Wpływ interwencji niebieskiego światła monochromatycznego na sen i rytmy okołodobowe osób o typie wieczornym

Tło:

Poranek/wieczorność to zjawisko, które odzwierciedla tendencję do bycia „wcześnie porannym ptaszkiem” lub „późną nocną sową”, a zatem jest źródłem międzyosobniczych różnic w czasie snu i innych zachowaniach. Osoby o typie wieczornym i porannym wykazują różnice, które wynikają wewnętrznie, w odniesieniu do fazy okołodobowej ich endogennego zegara biologicznego. Konsekwentnie stwierdza się, że pewna grupa osób określanych jako osoby typu porannego osiąga lepsze wyniki rano, podczas gdy osoby typu wieczornego wydają się być bardziej czujne i osiągają lepsze wyniki wieczorem. Osoby typu porannego kładą się spać i wstawają wcześniej niż osoby typu wieczornego, podczas gdy osoby typu wieczornego zgłaszają znacznie późniejszy czas kładzenia się spać i wstawania w porównaniu z osobami typu porannego. Ponadto wiadomo, że nastolatki typu wieczorowego wykazują gorsze wyniki w nauce i zdolności intelektualne podczas niepreferowanych, tj. wczesnych godzin dnia.

Rytmy okołodobowe są znane jako procesy biologiczne, które wykazują endogenne, możliwe do porywania oscylacje w okresie około 24 godzin. Stwierdzono, że rytmy te są kontrolowane przez rozrusznik okołodobowy, który znajduje się w jądrach nadskrzyżowaniowych (SCN) podwzgórza. Te 24-godzinne rytmy przejawiają się w zauważalny sposób w wielu miarach fizjologicznych, takich jak cykl snu i czuwania, temperatura wewnętrzna ciała i wydalanie hormonów, takich jak melatonina. Temperatura wewnętrzna ciała spada w nocy i osiąga najniższy punkt (nadir) wczesnym rankiem, po czym zaczyna ponownie rosnąć. Wydzielanie melatoniny przebiega zgodnie z krzywą, która jest prawie odwrotna w porównaniu z rytmem podstawowej temperatury ciała i jest wrażliwa na ekspozycję na światło, które hamuje wydzielanie melatoniny. Melatonina w osoczu, ślinie lub moczu jest uważana za obiektywny wskaźnik rytmów okołodobowych, wśród których najczęściej stosowanym parametrem jest słaby początek melatoniny (czas, w którym melatonina osiąga 4 pg/ml w ślinie).

Wiadomo, że sen jest najłatwiejszy do zainicjowania, gdy temperatura wewnętrzna ciała spada, a poziom melatoniny wzrasta. Wiadomo również, że najłatwiej jest go zainicjować w przedziale czasowym od sześciu godzin przed nadirem do kilku godzin po najniższym poziomie podstawowej temperatury ciała.

Osoby typu wieczornego doświadczają zwiększonej senności i gorszych wyników we wczesnych godzinach porannych, ponieważ istnieje niedopasowanie między ich rytmami dobowymi a wymogiem czuwania o tak wczesnych godzinach. Wiadomo, że senność ma poważne konsekwencje dla wydajności.

Jednak, jak wspomniano, wyjścia SCN można porywać, a światło jest najsilniejszym dawcą czasu dla indywidualnych rozruszników serca. Zatem czas ekspozycji na światło może potencjalnie przyspieszyć lub opóźnić fazę rytmu okołodobowego. Ekspozycja na światło na godziny przed nadirem, wieczorem, doprowadzi do opóźnienia rytmu dobowego. Z drugiej strony ekspozycja na światło w godzinach po nadirze, w godzinach porannych, może potencjalnie przyspieszyć rytmy okołodobowe poszczególnych osób. Światło może przesunąć fazę okołodobową, ale efekt ten zależy od czasu naświetlania, czasu ekspozycji na światło i intensywności światła, przy czym wykazano, że wyższe natężenie wiąże się z większymi efektami. Inna właściwość światła dotyczy długości fal, które emituje, przy czym wykazano, że światło niebieskie powoduje znacznie silniejsze efekty przesunięcia fazowego niż światła o innych długościach fal widma widzialnego. Wpływ światła niebieskiego na system okołodobowy przypisuje się fotoreaktywnej populacji komórek w siatkówce, która zawiera fotopigment melanopsynę, która jest bardzo wrażliwa na światło niebieskie. Komórki te wysyłają sygnały bezpośrednio do SCN, a także tworzą połączenia z obszarami związanymi z czuwaniem, takimi jak prążkowie i pień mózgu. Wykazano, że wrażliwość na melanopsynę jest najwyższa w zakresie światła niebieskiego około 460 nm.

Zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, nie przeprowadzono żadnych badań oceniających wpływ interwencji niebieskiego światła monochromatycznego podawanego za pomocą standardowego oświetlenia pokoju na zaawansowanie fazowe rytmów okołodobowych osób typu wieczornego. W związku z tym naszym celem jest ocena, czy światło niebieskie w porównaniu ze standardowym światłem białym, podawane za pomocą oświetlenia w standardowym pomieszczeniu, może zmienić rytm snu i rytm okołodobowy osób typu wieczornego, powodując przesunięcie fazowe.

Hipoteza:

Trzy kolejne poranki jednogodzinnej ekspozycji na światło monochromatyczne (40 lx, irradiancja = 88,79 µW/cm2) o szczytowej długości fali 455 nm (światło niebieskie) będzie, w porównaniu do światła o pełnym widmie (2500 kelwinów) z równym strumieniem fotonów, jak światło niebieskie: a) prowadzi do przesunięcia fazowego rytmu okołodobowego osób typu wieczornego; b) zwiększenie funkcji czuwania ocenianej miarami subiektywnymi i obiektywnymi rano; oraz c) zmniejszyć zgłaszaną przez uczestników senność rano, d) zmniejszyć opóźnienie zasypiania oraz e) przyspieszyć czas zasypiania.

Dostosujemy intensywność światła, aby upewnić się, że energia fotonu jest taka sama w obu warunkach.

Metody

Próbka i procedura:

Naszym celem jest rekrutacja próby co najmniej 34 uczestników z Uniwersytetu w Bergen. Kryteria włączenia to wynik poniżej 42 punktów w Kwestionariuszu Poranek-Wieczory Horne-Östberg, ponieważ kategoryzuje on typy umiarkowane i zdecydowanie wieczorowe. Uczestnicy zostaną wykluczeni, jeśli pozytywny przypadek zostanie wskazany w Kwestionariuszu Zaburzeń Nastroju (MDQ), wskazującym na obecność lub historię choroby afektywnej dwubiegunowej. Wykluczeni zostaną również uczestnicy, którzy w ciągu ostatnich trzech miesięcy pracowali na nocnych zmianach. Uczestnicy będą narażeni na interwencję niebieskiego światła w randomizowanym, zaślepionym, kontrolowanym badaniu. Uczestnicy zostaną poddani subiektywnej i obiektywnej ocenie snu przez 3 dni (wtorek - czwartek) na tydzień przed trzydniową interwencją światła niebieskiego. Zostaną one również ocenione za pomocą tych samych subiektywnych i obiektywnych środków podczas trzydniowego okresu interwencji. Dokładniej, sen zostanie oceniony za pomocą aktygrafii i dzienniczka snu. Jeden dzień przed interwencją i jeden dzień po interwencji rytm okołodobowy zostanie zmierzony za pomocą próbek śliny w celu oszacowania początku słabego światła melatoniny. Elastyczność zostanie również zmierzona przed interwencją za pomocą Inwentarza Typów Okołodobowych. Funkcja czuwania zostanie oceniona w dniach interwencji za pomocą Skali Senności Karolinska i Zadania Czujności Psychomotorycznej.

Instrumenty/środki:

Inwentarz typu okołodobowego: instrument z dwoma czynnikami. Osoby, które uzyskały wysokie wyniki w pierwszym wymiarze (elastyczny/sztywny) są bardziej elastyczne w swojej zdolności do pozostawania w stanie czuwania w dziwnych porach dnia i nocy. Ci, którzy uzyskują wysokie wyniki w drugim czynniku (ospałość/energia), zwykle zgłaszają trudności z przezwyciężeniem senności, zwłaszcza rano. CTI zostanie rozesłane uczestnikom przed lekką interwencją.

Kwestionariusz ChronoType w Monachium: przydatne narzędzie do określania chronotypu na podstawie zachowań związanych ze snem, takich jak czas kładzenia się do łóżka i wstawania, czas na zegarze, kiedy człowiek staje się w pełni obudzony, oprócz kilku innych punktów (np. opóźnienia snu). MCTQ zostanie rozesłane uczestnikom przed lekką interwencją.

Kwestionariusz Horne-Östberg Morningness-Eveningness Questionnaire (MEQ): test, który jest szeroko stosowany do oceny poranka-wieczoru. MEQ zostanie rozesłany uczestnikom do celów przesiewowych.

