farklarının gizleneceğini varsayıyoruz.

Protocol

Burada açıklanan tüm yöntemler Birmingham Üniversitesi Araştırma Etik Komitesi tarafından onaylanmıştır. 1. Katılımcı tarama ve deneysel tasarım Helsinki Bildirgesi uyarınca uygun etik onayları izleyerek tüm yöntemleri gerçekleştirmek ve herhangi bir katılım dan önce tüm katılımcıların yazılı bilgilendirilmiş onayı kazanmak. Uyku, nörolojik veya psikiyatrik bozukluklar hiçbir ön tanısı ile katılımcılar işe, ve uyku etkileyen herhangi bir ilaç almadan, melatonin veya kortizol ritimleri. Hiçbir katılımcının vardiyalı işçi olmadığından, katılımcıların son bir ay içinde ikiden fazla saat diliminde seyahat etmemelerini ve çalışmaya katılmakta özgür olmalarını (örneğin, actiwatch’u giyebilmeyi, ‘serbest günde’ tükürük örnekleri verebilmeyi ve belirli zamanlarda performans testine hazır bulunmalarını sağlayın (bkz. bölüm 2.1)). Katılım kriterlerini geçen katılımcıları, onay almak, anket verileri toplamak, evde tükürük örnekleri toplama konusunda eğitim almak ve bir aktigrafik cihaz ve uyku günlüğü ile ayarlanacak bir ilk kurulum toplantısına katılmaya davet edin. Bu toplantıda, katılımcıların neyin gerekli olduğunu anladıklarından emin olmak için fizyolojik örnekleme protokollerini tanıyın (bkz. bölüm 3). Katılımcılardan uyku/uyandırma değişkenleri ile iş ve ücretsiz günlerdeki ışık maruziyetindeki bireysel farklılıkları değerlendiren Münih ChronoType Anketi’ni (MCTQ) tamamlamalarını isteyin3. Bu, kronotipinin belirteci olarak kullanılan, serbest günlerde (MSFsc)düzeltilmiş uyku sürelerinin hesaplanmasına olanak sağlar. 2. Aktigrafi ve uyku günlükleri En az iki hafta19 (çalışmanın amaçlarına bağlı olarak daha uzun süreler olabilir), katılımcılardan bir bilek aktivite monitörü veya ‘aktigraf’ takmalarını, dinlenme/aktivite kalıplarını ve çalışma süresi boyunca hafif (1-32.000 lux) veri toplamalarını isteyin. Her katılımcıya, banyo/duş için (su geçirmez değilse) kaldırılması ve ışık verilerinin toplanmasını sağlamak için onları kaplayan kolların önlenmesi de dahil olmak üzere, aktigrafların nasıl kullanılacağına dair ayrıntılar verin. Aktigrafların baskın olmayan bileklere takDığından emin olun. Aktivizm ile birlikte ve aktigrafik verilerden elde edilen uyku/uyandırma analizini kolaylaştırmak için, her katılımcıya günlük olarak tamamlaması gereken bir uyku günlüğü verin. Sorulan soruların yatma saatleri, uyku saatleri, gece uyanmaları, uyanma süreleri, uyku kalitesi, şekerlemeler ve aktigrafların kaldırıldığı zamanları içerdiğinden emin olun. Parametreleri gerekene göre ayar/aktivite analizi için aktigrafi verilerini toplayın (bu çalışmada 30Hz örnekleme frekansı ve orta duyarlılık ayarı kullanılmıştır). Günlük uyku zamanının ayrıntılarını ayıklayın ve uyku günlüklerinden ve üreticinin yazılımına veya alternatifine girişten (örn. çalışmayla ilgili aktigrafik