Method Article
Здесь мы представляем метод исследования суточных ритмов в производительности после точной классификации участников в циркадные фенотипные группы на основе мюнхенского вопросника ChronoType, золотого стандарта циркадных фазовых биомаркеров и актографических показателей.
В нашем постоянно развивающемся обществе «круглосуточно» необходимо расширить наше понимание того, как изменения в биологии, физиологии и психологии влияют на наше здоровье и производительность. Встроенный в эту проблему, является растущая необходимость учета индивидуальных различий во сне и циркадных ритмов, а также изучить влияние времени суток на производительность в реальном мире. Существует несколько способов измерения сна и циркадных ритмов от субъективных методов, основанных на вопроснике, до объективного мониторинга сна/бодрствования, актиграфии и анализа биологических образцов. В настоящем документе предлагается протокол, который сочетает в себе несколько методов для классификации отдельных лиц в ранние, промежуточные или поздние циркадные фенотипные группы (ECPs/ICPs/LCPs) и рекомендует, как проводить суточные испытания производительности на местах. Представительрезультаты показывают большие различия в моделях отдыха и активности, полученных из актиграфии, циркадной фазы (наступление дим-лайта мелатонина и пиковое время реакции пробуждения кортизола) между циркадными фенотипами. Кроме того, значительные различия в суточных ритмах производительности между ЭКП и ЛКП подчеркивают необходимость учета циркадного фенотипа. Таким образом, несмотря на трудности в контроле влияющих факторов, этот протокол позволяет реальной оценки воздействия циркадного фенотипа на производительность. В настоящем документе представлен простой метод оценки циркадного фенотипа в полевых условиях и поддерживается необходимость учитывать время суток при разработке исследований производительности.
На поведенческом уровне, оценка отдельных моделей отдыха /активности может быть сделано с помощью субъективных методов на основе вопросника или объективного мониторинга с помощью эктиграфии запястья. Актиграфические данные были проверены против полисомнографии (PSG) для различных параметров сна, включая: общее время сна, эффективность сна и просыпаться после начала сна1. Хотя PSG известен как золотой стандарт для измерения сна, это сложно использовать в течение длительных периодов за пределами лаборатории сна2. Таким образом, актиграфы призваны обеспечить простую, более экономичную альтернативу ПСГ и позволит ьсядям контролировать 24 ч схемы отдыха/активности. Субъективные меры самоотчета могут определить «хронотип» с помощью Мюнхенского вопросника ChronoType (MCT)3, или суточные предпочтения с помощью вопросника Утро-Вечерность (ME)4. Группы на обоих концах этого спектра можно назвать ранними циркадными фенотипами (ЭКП) и поздними циркадными фенотипами (LCP) с группами, такими как промежуточные циркадные фенотипы (ИП).
Хотя ECPs и LCPs четко различимы через их поведение (т.е. сон / бодрствование моделей), эти индивидуальные различия также частично обусловлены изменениями в физиологии5 и генетической предрасположенности6,7. Физиологические биомаркеры часто используются для определения циркадной фазы/времени человека. Два из основных гормонов, свидетельствующей о циркадных времени мелатонина, который поднимается вечером, чтобы достичь пика в середине ночи, и кортизол, который достигает пика утром8. Используя эти циркадные фазовые маркеры, можно определить индивидуальные различия в моделях сна и пробуждения. Например, тусклый свет мелатонина начала (DLMO)9,10 и время кортизола пробуждение ответ11,12 пик ранее в ECPs, который отражается в циркадный ритм температуры тела ядра13. Слюна позволяет легко, безопасно и неинвазивно еле, из которого эти гормоны могут быть проанализированы с помощью радиоиммуноанализа (РИА) или фермент-связанных иммуносорбент анализа (ELISA) без необходимости извлечения каких-либо клеточного материала. РИА и ELISA являются чувствительными и специфическими анализами, которые обнаруживают концентрации антигенов в биологических образцах (например, кровь, плазма или слюна), через антиген-антитела реакции с участием радиомаркированных изотопов (например, йода(125I) или фермент-связанных антител14).
