Il nuovo studio finanziato dall’esercito esamina gli effetti della privazione del sonno , che può influenzare notevolmente i soldati sul campo di battaglia.
La ricerca condotta presso il Centro medico dell’Università di Rochester e finanziata dall’Esercito Research Office, un elemento del Laboratorio di ricerca dell’esercito del Comando per lo sviluppo delle capacità di combattimento dell’esercito degli Stati Uniti, suggerisce che le persone che fanno affidamento sul dormire durante le ore diurne sono a maggior rischio di sviluppare disturbi neurologici.
Lo studio, pubblicato su Nature Communications, descrive in dettaglio come il complesso insieme di dinamiche molecolari e fluide che compongono il sistema glinfatico – il processo unico di rimozione dei rifiuti del cervello – sono sincronizzati con l’orologio interno principale che regola il ciclo sonno-veglia.
“Stabilire un ruolo per la comunicazione tra astrociti e gli impatti significativi dei tempi circadiani sulle dinamiche di eliminazione glicinfatica rappresentano un passo importante nella comprensione del processo fondamentale di regolazione della rimozione dei rifiuti nel cervello”, ha affermato il dottor Frederick Gregory, responsabile del programma per la neurofisiologia di ARO iniziativa cognitiva.
“Questa conoscenza è fondamentale per lo sviluppo di contromisure future che compensino gli effetti deleteri della privazione del sonno e soddisfino i requisiti futuri di operazioni militari multi-dominio per i soldati per sostenere le prestazioni per periodi più lunghi senza la possibilità di riposare”.
Il sistema glinfatico, scoperto per la prima volta dal laboratorio URMC Nedergaard nel 2012, è costituito da una rete che si trascina sul sistema di circolazione sanguigna del cervello ed è composto da strati di tubature, con il vaso sanguigno interno racchiuso da un “ tubo ” che trasporta il liquido cerebrospinale.
Il sistema pompa il fluido attraverso il tessuto cerebrale principalmente durante il sonno, lavando via le proteine tossiche e altri rifiuti.
“Questi risultati mostrano che la funzione del sistema glicinfatico non si basa esclusivamente sul sonno o sulla veglia, ma dai ritmi quotidiani dettati dal nostro orologio biologico”, ha affermato il neuroscienziato Maiken Nedergaard, MD, DMSc., Co-direttore del Center for Translational Neuromedicine presso URMC e autore senior dello studio.
Il team di ricerca e altri hanno dimostrato il ruolo che la pressione sanguigna, la frequenza cardiaca, i tempi circadiani e la profondità del sonno giocano nella funzione del sistema glicinfatico e nella segnalazione chimica che si verifica nel cervello per accendere e spegnere il sistema.
Hanno anche dimostrato come il sonno interrotto o i traumi possano causare la rottura del sistema e consentire alle proteine tossiche di accumularsi nel cervello, dando potenzialmente origine a una serie di malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer.
I ritmi circadiani, orologi biologici di 24 ore, vengono mantenuti in una piccola area del cervello chiamata nucleo soprachiasmatico. Questo orologio regola diverse importanti funzioni biologiche, incluso il ciclo sonno-veglia.
Il nuovo studio, condotto sui topi, ha dimostrato che quando gli animali venivano anestetizzati tutto il giorno, il loro sistema glicinfatico funzionava ancora solo durante il loro tipico periodo di riposo: i topi sono notturni, quindi il loro ciclo sonno-veglia è l’opposto degli umani.
“I ritmi circadiani negli esseri umani sono sintonizzati su un ciclo giorno-veglia, sonno notturno”, ha detto la dottoressa Lauren Hablitz, prima autrice del nuovo studio e professore assistente di ricerca presso il Center for Translational Neuromedicine dell’URMC.
“Poiché questo tempismo influenza anche il sistema glicinfatico, questi risultati suggeriscono che le persone che fanno affidamento sui sonnellini del gatto durante il giorno per recuperare il ritardo sul sonno o lavorare il turno di notte possono essere a rischio di sviluppare disturbi neurologici.