değişkenleri elde etmek için açık kaynak doğrulanmış kod) alın. 3. Fizyolojik örnekleme Polipropilen toplama tüplerini veya salivetteleri etiketleyerek örnekleme paketlerini önceden hazırlayın (bu çalışmada 7 mL plastik bijous kullanın). Tüpleri katılımcı kimlik numarası, sabah veya akşam ve bireysel örnekleme numaralarıyla etiketlayın. Hata durumunda kullanmak için bir ‘yedek’ tüp ekleyin. Katılımcıların numune alındığında zaman damgası atmalarını sağlamak için hem sabah hem de akşam protokolleri için bir örnek toplama kayıt sayfası hazırlayın (örn. Sabah Örneği 1, Alınan Zaman = hh:mm, Sabah Örneği 2, Alınan Zaman = hh:mm). Katılımcı kimlik numarasını, mevsimsel bilgileri içeren tarihi ve fotoğraf dönemini hesaplama konumunu ekleyin.NOT: ASKERI zamanın AM/PM ile ilgili herhangi bir sorun olmamasını sağlamak için kullanılması çok önemlidir. Katılımcılara, ev/iş ortamlarında tükürük numunesi alma konusunda eğitim sırasında fizyolojik örnekleme ve önceden yapılmış paketler için ilgili protokolleri verin. Katılımcıların uygun zamanlarda (örneğin, alarma gerek kalmadan) yatabilmeleri ve uyanabilecekleri durumlarda numunelerin ücretsiz bir günde toplanması gerektiğini katılımcıya bildirin. DLMO’nun güvenilir bir şekilde hesaplanmasını sağlamak için, katılımcılar, yatma dan sonra uyanık kalma ihtiyacı nedeniyle performans testinden bir gün önce akşam tükürük örnekleme protokolünü yapmamalıdır. Katılımcılardan, tükürük numunesi vermeyi taahhüt edebildiklerinde çalışmanın ikinci haftasında (aynı gün) bir sabah ve bir akşam ayırmalarını isteyin. Katılımcılara aynı gün akşam örneklerinin ardından sabah örneklerini toplamalarını tavsiye edin.NOT: Uyku zamanlamasındaki herhangi bir değişikliğin sonuçları etkilemeyeceğini garanti etmek için örnekleme sırası (sabah sonra akşam) izlenmelidir (eğer akşam örnekleri ilk olarak uyku saatinde uyanık kalmayı gerektiren alınırsa, ertesi gün alınırsa sabah örneklerini etkileyebilir). Kortizol uyanış yanıtı için sabah örnekleme protokolü Tükürük örneklerinin ilk uyanma noktasında (yatakta iken), ilk saat için her 15 dakikada bir ve sonraki 1-2 saat için her 30 dakikada bir tükürük numunelerinin uygun şekilde etiketlenmiş şişeye tükürerek (No. 1, 2, 3, vb.) toplandığından emin olun. Bu süre zarfında katılımcıların: örnekleme döneminde diş macunu olan veya olmayan, test süresi boyunca alkollü içeceklerden, yapay renklendirici ve gıda içeren içeceklerden uzak durmalarını ve diş fırçası ile diş temizliğiyapmaktan kaçınmalarını sağlayın. Tüm numuneler temin edildikten sonra, katılımcıların numunelerini araştırma ekibi tarafından toplanana kadar -20 °C’de dondurucularında saklamalarını sağlayın.NOT: Mümkünse numuneleri dondurulmuş olarak saklamak en iyisidir, ancak ertesi gün koleksiyona kadar buzdolabında saklanırsa uygun kalır. İnsan Doku Kanunu (HTA) 2004 uyarınca, numunelerin, analizi