A perda de sono e o desalinhamento circadiano contribuem para inúmeros acidentes e incidentes operacionais. A efetividade das contramedidas e dos projetos de agendamento de trabalho visando mitigar a fadiga pode ser um desafio para avaliar em ambientes operacionais. Este manuscrito resume uma abordagem para coleta de dados de sono, circadiano, fadiga e desempenho em ambientes operacionais complexos.
A perda de sono e o desalinhamento circadiano contribuem para uma proporção significativa de acidentes e incidentes operacionais. As contramedidas e os projetos de agendamento de trabalho destinados à mitigação da fadiga são tipicamente avaliados em ambientes de laboratório controlados, mas a efetividade de traduzir tais estratégias para ambientes operacionais pode ser um desafio para avaliar. Este manuscrito resume uma abordagem para a coleta de dados de sono, circadiano, fadiga e desempenho em um ambiente operacional complexo. Nós estudamos 44 pilotos de avião mais de 34 dias, enquanto eles voaram um cronograma fixo, que incluiu uma coleta de dados de base com 5 dias de vôos do meio da manhã, quatro voos antecipados, quatro voos de alta carga de trabalho no meio do dia, e quatro vôos atrasados que desembarcaram após a meia-noite. Cada bloco de trabalho foi separado por 3 – 4 dias de descanso. Para avaliar o sono, os participantes usavam um monitor de atividade de pesquisa-validado pulso-gasto continuamente e completou diários de sono diário. Para avaliar a fase circadiana, os pilotos foram solicitados a coletar toda a urina produzida em quatro ou oito caixas horária durante as 24 h após cada bloco de plantão para a avaliação de 6-sulfatoximelatonina (aMT6s), que é um biomarcador do ritmo circadiano. Para avaliar a fadiga subjetiva e o desempenho objetivo, os participantes foram fornecidos com um dispositivo de tela sensível ao toque usado para completar a escala de fadiga de SamN-Perelli e a tarefa de vigilância psicomotora (PVT) durante e após cada voo, e em tempo de wakeboard, meio-dia e Dormir. Usando esses métodos, verificou-se que a duração do sono foi reduzida durante os primeiros começos e acabamentos tardios em relação à linha de base. A fase Circadian desloc de acordo com a programação do dever, mas havia uma escala larga no pico aMT6s entre indivíduos em cada programação. O desempenho de PVT foi pior no início, alta carga de trabalho e horários atrasados em relação à linha de base. Globalmente, a combinação desses métodos foi prática e efetiva para avaliar a influência da perda de sono e da fase circadiana sobre a fadiga e o desempenho em um ambiente operacional complexo.
A fadiga, decorrente da perda de sono e do desalinhamento circadiano, é uma séria ameaça à segurança em ocupações que requerem operações de 24 h, horários irregulares e horas de trabalho estendidas1,2. A pesquisa laboratorial tem sido instrumental na caracterização de como as mudanças na duração do sono e no tempo influenciam o estado de alerta e o desempenho subsequentes3,4,5. Esses estudos formam a base para recomendações de gerenciamento de risco de fadiga e práticas de agendamento de trabalho em ambientes operacionais6.
Neste manuscrito, um estudo de campo das operações de aviação é usado para demonstrar uma abordagem para coletar dados de sono, circadiano, fadiga e desempenho em configurações operacionais complexas7. Nós estudamos 44 pilotos de avião mais de 34 dias, enquanto eles voaram um cronograma que incluiu períodos de voos de meio da manhã, voos antecipadas, vôos de alta carga de trabalho no meio do dia, e vôos atrasados que desembarcaram depois da meia-noite. Cada bloco de trabalho foi separado por 3 – 4 dias de descanso. Os pilotos coletaram dados objetivos e subjetivos durante a totalidade do período de estudo, incluindo o direito de voo e os dias de descanso.
Dadas as diferenças entre ambientes laboratoriais e reais, a implementação de estratégias e contramedidas desenvolvidas no laboratório nem sempre se traduz em operações como esperado. Diferenças individuais, uma ampla gama de cronogramas de trabalho operacional, operações irregulares e imprevisíveis, práticas organizacionais e cultura, e acordos trabalhistas são alguns dos fatores que podem complicar a aplicação da ciência em práticas utilização operacional. Como resultado, é importante avaliar o impacto de tais intervenções usando métodos consistentes e confiáveis para avaliar o sono, ritmos circadianos, fadiga ou estado de alerta e desempenho. O nível de monitorização e recolha de dados deve ser mantido proporcional aos níveis de fadiga esperados e aos riscos associados à segurança no âmbito de uma operação8. Além disso, em qualquer ambiente sensível à segurança, a manutenção de operações seguras é fundamental para o protocolo investigatório.
