Studie, které zahrnují laboratorní zkoumání (kategorie I) a terénní hodnocení (kategorie II a kategorie III) skupin obyvatel, které jsou analogické astronautům (např. zdravotnický a letecký personál), poskytují přesvědčivé důkazy, že dlouhé směny po delší dobu přispívají k nedostatku spánku a mohou způsobit pokles výkonnosti, zdravotní problémy a další škodlivé následky, včetně nehod, které mohou postihnout jak pracovníka, tak ostatní.
Chyby ve výkonu ve vztahu ke ztrátě spánku a prodloužené bdělosti
Metaanalýza (kategorie I), kterou provedli Pilcher a Huffcutt, zkoumala údaje, které byly získány z 19 výzkumných studií, aby charakterizovaly účinky nedostatku spánku na specifické typy lidské výkonnosti. Motorické dovednosti, kognitivní schopnosti a nálada byly hodnoceny z hlediska: částečného odvození spánku (také známého jako nedostatek spánku), který je definován jako méně než 5 hodin spánku během 24 hodin po dobu 1 nebo více dní; krátkodobé celkové nedostatku spánku (žádný spánek dosažený po dobu kratší než 45 hodin) a dlouhodobé nedostatku spánku (žádný spánek dosažený po dobu delší než 45 hodin). Tito výzkumníci zjistili, že subjekty trpící nedostatkem spánku si vedly podstatně hůře při motorických úkolech, kognitivních úkolech a měření nálady než subjekty netrpící nedostatkem spánku. Největší dopad na kognitivní výkonnost byl pozorován u několikadenního částečného nedostatku spánku, i když krátkodobý a dlouhodobý nedostatek spánku rovněž vykazoval účinek. Metaanalýzy účinků nedostatku spánku u rezidentů ve zdravotnictví zjistily nedostatky jak v laboratorních úkonech, tak v klinických úkonech.
Velikost chronické částečné ztráty spánku byla zaznamenána u astronautů za letu a bylo hlášeno, že negativně ovlivňuje kognitivní výkonnost ve více laboratorních a terénních studiích kategorie I, kategorie II a kategorie III. Výkonnost může být ovlivněna, ať už je ztráta spánku ve formě noci s podstatně sníženým spánkem, noci s úplnou spánkovou deprivací, nebo série méně drastických, ale více chronických, omezených hodin spánku. Studie Dingese a kol. z roku 1997 odhalila, že pokud je prosáknutí omezeno na úroveň, kterou běžně zažívají astronauti, vzniká „spánkový dluh“ a za méně než 1 týden výkonnostní deficity během bdění dosahují úrovně závažné poruchy.
Chronické omezení spánku může ovlivnit výkonnost způsobem, který je podobný jako u celkové spánkové deprivace. Studie společnosti Van Dongen a kol., která použila 48 subjektů, hodnotila specifické výkonnostní účinky chronického omezení spánku ve srovnání s účinky 3 nocí celkové spánkové deprivace. Podmínky omezení spánku zahrnovaly 14 po sobě jdoucích nocí o 8, 6 nebo 4 hodinách spánku, přičemž skutečné množství spánku bylo potvrzeno polysomnografickými záznamy. Subjekty, které byly vystaveny podmínkám omezení spánku, podstoupily neurobehaviorální vyšetření každé 2 hodiny během plánované bdělosti, zatímco subjekty, které byly vystaveny stavu spánkové deprivace, byly testovány každé 2 hodiny během jejich celkových 88 hodin spánkové deprivace.
