Die Auswirkungen einer blauen monochromatischen Lichtintervention auf den Schlaf und die circadianen Rhythmen von Abendtyp-Personen

Hintergrund:

Morgen-/Abendheit ist ein Phänomen, das die Tendenz widerspiegelt, ein „früher Morgenvogel“ oder eine „späte Nachteule“ zu sein, und ist daher eine Quelle interindividueller Variationen in der Schlafzeit und anderen Verhaltensweisen. Personen vom Abend- und Morgentyp zeigen intern bedingte Unterschiede in Bezug auf die zirkadiane Phase ihrer endogenen biologischen Uhr. Bei einer bestimmten Gruppe von Personen, die als Morgentyp-Personen bezeichnet werden, wurde durchweg festgestellt, dass sie morgens besser abschneiden, während Abendtyp-Personen wacher zu sein scheinen und abends besser abschneiden. Personen vom Morgentyp haben frühere Schlafens- und Aufstehzeiten als Personen vom Abendtyp, während Personen vom Abendtyp bekanntermaßen signifikant spätere Schlafens- und Aufstehzeiten im Vergleich zu Personen des Morgentyps melden. Darüber hinaus ist bekannt, dass abendliche Jugendliche während ihrer nicht bevorzugten, d. h. frühen Stunden des Tages schlechtere akademische und intellektuelle Leistungen zeigen.

Zirkadiane Rhythmen sind als biologische Prozesse bekannt, die in einem Zeitraum von etwa 24 Stunden körpereigene, anregbare Schwingungen zeigen. Es wurde festgestellt, dass diese Rhythmen durch den zirkadianen Schrittmacher gesteuert werden, der sich in den suprachiasmatischen Kernen (SCN) des Hypothalamus befindet. Diese 24-Stunden-Rhythmen manifestieren sich beobachtbar in zahlreichen physiologischen Größen, wie dem Schlaf-Wach-Rhythmus, der Körperkerntemperatur und der Ausscheidung von Hormonen wie Melatonin. Die Körperkerntemperatur sinkt in der Nacht und erreicht am frühen Morgen ihren Tiefpunkt (Nadir), danach beginnt sie wieder zu steigen. Die Melatoninsekretion folgt einer Kurve, die im Vergleich zum Rhythmus der Körperkerntemperatur fast umgekehrt ist, und ist empfindlich gegenüber Lichteinwirkung, die die Melatoninsekretion hemmt. Melatonin entweder im Plasma, im Speichel oder im Urin wird als objektiver Marker für zirkadiane Rhythmen angesehen, von denen der Melatonin-Einsatz bei schwachem Licht (Zeit, wenn Melatonin 4 pg/ml im Speichel erreicht) der am häufigsten verwendete Parameter ist.

Der Schlaf lässt sich bekanntermaßen am leichtesten einleiten, wenn die Körperkerntemperatur sinkt und der Melatoninspiegel steigt. Es ist auch bekannt, dass es am einfachsten in einem Zeitrahmen von sechs Stunden vor dem Tiefpunkt bis einige Stunden nach dem Tiefpunkt der Körperkerntemperatur initiiert wird.

Personen vom Abendtyp erleben in den frühen Morgenstunden eine erhöhte Schläfrigkeit und eine schlechtere Leistungsfähigkeit, da ein Missverhältnis zwischen ihrem zirkadianen Rhythmus und ihrem Erfordernis, zu so frühen Stunden wach zu sein, besteht. Es ist bekannt, dass Schläfrigkeit schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistung hat.

Wie bereits erwähnt, sind die SCN-Ausgänge jedoch lernbar, und Licht ist der stärkste Zeitgeber für die zirkadianen Schrittmacher von Individuen. Somit hat das Timing der Lichteinwirkung das Potenzial, den zirkadianen Rhythmus entweder zu beschleunigen oder zu verzögern. Lichtexposition in den Stunden vor dem Tiefpunkt, während des Abends, führt dazu, dass Individuen ihren zirkadianen Rhythmus verzögern. Auf der anderen Seite hat die Lichtexposition in den Stunden nach dem Nadir, in den Morgenstunden, das Potenzial, den zirkadianen Rhythmus von Personen schrittweise voranzutreiben. Licht kann die zirkadiane Phase verschieben, aber dieser Effekt hängt vom Zeitpunkt des Lichts, der Dauer der Lichteinwirkung und der Lichtintensität ab, wobei höhere Intensitäten nachweislich mit größeren Effekten verbunden sind. Eine weitere Eigenschaft von Licht betrifft die Wellenlängen, die es emittiert, wobei gezeigt wurde, dass blaues Licht deutlich stärkere Phasenverschiebungseffekte erzeugt als Licht anderer Wellenlängen des sichtbaren Spektrums. Die Auswirkungen von blauem Licht auf das zirkadiane System wurden einer photoresponsiven Zellpopulation in der Netzhaut zugeschrieben, die das Photopigment Melanopsin enthält, das sehr empfindlich auf blaues Licht reagiert. Diese Zellen senden Signale direkt an den SCN und stellen auch Verbindungen zu Bereichen her, die mit Wachheit in Verbindung stehen, wie dem Striatum und dem Hirnstamm. Es wurde gezeigt, dass die Empfindlichkeit gegenüber Melanopsin in einem blauen Lichtbereich um 460 nm am höchsten ist.

