Raccolta di dati sul sonno, circadiani, fatica e prestazioni in ambienti operativi complessi

Behavior
 

Summary

La perdita di sonno e il disallineamento circadiano contribuiscono a numerosi incidenti operativi e incidenti. L'efficacia delle contromisure e dei progetti di programmazione del lavoro volti a mitigare la fatica può essere difficile da valutare in ambienti operativi. Questo manoscritto riassume un approccio per la raccolta di dati di sonno, circadiano, fatica e prestazioni in ambienti operativi complessi.

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Arsintescu, L., Kato, K. H., Hilditch, C. J., Gregory, K. B., Flynn-Evans, E. Collecting Sleep, Circadian, Fatigue, and Performance Data in Complex Operational Environments. J. Vis. Exp. (150), e59851, doi:10.3791/59851 (2019).

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Abstract

La perdita di sonno e il disallineamento circadiano contribuiscono a una percentuale significativa di incidenti e incidenti operativi. Le contromisure e i progetti di programmazione del lavoro volti a mitigare l'affaticamento sono in genere valutati in ambienti di laboratorio controllati, ma l'efficacia della traduzione di tali strategie in ambienti operativi può essere difficile da valutare. Questo manoscritto riassume un approccio per raccogliere dati di sonno, circadiano, fatica e prestazioni in un ambiente operativo complesso. Abbiamo studiato 44 piloti di compagnie aeree per oltre 34 giorni mentre volavano un programma fisso, che includeva una raccolta di dati di base con 5 giorni di voli di metà mattina, quattro voli in anticipo, quattro voli di metà giornata ad alto carico di lavoro e quattro voli in ritardo che sono atterrati dopo la mezzanotte. Ogni blocco di lavoro è stato separato da 3-4 giorni di riposo. Per valutare il sonno, i partecipanti indossavano un monitor di attività convalidato dalla ricerca consumata dal polso continuamente e completavano i diari del sonno giornalieri. Per valutare la fase circadiana, ai piloti è stato chiesto di raccogliere tutte le urine prodotte in quattro o otto bidoni orari durante le 24 ore dopo ogni blocco di dazio per la valutazione di 6-sulfatoxymelatonin (aMT6s), che è un biomarcatore del ritmo circadiano. Per valutare l'affaticamento soggettivo e le prestazioni oggettive, ai partecipanti è stato fornito un dispositivo touch screen utilizzato per completare il Samn-Perelli Fatigue Scale e Psychomotor Vigilance Task (PVT) durante e dopo ogni volo, e al risveglio, metà giornata, e Coricarsi. Utilizzando questi metodi, si è scoperto che la durata del sonno è stata ridotta durante le partenze iniziali e le finiture tardive rispetto alla linea di base. Fase circadiana spostato secondo il programma di dovere, ma c'era una vasta gamma nel picco aMT6s tra gli individui in ogni programma. Le prestazioni del PVT sono state peggiori nelle prime fasi, nei carichi di lavoro elevati e nelle pianificazioni tardive rispetto al basale. Nel complesso, la combinazione di questi metodi è stata pratica ed efficace per valutare l'influenza della perdita di sonno e della fase circadiana sulla fatica e le prestazioni in un ambiente operativo complesso.

Introduction

La fatica, dovuta alla perdita di sonno e al disallineamento circadiano, è una grave minaccia per la sicurezza nelle occupazioni che richiedono 24 ore di funzionamento, orari irregolari e ore di lavoro prolungate1,2. La ricerca di laboratorio è stata determinante nel caratterizzare come i cambiamenti nella durata del sonno e nella tempistica influenzano la successiva vigilanza e le prestazioni3,4,5. Questi studi costituiscono la base per le raccomandazioni di gestione del rischio di affaticamento e le pratiche di programmazione del lavoro negli ambienti operativi6.

In questo manoscritto, uno studio sul campo delle operazioni aeronautiche viene utilizzato per dimostrare un approccio per la raccolta di dati di sonno, circadiano, fatica e prestazioni in complesse impostazioni operative7. Abbiamo studiato 44 piloti di compagnie aeree per oltre 34 giorni mentre volavano un programma che includeva periodi di voli di metà mattina, voli in anticipo, voli di metà giorno ad alto carico di lavoro e voli in ritardo che sono atterrati dopo la mezzanotte. Ogni blocco di lavoro è stato separato da 3-4 giorni di riposo. I piloti hanno raccolto dati oggettivi e soggettivi per l'intero periodo di studio, compresi i giorni di volo e di riposo.

Date le differenze tra ambienti di laboratorio e ambienti reali, l'implementazione di strategie e contromisure sviluppate in laboratorio non sempre si traducono in operazioni come previsto. Differenze individuali, un'ampia gamma di orari di lavoro operativi, operazioni irregolari e imprevedibili, pratiche organizzative e cultura, e accordi di lavoro sono alcuni dei fattori che possono complicare l'applicazione della scienza in pratica uso operativo. Di conseguenza, è importante valutare l'impatto di tali interventi utilizzando metodi coerenti e affidabili per valutare il sonno, i ritmi circadiani, la fatica o la vigilanza e le prestazioni. Il livello di monitoraggio e raccolta dei dati deve essere mantenuto proporzionale ai livelli previsti di affaticamento e ai rischi associati alla sicurezza nell'ambito di un'operazione8. Inoltre, in qualsiasi ambiente sensibile alla sicurezza, il mantenimento di operazioni sicure è fondamentale per il protocollo investigativo.

Il metodo gold standard per valutare la durata e la qualità del sonno è attraverso la polisonnografia (PSG), che comporta la misurazione dell'attività cerebrale, della frequenza cardiaca, del movimento degli occhi e dell'attività muscolare attraverso una raccolta di elettrodi e sensori posizionati sul cuoio capelluto, sul viso, e petto. Anche se robusto, PSG non è pratico per la raccolta di informazioni sul sonno nella maggior parte degli ambienti operativi. Molti dispositivi indossabili sono stati sviluppati per stimare la tempistica, la durata e la qualità del sonno, ma pochi sono stati convalidati9,10. La combinazione di attività indossata da polso e diari del sonno quotidiani è stata ampiamente utilizzata per stimare il sonno negli studi sul campo in una serie di occupazioni11,12,13,14 e sono stati convalidati contro il PSG, mostrando concordanza per la durata del sonno15. Inoltre, l'utilizzo di attività e diari del sonno per gli studi sul campo pone un basso onere di sforzo sui partecipanti allo studio, perché la maggior parte dei dispositivi di attività sono indossati sul polso non dominante e rimossi solo per la doccia o il nuoto, proprio come un orologio da polso. Allo stesso modo, un diario del sonno ben progettato, presentato su un telefono o un dispositivo touch-screen, in genere può essere completato dai partecipanti in meno di due min.

Il ciclo sonno-veglia è coordinato dal pacemaker circadiano situato nei nuclei soprachiasmatici dell'ipotalamo16. Questo pacemaker sincronizza anche molti altri aspetti della funzione biologica come la temperatura corporea e i ritmi ormonali (ad esempio, melatonina e cortisolo). Il ritmo circadiano endogeno è vicino, ma non esattamente, 24 h; pertanto, deve essere reimpostato ogni giorno per consentire una sincronizzazione stabile (cioè l'intrappolamento) al giorno di 24 ore. L'agente di reimpostazione principale del pacemaker circadiano è la luce. Negli ambienti operativi che richiedono pianificazioni non standard e operazioni di 24 ore, può verificarsi un disallineamento circadiano, in cui l'unità circadiana per dormire coincide con il lavoro programmato11. È possibile determinare quando il pacemaker circadiano sta promuovendo il sonno e la veglia misurando la tempistica di picco (cioè la fase circadiana) dei ritmi dei segnali biologici che sono controllati dal ritmo circadiano.

È importante misurare la fase circadiana dopo l'attuazione delle contromisure al fine di comprendere meglio se tali tecniche sono riuscite ad allineare il pacemaker circadiano con il programma di lavoro imposto. Molte delle uscite del sistema circadiano utilizzato per determinare la fase nelle impostazioni di laboratorio sono soggette a mascheramento, rendendole inadatte all'uso in un ambiente di campo. Ad esempio, i cambiamenti circadiani della temperatura corporea sono difficili da rilevare in individui liberi che possono impegnarsi in attività come l'esercizio fisico che altera la loro temperatura corporea. La melatonina è acutamente soppressa dall'esposizione alla luce, rendendo impossibile la raccolta di melatonina nel sangue o nella saliva in situazioni in cui la luce non può essere controllata. Tuttavia, 6-sulfatoxymelatonina (aMT6s), il principale metabolita della melatonina, viene espulso nelle urine ed è meno influenzato dagli effetti di mascheramento della luce, rendendolo un candidato ideale per misurare la fase circadiana in ambienti operativi17, 18.

