Gli effetti di un intervento di luce blu monocromatica sul sonno e sui ritmi circadiani degli individui di tipo serale

Sfondo:

L'essere mattutino/sera è un fenomeno che riflette la tendenza ad essere un "uccello mattutino" o un "civetta notturna" ed è quindi una fonte di variazione interindividuale nei tempi del sonno e di altri comportamenti. Gli individui di tipo serale e mattutino mostrano differenze che derivano internamente per quanto riguarda la fase circadiana del loro orologio biologico endogeno. È stato costantemente riscontrato che un certo gruppo di individui denominati individui di tipo mattutino ha prestazioni migliori al mattino, mentre gli individui di tipo serale sembrano essere più vigili e hanno prestazioni migliori la sera. Gli individui di tipo mattutino hanno orari di coricarsi e di alzata precedenti rispetto ai tipi serali, mentre è noto che gli individui di tipo serale riportano orari di coricarsi e di alzarsi significativamente più tardi rispetto agli individui di tipo mattutino. Inoltre, è noto che gli adolescenti di tipo serale dimostrano prestazioni accademiche e intellettuali peggiori durante le loro ore non preferite, cioè le prime ore del giorno.

I ritmi circadiani sono noti come processi biologici che mostrano oscillazioni endogene trascinabili in un periodo di circa 24 ore. È stato scoperto che questi ritmi sono controllati dal pacemaker circadiano, che si trova nei nuclei soprachiasmatici (SCN) dell'ipotalamo. Questi ritmi di 24 ore si manifestano in modo osservabile all'interno di numerose misure fisiologiche, come il ciclo sonno-veglia, la temperatura corporea interna e l'escrezione di ormoni come la melatonina. La temperatura corporea interna scende durante la notte e raggiunge il suo punto più basso (nadir) al mattino presto, dopodiché ricomincia a salire. La secrezione di melatonina segue una curva quasi inversa rispetto al ritmo della temperatura corporea interna ed è sensibile all'esposizione alla luce che inibisce la secrezione di melatonina. La melatonina nel plasma, nella saliva o nelle urine è considerata un marcatore obiettivo dei ritmi circadiani, di cui l'insorgenza di melatonina in condizioni di scarsa luminosità (tempo in cui la melatonina raggiunge 4 pg/ml nella saliva) è il parametro più comunemente utilizzato.

È noto che il sonno inizia più facilmente quando la temperatura corporea interna diminuisce e quando il livello di melatonina aumenta. È anche noto per essere avviato più facilmente in un lasso di tempo di sei ore prima del nadir fino a un paio d'ore dopo il nadir della temperatura corporea interna.

Gli individui di tipo serale sperimentano una maggiore sonnolenza e prestazioni peggiori durante le prime ore del mattino, poiché c'è una discrepanza tra i loro ritmi circadiani e la loro esigenza di essere svegli a tali prime ore. È noto che la sonnolenza ha gravi implicazioni per le prestazioni.

Tuttavia, come accennato, le uscite SCN sono trascinabili e la luce è il più forte donatore di tempo per i pacemaker circadiani degli individui. Pertanto, la tempistica dell'esposizione alla luce ha il potenziale per far avanzare o ritardare la fase del proprio ritmo circadiano. L'esposizione alla luce nelle ore prima del nadir, durante la sera, porterà gli individui a ritardare il loro ritmo circadiano. D'altra parte, l'esposizione alla luce nelle ore successive al nadir, durante le ore mattutine, ha il potenziale per far avanzare i ritmi circadiani degli individui. La luce può spostare la fase circadiana, ma questo effetto dipende dai tempi della luce, dalla durata dell'esposizione alla luce e dall'intensità della luce dove è stato dimostrato che intensità più elevate sono associate a effetti maggiori. Un'altra proprietà della luce riguarda le lunghezze d'onda che emette, dove è stato dimostrato che la luce blu produce effetti di sfasamento significativamente più forti rispetto alle luci di altre lunghezze d'onda dello spettro visibile. Gli effetti della luce blu sul sistema circadiano sono stati attribuiti a una popolazione cellulare fotosensibile nella retina che contiene il fotopigmento melanopsina, che è altamente sensibile alla luce blu. Queste cellule inviano segnali direttamente al SCN e formano anche connessioni con aree associate alla veglia come lo striato e il tronco encefalico. È stato dimostrato che la sensibilità alla melanopsina è massima in un intervallo di luce blu intorno a 460 nm.

