Sinisen monokromaattisen valon vaikutukset iltatyyppisten yksilöiden uneen ja vuorokausirytmeihin

Tausta:

Aamu/ilta on ilmiö, joka heijastaa taipumusta olla "varhainen aamulintu" tai "myöhäinen yökyöpeli" ja on siten lähde yksilöiden väliselle vaihtelulle unen ajoituksessa ja muussa käyttäytymisessä. Ilta- ja aamutyyppiset yksilöt osoittavat eroja, jotka johtuvat sisäisesti heidän endogeenisen biologisen kellonsa vuorokausivaihtelusta. Tietyn ryhmän, jota kutsutaan aamutyyppisiksi yksilöiksi, on jatkuvasti havaittu suoriutuvan paremmin aamulla, kun taas iltatyypin yksilöt näyttävät olevan valppaampia ja suoriutuvat paremmin illalla. Aamutyyppisillä yksilöillä nukkumaanmeno- ja nousuajat ovat aikaisemmat kuin iltatyyppisillä, kun taas iltatyypin yksilöillä on tiedetty raportoivan huomattavasti myöhemmät nukkumaan- ja nousuajat verrattuna aamutyyppisiin yksilöihin. Lisäksi iltatyyppisten nuorten on tiedetty osoittavan huonompia akateemisia ja älyllisiä suorituksia ei-suotuisina, eli varhaisina vuorokaudenaikoina.

Vuorokausirytmit tunnetaan biologisina prosesseina, jotka osoittavat endogeenisiä, mukanaan tuottavia värähtelyjä noin 24 tunnin aikana. Näitä rytmejä on havaittu säätelevän vuorokausitahdistimella, joka sijaitsee hypotalamuksen suprakiasmaattisissa ytimissä (SCN). Nämä 24 tunnin rytmit ilmenevät havaittavasti useissa fysiologisissa mittareissa, kuten uni-herätyssyklissä, kehon ydinlämpötilassa ja hormonien, kuten melatoniinin, erittymisessä. Ydinlämpötila laskee yön aikana ja saavuttaa alimman pisteensä (nadir) varhain aamulla, minkä jälkeen se alkaa taas nousta. Melatoniinin eritys seuraa käyrää, joka on lähes käänteinen kehon ydinlämpötilan rytmiin verrattuna, ja on herkkä valolle, joka estää melatoniinin erittymistä. Melatoniinia joko plasmassa, syljessä tai virtsassa pidetään objektiivisena vuorokausirytmien merkkiaineena, josta yleisimmin käytetty parametri on hämärä melatoniinin alkaminen (aika, jolloin melatoniini saavuttaa 4 pg/ml syljessä).

Unen tiedetään alkavan helpoimmin, kun kehon sisälämpötila laskee ja melatoniinitaso nousee. Sen tiedetään myös helpoimmin alkavan kuuden tunnin aikavälillä ennen pohjalämpötilaa ja pari tuntia sen jälkeen, kun kehon ydinlämpötila on alhaalla.

Iltatyyppiset yksilöt kokevat lisääntynyttä uneliaisuutta ja huonompia suorituksia aikaisin aamulla, koska heidän vuorokausirytminsä ja heidän vaatimuksensa olla hereillä näin aikaisin tunteina ovat ristiriidassa. Uneliaisuuden tiedetään vaikuttavan vakavasti suorituskykyyn.

Kuitenkin, kuten mainittiin, SCN-lähdöt ovat houkuttelevia ja valo on vahvin ajan antaja yksilöiden vuorokausitahdistimille. Siten valolle altistumisen ajoituksella on potentiaalia joko edetä tai hidastaa vuorokausirytmiä. Altistuminen valolle tunteja ennen nadiria, illalla, johtaa siihen, että yksilöt viivästävät vuorokausirytmiään. Toisaalta valolle altistuminen aliajan jälkeisinä tunteina aamutuntien aikana saattaa vaiheittain edistää yksilöiden vuorokausirytmiä. Valo voi siirtää vuorokausivaihtelua, mutta tämä vaikutus riippuu valon ajoituksesta, valolle altistuksen kestosta ja valon voimakkuudesta, kun korkeampien intensiteettien on osoitettu liittyvän suurempiin vaikutuksiin. Toinen valon ominaisuus koskee sen lähettämiä aallonpituuksia, joissa sinisen valon on osoitettu tuottavan merkittävästi voimakkaampia vaiheensiirtovaikutuksia kuin muiden näkyvän spektrin aallonpituuksien valot. Sinisen valon vaikutukset vuorokausijärjestelmään on katsottu verkkokalvon valoherkälle solupopulaatiolle, joka sisältää valopigmenttimelanopsiinia, joka on erittäin herkkä siniselle valolle. Nämä solut lähettävät signaaleja suoraan SCN:ään ja muodostavat myös yhteyksiä valveillaoloon liittyviin alueisiin, kuten aivojuovioon ja aivorunkoon. Herkkyyden melanopsiinille on osoitettu olevan suurin sinisen valon alueella noin 460 nm.