Oltre a misurare i cambiamenti nella fisiologia, è anche importante misurare l'impatto dei cambiamenti del programma di lavoro sulla fatica soggettiva o sulla vigilanza. Mentre ci sono diverse scale disponibili per misurare diversi aspetti di vigilanza e fatica, il più comunemente utilizzato in aviazione sono il 7-point Samn-Perelli Scala fatica (SP)19 e 9-point Karolinska Sleepiness Scale (KSS)20. L'SP è anche comunemente usato negli studi sul campo dei turnisti in una vasta gamma di occupazioni21,22,23,24. Il KSS è stato convalidato in base a misure oggettive di sonnolenza come l'elettroencefalografia (EEG) e i movimenti lenti dell'occhio di rotolamento20,25, così come le prestazioni25. Questa scala è comunemente utilizzata negli studi sia in laboratorio che nel campo24,26. Ci possono essere altre scale soggettive che sono appropriate per diversi turni o ambienti professionali. È importante scegliere una scala che è stata convalidata e idealmente ha soglie significative per i livelli di vigilanza "accettabile". Ad esempio, i punteggi KSS su 7 sono associati ad alti livelli di segni fisiologici di sonnolenza e prestazioni di guida compromesse25,27, mentre le valutazioni Samn-Perelli si riferiscono direttamente ai compiti di volo28. Per lo studio descritto in questo manoscritto, è stato utilizzato il Samn-Perelli, perché è stato originariamente sviluppato come misura di fatica soggettiva in una popolazione di studio composta da piloti. 28 mi la più del 24

Anche se la misurazione del sonno e della fase circadiana è una componente importante nella valutazione di un intervento, un risultato primario di interesse per gli studi sul campo è in genere prestazioni oggettive. Ci sono una varietà di test che sono stati sviluppati per valutare le prestazioni cognitive, ma il test più sensibile e affidabile per misurare gli effetti della perdita di sonno e disallineamento circadiano è il Sforzo Vigilanza Psicomotora (PVT). Il PVT originale (PVT-192) è un semplice test del tempo di reazione, in cui a un individuo viene presentato uno stimolo e viene richiesto di rispondere allo stimolo premendo un pulsante il più rapidamente possibile29. Il PVT è stato convalidato in condizioni di perdita di sonno acuta e cronica e disallineamento circadiano4,5,30. La durata del compito può essere variata in base alla progettazione dello studio31,32; anche se, la durata tradizionale di 10 min è preferito negli studi di laboratorio33,34. mentre un PVT di durata di 5 min è in genere più fattibile negli studi sul campo in cui le richieste operative possono interferire con la somministrazione del test35.

Inoltre, il PVT mostra pochi o nessun effetto di apprendimento ed è semplice da usare, rendendolo un test pratico per la distribuzione in ambienti sul campo in cui i partecipanti allo studio non possono essere osservati durante i test36. L'ubiquità dei dispositivi touch-screen consente una facile distribuzione del PVT, ma i ricercatori dovrebbero essere cauti quando si implementa il PVT, perché ci sono numerosi aspetti dei dispositivi touch-screen che possono introdurre errori nella raccolta di dati PVT37 ,38. Ad esempio, diverse combinazioni hardware e software hanno latenze di sistema diverse e altre applicazioni in esecuzione in background possono introdurre errori sconosciuti nei tempi di reazione registrati. Di conseguenza, è importante raccogliere dati PVT utilizzando un PVT convalidato, con hardware e software coerenti, con WiFi e con tutte le altre applicazioni disattivate. Inoltre, dato che non è pratico osservare i partecipanti allo studio durante i test in ambienti operativi, è fondamentale che i partecipanti siano addestrati a completare ogni PVT con il dispositivo con lo stesso orientamento, utilizzando lo stesso dito38, 39.

Ognuno di questi elementi di raccolta dei dati è importante e questi strumenti sono stati utilizzati in altri studi operativi negli ultimi40,41,42,43. Tuttavia, oltre alle sfide descritte in precedenza, può essere difficile ottenere la conformità alle procedure di studio quando i partecipanti sono tenuti a completare le attività in modo indipendente, soprattutto quando tali attività includono una componente sensibile al tempo. Un elemento finale importante nella raccolta dei dati negli ambienti operativi è l'organizzazione delle informazioni in modo da semplificare il completamento tempestivo delle attività da parte degli utenti. L'applicazione NASA PVT per dispositivi touchscreen può essere personalizzata per presentare le attività ai partecipanti in sequenza, guidandoli attraverso procedure di studio. Ad esempio, nello studio qui presentato, i piloti delle compagnie aeree sono dotati di dispositivi touchscreen precaricati con un'applicazione che viene utilizzata per completare i diari del sonno ogni mattina e sera. I dispositivi sono utilizzati anche per completare i test PVT e le valutazioni della fatica, tra le altre attività, al mattino, al top di discesa (TOD) di ogni volo, post-volo e la sera prima di andare a letto. Questa presentazione di informazioni ha permesso ai piloti di completare le procedure di studio con il minimo inconveniente per i loro compiti legati al lavoro.

Può essere molto difficile raccogliere dati tra i piloti, in quanto la natura del lavoro richiede loro di percorrere lunghe distanze e lavorare in spazi ristretti (cioè cabine di pilotaggio) con molte distrazioni e carichi di lavoro spesso imprevedibili. Nonostante queste sfide, è fondamentale raccogliere dati in questa popolazione, perché la fatica del pilota è una minaccia per le operazioni di aviazione sicure40,44,45. L'elevata intensità delle operazioni aeree favorisce il degrado delle prestazioni dell'equipaggio e aumenta il rischio di incidenti legati alla fatica46,47,48,49,50. Utilizzando la combinazione di metodi descritti sopra, abbiamo misurato il sonno, i ritmi circadiani, la fatica e le prestazioni tra 44 piloti di compagnie aeree a corto raggio nell'arco di 34 giorni. Durante lo studio, i piloti hanno volato un programma fisso che includeva una raccolta di dati di base con 5 giorni di voli di metà mattina, quattro voli in anticipo, quattro voli di metà giorno ad alto carico di lavoro e quattro voli in ritardo atterrati dopo la mezzanotte. Ogni blocco di lavoro è stato separato da 3-4 giorni di riposo. Questi risultati dimostrano come la raccolta completa dei dati, comprese le misure del sonno, i ritmi circadiani, la fatica e le prestazioni, possa essere utilizzata in ambienti operativi.

In questo caso, lo scopo dello studio era quello di valutare il sonno, i ritmi circadiani, la fatica e le prestazioni in base all'ora di inizio del dovere come segue. 1) Linea di base: durante il primo blocco di servizio, tutti i piloti hanno lavorato 5 giorni, ciascuno dei quali comprendeva due voli di circa 2 h ciascuno, a partire dalla metà del mattino, per consentire un adeguato episodio di sonno notturno. Questo blocco è stato seguito da 4 giorni di riposo. 2) Inizio anticipato: durante il blocco anticipato, tutti i piloti lavoravano 5 giorni, ciascuno con due voli di circa 2 ore, ciascuno a partire dalle 5:00 e dalle 8:00. Questo blocco è stato seguito da 3 giorni di riposo. 3) Turni ad alto carico di lavoro a metà giornata: durante il blocco di servizio di metà giornata, tutti i piloti lavoravano 5 giorni, ciascuno dei quali comprendeva 2-4 voli di 2-6 h ciascuno, a partire da circa metà giornata. Questo blocco è stato seguito da 3 giorni di riposo. 4) Finiture tardive: durante il blocco di servizio tardivo, tutti i piloti hanno lavorato 5 giorni, che comprendevano due voli di circa 3 h ciascuno, a partire dal tardo pomeriggio intorno alle 16:00 e terminando intorno a mezzanotte. Questo blocco è stato seguito da 3 giorni di riposo.

Protocol

Questo studio è stato approvato dall'Institutional Review Board (IRB) del NASA Ames Research Center, e tutti i soggetti hanno fornito il consenso informato scritto. Tutte le procedure di studio sono conformi a quelle del protocollo approvato dall'IRB della NASA (numero di protocollo HRI-319).

