36
1 The Daily Grind: Implications for clinical practice In bed, it’s 6 a.m. you close your eyes for 5 minutes, it’s 7:45… At work, it’s 1:30, you close your eyes for 5 minutes, it’s 1:31 Barb Bancroft www.barbbancroft.com [email protected] What is chronobiology? Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior Circadian(1959)—Latin for circa or “about” and dies or “day”; internal daily rhythms that are synchronized with the movement of earth on its axis (that is, the alternation of day and night); this gives us a 24‐hour cycle that is reset by the sun Exogenous clues to maintain daily rhythms Exogenous clues that help us maintain our daily rhythms Dawn and dusk Clocks (snooze alarms) Daily routines like meals, work, school, etc. However, we don’t HAVE to have these clues to keep our central biological clock on time but they are certainly helpful

What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

1

The Daily Grind: Implications for clinical practice 

In bed, it’s 6 a.m. you close your eyes for 5 minutes, it’s 7:45…At work, it’s 1:30, you close your eyes for 5 minutes, it’s 1:31

• Barb Bancroft• www.barbbancroft.com• [email protected]

What is chronobiology?

• Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior

• Circadian(1959)—Latin for circa or “about” and dies or “day”; internal daily rhythms that are synchronized with the movement of earth on its axis (that is, the alternation of day and night); this gives us a 24‐hour cycle that is reset by the sun

Exogenous clues to maintain daily rhythms

• Exogenous clues that help us maintain our daily rhythms

• Dawn and dusk

• Clocks (snooze alarms)

• Daily routines like meals, work, school, etc.

• However, we don’t HAVE to have these clues to keep our central biological clock on time but they are certainly helpful

Page 2: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

2

If we lived in darkness with no noise, no alarm clocks…

• We would sleep 8 hours and 20 minutes if left to our own devices (no computers, iPads, Kindles, no sleep apneic partner, no cat gnawing on your hair to get up and feed it, no trash trucks backing up outside your bedroom window )

• Noise and annoyances change the brain patterns to the “awake” mode

The “central biological clock” keeps us on our 24‐hour‐day; where is it located? 

• It’s a small cluster of about 10,000 neurons (about the size of the head of a straight pin) located in the hypothalamus above the optic chiasm—the SCN (suprachiasmatic nucleus)

• This nucleus coordinates all of the activities of the hypothalamus (sleep/wake cycle, appetite and satiety, bowel movements, smell, taste, thirst, temperature, sexual function, hormonal production, emotions, and blood pressure)

So how does this “central biological clock” work? 

• Levels of light hit the retina at the back of the eye and retinal ganglion cells send a message (melanopsin) to the SCN

• The SCN sends the message to the pineal gland which in turn up‐regulates or down‐regulates the secretion of melatonin – the sleep hormone

• Darkness increases melatonin secretion; light decreases melatonin secretion

Page 3: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

3

The genes that regulate the central biological clock

• Quite a few genes are involved with your biological clock— Clock, Per (period), Tim (timeless)

• CLINICAL CORRELATION: The Clock gene is not working properly in patients with bipolar disease—hence, their “swings” in mood and sleep/wake cycles (manic/depressive illness—the old name)

• The drug Lithium resets the clock gene in patients with bipolar disease

• Stops the manic phase and helps the suprachiastmaticnucleus re‐synchronize to a 24‐hour  day

Sleep/wake cycles are individualized

• 20% are true “OWLS” 

• 10% are true “LARKS” (yours truly)‐‐ up at dawn (or long before), raring‐to‐go early birds 

• the other 70% are a combination of the two and referred to as “HUMMINGBIRDS”—hovering in‐between with some more “larkish” and others more “owlish”

Sleep patterns are built into the genes – hard to change sleep behaviors

• Why do larks marry owls? Truly a case of opposites attract.

• Larks—most alert between 6 a.m. ‐10 a.m. /noon

• Owls perk up at 6 p.m. ‐‐ 10 p.m./midnight

• Larks chatty in a.m.; owls grunt• Meals—larks eat breakfast; owls often skip breakfast or prefer dinner

• Larks drink a few cups of coffee; owls drink pots of coffee

• Larks—best mood between 9 a.m. and 4 p.m.

• Owls steady “slow” rise from 8 a.m. to 10 p.m.

Page 4: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

4

Larks vs. owls

• Larks bedtime 2 hours before the earliest owls hit the sack; Larks are consistent; owls are more variable

• Larks awaken at desired time, no alarm clock; owls—hit the snooze alarm multiple times, especially if they have to get up early

• Owls—awaken at same time on workdays, 1‐2 hours later on days off—sleep in late on weekends; larks get up at the same time on the weekends as during the week

• Favorite exercise time—a.m. for larks, p.m. for owls

Larks vs. owls

• Shift work? Larks on days; owls evenings and nights; owls tolerate rotating shifts better

• Jet lag? Larks don’t do as well; owls adapt better to time zone changes

• mid‐to‐late evening is the time that “owls” are most alert (10‐12 midnight)—great study time for owls

• And the “larks” are in a coma• Peak melatonin—2 ‐‐ 3:30 am. for larks, 3:30 ‐‐5:30 a.m. for owls

Things change after 65…Elderly and sleep cycles

• Elderly and sleep cycles—internal clock runs a bit faster after age 65; older individuals reach the same point in their day sooner and fall asleep earlier in the evening—then wake up and 2 – 3 a.m. and swear they haven’t slept a wink

• Patients with mild cognitive impairment have issues with melatonin and their biological clock—an interrupted biological clock is a possible cause of sundowning

• Giving melatonin in the mid‐to late afternoon may alleviate  sundowning in cognitively impaired patients—wouldn’t hurt to try it!