Строго контролируемые лабораторные протоколы, такие как постоянная рутина (CR) и принудительной десинхронности (FD) являются золотым стандартом в области хронобиологии для изучения эндогенных циркадных ритмов15. Тем не менее, растет потребность в изучении людей в их домашней среде за пределами искусственных лабораторных условий для сбора контекстуальных данных и повышения внешней достоверности результатов. Поэтому нам требуются более эффективные способы классификации, оценки и оценки индивидуальных различий на местах. Кроме того, суточные изменения в различных измерениях физической (аэробной способности, мышечной силы) и когнитивных (время реакции, постоянное внимание, исполнительская функция) производительность были обнаружены с ЭКП работает лучше ранее в тот же день и LCPs ввечер16,17. Это подчеркивает, что время суток и циркадный фенотип должны быть факторами, которые учитываются при проведении тестирования производительности в научных исследованиях.
Количество различных мер и протоколов, используемых в лабораторных исследованиях, позволяет внедрять условия с высоким контролем. Полевые исследования, как правило, более сложные из-за числа влияющих факторов. Таким образом, используя более целостный подход, сочетая несколько методов может обеспечить большую точность при мониторинге поведения человека, психологии и производительности в их домашней среде18. Здесь мы обсуждаем метод, который может быть легко реализован в этой области для выявления индивидуальных различий в циркадных фенотипов с помощью MCT, актиграфии и физиологических биомаркеров. Мы предполагаем, что эти переменные будут значительно отличаться между циркадными фенотипными группами и будут значительно коррелировать с хронотипом (исправлено середине сна в свободные дни (MSFsc),собранных из MCT). Кроме того, мы предлагаем способы измерения суточной производительности, подчеркивая необходимость отдельного анализа данных для каждой циркадной группы фенотипов. Мы предполагаем, что различия в суточных ритмах производительности будут скрыты, если данные будут проанализированы только на уровне всего населения.
Все методы, описанные здесь, были одобрены Комитетом по этике исследований Университета Бирмингема.
1. Скрининг участников и экспериментальный дизайн
2. Актиграфия и дневники сна
3. Физиологическая проба
4. Радиоиммуноанализ
5. Суточное тестирование производительности
ПРИМЕЧАНИЕ: Меры, которые были использованы в этом протоколе являются Психомоторная бдительность задачи (PVT)21, и Каролинска Сонливость шкала (KSS)22. Тем не менее, другие тесты могут быть использованы с сохранением той же конструкции в зависимости от цели исследования (например, если исследование изучает влияние циркадного фенотипа на рабочую память, задача памяти будет необходимо).
6. Анализ
Эти результаты в ECPs и LCPs ранее были опубликованы Facer-Чайлдс, Кампос, идр. Все разрешения были получены от издателя. Для исследований, требующих исследования всех трех групп (ранние, промежуточные и поздние), могут быть использованы одни и те же методы и отсечения.
Циркадный фенотипирование (таблица 1, таблица 2 и рисунок 1)
Первая гипотеза, представленная в настоящем документе, заключается в том, что группы будут значительно отличаться по сну и циркадным переменным. От участников (n No 22), которые приняли участие в этом исследовании, те, которые были классифицированы как ECPs был счет между 0-1 и все LCPs между 8-10 (отрезает приведены в таблице 1). Для подтверждения этих результатов были сопоставлены средние показатели группы для каждой переменной. MSFsc был 02:24 и 00:10 ч для ECPs по сравнению с 06:52 и 00:17 ч в LCP (t(36) 12,2, стр. Физиологические маркеры также значительно различались между двумя группами. ДЛМО произошло в 20:27 и 00:16 ч в ЭКП и в 23:55 и 00:26 ч в LCPS (т(30) 6,8, стр. Пиковое время реакции пробуждения кортизола произошло в 07:04 и 00:16 ч в ЭКП и 11:13 и 00:23 ч в LCP (t(36) 8.0, p qlt; 0.0001). Те же отношения наблюдались с актиграфическими переменными для начала сна и просыпаться сроки со средним наступлением сна происходит в 22:57 и 00:10 ч в ECPs и 02:27 00:19 h в LCPs (т(34) р/т; 0,0001) и время пробуждения, происходящие в 06:33 и 0,10 ч в ЭКП и 10:13 и 00:18 ч в LCP (t(34) 9,9, стр. Другие переменные сна, включая продолжительность, эффективность и задержку, существенно не отличались между группами(таблица 2).