1. Selezione e preparazione dei partecipanti per l'esperimento

  1. Determinazione del programma di studio
    1. Includere un periodo di raccolta dei dati di base per valutare i risultati in assenza di intervento.
  2. Identificare quando raccogliere dati durante l'esperimento
    1. Quando si valuta la fatica, è fondamentale che le misure dei risultati includano più di un punto dati a causa di variazioni dell'ora del giorno nella fatica e nelle prestazioni.
    2. Raccogliere i dati sulle prestazioni in combinazione con attività critiche dal punto di vista operativo quando possibile. Nel caso dei piloti di linea, è utile raccogliere un PVT e la valutazione della fatica al TOD di un volo, che è nella fase finale della crociera, poco prima che si verifichi il compito critico di atterraggio.
      NOT: Potrebbero essere necessari più dati PVT in volo per valutare i risultati per voli più lunghi o in altri ambienti operativi. Un ricercatore può essere interessato, ad esempio, al cambiamento della fatica durante una pausa di riposo, che richiede l'assunzione di misure prima e dopo la pausa.
  3. Le procedure di assunzione possono variare a seconda degli obiettivi dello studio. Assicurarsi che i partecipanti siano impiegati da un'unica organizzazione e che rappresentino la popolazione tipica dell'organizzazione scelta; pertanto, non è necessario applicare ulteriori criteri di screening.
    NOT: In ambienti di laboratorio, i partecipanti sono in genere sottoposti a screening fuori dalla partecipazione se hanno condizioni di salute croniche o punteggio fuori dalla portata normale su questionari di disturbo del sonno. In ambienti operativi, i partecipanti possono avere condizioni croniche e disturbi del sonno non diagnosticati, ma questi individui dovrebbero generalmente essere inclusi negli studi al fine di misurare l'efficacia degli interventi in un ampio spettro di lavoratori. Le persone dovrebbero essere invitate a partecipare allo studio tramite e-mail o presentazione di persona alla popolazione di interesse.
    1. Chiedi ai partecipanti di impegnarsi direttamente con il personale di studio e di assicurare loro che le decisioni in materia di occupazione non saranno prese sulla base di dati individuali.
    2. Prendere tutte le precauzioni aggiuntive che potrebbero essere necessarie per proteggere la riservatezza dei partecipanti dal loro datore di lavoro, come ottenere un certificato di riservatezza dal National Institute of Health o una lettera da parte della direzione aziendale assicurando volontari che il loro lavoro non sarà influenzato dalla loro partecipazione allo studio.
    3. I partecipanti devono essere sottoposti a consenso informato per confermare che la partecipazione alla ricerca è strettamente volontaria. Assicurarsi che i volontari interessati possano seguire il programma di lavoro dello studio e scoraggiarli dai turni di lavoro commerciali durante lo studio.
  4. Invita i partecipanti che si sono offerti volontari nello studio a partecipare a una sessione di formazione/briefing da 30-60 min.
    1. Fornisci ai partecipanti un kit di raccolta dati che include il monitor attività, il dispositivo touchscreen con l'applicazione appropriata installata e i materiali di raccolta delle urine. Chiedi ai partecipanti di compilare questionari di base [ad esempio, Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI)51, Fatigue Severity Scale (FSS)52, Epworth Sleepiness Scale (ESS)53, Checklist of Individual Strength (CIS)54, Morningness/Eveningness Questionnaire (MEQ)55] per stimare la prevalenza dei problemi di sonno di base nella popolazione. Questi questionari possono anche essere utilizzati come covariati nell'analisi dei dati.
    2. Rivedere tutti gli aspetti dello studio con i partecipanti e formarli sulle procedure per il completamento di questionari e test di studio. Chiedi ai partecipanti di completare un diario del sonno e tutti i questionari giornalieri di fronte al personale dello studio per assicurarsi che il partecipante comprenda come completare le domande e utilizzare l'applicazione. Formare i partecipanti sulle procedure appropriate per il completamento del PVT come descritto nella sezione 6 riportata di seguito.
    3. Fornire ai partecipanti un monitoraggio dell'attività convalidato dalla ricerca. Istruire i partecipanti a indossare sempre il monitor di attività, rimuovendolo solo quando può essere immerso in acqua. Chiedere ai partecipanti di annotare il tempo di rimozione del monitor attività nell'applicazione.
    4. Fornire ai partecipanti materiali per la raccolta delle urine e orientarli alle procedure di raccolta delle urine. Se un partecipante non è disposto o non è in grado di raccogliere campioni di urina, questo elemento dello studio può essere incluso come sotto-studio facoltativo se approvato dal comitato di revisione etica.

2. Progettazione sperimentale

  1. Programma di lavoro: assicurati che tutte le persone seguano lo stesso programma (o una pianificazione bilanciata nel caso di un esperimento casuale). Inoltre, includere una condizione di base o placebo nell'esperimento per interpretare i risultati in assenza di intervento o di manipolazione della pianificazione.
    NOTA:
    sarà probabilmente necessario lavorare a stretto contatto con l'organizzazione partner per implementare la pianificazione sperimentale. Altre considerazioni possono essere necessarie a seconda della popolazione da studiare. Nel caso del nostro studio, in cui abbiamo valutato i piloti delle compagnie aeree a corto raggio, abbiamo progettato un programma che permetteva loro di tornare a casa ogni giorno per garantire che avessero un ambiente di sonno coerente. Il calendario finale per la valutazione dei risultati di interesse dovrebbe essere simile a quello illustrato nella figura 1.
    1. Protocollo di raccolta dati nei giorni non lavorativi:
      1. Istruisci i partecipanti a completare il diario del sonno ogni giorno entro 30 minuti dal risveglio e dall'andare a letto.
      2. Chiedere ai partecipanti di indossare continuamente il monitor di attività.
      3. Istruire i partecipanti a completare una scala di fatica Samn-Perelli (SP) e un PVT 3 volte al giorno: mattina (1-2 h dopo il risveglio), metà giornata (8-9 h dopo il risveglio) e sera (1-2 h prima di andare a letto).
    2. Protocollo di raccolta dei dati nei giorni lavorativi:
      1. Istruisci i partecipanti a completare il diario del sonno ogni giorno entro 30 minuti dal risveglio e dall'andare a letto.
  2. Pianificazione della raccolta dei dati: assicurarsi che il programma di raccolta dei dati includa la raccolta dei dati PVT in orari rilevanti dal punto di vista operativo e in più momenti al giorno (almeno, mattina, metà giornata e sera) al fine di valutare le variazioni delle prestazioni associati alla perdita di sonno o al disallineamento circadiano. Inoltre, verificare che la pianificazione della raccolta dati non sovraccarichi il partecipante con la raccolta di dati non necessaria.
    NOT: L'equilibrio tra la raccolta di informazioni sufficienti per valutare gli interventi e il non sovraccaricare il partecipante è fondamentale per mantenere la conformità allo studio e ridurre al minimo il ritiro dallo studio.

3. Procedure di raccolta dell'attivigrafia

  1. Selezionare un monitor attività convalidato rispetto al PSG in un ambiente di laboratorio (Figura 2).
    NOT: Alcuni monitor attività includono funzionalità aggiuntive, come la temperatura e la frequenza cardiaca, ma come descritto in precedenza, queste caratteristiche possono essere influenzate dalle attività di un individuo. Due utili funzioni disponibili su alcuni dispositivi sono gli indicatori di evento e i sensori di luce. Le informazioni sull'illuminazione possono essere utili nell'interpretazione delle informazioni sulla fase circadiana e gli indicatori di evento possono essere utilizzati per contrassegnare le rimozioni del monitor di attività e del time-in-bed, ma queste funzionalità non sono necessarie per la raccolta delle informazioni sul sonno.
  2. Istruire i partecipanti a indossare il monitor di attività in modo completo e fissato in modo sicuro sul polso della mano non dominante durante l'intero periodo sperimentale. Se il monitor di attività non è fissato in modo sicuro al polso, i conteggi delle attività potrebbero essere compromessi. Dimostrare un adeguato adattamento durante la sessione di briefing pre-studio.
  3. Istruire i partecipanti a indossare il monitor di attività durante l'esercizio, ma rimuoverlo prima di nuotare e fare la doccia. Le rimozioni del monitor di attività devono essere annotate nel diario del sonno quotidiano per distinguere l'inattività dovuta alle rimozioni del monitor di attività dai sonnellini.
  4. Se il monitoraggio dell'attività include una funzione di indicatore di evento, chiedere al partecipante di colpire il marcatore ogni volta che il monitoraggio dell'attività viene rimosso. Inoltre, istruisci il partecipante a premere il marcatore dell'evento quando va a letto e si sveglia per ogni episodio di sonno. Questo migliorerà le informazioni ottenute nel diario del sonno e aiuterà nell'analisi.