Baterie neurobehaviorálního hodnocení, která byla použita ve studii Van Dongen a kol., zahrnovala psychomotorickou úlohu bdělosti (PVT). PVT – která určuje bdělost a účinky únavy na kognitivní výkonnost (podle výpadků v době odezvy a přesnosti odezvy) měřením rychlosti, s jakou subjekty reagují na vizuální nebo sluchový podnět (stiskem tlačítka odezvy) – se stala standardním laboratorním nástrojem pro hodnocení trvalé výkonnosti v různých experimentálních podmínkách. PVT detekuje změny v základní neurobehaviorální výkonnosti, které zahrnují bdělou pozornost, rychlost odezvy a impulzivitu; a byla rozsáhle validována v pozemních laboratorních studiích pro detekci kognitivních deficitů, které jsou způsobeny celou řadou faktorů (např. omezeným spánkem, posuny spánku/bdění, nevolnost při pohybu, reziduální sedace z léků na spaní). PVT je optimálním nástrojem pro opakované použití, na rozdíl od některých jiných kognitivních opatření, protože studie neprokázaly žádné minimální účinky učení a rozdíly ve schopnostech při používání PVT.
Obrázek 3-2. Doba strávená v posteli (TIB) po 14 dnech omezení spánku se snižuje.
Výsledky těchto laboratorních studií ukazují, že opakované po sobě jdoucí epizody spánku v délce 4 nebo 6 hodin významně narušují výkonnost na PVT a na měření pracovní paměti, a že výkonnost za těchto dvou podmínek (tj. 4 nebo 6 hodin) byla srovnatelná s výkonností, která se zjišťuje za podmínek 1 až 2 dnů celkové spánkové deprivace. Na konci 14 dnů spánkové restrikce subjekty ve 4 a 6 hodinovém spánkovém období překvapivě hlásily, že se cítí jen mírně ospalé. Vzhledem k tomu, že tato hlášení byla přijata, když výkonnost byla na nejnižší úrovni, naznačuje to, že subjekty si již nemusely být vědomy svých výkonnostních deficitů z důvodu neadekvátního spánku k zotavení (obrázek 3-2).
Subjekty, které strávily 4 hodiny na lůžku, dosáhly úrovně poruchy po 6 dnech a úrovně závažné poruchy po 11 dnech. Subjekty, které strávily 6 hodin na lůžku, dosáhly úrovně poruchy t 7 dnů. Zajímavé je, že se zdá, že subjekty, které strávily 8 hodin na lůžku, se přiblížily úrovni poruchy. Obrázek 3-3, který je z Belenky a kol., však ukazuje, že subjekty, které strávily 9 hodin na lůžku, se k těmto úrovním poruchy nepřiblížily, což naznačuje, že ke zmírnění rizika výkonnostních chyb může být zapotřebí 9 hodin na lůžku.
Obrázek 3-3. Hodnoty PVT pro TIB poklesnou během 7 dnů omezení spánku.
Podobné účinky na výkonnost vyplývající z chronického omezení lze pozorovat také ve studii kategorie I, kterou provedli Belenky a kol., a na obrázku 3-3. Do této studie bylo zařazeno 66 subjektů, které byly pozorovány ve čtyřech podmínkách (tj. 3, 5, 7 a 9 hodin na lůžku) po dobu 7 dnů. Testování PVT ukázalo závažné zhoršení reakční doby při tříhodinovém stavu, přičemž výpadky odpovědí se během 7 dnů omezení spánku trvale zvyšovaly. Subjekty, které strávily 3 hodiny na lůžku, dosáhly úrovně závažného zhoršení po 5 dnech, zatímco subjekty, které strávily 5 hodin na lůžku, dosáhly úrovně zhoršení po 4 dnech.
Tyto laboratorní studie I. kategorie, které provedli Van Dongen a kol. a Belenky a kol., jasně ukazují, že subjekty trpěly poruchami výkonnosti v důsledku celkové spánkové deprivace a/nebo chronického omezení spánku.
Kognitivní poruchy jsou přítomny i poté, co byl jedinec vzhůru přibližně 17 hodin; nedávné studie ve skutečnosti ukázaly, že tato snížení jsou podobná těm, která vyplývají ze zvýšené hladiny alkoholu v krvi. Přesvědčivá laboratorní studie I. kategorie od Williamsona a Feyera použila zkřížený randomizovaný kontrolní design ke sledování kognitivní a motorické výkonnosti po menší spánkové deprivaci k výkonnosti po konzumaci alkoholu. Všechny subjekty se účastnily jak konzumace alkoholu, tak spánkové deprivace a pořadí testování bylo vyváženo tak, že polovina subjektů se účastnila nejprve konzumační části alkoholu, zatímco druhá polovina se účastnila nejprve spánkové deprivace. Aby se zabránilo přenesení účinků z jednoho stavu do druhého, byla subjektům poskytnuta noc odpočinku v motelu mezi jednotlivými stavy.