• Small dose—0.3 mg‐3 mg (Check with MD, NP first)

Page 5: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

5

We also have biological clocks in our peripheral tissues (discovered in 

2000)• …the liver, the gut, the kidney, and the heart have their 

own internal clocks. • If you put a liver cell in a petri dish (without the 

influence of the SCN), it will happily tick along at its own rhythm of ~24 hours

• The liver is an “OWL”…• It works at primarily at night to help control the release 

of stored glucose (glycogen) during fasting periods; the liver also makes clotting factors at night, cholesterol is synthesized primarily at night, inflammatory mediators are synthesized mostly at night…

Peripheral Biological Clocks

• The gastrointestinal tract slows down during sleep—how many people wake up in the middle of the night to bolt to the bathroom for a bowel movement?

• Even swallowing slows down – you swallow 70 times during a non‐meal hour during the day, 200 times during the meal hour, and only 10 times an hour during sleep (halitosis in the morning)

• The pancreas also has its own internal clock—works in concert with the liver’s production of glucose…has a background insulin production and increases insulin release after a meal—removing the clock gene in mice results in early onset type 2 diabetes

Peripheral Biological Clocks

• You can uncouple the peripheral clocks from the central circadian clocks by simply changing the time of day for food intake

• If mice can only eat during the day (when they are usually asleep) their peripheral clocks shift by 12 hours, but the central‐light‐activated clock remains the same. 

• When mice have their eating patterns disrupted—ie., eating during the day (usual pattern is night), they were more likely to gain weight and acquire fatty livers…

• Implications for humans? Shift work and eating…increase risks of obesity, Type 2 diabetes, cardiovascular disease

• For the rest of us? 

Page 6: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

6

What about “us” humans?

• Human fat, clock genes, and obesity

• Many of our daily activities can change the rhythms of these peripheral clocks—shift work, eating large meals at various times, work schedules, drugs…etc.

• Dieters with healthy circadian clocks tend to lose more weight

• One‐third of us, who have a certain variant of the clock gene, have more trouble losing weight

• People who habitually eat their main meal before 3 p.m. lose about 25% more of their body weight (deLange)

Eat like a KING at breakfast

• Eat like a PRINCE at lunch and a PAUPER at dinner

Symptoms of jet lag are the same as working the “graveyard” shift (11 p.m. to 7 a.m.)

• Daytime sleepiness• Nighttime insomnia• Confusion • Poor concentration• Slowed reflexes• Indigestion• Hunger at odd hours• Irritability• Mild depression

Page 7: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

7

“Social” jet lag…

• Even if we don’t work shifts…

• We are likely to experience similar effects of jet lag when our work schedule demands that we get going at times our body doesn’t want to—an owl having to be at work at 7 a.m.

• Waking up at 6 a.m. during the work week and sleeping in to 9‐10 a.m. on weekends, requires a resynchronization effort equivalent to travelling across several time zones

• It also triples the odds of being overweight

Night shift workers—the extra cost of working shifts

• Costs to employers from lost productivity, absenteeism, turnover, work‐place accidents, and increased insurance and medical costs is approximately $10,000 per year per shift worker over and above the cost of a comparable day worker. 

• LET’s BREAK THAT $10,000 DOWN• Absenteeism – $2,424 excess per employee/24% of excess costs; more than twice as likely to be absent from work than daytime‐only employees

Night shift workers—the extra cost

• Lost productivity – $3,939 excess/employee;39% of excess costs; Presenteeism (present in body but not in mind) leads to inattention and inefficiency; human performance decreases at night by 5‐15%

• Turnover ‐‐ $1919 excess per employee; 19% of excess costs; shift workers account for 17.6% of U.S. workers, but generate 44% of turnover costs; average turnover is 12% when schedules are mandated, 9.6% when negotiated with unions, and only 5.6% when employees select the schedule;

• it costs more than $24,000 to recruit and train an average shift work employee

Page 8: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

8

Night shift worker

• Accidents and workers compensation‐‐$404 excess per employee; 4% of excess costs; companies that implemented biocompatible schedules and trained employee in fatigue management reduced workers compensation costs by 46%; 

• shift workers account for 20% more insurance claims and costs than their daytime counterparts

• Health care—$1,414 excess/employee; 14% of excess costs; Night shift workers generate 17% of all U.S. healthcare costs; (Kerin; Sirois; Aguirre)

Night shift work

• Less sleep and less quality of sleep than day workers. 