yapan Kurum tarafından HTA lisansı yapılmadığı sürece, toplama işleminden sonraki yedi gün içinde toplanması ve işlenmesi gerekmektedir. Loş ışık melatonin başlangıcı için akşam örnekleme protokolü Tükürük örneklerinin yatmadan önce 3 ila 4 saatte bir 3-4 saat arasında toplanmasını sağlayın (örn. yatma saati 22:00 ise, katılımcı saat 18:00/19:00’dan 23:00/00:00 saat saatlerine kadar çalışmaya başlayacaktır). Uygun şekilde etiketlenmiş şişeye tükürerek tükürük numunelerini toplayın (1, 2, 3, vb.’den başlayarak). Bu süre zarfında katılımcıların: yatmadan önce 6 saat e kadar kafeinli içeceklerden (örn. çay, kahve, coca-cola) uzak durmalarını sağlayın (örn. yatma saati saat 22:00 ise, kafein tüketimi toplama günü saat 16:00’da durmalıdır). Katılımcıların loş ışıkta kapalı olarak oturmalarını sağlayın (< 10 lux, örneğin, tek bir masa lambası tercihen kırmızı ışıkta, odanın diğer tarafında, havai ışık yok, elektronik ekranlar yok, perdeler kapalı). Katılımcıların alkol veya yapay renklendirme içeren içecekleriçmekten kaçınmalarını ve örnekleme döneminde diş macunu ile veya diş macunu olmadan diş temizliğiyapmaktan kaçınmalarını sağlayın. Katılımcılar bir şey yemek istiyorlarsa, tuvalete gidin veya kafeinsiz bir içecek yapın, bir numunenin toplanmasından hemen sonra bunu yaptığınızdan emin olun ve bir sonraki numune toplanmadan önce 15 dakika boyunca tekrar oturmaya çalışın. Numuneler arasında gıda tüketiliyorsa, katılımcıların bir sonraki numunenin toplanmasından 15 dakika önce ağızlarını suyla yıkadığından emin olun. Katılımcının örnekleme süresi boyunca loş ışıkta (tercihen kırmızı ışıkta) kalması için diğer tüm odaların aynı ışık koşullarına sahip olduğundan emin olun. Tüm numuneler temin edildikten sonra, katılımcıların numunelerini araştırma ekibi tarafından toplanana kadar -20 °C’de dondurucularında saklamalarını sağlayın.NOT: Katılımcıların loş ışık protokolüne uymaları çok önemlidir. Mümkün olduğunda, araştırmacılar yoğunluk ve spektral bileşimi izlemek için ışık koşullarını ölçmek gerekir. 4. Radioimmunoassay Her zaman noktasında göreceli konsantrasyonları belirlemek için insan tükürük melatonin ve kortizol RIA veya ELISA gerçekleştirin.NOT: Bu temsili sonuçlarda işlem ria iyot(125I) radyoaktif etiketli tracer ve katı faz ayırma ile kullanılmıştır. Bu protokol, Surrey Üniversitesi Kronobiyoloji Laboratuvarı’nda rutin olarakkullanılmaktadır. Melatonin konsantrasyonunun üç temel ölçütün (ilk üç örnek) iki standart sapmasını aştığı zaman noktası olarak tek tek DMMO’ları hesaplayın.NOT: Bu yöntem, sabit oranlı konsantrasyon14kullanarak karşılaştırıldığında tek tek taban çizgisi farklılıkları için ayarlar. Örneklemede kullanılan zaman noktalarına bağlı olarak diğer yöntemler kullanılabilir (örneğin, tam profil14için 24 saat boyunca). Kortizol tepesini sabah kortizol uyanış tepkisi sırasında kaydedilen en yüksek kortizol konsantrasyonu zamanı olarak hesaplayın. 