O método padrão-ouro para avaliar a duração e a qualidade do sono é através da polissonografia (PSG), que envolve a medição da atividade cerebral, frequência cardíaca, movimento ocular e atividade muscular através de uma coleção de eletrodos e sensores colocados no couro cabeludo, face, e no peito. Embora robusto, o PSG não é prático para coletar informações de sono na maioria dos ambientes operacionais. Muitos dispositivos wearable foram desenvolvidos para estimar o tempo, a duração e a qualidade do sono, mas poucos foram validados9,10. A combinação de actigrafia pulso-desgastado e diários diários do sono foram amplamente utilizados para estimar o sono em estudos de campo através de uma escala das ocupações11,12,13,14 e foram validados contra PSG, mostrando concordância para a duração do sono15. Além disso, usar actigrafia e diários do sono para estudos de campo coloca uma carga baixa do esforço em participants do estudo, porque a maioria de dispositivos do actigrafia são desgastados no pulso não-dominante e removidos somente para regar ou nadar, muito como um relógio de pulso. Da mesma forma, um diário de sono bem desenhado, apresentado em um dispositivo de telefone ou tela sensível ao toque, normalmente pode ser completado por participantes em menos de dois minutos.
O ciclo vigília-sono é coordenado pelo pacemaker circadiano localizado nos núcleos suprachiasmáticos do hipotálamo16. Este pacemaker igualmente sincroniza muitos outros aspectos da função biológica tal como a temperatura de corpo e os ritmos hormonais (por exemplo, melatonina e cortisol). O ritmo circadiano endógeno está próximo a, mas não exatamente, 24 h; Portanto, ele deve ser redefinido a cada dia para permitir a sincronização estável (ou seja, arrastamento) para o dia 24 h. O agente de reposição preliminar do pacemaker circadiano é claro. Em ambientes operacionais que necessitam de cronogramas não padronizados e 24 operações h, pode ocorrer desalinhamento circadiano, no qual a unidade circadiana para dormir coincide com o trabalho programado11. É possível determinar quando o pacemaker circadiano está promovendo o sono e a vigília medindo o sincronismo máximo (isto é, fase circadiano) dos ritmos de sinais biológicos que são controlados pelo ritmo circadiano.
É importante medir a fase circadiana após a implementação de contramedidas para melhor compreender se tais técnicas são bem-sucedidas no alinhamento do pacemaker circadiano com o cronograma de trabalho instituído. Muitas das saídas do sistema circadiano usado para determinar a fase em configurações laboratoriais são propensos a mascaramento, tornando-os inadequados para uso em um ambiente de campo. Por exemplo, mudanças circadianas na temperatura corporal são difíceis de detectar em indivíduos de vida livre que podem se envolver em atividades como o exercício que altera sua temperatura corporal. A melatonina é agudamente suprimida pela exposição à luz, tornando a coleta de melatonina no sangue ou saliva impossível em situações onde a luz não pode ser controlada. No entanto, 6-sulfatoximelatonina (aMT6s), o principal metabolito da melatonina, é excretado na urina e é menos afetado pelos efeitos de mascaramento da luz, tornando-se um candidato ideal para medir a fase circadiana em ambientes operacionais17, de 18 anos.
Além de medir as mudanças na fisiologia, também é importante medir o impacto das mudanças no cronograma de trabalho sobre fadiga subjetiva ou estado de alerta. Embora existam várias escalas disponíveis para medir diferentes aspectos de estado de alerta e fadiga, o mais comumente usado na aviação são os 7 pontos SamN-Perelli escala de fadiga (SP)19 e 9-Point Karolinska sleepiness Scale (KSS)20. O SP também é comumente usado em estudos de campo de trabalhadores de turnos em uma ampla gama de ocupações21,22,23,24. O KSS foi validado contra medidas objetivas de sonolência, tais como Eletroencefalografia (EEG) e movimentos oculares lentos do rolamento20,25, bem como o desempenho25. Esta escala é comumente utilizada em estudos tanto no laboratório quanto no campo24,26. Pode haver outras escalas subjetivas que são apropriadas para diferentes turnos ou ambientes ocupacionais. É importante escolher uma escala que tenha sido validada e idealmente tenha limiares significativos para níveis de alerta “aceitável”. Por exemplo, os escores do KSS acima de 7 estão associados a altos níveis de sinais fisiológicos de sonolência e desempenho de condução prejudicada25,27, enquanto as classificações de SamN-Perelli se relacionam diretamente com os deveres de vôo28. Para o estudo descrito neste manuscrito, utilizou-se o SamN-Perelli, pois foi originalmente desenvolvido como medida subjetiva de fadiga em uma população estudada constituída por pilotos. 28 anos de
Embora a medição do sono e da fase circadiana seja um componente importante na avaliação de uma intervenção, um desfecho primário de interesse em estudos de campo é tipicamente um desempenho objetivo. Há uma variedade de testes que foram desenvolvidos para avaliar o desempenho cognitivo, mas o teste mais sensível e confiável para medir os efeitos da perda de sono e o desalinhamento circadiano é a tarefa de vigilância psicomotora (PVT). O PVT original (PVT-192) é um teste de tempo de reação simples, onde um indivíduo é apresentado com um estímulo e é instruído a responder ao estímulo pressionando um botão o mais rápido possível29. O Pvt foi validado em condições de perda aguda e crônica do sono e desalinhamento circadiano4,5,30. A duração da tarefa pode ser variada com base na concepção do estudo31,32; embora, a duração tradicional de 10 min seja preferida em estudos laboratoriais33,34. enquanto uma duração de 5 min PVT é tipicamente mais viável em estudos de campo onde as demandas operacionais podem interferir com a administração do teste35.