• Up to 80% more accidents. The risk of an accident grows with each successive night shift worked

• Decreased ability to concentrate, calculate (medication errors)

• MAJOR accidents that occurred on the night shift: Chernobyl (4 a.m. to 6 a.m.), Bhopal (1:30‐‐a.m. to 6 a.m.), Three Mile Island (4 a.m. to 6 a.m.), Exxon Valdez (4 a.m.)

• Operating a motor vehicle between 4 a.m. and 6 a.m. results in a 16x greater likelihood of having a single vehicle accident

Night shift work and hospital errors

• When are most hospital errors made?

• 4 a.m. to 6 a.m. (can’t calculate, can’t spell – Patty)

• When do most patients die in the hospital?

Page 9: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

9

Shift workers

• Shift workers have 2‐3 times greater risk of peptic ulcer disease, increased rates of depression, divorce and miscarriage

• greater risk for sleep apnea, and obesity• Increased risk of breast cancer in women who 

work the night shift—50% higher than other working women

• Incidence of breast cancer is rising rapidly in the industrialized nations; one of the reasons is more shift work and LED lights that can be kept on all night—disrupting melatonin production and normal circadian rhythms (more in a minute)

Shift workers and CAD

• Link between shift work and coronary heart disease

• History of working ≥ 3 night shifts monthly (in addition to day and evening shifts for 5‐9 years had a significantly higher risk for a cardiac event (MI, CABG, angioplasty, CA stent, angina); ≥ 10 years? Rates were greater

• BOTTOM LINE?? Start considering night shift rotation for ≥ 5 years to be a modifiable CHD risk factor (Vetter)(Nurses’ Health Study, NHS, NHS2)

Shift‐workers/low serotonin—sleep and mood disorders

• Serotonin helps to regulate the brain’s circadian cycle and also plays a large role in mood and the increased risk of depression 

• Might explain why some shift workers have difficulty adjusting to a rotating schedule.

Page 10: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

10

BOTTOM LINE? 

• IF YOU ARE A SHIFT WORKER—especially nights, you need to make twice the salary you are making now…not the measly 50 cents more per hour that they offer!!!

Let’s start at midnight

• ADH (anti‐diuretic hormone, aka desmopressin arginine) peaks at 12 midnight

• Concentrates urine so that you don’t get up and go to the bathroom all night

• How many times SHOULD you go to the bathroom at night?

• If you get up frequently, you may have a clinical problem

• Frequent urination is known as nocturia

ADH and aging

• Alterations in circadian rhythms are common with aging. Thus, while circulating ADH levels increase during the day with aging, the nocturnal peak is attenuated. This attenuated ADH (arginine vasopressin) is ONE of the reasons for the physiologic nocturia that increases with aging. 

Page 11: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

11

To the rescue: Noctiva (March 7, 2017)

• The FDA has approved desmopressin acetate nasal spray (marketed as Noctiva) to treat adults who wake up at least twice nightly to urinate due to nocturnal polyuria.

• Take 30 minutes prior to bedtime. • All other causes need to be ruled out before prescribing Noctiva

• OSA, diabetes, heart failure, UTI, postmenopausal females and frequent awakenings

Other influences on and of ADH

• BOOZE inhibits ADH—especially copious amounts of hypotonic hops called BEER

• ADH may also have something to do with memories formed during sleep—good sleep? Better memory? Elderly and sleep patterns and memory problems? 

• Booze and sleep patterns and memory problems?

• Narcotics boost ADH—patients on morphine and derivatives can have a difficult time urinating

2 a.m. Melatonin peaks

• Melatonin peaks around 2 a.m. • Avoid turning on lights at night if you get up to go to the bathroom if at all possible; a dim amber (not blue) nightlight is fine (same with LED clocks—use the red numbers not the blue ones)

• Stay away from cell phones, iPads, TVs (all blue light)—blue light suppresses melatonin—unless you wear red or orange glasses

Page 12: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

12

3 a.m. to 6 a.m.

• Pain threshold decreased—pain is exacerbated

• PRE‐EMPTIVE analgesia—in‐hospital, at home, what to tell your patients

• Increased inflammatory mediators• More miserable with menstrual cramps 

(oxytocin increased prostaglandin production and cramping—oxytocin is released at midnight and peaks between 3‐6 a.m.)—menstruation begins around 6 a.m.

• Increased toothaches and post‐op pain at 4 a.m.

4 a.m.—peak bronchoconstriction

• COPD patients have increased difficulty breathing

• Asthma attacks are most likely to occur

• If they are telling you they are having a more difficult time breathing…THEY ARE!!! Give them a bronchodilator!

Digression: Pulmonary function

• Best pulmonary function is between 3‐5 P.M..—when most kids with asthma go to the doctor

• Lung capacity may be as much as 20% better in the afternoon than early a.m. (Medarov B, Long Island Jewish Medical Center)

• a long‐term bronchodilator prior to bedtime

Page 13: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

13

Why do we bronchoconstrict at night?

• The vagus nerve (CN X) input to the bronchioles causes a natural bronchoconstriction (8%) which peaks at 4 a.m.

• Asthma and COPD patients have edematous airways + bronchoconstriction  ≥ 58% closure

• When are most ER visits in kids/adults w/ asthma? 4‐6 a.m.