Per quanto ne sappiamo, non è stato condotto nessuno studio per testare gli effetti di un intervento di luce monocromatica blu somministrato tramite un normale lampo della stanza sull'avanzamento di fase dei ritmi circadiani di individui di tipo serale. Di conseguenza, il nostro obiettivo è valutare se la luce blu rispetto alla luce bianca standard, somministrata tramite l'illuminazione standard della stanza, può alterare il sonno e il ritmo circadiano degli individui di tipo serale, causando un anticipo di fase.

Ipotesi:

Tre mattine consecutive di un'ora di esposizione a luce monocromatica (40 lx, irradianza = 88,79 µW/cm2) con una lunghezza d'onda di picco di 455 nm (luce blu), rispetto alla luce a spettro completo (2500 Kelvin) con un flusso di fotoni uguale a quello luce blu: a) portare ad un anticipo di fase del ritmo circadiano degli individui di tipo serale; b) aumentare la funzione di veglia valutata con misure soggettive e oggettive al mattino; e c) ridurre la sonnolenza auto-riferita dei partecipanti al mattino, d) ridurre la latenza dell'inizio del sonno ed e) anticipare l'orario di inizio del sonno.

Regoleremo l'intensità della luce per assicurarci che l'energia del fotone sia la stessa nelle due condizioni.

Metodi

Esempio e procedura:

Il nostro obiettivo è reclutare un campione di almeno 34 partecipanti dall'Università di Bergen. I criteri di inclusione hanno un punteggio inferiore a 42 nel questionario Horne-Östberg Morningness-Eveningness, in quanto classifica i tipi moderati e decisamente serali. I partecipanti saranno esclusi se un caso positivo è indicato sul Mood Disorder Questionnaire (MDQ), che indica la presenza o la storia del disturbo bipolare. Saranno esclusi anche i partecipanti che negli ultimi tre mesi hanno svolto turni notturni. I partecipanti saranno esposti all'intervento di luce blu in uno studio randomizzato, in cieco e controllato. I partecipanti saranno valutati con misure soggettive e oggettive del sonno per 3 giorni (martedì - giovedì) una settimana prima dell'intervento di luce blu di tre giorni. Saranno inoltre valutati con le stesse misure soggettive e oggettive durante il periodo di intervento di tre giorni. Più precisamente, il sonno sarà valutato mediante attigrafia e diario del sonno. Un giorno prima dell'intervento e un giorno dopo l'intervento, il ritmo circadiano sarà misurato da campioni di saliva per stimare l'insorgenza di melatonina in condizioni di scarsa luminosità. La flessibilità sarà misurata anche prima dell'intervento attraverso l'inventario dei tipi circadiani. La funzione di veglia sarà valutata nei giorni in cui l'intervento è dato con il Karolinska Sleepiness Scale e il compito di vigilanza psicomotoria.

Strumenti/misure:

Inventario tipo circadiano: uno strumento con due fattori. Gli individui che ottengono un punteggio elevato nella prima dimensione (Flessibile/Rigido) sono più flessibili nella loro capacità di rimanere svegli a orari dispari del giorno o della notte. Coloro che ottengono un punteggio elevato nel secondo fattore (Languido/Vigoroso) tendono a segnalare difficoltà nel superare la sonnolenza, soprattutto al mattino. CTI sarà distribuito ai partecipanti prima dell'intervento leggero.

Munich ChronoType Questionnaire: uno strumento utile per determinare il cronotipo in base ai comportamenti del sonno, come l'ora di andare a letto e di alzarsi, l'ora dell'orologio quando ci si sveglia completamente, oltre ad alcuni altri punti (ad esempio, la latenza del sonno). MCTQ sarà distribuito ai partecipanti prima dell'intervento leggero.

The Horne-Östberg Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ): un test che è stato ampiamente utilizzato per valutare la mattutina-sera. MEQ sarà distribuito ai partecipanti a scopo di screening.

Mood Disorder Questionnaire (MDQ): MDQ è uno strumento di autovalutazione convalidato che controlla la presenza di una storia di disturbo bipolare nel corso della vita. Contiene 13 voci sì/no che trattano argomenti come l'umore, la fiducia in se stessi, l'energia, la socievolezza, l'interesse per il sesso, la loquacità, la distraibilità e altri comportamenti. Ci sono inoltre due domande che valutano se i sintomi si sono mai verificati in concomitanza e in che misura i sintomi hanno causato compromissione funzionale. Un caso positivo comporta l'approvazione di 7 o più dei 13 sintomi, l'approvazione dell'item di co-occorrenza e la segnalazione di grado moderato o grave di compromissione funzionale. L'MDQ verrà somministrato solo a scopo di screening al basale.

Actigrafia: accelerometri e orologi da polso da indossare durante lo stesso periodo del diario del sonno. I dati possono essere convertiti in parametri oggettivi del sonno. Questo orologio sarà indossato la settimana prima dell'intervento per tre giorni, la notte prima di mercoledì, giovedì e venerdì. Sarà indossato anche nella settimana di intervento nei tre giorni di intervento, la notte prima di mercoledì, giovedì e venerdì.

Diario del sonno: stime soggettive giornaliere dell'ora di coricarsi, dell'ora di risveglio, della latenza del sonno, del numero di risvegli, dell'ora di veglia dopo l'inizio del sonno, dell'ora del risveglio finale, dell'ora di risveglio, del tempo di sonno totale, dell'efficienza del sonno, della qualità del sonno e del funzionamento diurno.

Il questionario sarà distribuito ai partecipanti la settimana prima dell'intervento per tre giorni, la notte prima di mercoledì, giovedì e venerdì. Sarà inoltre somministrato nella settimana di intervento nei tre giorni di intervento, la notte prima di mercoledì, giovedì e venerdì. Due delle domande vengono compilate prima che i partecipanti vadano a letto e il resto viene compilato quando si svegliano la mattina.

Insorgenza di melatonina a luce fioca (DLMO): il DLMO sarà valutato raccogliendo campioni di saliva ogni ora la sera, a partire dalle 19:00 fino a un'ora dopo il normale orario di coricarsi. I campioni di DLMO saranno raccolti un giorno prima dell'intervento e il giorno dopo il periodo di intervento. La raccolta e le analisi della saliva seguiranno le procedure precedentemente utilizzate dal nostro gruppo di ricerca. Verranno indossati occhiali bloccanti la luce blu (da un'ora prima del primo campione) per prevenire la soppressione della melatonina durante il campionamento della saliva. Il DLMO sarà analizzato con saggio di immunoassorbimento enzimatico (ELISA) (melatonina salivare diretta da Bühlmann Laboratories, Schöonenbuch, Svizzera). La sensibilità analitica di questo kit è di 0,5 pg/ml e la sensibilità funzionale è di 1,6-20,5 pg/ml, con un coefficiente di variazione interdosaggio di

Karolinska Sleepiness Scale (KSS): KSS comprende un singolo item che valuta lo stato di sonnolenza su una scala da 1 a 9. Tale strumento verrà consegnato in laboratorio nei giorni dell'intervento luce. Verrà erogato per un totale di sei volte per partecipante, due volte per ogni giorno di intervento, la prima immediatamente quando i partecipanti si presentano al laboratorio per ricevere l'intervento, e la seconda dopo aver ricevuto un'ora di luce, prima che lascino il laboratorio laboratorio.

Compito di vigilanza psicomotoria (PVT): un test del tempo di reazione di 10 minuti che fornisce una misura dell'attenzione sostenuta sarà completato dai partecipanti durante l'esposizione alla luce in laboratorio. Il partecipante risponde semplicemente agli stimoli dati su un display premendo un pulsante il prima possibile. La TVP è particolarmente sensibile alla perdita di sonno e all'affaticamento. Il PVT verrà consegnato ai partecipanti nei tre giorni di intervento sulla luce.

Analisi statistica/analisi di potenza:

Per l'analisi dei risultati verrà utilizzata un'ANOVA 2 (Tempo; pre vs post) x 2 (Gruppo; luce blu vs spettro completo). L'analisi della potenza è stata condotta con G*Power, versione 3.17. Impostando la dimensione dell'effetto su media (d=0.50), potenza a .80, alfa a .05, r tra misure ripetute fino a .50, mostra che saranno necessari 34 partecipanti per rilevare un'interazione significativa Tempo x Gruppo.