Uni-valvesyklin arviointi vuorokausirytmin avulla

Tämän artikkelin lähtökohta syntyi, kun aloin selvittää, voisiko unta arvioida helposti sovellettavilla menetelmillä, kuten kyselylomakkeilla, energiankulutuksella ja käyttäjän sykkeellä.

Uni-valvesykli on kuitenkin monimutkainen prosessi, johon vaikuttavat useat sisäiset järjestelmät. Näistä kaksi tärkeintä ovat vuorokausirytmi ja homeostaattinen väsyneisyyden kasvu (eli "unipaine"). Homeostaattiseen prosessiin vaikuttavat se, kuinka paljon nukuit ja milloin viimeksi nukuit. Unipaine ei kuitenkaan yksinään riitä saamaan sinua nukkumaan ajoissa tai arvioimaan, milloin olet virkeimmilläsi -- tässä vuorokausirytmi astuu kuvaan. Vuorokausirytmi näyttää määrittävän vireyden tason päivän aikana, mutta siihen vaikuttavat voimakkaasti ulkoiset tekijät, kuten valon määrä. Tämä vireys on ratkaisevaa, jos haluamme säätää untamme sen mukaan: esimerkiksi liiallinen sininen valo illalla voi siirtää vuorokausirytmiä niin, että olet virkeänä silloin kun haluaisit nukkua. Ehkä vuorokausirytmiä arvioimalla voimme päätellä, milloin on paras aika sammuttaa televisio ja vetää verhot kiinni.

Kysymys kuuluu siis: voiko vuorokausirytmiä arvioida? Mitä vuorokausirytmi ylipäätään on? Tässä artikkelissa yritetään vastata näihin kysymyksiin ja nostaa esiin seikkoja, jotka liittyvät vuorokausirytmin mittaamiseen ja hyödyntämiseen unen ja vireyden arvioinnissa.

Mitä vuorokausirytmi on?

Sana "sirkadiaaninen" tulee latinan sanoista "circa" (noin) ja "dies" (päivä), mikä heijastaa sitä, että vuorokausirytmin kesto on noin 24 tuntia -- usein hieman pidempi. Nisäkkäillä vuorokausirytmiä säätelee aivojen suprakiasmaattinen tumake. Uni-valvesyklin lisäksi, johon se useimmin yhdistetään, vuorokausirytmi vaikuttaa myös kehon lämpötilaan, suorituskykyyn ja melatoniinin erityksen säätelyyn. Kuten mikä tahansa rytmi, vuorokausirytmikin voidaan kuvata pääasiassa vaiheen, amplitudin ja jaksonpituuden avulla, jotka muodostavat kuvaajasta havaittavan rytmisen kuvion. Yksilön rytmin arvioinnissa on siis arvioitava nämä kolme tekijää.

Vuorokausirytmi liittyy läheisesti tiettyihin vihjeisiin, jotka auttavat sitä tahdistumaan 24 tunnin uni-valvesykliin. Tätä kutsutaan tahdistumiseksi. Näitä vihjeitä kutsutaan "Zeitgebereiksi" eli ajanantajiksi, jotka kirjaimellisesti auttavat aivoja säätämään sisäistä kelloa. Zeitgebereihin kuuluvat muun muassa yleinen aktiivisuus, sosiaalisuus, ateriat ja kaikkein ratkaisevimmin valon ja pimeyden määrä. Valon ja pimeyden määrä voi siis olla ratkaiseva sisäisen kellosi tahdissa pysymiselle! Nämä ovat tärkeitä myös siksi, että myöhemmin kirjoittaessani uni-valvesyklin mittaamisesta vuorokausirytmin kautta nämä vihjeet toimivat myös "peittävinä tekijöinä", jotka voivat naamioida todellisen uni-valvesyklin.

