Valutazione operativa di una contromisura fotica per migliorare la vigilanza, le prestazioni e l'umore durante il lavoro notturno su una missione di esplorazione umana simulata di 105 giorni su Marte (Mars 105)

Il successo delle missioni di spedizione umana dipende in modo critico dalla capacità dell'equipaggio di essere vigile e mantenere alti livelli di funzione cognitiva durante l'utilizzo di attrezzature tecniche complesse. La salute, le prestazioni e la sicurezza umane ottimali durante il volo spaziale richiedono sonno sufficiente e sincronia tra il pacemaker circadiano - che regola i tempi del sonno, la funzione endocrina, la vigilanza e le prestazioni - e i tempi del programma sonno-veglia imposto.

I membri dell'equipaggio dello studio di simulazione di 105 giorni dovranno lavorare un turno di notte ogni sesta notte. Questo programma probabilmente comporterà perdita di sonno e disallineamento circadiano, specialmente quando le condizioni di illuminazione sono simili a quelle che sperimentano i membri dell'equipaggio durante il volo spaziale. I controllori di missione esterni lavoreranno su turni di 24 ore, con conseguente perdita di sonno e disallineamento circadiano.

È stato ben documentato in studi di laboratorio e sul campo che sia il lavoro notturno sia il lavoro su turni prolungati si traducono in un decremento della vigilanza, delle prestazioni e dell'umore. Oltre agli effetti negativi che il lavoro notturno ha sull'attenzione, sulle prestazioni e sull'umore, il lavoro a turni causa notevoli problemi di salute a breve e lungo termine. I lavoratori a turni, in particolare quelli notturni che invertono il loro normale programma sonno/veglia, soffrono per diversi motivi. In primo luogo, i loro ritmi circadiani endogeni e il programma di sonno/lavoro imposto sono tipicamente sfasati. Questo è simile all'esperienza del jet lag. Tuttavia, mentre i segnali ambientali (ad esempio, l'alba, il tramonto, l'ora dei pasti e del sonno) consentono ai viaggiatori di adattarsi rapidamente a un nuovo fuso orario, i membri dell'equipaggio nella simulazione di 105 giorni non saranno in grado di farlo perché trascorreranno solo una notte di ogni cinque funzionanti. Quando si fa il turno di notte, i tempi dei pasti, del lavoro e del sonno saranno quindi fuori fase rispetto alla normale fase di trascinamento del sistema di temporizzazione circadiano. L'ingestione di pasti in una fase circadiana inappropriata provoca un metabolismo compromesso, probabilmente alla base dei problemi gastrointestinali e metabolici sperimentati dai turnisti. In secondo luogo, questo disallineamento circadiano porta a una sostanziale perdita di efficienza del sonno durante il periodo di sonno (diurno), indipendentemente e in aggiunta agli ostacoli ambientali al sonno (ad esempio, rumore, luce, altri membri dell'equipaggio). In terzo luogo, il disallineamento della fase circadiana associato alla perdita di sonno si tradurrà in un deterioramento della vigilanza e in una compromissione delle prestazioni durante la notte. Poiché questi effetti avversi sono particolarmente acuti durante la prima notte di lavoro, il piano per i membri dell'equipaggio della missione Mars 105 di lavorare il turno di mezzanotte ogni sesta notte li sottoporrà ripetutamente ai disturbi delle prestazioni associati al disallineamento circadiano acuto e alla privazione acuta del sonno.

Contromisura per l'illuminazione. Il nostro gruppo presso la Harvard Medical School ha sviluppato e testato con successo efficaci contromisure fotiche per alleviare il disallineamento circadiano e migliorare la vigilanza, le prestazioni e l'umore nei lavoratori notturni. La contromisura più efficace all'allineamento circadiano è una luce opportunamente programmata e sufficientemente intensa. La luce inoltre migliora notevolmente la vigilanza, le prestazioni e l'umore. Più recentemente è stato riportato che la luce a lunghezza d'onda corta si è dimostrata più efficace sia per ripristinare i ritmi circadiani sia per migliorare in modo acuto le prestazioni durante il lavoro notturno attraverso la soppressione antecedente dell'ormone soporifero melatonina.

Queste contromisure fotiche sono state testate in soggetti individuali che vivevano in simulazioni di laboratorio (Livello di prontezza contromisure/Livello di prontezza tecnologica 7; Valutazione con soggetti umani in laboratorio controllato che simula l'ambiente di volo spaziale operativo). Il prossimo passo critico è valutare le nostre contromisure in una simulazione operativa del volo spaziale che include lo studio dell'interazione tra i membri dell'equipaggio in una simulazione ad alta fedeltà (livello di prontezza delle contromisure/livello di prontezza tecnologica 8; convalida con soggetti umani in volo spaziale operativo effettivo per dimostrare efficacia e fattibilità operativa).

Un sonno adeguato e l'allineamento circadiano sono fondamentali per mantenere la salute e le prestazioni dei membri dell'equipaggio della missione di spedizione. Il test delle contromisure di illuminazione sviluppate in un ambiente operativo ad alta fedeltà che imita le condizioni di una futura missione di spedizione (ad esempio, su Marte) è fondamentale per garantire la prontezza delle contromisure e per ridurre il rischio di errori delle prestazioni umane dovuti a fattori legati all'interruzione circadiana, sonno perdite e stanchezza. Lo sviluppo e il test di questa contromisura fotica per i controllori di missione che lavorano su turni di 24 ore garantiranno ulteriormente il successo delle future missioni di spedizione di lunga durata.