Operationell utvärdering av en fotografisk motåtgärd för att förbättra vakenhet, prestanda och humör under nattskiftsarbete på ett 105-dagars simulerat mänskligt utforskningsuppdrag till Mars (Mars 105)

Framgången för mänskliga expeditionsuppdrag beror kritiskt på besättningens förmåga att vara alert och upprätthålla höga nivåer av kognitiv funktion samtidigt som man använder komplex teknisk utrustning. Optimal mänsklig hälsa, prestanda och säkerhet under rymdflygning kräver tillräcklig sömn och synkronisering mellan den dygnsrytm pacemakern - som reglerar tidpunkten för sömn, endokrina funktioner, vakenhet och prestanda - och tidpunkten för det pålagda sömn-vakna schemat.

Besättningsmedlemmar i den 105 dagar långa simuleringsstudien kommer att behöva arbeta ett nattskift var sjätte natt. Detta schema kommer sannolikt att resultera i sömnförlust och dygnsförskjutning, särskilt när ljusförhållandena liknar de som besättningsmedlemmar upplever under rymdfärd. Externa uppdragskontrollanter kommer att arbeta 24-timmarsskift, vilket också resulterar i både sömnförlust och dygnsförskjutning.

Det har dokumenterats väl i laboratorie- och fältstudier att både nattarbete och långvariga skift resulterar i minskad vakenhet, prestation och humör. Utöver de negativa effekter som nattskiftsarbete har på vakenhet, prestation och humör, orsakar skiftarbete betydande kort- och långvariga hälsoproblem. Skiftarbetare, särskilt nattskiftsarbetare som inverterar sitt normala sömn/vakna schema, lider av flera skäl. För det första är deras endogena dygnsrytm och det pålagda sömn-/arbetsschemat vanligtvis ur fas. Detta liknar upplevelsen av jetlag. Men även om miljösignaler (t.ex. soluppgång, solnedgång, tidpunkt för måltider och sömn) gör det möjligt för resenärer att snabbt anpassa sig till en ny tidszon, kommer besättningsmedlemmar i 105-dagarssimuleringen inte att kunna göra det eftersom de bara kommer att tillbringa en natt av var femte som arbetar. När man arbetar nattskift, kommer timingen av måltider, arbete och sömn därför att vara ur fas med den normala medbringade fasen av dygnsrytmen. Förtäring av måltider vid en olämplig dygnsfas resulterar i försämrad ämnesomsättning, troligen bakom de gastrointestinala och metabola problem som skiftarbetare upplever. För det andra leder denna dygnsförskjutning till en avsevärd förlust av sömneffektivitet under sömnperioden (dagtid), oberoende av, och förutom, miljöhinder för sömn (t.ex. buller, ljus, andra besättningsmedlemmar). För det tredje kommer felinställning av dygnsfasen i kombination med sömnförlust att resultera i försämring av vakenhet och försämring av prestationsförmågan under natten. Eftersom dessa negativa effekter är särskilt akuta den första arbetsnatten, kommer planen för besättningsmedlemmar på Mars 105-uppdraget att arbeta midnattsskiftet var sjätte natt att upprepade gånger utsätta dem för prestationsförsämringar som är förknippade med akut dygnsfel och akut sömnbrist.

Belysningsmotåtgärd. Vår grupp vid Harvard Medical School har framgångsrikt utvecklat och testat effektiva fotografiska motåtgärder för att lindra dygnsfel och förbättra vakenhet, prestation och humör hos nattskiftsarbetare. Den mest effektiva motåtgärden mot dygnsrytminriktning är lämpligt tidsinställd och tillräckligt intensivt ljus. Ljus förbättrar också akut vakenhet, prestanda och humör. Senast har det rapporterats att ljus med kort våglängd har visat sig vara mest effektivt för att både återställa dygnsrytmen och akut förbättra prestandan under nattarbete via föregående undertryckande av det sövande hormonet melatonin.

Dessa fotografiska motåtgärder har testats i individuella försökspersoner som lever i laboratoriesimuleringar (motåtgärdsberedskapsnivå/teknikberedskapsnivå 7; Utvärdering med mänskliga försökspersoner i kontrollerade laboratoriesimulerande operativa rymdfärdsmiljöer). Nästa kritiska steg är att utvärdera våra motåtgärder i en operativ simulering av rymdflygning som inkluderar studie av interaktionen mellan besättningsmedlemmar i en högtrohetssimulering (motåtgärdsberedskapsnivå/teknikberedskapsnivå 8; Validering med mänskliga försökspersoner i faktisk operativ rymdfärd för att demonstrera effektivitet och operativ genomförbarhet).

Tillräcklig sömn och dygnsrytm är avgörande för att upprätthålla hälsan och prestationsförmågan hos expeditionsuppdragets besättningsmedlemmar. Testning av den utvecklade belysningsmotåtgärden i en driftmiljö med hög trohet som imiterar villkoren för ett framtida expeditionsuppdrag (t.ex. till Mars) är avgörande för att säkerställa motåtgärdsberedskap och för att minska risken för mänskliga prestationsfel på grund av faktorer relaterade till dygnsstörningar, sömn förlust och trötthet. Utveckling och testning av denna fotografiska motåtgärd för uppdragsledare som arbetar 24-timmarsskift kommer ytterligare att säkerställa framgången för de framtida långvariga expeditionsuppdragen.