Účinky zásahu modrého monochromatického světla na spánek a cirkadiánní rytmy jedinců večerního typu

Pozadí:

Ráno/večer je fenomén, který odráží tendenci být „brzkým ranním ptáčkem“ nebo „pozdní noční sovou“, a je tedy zdrojem interindividuálních variací v načasování spánku a dalších chováních. Jednotlivci večerního a ranního typu vykazují rozdíly, které se odvozují vnitřně, pokud jde o cirkadiánní fázi jejich endogenních biologických hodin. U určité skupiny jedinců označovaných jako jedinci ranního typu bylo trvale zjištěno, že podávají lepší výkony ráno, zatímco jedinci večerního typu se zdají být ostražitější a mají lepší výkon večer. Jedinci ranního typu mají časnější čas ulehnutí a vstávání než jedinci večerního typu, zatímco je známo, že jedinci večerního typu hlásí výrazně pozdější čas spánku a vstávání ve srovnání s jedinci ranního typu. Navíc je známo, že adolescenti večerního typu prokazují horší akademické a intelektuální výkony během jejich nepreferovaných, tj. časných ranních hodin dne.

Cirkadiánní rytmy jsou známé jako biologické procesy, které projevují endogenní, unášitelné oscilace v období asi 24 hodin. Bylo zjištěno, že tyto rytmy jsou řízeny cirkadiánním kardiostimulátorem, který se nachází v suprachiasmatických jádrech (SCN) hypotalamu. Tyto 24hodinové rytmy se projevují pozorovatelným způsobem v rámci četných fyziologických měřítek, jako je cyklus spánek-bdění, tělesná teplota a vylučování hormonů, jako je melatonin. Teplota tělesného jádra během noci klesá a svého nejnižšího bodu (nadir) dosáhne brzy ráno, poté začne opět stoupat. Sekrece melatoninu sleduje křivku, která je téměř inverzní ve srovnání s rytmem tělesné teploty a je citlivá na vystavení světlu, které inhibuje sekreci melatoninu. Melatonin buď v plazmě, slinách nebo moči je považován za objektivní marker cirkadiánních rytmů, z nichž nejčastěji používaným parametrem je nástup melatoninu v tlumeném světle (doba, kdy melatonin dosáhne 4 pg/ml ve slinách).

Je známo, že spánek lze nejsnáze zahájit, když tělesná teplota klesá a když hladina melatoninu stoupá. Je také známo, že se nejsnáze iniciuje v časovém rámci šest hodin před poklesem teploty až do několika hodin po poklesu tělesné teploty.

Jednotlivci večerního typu pociťují zvýšenou ospalost a horší výkony během časných ranních hodin, protože existuje nesoulad mezi jejich cirkadiánními rytmy a jejich požadavkem být vzhůru v tak časných hodinách. Je známo, že ospalost má vážné důsledky pro výkon.

Nicméně, jak již bylo zmíněno, výstupy SCN jsou strhovatelné a světlo je nejsilnějším dárcem času pro cirkadiánní kardiostimulátory jednotlivců. Načasování expozice světlu má tedy potenciál buď fázově předstihnout, nebo fázově zpozdit cirkadiánní rytmus. Vystavení světlu v hodinách před nadirem, během večera, povede k tomu, že jednotlivci zpozdí svůj cirkadiánní rytmus. Na druhé straně expozice světlu v hodinách po nadiru, během ranních hodin, má potenciál fázově posunout cirkadiánní rytmy jednotlivců. Světlo může posunout cirkadiánní fázi, ale tento účinek závisí na načasování světla, délce expozice světla a intenzitě světla, kde bylo prokázáno, že vyšší intenzity jsou spojeny s většími účinky. Další vlastnost světla se týká vlnových délek, které vyzařuje, kde bylo prokázáno, že modré světlo produkuje výrazně silnější efekty fázového posunu než světla jiných vlnových délek viditelného spektra. Účinky modrého světla na cirkadiánní systém byly přičítány fotoresponzivní buněčné populaci v sítnici, která obsahuje fotopigment melanopsin, který je vysoce citlivý na modré světlo. Tyto buňky vysílají signály přímo do SCN a také vytvářejí spojení s oblastmi spojenými s bdělostí, jako je striatum a mozkový kmen. Citlivost na melanopsin byla prokázána jako nejvyšší v oblasti modrého světla kolem 460 nm.

