Krzywa odpowiedzi fazowej

Krzywa odpowiedzi fazowej ( PRC ) ilustruje przejściową zmianę ( odpowiedź fazową ) w okresie cyklu oscylacji wywołanej przez zaburzenie w funkcji fazy, w której jest odbierana. ChRL są wykorzystywane w różnych dziedzinach; przykładami oscylacji biologicznych są bicie serca, rytmy okołodobowe i regularne, powtarzalne wyładowania obserwowane w niektórych neuronach przy braku hałasu. [ potrzebne lepsze źródło ]

W rytmach okołodobowych

Krzywe odpowiedzi fazowej na światło i podanie melatoniny

zegara dobowego organizmu do regularnej okresowości w środowisku zewnętrznym (zwykle regulowanym przez dzień słoneczny). W przypadku większości organizmów pożądana jest stabilna zależność fazowa, chociaż w niektórych przypadkach pożądana faza będzie się różnić w zależności od pory roku, zwłaszcza wśród ssaków o sezonowych zwyczajach godowych.

W badaniach rytmu okołodobowego PRC ilustruje związek między czasem podania chronobiotyku (w stosunku do wewnętrznego zegara okołodobowego) a wielkością wpływu leczenia na fazę okołodobową . Konkretnie, PRC to wykres przedstawiający, zgodnie z konwencją, czas endogennego dnia podmiotu wzdłuż osi x i wielkość przesunięcia fazowego (w godzinach) wzdłuż osi y -oś. Każda krzywa ma jeden szczyt i jeden dołek w każdym cyklu 24-godzinnym. Względny czas okołodobowy jest wykreślany w funkcji wielkości przesunięcia fazowego. Leczenie jest zwykle wąsko określone jako ustalona intensywność i kolor oraz czas ekspozycji na światło siatkówki i skóry lub ustalona dawka i postać melatoniny.

Krzywe te są często konsultowane w warunkach terapeutycznych. Zwykle różne rytmy fizjologiczne organizmu są zsynchronizowane w obrębie pojedynczego organizmu (człowieka lub zwierzęcia), zwykle w odniesieniu do nadrzędnego zegara biologicznego. Szczególnie ważny jest cykl snu i czuwania. Różne zaburzenia snu i stresy zewnętrzne (takie jak jet lag ) mogą to zakłócać. Osoby z zaburzeniami snu i czuwania, które nie są 24-godzinne, często doświadczają niezdolności do utrzymania spójnego zegara wewnętrznego. Ekstremalne chronotypy zwykle utrzymują spójny zegar, ale stwierdzają, że ich naturalny zegar nie jest zgodny z oczekiwaniami ich środowiska społecznego. Krzywe PRC stanowią punkt wyjścia dla interwencji terapeutycznej. Dwa popularne zabiegi stosowane w celu przesunięcia pory snu to terapia światłem skierowana na oczy i podawanie hormonu melatoniny , zwykle przyjmowany doustnie. Jeden lub oba mogą być używane codziennie. Dostosowanie fazy jest na ogół kumulatywne z kolejnymi codziennymi podaniami i — przynajmniej częściowo — addytywne z równoczesnymi podaniami różnych terapii. Jeśli podstawowe zaburzenie ma charakter stabilny, zwykle wymagana jest ciągła codzienna interwencja. W przypadku jet lag interwencja służy głównie przyspieszeniu naturalnego wyrównania i ustaje po osiągnięciu pożądanego wyrównania.

Należy zauważyć, że krzywe odpowiedzi fazowej z warunków eksperymentalnych są zwykle agregatami populacji testowej, że w populacji testowej mogą występować niewielkie lub znaczące różnice, że osoby z zaburzeniami snu często reagują nietypowo, a formuła chronobiotyku może być specyficzna dla warunki eksperymentalne i ogólnie niedostępne w praktyce klinicznej (np. w przypadku melatoniny jeden preparat o przedłużonym uwalnianiu może różnić się szybkością uwalniania w porównaniu z innym); ponadto, chociaż wielkość zależy od dawki, nie wszystkie wykresy PRC obejmują zakres dawek. Poniższe dyskusje ograniczają się do ChRL w odniesieniu do światła i melatoniny u ludzi.