Вторая гипотеза заключается в том, чтоMSF sc, собранный из МХТЗ, будет в значительной степени коррелирует с золотым стандартом актиграфических и циркадных фазовых биомаркеров. Рисунок 1 показывает, чтоMSF sc был значительно коррелирован с DLMO (R2 и 0,65, р злт; 0,0001), пиковое время реакции пробуждения кортизола (R2 й 0,75, р-л; 0,0001), начало сна (R2 й 0,80, р-л; 0,0001) и проснуться время (R2 й 0,86, р-л; 0,0001).
Эти репрезентативные результаты показывают, что различные циркадные группы фенотипа имеют явные различия в населенности/смещении сна (т.е. времени пробуждения), а также в физиологических переменных (DLMO и пиковое время утреннего кортизола).
Суточное тестирование(рисунок 2)
Было предслоувание что путем испытывать множественные времена над курсом дня, суточные ритмы в субъективной sleepiness и представленности могли быть определены в каждой группе (ECPs/LCPs). Кроме того, было высказано предположение, что если циркадные фенотипы не будут рассматриваться и данные анализируются только на общегрупповом уровне, то суточные вариации будут искажены.
Значительные суточные вариации были обнаружены на уровне всей группы для PVT и KSS. Производительность PVT на тестовой сессии 08:00 ч была значительно медленнее, чем тест на 14:00 ч(р 0,027), как и субъективная сонливость(стр. 0,024). Значительно более медленные показатели PVT были также обнаружены между 08:00 ч и 20:00 ч(р 0,041).
При отдельном анализе каждой группы были обнаружены значительные суточные колебания производительности ПВТ в LCP, но не в ЭКП. LCPs были значительно хуже в 08:00 ч по сравнению с 14:00 ч(р 0,0079) и лучше в 20:00 ч по сравнению с 08:00 ч(р 0,0006). Субъективная сонливость показала значительные суточные вариации в каждой группе. ECPs сообщили о более высокой сонливости в 20:00 ч по сравнению с 08:00 ч(р 0,0054). Противоположность наблюдалась в LCPs, которые сообщили о самой высокой сонливости в 08:00 ч и самой низкой в 20:00 ч. Сонливость в 08:00 ч была значительно выше, чем 14:00 ч и 20:00 ч в LCPs (оба p qlt; 0.0001).
Рисунок 1: Линейный регрессионный анализ, чтобы показать взаимосвязь между переменными сна/бодрствования с помощью актиграфии и физиологических биомаркеров. Исправленный середине сна в свободные дни (MSFsc) отображается как время суток (ч) на оси x. Ранние циркадные фенотипы (ЭКП) отображаются в синей коробке, поздние циркадные фенотипы (LCP) в красной коробке. ()Пиковое время реакции пробуждения кортизола (h), (b) Время пробуждения (h),(c)Туские светлое начало мелатонина (DLMO)(h), (d) Время начала сна (h). Значение R2 отображается в правом нижнем углу, а уровень значения отображается на уровне p slt; 0.0001. Эта цифра была изменена, с разрешения, от Facer-Чайлдс, и др.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Рисунок 2: Суточные кривые вариаций в Каролинской шкале сонливости и Психомоторной Бдительности Задача (PVT) производительность. Время суток (h) отображается на оси x. Результаты группы отображаются в первой колонке, ранние циркадные фенотипы (ЭКП) во второй колонке и поздние циркадные фенотипы (LCP) в третьей колонке. (a) Субъективная сонливость (KSS) оценка, (б) Время реакции от PVT (ы). Установлены полиномальные нелинейные кривые регрессии второго порядка. Значение уровень показан как ns (не значительный), q(p slt; 0.05), q (p slt; 0.01),(p slt; 0.001) и qs (p slt; 0.0001). Эта цифра была изменена, с разрешения, от Facer-Чайлдс, и др.23. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.
