Auswirkungen von Eisenbahnvibrationen auf Schlaf und Krankheit (BioVib)

Die experimentelle Schlafstudie hat das übergeordnete Ziel, unser Verständnis von Schlafstörungen durch Bahnvibrationen und Lärm sowie Veränderungen der kardiometabolischen und kognitiven Funktionen zu vertiefen. Zu diesem Zweck wird sich die Studie mit folgendem Studienziel befassen:

Ziel 1: Bestimmen Sie die biologischen und neurologischen Verhaltensfolgen von Schlafstörungen durch Eisenbahnvibrationen. Wir werden den Schlaf gesunder Freiwilliger messen und jeden Morgen Blutproben für die Metabolomics-Stoffwechselfunktionsanalyse entnehmen und eine neurokognitive Testbatterie durchführen. Wir werden die Auswirkungen auf Schlaf, Metabolomik, Stoffwechselfunktion und kognitive Funktion zwischen ruhigen Nächten und Nächten mit Vibrationen und Lärm im Eisenbahnverkehr vergleichen. Dosis-Wirkungs-Beziehungen werden durch den Vergleich von Nächten mit unterschiedlichen Vibrationsniveaus ermittelt.

Diese Studie wird im Schallumgebungslabor (SEL) der Abteilung für Arbeits- und Umweltmedizin der Universität Göteborg durchgeführt. Das SEL ist ein High-Fidelity-Forschungslabor, das so ausgestattet ist, dass es eine typische Wohnung simuliert, einschließlich drei individuell licht-, schall- und vibrationsisolierten Privatschlafzimmern. Deckenlautsprecher in jedem Zimmer und elektrodynamische Wandler an der Unterseite jedes Betts ermöglichen es uns, eine realistische akustische Umgebung zu schaffen, indem wir Schall- und Vibrationseinflüsse vom Kontrollraum einzeln an jedes Schlafzimmer übertragen. Wir haben zuvor gezeigt, dass die Ergebnisse dieses Labors mit hoher ökologischer Validität mit Ergebnissen aus dem Feld vergleichbar sind.

Diese Studie hat ein prospektives intersubjektübergreifendes Design. Die Teilnehmer (insgesamt N=24) verbringen jeweils fünf aufeinanderfolgende Nächte im SEL, mit Schlafmöglichkeit zwischen 23:00 und 07:00 Uhr. Das Schlafen am Tag ist verboten, was durch Messungen der Tagesaktivität über Handgelenk-Aktigraphie-Monitore bestätigt wird, die während der gesamten Studie kontinuierlich getragen werden. Drei Probanden werden gleichzeitig in getrennten Schlafzimmern teilnehmen. Die erste Nacht dient der Gewöhnung an das Studienprotokoll und der Einarbeitung in die Testabläufe. Die zweite Nacht wird ein ruhiger Zustand ohne Lärm oder Vibration sein, um den normalen Grundschlaf, das kardiometabolische Profil und die kognitive Leistung zu bestimmen. Die Studiennächte 3–5 sind die Vibrationsnächte und werden den Teilnehmern nach dem Zufallsprinzip zugewiesen, wobei ein lateinisches Quadrat verwendet wird, um Übertragungseffekte erster Ordnung zu vermeiden. In diesen Vibrationsnächten werden Vibrationen und Lärm von Eisenbahngütern in die Schlafzimmer gespielt, um die Auswirkungen von Vibrationen und Lärm auf Schlaf, Herz-Kreislauf-Funktion und kognitive Leistungsfähigkeit zu ermitteln. Jede Nacht finden 36 Züge statt, die zufällig über die achtstündige Schlafperiode verteilt sind.

Für Eisenbahnschwingungen werden wir synthetisierte Signale verwenden, die auf Messdaten basieren, die in früheren Laborstudien verwendet wurden. Es ist notwendig, synthetisierte Vibrationen statt aufgezeichneter Signale zu verwenden, damit wir den akustischen Charakter der Belichtung je nach Bedarf genau anpassen können. Die Eisenbahnerschütterungen werden durch hochauflösende Aufzeichnungen des Schienengüterverkehrslärms begleitet. Dies dient dazu, die ökologische Aussagekraft der Expositionen zu maximieren, da Vibrationen selten ohne Lärm auftreten, und alle mechanischen Geräusche von den Vibrationswandlern zu maskieren.

Die Vibrations- und Lärmbelastung spiegelt realistische Lärmpegel durch den Schienengüterverkehr wider, die in Wohnhäusern entlang von Eisenbahnstrecken in Schweden auftreten. Die maximalen Wm-gewichteten Schwingungsamplituden in den drei Schwingnächten betragen jeweils 0,5 mm/s, 0,7 mm/s und 0,9 mm/s. Der maximale Schalldruckpegel einzelner Zugpassagen liegt zwischen 47,2 und 49,8 dB LAF,max. Die Dauer der Züge variiert zwischen 11,5 und 56,9 Sekunden. Alle Schwingungsamplituden werden auf der Matratze des Bettes unter einem Referenzgewicht von 75 kg kalibriert, um die Belegung des Bettes zu simulieren. Alle Schalldruckpegel werden vor der Studie auf 10 cm über dem Kissen in jedem Schlafzimmer kalibriert, sodass diese Pegel die Lärmbelastung der Probanden während des Schlafs genau widerspiegeln.