Tietojemme mukaan ei ole tehty yhtään tutkimusta, jolla testattaisiin standardinmukaisella huonevalolla annetun sinisen monokromaattisen valon vaikutusta iltatyyppisten yksilöiden vuorokausirytmien vaiheen etenemiseen. Tästä syystä tavoitteenamme on arvioida, voiko sininen valo verrattuna tavalliseen valkoiseen valoon, joka annetaan tavallisella huonevalolla, muuttaa iltatyyppisten yksilöiden unta ja vuorokausirytmiä aiheuttaen vaiheen etenemistä.

Hypoteesi:

Kolme peräkkäistä aamua tunnin ajan monokromaattiselle valolle (40 lx, säteilyvoima = 88,79 µW/cm2), jonka huippuaallonpituus on 455 nm (sininen valo) tuottaa verrattuna täyden spektrin valoon (2500 Kelvin) yhtä suuren fotonivirran kuin sininen valo: a) johtaa iltatyyppisten yksilöiden vuorokausirytmin vaiheen etenemiseen; b) lisää herätystoimintoa subjektiivisilla ja objektiivisilla mittareilla arvioituna aamulla; ja c) vähentää osallistujien itse ilmoittamaa uneliaisuutta aamulla, d) vähentää nukahtamislatenssia ja e) pidentää nukahtamisaikaa.

Säädämme valon voimakkuutta varmistaaksemme, että fotonienergia on sama molemmissa olosuhteissa.

menetelmät

Näyte ja menettely:

Tavoitteenamme on rekrytoida vähintään 34 osallistujaa Bergenin yliopistosta. Osallistumiskriteerit ovat alle 42 Horne-Östbergin aamu-iltakyselyssä, koska se luokittelee kohtalaiset ja ehdottomasti iltatyypit. Osallistujat suljetaan pois, jos mielialahäiriökyselyssä (MDQ) on positiivinen tapaus, joka osoittaa kaksisuuntaisen mielialahäiriön olemassaolon tai historian. Osallistujat suljetaan pois myös, jos he ovat työskennelleet yövuorossa viimeisen kolmen kuukauden aikana. Osallistujat altistetaan siniselle valolle satunnaistetussa, sokkoutetussa, kontrolloidussa tutkimuksessa. Osallistujia arvioidaan subjektiivisilla ja objektiivisilla mittareilla unen 3 päivän ajan (tiistai - torstai) viikkoa ennen kolmipäiväistä sinisen valon interventiota. Niitä arvioidaan myös samoilla subjektiivisilla ja objektiivisilla mittareilla kolmen päivän interventiojakson aikana. Tarkemmin sanottuna unta arvioidaan aktigrafian ja unipäiväkirjan avulla. Vuorokausirytmi mitataan sylkinäytteillä päivää ennen interventiota ja päivää sen jälkeen, jotta voidaan arvioida hämärän melatoniinin alkamista. Joustavuus mitataan myös ennen interventiota Circadian Type Inventory -tutkimuksen avulla. Herätystoimintoa arvioidaan interventiopäivinä Karolinska Sleepiness Scale ja Psychomotor Vigilance Task -tehtävällä.

Välineet/mitat:

Circadian Type Inventory: instrumentti, jossa on kaksi tekijää. Ensimmäisessä ulottuvuudessa (joustava/jäykkä) korkeat pisteet saaneet henkilöt ovat joustavampia kyvyssään pysyä hereillä parittomina vuorokaudenaikoina. Ne, jotka saavat korkeat pisteet toisessa tekijässä (Languid/Vigorous), raportoivat yleensä vaikeuksista voittaa uneliaisuus, etenkin aamuisin. CTI jaetaan osallistujille ennen kevyttä interventiota.

Munich ChronoType Questionnaire: hyödyllinen työkalu kronotyypin määrittämiseen unikäyttäytymisen perusteella, kuten nukkumaanmeno- ja nousuajat, kellonaika, jolloin ihminen on täysin hereillä, joidenkin muiden seikkojen (esim. unilatenssin) lisäksi. MCTQ jaetaan osallistujille ennen kevyttä interventiota.

Horne-Östberg Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ): testi, jota on käytetty laajalti aamu-illan arvioimiseen. MEQ jaetaan osallistujille seulontatarkoituksiin.