Výsledky ukazují, že v průměru výkon s hladinou alkoholu v krvi 0,05% zůstal rovnocenný výkonu po probuzení po dobu 1609 až 1806 hodin. Výkon s hladinou alkoholu v krvi 0,1% byl rovnocenný výkonu po probuzení po dobu 17,7 až 19,7 hodin nebo omezenému spánku 4 až 5 hodin za noc po dobu 1 týdne. Podobné studie, které porovnávají výkon po době nedostatku spánku s výkonem se zvýšenou hladinou alkoholu v krvi, tyto výsledky potvrdily. Tato zjištění jsou přesvědčivá, neboť trvání bdělosti (17 hodin), jehož výsledkem jsou poklesy podobné těm, které jsou vyvolány 0,05% hladinou alkoholu v krvi, mnozí považují za rozmezí „normálního“ bdělého „dne“; mnoho jedinců si vybaví příhodu, kdy se museli probudit brzy ráno a pracovat celý den až do noci. Astronauti, kteří spí v průměru 6 hodin za noc, mohou vykonávat kritické úkoly 17 hodin a více po probuzení.
Chyby výkonu ve vztahu k desynchronizaci spánku a přetížení práce
Výzkum naznačuje, že cirkadiánní desynchronizace a pracovní přetížení mohou také zhoršit výkonnost. Konkrétně kontrolovaná laboratorní studie Wrighta a spol. hodnotila vztah mezi cirkadiánními rytmy a výkonností hodnocením tělesné teploty, která je regulována cirkadiánními mechanismy těla. Tělesná teplota je nejvyšší v blízkosti cirkadiánního vrcholu a nejnižší v blízkosti cirkadiánního minima (to je doba, kdy je tělo zahnáno do spánku). Dlouho se uznávalo, že existuje pozitivní vztah mezi denními rytmy tělesné teploty a neurobehaviorální výkonností a bdělostí u lidí.
Protokol studie si vynutil cirkadiánní desynchronizaci po dobu 12 po sobě jdoucích 28hodinových dnů; účastníkům bylo umožněno 9,3 hodiny plánovaného času v posteli a 18,7 hodiny plánované bdělosti. Výkonnost validovaných opatření byla hodnocena vždy po 2 hodinách, počínaje 2 hodinami po plánované době bdění. Protokol proto hodnotil výkonnost, kdy je tělo normálně přivedeno ke spánku (což souvisí s bodem, kdy je tělesná teplota na nejnižší hodnotě) v poměru k výkonnosti během normálních bdělých hodin, a umožňoval hodnocení účinků tělesné teploty nezávislé na spánkových hodinách a denní době (a spojené s nimi). Během cirkadiánního maxima (kdy je tělesná teplota vysoká) jsou výkonnost a bdělost vysoké; naopak v blízkosti cirkadiánní fáze nízké tělesné teploty jsou výkonnost a bdělost nízké. Tyto výsledky byly replikovány v jiných laboratorních protokolech o nucené desynchronizaci a rozšířené bdělosti.
Výsledky z těchto laboratorních protokolů lze extrapolovat do terénních podmínek. Studie v lékařském průmyslu, kde jsou vysoce vzdělaní a vyškolení jedinci (např. lékaři) kromě ztráty spánku vystaveni cirkadiánnímu posunu a prodlouženým pracovním směnám, dále prokazují závažné výkonnostní chyby u populací, které jsou analogické astronautům. V rámci dvoudenního experimentu s předmětem kategorie II, který provedli Arnedt a kol., byl sledován výkon 34 lékařských stážistů za čtyř podmínek:
Měření výkonu zahrnovala PVT a simulovanou jízdu. Nálezy experimentu Arnedt et al. ukazují, že zhoršení výkonu po rotaci při těžkém volání je srovnatelné se zhoršením, které je spojeno s kombinovanou hladinou 0,04 až 0,05% alkoholu v krvi a rotací při lehkém volání. Výsledky tohoto experimentu ukazují, že poklesy, které jsou vytvářeny prodlouženými pracovními směnami, jsou podobné poklesům, které jsou vytvářeny zvýšenými hladinami alkoholu v krvi.