Além disso, o PVT mostra pouco ou nenhum efeito de aprendizagem e é simples de usar, tornando-se um teste prático para a implantação em ambientes de campo onde os participantes do estudo não podem ser observados durante o teste36. A ubiqüidade dos dispositivos de tela sensível ao toque permite a fácil implantação do PVT, mas os pesquisadores devem ser cautelosos ao implementar o PVT, porque existem inúmeros aspectos de dispositivos de tela sensível ao toque que podem introduzir erro na coleção de dados PVT37 ,38. Por exemplo, diferentes combinações de hardware e software têm latências de sistema diferentes e outros aplicativos em execução em segundo plano podem introduzir erros desconhecidos nos tempos de reação gravados. Como resultado, é importante coletar dados PVT usando um PVT validado, com hardware e software consistentes, com Wi-Fi e com todos os outros aplicativos desativados. Além disso, uma vez que não é prático observar os participantes do estudo durante os testes em ambientes operacionais, é fundamental que os participantes sejam treinados para completar cada PVT com o dispositivo na mesma orientação, usando o mesmo dedo38, 39.
Cada um desses elementos de coleta de dados é importante e essas ferramentas têm sido utilizadas em outros estudos operacionais no passado40,41,42,43. No entanto, além dos desafios descritos acima, pode ser difícil alcançar a conformidade com os procedimentos de estudo quando os participantes são obrigados a concluir tarefas de forma independente, especialmente quando tais tarefas incluem um componente sensível ao tempo. Um elemento final que é importante na coleta de dados em ambientes operacionais é a organização de informações de uma maneira que facilita para as pessoas concluírem tarefas no tempo. O aplicativo da NASA PVT + para dispositivos touchscreen pode ser personalizado para apresentar tarefas aos participantes em sequência, orientando-os através de procedimentos de estudo. Por exemplo, no estudo aqui apresentado, os pilotos de companhias aéreas são fornecidos com dispositivos touchscreen pré-carregados com uma aplicação que é usada para completar diários de sono todas as manhãs e à noite. Os dispositivos também são usados para completar testes PVT e classificações de fadiga, entre outras tarefas, de manhã, no topo de descida (TOD) de cada voo, pós-voo, e à noite antes de dormir. Esta apresentação de informações permitiu que os pilotos completem os procedimentos de estudo com o mínimo inconveniente para suas tarefas relacionadas ao trabalho.
Pode ser muito difícil coletar dados entre os pilotos, pois a natureza do trabalho exige que eles viajem longas distâncias e trabalhem em espaços confinados (ou seja, cockpits) com muitas distrações e cargas de trabalho muitas vezes imprevisíveis. Apesar desses desafios, é fundamental coletar dados nessa população, pois a fadiga piloto é uma ameaça às operações seguras de aviação40,44,45. A alta intensidade das operações da companhia aérea é favorável à degradação do desempenho da tripulação e aumenta o risco de incidentes relacionados à fadiga46,47,48,49,50. Usando a combinação de métodos descritos acima, medimos o sono, ritmos circadianos, fadiga e desempenho entre 44 pilotos de curto curso de avião durante 34 dias. Durante o estudo, os pilotos voaram um cronograma fixo que incluiu uma coleta de dados de linha de base com 5 dias de voos de meio da manhã, quatro voos antecipados, quatro voos de alta carga de trabalho no meio do dia e quatro voos atrasados aterrissando após a meia-noite. Cada bloco de trabalho foi separado por 3 – 4 dias de descanso. Esses achados demonstram como a coleta de dados abrangente, incluindo medidas de sono, ritmos circadianos, fadiga e desempenho, pode ser usada em ambientes operacionais.