5. Diurnal performans testi NOT: Bu protokolde kullanılan önlemler Psikomotor Uyanıklık Görevi (PVT)21ve Karolinska Uykululuk Ölçeği (KSS)22’dir. Ancak, çalışmanın amacına bağlı olarak aynı tasarımı tutarak başka testler de kullanılabilir (örneğin, çalışma sirkadiyen fenotipin çalışma belleği üzerindeki etkisini araştırıyorsa, bir bellek görevi gerekirdi). Katılımcılardan, kuruluma alışmak için testten önceki hafta boyunca en az bir (göreve bağlı olarak) alıştırma denemesi yapmalarını isteyin.NOT: Uygulama denemeleri izlenirse uzaktan yapılabilir. Uygulama testlerinin sayısı, çalışmada kullanılan göreve göre uyarlanmalıdır. Örneğin, daha karmaşık bir yürütme işlevi görevi, daha basit bir göreve kıyasla platoya ulaşmak için bir dizi alıştırma testi gerektirebilir. Belirli saat saatlerinde incelenen zaman noktalarının sayısına göre test seansları düzenleyin.NOT: Çalışma tasarımına bağlı olarak performans testleri evde veya laboratuvarda yapılabilir. Protokolün zamana duyarlı yapısı nedeniyle, performans testi ev ortamında yapılıyorsa, katılımcıların bunu kendileri yürüttüklerinden ve zaman ve tarih damgalı olduğundan emin olmak için uygunluk izlenmelidir. İlgili bir cihaz üzerinde test yapmak (bu çalışmada standart klavye ve fare ile bir DQ67OW, i7-2600 işlemci, 4GB RAM, 32-bit masaüstü kullanılır).NOT: Test için bir dizüstü bilgisayar, iPad veya başka bir cihaz gerekiyorsa, aynı aygıtın ve ayarların tüm katılımcılar için çalışma boyunca ve her test oturumu için fare ve parça yüzeyi ve dokunmatik ekrana karşı yanıtlarda olası değişkenlik nedeniyle kullanıldığından emin olun. 6. Analiz Toplanan beş değişkenin değerine göre sirkadiyen fenotip gruplarını kategorilereayırın: MSFsc, uyanma zamanı, kortizol uyanış yanıtının doruk zamanı, DLMO ve uyku başlangıcı (kesmeler Tablo 1’de verilmiştir). Her katılımcı için değişken başına bir puan ayırın. Bir değişken ECP kategorisindeyse 0, ICP kategorisindeyse 1 ve LCP kategorisindeyse 2 olarak ayrılır. Örneğin, bir katılımcı tüm değişkenler için LCP kategorisindeyse, 10 puan biriktirir. 0-10 toplam puan dışında ATPs (0-3), ICPs (4-6) ve LCPs (7-10) olarak katılımcı ları tanımlar. Toplam skordan sirkadiyen fenotiplerin alt kategorileri şu şekilde belirlenebilir: 0 = aşırı ECP, 1 = kesin ECP, 2 = orta ECP, 3 = hafif ECP, 4 = erken ICP, 5 = ICP, 6 = geç ICP, 7 = hafif LCP, 8 = orta LCP, 9 = kesin.NOT: Bireysel çalışmalariçin araştırma sorularına göre istatistiksel analiz ler belirlenmelidir. Verilerin normal bir dağılım izlemediği yerlerde parametrik olmayan testler kullanılmalıdır. Post hoc testleri gün efektleri saatini belirlemek için çalıştırılmalıdır. Bir dizi parametre ölçülürken, birden fazla karşılaştırmanın daha fazla düzeltmesi yapılmalıdır (örn. f-değerlerinin FDR düzeltilmesi).

