Operationel evaluering af en fotografisk modforanstaltning til at forbedre årvågenhed, ydeevne og humør under natskiftearbejde på en 105-dages simuleret menneskelig udforskningsmission til Mars (Mars 105)

Succesen med menneskelige ekspeditionsmissioner afhænger i høj grad af besætningens evne til at være opmærksom og opretholde høje niveauer af kognitiv funktion, mens de betjener komplekst teknisk udstyr. Optimal menneskers sundhed, ydeevne og sikkerhed under rumflyvning kræver tilstrækkelig søvn og synkronisering mellem den døgnrytme pacemaker - som regulerer timingen af ​​søvn, endokrin funktion, årvågenhed og ydeevne - og timingen af ​​den pålagte søvn-vågen tidsplan.

Besætningsmedlemmer af 105-dages simulationsundersøgelsen skal arbejde en nattevagt hver sjette nat. Denne tidsplan vil sandsynligvis resultere i søvntab og døgntidsforskydning, især når lysforholdene ligner dem, besætningsmedlemmer oplever under rumflyvning. Eksterne missionskontrollører vil arbejde 24-timers skift, hvilket også resulterer i både søvntab og døgnrytmeforstyrrelser.

Det er blevet veldokumenteret i laboratorie- og feltstudier, at både arbejde på nattehold og arbejde med langvarige vagter resulterer i faldende årvågenhed, ydeevne og humør. Ud over de negative effekter, som natteholdsarbejde har på årvågenhed, præstationer og humør, giver skifteholdsarbejde betydelige kort- og langsigtede helbredsproblemer. Skifteholdsarbejdere, især natteholdsarbejdere, der vender deres normale søvn-/vågentidsplan om, lider af flere årsager. For det første er deres endogene døgnrytme og den pålagte søvn/arbejdsplan typisk ude af fase. Dette svarer til oplevelsen af ​​jetlag. Men mens miljøsignaler (f.eks. solopgang, solnedgang, tidspunktet for måltider og søvn) gør det muligt for rejsende hurtigt at tilpasse sig en ny tidszone, vil besætningsmedlemmer i 105-dages simuleringen ikke være i stand til at gøre det, fordi de kun vil tilbringe én nat af hver femte, der arbejder. Når man arbejder nattevagt, vil timingen af ​​måltider, arbejde og søvn derfor være ude af fase med den normale medbragte fase af døgntidssystemet. Indtagelse af måltider i en uhensigtsmæssig døgnfase resulterer i nedsat stofskifte, som sandsynligvis ligger til grund for de gastrointestinale og metaboliske problemer, som skifteholdsarbejdere oplever. For det andet fører denne døgnrytmeforstyrrelse til et væsentligt tab af søvneffektivitet under (dag)søvnperioden, uafhængigt af, og ud over, miljømæssige hindringer for søvn (f.eks. støj, lys, andre besætningsmedlemmer). For det tredje vil fejljustering af døgnfasen kombineret med søvntab hver især resultere i forringelse af årvågenhed og svækkelse af ydeevne i løbet af natten. Da disse negative virkninger er særligt akutte den første arbejdsnat, vil planen for besætningsmedlemmer på Mars 105-missionen om at arbejde midnatsvagt hver sjette nat gentagne gange udsætte dem for præstationsnedsættelser forbundet med akut døgnrytmeforstyrrelse og akut søvnmangel.

Belysning modforanstaltninger. Vores gruppe på Harvard Medical School har med succes udviklet og afprøvet effektive fotografiske modforanstaltninger til at lindre cirkadiske fejlstillinger og forbedre årvågenhed, ydeevne og humør hos natteholdsarbejdere. Den mest effektive modforanstaltning til circadian justering er passende timet og tilstrækkeligt intenst lys. Lys forbedrer også akut årvågenhed, ydeevne og humør. Senest er det blevet rapporteret, at lys med kort bølgelængde har vist sig at være mest effektivt til både at nulstille døgnrytmer og til akut at forbedre ydeevnen under natarbejde via forudgående undertrykkelse af det soporiske hormon melatonin.

Disse fotografiske modforanstaltninger er blevet testet i individuelle forsøgspersoner, der lever i laboratoriesimuleringer (modforanstaltninger-beredskabsniveau/teknologiberedskabsniveau 7; evaluering med menneskelige forsøgspersoner i kontrolleret laboratorie-simulering af operationelt rumflyvningsmiljø). Det næste kritiske trin er at evaluere vores modforanstaltninger i en operationel simulering af rumflyvning, der inkluderer undersøgelse af interaktionen mellem besætningsmedlemmer i en high fidelity-simulering (modforanstaltninger parathedsniveau/teknologi parathed niveau 8; Validering med menneskelige forsøgspersoner i faktisk operationel rumflyvning for at demonstrere effektivitet og operationel gennemførlighed).

Tilstrækkelig søvn og døgnrytmetilpasning er afgørende for at opretholde sundheden og ydeevnen for ekspeditionsmissionsbesætningsmedlemmer. Afprøvning af det udviklede lysmodmål i et operationsmiljø med høj kvalitet, der efterligner betingelserne for en fremtidig ekspeditionsmission (f.eks. til Mars) er afgørende for at sikre modforanstaltningsberedskab og for at reducere risikoen for menneskelige præstationsfejl på grund af faktorer relateret til døgnrytmeforstyrrelser, søvn tab og træthed. Udvikling og test af denne fotografiske modforanstaltning for missionskontrollører, der arbejder 24-timers skift, vil yderligere sikre succesen af ​​de fremtidige langvarige ekspeditionsmissioner.