• Deaths? 6 a.m.

But before you put everyone on a p.m. bronchodilator…

• Acid can trigger night‐time bronchoconstriction, too

• Acid reflux– acid in the esophagus sends a message to the brain; the brain tells the vagusnerve (CNX) to increase the release of acetylcholine to CLOSE the lower esophageal sphincter (LES) to prevent acid from backing up into the esophagus; when the vagus nerve increases its output, the message is sent not only to the LES, but also the bronchioles, causing bronchoconstriction

• Prior to putting a patient on bronchodilators before bedtime, try a two‐week course of anti‐reflux drugs

Blood sugars are lowest around 3‐4 a.m.

• This may be exacerbated by evening insulin if an “old” insulin (NPH) is given at 6 p.m.

• Combined with the natural rhythm of lowest blood sugars at 3 a.m. can result in significant hypoglycemia resulting in “dead in bed” syndrome

• Newer longer‐acting insulins (glargine/Lantus, detemir/Levemir)

Page 14: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

14

4 a.m. to 6 a.m.

• Body temperature is lowest

• BP is lowest

• Melatonin secretion is falling…you are starting to wake up

• Adrenalin (epinephrine) and cortisol—the hormones of stress begin rising toward their highest background levels of the day

6 a.m. GET UP!!

• Epinephrine and cortisol levels continue to rise

• Melatonin levels continue to fall

• Start to realize that you’re waking up

• Best to rise when your body is best prepared—at the conclusion of REM sleep

6 a.m. GET UP!

• We experience our longest REM period right before we naturally wake up…lots of dreaming going on...REM sleep and erections

• It’s so rare to wake without an alarm that many of us don’t know what time we naturally wake up, but the amount you sleep on vacation should give you a good idea 

• What vacation? Ok...ok. • So track backward...if you need 7.5 hours of sleep to feel 

your best, need to be at work at 8 a.m., need an hour to get ready, and an hour commute, then a bedtime of 10:30 with a wake‐up time of 6 a.m. might be best.

Page 15: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

15

6 a.m. GET UP

• If you can rise without an alarm, all the better, because when you hit the snooze button, you coax your brain to rewind to the beginning of the sleep cycle, making it much harder to wake feeling refreshed. (Stepanski E. Rush‐Presbyterian‐St. Luke’s Medical Center, Chicago)

• How many times do YOU hit the snooze alarm…?• The more you snooze, the more confused your body and 

brain get (“So are we going back to sleep or not?!”), so you’ll probably feel more out of it even though you actually spent extra time in bed. What’s more—this “out of it” feeling can persist for up to 2‐4 hours

• JUST GET UP when the alarm goes off…it gets easier once you do it consistently

6 a.m.

• Insulin levels in the blood stream are lowest as blood glucose levels start to rise to give you energy to get out of bed

• Fasting blood sugars are best drawn at this time

• “Dawn” phenomenon in diabetics—highest blood sugars of the day (this is true for all of us, but glucose is especially high in uncontrolled diabetes DM)

• Long‐acting insulin glargine (Lantus), and insulin detemir (Levimir) keeps background blood sugars controlled 24 hours a day

6 a.m. to 8 a.m.

• One of the big reasons blood sugars are highest in the a.m. – the liver has been working overtime all night to keep blood sugars within normal range (since you’re NOT eating, unless you work nights)…so the liver breaks down glycogen to glucose to keep the glucose levels normal

• Give Metformin (Glucophage ER, Fortamet, Glumetza) at bedtime if it’s only given once a day; WHY? Because metformin inhibits the hepatic breakdown of glycogen to glucose 

• (nighttime dosing diminishes this side effect/give the long‐acting metformin with food)

Page 16: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

16

6 a.m. to 8 a.m.

• The liver produces clotting factors II, VII, IX, and X all night—releases in morning; increased risk of clotting in a.m.

• If you want to DECREASE the production of clotting factors, when is the best time to take COUMADIN (warfarin) or the DOACs? 8‐10 p.m.

• Maximal anticoagulation is at night

6 a.m. to 8 a.m.

• The liver produces LDL cholesterol at night via an enzyme, HMG‐CoA reductase

• The “statin” drugs inhibit HMG‐CoA—work better if given in the evening or before going to bed if you are a shift worker (simvastatin/Zocor, pravastatin/Pravachol, and lovastatin/Mevacor have shorter half lives…atorvastatin/Lipitor and rosuvastatin/Crestor have longer t1/2 so they take longer to work so timing doesn’t matter

• The statins are also anti‐inflammatory

6 a.m. – 7:00 a.m.

• Blood pressure and heart rate begin to rise due to the adrenal release of adrenalin and cortisol—increasing the workload of the heart

• BP is lowest at 4 a.m.• Sharpest rise of BP at 6:45 a.m.• Increasing heart rate and BP help you to become upright in the a.m.

• MOST PEOPLE IN THE WORLD WAKE UP AT 7 a.m.

• Increasing blood pressure also means that the vessels are constricting—risk??  STROKE, MI

Page 17: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

17

How about sex in the morning?