Representative Results

ECPs ve LCPs bu sonuçlar daha önce Facer-Childs, Campos, ve ark.23tarafından yayınlanmıştır. Tüm izinler yayımcıdan alınmıştır. Her üç grubun (Early, Intermediate ve Late) araştırılmasını gerektiren çalışmalarda aynı yöntemler ve kesilmeler kullanılabilir. Sirkadiyen Fenotileme (Tablo 1, Tablo 2 ve Şekil 1)Bu makalede sunulan ilk hipotez, grupların uyku ve sirkadiyen değişkenlerde önemli ölçüde farklılık gösterir. Bu çalışmada yer alan katılımcılardan (n = 22) AFLP olarak sınıflandırılanların skoru 0-1 ile 8-10 arasında olan tüm LMC’ler arasında dır (Tablo 1’deverilen kesintiler). Bu sonuçları doğrulamak için, grup ortalamaları her değişken için karşılaştırıldı. MSFsc 02:24 ± 00:10 h ECP’ler için 06:52 ± 00:17 h ile karşılaştırıldığında LCP’lerde (t(36) = 12,2, p < 0,0001 idi. Fizyolojik belirteçler de iki grup arasında anlamlı farklılık göstermektedir. DLMO, ECP'lerde 20:27 ± 00:16 saat, LCPS'de 23:55 ± 00:26 saat (t(30) = 6,8, p < 0,0001'de meydana geldi. Kortizol uyanış yanıtının en yüksek zamanı 07:04 ± 00:16 saat ECP'lerde ve 11:13 ± 00:23 h'de LCP'lerde (t(36) = 8,0, p < 0,0001) olarak gerçekleşebilir. Aynı ilişkiler uyku başlangıcı için aktigrafik değişkenler ile gözlendi ve ortalama uyku başlangıcı ile uyanma zamanlamaları 22:57 ± 00:10 saat ECP'lerde ve 02:27 ± 00:19 saat LCP'lerde (t(34) = 8,9, p < 0.0001) ve yPT'lerde 06:33 ± 0.10 h ve LCP'lerde 10:13 ± 00:18 h (t(34) = 9.9, p < 0.0001' de meydana gelen uyanma süresi. Süre, verimlilik ve gecikme süresi gibi diğer uyku değişkenleri gruplar arasında anlamlı farklılık gözetmenegitmedi (Tablo 2). İkinci hipotez, MCTQ’dan toplanan MSFsc’sinin altın standart lı aktigrafik ve sirkadiyen faz biyobelirteçleri ile önemli ölçüde ilişkili olacağıdır. Şekil 1, MSFsc’nin DLMO ile anlamlı olarak ilişkili olduğunu göstermektedir (R2 = 0,65, p < 0.0001), kortizol uyanış yanıtının en yüksek zamanı (R2 = 0.75, p < 0.0001), uyku başlangıcı (R2 = 0.80, p < 0.0001) ve uyanma zamanı (R2 = 0.86, p< 0.0001). Bu temsili sonuçlar, farklı sirkadiyen fenotip gruplarının uyku başlangıcı/ofset (yani uyanma zamanı) ve fizyolojik değişkenlerde (DLMO ve sabah kortizolünün pik zamanı) net farklılıkları olduğunu göstermektedir. Diurnal Test (Şekil 2)Gün boyunca birden fazla kez test edilerek, subjektif uykuhali ve performansta diurnal ritimlerin her grupta (ECP/LCD) tespit edilebildiği varsayımında bulundu. Buna ek olarak, sirkadiyen fenotipler dikkate alınmadığı ve verilerin sadece grup düzeyinde analiz edilmesi durumunda diurnal varyasyonların yanlış tanıtılacağı varsayımı nda bulundu. PVT ve KSS için tüm grup düzeyinde önemli diurnal varyasyonlar bulundu. 08:00 saat test oturumunda KI PVT performansı 14:00 h testinden(p = 0,027) ve subjektif uykululululuk(p = 0,024) daha yavaştı. Önemli ölçüde daha yavaş PVT performansı da 08:00 saat ile 20:00 saat(p = 0,041) arasında bulundu. Her grup ayrı ayrı analiz edildiğinde, PK’larda değil, PK’larda PVT performansında önemli diurnal varyasyonlar bulundu. LCP’ler saat 08:00’de 14:00 h ‘ye(p = 0,0079) göre anlamlı olarak daha kötüydü ve saat 20:00’de 08:00 h’ye(p = 0,0006) göre daha iyiydi. Subjektif uykuhali her grup içinde önemli diurnal varyasyonlar gösterdi. ECP’ler saat 08:00’e göre saat 20:00’de daha yüksek uykuhali rapor edilmiştir(p = 0.0054). Bunun tersi, saat 08:00’de en yüksek uykuhali ve saat 20:00’de en düşük uykululuk bildiren LCP’lerde gözlendi. p Şekil 1: Aktigrafi ve fizyolojik biyobelirteçler kullanarak uyku/uyanıklık değişkenleri arasındaki ilişkileri göstermek