Neste caso, a finalidade do estudo era avaliar o sono, os ritmos circadiano, a fatiga, e o desempenho pela hora de começo do dever como segue. 1) linha de base: durante o primeiro bloco do dever, todos os pilotos trabalharam 5 dias que cada um incluiu dois vôos de aproximadamente 2 h cada, começando no mid-Morning, para permitir um episódio adequado do sono da noite. Este bloco foi seguido por 4 dias de descanso. 2) começo adiantado: durante o bloco adiantado do dever, todos os pilotos trabalharam 5 dias que cada um incluiu dois vôos de aproximadamente 2 h, cada um que começa entre aproximadamente 5:00 AM e 8:00 AM. Este bloco foi seguido por 3 dias de descanso. 3) alta-carga de trabalho turnos meados-dia: durante o meio-dia bloco de dever, todos os pilotos trabalharam 5 dias, que cada um incluiu 2 – 4 voos de ~ 2 – 6 h cada, começando em aproximadamente meados de-dia. Este bloco foi seguido por 3 dias de descanso. 4) revestimentos atrasados: durante o bloco atrasado do dever, todos os pilotos trabalharam 5 dias, que incluíram dois vôos de aproximadamente 3 h cada, começando no fim da tarde em torno de 4:00 PM e terminando em torno da meia-noite. Este bloco foi seguido por 3 dias de descanso.
Os métodos descritos neste manuscrito fornecem insights sobre padrões de sono, fases circadianas, classificações de fadiga e performances de pilotos durante voos diurnos, incluindo início precoce, voos de alta carga de trabalho no meio do dia e acabamentos tardios. A combinação desses métodos demonstrou que esses fatores são todos afetados por mudanças modestas no tempo de início e na carga de trabalho. Ao avaliar um cronograma de estudo sistemático e integrar essas medidas em um aplicativo de tela sensível ao toque fácil de usar, uma grande quantidade de dados foi coletada em um ambiente desafiador. Usar esta combinação de métodos permitiu uma interpretação mais clara das mudanças no estado de alerta e desempenho durante turnos de trabalho diurnos não tradicionais.
Este projeto e implementação de métodos de medição de sono objetivo, circadiano, fadiga, e os dados de desempenho foram fundamentais para permitir a determinação de como o trabalho de início de tempo influencia os pilotos durante os vôos diurnos na ausência de jet lag. O protocolo foi projetado para permitir comparações sistemáticas entre as condições, minimizando o inconveniente para os participantes e maximizando a coleta de dados em pontos temporais operacionalmente relevantes. Estas são etapas críticas para coletar dados significativos em ambientes operacionais. As medidas foram validadas em estudos laboratoriais e de campo, o que é importante para interpretar os resultados. Embora o estudo tenha sido projetado para permitir que os participantes concluam os procedimentos de estudo de forma independente, a sessão de briefing pré-estudo foi crucial para garantir que os voluntários entendessem os procedimentos do estudo e a importância de manter a consistência ao completar testes de estudo e perguntas, especialmente para o PVT.
A constatação de que a duração do sono e o tempo mudam de acordo com a hora de início do trabalho é consistente com estudos anteriores em amostras menores de indivíduos que utilizaram PSG para avaliar o tempo de sono59,60. Embora os primeiros começos e finais atrasados possam ser esperados para invadir o tempo de sono, a grande amostra de dados coletados em um ambiente operacional fornece informações sobre as maneiras inesperadas que os participantes perdem o sono. Por exemplo, a zona de manutenção da vigília, que representa a unidade mais forte para estar acordada, ocorre pouco antes de uma hora de dormir habitual. Em estudos laboratoriais, os participantes demonstraram ter dificuldade para dormir durante a zona de manutenção da vigília61,62,63. Esperava-se que os participantes podem tentar ir para a cama algumas horas mais cedo do que o normal, a fim de se preparar para os primeiros começos. Esperava-se também que, como resultado da tentativa de iniciar o sono durante a zona de manutenção da vigília, os participantes podem apresentar uma longa latência de sono durante o sono antes dos primeiros começos; no entanto, este não foi o caso. Esses dados destacam diferenças importantes entre o laboratório e o campo, e demonstram a necessidade de coleta de dados de sono em ambientes operacionais.