Pokud je nám známo, nebyla provedena žádná studie, která by testovala účinky zásahu modrého monochromatického světla aplikovaného standardním osvětlením místnosti na fázový posun cirkadiánních rytmů jedinců večerního typu. V důsledku toho je naším cílem posoudit, zda modré světlo ve srovnání se standardním bílým světlem, podávané prostřednictvím standardního osvětlení místnosti, může změnit spánek a cirkadiánní rytmus jedinců večerního typu a způsobit fázový posun.

Hypotéza:

Tři po sobě jdoucí rána po jedné hodině budou vystaveny monochromatickému světlu (40 lx, ozáření = 88,79 µW/cm2) s maximální vlnovou délkou 455 nm (modré světlo) ve srovnání se světlem v plném spektru (2500 Kelvinů) se stejným tokem fotonů jako modré světlo: a) vede k fázovému posunu cirkadiánního rytmu jedinců večerního typu; b) ráno zvýšit bdělost hodnocenou subjektivními a objektivními měřeními; a c) snížení ranní ospalosti uváděné účastníky, d) snížení latence nástupu spánku a e) prodloužení doby nástupu spánku.

Upravíme intenzitu světla, abychom se ujistili, že fotonová energie je v obou podmínkách stejná.

Metody

Ukázka a postup:

Naším cílem je získat vzorek minimálně 34 účastníků z univerzity v Bergenu. Kritériem pro zařazení je skóre pod 42 v dotazníku Horne-Östberg Morningness-Eveningness Questionnaire, protože tento kategorizuje střední a rozhodně večerní typy. Účastníci budou vyloučeni, pokud bude v dotazníku o poruchách nálady (MDQ) uveden pozitivní případ, který ukazuje na přítomnost nebo historii bipolární poruchy. Účastníci budou rovněž vyloučeni, pokud během posledních tří měsíců pracovali v nočních směnách. Účastníci budou vystaveni zásahu modrého světla v randomizované, zaslepené, kontrolované studii. Účastníci budou hodnoceni subjektivními a objektivními měřeními spánku po dobu 3 dnů (úterý - čtvrtek) týden před třídenní intervencí modrého světla. Budou také posuzováni stejnými subjektivními a objektivními měřítky během třídenní intervenční doby. Přesněji řečeno, spánek bude hodnocen pomocí aktigrafie a spánkového deníku. Den před intervencí a jeden den po intervenci bude měřen cirkadiánní rytmus pomocí vzorků slin pro odhad nástupu melatoninu v tlumeném světle. Flexibilita bude také měřena před zásahem prostřednictvím cirkadiánního inventáře typů. Funkce bdění bude hodnocena ve dnech, kdy je intervence prováděna pomocí Karolinska stupnice spavosti a úkolu psychomotorické bdělosti.

Nástroje/míry:

Circadian Type Inventory: nástroj se dvěma faktory. Jedinci s vysokým skóre v první dimenzi (Flexibilní/Rigidní) jsou flexibilnější ve své schopnosti zůstat vzhůru v lichou denní nebo noční dobu. Ti, kteří mají vysoké skóre ve druhém faktoru (Languid/Vigorous), mají tendenci hlásit potíže s překonáváním ospalosti, zejména ráno. CTI bude účastníkům distribuována před světelnou intervencí.

Munich ChronoType Questionnaire: užitečný nástroj pro určování chronotypu na základě spánkového chování, jako je doba spánku a vstávání, čas, kdy se člověk plně probudí, a některé další body (např. MCTQ bude účastníkům distribuováno před světelnou intervencí.

Horne-Östbergův dotazník Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ): test, který se široce používá k hodnocení ranních a večerních stavů. MEQ bude účastníkům distribuováno pro účely screeningu.

Dotazník poruch nálady (MDQ): MDQ je ověřený nástroj pro sebereportáž, který zkoumá přítomnost bipolární poruchy v celoživotní anamnéze. Obsahuje 13 položek ano/ne, které pokrývají témata jako nálada, sebevědomí, energie, družnost, zájem o sex, upovídanost, roztržitost a další chování. Kromě toho existují dvě otázky hodnotící, zda se symptomy někdy vyskytly současně a do jaké míry symptomy způsobily funkční poruchu. Pozitivní případ znamená schválení 7 nebo více ze 13 symptomů, schválení položky souběžného výskytu a hlášení středního nebo závažného stupně funkční poruchy. MDQ bude podáváno pouze pro účely screeningu na začátku.

Aktigrafie: Akcelerometry a hodiny na zápěstí, které se mají nosit ve stejnou dobu jako spánkový deník. Data lze převést na objektivní parametry spánku. Tyto hodinky se budou nosit týden před zásahem po dobu tří dnů, v noci před středou, čtvrtkem a pátkem. Nosit se bude i v zásahovém týdnu ve třech zásahových dnech, v noci před středou, čtvrtkem a pátkem.

Spánkový deník: Denní subjektivní odhady doby spánku, doby vstávání, latence spánku, počtu probuzení, doby probuzení po začátku spánku, doby konečného probuzení, doby vstávání, celkové doby spánku, účinnosti spánku, kvality spánku a fungování během dne.

Dotazník bude účastníkům distribuován týden před intervencí po dobu tří dnů, v noci před středou, čtvrtkem a pátkem. Bude se také podávat v intervenčním týdnu ve třech intervenčních dnech, v noci před středou, čtvrtkem a pátkem. Dvě z otázek jsou vyplněny předtím, než účastníci jdou spát, a zbytek je vyplněn, když se ráno probudí.

Nástup melatoninu v tlumeném světle (DLMO): DLMO bude hodnocen odběrem vzorků slin každou hodinu večer, počínaje 19:00 až do jedné hodiny po normálním spánku. Vzorky DLMO budou odebrány jeden den před zásahem a den po období zásahu. Sběr a analýzy slin se budou řídit postupy dříve používanými naší výzkumnou skupinou. Brýle s blokátorem modrého světla se budou nosit (hodinu před prvním vzorkem), aby se zabránilo supresi melatoninu během odběru slin. DLMO bude analyzováno pomocí ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) (přímý melatonin ze slin od Bühlmann Laboratories, Schöonenbuch, Švýcarsko). Analytická citlivost této soupravy je 0,5 pg/ml a funkční citlivost je 1,6-20,5 pg/ml, s variačním koeficientem mezi testy

Karolinska škála ospalosti (KSS): KSS obsahuje jedinou položku hodnotící stav ospalosti na stupnici od 1 do 9. Tento přístroj bude předán v laboratoři ve dnech světelné intervence. Bude uděleno celkem šestkrát každému účastníkovi, dvakrát v každý den zásahu, první ihned, když účastníci přijdou do laboratoře, aby přijali zásah, a druhý poté, co dostali jednu hodinu světla, než opustí laboratoř. laboratoř.

Úkol psychomotorické bdělosti (PVT): 10minutový test reakční doby, který poskytuje míru trvalé pozornosti, vyplní účastníci během vystavení světlu v laboratoři. Účastník jednoduše reaguje na podněty zobrazované na displeji stisknutím tlačítka co nejdříve. PVT je zvláště citlivá na ztrátu spánku a únavu. PVT bude účastníkům poskytnuto během tří dnů světelné intervence.

Statistická analýza/analýza výkonu:

K analýze výsledků se použije ANOVA 2 (čas; před vs. po) x 2 (skupina; modré vs. světlo s plným spektrem). Analýza napájení byla provedena pomocí G*Power, verze 3.17. Nastavení velikosti efektu na střední (d=0,50), výkon na 0,80, alfa až 0,05, r mezi opakovanými měřeními do 0,50 ukazuje, že bude zapotřebí 34 účastníků, aby bylo možné detekovat významnou interakci čas x skupina.