• Testosterone levels are the highest at 7 a.m.

• The upside, so to speak: 38% of men would prefer sex in the morning (28% between 6 a.m. and 9 a.m. and another 10% between 9 a.m. to 1 p.m.)

7:00 a.m. Best time to draw testosterone levels 

• Highest testosterone levels in men under 45 (600 ng/dL @ 7:00; 500 ng/dL at 10 a.m., and 400‐450 ng/dL at 2 p.m.)

• Best time to draw testosterone levels for accurate reading (high T, low T?) in men under the age of 45; timing of testosterone is less important as men age (Wellmer RC, et al. Urology, July 2014)

• Steadily decline until late evening (about a 35% decline over the day in young men, 10% decline for older men)

Time to exercise—7:45

• When is the best time? Anytime!! Whatever fits your schedule…but remember, if you exercise in the evening allow 3‐6 hours for the exercise effects that impact sleep wear off...Morning exercise gets you energized for the rest of the day...but it might not be convenient for some people

• May be some improvement in weight control if you exercise after you eat...wait 60‐90 minutes...impact is small tho’ for weight control (Crawford M. Cleveland Clinical Cardiac Rehabilitation Center, Heart Advisor, June 2015)

Page 18: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

18

Early morning exercise

• Some proponents of morning say the best time to get moving is within 2 hours of getting up (Jacqueline Olds, Harvard)

• UV component of sunlight is low, but the bright light sets you on a good course of wakefulness

• Boosts serotonin, norepinephrine, endorphins• Early morning exercise reduces the urge to eat throughout the day…

• Increases insulin sensitivity—reduces the risk of developing Type 2 diabetes 

• BUILDS NEW NEURONS in the brain—helps maintain cognitive function 

8 a.m.‐10 a.m.

• Within 3 – 4 hours of getting up…the risk for heart attack and ischemic stroke are the highest

If you already have heart disease…

• Increased risk of chest‐pain due to vasoconstriction—increased symptoms of angina (four hours after getting up may be the best time to do a cardiac stress test)

• Increased risk of cardiac arrhythmias• Increased risk of sudden cardiac death‐‐OUCH (usually due to a ventricular dysrhythmia)

• Increased risk of deaths associated with congestive heart failure

• #1 cause of heart failure today? Diabetes• (August 2005 Journal of Biological Rhythms)

Page 19: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

19

8 a.m. – 10 a.m. • All of those “coagulation factors” released by the liver 

contribute to a higher risk of clotting in the arteries• Also, cortisol and adrenalin make your platelets “sticky” • Take aspirin as soon as you get up to inhibit platelet 

“stickiness”• Chew the aspirin for the fastest action—chewed aspirin 

takes 5 minutes to reduce TXA2 (thromboxane A2) concentrations by 50%; a swallowed tablet takes 12 minutes

• It takes 14 minutes for the chewed tablet to produce maximal platelet inhibition; and the swallowed tablet 26 minutes)

• How else can you prevent a heart attack?

Acute coronary syndromes in the morning and myocardial damage

• An acute coronary syndrome in the a.m. causes more damage than any other time of day…~20% more tissue death between 6 a.m. and 12 noon than any other time of day (proteins called salvage kinases usually protect the heart from damage; less salvage kinasesare produced in the morning (Ibanez B. HeartDOI:10:1136/hrt.2010.212621)

So let’s throw all of this together…

• Men like to have sex in the morning

• The risk of heart attacks is highest in the morning

• So how often do men have heart attacks during sex?

Page 20: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

20

What IS the actual risk?

• Less than 1% BUT…most acute coronary syndromes occur when men are cheating on their wives. 

• 75% of the cases of sudden death during sexual activity involve people taking part in an extramarital affair

• Typical maximum HR during sex with your same old, same old? 100/minute (about the same amount of energy it takes to the climb one‐flight of stairs to get to the bedroom…)

• Non‐routine partner? HR pounds up to greater than 130/minute—enough the tax the heart of middle‐aged and older men 

• Morning sex with their secretary‐‐don’t tell my wife….

7:30 a.m.

• Highest risk of pulmonary embolism• It only takes 30 minutes for a deep vein thrombosis (DVT) to “break off” of a deep vein in the legs or hip area and flow through the pulmonary artery into the lungs

• Getting up and getting moving causes the already formed clot to “break off” and circulate

• Chest pain• dyspnea• SOB

7:00 a.m.‐7:30 a.m.

• “Wake up strokes” 

Page 21: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

21

7 a.m. to 8 a.m.

• Rheumatoid arthritis—most painful• Increased levels of prostaglandins• Increased inflammation• Take NSAIDS when you wake up (such as 

ibuprofen or naprosyn)—(you should consider naprosyn/Aleve at night for its long‐acting effect to cover the early morning inflammatory surge)

• But, what if you’re on 81 mg of aspirin for your heart?

• Space ibuprofen 2 hours after you take the aspirin for heart disease (you don’t need to do this with any other NSAID—just ibuprofen)

7 a.m.