Vuorokausirytmin tarkka mittaaminen perustuu useimmiten melatoniinin tasojen arviointiin (mitataan himmeässä valossa, mistä nimitys "dim light melatonin onset" eli DLMO), ydinlämpötilaan ja kortisoliin. Näitä voidaan arvioida myös muilla keinoin. Esimerkiksi DLMO korreloi voimakkaasti unen keskipisteen kanssa. Valitettavasti tämä mittaus vääristyy, jos unisykliisi vaikuttavat ulkoiset tekijät, kuten työ tai perhevelvoitteet, koska nukkumisaikojasi ei voida vakioida luotettavaa arviointia varten.

Vuorokausirytmiin vaikuttaa erityisen voimakkaasti unen homeostaasi. Tämän huomaa esimerkiksi silloin, kun univelka kasvaa liian suureksi ja alkaa nukuttaa, vaikka aurinko paistaisi kirkkaasti (olosuhteet, jotka normaalisti pitäisivät sinut virkeänä). Kuppi kahvia saattaa tuntua piristävän, mutta se ei tuo samaa vireyttä kuin normaalisti. Kehosi noudattaa silti vuorokausirytmiä, ja jos pysyt hereillä, vireyden taso jatkaa nousemista ja laskemista sen mukaan. Univelka kuitenkin vaikeuttaa todellisen vuorokausisyklin arviointia, jos sitä ei oteta huomioon.

Vuorokausirytmin mittaaminen ja arviointi

Voiko todellisen vuorokausirytmin selvittää? Kyllä. Onko se vaikeaa? Ehdottomasti! Jaan tämän ongelman kolmeen osaan:

1. Luotettavien mittausten saaminen vuorokausirytmistä.
2. Rytmin olemassaolon toteaminen mittausdatasta.
3. Datan sovittaminen sykliin parametrien optimoinnilla.

Ensimmäiseen kohtaan vastaaminen vaatisi ihanteellisessa tapauksessa, että mitattava henkilö pysyisi hereillä pitkään, jotta uni-valvesyklin vaikutus vuorokausirytmiin poistuisi. Käytännössä vähintään 24 tunnin hereillä pysyminen ei ole kovin käytännöllistä, eikä tarkkaan mittaamiseen tarvittavat laitteet ole helposti saatavilla. Onneksi vaihtoehtoja on, mutta mikään niistä ei täydellisesti korvaa tarkkoja mittauksia.

Aktiivisuuden mittaaminen on laajalti käytössä vuorokausirytmin arvioinnissa eläintutkimuksissa, mutta tietääkseni se ei ole saavuttanut vastaavaa asemaa ihmistutkimuksissa. Toisaalta kyselylomakkeita on käytetty unikronotyyppien arviointiin (joista voit lukea lisää muissa Nyxon kirjoituksissa), mutta niiden rooli vuorokausirytmin arvioinnissa vaikuttaa vielä avoimelta. Olisi kiinnostavaa nähdä, miten aktiivinen kyselylomakkeiden käyttö -- esimerkiksi Stanfordin uneliaisuusasteikon täyttäminen tunnin välein -- pystyisi paljastamaan taustalla olevan vuorokausirytmin. Kuten edellä mainittiin, unen keskipiste voidaan teoriassa arvioida unidatasta ja sitä kautta käyttää vuorokausirytmin arviointiin. Univelka tai herätyskello voi kuitenkin siirtää arvioidun keskipisteen väärään kohtaan. Lisäksi valitettava tosiasia on, että tämän tyyppiset mittaukset ovat alttiita aiemmin mainituille peittäville tekijöille. Valon määrä, kahvin kulutus ja muut vastaavat tekijät voivat peittää vuorokausirytmin tai jopa siirtää sitä hieman. Ongelma on, että kaikki nämä tekijät pitäisi jotenkin kontrolloida luotettavien mittausten saamiseksi. Tämä on erityisen tärkeää kyselylomakkeiden kohdalla, joissa esimerkiksi kofeiinin saanti voi vaikuttaa vireyteen ja tehdä subjektiivisesta datasta epäluotettavaa. Tällä hetkellä näiden ongelmien kiertämiseen ei näytä olevan tehokasta tapaa, mutta lisätutkimusta tarvitaan sen selvittämiseksi, peittävätkö nämä tekijät johdonmukaisesti vuorokausirytmin.