için doğrusal regresyon analizi. Boş günlerde (MSFsc)düzeltilmiş uyku, x ekseninde günün saati (h) olarak görüntülenir. Erken sirkadiyen fenotipler (ECP’ler) mavi kutuda, Geç sirkadiyen fenotipler (LCP) kırmızı kutuda gösterilir. (a) Kortizol uyanış tepkisinin en yüksek zamanı (h), (b) Uyanma zamanı (h),(c) Loş ışık melatonin başlangıcı (DLMO) (h),(d) Uyku başlangıç zamanı (h). R2 değeri sağ alt köşede gösterilmiştir ve **** = p < 0.0001'de anlamlılık düzeyi gösterilir. Bu rakam, Facer-Childs, ve ark.23’tenizin le değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Şekil 2: Karolinska Uykululuk Ölçeği ve Psikomotor Uyanıklık Görevi (PVT) performansında diurnal varyasyoneğrileri. Günün saati (h) x ekseninde gösterilir. Tüm grup sonuçları birinci sütunda, Erken sirkadiyen fenotiplerde (ECP’ ler) ikinci sütunda ve geç sirkadiyen fenotiplerde (LCD) üçüncü sütunda gösterilir. (a) Öznel uykuhali (KSS) skoru, (b) PVT (ler) den reaksiyon süresi. İkinci dereceden polinomlu doğrusal olmayan regresyon eğrileri takılmıştır. Önem düzeyi ns (önemli değil), * (p < 0.05), ** (p < 0.01), *** (p < 0.001) ve **** (p < 0.0001 olarak gösterilir. Bu rakam, Facer-Childs, ve ark.23’tenizin le değiştirilmiştir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın. Değişken ölçülen ECP Kategorisi ICP Kategorisi LCP Kategorisi Aktigrafik uyandırma süresi &l; 07:30 saat 07:31 – 08:29 saat > 08:30 saat Sabah kortizolünün en yoğun zamanı > 08:00 08:01 – 08:59 saat > 09:00 saat Loş ışık melatonin başlangıcı (DLMO) &lüks; 21: 30 h 21:31 – 22:29 saat > 22,30 saat Aksigrafik uyku başlangıcı &l; 23:30 saat 23:31 – 00:29 saat > 00:30 saat Ücretsiz günlerde uyku ortası düzeltildi (MSFsc) & 04:00 saat 04:01 – 04:59 saat > 05:00 saat Değişken başına puan 0 1 2 TOPLAM PUAN 0 – 3 4 – 6 7 – 10 Alt kategori 0 = aşırı ECP1 = kesin ECP2 = orta ECP3 = hafif ECP 4 = Erken ICP5 = ICP6 = geç ICP 7 = hafif LCP8 = orta LCP9 = kesin LCP10 = aşırı LCP Tablo 1: Erken (ECP), Ara (ICP) ve Geç (LCP) gruplarına sirkadiyen fenotipleme için kategorizasyon kesilmeleri. Her değişken, sonucuna bağlı olarak katılımcı başına bir puan ayrılır ve toplam puanlar (0-10) her gruba ve her alt kategoriye kategorize edilmesine izin verir. Ölçülen Değişken ECP’ler LP’ler Önemi Örnek Boyutu N = 16 N = 22 Yok Erkek/Kadın Sayısı M = 7 M = 7 p = 0,51c F = 9 F = 15 Yaş (yıl) 24,69 ± 4,60 21.32 ± 3.27 yıl p = 0,028a Yükseklik (cm) 171,30 ± 1,97 171,10 ± 2,38 p = 0,97a Ağırlık (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 Uyku Başlangıcı (hh:mm) 22:57 ± 00:10 02:27 ± 00:19 p < 0.0001a Uyandırma Süresi (hh:mm) 06:33 ± 0,10 10:13 ± 00:18 p < 0.0001a Uyku Süresi (h) 7,59 ± 0,18 7.70 ± 0.14 p = 0,72a Uyku Verimliliği (%) 79,29 ± 1,96 77,23 ± 1,14 p = 0,46a Uyku Başlangıçlı Gecikme (hh:mm) 00:25 ± 00:06 00:25 ± 00:03 p = 0,30b Faz Açısı (hh:mm) 02:28 ± 00:16 02:34 ± 00:18 p = 0,84a Loş Işık Melatonin Başlangıçlı (hh:mm) 20:27 ± 00:16 23:55 ± 00:26 p < 0.0001a Kortizol Tepe Saati (hh:mm) 07:04 ± 00:16 11:13 ± 00:23 p < 0.0001a Tablo 2: Sirkadiyen fenotip grupları için çalışma değişkenleri; Erken (ECPs) ve Geç (LP). Değerler ortalama ± SD olarak gösterilen yaş dışında ortalama ± SEM olarak gösterilir. Kullanılan istatistiksel testlerin türü üst yazıda gösterilir; parametrik testlera, parametrik olmayan testlerb ve Fisher’ın tam testc. Faz açısı loş ışık melatonin başlangıcı (DLMO) ve uyku başlangıcı arasındaki fark (h) tarafından belirlenir. Tüm p değerleri FDR düzeltilmiş24. Bu Tablo, Facer-Childs, ve ark.23’tenizin li olarak değiştirilmiştir.

