Effekterna av ett blått monokromatiskt ljusingrepp på kvällsliknande individers sömn och dygnsrytm

Bakgrund:

Morgon/kväll är ett fenomen som återspeglar tendensen att vara en "tidig morgonfågel" eller en "sen nattuggla" och är därmed en källa till interindividuell variation i tidpunkten för sömn och andra beteenden. Individer av kvälls- och morgontyp uppvisar skillnader som härrör internt när det gäller den cirkadiska fasen av deras endogena biologiska klocka. En viss grupp individer som kallas morgontypsindivider har genomgående visat sig prestera bättre på morgonen, medan kvällstypindivider verkar vara piggare och prestera bättre på kvällen. Individer av morgontyp har tidigare lägg- och stigtider än kvällstyper, medan individer av kvällstyp har varit kända för att rapportera signifikant senare lägg- och stigtider jämfört med individer av morgontyp. Dessutom har ungdomar av kvällstyp varit kända för att uppvisa sämre akademiska och intellektuella prestationer under sina icke föredragna, d.v.s. tidiga timmar på dygnet.

Dygnsrytmer är kända som biologiska processer som uppvisar endogena, medbringbara svängningar under en period av cirka 24 timmar. Dessa rytmer har visat sig kontrolleras av den cirkadiska pacemakern, som är belägen i de suprachiasmatiska kärnorna (SCN) i hypotalamus. Dessa 24-timmarsrytmer manifesterar sig på ett observerbart sätt inom många fysiologiska åtgärder, såsom sömn-vakna cykeln, kärnkroppstemperaturen och utsöndringen av hormoner som melatonin. Kärnkroppstemperaturen sjunker under natten och når sin lägsta punkt (nadir) tidigt på morgonen, varefter den börjar stiga igen. Melatoninutsöndringen följer en kurva som är nästan omvänd jämfört med kroppstemperaturens kärnrytm och är känslig för ljusexponering som hämmar melatoninutsöndringen. Melatonin antingen i plasma, saliv eller urin betraktas som en objektiv markör för dygnsrytm, varav det svaga ljuset melatonin debut (tid då melatonin når 4 pg/ml i saliv) är den vanligaste parametern.

Sömn är känt för att initieras lättast när kärnkroppstemperaturen sjunker och när melatoninnivån stiger. Det är också känt att det enklast initieras inom en tidsram av sex timmar före nadir till ett par timmar efter nadir av kärnkroppstemperaturen.

Individer av kvällstyp upplever ökad sömnighet och sämre prestationer under de tidiga timmarna på morgonen, eftersom det finns en obalans mellan deras dygnsrytm och deras krav på att vara vaken så tidigt. Sömnighet är känt för att ha allvarliga konsekvenser för prestation.

Men, som nämnts, är SCN-utgångarna medbringbara och ljus är den starkaste tidsgivaren för individers dygnspacemakers. Tidpunkten för ljusexponering har således potential att antingen fasförskjuta eller fasfördröja ens dygnsrytm. Exponering för ljus timmarna före nadir, under kvällen, kommer att leda till att individer fördröjer sin dygnsrytm. Å andra sidan har exponering för ljus timmarna efter nadir, under morgontimmarna, potentialen att fasföra individers dygnsrytm. Ljus kan förskjuta den cirkadiska fasen, men denna effekt är beroende av ljusets timing, ljusexponeringens varaktighet och ljusintensiteten där högre intensiteter har visat sig vara associerade med större effekter. En annan egenskap hos ljus rör våglängderna som det sänder ut, där blått ljus har visat sig ge betydligt starkare fasförskjutningseffekter än ljus med andra våglängder i det synliga spektrumet. Effekterna av blått ljus på det cirkadiska systemet har tillskrivits en fotoresponsiv cellpopulation i näthinnan som innehåller fotopigmentet melanopsin, som är mycket känsligt för blått ljus. Dessa celler skickar signaler direkt till SCN och bildar även kopplingar till områden som är associerade med vakenhet som striatum och hjärnstammen. Känsligheten för melanopsin har visats vara högst i ett blått ljusområde runt 460 nm.