Kwestionariusz zaburzeń nastroju (MDQ): MDQ jest zatwierdzonym narzędziem samoopisowym, które sprawdza obecność choroby afektywnej dwubiegunowej w ciągu całego życia. Zawiera 13 pozycji tak/nie, które obejmują takie tematy, jak nastrój, pewność siebie, energia, towarzyskość, zainteresowanie seksem, gadatliwość, rozproszenie uwagi i inne zachowania. Dodatkowo dodano dwa pytania oceniające, czy objawy kiedykolwiek współwystępowały oraz w jakim stopniu objawy te powodowały upośledzenie czynnościowe. Przypadek pozytywny oznacza potwierdzenie 7 lub więcej z 13 objawów, potwierdzenie współwystępowania pozycji i zgłoszenie umiarkowanego lub ciężkiego stopnia upośledzenia czynnościowego. MDQ będzie podawany wyłącznie do celów badań przesiewowych na początku badania.

Aktygrafia: akcelerometry i zegary noszone na nadgarstku, które należy nosić w tym samym okresie, co dziennik snu. Dane można przekonwertować na obiektywne parametry snu. Ten zegarek będzie noszony na tydzień przed interwencją przez trzy dni, w nocy przed środą, czwartkiem i piątkiem. Będzie również noszona w tygodniu interwencji przez trzy dni interwencji, w noc poprzedzającą środę, czwartek i piątek.

Dziennik snu: codzienne subiektywne szacunki czasu snu, czasu wznoszenia się, latencji snu, liczby przebudzeń, czasu budzenia po zaśnięciu, ostatecznego czasu przebudzenia, czasu wznoszenia się, całkowitego czasu snu, wydajności snu, jakości snu i funkcjonowania w ciągu dnia.

Kwestionariusz zostanie rozesłany uczestnikom na tydzień przed interwencją przez trzy dni, w nocy poprzedzającej środę, czwartek i piątek. Zostanie on również podany w tygodniu interwencyjnym w trzy dni interwencyjne, w noc poprzedzającą środę, czwartek i piątek. Dwa pytania są wypełniane przed pójściem do łóżka, a pozostałe po przebudzeniu.

Dim light melatonin onset (DLMO): DLMO będzie oceniane przez pobieranie próbek śliny co godzinę wieczorem, począwszy od 19:00 do jednej godziny po normalnej porze snu. Próbki DLMO będą pobierane dzień przed interwencją i dzień po okresie interwencji. Pobieranie i analiza śliny będzie odbywać się zgodnie z procedurami stosowanymi wcześniej przez naszą grupę badawczą. Okulary blokujące niebieskie światło będą noszone (od jednej godziny przed pierwszą próbką), aby zapobiec supresji melatoniny podczas pobierania śliny. DLMO będzie analizowane za pomocą testu immunoenzymatycznego (ELISA) (bezpośrednia melatonina ze śliny z Bühlmann Laboratories, Schöonenbuch, Szwajcaria). Czułość analityczna tego zestawu wynosi 0,5 pg/ml, a czułość funkcjonalna 1,6-20,5 pg/ml, przy współczynniku zmienności między testami wynoszącym

Karolińska Skala Senności (KSS): KSS składa się z pojedynczej pozycji oceniającej stan senności w skali od 1 do 9. Ten instrument zostanie podany w laboratorium w dniach lekkiej interwencji. Zostanie ono podane w sumie sześć razy na uczestnika, dwa razy w każdym dniu interwencji, pierwsze natychmiast, gdy uczestnicy przyjdą do laboratorium, aby otrzymać interwencję, a drugie po otrzymaniu jednej godziny światła, przed opuszczeniem laboratorium laboratorium.

Zadanie czujności psychomotorycznej (PVT): 10-minutowy test czasu reakcji, który zapewnia miarę trwałej uwagi, zostanie wykonany przez uczestników podczas ekspozycji na światło w laboratorium. Uczestnik po prostu reaguje na bodźce podawane na wyświetlaczu poprzez jak najszybsze naciśnięcie przycisku. PVT jest szczególnie wrażliwy na utratę snu i zmęczenie. PVT zostanie podane uczestnikom podczas trzech dni lekkiej interwencji.

Analiza statystyczna/analiza mocy:

Do analizy wyników zostanie wykorzystana ANOVA 2 (czas; przed vs. po) x 2 (grupa; światło niebieskie vs. pełne widmo). Analiza mocy została przeprowadzona za pomocą G*Power, wersja 3.17. Ustawienie wielkości efektu na średnią (d=0,50), moc do 0,80, alfa do 0,05, r między powtarzanymi pomiarami do 0,50 pokazuje, że potrzebnych będzie 34 uczestników, aby wykryć znaczącą interakcję Czas x Grupa.