Światło

A typical Human Light PRC
Czas pokazany na osi x jest niejasny: świt – południe – zmierzch – noc – świt. Czasy te nie odnoszą się do rzeczywistego wschodu słońca itp. ani do konkretnych godzin zegarowych. Każda osoba ma swój własny „zegar” dobowy i chronotyp, a świt na ilustracji odnosi się do czasu spontanicznego przebudzenia danej osoby, gdy jest dobrze wypoczęta i regularnie śpi. PRC pokazuje, kiedy bodziec, w tym przypadku światło dla oczu, spowoduje zmianę, przyspieszenie lub opóźnienie. Najwyższy punkt krzywej pokrywa się z najniższą temperaturą ciała badanego.

Począwszy od około dwóch godzin przed regularną porą snu, ekspozycja oczu na światło opóźnia fazę okołodobową, powodując późniejszy czas budzenia się i późniejszy początek snu. Efekt opóźniający nasila się wraz z upływem wieczoru; zależy również od długości fali i natężenia oświetlenia („jasności”) światła. Efekt jest niewielki, jeśli oświetlenie wewnętrzne jest słabe (< 3 luksy).

Około pięciu godzin po zwykłej porze snu, zbiegając się z najniższym punktem temperatury ciała (najniższy punkt podstawowej temperatury ciała podczas snu), ChRL osiąga szczyt, a efekt zmienia się gwałtownie od opóźnienia fazy do przyspieszenia fazy. Natychmiast po tym szczycie ekspozycja na światło ma największy efekt przesuwania fazy, powodując wcześniejsze budzenie się i zasypianie. Ponownie, natężenie oświetlenia ma duży wpływ na wyniki; światło w pomieszczeniu może być mniejsze niż 500 luksów, podczas gdy terapia światłem wykorzystuje do 10 000 luksów. Efekt zmniejsza się do około dwóch godzin po samoistnym przebudzeniu, kiedy to osiąga wartość zbliżoną do zera.

W okresie między dwiema godzinami po zwykłym przebudzeniu a dwiema godzinami przed zwykłym snem ekspozycja na światło ma niewielki lub żaden wpływ na fazę okołodobową (niewielkie efekty zazwyczaj znoszą się nawzajem).

Inny obraz ChRL dla światła znajduje się tutaj (Rysunek 1) . Na tym obrazie znajduje się tekst wyjaśniający

  • Region opóźnienia: wieczorne światło przesuwa senność później i
  • Obszar zaawansowania: poranne światło przesuwa senność wcześniej .

Terapia światłem, zwykle z kasetą świetlną wytwarzającą 10 000 luksów w określonej odległości, może być stosowana wieczorem, aby opóźnić lub rano, aby przyspieszyć czas snu danej osoby. Ponieważ utrata snu w celu uzyskania ekspozycji na jasne światło jest przez większość ludzi uważana za niepożądaną i ponieważ bardzo trudno jest dokładnie oszacować, kiedy u danej osoby wystąpi największy efekt (szczyt PRC), leczenie zwykle stosuje się codziennie tuż przed snem ( w celu osiągnięcia opóźnienia fazowego) lub tuż po samoistnym przebudzeniu (w celu uzyskania przesunięcia fazowego).

Oprócz zastosowania w regulacji rytmów okołodobowych, terapia światłem jest stosowana w leczeniu kilku zaburzeń afektywnych , w tym sezonowego zaburzenia afektywnego (SAD).

W 2002 roku naukowcy z Brown University pod kierunkiem Davida Bersona ogłosili odkrycie w ludzkim oku specjalnych komórek , ipRGC ( wewnętrznie światłoczułych komórek zwojowych siatkówki). ), które według wielu badaczy kontrolują efekt porywania światła na krzywej odpowiedzi fazowej. W ludzkim oku ipRGC mają największą reakcję na światło w zakresie 460–480 nm (niebieski). W jednym eksperymencie 400 luksów niebieskiego światła dało takie same efekty jak 10 000 luksów białego światła ze źródła fluorescencyjnego. Teoria opozycji widmowej, w której dodanie innych kolorów widmowych powoduje, że światło niebieskie jest mniej skuteczne w fototransdukcji okołodobowej, została poparta badaniami opublikowanymi w 2005 roku.