Så vitt vi vet har ingen studie genomförts för att testa effekterna av ett blått monokromatiskt ljusingrepp administrerat via standardrumsblixtar på fasframsteg av dygnsrytmen hos individer av kvällstyp. Följaktligen är vårt mål att bedöma om blått ljus jämfört med vitt standardljus, administrerat via standardrumsblixt, kan förändra sömnen och dygnsrytmen hos individer av kvällstyp, vilket orsakar ett fasförlopp.

Hypotes:

Tre på varandra följande morgnar med en timmes exponering för monokromatiskt ljus (40 lx, irradians = 88,79 µW/cm2) med en toppvåglängd på 455 nm (blått ljus) kommer, jämfört med fullspektrumljus (2500 Kelvin) med lika fotonflöde som blått ljus: a) leder till en fasförskjutning av dygnsrytmen hos individer av kvällstyp; b) öka den vakna funktionen bedömd med subjektiva och objektiva mått på morgonen; och c) minska deltagarnas självrapporterade sömnighet på morgonen, d) minska sömnstartens latens och e) föra in sömnstarttiden.

Vi kommer att justera ljusintensiteten för att säkerställa att fotonenergin är densamma över de två förhållandena.

Metoder

Prov och procedur:

Vårt mål är att rekrytera ett urval av minst 34 deltagare från universitetet i Bergen. Inklusionskriterier är poäng under 42 på Horne-Östberg Morgon-kväll frågeformuläret, eftersom detta kategoriserar måttliga och definitivt kvällstyper. Deltagare kommer att uteslutas om ett positivt fall indikeras på Mood Disorder Questionnaire (MDQ), vilket indikerar förekomst eller historia av bipolär sjukdom. Deltagare kommer också att uteslutas om de har arbetat nattskift under de senaste tre månaderna. Deltagarna kommer att exponeras för blåljusinterventionen i en randomiserad, blindad, kontrollerad studie. Deltagarna kommer att bedömas med subjektiva och objektiva mått på sömn under 3 dagar (tisdag - torsdag) en vecka innan tre dagars blåljusintervention. De kommer också att bedömas med samma subjektiva och objektiva mått under den tre dagar långa interventionsperioden. Mer exakt kommer sömnen att bedömas med aktigrafi och sömndagbok. En dag före interventionen och en dag efter interventionen kommer dygnsrytmen att mätas med salivprover för uppskattning av svagt ljus melatonin debut. Flexibilitet kommer också att mätas före intervention genom Circadian Type Inventory. Den vakna funktionen kommer att bedömas de dagar interventionen ges med Karolinska Sleepiness Scale och Psychomotor Vigilance Task.

Instrument/åtgärder:

Circadian Type Inventory: ett instrument med två faktorer. Individer som får höga poäng på den första dimensionen (flexibel/styv) är mer flexibla i sin förmåga att hålla sig vaken vid udda tider på dagen eller natten. De som får höga poäng på den andra faktorn (Languid/Vigorous) tenderar att rapportera svårigheter att övervinna dåsighet, särskilt på morgonen. CTI kommer att delas ut till deltagarna innan ljusinsatsen.

Munich ChronoType Questionnaire: ett användbart verktyg för att bestämma kronotyp baserat på sömnbeteenden, såsom säng- och stigtider, klocktid när man blir helt vaken, förutom några andra punkter (t.ex. sömnfördröjning). MCTQ kommer att delas ut till deltagarna innan ljusinsatsen.

Horne-Östberg Morning-Eveningness Questionnaire (MEQ): ett test som har använts flitigt för att bedöma morgon-kväll. MEQ kommer att delas ut till deltagarna i screeningsyfte.

