Operasjonell evaluering av et fotografisk mottiltak for å forbedre årvåkenhet, ytelse og humør under nattskiftarbeid på et 105-dagers simulert menneskelig utforskningsoppdrag til Mars (Mars 105)

Suksessen til menneskelige ekspedisjonsoppdrag er kritisk avhengig av mannskapets evne til å være våken og opprettholde høye nivåer av kognitiv funksjon mens de betjener komplekst, teknisk utstyr. Optimal menneskers helse, ytelse og sikkerhet under romflukt krever tilstrekkelig søvn og synkronisering mellom den døgnrytme pacemakeren - som regulerer tidspunktet for søvn, endokrin funksjon, årvåkenhet og ytelse - og tidspunktet for den pålagte søvn-våkne-planen.

Besetningsmedlemmer i den 105-dagers simuleringsstudien vil bli pålagt å jobbe ett nattskift hver sjette natt. Denne tidsplanen vil sannsynligvis resultere i søvntap og døgnfeil, spesielt når lysforholdene er lik de som besetningsmedlemmer opplever under romfart. Eksterne oppdragskontrollører vil jobbe 24-timers skift, noe som også resulterer i både søvntap og circadian feiljustering.

Det er godt dokumentert i laboratorie- og feltstudier at både nattskift og langvarige skift resulterer i redusert årvåkenhet, ytelse og humør. I tillegg til de negative effektene nattskift har på årvåkenhet, prestasjoner og humør, gir skiftarbeid betydelige kort- og langsiktige helseproblemer. Skiftarbeidere, spesielt nattskiftarbeidere som inverterer sin normale søvn-/våkneplan, lider av flere årsaker. For det første er deres endogene døgnrytmer og den pålagte søvn-/arbeidsplanen vanligvis ute av fase. Dette ligner på opplevelsen av jetlag. Men mens miljøhenvisninger (f.eks. soloppgang, solnedgang, tidspunkt for måltider og søvn) gjør det mulig for reisende å tilpasse seg raskt til en ny tidssone, vil besetningsmedlemmer i 105-dagers simuleringen ikke kunne gjøre det fordi de bare vil tilbringe én natt av hver femte som jobber. Når man jobber nattskift, vil timingen av måltider, arbeid og søvn derfor være ute av fase med den normale medførte fasen i døgntidssystemet. Inntak av måltider i en upassende døgnfase resulterer i nedsatt stoffskifte, sannsynligvis underliggende gastrointestinale og metabolske problemer som skiftarbeidere opplever. For det andre fører denne cirkadiske feiljusteringen til et betydelig tap av søvneffektivitet under (dag)søvnperioden, uavhengig av, og i tillegg til, miljømessige hindringer for søvn (f.eks. støy, lys, andre besetningsmedlemmer). For det tredje vil feiljustering av døgnfasen kombinert med søvntap hver for seg resultere i forringelse av årvåkenhet og svekkelse av ytelse i løpet av natten. Siden disse uønskede effektene er spesielt akutte den første arbeidsnatten, vil planen for at besetningsmedlemmer på Mars 105-oppdraget skal jobbe midnattskift hver sjette natt gjentatte ganger utsette dem for ytelsessvikt forbundet med akutt døgnfeil og akutt søvnmangel.

Belysning Mottiltak. Vår gruppe ved Harvard Medical School har med suksess utviklet og testet effektive fotografiske mottiltak for å lindre døgnskifte og forbedre årvåkenhet, ytelse og humør hos nattskiftarbeidere. Det mest effektive mottiltaket mot døgnjustering er riktig tidsbestemt og tilstrekkelig intenst lys. Lys forbedrer også akutt årvåkenhet, ytelse og humør. Senest har det blitt rapportert at lys med kort bølgelengde har vist seg å være mest effektivt for både tilbakestilling av døgnrytmer og akutt forbedring av ytelsen under nattarbeid via forutgående undertrykkelse av det soporiske hormonet melatonin.

Disse fotografiske mottiltakene er testet i individuelle forsøkspersoner som lever i laboratoriesimuleringer (mottiltaksberedskapsnivå/teknologiberedskapsnivå 7; Evaluering med menneskelige forsøkspersoner i kontrollert laboratorium som simulerer operasjonelt romfartsmiljø). Det neste kritiske trinnet er å evaluere våre mottiltak i en operativ simulering av romflukt som inkluderer studie av samspillet mellom besetningsmedlemmer i en høyfilighetssimulering (mottiltak beredskapsnivå/teknologi beredskapsnivå 8; Validering med menneskelige forsøkspersoner i faktisk operativ romfart for å demonstrere effektivitet og operasjonell gjennomførbarhet).

Tilstrekkelig søvn og døgnkontinuerlig justering er avgjørende for å opprettholde helsen og ytelsen til ekspedisjonsoppdragsbesetningen. Testing av det utviklede belysningsmottiltaket i et driftsmiljø med høy kvalitet som imiterer betingelsene for et fremtidig ekspedisjonsoppdrag (f.eks. til Mars) er avgjørende for å sikre mottiltaksberedskap og for å redusere risikoen for menneskelige ytelsesfeil på grunn av faktorer relatert til døgnavbrudd, søvn tap og tretthet. Utvikling og testing av dette fotografiske mottiltaket for oppdragskontrollører som jobber 24-timers skift vil ytterligere sikre suksessen til fremtidige langvarige ekspedisjonsoppdrag.