4. Questionario basato su app, diario del sonno e raccolta PVT

  1. Selezionare l'applicazione per la raccolta giornaliera dei dati.
    NOT: I questionari basati su app devono essere confrontati con le versioni cartacee convalidate per garantire che le versioni basate su app riflettano fedelmente gli strumenti originali. In particolare, i questionari che includono scale analogiche visive devono essere controllati per verificare che gli sviluppatori di app non abbiano trasformato i risultati in scale di tipo Likert. Allo stesso modo, tutte le domande e le risposte devono essere controllate per confermare che le opzioni di lingua e risposta originali sono completamente incluse e che la visualizzazione delle domande e delle risposte non è compromessa dalle dimensioni dello schermo del dispositivo in uso.
  2. Questionari: chiedi ai partecipanti di compilare questionari di base (illustrati nella sezione 1.4.1) e informazioni demografiche prima di impegnarsi in qualsiasi procedura di studio per facilitare l'interpretazione dei risultati dello studio.
  3. Diari del sonno: chiedi ai partecipanti di completare il diario del sonno prima e dopo l'episodio principale del sonno dell'individuo. È auspicabile fornire ai partecipanti un diario del sonno basato sull'applicazione piuttosto che carta perché 1) è facile per il partecipante completare e 2) diari di sonno basati sull'applicazione sono marcati nel tempo, il che riduce al minimo la possibilità che un individuo completare retroattivamente il diario del sonno.
    1. Svegliare il diario del sonno: al risveglio dall'episodio di sonno principale, hanno partecipanti indicano 1) tempo di sveglia, 2) numero e durata dei risvegli, e 3) qualità del sonno.
    2. Diario del sonno in orario di notte: appena prima di andare a letto, istruire i partecipanti a documentare la durata e la tempistica di eventuali sonnellini e tempi di notte previsti.
  4. PVT: istruisce i partecipanti a prendere il PVT in tempi prestabiliti durante tutto lo studio utilizzando una metodologia precisa come descritto di seguito (nella sezione 6).
  5. Presentare le informazioni di studio in modo chiaro e conciso, in modo che i partecipanti siano presentati con compiti in modo da consentire loro di determinare rapidamente ciò che devono fare.
    NOT: Usiamo l'app NASA PVT per i nostri studi. Il PVT NASA è un'applicazione per dispositivi touchscreen sviluppata presso il NASA Ames Research Center. L'applicazione è personalizzata per ogni esperimento per includere o escludere vari questionari in base alle esigenze. L'app presenta ogni attività che un partecipante deve completare in sequenza (vedere la Figura3). Per il presente studio, la pagina principale dell'app visualizza tre collegamenti principali: "Iscrizione allo studio", "Giorno di riposo" e "Giorno del servizio". Il link "Iscrizione allo studio" include i seguenti questionari da completare durante la giornata di formazione: Dati demografici, MEQ, CIS ed ESS. Dopo il completamento, il link non è visibile ai partecipanti. Il link "Giorno di riposo" include i questionari da completare durante i giorni di riposo: diario del sonno mattutino; SP e PVT per mattina, pomeriggio e sera; e diario del sonno serale, presentato in questo ordine. Il link "Giorno del dovere" mostra tre collegamenti principali: Mattina (diario del sonno); Attività di lavoro; e Sera (diario del sonno). Il collegamento Attività di lavoro è composto da tre collegamenti: Pre-flight (SP, PVT, tempo di percorreggiatore); Registrazione a TOD, che visualizza il numero di voli selezionati dal partecipante per completare i test per quel particolare volo (SP, PVT); e dopo il volo (SP, PVT).

5. Procedura di raccolta dell'urina

  1. Utilizzare la raccolta delle urine per misurare la produzione di aMT6s per stimare la fase circadiana (adattata perla raccolta delle urine nei piloti dalle procedure sviluppate da Lockley 18 e Hull56).
    1. Indicare ai partecipanti di raccogliere campioni di urina in seguito a qualsiasi intervento che si prevede sposti fase circadiana. Fornire ai partecipanti il kit di urina, il registro delle urine e le istruzioni nel giorno dell'allenamento. Il kit urina (Figura 4) comprende un cappello urinario o contenitore di raccolta orinatoio, diverse pipette, cinque tubi di raccolta urina etichettati per 24 h raccolta, due tubi extra e etichette adesivo bianco, pulito biohazard zip-lock sacchetti, materiali di spedizione, un ghiaccio un registro di raccolta delle urine (Figura 5) e una copia delle istruzioni per il riferimento durante ogni blocco di raccolta (delineato nella sezione 5.2).
    2. Istruzioni generali per la panoramica: informare i partecipanti che devono raccogliere tutte le urine prodotte in un periodo di 24 ore. Il primo blocco di raccolta inizia dal momento in cui il partecipante si sveglia il primo giorno di raccolta delle urine e continua in blocchi da 4 h durante il giorno e un blocco di 8 h durante la notte. In totale, ogni collezione da 24 h comprende cinque campioni.
    3. Fornire ai partecipanti le istruzioni riportate di seguito ed esaminare con loro ogni fase della procedura durante la formazione pre-studio. Assicurarsi che ai partecipanti venga fornita un'etichetta di spedizione indirizzata prepagata.
  2. Utilizzare le seguenti istruzioni di raccolta delle urine per i partecipanti:
    Quando ti svegli il primo giorno vai in bagno come al solito. Inizierai a raccogliere le urine dopo aver fatto il bagno per la prima volta.
    All'inizio di ogni blocco di raccolta registrare la data, l'ora di inizio e l'ora di fine approssimativa del blocco di raccolta nel log di raccolta (ad esempio, 07:00–11:00 AM). Si potrebbe urinare più di una volta durante un blocco di raccolta 4 h (o durante il blocco di raccolta notte 8 h). In questo caso, urinare nello stesso contenitore di raccolta delle urine.. Ad esempio, durante la finestra di raccolta 07:00-11:00 è possibile urinare alle 08:00 e alle 10:55. Entrambi questi vuoti di urina si mescolano insieme nello stesso contenitore di raccolta. Alla fine del blocco di raccolta si prenderà un campione. Ogni volta che urinate, registrate l'ora esatta di urinare sul registro di raccolta. Ogni volta che urinate, tutta l'urina dovrebbe andare nel contenitore di raccolta.
    Svuotare la vescica appena prima di prelevare un campione. Ad esempio, se il blocco di raccolta termina alle 11:00, provare a urinare nel contenitore della raccolta poco prima delle 11:00 AM, quindi prendere il campione. Alla fine del blocco di raccolta, registrare il volume totale delle urine raccolte utilizzando le marcature sul contenitore.
    Prendere una nuova pipetta e trasferire una piccola quantità di urina dal contenitore di raccolta in un piccolo tubo. Riempire il tubo con sufficiente urina in modo che sia almeno mezzo pieno. Capovolo il tubo. Non riempire completamente il tubo, perché l'urina si espande quando è congelato e può rompere il tubo se riempito troppo. Dopo aver riempito il tubo, allora si può buttare via la pipetta. Ogni tubo campione è etichettato con un numero e disposto in ordine numerico. Utilizzare i tubi campione in ordine numerico (ad esempio, utilizzare prima 1, poi 2 e così via).
    Mettere il piccolo tubo in un sacchetto biorischio zip-lock. Posizionare il grande sacchetto a chiusura cerniera nella scatola di spedizione con un pacchetto freddo. Dopo aver preso il campione, registrare il numero del tubo e l'ora di clock in cui è stato portato il campione nel registro di raccolta, quindi scartare l'urina rimanente nella toilette. Risciacquare il contenitore di raccolta con acqua (non utilizzare altro che acqua per il risciacquo del contenitore di raccolta). Ripetere la procedura per i tre blocchi di raccolta diurni successivi (ad esempio, 11:00 AM–3:00 PM, 3:00 PM–7:00 PM e 7:00 PM–11:00 PM).
    Per il blocco di raccolta durante la notte, raccogli il tuo quarto campione di giorno poco prima di andare a letto. Il contenitore di raccolta deve essere vuoto quando si va a letto. Il blocco di raccolta notturna includerà tutta l'urina che urina durante la notte, così come l'urina dalla prima volta che si urina al mattino. Quando ti svegli la mattina, urinare nel contenitore di raccolta. Qualsiasi urina della notte sarà mescolata con questa prima urina che si produce al mattino. Se non ti svegli durante la notte, il campione notturno può includere solo la tua prima minzione mattutina. Dopo aver urinato per la prima volta il giorno 2, il blocco di raccolta durante la notte è completo.
    Si prega di raccogliere tutte le urine che si producono in un periodo di 24 ore. Se urinate accidentalmente nella toilette, notatelo sul registro di raccolta delle urine e fateci sapere che avete perso una collezione."

6. Metodi di amministrazione PVT

NOT: Come descritto nell'introduzione, NASA-PVT è un test di 5 min di attenzione sostenuta, tempo di reazione che misura la velocità con cui gli individui rispondono a uno stimolo visivo. La durata del test può essere modificata in base alla progettazione dello studio. Ci sono numerosi progetti PVT che sono stati sviluppati, compresi quelli che illuminano un target35,57 o modello di scacchiera39. La NASA-PVT è stata progettata per imitare il dispositivo PVT-192 di laboratorio in cui il bersaglio è sotto forma di contatore dei millisecondi.

  1. Leggi le seguenti istruzioni per ogni partecipante per assicurarti che ciascuno riceva lo stesso allenamento: "Si prega di tenere il dispositivo in posizione orizzontale ogni volta e passare il pollice sopra il dispositivo entro pochi millimetri dallo schermo per tutto il tempo in cui si è facendo questo test. Durante il test, tocca lo schermo usando il pollice della tua mano dominante (cioè la mano con cui scrivi in genere) non appena vedi i numeri rossi che scorrono nella casella. È necessario utilizzare il pollice dalla mano dominante per rispondere agli stimoli in tutti i test. I numeri nel display mostrano la velocità di risposta ogni volta. Più piccolo è il numero, meglio hai fatto. Cerca di fare del tuo meglio e ottieni il numero più basso che puoi ogni volta. Se tocchi lo schermo troppo presto (prima che vengano visualizzati i numeri) vedrai un messaggio di errore ('FS') che indica un falso inizio. Se tocchi usa il pollice non dominante, vedrai il messaggio "ERR", che indica un errore. Evitare 'FS' e 'ERR'. Se ti dimentichi di sollevare il pollice, la schermata di testo ti ricorderà dopo un breve periodo di tempo." Figura 6 viene visualizzato lo schermo della Demo NASA-PVT mostrando la posizione corretta del dispositivo touchscreen durante l'acquisizione del PVT e la posizione del pollice.
  2. Indica ai partecipanti di mantenere il dispositivo touchscreen in modalità Aereo, con WiFi spento in ogni momento.
    NOT: Ciò è particolarmente importante per il compito PVT in cui l'accuratezza del cronometro interno è influenzata dalle funzioni di connettività, influenzando così il tempo di reazione38.
  3. Istruire i partecipanti ad avviare il PVT in un momento che è libero da distrazioni. Se si verificano distrazioni, chiedi ai partecipanti di notare il numero di distrazioni all'interno dell'applicazione dopo il test.
    NOT: Date le esigenze degli ambienti operativi, è possibile che i partecipanti non siano in grado di completare un test PVT pianificato. In questo caso, i partecipanti devono essere istruiti a prendere il PVT il più presto possibile dopo il test perso. È inoltre importante informare i partecipanti che devono mantenere almeno 30 min tra le sessioni di test PVT.

Representative Results

Utilizzando i metodi descritti, siamo stati in grado di raccogliere oltre 700 giorni di dati e oltre 3.000 PVT e valutazioni della fatica tra 44 piloti a corto raggio7. L'obiettivo di questo studio era quello di caratterizzare i cambiamenti nel sonno, nella fase circadiana, nella valutazione della fatica e nelle prestazioni tra i piloti a corto raggio per inizio e carico di lavoro durante i voli diurni.

Per tenere conto della progettazione dello studio all'interno dei soggetti, tutti gli effetti di condizione sono stati valutati per i risultati del sonno e delle prestazioni utilizzando l'analisi ripetuta delle misure della varianza con covarianze non strutturate, utilizzando il partecipante come fattore ripetuto. Per valutare se i risultati di sonno e prestazioni variavano in base al giorno in base a un determinato programma, sono stati applicati modelli di effetti misti lineari ai cambiamenti di sonno e prestazioni per giorno. Per tenere conto delle differenze individuali nell'adattamento a un determinato programma, l'intercettazione e la pendenza sono state autorizzate a variare in base all'individuo.

Il primo obiettivo affrontato con questi metodi è stato quello di esaminare l'impatto dell'orario di inizio del dovere sul sonno. La durata del sonno, l'ora di andare a dormire, il tempo di veglia e la qualità del sonno sono stati calcolati utilizzando il diario del sonno e l'attivigrafia. Un esempio dell'actogram derivato dal monitoraggio attività è illustrato nella Figura 7. È stato dimostrato che la tempistica e la durata del sonno variavano in modo significativo in funzione dell'ora di inizio del lavoro utilizzando l'analisi di regressione a effetti misti. La tabella 1 mostra l'ora di andare a dormire, l'ora di veglia, la durata del sonno e la qualità del sonno per tipo di programma, come riportato dai partecipanti nel diario del sonno. I partecipanti sono andati a letto in media intorno alle 23:10 (SD - 1:41) sul blocco di base. L'ora di andare a dormire per il blocco di orario dei dazi anticipati differiva significativamente dalla linea di base (p < 0,01) con i partecipanti che segnalavano le prime ore di andare a dormire. Anche gli orari di perlatura per gli orari di mezzogiorno e di fine servizio differivano significativamente dalla linea di base (p < 0,01), con i partecipanti che segnalavano orari di andare a dormire più tardi. I partecipanti sono andati a letto in modo significativo più tardi (p < 0,01) nei giorni di riposo rispetto al basale.

Nella figura 8 viene visualizzata la durata media del sonno derivata per giorno per ogni tipo di pianificazione. I partecipanti hanno ottenuto un sonno significativamente inferiore (p < 0,01) alle partenze anticipate rispetto al basale. La durata del sonno negli altri tipi di pianificazione non era diversa dalla linea di base. Latenza del sonno e l'efficienza del sonno ottenuta da attività non erano significativamente diversi dalla linea di base per uno qualsiasi dei tipi di pianificazione. Wake dopo l'insorgenza del sonno (WASO) era significativamente diverso per le prime partenze rispetto al basale (p < 0,05), con i piloti che riportavano di essere più svegli durante le prime partenze. Non vi sono state differenze tra la linea di base e altri tipi di pianificazione. Non vi sono state differenze significative tra i giorni di riposo e la linea di base.

Il secondo obiettivo affrontato con questi metodi è stato quello di esaminare l'impatto dell'ora di inizio del dazio sulla fase circadiana, misurato da aMT6. La tempistica di picco (acrofase) del ritmo aMT6s è un marcatore affidabile della fase circadiana58. La figura 9 mostra un esempio del ritmo circadiano di aMT6s superiore a 24 h per un individuo, mentre la figura 10 mostra l'acrofase di aMT6s per ogni individuo che ha partecipato alle procedure di raccolta delle urine per blocco di studio. Coerentemente con i risultati sul sonno, si è scoperto che la fase circadiana media è stata significativamente spostata in base all'ora di inizio del lavoro. È importante notare le informazioni di raccolta dei dati mancanti in Figura 10. Alcuni individui hanno avuto difficoltà con le procedure di raccolta delle urine per alcuni dei blocchi o hanno dimenticato di registrare i tempi della loro raccolta di campioni. In questi casi, non è stato possibile generare stime affidabili della fase circadiana dalla concentrazione di aMT6s e di conseguenza mancano alcuni dati. In situazioni in cui la raccolta di informazioni sulla fase circadiana è importante, può essere prudente chiamare i partecipanti prima di ogni raccolta di urina per assicurarsi che le procedure siano seguite correttamente.

Il terzo obiettivo affrontato con questi metodi è stato quello di esaminare l'impatto del tempo di inizio del dazio sulla fatica auto-segnalata misurata da SP e sulle prestazioni oggettive misurate dal PVT. Coerentemente con i risultati ottenuti con il sonno, utilizzando l'analisi di regressione con effetti misti, abbiamo scoperto che sia i tempi di affaticamento (Tabella 2) che i tempi di reazione PVT (Figura 11) erano peggiori durante le partenze anticipate, i turni di metà giorno ad alto carico di lavoro e le finiture tardive, relativo alla raccolta dei dati di base (p < 0.001 SP; p < 0.01 PVT RT). I partecipanti hanno mostrato un aumento significativo degli intervalli per ogni tipo di pianificazione rispetto alla linea di base (p < 0,01 in anticipo; p < 0,05 metà giornata; p < 0,01 in ritardo). Le prestazioni nei giorni di riposo erano simili a quelle della linea di base. Questi risultati sono descritti anche nella tabella 3.

Figure 1
Figura 1: Protocollo di studio per ora del giorno per ogni giorno dello studio. Le barre grigio scuro rappresentano i periodi di volo, inclusi il tempo di segnalazione pre-volo (barre aperte) e le barre grigio chiaro rappresentano i periodi di sonno. I giorni da 1 a 5 rappresentano il blocco di servizio di base, i giorni 10-14 rappresentano l'inizio del primo dovere, i giorni 18-22 rappresentano l'inizio del dovere di mezzogiorno e i giorni 26-30 rappresentano gli inizi in ritardo. Le barre ombreggiate rappresentano il blocco del primo giorno post-servizio quando viene raccolta l'urina. Questa cifra è riprodotta da Flynn-Evans et al.7. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Il dispositivo di monitoraggio dell'attività/accelerometro indossato sul polso della mano non dominante. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Esempio di test eseguiti durante i giorni di riposo utilizzando l'applicazione touchscreen. Da sinistra a destra: (A) la pagina principale dell'app visualizza due collegamenti; (B) il giorno di riposo mostra tre collegamenti: mattina, mezzogiorno, sera; (C) il collegamento del mattino visualizza le prove effettuate al mattino; (D) il collegamento di mezzogiorno visualizza i test effettuati nel pomeriggio e (E) il collegamento serale visualizza il test effettuato la sera. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Kit urina. Il kit contiene (A) un cappello orinatoio o un contenitore per la raccolta orinatoio, (B), (C) ottodio di raccolta urina, (D) etichette adesive bianche, (E) un sacchetto per il rischio biologico, (F) e spedizione (G) Materiali. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Esempio del registro di raccolta delle urine.

Figure 6
Figura 6: Attività di Vigilanza psicomotoria (PVT). (A) Il dispositivo touchscreen è orientato in posizione orizzontale e i pollici vengono visualizzati sullo schermo all'inizio del test. (B) i tempi di reazione vengono visualizzati su un riquadro rettangolare nella parte centrale superiore dello schermo. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: Actogramma dei cicli sonno-veglia su 24 h per 14 giorni. Il colore blu scuro rappresenta i periodi di sonno; l'azzurro rappresenta i periodi di riposo. Il colore nero rappresenta il movimento. Il colore giallo rappresenta la luce. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: Durata media del sonno derivata dall'attività per giorno per ogni tipo di pianificazione. Il giorno 1 rappresenta la notte di sonno prima del primo periodo di lavoro di un determinato blocco. Un asterisco indica una differenza significativa (Se < 0,05, P < 0,01) nei mezzi tra la condizione di base e il blocco di avvii anticipati. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 9
Figura 9: profilo aMT6 per i cinque contenitori per la raccolta delle urine per ogni episodio di raccolta dati per un singolo partecipante. I dati vengono stampati due volte. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 10
Figura 10: 6-sulfatoxymelatonina (aMT6) acrofase (picco) per ora (24 ore) di nadir circadiano e tipo di programma per ogni individuo. Cerchi pieni e aperti, triangoli, quadrati rappresentano i singoli partecipanti. Questa figura è riprodotta da Flynn-Evans et al.7Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figure 11
Figura 11: Attività di reazione media (PVT) psicomotoria (PVT), intervalli (RT >500ms) e velocità di risposta (media 1/RT) per giorno per ogni tipo di pianificazione. Gli asterischi che seguono ogni pendenza indicano cambiamenti nelle prestazioni di giorno in quella condizione. Le parentesi indicano le differenze nella pendenza tra le prestazioni della linea di base e la pendenza delle prestazioni in ciascuna delle altre condizioni (p; 0,05 USD, p ). Linea di base: cerchi pieni, cerchi aperti, cerchi aperti, triangoli pieni a metà giornata, triangoli aperti. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Programma di lavoro N Ora di andare a letto (h, SD) Tempo di riattivazione (h, SD) Durata del sonno (h, SD) Qualità del sonno (SD)
Linea di base (rif.) 39 23:10 (1:41) 7:20 (1:49) 8.2 (0.9) 2.4 (0.7)
presto 42 21:14 (1:01)** 4:29 (0:47) 7.4 (0.9)** 2.5 (0.6)
mezzogiorno 41 01:19 (0:43)** 9:11 (0:58) 7.9 (1.1) 2.3 (0.6)
essere in ritardo 40 02:18 (1:07)** 9:57 (1:11) 7.8 (1.4)* 2.3 (0.7)
Giorni di riposo 42 23:47 (0:50)** 8:16 (0:58) 8.5 (0.9)* 2.4 (0.5)

Tabella 1: Risultati del sonno derivati dal diario (bedtime, tempo di veglia, durata del sonno e qualità del sonno) per tipo di programma. < 0,05, < 0,01; h - ora, SD - deviazione standard. Questa tabella è riprodotta da Flynn-Evans et al.7

Programma di lavoro Media (SD) valore p
Linea 3.51 (0.80) arbitro.
Prezio 4.03 (0.88) < 0.001
Dazio di mezzogiorno 3.85 (0.90) < 0.001
Dovere tardivo 3.85 (0.89) < 0.001

Tabella 2: Mezzi e deviazione standard per i punteggi Samn-Perelli (SP) per blocco di dazi. Una valutazione più alta indica una maggiore fatica.

Programma di lavoro n (partecipanti) Tempo medio di reazione (ms, SD) Velocità di risposta (s, SD) Lapse medi (> 500 ms)
Linea di base (rif.) 38 236 (48) 4.84 (0.61) 3.1 (4.1)
presto 40 257 (70)** 4.63 (0.66)** 4.4 (5.4)**
mezzogiorno 39 261 (62)** 4.56 (0.66)** 4.7 (5.1)*
essere in ritardo 38 266 (64)** 4.51 (0.63)** 4.7 (5.0)**
Giorni di riposo 40 249 (56) 4.69 (0.62) 4.0 (4.5)

Tabella 3: Attività di vigilanza psicomotoria (PVT) tempo di reazione medio (RTT), velocità di risposta (media 1/RT) e scali (RT > 500 ms) per tipo di pianificazione. < 0,05, < 0,01; questa tabella è riprodotta da Flynn-Evans et al.7

Discussion

I metodi descritti in questo manoscritto forniscono informazioni sui modelli di sonno, le fasi circadiane, le valutazioni della fatica e le prestazioni dei piloti durante i voli diurni, tra cui partenze anticipate, voli a metà giornata ad alto carico di lavoro e finiture tardive. La combinazione di questi metodi ha dimostrato che questi fattori sono tutti influenzati da modesti cambiamenti nell'ora di inizio e nel carico di lavoro del lavoro. Valutando un programma di studio sistematico e integrando queste misure in un'applicazione touch-screen di facile utilizzo, una grande quantità di dati è stata raccolta in un ambiente difficile. L'utilizzo di questa combinazione di metodi ha consentito un'interpretazione più chiara dei cambiamenti nella vigilanza e nelle prestazioni durante i turni di lavoro diurni non tradizionali.

Questa progettazione e implementazione di metodi che misurano dati oggettivi sul sonno, circadiano, affaticamento e prestazioni sono stati fondamentali per consentire la determinazione di come il lavoro di avvio influenza i piloti durante i voli diurni in assenza di jet lag. Il protocollo è stato concepito per consentire confronti sistematici tra le condizioni, riducendo al contempo l'inconveniente per i partecipanti e massimizzando la raccolta dei dati a i tempi rilevanti dal punto di vista operativo. Si tratta di passaggi critici per la raccolta di dati significativi in ambienti operativi. Le misure sono state convalidate sia negli studi di laboratorio che in quelli sul campo, il che è importante per l'interpretazione dei risultati. Sebbene lo studio sia stato progettato per consentire ai partecipanti di completare le procedure di studio in modo indipendente, la sessione di briefing pre-studio è stata fondamentale per garantire che i volontari comprendessero le procedure di studio e l'importanza di mantenere la coerenza al completamento test di studio e domande, in particolare per il PVT.

La scoperta che la durata del sonno e la tempistica cambiano in base all'ora di inizio del lavoro è coerente con studi precedenti in campioni più piccoli di individui che hanno utilizzato il PSG per valutare il tempo di sonno59,60. Anche se ci si può aspettare che le partenze anticipate e le finiture tardive invadano la tempistica del sonno, l'ampio campione di dati raccolti in un ambiente operativo fornisce informazioni sui modi imprevisti in cui i partecipanti perdono il sonno. Ad esempio, la zona di manutenzione della veglia, che rappresenta l'unità più forte per essere sveglio, si verifica appena prima di un'ora di sonno abituale. Negli studi di laboratorio, i partecipanti hanno dimostrato di avere difficoltà a dormire durante la zona di vegliasveglia 61,62,63. Ci si aspettava che i partecipanti possano provare ad andare a letto poche ore prima del normale per prepararsi per le partenze anticipate. Ci si aspettava anche che, come risultato del tentativo di avviare il sonno durante la zona di manutenzione della veglia, i partecipanti possano presentare una lunga latenza del sonno durante il sonno precedente alle partenze anticipate; tuttavia, questo non era il caso. Questi dati evidenziano importanti differenze tra il laboratorio e il campo e dimostrano la necessità di raccogliere i dati del sonno in ambienti operativi.

Anche se le informazioni sulla fase circadiana sono state ottenute in un sottoinsieme di individui, i cambiamenti di fase circadiana osservati in ogni tipo di programma rispecchiavano i cambiamenti osservati nella tempistica del sonno. L'aggiunta della fase circadiana a questo protocollo ha migliorato la capacità di comprendere perché le valutazioni della fatica e le prestazioni sono cambiate in base al tempo di inizio del lavoro. La vigilanza e le prestazioni seguono un ritmo circadiano, con la vigilanza più bassa e le prestazioni più scarse tipicamente in coincidenza con la temporizzazione dell'acrofase di aMT6s. Anche se si è scoperto che i ritmi circadiani della maggior parte dei partecipanti si spostavano nella direzione prevista rispetto al programma di lavoro imposto, si è anche scoperto che questo spostamento era variabile tra gli individui. Ciò suggerisce che alcuni individui possono avere più difficoltà ad adattarsi a orari precoci o tardivi, causando modesto disallineamento circadiano. La combinazione di questi metodi ha migliorato l'interpretazione di queste conclusioni.

I dati sul sonno raccolti hanno anche permesso di comprendere meglio perché le valutazioni della fatica e le prestazioni sono cambiate rispetto ai diversi orari di lavoro. Ad esempio, si è scoperto che durante le partenze anticipate e finali, le valutazioni samn-Perelli e le prestazioni PVT erano più scarse di giorno in ognuno di questi programmi. Questo ha senso, perché i piloti hanno ottenuto meno sonno durante le partenze anticipate e finiture tardive rispetto al basale, il che significava che stavano accumulando debito di sonno con ogni giorno su quegli orari. Al contrario, anche le prestazioni del PVT sono state più ridotte di giorno durante le pianificazioni di avvio di metà giornata con carico di lavoro elevato. Durante il programma di mezzogiorno, la quantità di sonno ottenuta dai piloti non era diversa dalla durata del sonno durante la raccolta dei dati di base. Di conseguenza, questa scoperta suggerisce che le prestazioni più scarse osservate durante gli orari di lavoro di mezzogiorno non erano probabilmente guidate da una restrizione del sonno acuta. Sarebbe stato molto difficile interpretare le valutazioni di fatica e i dati sulle prestazioni senza i dati di sonno, rendendo importante la combinazione di questi metodi.

Anche se questi metodi sono stati progettati e implementati con successo, questo approccio può comportare alcune sfide. Ad esempio, è possibile che i partecipanti dimentichino quando o come completare alcune procedure. È utile comunicare regolarmente con i volontari per confermare che stanno completando le attività secondo il protocollo, soprattutto durante la prima fase della raccolta delle urine. Inoltre, il rischio di perdita di dati aumenta con l'aumentare della durata dello studio, perché gli individui possono perdere o danneggiare i loro dispositivi di studio. Se uno studio è previsto per diverse settimane, come è stato il caso di questo studio, allora può essere auspicabile scaricare i dati al punto medio dello studio per ridurre la potenziale perdita di dati e rivedere la conformità con il protocollo. Dati insufficienti o mancanti possono ridurre l'interpretazione dei risultati, quindi occorre prestare attenzione per garantire che le persone raccolgono i dati in modo appropriato.

Esistono molte possibili applicazioni per questi metodi in altre impostazioni operative. Questi metodi possono essere utilizzati per caratterizzare il sonno, la fase circadiana, la fatica e le prestazioni nelle occupazioni con pratiche di pianificazione insolite o considerazioni ambientali, ad esempio durante il volo spaziale o le operazioni militari. Inoltre, ci sono molti interventi promettenti e contromisure valutati in ambienti di laboratorio, come l'uso di luce arricchita di blu per accelerare il cambiamento di fase circadiano, il pipping strategico sul posto di lavoro, l'ipnotica per massimizzare il sonno opportunità e stimolanti come la caffeina per migliorare la vigilanza. Anche se tali approcci possono essere dimostrati efficaci in condizioni di laboratorio controllate, l'impiego di tali strumenti e tecnologie in ambienti operativi deve essere valutato per confermare la loro efficacia nel ridurre la fatica nel mondo reale. La combinazione di attività, diari del sonno, informazioni di fase circadiana, valutazioni della fatica e raccolta PVT, combinata con un'applicazione software facile da usare per facilitare l'amministrazione delle attività, fornisce dati adeguati per valutare l'efficacia degli interventi. La combinazione di questi metodi ha un significativo potenziale di traduzione per altri ambienti operativi complessi, in cui potrebbe essere difficile implementare sforzi di raccolta dati più invasivi.

Disclosures

EEFE è una consulente per Baby Sleep Science e ha ricevuto finanziamenti di viaggio dalla Washington State University, dall'Università di Chicago, dai Puget Sound Pilots, dal National Safety Council e dall'American Academy of Sleep Medicine and Sleep Research Society. Gli altri autori non hanno alcuna divulgazione da segnalare.

Acknowledgments

Ringraziamo i partecipanti allo studio e il personale delle compagnie aeree per il loro sostegno nella raccolta dei dati. Ringraziamo anche i membri del Fatigue Countermeasures Laboratory del NASA Ames Research Center per la loro assistenza in questo progetto. Questa ricerca è stata supportata dal Programma di Sicurezza A livello di Sistema della NASA.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Actiwatch Spectrum Pro Philips Respironics, Bend OR, USA 1099351 The number listed in the Catalog Number section is the Reference number for Actiwatch Spectrum Pro.
iPod Touch 5Th gen Apple Inc., Cupertino CA, USA A1509 The number listed in the Catalog Number section is the Model number. Newer generations of iPods can be used for data collection.
Medline DYND30261 Zip-Style Biohazard Specimen Bags, Plastic, Latex Free, 9" Length, 6" Width, Clear Medline Industries, Inc., Northfield IL DYND30261 The number listed in the catalog Number section is the Part number
Medline DYND80024 24 h Urine Collection Bottle, 3,000 mL Medline Industries, Inc., Northfield IL DYND80024 The number listed in the catalog Number section is the Part number
Moveland 3 mL Disposable Plastic Transfer Pipettes Moveland
Nordic Ice NOR1038 No-Sweat Reusable Long-Lasting Gel Pack, 16 oz. (Pack of 3) Nordic Cold Chain Solutions 0858687005050
Office Depot Brand Print-Or-Write Color Permanent Inkjet/Laser File Folder Labels, OD98817, 5/8" x 3 1/2", Dark Blue Office Depot, Inc.Boca Raton FL, USA 660-426
Philips Actiware 6.0.9 Respironics, Inc., Murrysville PA, USA 1104776 This software is used to analyze sleep recorded through Actiwatch Spectrum Pro
Push cap, neutral for 7 mL tubes Sarstedt, Numbrecht, Germany 65.793
SAS software 9.4 SAS Institute, Cary, NC https://www.sas.com/en_us/software/visual-statistics.html This software is used to analyze the data. Any statistical software (e.g., SPSS, R) can be used.
Shipping material FedEx, USPS, UPS Any company can be used.
Specimen Collector Urine/Stool White 26 oz. McKesson Corporation, San Francisco CA 16-9522 The number listed in the catalog Number section is the Part number
Tube 7 mL, 50 mm x 16 mm, PS Sarstedt, Numbrecht, Germany 58.485