Mood Disorder Questionnaire (MDQ): MDQ är ett validerat självrapporteringsinstrument som undersöker förekomsten av en livstidshistoria av bipolär sjukdom. Den innehåller 13 ja/nej-objekt som täcker ämnen som humör, självförtroende, energi, sällskaplighet, intresse för sex, talande, distraherande beteende och andra beteenden. Det finns dessutom två frågor som bedömer om symtomen någon gång har uppstått samtidigt och i vilken grad symtomen orsakat funktionsnedsättning. Ett positivt fall innebär godkännande av 7 eller fler av de 13 symtomen, godkännande av samtidig förekomst och rapportering av måttlig eller allvarlig grad av funktionsnedsättning. MDQ kommer endast att administreras i screeningssyfte vid baslinjen.

Aktigrafi: Handledsburna accelerometrar och klockor som ska bäras under samma period som sömndagboken. Data kan konverteras till objektiva sömnparametrar. Denna klocka kommer att bäras veckan före intervention i tre dagar, natten till onsdag, torsdag och fredag. Den kommer även att bäras under interventionsveckan de tre interventionsdagarna, natten till onsdag, torsdag och fredag.

Sömndagbok: Dagliga subjektiva uppskattningar av läggtid, stigtid, sömnlatens, antal uppvaknanden, vakentid efter sömnstart, slutlig uppvaknandetid, stigtid, total sömntid, sömneffektivitet, sömnkvalitet och funktion under dagtid.

Enkäten kommer att delas ut till deltagarna veckan före intervention under tre dagar, natten till onsdag, torsdag och fredag. Det kommer också att ges under interventionsveckan de tre interventionsdagarna, natten till onsdag, torsdag och fredag. Två av frågorna fylls innan deltagarna går och lägger sig, och resten fylls när de vaknar på morgonen.

Dim light melatonin debut (DLMO): DLMO kommer att bedömas genom att ta salivprover varje timme på kvällen, med start från 19:00 till en timme efter normal läggdags. DLMO-prover kommer att samlas in en dag före interventionen och dagen efter interventionsperioden. Salivinsamling och analyser kommer att följa procedurer som tidigare använts av vår forskargrupp. Blåljusblockerare kommer att bäras (från en timme före det första provet) för att förhindra melatoninundertryckning under salivprovtagning. DLMO kommer att analyseras med enzymkopplad immunosorbentanalys (ELISA) (direkt salivmelatonin från Bühlmann Laboratories, Schöonenbuch, Schweiz). Den analytiska känsligheten för detta kit är 0,5 pg/ml och funktionell känslighet är 1,6-20,5 pg/ml, med en interassay-variationskoefficient på

Karolinska sömnighetsskala (KSS): KSS består av ett enda objekt som bedömer tillstånd sömnighet på en skala från 1 till 9. Detta instrument kommer att ges i laboratoriet på dagarna för ljusingreppet. Det kommer att ges totalt sex gånger per deltagare, två gånger på varje interventionsdag, den första direkt när deltagarna kommer till laboratoriet för att ta emot interventionen och den andra efter att de har fått en timmes ljus, innan de lämnar laboratoriet. laboratorium.

Psychomotor Vigilance Task (PVT): ett 10-minuters reaktionstidstest som ger ett mått på ihållande uppmärksamhet kommer att slutföras av deltagarna under ljusexponering i laboratoriet. Deltagaren svarar helt enkelt på stimuli som ges på en display genom att trycka på en knapp så snart som möjligt. PVT är särskilt känsligt för sömnförlust och trötthet. PVT kommer att ges till deltagarna under de tre dagarna av ljusintervention.

Statistisk analys/effektanalys:

En 2 (Tid; före vs post) x 2 (Grupp; blått vs. helspektrum ljus) ANOVA kommer att användas för att analysera resultaten. Effektanalys utfördes med G*Power, version 3.17. Ställ in effektstorleken på medium (d=0,50), ström till 0,80, alfa till 0,05, r mellan upprepade åtgärder till 0,50, visar att 34 deltagare kommer att behövas för att upptäcka en signifikant Time x Group-interaktion.