In effetti, la ricerca clinica mostra che le persone che fanno affidamento sul dormire durante le ore diurne corrono un rischio molto maggiore di Alzheimer e demenza insieme ad altri problemi di salute “.
Lo studio individua le cellule chiamate astrociti che svolgono più funzioni nel cervello. Gli scienziati ritengono che gli astrociti nel nucleo soprachiasmatico aiutino a regolare i ritmi circadiani.
Gli astrociti fungono anche da guardiani che controllano il flusso del liquido cerebrospinale in tutto il sistema nervoso centrale.
I risultati dello studio suggeriscono che la comunicazione tra astrociti in diverse parti del cervello può condividere l’obiettivo comune di ottimizzare la funzione del sistema glinfatico durante il sonno.
I ricercatori hanno anche scoperto che durante la veglia, il sistema glicinfatico devia il liquido cerebrospinale ai linfonodi del collo.
Poiché i linfonodi sono stazioni chiave nella regolazione del sistema immunitario, la ricerca suggerisce che il liquido cerebrospinale può rappresentare un orologio fluido che aiuta a risvegliare le capacità di combattimento delle infezioni del corpo durante il giorno.
Panoramica del sonno Gli
stati di veglia del sonno possono essere classificati come veglia, movimento oculare rapido (REM) e sonno non rapido (NREM) in base alle caratteristiche dei segnali di elettroencefalografia (EEG) ed elettromiografia (EMG). Il risveglio è definito da segnali EEG ad alta frequenza e ampiezza inferiore e da un segnale EMG robusto, a causa dell’attività muscolare posturale e cinetica attiva.
Al contrario, l’EEG del sonno NREM mostra segnali di frequenza più bassa e maggiore ampiezza che seguono schemi di attivazione neurale più sincronizzati e un EMG di ampiezza ridotta. L’EEG del sonno REM ritorna ai segnali ad alta frequenza e di ampiezza inferiore che ricordano la veglia, ma i segnali EMG sono privi di attività, denominati atonia, che viene utilizzato per differenziare il REM dalla veglia nelle registrazioni polisonnografiche [6].
Il sonno e la veglia sono entrambi processi attivi nel cervello, ma meccanismi diversi guidano ogni stato. L’eccitazione cognitiva è in gran parte mediata dalle strutture eccitatorie del tronco cerebrale e da sostanze neurochimiche come il nucleo peduncolopontino (acetilcolina), il locus coeruleus (norepinefrina) e il rafe (serotonina), così come il nucleo tuberomamillare mesencefalo (istamina) che attiva le strutture talamiche e corticali. Al contrario, le cellule inibitorie nell’ipotalamo (area preottica ventrolaterale) inviano proiezioni di acido γ-amminobutirrico (GABA) e galanina per inibire queste strutture, tra le altre, per iniziare il sonno.
Recenti evidenze da un’altra struttura inibitoria del mesencefalo, il nucleo tegmentale rostromediale [7], suggeriscono che possa esistere un sistema inibitorio ventrale distribuito che promuove il sonno (Jhou e Good et al., Dati non pubblicati) [8].
Una spiegazione di questa relazione reciproca è riferita alla teoria del “circuito flip-flop” proposta da Saper et al. per spiegare finitamente la regolazione ipotalamica del sonno NREM e le transizioni NREM agli stati REM e di veglia [9, 10].
Durante lo sviluppo, i modelli di sonno / veglia cambiano in modo tale che i bambini richiedono circa il doppio del tempo di sonno degli adulti maturi, ma lo fanno in modo frammentato durante il giorno e la notte [11,12,13].
Con il progredire dello sviluppo, il numero di periodi di sonno si consolida gradualmente fino al ciclo dell’adulto costituito da un singolo episodio di sonno notturno di circa 8 ore durante il quale l’individuo passa attraverso le fasi NREM e REM. Negli adolescenti e nella prima età adulta si verifica un aumento della pressione del sonno che può aumentare il bisogno e la durata del sonno fino a ~ 9 ore per notte [14, 15] e spostare l’ora di andare a letto e il risveglio alle ore successive.
Questo periodo di tempo coincide con il gruppo di età che di solito si arruola nelle scuole post-superiori militari degli Stati Uniti (USA) (17-20 anni di età) [16]. In questo momento ontogenetico, i cicli sonno / veglia stanno ancora passando a modelli adulti [11]. Ciò è in contrasto con i programmi sonno / veglia dell’addestramento militare a cui entrano questi adolescenti, dove <6 ore di sonno per notte e tempi di salita delle 04:30 sono comuni [17,18,19,20].
Sfortunatamente, un sonno insufficiente <6 ore per notte diventa cronico e normativo durante l’addestramento precoce ed è pervasivo anche nelle accademie militari d’élite [17, 19]. Per testare l’impatto dei programmi di sonno sulla salute e sulle prestazioni, Miller et al. ha spostato gli orari del sonno dei tirocinanti dell’esercito americano durante l’addestramento di combattimento di base per allinearlo meglio con il sonno naturale e le abitudini degli adolescenti.
I risultati hanno mostrato riduzioni dei disturbi dell’umore, miglioramenti nella capacità di tiro e meno affaticamento, nonché miglioramenti complessivi nei punteggi della qualità del sonno [18], evidenziando l’impatto significativo del sonno naturale sulle prestazioni umane.
Si ipotizza che questi miglioramenti nell’igiene del sonno durante la formazione di base, un periodo in cui la maggior parte dei tirocinanti si stanno ancora sviluppando, potrebbero portare a una maggiore resilienza contro future interruzioni circadiane / del sonno o malattie mentali.
Studi longitudinali suggeriscono che i disturbi del sonno nei giovani adulti fungano da fattore di rischio precoce per lo sviluppo di depressione maggiore [21,22,23] e questo rischio potrebbe persistere per molti anni [24]. Inoltre, l’insonnia pre-distribuzione è un contributo significativo al PTSD post-distribuzione e all’ideazione suicidaria [25,26,27].
Un recente modello di insonnia nei veterani delle forze armate statunitensi identifica i problemi del sonno precoce come un fattore di stress iniziale e precipitante che può ridurre la resilienza a fattori di stress successivi, inclusi problemi di sonno persistenti [28]. Questo modello di feed-forward potrebbe compromettere la capacità di adattamento di un individuo di far fronte a eventi stressanti aggiuntivi o più grandi, predisponendoli a depressione, ansia o PTSD.
Mentre non è noto se mitigare i disturbi del sonno precocemente durante l’addestramento di base possa offrire protezione contro future malattie mentali nelle popolazioni militari, gli sforzi dovrebbero essere diretti a determinare se un intervento precoce per ridurre al minimo il debito di sonno potrebbe ridurre i successivi esiti negativi in questa popolazione suscettibile.
Sebbene, data la cultura militare in cui dormire di meno è comune durante la propria carriera ed è in gran parte visto come un segno di forza mentale e fisica, non è chiaro se i primi miglioramenti nell’igiene del sonno potrebbero superare molti anni successivi di sonno disordinato.
La durata del sonno notturno per i membri del servizio negli Stati Uniti viene troncata, rispetto alle controparti civili. La National Sleep Foundation, l’American Academy of Sleep Medicine e la Sleep Research Society raccomandano tutte un minimo di 7 ore di sonno a notte per gli adulti di età pari o superiore a 18 anni [15, 29]. In effetti, un ampio studio epidemiologico nazionale negli Stati Uniti ha rilevato che il 63% degli americani ha dormito 7–8 ore a notte, mentre solo il 28% ha dormito 6 o meno ore a notte, in linea con la breve durata del sonno (SSD) [30].
Ciò contrasta con due studi militari statunitensi che hanno rilevato che il 72 e il 69% dei membri del servizio sono stati classificati come SSD con meno di 6 ore di sonno per notte, e solo il 27 e il 30% hanno ottenuto rispettivamente le 7-8 ore di sonno raccomandate [3, 31]. I soldati dell’esercito americano ridistribuiti con precedenti esposizioni al combattimento avevano più probabilità di avere SSD, mentre essere feriti o feriti durante il combattimento era un forte predittore di dormire meno di 5 ore per notte dopo l’infortunio [31].
