$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Vermoeidheid, als gevolg van slaap verlies en circadiane afwijking, is een ernstige bedreiging voor de veiligheid in beroepen die 24 h operaties vereisen, onregelmatige schema's, en uitgebreide werkuren1,2. Laboratoriumonderzoek heeft een belangrijke rol gespeeld bij het karakteriseren van hoe veranderingen in slaap duur en timing de daaropvolgende alertheid en prestaties3,4,5beïnvloeden. Deze studies vormen de basis voor Vermoeidheids risicobeheer aanbevelingen en werkplanningpraktijken in operationele omgevingen6.
In dit manuscript wordt een veldstudie van luchtvaartoperaties gebruikt om een aanpak te demonstreren voor het verzamelen van slaap-, circadiane-, Vermoeidheids-en prestatiegegevens in complexe operationele instellingen7. We hebben 44 luchtvaart piloten meer dan 34 dagen gestudeerd terwijl ze een schema vlogen dat periodes van halverwege de ochtendvluchten omvatte, vroege vluchten, hoge werkbelasting halverwege de dag vluchten en late vluchten die na middernacht landden. Elk werkblok werd gescheiden door 3 – 4 dagen rust. Piloten verzamelde objectieve en subjectieve gegevens over het geheel van de onderzoeksperiode, inclusief zowel vlieg rechten als rustdagen.
Gezien de verschillen tussen laboratorium-en Real-World omgevingen, vertalen de implementatie van strategieën en tegenmaatregelen die in het laboratorium zijn ontwikkeld niet altijd naar verwachting. Individuele verschillen, een breed scala aan operationele werkschema's, onregelmatige en onvoorspelbare operaties, organisatorische praktijken en cultuur, en arbeidsovereenkomsten zijn enkele van de factoren die de toepassing van de wetenschap kunnen compliceren in praktische operationeel gebruik. Als gevolg hiervan is het belangrijk om de impact van dergelijke interventies te evalueren met behulp van consistente en betrouwbare methoden om de slaap, circadiane ritmes, vermoeidheid of alertheid en prestaties te beoordelen. Het niveau van monitoring en gegevensverzameling moet in verhouding staan tot het verwachte niveau van vermoeidheid en de bijbehorende Risico's voor de veiligheid binnen een operatie8. Bovendien is in elke veiligheidsgevoelige omgeving het handhaven van veilige operaties van het allergrootste belang voor het onderzoeksprotocol.
De gouden standaardmethode voor het beoordelen van de duur van de slaap en de kwaliteit is via polysomnografie (PSG), waarbij het meten van hersenactiviteit, hartslag, oogbeweging en spieractiviteit door middel van een verzameling van elektroden en sensoren geplaatst op de hoofdhuid, gezicht, en borst. Hoewel het robuust is, is PSG niet praktisch voor het verzamelen van slaap informatie in de meeste operationele omgevingen. Veel draagbare apparaten zijn ontwikkeld om de slaap timing, duur en kwaliteit te schatten, maar er zijn er maar weinig gevalideerd9,10. De combinatie van pols-versleten actigrafie en dagelijkse slaap dagboeken zijn op grote schaal gebruikt om te schatten van de slaap in veldstudies over een scala van beroepen11,12,13,14 en zijn gevalideerd tegen PSG, het tonen van concordantie voor slaap duur15. Bovendien, met behulp van actigrafie en slaap dagboeken voor veldstudies een lage last van inspanning op studie deelnemers, omdat de meeste actigrafie apparaten worden gedragen op de niet-dominante pols en alleen verwijderd voor douchen of zwemmen, net als een polshorloge. Evenzo kan een goed ontworpen slaap dagboek, gepresenteerd op een telefoon of touch-screen apparaat, meestal worden voltooid door deelnemers in minder dan twee minuten.
De slaap-waak cyclus wordt gecoördineerd door de circadiane pacemaker gelegen in de suprachiasmatische kernen van de hypothalamus16. Deze pacemaker synchroniseert ook vele andere aspecten van biologische functie zoals lichaamstemperatuur en hormonale ritmes (bijv. melatonine en cortisol). De endogene circadiane ritme is in de buurt van, maar niet precies, 24 h; Daarom moet het elke dag worden gereset om stabiele synchronisatie mogelijk te maken (d.w.z., entrainment) naar de 24 h dag. De primaire reset agent van de circadiane pacemaker is licht. In operationele omgevingen die vereisen niet-standaardschema's en 24 h operaties, circadiane afwijking kan optreden, waarin de circadiane rijden naar slaap samenvalt met geplande werk11. Het is mogelijk om te bepalen wanneer de circadiane pacemaker is het bevorderen van de slaap en wakker door het meten van de piek timing (dat wil zeggen, circadiane fase) van de ritmes van biologische signalen die worden gecontroleerd door het circadiane ritme.