Toisen ongelman ratkaisemiseksi kerätty data on analysoitava ja selvitettävä, löytyykö siitä rytmi. Useat tilastolliset menetelmät soveltuvat tähän, esimerkiksi varianssianalyysi tai Fourier-analyysi, mutta myös muita menetelmiä voidaan kokeilla yhdistelminä. Tätä vaihetta voidaan käyttää sekä testidatan luotettavuuden ja validiteetin tarkistamiseen, sillä jos sykliä ei löydy, ei ole rytmiä sovitettavaksi.

Kolmannessa vaiheessa, mikäli sykli on olemassa, on arvioitava sen parametrit. Käytännössä tämä tarkoittaa amplitudin, akrofaasin ja jaksonpituuden sovittamista niin, että ne vastaavat dataa pitkällä aikavälillä. Tämä voidaan tehdä kosinor-menetelmällä tai vastaavalla, ja vaikka datan sovittaminen ei aina ole helppoa, se ei yleensä ole ongelmien aiheuttaja. Syklin arvio voi olla virheellinen, mutta se johtuu yleensä mittausepätarkkuuksista eikä sovitusmenetelmän ongelmista.

Toivottavasti edellä kuvatusta käy ilmi, että luotettavien mittausten saaminen vuorokausirytmistä on suurin pullonkaula todellisen syklin luotettavaan ja validiin mittaamiseen. Lisätutkimusta tarvitaan kyselylomakkeiden ja aktiivisuusdatan validiteetista rytmin arvioinnissa, ja siihen asti on epävarmaa, miten hyvin ne toimivat kokonaiskuvassa.

Johtopäätökset

Edellä esitin vuorokausirytmin arvioinnin kolmiosaisena ongelmana. Vaikuttaa siltä, että luotettava mittaaminen on kaikkein vaikein osa, jos todellisen rytmin haluaa selvittää ilman pitkiä valvomisjaksoja. Toivoa kuitenkin on, että uudet ja paremmin ymmärretyt vanhat menetelmät voisivat paikata nykyisten mittaustapojen puutteita, jotka ovat joko vaikeasti sovellettavia tai käytännössä epäluotettavia.

Saadaksesi jonkinlaisen kuvan omasta vuorokausirytmistäsi, piristeet (kuten kofeiini) ja muut ulkoiset tekijät (kuten valon määrä) tulisi pitää mahdollisimman vakioina tai minimoida ne (piristeet, valo myöhään illalla). Lisäksi sinun tulisi herätä ilman herätyskelloa. Näin voit käyttää unen keskipistettäsi vuorokausirytmin karkeaan arviointiin.

Kaiken kaikkiaan hopealuotia unisyklien arviointiin ei näytä olevan, mutta aiempien öidesi ja ulkoisten tekijöiden vaikutusten ymmärtäminen on tärkeää. Lisää rytmeistä ja niihin vaikuttavista tekijöistä voit lukea tästä blogista ja Nyxo-sovelluksesta!

Sources

Burgess, H. J. (2010). Partial sleep deprivation reduces phase advances to light in humans. Journal of biological rhythms, 25(6), 460-468.

Refinetti, R., Cornelissen, G., & Halberg, F. (2007). Procedures for numerical analysis of circadian rhythms. Biological rhythm research, 38(4), 275-325.

Deboer, T. (2018). Sleep homeostasis and the circadian clock: Do the circadian pacemaker and the sleep homeostat influence each other's functioning?. Neurobiology of sleep and circadian rhythms, 5, 68-77.

Hofstra, W. A., & de Weerd, A. W. (2008). How to assess circadian rhythm in humans: a review of literature. Epilepsy & Behavior, 13(3), 438-444.