Переменный измеренный | Категория ECP | Категория МСП | Категория LCP |
Актиграфическое время пробуждения | Злт; 07:30 ч | 07:31 - 08:29 ч | 08:30 ч |
Пиковое время утреннего кортизола | Злт; 08:00 | 08:01 - 08:59 | 09:00 ч |
Тусклое легкое начало мелатонина (DLMO) | Злт; 21:30 ч | 21:31 - 22:29 ч | 22.30 ч |
Актиграфическое наступление сна | Злт; 23:30 ч | 23:31 - 00:29 ч | 00:30 ч |
Исправлено середине сна в свободные дни (MSFsc) | Злт; 04:00 ч | 04:01 - 04:59 | 05:00 ч |
Оценка за переменную | 0 | 1 | 2 |
ОБЩИЙ БАЛЛ | 0 - 3 | 4 - 6 | 7 - 10 |
Подкатегории | 0 - экстремальный ECP 1 - определенный ECP 2 - умеренный ECP 3 - мягкий ECP | 4 - ранний ICP 5 - ICP 6 - поздний ICP | 7 - мягкий LCP 8 - умеренный LCP 9 - определенный LCP 10 - экстремальный LCP |
Таблица 1: Категоризация отсечения циркадных фенотипирования в ранних (ECP), промежуточных (ICP) и поздних (LCP) групп. Каждая переменная нарезана оценка на одного участника в зависимости от их результата и общих баллов (0-10) позволяют классифицировать в каждой группе и каждой подкатегории.
Переменный измеренный | Тэк | LCPs | Значение |
Размер образца | N No 16 | N No 22 | n/a |
Количество мужчин/женщин | М No 7 | М No 7 | р 0,51с |
F No 9 | F No 15 | ||
Возраст (годы) | 24.69 и 4.60 | 21.32 и 3.27 лет | р 0,028а |
Высота (см) | 171,30 и 1,97 | 171.10 и 2,38 | р 0,97а |
Вес (кг) | 66,44 х 2,78 | 67,05 х 2,10 евро | р 0,88а |
MSFsc (hh:mm) | 02:24 - 00:10 | 06:52 - 00:17 | р Злт; 0,0001а |
Начало сна (hh:mm) | 22:57 и 00:10 | 02:27 - 00:19 | р Злт; 0,0001а |
Время пробуждения (hh:mm) | 06:33 и 0,10 | 10:13 и 00:18 | р Злт; 0,0001а |
Длительность сна (h) | 7,59 и 0,18 | 7,70 и 0,14 | р 0,72а |
Эффективность сна (%) | 79,29 х 1,96 | 77,23 х 1,14 | р 0,46а |
Задержка начала сна (hh:mm) | 00:25 - 00:06 | 00:25 - 00:03 | р 0,30b |
Угол фазы (hh:mm) | 02:28 - 00:16 | 02:34 - 00:18 | р 0,84а |
Тусклый свет Мелатонина начало (hh:mm) | 20:27 и 00:16 | 23:55 и 00:26 | р Злт; 0,0001а |
Время пик кортизола (hh:mm) | 07:04 - 00:16 | 11:13 и 00:23 | р Злт; 0,0001а |
Таблица 2: Переменные исследования для циркадных групп фенотипов; Ранний (ECP) и поздний (LCPs). Значения отображаются как средние - SEM, за исключением возраста, который отображается как среднее значение SD. Исправленное середине сна в свободные дни (MSFsc) рассчитывается из MCT. Тип используемых статистических тестов отображается в суперскриптов; параметрическиетесты,непараметрические тестыb и точный тест Фишераc. Угол фазы определяется разницей (h) между наступлением тусклого света мелатонина (DLMO) и наступлением сна. Все значения p исправлены24. Эта таблица была изменена, с разрешения, от Facer-Childs, и др.23.
Из-за сложного взаимодействия циркадно-и зависящих от сна влияний на поведение, изучение относительного вклада каждого из них является сложной задачей. Протоколы на основе лабораторных исследований в значительной степени нереалистичны и дороги, таким образом, удерживают более низкую внешнюю действительность, когда они относят результаты к повседневному функционированию25. Таким образом, растет потребность в изучении людей в их домашней среде для содействия обобщенности реальных контекстов. Хотя полевые исследования не позволяют контролировать экзогенные влияния, комплексный подход может помочь пролить свет на то, как биологические и экологические факторы влияют на здоровье, физиологию и производительность23,26,27. Этот протокол был разработан специально, чтобы иметь возможность контролировать людей в их домашней среде, следуя их привычной процедуры. Эти протоколы отбора проб слюны были успешно проведены в сложных условиях, таких как Амазонка28 и Антарктический29, подтверждающие простоту проведения этого протокола.