Jede Nacht werden wir den physiologischen Schlaf mittels Polysomnographie (PSG) und die Herzaktivität mittels Elektrokardiographie (EKG) aufzeichnen. An jedem Studienmorgen geben die Probanden eine 2-ml-Blutprobe ab, führen kognitive Tests durch, beantworten Fragebögen und verlassen das SEL, um ihrer normalen Tagesroutine nachzugehen. Sie kehren jeden Abend um 20:00 Uhr zum SEL zurück, um sich auf die Schlafmessungen vorzubereiten. Koffein ist nach 15:00 Uhr verboten und Alkohol ist jederzeit verboten. Da die schallbedingte Ermüdung des Gehörs durch die Lärmexposition während der normalen Routinen der Teilnehmer beeinträchtigt werden kann,60 tragen sie während der Woche der Studie ein Lärmdosimeter, um ihre Lärmexposition am Tag aufzuzeichnen. Da extremes und/oder wechselndes Ernährungsverhalten das Metabolom-/Lipoproteinprofil beeinflussen kann, erhalten die Teilnehmer Hinweise, dass sie an jedem Tag der Laborstudie ein ähnliches Abendessen zu sich nehmen sollten, bestätigt durch ein Ernährungstagebuch. Die tatsächliche Mahlzeit selbst kann unterschiedlich sein für unterschiedliche Studienteilnehmer, da die Studie ein innerhalb der Probanden angelegtes Design hat.

Der Schlaf wird mit ambulanter Polysomnographie (PSG) und die Herzaktivität mit Elektrokardiographie (EKG) und Fingerpuls-Photoplethysmogramm aufgezeichnet. Die Daten werden offline auf dem Schlafrekorder aufgezeichnet und jeden Studienmorgen heruntergeladen und überprüft, um die Datenqualität sicherzustellen. Zusätzlich zur traditionellen Schlafanalyse, die von der Forschungsgruppe der Universität Göteborg durchgeführt wird, werden PSG-Rohdaten zur Berechnung des Odds Ratio Project verwendet, einer neuartigen Metrik für Schlaftiefe und -stabilität.

An jedem Studienmorgen stellen die Probanden eine 2-ml-Blutprobe für die Plasma-Metabolomik-Analyse zur Verfügung. Um zuverlässige Daten zu gewährleisten, werden jeden Tag zur gleichen Zeit Blutproben entnommen, bevor etwas außer Wasser gegessen oder getrunken wird, um die zirkadianen Auswirkungen abzuschwächen. Jede Probe wird auf die gleiche Weise behandelt, d. h. zentrifugiert, aliquotiert und in Gefrierschränken mit -80 °C gelagert. Die Probanden essen an jedem Studienabend das gleiche Essen, um die ernährungsbedingten Auswirkungen innerhalb der Probanden auf das Blutmetabolom abzuschwächen. Darüber hinaus wird morgens nach der ruhigen Kontrollnacht (d. h. nach Studiennacht 2) und nach der dritten Vibrationsexpositionsnacht (d. h. nach Studiennacht 5) ein 2-stündiger oraler Glukosetoleranztest (OGTT) durchgeführt. Wir werden die Reaktion auf einen 75-g-Glukosebolus zu den Zeitpunkten 10, 20, 30, 60, 90 und 120 Minuten nach der Glukoseverabreichung messen.

Jeden Morgen absolvieren die Probanden eine computergestützte kognitive Testbatterie, die etwa 20 Minuten dauert und 10 Tests in einer Reihe kognitiver Bereiche umfasst (motorische Praxis, visuelles Objektlernen, fraktales 2-Rücken, abstraktes Matching, Linienorientierung, Emotionserkennung, Matrixschlussfolgerung). , Ziffernsymbolsubstitution, Ballonanalogrisiko, psychomotorische Wachsamkeit). Kognitionsdaten werden analysiert, um Schlüsselmaße der kognitiven Geschwindigkeit und Genauigkeit zu bestimmen, wobei Übungseffekte und die Schwierigkeit des Reizsatzes berücksichtigt werden.

Die Probanden füllen eine Reihe einmalig validierter Fragebögen aus, um ihren allgemeinen Gesundheitszustand (SF-36), ihren Chronotyp, ihre Lärmempfindlichkeit, ihre gewohnte Schlafqualität, ihre Umweltempfindlichkeit sowie ihre Belästigung und Schlafstörung durch Lärm zu messen. Die Probanden beantworten außerdem jeden Studienabend und -morgen einen Fragebogen, der Fragen zu Schläfrigkeit (Karolinska-Schläfrigkeitsskala), Hörmüdigkeit, Schlafstörungen durch Lärm sowie validierte Fragen zu Schlaf und Störungen enthält.