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fischer, D., Lombardi, D. A., Folkard, S., Willetts, J., Christiani, D. C. Updating the "Risk Index": A systematic review and meta-analysis of occupational injuries and work schedule characteristics. Chronobiology International. 34, (10), 1423-1438 (2017).
  2. Williamson, A., et al. The link between fatigue and safety. Accident Analysis and Prevention. 43, (2), 498-515 (2011).
  3. Dawson, D., Reid, K. Fatigue, alcohol and performance impairment. Nature. 388, (6639), 235 (1997).
  4. Van Dongen, H. P., Maislin, G., Mullington, J. M., Dinges, D. F. The cumulative cost of additional wakefulness: dose-response effects on neurobehavioral functions and sleep physiology from chronic sleep restriction and total sleep deprivation. Sleep. 26, (2), 117-126 (2003).
  5. Santhi, N., Horowitz, T. S., Duffy, J. F., Czeisler, C. A. Acute sleep deprivation and circadian misalignment associated with transition onto the first night of work impairs visual selective attention. PLoS One. 2, (11), e1233 (2007).
  6. Gander, P. H. Evolving Regulatory Approaches for Managing Fatigue Risk in Transport Operations. Reviews of Human Factors and Ergonomics. 253-271 (2015).
  7. Flynn-Evans, E. E., et al. Sleep and neurobehavioral performance vary by work start time during non-traditional day shifts. Sleep Health. 4, (5), 476-484 (2018).
  8. Gander, P., et al. Principles and practice of sleep medicine. Kryger, M., Roth, T., Dement, W. C. 6, Elsevier. (2016).
  9. Mantua, J., Gravel, N., Spencer, R. M. Reliability of sleep measures from four personal health monitoring devices compared to research-based actigraphy and polysomnography. Sensors (Basel). 16, (5), 646 (2016).
  10. de Zambotti, M., Claudatos, S., Inkelis, S., Colrain, I. M., Baker, F. C. Evaluation of a consumer fitness-tracking device to assess sleep in adults. Chronobiology Internations. 32, (7), 1024-1028 (2015).
  11. Flynn-Evans, E. E., Barger, L. K., Kubey, A. A., Sullivan, J. P., Czeisler, C. A. Circadian misalignment affects sleep and medication use before and during spaceflight. Npj Microgravity. 2, 15019 (2016).
  12. Gander, P., Millar, M., Webster, C., Merry, A. Sleep loss and performance of anaesthesia trainees and specialists. Chronobiology International. 25, (6), 1077-1091 (2008).
  13. Gander, P., van den Berg, M., Signal, L. Sleep and sleepiness of fishermen on rotating schedules. Chronobiology International. 25, (2-3), 389-398 (2008).
  14. Roach, G. D., Darwent, D., Sletten, T. L., Dawson, D. Long-haul pilots use in-flight napping as a countermeasure to fatigue. Applied Ergonomics. 42, (2), 214-218 (2011).
  15. Signal, T. L., Gale, J., Gander, P. H. Sleep measurement in flight crew: comparing actigraphic and subjective estimates to polysomnography. Aviation Space and Environmental. 76, (11), 1058-1063 (2005).
  16. Czeisler, C. A., Gooley, J. J. Sleep and circadian rhythms in humans. Cold Spring Harbor and Symposia on Quantitative Biology. 72, 579-597 (2007).
  17. Bojkowski, C. J., Arendt, J., Shih, M. C., Markey, S. P. Melatonin secretion in humans assessed by measuring its metabolite, 6-sulfatoxymelatonin. Clinical Chemistry. 33, (8), 1343-1348 (1987).
  18. Lockley, S. W., Skene, D. J., Arendt, J., Tabandeh, H., Bird, A. C., Defrance, R. Relationship between melatonin rhythms and visual loss in the blind. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 82, (11), 3763-3770 (1997).
  19. Samn, S. W., Perelli, L. P. Estimating aircrew fatigue: a technique with application to airlift operations. School of Aerospace Medicine Brooks AFB, TX. (1982).
  20. Åkerstedt, T., Gillberg, M. Subjective and objective sleepiness in the active individual. International Journal of Neuroscience. 52, (1-2), 29-37 (1990).
  21. Jay, S. M., Dawson, D., Ferguson, S. A., Lamond, N. Driver fatigue during extended rail operations. Applied Ergonomics. 39, (5), 623-629 (2008).
  22. Dorrian, J., Baulk, S. D., Dawson, D. Work hours, workload, sleep and fatigue in Australian Rail Industry employees. Applied Ergonomics. 42, (2), 202-209 (2011).
  23. Ferguson, S. A., Baker, A. A., Lamond, N., Kennaway, D. J., Dawson, D. Sleep in a live-in mining operation: the influence of start times and restricted non-work activities. Applied Ergonomics. 42, (1), 71-75 (2010).
  24. Gander, P. H., et al. Crew fatigue safety performance indicators for fatigue risk management systems. Aviation Space and Environmental Medicine. 85, (2), 139-147 (2014).
  25. Kaida, K., et al. Validation of the Karolinska sleepiness scale against performance and EEG variables. Clinical Neurophysiology. 117, (7), 1574-1581 (2006).
  26. Short, M. A., et al. The effect of split sleep schedules (6h-on/6h-off) on neurobehavioural performance, sleep and sleepiness. Applied Ergonomics. 54, 72-82 (2016).
  27. Reyner, L., Horne, J. A. Falling asleep whilst driving: are drivers aware of prior sleepiness? International Journal of Legal Medicine. 111, (3), 120-123 (1998).
  28. Samn, S., Perelli, L. Estimating Aircrew Fatigue: A Technique with Application to Airlift Operations. Brooks Air Force Base. San Antonio, TX. (1982).
  29. Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analysis of performance on a portable, simple visual RT task sustained operations. Behavior Research Methods, Instruments & Computers. 17, (6), 3 (1985).
  30. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34, (5), 581-591 (2011).
  31. Grant, D. A., Honn, K. A., Layton, M. E., Riedy, S. M., Van Dongen, H. P. A. 3-minute smartphone-based and tablet-based psychomotor vigilance tests for the assessment of reduced alertness due to sleep deprivation. Behavioral Research Methods. 49, 9 (2017).
  32. Veksler, B. Z., Gunzelmann, G. Functional equivalence of sleep loss and time on task effects in sustained attention. Cognitive Science. 42, (2), 32 (2018).
  33. Belenky, G., et al. Patterns of performance degradation and restoration during sleep restriction and subsequent recovery: a sleep dose-response study. Journal of Sleep Research. 12, (1), 1-12 (2003).
  34. Lamond, N., et al. The impact of a week of simulated night work on sleep, circadian phase, and performance. Occupational Environmental Medicine. 60, (11), e13 (2003).
  35. Thorne, D. R., et al. The Walter Reed palm-held psychomotor vigilance test. Behav Res Methods. 37, (1), 111-118 (2005).
  36. Dinges, D. F., Kribbs, N. B. Sleep, sleepiness and performance. Folkard, S., Monk, T. H. John Wiley & Sons. 97-128 (1991).
  37. Jota, R., Ng, A., Dietz, P., Wigdor, D. How fast is fast enough?: a study of the effects of latency in direct-touch pointing tasks. CHI Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems Pages. 2291-2300 (2013).
  38. Arsintescu, L., Mulligan, J. B., Flynn-Evans, E. E. Evaluation of a Psychomotor Vigilance Task for Touch Screen Devices. Human Factors. 59, (4), 661-670 (2017).
  39. Kay, M., et al. The 7th Conference on Pervasive Computing Technologies for Healthcare. Proceedings of Pervasive Health, New York, NY, IEEE. 248-251 (2013).
  40. Bourgeois-Bougrine, S., Carbon, P., Gounelle, C., Mollard, R., Coblentz, A. Perceived fatigue for short- and long-haul flights: a survey of 739 airline pilots. Aviation Space and Environmental Medicine. 74, (10), 1072-1077 (2003).
  41. Petrilli, R. M., Roach, G. D., Dawson, D., Lamond, N. The sleep, subjective fatigue, and sustained attention of commercial airline pilots during an international pattern. Chronobiology International. 23, (6), 1357-1362 (2006).
  42. Rai, B., Foing, B. H., Kaur, J. Working hours, sleep, salivary cortisol, fatigue and neuro-behavior during Mars analog mission: five crews study. Neuroscence Letters. 516, (2), 177-181 (2012).
  43. Barker, L. M., Nussbaum, M. A. Fatigue, performance and the work environment: a survey of registered nurses. Journal of Advanced Nursing. 67, (6), 1370-1382 (2011).
  44. Samel, A., Wegmann, H. M., Vejvoda, M. Aircrew fatigue in long-haul operations. Accidend Analysis & Prevention. 29, (4), 439-452 (1997).
  45. Reis, C., Mestre, C., Canhao, H. Prevalence of fatigue in a group of airline pilots. Aviation Space and Environmental Medicine. 84, (8), 828-833 (2013).
  46. Marcus, J. H., Rosekind, M. R. Fatigue in transportation: NTSB investigations and safety recommendations. Inury Prevention. 23, (4), 232-238 (2017).
  47. Goode, J. H. Are pilots at risk of accidents due to fatigue? Journal of Safety Research. 34, (3), 309-313 (2003).
  48. O'Hagan, A. D., Issartel, J., Fletcher, R., Warrington, G. Duty hours and incidents in flight among commercial airline pilots. International Journal of Occupational Safety and Ergonomics. 22, (2), 165-172 (2016).
  49. National Transportation Safety Board. Uncontrolled collision with terrain. American International Airways Flight 808. NTSB/AAR-94/04. National Transportation Safety Board. Washington, DC. (1994).
  50. Federal Aviation Administration. FAA Report. Regulatory Impact Analysis. Flightcrew Member Duty and Rest Requirements PART 117 . https://www.faa.gov/regulations_policies/rulemaking/recently_published/media/2120-AJ58RegEval.pdf (2011).
  51. Buysse, D. J., Reynolds, C. F. III, Monk, T. H., Berman, S. R., Kupfer, D. J. The Pittsburgh Sleep Quality Index: a new instrument for psychiatric practice and research. Psychiatry Research. 28, (2), 193-213 (1989).
  52. Krupp, L. B., LaRocca, N. G., Muir-Nash, J., Steinberg, A. D. The fatigue severity scale. Application to patients with multiple sclerosis and systemic lupus erythematosus. Archives of Neurology. 46, (10), 1121-1123 (1989).
  53. Johns, M. W. A new method for measuring daytime sleepiness: the Epworth sleepiness scale. Sleep. 14, (6), 540-545 (1991).
  54. Vercoulen, J. H., et al. Dimensional assessment of chronic fatigue syndrome. Journal of Psychosomatic Research. 38, (5), 383-392 (1994).
  55. Horne, J. A., Ostberg, O. A self-assessment questionnaire to determine morningness-eveningness in human circadian rhythms. International Journal of Chronobiology. 4, (2), 97-110 (1976).
  56. Zaidi, F. H., Hull, J. T., Peirson, S. N., Wulff, K., Aeschbach, D., Gooley, J. J., Brainard, G. C., Gregory-Evans, K., Rizzo, J. F. III, Czeisler, C. A., Foster, R. G. Short-wavelength light sensitivity of circadian, pupillary, and visual awareness in humans lacking an outer retina. Current Biology. 17, (24), 2122-2128 (2007).
  57. Honn, K. A., Riedy, S. M., Grant, D. A. Validation of a portable, touch-screen psychomotor vigilance test. Aerospace Medicine and Human Performance. 86, (5), 428-434 (2015).
  58. Aldhous, M. E., Arendt, J. Radioimmunoassay for 6-sulphatoxymelatonin in urine using an iodinated tracer. Annals Clinical Biochemistry. 25, (Pt 3), 298-303 (1988).
  59. Kecklund, G., Akerstedt, T. Effects of timing of shifts on sleepiness and sleep duration. Journal of Sleep Research. 4, (S2), 47-50 (1995).
  60. Folkard, S., Barton, J. Does the ‘forbidden zone’ for sleep onset influence morning shift sleep duration? Ergonomics. 36, (1-3), 85-91 (1993).
  61. Lavie, P. Ultrashort sleep-waking schedule. III. "Gates" and "forbidden zones" for sleep. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 63, (5), 414-425 (1986).
  62. Shekleton, J. A., et al. Improved neurobehavioral performance during the wake maintenance zone. Journal of Clinical Sleep Medicine. 9, (4), 353-362 (2013).
  63. Strogatz, S. H., Kronauer, R. E., Czeisler, C. A. Circadian pacemaker interferes with sleep onset at specific times each day: role in insomnia. American Journal of Physiology. 253, (1 Pt 2), R172-R178 (1987).

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