• Researchers from the Hokkaido University Graduate School of Medicine dissected the nasal mucosa of mice and found daily cycling in levels of the clock protein Per2 within nasal mucosa (Endocrinology, doi:10.1210/en.2015‐1490, 2015). 

• CONCLUSION: It shows a very, very clear rhythm similar to the one in the bronchus or lung or other parts of the body.

7:30 a.m.

• Time to take your PPI (proton pump inhibitors) 30 minutes before 8 a.m. breakfast

• Stops acid production after any meal (acid reflux = GERD)

• Who are the PPIs? Omeprazole (Prilosec. Losec), lansoprazole (Prevacid), dexlansoprazole(Dexilant/Kapidex),  rabeprazole (Aciphex), pantoprazole (Protonix, Pantoloc), esomeprazole(Nexium)

• Are there any other medications that should be taken before breakfast? Thyroid hormone, insulin, of course

Page 22: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

22

7‐8 a.m. BREAK the FAST

• Hmmmm…what should I eat?• Do I have time to eat?• What are the benefits of breakfast?• Should this be the biggest meal of the day?• Your metabolism is at its peak in the morning, so your 

body efficiently uses most of what you consume, depositing less in fat stores (Matthew Edlund, MD, director of the Center for Circadian Medicine, Sarasota, FL)(Psychology Today, January/February 2015)

• EAT LIKE A KING at breakfast, a PRINCE at lunch, and a PAUPER at dinner

8:30 a.m. # 1 time to have a bowel movement

• Actually usually about 30 minutes after the meal, coffee, or a cigarette (maybe faster after a cigarette—binds to nicotinic receptors in the bowel and swoosh! Stop smoking? Constipation…) (Old days—surgeons and cigars)

• Individual variation

• Breakfast at 8:00 a.m.?

• Gastrocolic reflex—BM at 8:30

• Don’t neglect the call to stool!!

Colonoscopy first thing in the a.m.

• Speaking of bowels…best time for colonoscopy is in early a.m. when the endoscopist is most ALERT…

Page 23: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

23

10 a.m.

• The skin’s appearance changes over the course of the day

• The complexion’s brilliance and skin texture peaks at 10 a.m.

• You’re beautiful(except Wednesdays – worst day of week for looks)

10 a.m. to 12 noon

• Mid‐morning is the time "larks” are most alert—wide awake and rarin’ to go…

• Best time for business meetings, presentations, power brunch for the larks

• “owls” are still grouchy and just barely gettin’ going

11 a.m.

• Even death has a circadian rhythm…

• 11 a.m. for most older patients, with 6 p.m. being the second most “popular” time

Page 24: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

24

12 noon—LUNCH…eat like a Prince

• Putting lunch off too much later can cause your blood glucose to decrease, negatively affecting your brain’s ability to focus and making you start to feel sluggish

• Not eating a proper lunch, away from your desk, can increase fatigue and torpedo productivity

• Remember to eat more during the day and less at night before going to bed

1‐2 p.m.

• And you’re still alive…

• Blood glucose dips

• Mid‐afternoon is siesta time, however a quick bike ride or fast walk at lunchtime will keep afternoon doldrums from bringing you down 

• But there’s NOTHING wrong with a nap…helps to “cleanse the brain” and give you some zip...

Napping

• A 30‐minute nap can reverse the hormonal impact of a night of poor sleep (Faraut B, Universite Paris Descartes‐Sorbonne 

• “This is the first study that found napping could restore biomarkers of neuroendocrine and immune health to normal levels.”

• (Endocrine Society News Release (February 10, 2015)

Page 25: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

25

2 p.m.

• Sense of smell peaks at 2 p.m. 

• In the nursing world, when should you change that nasty wound dressing? 

• NOT at 2 p.m. 

3‐5 p.m. REMEMBER‐‐Best pulmonary function

• Pulmonary function tests are fabulous

• Most children with asthma have no problems after school

• Sympathetic nervous system is working; epinephrine is keeping the bronchioles dilated

4 p.m. to 5 p.m.

• Best confrontational skills 

• Need a raise?

• Need to discuss your job?

• This is when owls experience their cognitive high point—late afternoon early evening

Page 26: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

26

5:00 – 6:30 p.m.

• Body temperature rising and peaks at 7 p.m.

• Heart rate and blood pressure peak

• Greatest cardiovascular efficiency and muscle strength…

• Is this the best time to exercise?

7 p.m.—DINNER—eat like a Pauper

• Best food tasting

• Having a large meal in the evening signals your body that you’ll be awake for awhile

• Eating dinner less than 3 hours prior to bedtime can interfere with sleep…and increase the risk of acid reflux

• Problem is: should you eat at 9 p.m.? SURE, if you’re an owl and won’t go to bed before midnight…

9 p.m. to 11 p.m.

• Worst time for food tasting as it “comes back up on ya’”

• GERD—gastroesophageal reflux disease

• “Acid” reflux or “heartburn)

• Big meal increases abdominal pressure and opens the LES (lower esophageal sphincter); fatty meal; ETOH; chocolate; peppermint

• Don’t lie down immediately after dinner

Page 27: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

27

Overnight acid

• The parasympathetic system kicks in overnight and produces gastric acid

• Best to take the H2 blockers (Tagamet, Axid, Zantac, or Pepcid) before bedtime as they block the acid production by the parietal cells

• Double the dose that’s on the OTC package

• (The prazoles block the postprandial acid PUMPING by the parietal cells)

9 p.m.