Het is belangrijk om de circadiane fase na de uitvoering van tegenmaatregelen te meten om beter te begrijpen of dergelijke technieken succesvol zijn in het uitlijnen van de circadiane pacemaker met het opgelegde werkschema. Veel van de uitgangen van de circadiane systeem gebruikt om te bepalen fase in laboratorium instellingen zijn gevoelig voor maskeren, waardoor ze ongeschikt voor gebruik in een veld omgeving. Bijvoorbeeld, circadiane veranderingen in lichaamstemperatuur zijn moeilijk te detecteren in vrij-levende individuen die kunnen deelnemen aan activiteiten zoals oefening die hun lichaamstemperatuur verandert. Melatonine wordt acuut onderdrukt door blootstelling aan licht, het maken van de verzameling van melatonine in bloed of speeksel onmogelijk in situaties waar licht kan niet worden gecontroleerd. Echter, 6-sulfatoxymelatonine (aMT6s), de belangrijkste metaboliet van melatonine, wordt uitgescheiden in de urine en wordt minder beïnvloed door de maskerende effecten van licht, waardoor het een ideale kandidaat voor het meten van de circadiane fase in operationele omgevingen17, 18.
Naast het meten van veranderingen in de fysiologie, is het ook belangrijk om de impact van werkschema veranderingen op subjectieve vermoeidheid of alertheid te meten. Hoewel er verschillende schalen beschikbaar zijn voor het meten van verschillende aspecten van alertheid en vermoeidheid, de meest gebruikte in de luchtvaart zijn de 7-punts Samn-Perelli vermoeidheid schaal (SP)19 en 9-punts Karolinska slaperigheid schaal (KSS)20. De SP wordt ook vaak gebruikt in veldstudies van ploegen werkers over een breed scala van beroepen21,22,23,24. De KSS is gevalideerd tegen objectieve maatregelen van slaperigheid zoals elektro-encefalografie (EEG) en langzame rollende oogbewegingen20,25, evenals prestaties25. Deze schaal wordt vaak gebruikt in studies zowel in het laboratorium als in het veld24,26. Er kunnen andere subjectieve schalen zijn die geschikt zijn voor verschillende Shiftwork-of bedrijfsomgevingen. Het is belangrijk om te kiezen van een schaal die is gevalideerd en idealiter heeft zinvolle drempels voor niveaus van "acceptabele" alertheid. Bijvoorbeeld, KSS scores van meer dan 7 zijn geassocieerd met hoge niveaus van fysiologische tekenen van slaperigheid en verminderde rijprestaties25,27, terwijl Samn-Perelli ratings rechtstreeks betrekking hebben op vlieg rechten28. Voor de in dit manuscript beschreven studie werd de Samn-Perelli gebruikt, omdat het oorspronkelijk werd ontwikkeld als een subjectieve moeheid maatregel in een Studiepopulatie bestaande uit piloten. 28
Hoewel het meten van slaap en circadiane fase een belangrijk onderdeel is bij het evalueren van een interventie, is een primaire uitkomst van interesse in veldstudies meestal objectieve prestaties. Er zijn een verscheidenheid van tests die zijn ontwikkeld om te evalueren van de cognitieve prestaties, maar de meest gevoelige en betrouwbare test voor het meten van de effecten van slaap verlies en circadiane afwijking is de psychomotorische waakzaamheid taak (Pvt). De originele PVT (PVT-192) is een eenvoudige reactietijd test, waarbij een individu wordt gepresenteerd met een stimulans en wordt geïnstrueerd om te reageren op de stimulus door het indrukken van een knop zo snel mogelijk29. De Pvt is gevalideerd onder omstandigheden van acuut en chronisch slaap verlies en circadiane misuitlijning4,5,30. De duur van de taak kan worden gevarieerd op basis van het ontwerp van de studie31,32; Hoewel, de traditionele 10 min duur heeft de voorkeur in laboratorium studies33,34. terwijl een 5 min duur PVT is meestal meer haalbaar in veldstudies waar operationele eisen kunnen interfereren met het beheer van de test35.
Daarnaast vertoont de PVT weinig tot geen leereffecten en is hij eenvoudig te gebruiken, waardoor het een praktische test is voor het inzetten in veld omgevingen waar studie deelnemers niet kunnen worden waargenomen tijdens het testen van36. De alomtegenwoordigheid van touch-screen apparaten zorgt voor een eenvoudige implementatie van de PVT, maar onderzoekers moeten voorzichtig zijn bij het implementeren van de PVT, want er zijn tal van aspecten van touch-screen apparaten die fout in de verzameling van PVT-gegevens kunnen introduceren37 ,38. Verschillende combinaties van hardware en software hebben bijvoorbeeld verschillende systeem latenties en andere toepassingen die op de achtergrond worden uitgevoerd, kunnen een onbekende fout in de opgenomen reactietijden introduceren. Als gevolg hiervan is het belangrijk om PVT-gegevens te verzamelen met behulp van een gevalideerde PVT, met consistente hardware en software, met WiFi en met alle andere toepassingen uitgeschakeld. Bovendien is het, gezien het feit dat het niet praktisch is om studie deelnemers te observeren tijdens tests in operationele omgevingen, van cruciaal belang dat deelnemers worden opgeleid om elke PVT te voltooien met het apparaat in dezelfde richting, met dezelfde vinger38, 39.