Nach unserem besten Wissen wurde keine Studie durchgeführt, um die Auswirkungen einer Intervention mit blauem monochromatischem Licht, die über eine Standardraumbeleuchtung verabreicht wird, auf die Phasenverschiebung des zirkadianen Rhythmus von Abendtyp-Personen zu testen. Unser Ziel ist es daher zu beurteilen, ob blaues Licht im Vergleich zu weißem Standardlicht, das über eine Standardraumbeleuchtung verabreicht wird, den Schlaf und den zirkadianen Rhythmus von Personen mit Abendtyp verändern kann, was zu einem Phasenvorschub führt.

Hypothese:

Drei aufeinanderfolgende morgendliche einstündige Bestrahlung mit monochromatischem Licht (40 lx, Bestrahlungsstärke = 88,79 µW/cm2) mit einer Spitzenwellenlänge von 455 nm (blaues Licht) wird mit Vollspektrumlicht (2500 Kelvin) mit gleichem Photonenfluss verglichen blaues Licht: a) führt zu einem Phasenvorlauf des zirkadianen Rhythmus von Abendtyp-Individuen; b) Steigerung der Wachfunktion, bewertet mit subjektiven und objektiven Messungen am Morgen; und c) die selbstberichtete morgendliche Schläfrigkeit der Teilnehmer zu verringern, d) die Latenzzeit des Einschlafens zu verringern und e) die Zeit des Einschlafens vorzuziehen.

Wir werden die Lichtintensität anpassen, um sicherzustellen, dass die Photonenenergie unter den beiden Bedingungen gleich ist.

Methoden

Probe und Verfahren:

Unser Ziel ist es, eine Stichprobe von mindestens 34 Teilnehmern der Universität Bergen zu rekrutieren. Das Einschlusskriterium liegt im Horne-Östberg Morningness-Eveningness Questionnaire unter 42, da dieser moderate und definitive Abendtypen kategorisiert. Die Teilnehmer werden ausgeschlossen, wenn im Mood Disorder Questionnaire (MDQ) ein positiver Fall angegeben ist, der auf das Vorhandensein oder die Vorgeschichte einer bipolaren Störung hinweist. Ausgeschlossen werden auch Teilnehmer, die in den letzten drei Monaten Nachtschichten gearbeitet haben. Die Teilnehmer werden in einer randomisierten, verblindeten, kontrollierten Studie der Blaulichtintervention ausgesetzt. Die Teilnehmer werden eine Woche vor der dreitägigen Blaulichtintervention mit subjektiven und objektiven Schlafmessungen für 3 Tage (Dienstag - Donnerstag) bewertet. Sie werden auch während des dreitägigen Interventionszeitraums mit den gleichen subjektiven und objektiven Maßstäben bewertet. Genauer gesagt wird der Schlaf durch Aktigraphie und Schlaftagebuch bewertet. Einen Tag vor dem Eingriff und einen Tag nach dem Eingriff wird der zirkadiane Rhythmus anhand von Speichelproben gemessen, um den Melatonin-Einsatz bei schwachem Licht abzuschätzen. Die Flexibilität wird auch vor dem Eingriff durch das Circadian Type Inventory gemessen. Die Wachfunktion wird an den Tagen, an denen die Intervention durchgeführt wird, mit der Karolinska-Schläfrigkeitsskala und der psychomotorischen Wachsamkeitsaufgabe bewertet.

Instrumente/Maßnahmen:

Circadian Type Inventory: ein Instrument mit zwei Faktoren. Personen mit hohen Werten in der ersten Dimension (flexibel/starr) sind flexibler in ihrer Fähigkeit, zu ungewöhnlichen Tages- oder Nachtzeiten wach zu bleiben. Diejenigen, die beim zweiten Faktor (träge/kraftvoll) hohe Werte erzielen, neigen dazu, Schwierigkeiten bei der Überwindung von Schläfrigkeit zu berichten, insbesondere am Morgen. CTI wird vor der Lichtintervention an die Teilnehmer verteilt.

Munich ChronoType Questionnaire: ein nützliches Tool zur Bestimmung des Chronotyps basierend auf Schlafverhalten, wie Bett- und Aufstehzeiten, Uhrzeit, wann man vollständig wach wird, zusätzlich zu einigen anderen Punkten (z. B. Schlaflatenz). MCTQ wird vor der Lichtintervention an die Teilnehmer verteilt.

Der Horne-Östberg Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ): ein Test, der weit verbreitet ist, um die Morningness-Eveningness zu beurteilen. MEQ wird zu Screening-Zwecken an die Teilnehmer verteilt.