Embora a informação da fase circadiano fosse obtida em um subconjunto dos indivíduos, as mudanças circadiano da fase observadas em cada tipo da programação espelhado as mudanças observadas no sincronismo do sono. A adição da fase circadiano a este protocolo realçou a habilidade de compreender porque as classificações e o desempenho da fatiga mudaram pelo começo-tempo do trabalho. O alerta e o desempenho seguem um ritmo circadiano, com o mais baixo estado de alerta e o desempenho o mais pobre que coincide tipicamente com o sincronismo do acrophase aMT6s. Embora se tenha constatando que os ritmos circadianos da maioria dos participantes mudaram na direção esperada em relação ao cronograma de trabalho instituído, verificou-se também que esse deslocamento foi variável entre os indivíduos. Isto sugere que alguns indivíduos podem ter mais dificuldade em adaptar-se aos cronogramas adiantados ou atrasados, causando o desalinhamento circadiano modesto. A combinação destes métodos melhorou a interpretação destas conclusões.
Os dados de sono coletados também permitiram uma melhor compreensão de por que as classificações de fadiga e o desempenho mudaram em relação aos diferentes horários de trabalho. Por exemplo, verificou-se que durante os primeiros começos e acabamentos tardios, as classificações de SamN-Perelli e o desempenho do PVT foram mais pobres por dia em cada uma dessas programações. Isso faz sentido, porque os pilotos obtiveram menos sono durante os primeiros começos e acabamentos atrasados em relação à linha de base, o que significava que eles estavam acumulando dívidas de sono com cada dia sobre esses horários. Por outro lado, o desempenho do PVT também foi mais pobre durante o dia durante a alta carga horária no início do dia. Durante a programação do meio do dia, a quantidade de sono que os pilotos obtiveram não foi diferente da duração do sono durante a coleta de dados da linha de base. Em conseqüência, este achado sugere que o desempenho mais pobre observado durante os cronogramas de trabalho meados de-dia não era provável ser conduzido pela limitação aguda do sono. Teria sido muito difícil interpretar as classificações de fadiga e os dados de desempenho sem os dados do sono, tornando a combinação desses métodos importantes.
Embora esses métodos foram projetados e implementados com êxito, essa abordagem pode envolver alguns desafios. Por exemplo, é possível que os participantes possam esquecer quando ou como concluir alguns procedimentos. É útil comunicar regularmente com voluntários para confirmar que eles estão completando tarefas de acordo com o protocolo, especialmente durante a primeira fase da coleta de urina. Além disso, o risco de perda de dados aumenta à medida que o comprimento do estudo aumenta, porque os indivíduos podem perder ou danificar seus dispositivos de estudo. Se um estudo está agendado por várias semanas, como foi o caso para este estudo, então pode ser desejável para baixar dados no ponto médio do estudo para reduzir a perda de dados potenciais e rever a conformidade com o protocolo. Dados insuficientes ou ausentes podem reduzir a interpretabilidade dos resultados, portanto, deve-se ter cuidado para garantir que os indivíduos estejam coletando dados apropriadamente.
Há muitos aplicativos possíveis para esses métodos em outras configurações operacionais. Estes métodos podem ser usados para caracterizar o sono, a fase circadiano, a fatiga, e o desempenho nas ocupações com práticas de agendamento incomuns ou considerações ambientais, como durante o voo espacial ou as operações militares. Além disso, há muitas intervenções promissoras e contramedidas avaliadas em ambientes laboratoriais, como o uso de luz enriquecida em azul para acelerar o deslocamento da fase circadiana, napping estratégico no trabalho, hipnóticos para maximizar o sono oportunidades, e estimulantes como a cafeína para melhorar o estado de alerta. Embora tais abordagens possam ser demonstradas como efetivas em condições laboratoriais controladas, a implantação de tais ferramentas e tecnologia em ambientes operacionais deve ser avaliada para confirmar sua eficácia na redução da fadiga no mundo real. A combinação de actigraphy, diários do sono, informação da fase circadiano, classificações da fatiga, e coleção de PVT, combinada com uma aplicação de software easy-to-use para facilitar a administração das tarefas, fornece dados adequados para avaliar a eficácia de intervenções. A combinação desses métodos tem potencial translacional significativo para outros ambientes operacionais complexos, onde pode ser difícil implantar esforços de coleta de dados mais invasivos.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos aos participantes do estudo e ao pessoal da companhia aérea por seu apoio na coleta de dados. Agradecemos também aos membros do laboratório de contramedidas de fadiga da NASA Ames Research Center por sua assistência com este projeto. Esta pesquisa foi apoiada pelo programa de segurança systemwide da NASA.
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