Mood Disorder Questionnaire (MDQ): MDQ on validoitu itseraportointilaite, joka seuloi elinikäisen kaksisuuntaisen mielialahäiriön olemassaolon. Se sisältää 13 kyllä/ei-kohtaa, jotka käsittelevät sellaisia ​​aiheita kuin mieliala, itseluottamus, energia, sosiaalisuus, kiinnostus seksiin, puheliasuus, häiriötekijöitä ja muita käyttäytymismalleja. Lisäksi on kaksi kysymystä, jotka arvioivat, esiintyivätkö oireet koskaan samanaikaisesti ja missä määrin oireet aiheuttivat toimintahäiriötä. Positiivinen tapaus edellyttää vähintään 7:n 13:sta oireesta hyväksymistä, samanaikaisen esiintymisen hyväksymistä ja keskivaikean tai vakavan toimintahäiriön ilmoittamista. MDQ:ta annetaan vain seulontatarkoituksiin lähtötilanteessa.

Aktigrafia: Ranteessa käytettävät kiihtyvyysmittarit ja kellot, joita on käytettävä samana aikana kuin unipäiväkirjaa. Tiedot voidaan muuntaa objektiivisiksi uniparametreiksi. Tätä kelloa käytetään interventiota edeltävällä viikolla kolmen päivän ajan, keskiviikkoa, torstaita ja perjantaita edeltävänä yönä. Sitä käytetään myös interventioviikolla kolmena interventiopäivänä, keskiviikkoa, torstaita ja perjantaita edeltävänä yönä.

Unipäiväkirja: Päivittäiset subjektiiviset arviot nukkumaanmenoajasta, nousuajasta, unilatenssista, heräämiskertojen määrästä, heräämisajasta unen alkamisen jälkeen, lopullisesta heräämisajasta, nousuajasta, kokonaisuniajasta, unen tehokkuudesta, unen laadusta ja päiväsaikaan toimimisesta.

Kyselylomake jaetaan osallistujille interventiota edeltävällä viikolla kolmen päivän ajan, keskiviikkoa, torstaita ja perjantaita edeltävänä yönä. Se annetaan myös interventioviikolla kolmena interventiopäivänä, keskiviikkoa, torstaita ja perjantaita edeltävänä yönä. Kaksi kysymyksistä täytetään ennen kuin osallistujat menevät nukkumaan, ja loput täytetään aamulla herääessään.

Himmeä melatoniinin alkaminen (DLMO): DLMO arvioidaan keräämällä sylkinäytteet joka tunti iltaisin klo 19.00 alkaen aina tuntiin normaalin nukkumaanmenon jälkeen. DLMO-näytteet otetaan päivää ennen interventiota ja sitä seuraavana päivänä. Syljen kerääminen ja analyysit tehdään tutkimusryhmämme aiemmin käyttämien menetelmien mukaisesti. Sinisiä valoa estäviä laseja käytetään (tuntia ennen ensimmäistä näytettä) melatoniinin suppression estämiseksi sylkinäytteenoton aikana. DLMO analysoidaan entsyymikytkentäisellä immunosorbenttimäärityksellä (ELISA) (suora syljen melatoniini Bühlmann Laboratoriesilta, Schönenbuch, Sveitsi). Tämän pakkauksen analyyttinen herkkyys on 0,5 pg/ml ja toiminnallinen herkkyys 1,6-20,5 pg/ml, ja määritysten välinen vaihtelukerroin

Karolinska Sleepiness Scale (KSS): KSS koostuu yhdestä yksiköstä, joka arvioi uneliaisuutta asteikolla 1-9. Tämä instrumentti annetaan laboratoriossa kevyen interventiopäivinä. Se annetaan yhteensä kuusi kertaa osallistujaa kohden, kahdesti jokaisena interventiopäivänä, ensimmäinen heti, kun osallistujat tulevat laboratorioon vastaanottamaan interventiota, ja toinen sen jälkeen, kun he ovat saaneet tunnin valoa ennen kuin he poistuvat laboratorio.

Psykomotorinen valppaustehtävä (PVT): Osallistujat suorittavat 10 minuutin reaktioaikatestin, joka mittaa jatkuvaa tarkkaavaisuutta valoaltistuksen aikana laboratoriossa. Osallistuja yksinkertaisesti vastaa näytöllä annettuihin ärsykkeisiin painamalla painiketta mahdollisimman pian. PVT on erityisen herkkä unihäiriöille ja väsymykselle. PVT annetaan osallistujille kolmen päivän kevyen interventiopäivän aikana.

Tilastollinen analyysi/tehoanalyysi:

Tulosten analysointiin käytetään 2 (aika; ennen vs. jälki) x 2 (ryhmä; sininen vs. täyden spektrin valo) ANOVAa. Tehoanalyysi suoritettiin G*Powerin versiolla 3.17. Tehosteen koon asettaminen keskikokoiseksi (d=0,50), teho .80, alfa - 0,05, r toistuvien mittausten välillä arvoon 0,50, osoittaa, että tarvitaan 34 osallistujaa, jotta voidaan havaita merkittävä aika x ryhmä -vuorovaikutus.