Melatonina

Krzywa odpowiedzi fazowej dla melatoniny jest przesunięta w fazie o około dwanaście godzin z krzywą odpowiedzi fazowej dla światła. W czasie spontanicznego przebudzenia egzogenna (podawana zewnętrznie) melatonina ma niewielkie działanie opóźniające fazę. Wielkość opóźnienia fazowego wzrasta do około ośmiu godzin po przebudzeniu, kiedy efekt gwałtownie zmienia się od silnego opóźnienia fazy do silnego przyspieszenia fazy. Efekt przesunięcia fazowego zmniejsza się wraz z upływem dnia, aż do zera przed snem. Od zwykłej pory snu do pobudki egzogenna melatonina nie ma wpływu na fazę okołodobową.

Organizm ludzki wytwarza własną ( endogenną ) melatoninę, zaczynając około dwie godziny przed snem, pod warunkiem, że oświetlenie jest słabe. Jest to znane jako początek melatoniny przy słabym świetle , DLMO. Stymuluje to fazową część PRC i pomaga utrzymać organizm w regularnym harmonogramie snu i czuwania. Pomaga również przygotować organizm do snu.

Podanie melatoniny w dowolnym momencie może mieć łagodny efekt nasenny (wywołujący sen). Oczekiwany wpływ na czas fazy snu, jeśli taki istnieje, jest przewidywany przez ChRL.

Efekty addytywne

W badaniu z 2006 roku Victoria L. Revell i in. wykazało, że połączenie porannego jasnego światła i popołudniowej melatoniny, w przypadku których czas przesunięcia fazowego został określony zgodnie z odpowiednimi ChRL, powoduje większe przesunięcie fazowe niż samo jasne światło, w sumie do 2 1 ⁄ 2 godziny. Wszystkie czasy są przybliżone i różnią się w zależności od osoby. W szczególności nie ma wygodnego sposobu dokładnego określenia czasów szczytów i przejść przez zero tych krzywych u osobnika. Podawanie światła lub melatoniny blisko czasu, w którym spodziewana jest nagła zmiana znaczenia efektu, może, jeśli czas zmiany nie jest dokładnie znany, wywołać efekt odwrotny do pożądanego.

Ćwiczenia

W badaniu z 2019 roku Shawn D. Youngstedt i in. , wykazał, że u ludzi „Ćwiczenie wywołuje okołodobowe efekty przesunięcia fazowego, ale potrzebne są dodatkowe informacje. [...] Znaczące krzywe faza-odpowiedź zostały ustalone dla początku i akrofazy aMT6 (pochodna melatoniny) z dużymi opóźnieniami fazowymi od 19:00 do 22:00 i duża faza postępuje zarówno o 7:00, jak i od 13:00 do 16:00”

Pochodzenie

Pierwsze opublikowane użycie terminu „krzywa odpowiedzi fazowej” zostało opublikowane w 1960 roku przez Patricię DeCoursey. „Codzienne” rytmy aktywności jej latających wiewiórek , trzymanych w ciągłych ciemnościach, reagowały na impulsy światła. Reakcja różniła się w zależności od pory dnia – czyli subiektywnego „dnia” zwierząt – kiedy podano światło. Kiedy DeCoursey wykreśliła wszystkie swoje dane dotyczące ilości i kierunku (postęp lub opóźnienie) przesunięcia fazowego na jednej krzywej, stworzyła PRC. Od tego czasu jest standardowym narzędziem w badaniu rytmów biologicznych.

W neuronach

Dalsze informacje: Precesja fazowa

Analiza krzywej odpowiedzi fazowej może być wykorzystana do zrozumienia wewnętrznych właściwości i zachowania oscylacyjnego neuronów o regularnych skokach . Neuronowe PRC można sklasyfikować jako czysto dodatnie (PRC typu I) lub posiadające części ujemne (PRC typu II). Co ważne, typ PRC wykazywany przez neuron wskazuje na jego funkcję wejścia-wyjścia (pobudliwość), a także zachowanie synchronizacyjne: sieci neuronów PRC typu II mogą synchronizować swoją aktywność poprzez wzajemne połączenia pobudzające, ale sieci typu PRC I nie.

Eksperymentalne oszacowanie PRC w żywych neuronach o regularnych impulsach obejmuje pomiar zmian odstępu między impulsami w odpowiedzi na niewielkie zaburzenie, takie jak przejściowy impuls prądu. Warto zauważyć, że PRC neuronu nie jest stała, ale może się zmieniać, gdy zmienia się częstotliwość wyładowań lub neuromodulacyjny neuronu.

Zobacz też

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phase_response_curve&oldid=1044110602 ”