Discussion

Sirkadiyen ve uykuya bağımlı etkilerin davranış üzerindeki karmaşık etkileşimi nedeniyle, her birinin göreceli katkılarını keşfetmek zordur. Laboratuvar tabanlı protokoller büyük ölçüde gerçekçi olmayan ve pahalı, böylece günlük işleyişi25sonuçları ile ilgili olarak daha zayıf dış geçerlilik tutun. Bu nedenle, gerçek dünya bağlamlarına genellenebilirliği teşvik etmek için kendi ev ortamında bireylerin çalışma ihtiyacı artmaktadır. Saha çalışmaları eksojen etkilerin kontrolüne izin vermese de, entegre bir yaklaşım hem biyolojik hem de çevresel faktörlerin sağlık, fizyoloji ve performans 23,26,27nasıl etkilediğine ışık tutmaya yardımcı olabilir.27 Bu protokol, alışılmış rutinlerini takip ederken bireyleri ev ortamlarında izleyebilmek için özel olarak tasarlanmıştır. Bu tükürük örnekleme protokolleri, bu protokolün yürütülmesikolaylığını destekleyen Amazon28 ve Antarktika29 gibi zorlu ortamlarda başarıyla gerçekleştirilmiştir.

Anketler, çok çeşitli bilgileri toplamak için hızlı ve basit bir yol sağlayan uyku ve sirkadiyen çalışmalarda yararlı bir araçtır. Ancak, öznel ve nesnel önlemler arasındaki tutarsızlıklar, bireysel farklılıkları incelemeye çalışırken zorluklar yaratabilir. Bu nedenle, birden fazla öznel ve nesnel önlemler toplayabilmek sirkadiyen fenotip gruplarının kategorizasyonunu güçlendirebilir. Bu yöntem kombinasyonu – MCTQ, aktigrafi, fizyolojik örnekleme ve performans testi – sirkadiyen fenotiplerde bireysel farklılıklar dikkate alınmadığı takdirde sonuçların nasıl yanlış yorumlanabileceğini vurgulamıştır. Tüm bu değişkenlerin ölçülmesi sirkadiyen fenotip gruplarının en güvenilir kategorizasyonu sağlar, ancak, daha az gereksinimsağlamak için yöntemi daha da geliştirmek için potansiyel vardır. Örneğin, maliyeti azaltmak için güvenilirlik araştırılmaya devam etse de, araştırmacılar kortizol örnekleme adımını kaldırabilir veya farklı bir soru formu kullanabilir. Bununla birlikte, DLMO sirkadiyen zamanlama ve aktigrafi için mevcut bir altın standart belirteç olduğu için dinlenme/aktivite kalıplarını izlemek için standart bir yöntem olduğundan, bu değerlendirmelere dahil edilmesi gereken temel değişkenler olacaktır.

Performans testlerinin, bireye göre zamanlamaları (iç biyolojik zaman) dayandırmak yerine saat sürelerine göre zamanlanması fizibiliteyi artırır ve protokolün gerçek dünya ayarlarında uygulanmasını sağlar. Bu tasarımın bir sınırlama, ancak, yetersizlik sirkadiyen sistemin etkisini belirlemek için yetersizlik vs homeostatik etkiler. Sonuçlara katkıda bulunan belirli mekanizmaları onaylamanın bir yolu olmadığı için bu bir sorun haline gelir. Ancak, bu protokolün amacı bu grupları gerçek bir senaryoda araştırmak olduğundan, uykuya bağımlı mekanizmaların azaltılması sonuçların dış geçerliliğini en aza indirgeyecek. Bu nedenle, entegre bir yöntem kullanarak daha uygulanabilir ve daha uygun alan çalışmaları için olduğu iddia edilebilir.

Doğrudan performans ölçüleri toplum için son derece önemlidir, ancak birden fazla etkileyen faktörleri, özellikle de bireyleri sirkadiyen fenotiplerine ve uyku basıncına göre gruplandırma ihtiyacı göz önüne alınmadan, çalışmaların önemli sonuçlar eksik olabileceği düşünülmektedir.