Вопросники являются полезным инструментом во сне и циркадных исследований, поскольку они позволяют быстрый и простой способ сбора широкого спектра информации. Однако расхождения между субъективными и объективными мерами могут создавать трудности при попытке изучения индивидуальных различий. Таким образом, возможность собирать несколько субъективных и объективных мер может усилить классификацию циркадных фенотипов. Такое сочетание методов - МСтЗ, актиграфия, физиологическая отбор проб и тестирование на производительность - высветило, как результаты могут быть неправильно истолкованы, если не учитывать индивидуальные различия в циркадных фенотипах. Измерение всех этих переменных обеспечивает наиболее надежную классификацию циркадных групп фенотипов, однако существует потенциал для дальнейшего развития метода, чтобы позволить меньше требований. Например, хотя надежность еще предстоит изучить, чтобы уменьшить расходы, исследователи могли бы удалить этап выборки кортизола или использовать другой вопросник. Вместе с тем следует отметить, что, поскольку ДЛМО является действующим золотым стандартом для циркадного времени и актиграфии, является стандартным методом мониторинга моделей отдыха/активности, это было бы важным и переменным, включающим их в оценки.
Планирование тестов производительности на основе часового времени вместо того, чтобы основывать тайминги относительно индивидуального (внутреннего биологического времени), увеличивает осуществимость и позволяет применять протокол в реальных условиях. Ограничением этой конструкции, однако, является неспособность определить влияние циркадной системы против гомеостастатических влияний. Это становится сложной задачей, поскольку нет никакого способа подтверждения конкретных механизмов, способствующих результатам. Однако, поскольку цель этого протокола состоит в том, чтобы исследовать эти группы в реальном сценарии, уменьшение механизмов, зависящих от сна, сведет к минимуму внешнюю достоверность результатов. Поэтому можно утверждать, что использование комплексного метода является более применимым и более осуществимым для полевых исследований.
Прямые показатели производительности имеют большое значение для общества, но кажется, что без учета многочисленных факторов, влияющих, особенно необходимость группы лиц в соответствии с их циркадный фенотип и давление сна, исследования могут отсутствовать ключевые результаты.
Как уже говорилось, PVT и KSS широко используются во многих областях исследований. Простота PVT и гибкость в продолжительности задачи делает его привлекательным испытанием для использования в циркадных и сна ограничения исследований, требующих нескольких испытаний раз, и было показано, что чувствительный маркер лишения сна30,31. Хотя точность теста и общее время реакции увеличиваются с длительностью задачи, 2 мин, 5 мин и 10 мин PVT задачи все показывают аналогичное время суток отношения32.
Наша разработка протокола может быть реализована с использованием целого ряда различных задач производительности и в более частые моменты времени, если это необходимо. Предыдущие исследования показали, время суток эффекты как в физической и когнитивной производительности метрик, таких как аэробная способность15 и исполнительной функции25. Внедрение этого протокола и учет индивидуальных различий позволит лучше понять, как изучать механизмы, способствующие производительности, особенно в более нишевых условиях, таких как элитные виды спорта. Таким образом, этот протокол позволяет реальной оценки циркадного фенотипа и дает представление о том, как измерить влияние времени суток на производительность.
B.M. и D.J.S. являются содиректорами Stockgrand Ltd. Другие конкурирующие финансовые интересы авторы не заявляют.
Эта работа была поддержана финансированием со стороны Совета по исследованиям в области биотехнологии и биологических наук (BBSRC, BB/J014532/1) и Научно-исследовательского совета по инженерным и физическим наукам (EPSRC, EP/J002909/1). E.R.F.C была поддержана фондом институциональной стратегической стратегической поддержки Wellcome Trust (ISSF) Scheme accelerator fellowship (Wellcome 204846/q/16/) и австралийским правительством, Министерством промышленности, инноваций и науки (ICG000899/19/0602). Мы искренне благодарим всех участников и Stockgrand Ltd за ассеидные реагенты.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Actiwatch Light | Cambridge Neurotech Ltd | Various different validated actigraph devices can be used depending on what is required | |
Sleep Analysis 7 Software | Cambridge Neurotech Ltd | Various different validated software can be used depending on what is required | |
7 ml plastic bijous | Various different tubes or salivettes can be used depending on what is required | ||
DQ67OW, Intel Core i7-2600 processor, 4GB RAM, 32-bit Windows 7 | Various different devices can be used depending on what is required |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены