Der Einfluss unterschiedlicher Beleuchtungsbedingungen auf die Vigilanz, den nachfolgenden Tagesschlaf und den circadianen Rhythmus bei isolierten Nachtschichten

Abstract

Einleitung: Nahezu alle bisherigen Nachtschichtstudien beschäftigen sich mit konsekutiven Nachtschichten, wobei sie versuchen, durch circadiane Phasenverschiebungen die endogenen circadianen Rhythmen an die veränderten Schlaf-Wach-Rhythmen von mehreren hintereinander folgenden Nachtschichten anzupassen. Bei (einzelnen) isolierten Nachtschichten haben solche Phasenverschiebungen aufgrund des circadianen Misalignments in den nachfolgenden Tagen primär negative Effekte, da die meisten Arbeiter unmittelbar nach der Nachtschicht wieder normale Tag-orientierte Schlaf-Wach- Rhythmen einnehmen. Dieser Problematik folgend, liegt dieser Arbeit folgende These für eine optimale Beleuchtung bei isolierten Nachtschichten zugrunde: Erstens sollte die Beleuchtung keine phasenverschiebende Wirkung haben. Dies wird erreicht durch das Herausfiltern der kurzwelligen Spektralanteile („blau“) des Lichts, welche primär die Beeinflussung des circadianen Systems durch Licht bei Nacht bewirken. Zweitens sollte die Beleuchtungsstärke hoch sein, um eine möglichst hohe Vigilanz steigernde Wirkung zu erzielen, da diese nicht nur vom verwendeten Spektrum, sondern in hohem Maße dosisabhängig ist. Methodik: 24 Probanden (ø-Alter 22.58 ± 1.61 Jahre) nahmen an zwei simulierten Nachtschichten teil. Jeder Proband durchlief eine Nachtschicht unter einer gedimmten Beleuchtungsbedingung (DL; < 5 lx) und eine unter einer blau- herausgefilterten Beleuchtung mit hoher Beleuchtungsstärke (FBL; ≈ 300 lx, Wellenlängen unter 520 nm herausgefiltert) in randomisierter Reihenfolge. Die Vigilanz wurde mit dem Psychomotor Vigilance Test gemessen. Die Qualität des Tagesschlafs nach der Nachtschicht wurde polysomnographisch bestimmt. Melatonin-Speichelproben wurden stündlich während beider Nachtschichten genommen und der Zeitpunkt des abendlichen Melatonin-Konzentrationsanstiegs unter gedimmtem Licht (DLMO) an den Abenden vor und nach einer Nachtschicht bestimmt. Ergebnisse: FBL erhöhte die Vigilanz signifikant in der zweiten Hälfte der Nachtschicht (mittlere Reaktionszeiten, p = 0.040, F1,39 = 3,60, n = 24). Gleichzeitig zeigte der Verlauf der Melatonin-Konzentration keine Unterschiede während einer Nachtschicht unter FBL oder DL (Fläche unter der Melatonin-Konzentrationskurve: p = 0.297, n = 23). Die Tagesschlafepisoden zeigten keine signifikanten Unterschiede, außer einem statistischen Trend für tieferen Schlaf nach FBL (↓N2, ↑N3: p < 0,08, n = 24). FBL hatte keine phasenverschiebende Wirkung insofern, als sich die DLMOs am Abend vor und nach der Nachtschicht unter FBL nicht unterschieden (p = 0.129, n = 11). Schlussfolgerung: FBL ist eine aussichtsreiche Lösung zur Verringerung der Probleme bei isolierten Nachtschichten, da es trotz der Vigilanz steigernden Wirkung zur Vermeidung von Fehlern und Unfällen während der Arbeit keine phasenverschiebende Wirkung hat. Dadurch sollten negative Effekte wie „shift lag“ und schlechter Schlaf in den nachfolgenden Tagen verringert werden. Der Vergleich einer FBL-Bedingung mit einer konventionellen, weißen, hellen Beleuchtung, bezogen auf die Vigilanz steigernde Wirkung, wurde in vorhergehenden Studien durchgeführt und zeigte vergleichbare Wirkungen.

Introduction: Nearly all night shift studies focus on consecutive night shifts and therefore aim at phase-shifting endogenous circadian rhythms to adjust for several shifts. For isolated (single) night shifts, such phase-shifting has mainly detrimental effects because of circadian misalignment during the next day(s) since most workers return to their normal diurnal activity patterns right after one night shift. Thus, this work proposes the following thesis for optimal light during isolated night shifts: Firstly, there should be no phase- shifting effect of the light, which could be achieved by filtering out the short-wavelength (“blue”) portion of light that mainly mediates the circadian effects of light at night. Secondly, the light should be of high intensity since the vigilance increasing effect of light is not only wavelength- but also highly dose-dependent. Methods: 24 subjects (ø age 22.58 ± 1.61 years) participated in two simulated night shifts. Each participant underwent one night shift under a dim light condition (DL; < 5 lx) and one under a filtered bright light condition (FBL; ≈ 300 lx, wavelengths below 520 nm filtered out) in randomized order. Vigilance was measured using the Psychomotor Vigilance Test. The recovery daytime sleep was polysomnographically recorded. Salivary melatonin concentrations were assessed hourly during both night shifts and the dim light melatonin onset (DLMO) was determined on the evening before and after the night shift. Results: FBL increased vigilance during the second half of the night shift (mean reaction times, p = 0.040, F1,39 = 3,60, n = 24). At the same time, melatonin concentrations showed similar dynamics during the night shift under FBL and DL (area under the curve melatonin concentration: p = 0.297, n = 23). The two day-sleep episodes showed no differences, except a statistical trend for deeper sleep after FBL (↓N2, ↑N3: p < 0.08, n = 24). FBL had no phase-shifting effect as there were no significant differences of the DLMOs between the evenings before and after the night shifts under FBL (p = 0.129, n = 11). Conclusions: Concerning the problem of isolated night shifts, FBL is a valuable solution to increase night time vigilance and thereby reducing errors and accidents on the job without shifting circadian phase. It does therefore not cause detrimental effects like “shift lag” and worse sleep on the following day(s). The comparison between FBL and conventional bright white light regarding the vigilance increasing effect was done in previous studies and resulted in comparable effects.