Celkem 393 registrovaných zdravotních sester evidovalo plánovanou pracovní dobu, skutečně odpracované hodiny, odpracovanou denní dobu, přesčasy, dny volna a vzorce spánku/probuzení. Do hodnocení byly zahrnuty i otázky týkající se chyb a téměř chyb. Analýza ukázala, že délka práce, přesčasy a počet odpracovaných hodin týdně významně ovlivnily počet chyb. Pravděpodobnost chyby se zvyšovala s delší pracovní dobou a byla třikrát vyšší, když zdravotní sestry pracovaly na směny trvající 12,5 hodiny nebo déle. Práce přesčas zvyšovala pravděpodobnost, že dojde alespoň k jedné chybě, bez ohledu na původně plánovanou délku směny. Práce více než 40 a více než 50 hodin týdně významně zvyšovala riziko chyby.
Podobných zjištění bylo dosaženo v následném hodnocení kategorie III u 2 737 zdravotnických stážistů. Po celých Spojených státech byl proveden internetový průzkum, ve kterém stážisté vyplnili 17 003 důvěrných měsíčních zpráv. Tyto zprávy o 60 položkách obsahovaly informace týkající se pracovní doby, spánku a aktivit během měsíce, počtu dní volna a počtu prodloužených pracovních směn (definovaných jako nejméně 24 hodin nepřetržité práce). Tito stážisté byli také požádáni, aby nahlásili, zda se dopustili významných lékařských chyb souvisejících s únavou nebo nikoli. Další otázky hodnotily, jak často usnuli nebo usnuli během péče o pacienta nebo vzdělávacích aktivit.
Analýza odhalila významný vztah mezi počtem prodloužených pracovních směn a hlášenou mírou významných lékařských chyb souvisejících s únavou. Konkrétně se počet o hlášených lékařských chyb souvisejících s únavou zvýšil s tím, jak se zvyšoval počet prodloužených pracovních směn za měsíc. Nejméně jedna významná lékařská chyba související s únavou byla hlášena ve 3,8 % měsíců bez prodloužených pracovních směn a nejméně jedna významná lékařská chyba související s únavou byla hlášena v 9,8 % měsíců, které měly jednu až čtyři prodloužené pracovní směny, a v 16 % měsíců, které měly pět nebo více prodloužených pracovních směn. Četnost selhání pozornosti byla navíc silně spojena s četností prodloužených pracovních směn. Důkazy z této studie dále potvrzují negativní dopad, který mohou mít prodloužené pracovní směny na výkon, jakož i zvýšený počet úrazů a zranění.
Jedinci, kteří pracují v noci a pokoušejí se spát ve dne, trpí, protože načasování jejich spánku/probuzení zůstává mimo fázi s načasováním světla v životním prostředí. Noční pracovníci jsou zvláště náchylní k nehodám vozidel a jejich snížená bdělost, výkonnost a bdělost pravděpodobně zaviní vyšší míru pracovních úrazů a chyb při kontrole kvality při práci, zranění a celkový pokles produktivity práce. Nedávné informace také naznačují, že vzhledem k tomu, že tělo normálně uvolňuje melatonin, když je tma, práce pod umělým jako v noci potlačuje uvolňování melatoninu, což může zvýšit riziko vzniku rakoviny.
V souhrnu pozemní důkazy prokazují, že ztráta spánku, cirkadiánní desynchronizace a prodloužené pracovní směny vedou ke zvýšeným výkonovým chybám a nehodám. Důležitým hlediskem je proto to, do jaké míry jsou tyto rizikové faktory přítomny také v prostředí kosmických letů.
Vliv nedostatku spánku na kognitivní výkonnost
Porucha spánku při práci na směny
Spánková deprivace