• Pain of osteoarthritis is worse at the end of the day (overuse of degenerating joints)

• NSAIDS (ugh, these upset my stomach…take PEPCID)

10:00 p.m. to 10:30 p.m. Melatonin and bedtime.

• Close all Facebook, Instagram, Pinterest…at 8 p.m.—a full two hours before bedtime...why?

• Computer screens, TV screens, cell phones, iPads, e‐readers—all bright artificial LED light that wreaks havoc with sleep patterns

• Blue light characteristic of morning and afternoon sunshine suppresses melatonin production more than any other visible wavelength, leaving us more alert

• Dim, orange glow in the evening boosts melatonin production

Page 28: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

28

Blue light blues

• Nearly everyone in a survey conducted by the National Sleep Foundation in 2011 used a television, computer, cell phone or other device within 1 hour of going to bed at least a few nights during the week.

• 89% of adults and 75% of kids have at least one electronic device in their bedroom, with a significant number answering texts and sending texts after initially falling asleep (Jabr)

Blue light blues

• Interacting for just 2 hours with a computer screen before bedtime is enough to prevent the typical nighttime rise in melatonin—

• E‐readers vs. paperback book readers prior to bedtime—e‐readers were more alert, took longer to fall asleep and slept less deeply than those who read a paperback book

10 – 11 p.m.  Melatonin is rising, peaks at 2 a.m.

• Melatonin helps you sleep…• It’s also an Immune booster, decreases circulating sex hormones (estrogen and testosterone), decreases endocrine‐related cancers such as breast and prostate

• BOOZE also inhibits melatonin—you fall asleep fast (another term for “pass out”, but then approximately 3.5 hours later you’re awake…and having a difficult time falling back to sleep)—and a DIFFICULT time remembering what you did (or said) at the party 

Page 29: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

29

Melatonin deficiency and breast cancer risk

• Light at night is now clearly a risk for breast cancer (WHO 2007, listed it as a probable cause)

• “Breast tumors are awake during the day and melatonin puts them to sleep at night. Add artificial light to the night environment, and “cancer cells become insomniacs.” David E. Blask, Bassett Research Center, Cooperstown NY

Blind women and breast cancer

• Blind women have unusually low rates of breast cancer (50% lower than sighted women) and higher than average melatonin levels (light can’t reach their retina and lower melatonin levels)

Melatonin levels and breast cancer

• Harvard researchers estimated nurses’ peak nightly melatonin concentrations by measuring the hormone in the first urine void of the day

• Those with the highest levels of melatonin had the lowest risk of  breast cancer

(July 20, 2005 Journal of the National Cancer Institute; Cancer Research, October 15, 2005)

Page 30: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

30

Other conditions that decrease melatonin in women

• Age and obesity decrease a person’s melatonin production

• What is the risk of breast cancer in a woman who is 90 compared to a woman who is 20? 1/2044 women vs. 1/8 women

What does sleep do for you?

• Increases length of time of melatonin secretion—melatonin reduces cancer risk and  also boosts immune system

• Decreases cortisol levels (less stress) and increased serotonin and norepinephrine (energy)

• Decreases type 2 diabetes risk—increases leptin (satiety) decreases ghrelin (hunger)

• Increases memory (consolidates important memories from the day)

Making a big decision? The benefits of sleep…

• IF YOU HAVE AN IMPORTANT decision to make—SLEEP ON IT! (New Scientist, 24 Feb ’09; Bob Stickgold, Harvard Medical School) –Sleep helps us to extract themes and rules from the masses of information that we soak up during the day

Page 31: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

31

glymphatic system (in the brain) primarily opens at night (brain shrinks 

slightly)• This system that actively ”drains the brain” of toxins, inflammatory mediators, and oxidants overnight…cleans up the brain from a very busy day 

• No sleep? accumulation of toxins, oxidants, and inflammatory mediators...

• Over time? Could this lead to disorders of memory and dementia? Uh‐HUH...

• (Archives of Internal Med, vol. 169, p 62)

Sleep disorders

• Psychiatric disorders and sleep disturbances—look at sleep disorders as a possible way to identify high risk patients for psych disorders‐‐ a major symptom of depression—hypersomniacsvs. insomniacs

• Using light therapy for depression

REM sleep disorder and Parkinson’s disease

• Patients act out their dreams which are often unpleasant and violent; results from the loss of normal muscle paralysis in REM sleep—the dream stage—which normally prevents enacting one’s dreams

• ~2/3 of patients with REM sleep disorder develop degenerative brain diseases like PD and dementia approximately 11 years after the diagnosis of REM Sleep Disorder

• Tippman‐Peikert M, Mayo Clinic Sleep Clinic

Page 32: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

32

10:30 p.m. GOOD TO KNOW

• Bowel movements are suppressed for the night in healthy folks—thank you.