Mood Disorder Questionnaire (MDQ): MDQ ist ein validiertes Selbstberichtsinstrument, das auf das Vorhandensein einer lebenslangen Vorgeschichte einer bipolaren Störung hin untersucht. Es enthält 13 Ja/Nein-Items, die Themen wie Stimmung, Selbstvertrauen, Energie, Geselligkeit, Interesse an Sex, Geschwätzigkeit, Ablenkbarkeit und andere Verhaltensweisen abdecken. Zusätzlich gibt es zwei Fragen, ob die Symptome jemals gleichzeitig aufgetreten sind und in welchem ​​Ausmaß die Symptome eine funktionelle Beeinträchtigung verursacht haben. Ein positiver Fall beinhaltet die Befürwortung von 7 oder mehr der 13 Symptome, die Befürwortung des Kookkurrenz-Items und die Meldung eines mäßigen oder schweren Grades einer funktionellen Beeinträchtigung. Der MDQ wird zu Studienbeginn nur zu Screeningzwecken verabreicht.

Aktigraphie: Am Handgelenk getragene Beschleunigungsmesser und Uhren, die im gleichen Zeitraum wie das Schlaftagebuch getragen werden. Die Daten können in objektive Schlafparameter umgewandelt werden. Diese Uhr wird in der Woche vor dem Eingriff drei Tage lang in der Nacht vor Mittwoch, Donnerstag und Freitag getragen. Es wird auch in der Interventionswoche an den drei Interventionstagen in der Nacht auf Mittwoch, Donnerstag und Freitag getragen.

Schlaftagebuch: Tägliche subjektive Schätzungen der Schlafenszeit, Aufstehzeit, Schlaflatenz, Anzahl der Aufwachzeiten, Aufwachzeit nach Einschlafen, endgültige Aufwachzeit, Aufstehzeit, Gesamtschlafzeit, Schlafeffizienz, Schlafqualität und Tagesfunktion.

Der Fragebogen wird in der Woche vor der Intervention drei Tage lang in der Nacht vor Mittwoch, Donnerstag und Freitag an die Teilnehmer verteilt. Sie wird auch in der Interventionswoche an den drei Interventionstagen in der Nacht auf Mittwoch, Donnerstag und Freitag gegeben. Zwei der Fragen werden ausgefüllt, bevor die Teilnehmer zu Bett gehen, und der Rest wird ausgefüllt, wenn sie morgens aufwachen.

Dim Light Melatonin Onset (DLMO): DLMO wird durch stündliches Sammeln von Speichelproben am Abend von 19:00 bis eine Stunde nach der normalen Schlafenszeit bestimmt. DLMO-Proben werden einen Tag vor der Intervention und am Tag nach dem Interventionszeitraum gesammelt. Die Speichelsammlung und -analyse erfolgt nach Verfahren, die zuvor von unserer Forschungsgruppe verwendet wurden. Eine Blaulichtblockerbrille wird getragen (ab einer Stunde vor der ersten Probe), um eine Melatoninunterdrückung während der Speichelprobenahme zu verhindern. DLMO wird mit Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) (direktes Speichel-Melatonin von Bühlmann Laboratories, Schönbuch, Schweiz) analysiert. Die analytische Sensitivität dieses Kits beträgt 0,5 pg/ml und die funktionelle Sensitivität 1,6-20,5 pg/ml, mit einem Interassay-Variationskoeffizienten von

Karolinska-Schläfrigkeitsskala (KSS): KSS umfasst ein einzelnes Item, das den Zustand der Schläfrigkeit auf einer Skala von 1 bis 9 bewertet. Dieses Instrument wird an den Tagen der Lichtintervention im Labor abgegeben. Es wird insgesamt sechs Mal pro Teilnehmer gegeben, zweimal an jedem Interventionstag, das erste unmittelbar, wenn die Teilnehmer in das Labor kommen, um die Intervention zu erhalten, und das zweite, nachdem sie eine Stunde Licht erhalten haben, bevor sie das Labor verlassen Labor.

Psychomotorische Wachsamkeitsaufgabe (PVT): Ein 10-minütiger Reaktionszeittest, der ein Maß für die anhaltende Aufmerksamkeit bietet, wird von den Teilnehmern während der Lichtexposition im Labor durchgeführt. Der Teilnehmer reagiert einfach auf Stimuli, die auf einem Display gegeben werden, indem er so schnell wie möglich eine Taste drückt. PVT ist besonders empfindlich gegenüber Schlafverlust und Müdigkeit. PVT wird den Teilnehmern an den drei Tagen der Lichtintervention gegeben.

Statistische Analyse/Power-Analyse:

A 2 (Zeit; vor vs. post) x 2 (Gruppe; blaues vs. Vollspektrumlicht) ANOVA wird zur Analyse der Ergebnisse verwendet. Die Leistungsanalyse wurde mit G*Power, Version 3.17 durchgeführt. Einstellung der Effektgröße auf mittel (d=0,50), Leistung bis .80, Alpha bis 0,05, r zwischen wiederholten Messungen auf 0,50, zeigt, dass 34 Teilnehmer benötigt werden, um eine signifikante Zeit-x-Gruppen-Interaktion zu erkennen.