Elk van deze elementen van het verzamelen van gegevens is belangrijk en deze instrumenten zijn gebruikt in andere operationele studies in het verleden40,41,42,43. In aanvulling op de hierboven beschreven uitdagingen kan het echter lastig zijn om de naleving van de studie procedures te bereiken wanneer deelnemers zelfstandig taken moeten uitvoeren, met name wanneer dergelijke taken een tijds gevoelig onderdeel omvatten. Een laatste element dat belangrijk is bij het verzamelen van gegevens in operationele omgevingen is de organisatie van informatie op een manier die het gemakkelijk maakt voor individuen om taken op tijd te voltooien. De NASA PVT + applicatie voor touchscreen apparaten kan worden aangepast om taken te presenteren aan deelnemers in volgorde, begeleiden ze door middel van studie procedures. Bijvoorbeeld, in de studie die hier wordt gepresenteerd, worden vliegtuig piloten voorzien van touchscreen-apparaten die vooraf zijn geladen met een toepassing die elke ochtend en avond wordt gebruikt om slaap agenda's te voltooien. De apparaten worden ook gebruikt voor het voltooien van PVT-tests en Vermoeidheids classificaties, onder andere taken, in de ochtend, aan de top van de afdaling (TOD) van elke vlucht, na de vlucht, en in de avond voor het bed. Deze presentatie van informatie liet piloten de studie procedures voltooien met minimale overlast voor hun werkgerelateerde taken.
Het kan heel moeilijk zijn om gegevens te verzamelen tussen piloten, omdat de aard van het werk hen vereist om lange afstanden te afleggen en te werken in krappe ruimtes (d.w.z. cockpits) met veel afleidingen en vaak onvoorspelbare workloads. Ondanks deze uitdagingen is het van cruciaal belang om gegevens te verzamelen in deze populatie, omdat pilot-vermoeidheid een bedreiging vormt voor veilige luchtvaart operaties40,44,45. De hoge intensiteit van de luchtvaartactiviteiten is bevorderlijk voor de afbraak van de prestaties van de bemanning en verhoogt het risico op Vermoeidheids incidenten46,47,48,49,50. Met behulp van de combinatie van methoden die hierboven beschreven, we gemeten slaap, circadiane ritmes, vermoeidheid en prestaties onder 44 korteafstandsluchtvaart piloten over 34 dagen. Tijdens de studie, piloten vloog een vast schema met een baseline data collectie met 5 dagen van mid-morning vluchten, vier vroege vluchten, vier hoge-workload Mid-Day vluchten, en vier late vluchten landing na middernacht. Elk werkblok werd gescheiden door 3 – 4 dagen rust. Deze bevindingen laten zien hoe uitgebreide gegevensverzameling, waaronder maatregelen van slaap, circadiane ritmes, vermoeidheid en prestaties, kan worden gebruikt in operationele omgevingen.
In dit geval, het doel van de studie was om de slaap te evalueren, circadiane ritmes, vermoeidheid, en prestaties door duty starttijd als volgt. 1) basislijn: tijdens het eerste Duty-blok werkten alle piloten 5 dagen dat elk twee vluchten van ongeveer 2 uur per stuk omvatte, beginnend in het midden van de ochtend, om een adequate nachtelijke slaap aflevering mogelijk te maken. Dit blok werd gevolgd door 4 rustdagen. 2) vroeg begint: tijdens de Early Duty blok, alle piloten werkten 5 dagen dat elk omvatte twee vluchten van ongeveer 2 uur, elk beginnend tussen ongeveer 5:00 AM en 8:00 uur. Dit blok werd gevolgd door 3 rustdagen. 3) High-workload verschuivingen halverwege de dag: tijdens de Mid-Day Duty Block, alle piloten werkten 5 dagen, die elk opgenomen 2 – 4 vluchten van ~ 2 – 6 h elk, beginnend bij ongeveer halverwege de dag. Dit blok werd gevolgd door 3 rustdagen. 4) late afwerkingen: tijdens de late Duty Block, alle piloten werkten 5 dagen, die omvatte twee vluchten van ongeveer 3 uur per stuk, beginnend in de late namiddag rond 4:00 uur en eindigend rond middernacht. Dit blok werd gevolgd door 3 rustdagen.