• So, someone complaining of persistent NOCTURNAL diarrhea should be checked for something like diabetes 

Nighttime and blood pressure

• Are you a dipper or a non‐dipper?

• Dipper? 10‐20% drop in BP when your head hits the pillow at night

• Non‐dipper? Minimal or NO drop in BP when your head hits the pillow

• Bad news for non‐dippers? Organ systems take a hit 24 hours a day—increased risk of heart disease, strokes, renal failure

• What to do? BP medications at night? Split dose regimen? Half in a.m. and half in p.m.?

Nighttime restless legs syndrome (RLS)

• Dopaminergic abnormality• Circadian rhythm—melatonin exerts an inhibitory 

effect on central dopamine secretion—symptoms worse at night (low dopamine plays a role in RLS)

• Other causes: Iron depletion, folic acid, B12 deficiencies?

• Treatment—levodopa (also known as L‐dopa or Sinemet), dopamine agonists (pramipexole (Mirapex), oxycodone, gabapentin, valproic acid, clonidine

• Low dopamine also plays a role in grinding teeth (bruxism) overnight (SSRIs for depression decrease dopamine and can contribute to bruxism)

Page 33: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

33

11 p.m. to 1 a.m.

• Nocturnal nose‐picking and nosebleeds at night

• The vast majority of sexual activity occurs between 11 p.m. and 1 a.m. – women most likely frisky…guys will go along with anything...at any time...but they have a morning preference due to testosterone levels

And we’re back to midnight

• People are 17x more likely to have sex at 12 midnight than 10 a.m.

• Obviously due to work constraints at 10 a.m.

Thank you.

• Barb Bancroft, RN, MSN

• www.barbbancroft.com

• Chicago, IL

[email protected]

Page 34: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

34

Bibliography

• Alagiakrishnan K. Blood pressure dysregulation syndrome. Geriatrics 2001 (March);56(3):50‐62.

• Aguirre A, Moore‐Ede A. Shiftwork practices—Circadian Information, 2008.

• Blood pressure timing matters. American Journal of Kidney Diseases. 2007; 50:908

• deLange C. Get in Sync. New Scientist, 16 April 2016.

• Holzman DC. Blue Alert. New Scientist, 7 May 2011. 

• Jabr F. Blue Light Blues. Scientific American November 2016.

• Kerrin A, Carbone J. Financial Opportunities in Extended Hours Operations: Managing Costs, Risks, and Liabilities, Circadian Technolologies.

• Kloner RA. Et al. When throughout the year is coronary death most likely to occur? Circulation 1999;100:1630

• Kraft U. Lighten up. Scientific American MIND; Fall 2005.

Bibliography

• Pierse JE, Dym H. An update on treatments for sleep disorders. The Clinical Advisor 2011 (May):49‐56.

• Scientific American Mind. February/March 2008

• Sirois WG. Biocompatible Shift Scheduling: The critical actors that influence the overall mental and physical fatigue risks of a core shift schedule. Circadian Information, LP. 2012

• Society for Light Treatment and Biological Rhythms, 10200 @. 44th

Ave. Suite 304, Wheat Ridge, CO 80033‐2840; 303‐424‐3697

• Vetter C et al. Association between rotating night shift work and risk of CHD among women. JAMA 2016 Apr 26;315:1726

• Young MW. The Tick‐Tock of the Biological Clock, Scientific American, March 2000.

• www.chronobiology.com

Best sleeping pills that don’t decrease deep sleep

• Zolpidem (Ambien)

• Trazodone (Desyrel)

• Clonazepam (Klonopin)pregabalin (Lyrica)

• OTC meds – doxylamine (Unisom) and diphenhydramine (Benadryl) (25‐50 mg) (Jacob Teitelbaum, MD, Medical director of the national Fibromyalgia and Fatigue Centers, Austin TX

Page 35: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

35

More notes on Noctiva

• Given that Noctiva increases the risk for hyponatremia, don’t give the drug for patients at high risk for severe hyponatremia –patients with excessive fluid intake, those with conditions that can lead to fluid or electrolyte imbalances, and patients taking loop diuretics or glucocorticoids.

• Noctiva should not be used in those with symptomatic congestive heart failure or uncontrolled hypertension or in pregnant women.

• (FDA news release)

• Noctiva prescribing information (Free PDF online)

Sleep, glorious sleep

• If you have to choose between a total lack of sleep or a total lack of food for the next 10 days, go with the lack of food. You’ll die from a total lack of sleep sooner (in about 10 days) than from starvation (weeks to months)

Guys, a reason to drink coffee in the a.m.

• University of Texas study found that drinking two cups of coffee a day lowers men’s risk for ED by 42% (The WEEK, June 5, 2015)

Page 36: What is chronobiology? - IHCA · 2019. 8. 22. · What is chronobiology? • Chronobiology—the study of rhythms that influence daily, monthly, and yearly cycles of behavior •

36

Daylight savings time

• The equivalent of jet lag…• It’s tougher to spring forward (lose an hour) than to fall back (clocks set back give us an extra hour—gain an hour)—

• 10% more traffic accidents in the spring when the  first weeks after the  clocks change and we lose an hour of sleep