Tartışıldığı gibi, PVT ve KSS yaygın araştırma birçok alanda kullanılmaktadır. PvT ve görev süresi esneklik basitliği, birden fazla test kez gerektiren sirkadiyen ve uyku kısıtlama çalışmaları kullanmak için cazip bir test yapar, ve uyku yoksunluğu hassas bir belirteç olduğu gösterilmiştir30,31. Test doğruluğu ve genel reaksiyon süreleri görev süresi ile birlikte artmasına rağmen, 2 dk, 5 dk ve 10 dk PVT görevleri tüm gün ilişkileri benzer zaman gösterir32.

Protokol tasarımımız, bir dizi farklı performans görevi ve gerekirse daha sık zaman noktalarında uygulanabiliyordu. Önceki çalışmalarda aerobik kapasite15 ve yürütme fonksiyonu25gibi hem fiziksel hem de bilişsel performans ölçümleri gün etkileri zaman göstermiştir. Bu protokolün uygulanması ve bireysel farklılıkların muhasebeleştirilmesi, özellikle elit sporlar gibi daha niş ortamlarda performansa katkıda bulunan mekanizmaların nasıl inceleneceğinin anlaşılmasını artıracaktır. Özetle, bu protokol sirkadiyen fenotip bir gerçek dünya değerlendirmesi sağlar ve performans üzerinde günün zaman etkisini ölçmek için nasıl bir fikir sağlar.

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma Biyoteknoloji ve Biyolojik Bilimler Araştırma Konseyi (BBSRC, BB/J014532/1) ve Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC, EP/J002909/1) tarafından desteklenmiştir. E.R.F.C, Wellcome Trust Kurumsal Stratejik Destek Fonu (ISSF) Şeması hızlandırıcı bursu (Wellcome 204846/Z/16/Z) ve Avustralya Hükümeti, Sanayi, Yenilik ve Bilim Bakanlığı hibe (ICG000899/19/0602) tarafından desteklenmiştir. Bizim içten teşekkür tüm katılımcılar ve Stockgrand Ltd için asa reaktifler için vardır.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. de Souza, L., et al. Further Validation of Actigraphy for Sleep Studies. Sleep. 26 (1), 81-85 (2003).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Brown, S. A., et al. Molecular insights into human daily behavior. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (5), 1602-1607 (2008).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Burgess, H. J., Fogg, L. F. Individual differences in the amount and timing of salivary melatonin secretion. PLoS One. 3 (8), e3055 (2008).
  10. 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).
  11. Bailey, S. L., Heitkemper, M. M. Circadian rhythmicity of cortisol and body temperature: morningness-eveningness effects. Chronobiology International. 18 (2), 249-261 (2001).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Benloucif, S., et al. Measuring melatonin in humans. Journal of Clinical Sleep Medicine. 4 (1), 66-69 (2008).
  15. Blatter, K., Cajochen, C. Circadian rhythms in cognitive performance: Methodological constraints, protocols, theoretical underpinnings. Physiology & behavior. 90 (2-3), 196-208 (2007).
  16. 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).
  17. Schmidt, C., et al. Circadian preference modulates the neural substrate of conflict processing across the day. PLoS One. 7 (1), e29658 (2012).
  18. 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).
  19. Van Someren, E. J. Improving actigraphic sleep estimates in insomnia and dementia: how many nights?. Journal of sleep research. 16 (3), 269-275 (2007).
  20. Moreno, C., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
  21. 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).
  22. Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52 (1-2), 29-37 (1990).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Moreno, C. R., et al. Sleep patterns in Amazon rubber tappers with and without electric light at home. Scientific Reports. 5, 14074 (2015).
  29. Arendt, J., Middleton, B. Human seasonal and circadian studies in Antarctica (Halley, 75 degrees S)). General and Comparative Endocrinology. 258, 250-258 (2018).
  30. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34 (5), 581-591 (2011).
  31. 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).
  32. 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).

Tags

Circadian PhenotypingDiurnal PerformanceCircadian TimingSleep BehaviorMunich ChronoType QuestionnaireSaliva SamplesActigraphyRest-activity PatternsLight Exposure

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
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).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image