Operativamente, SSD riduce le opportunità di massimizzare il valore recuperativo del sonno richiesto per compiti altamente impegnativi mentalmente e fisicamente inerenti alle operazioni militari. L’SSD degrada anche le prestazioni del giorno successivo, come rilevato in uno studio sulla durata del sonno sulla capacità di tiro dell’artiglieria [32, 33], compromettendo la sicurezza personale e le risorse.
Conseguenze dei programmi di lavoro militare
L’impatto biologico dei programmi di lavoro a rotazione è stato ampiamente studiato, tuttavia gli esempi incentrati sul personale militare e sulle operazioni sono scarsi nonostante i cicli di lavoro operativi di 12 he 24 h siano comuni. Ciò è dovuto in parte alle impostazioni dinamiche non controllate in cui i dati dovrebbero essere raccolti, in cui la missione viene prima e le attività non possono essere interrotte di routine per gli sforzi di raccolta dei dati.
Anche gli studi prospettici che valutano gli effetti degli orari dei turni sono impegnativi per la popolazione militare a causa della natura variabile e temporanea della maggior parte degli orari e degli ambienti di lavoro, e hanno maggiori probabilità di produrre risultati meno conclusivi rispetto agli studi civili in cui gli orari di lavoro tendono ad essere più coerenti.
Inoltre, i fattori confondenti e variabili che devono essere considerati statisticamente tra i soggetti sarebbero immensi data la situazione e la natura specifica del compito dei doveri dei membri del servizio. Fortunatamente, ci sono numerosi studi sull’uomo sulla funzione cognitiva, endocrina e molecolare durante i cicli di sonno inverso (cioè, il lavoro notturno), orari di lavoro 24 ore su 24 e orari di lavoro a rotazione (che cambiano rapidamente) nell’assistenza sanitaria (ad esempio infermieri) e nel servizio pubblico ( ad esempio, vigili del fuoco) lavoratori con valore traslazionale per il personale militare.
Una popolazione militare che è più favorevole agli studi a breve termine sul lavoro a turni è la Marina, dove i marinai sono impiegati sulle navi per giorni o settimane alla volta e tendono ad avere compiti di guardia più definiti in mare. I ricercatori della Naval Postgraduate School hanno pubblicato una serie di studi che hanno sfruttato questa popolazione, con particolare enfasi sulla derivazione di orari di guardia che si allineano meglio con i ritmi circadiani [34] e offrono più tempo per il sonno dedicato [35] rispetto alla rotazione comune di 5 ore accensione / spegnimento di 10 ore [20].
Questi studi suggeriscono costantemente che i marinai preferiscono il programma di 3 ore di accensione / 9 ore di riposo, con meno sonnolenza diurna segnalata e miglioramento dell’umore e dei tempi di reazione con meno errori. Sebbene questa popolazione militare sia più propensa a studiare gli effetti dei turni di lavoro, occorre comunque prestare attenzione quando si generalizzano i risultati del sonno e della fisiologia tra i reparti navali [36, 37].
Ad esempio, i livelli di cortisolo salivare possono variare da individuo a individuo a causa dell’aumento dello stress nei reparti rumorosi (p. Es., Sale macchine e torrette dei cannoni), mentre l’intensità della luce può spostare i livelli di melatonina a seconda della stazione di servizio (p. Es., Sala di controllo interna rispetto al ponte esterno della nave) [ 37]. In un’altra popolazione militare, il personale dell’aviazione dell’esercito americano che lavorava con un ciclo di sonno inverso ha riferito di non aver ottenuto un sonno diurno adeguato durante questo programma [38], il che può portare a errori del pilota [39].
Lavoro notturno (cicli di sonno invertiti)
In generale, il lavoro notturno di qualsiasi tipo e durata aumenta la morbilità e la mortalità, incidendo negativamente sulla salute fisiologica e psicologica. Per quanto riguarda la salute fisiologica, il lavoro notturno nelle infermiere porta a stili di vita malsani che escludono l’esercizio [40] e aumenta l’apporto calorico complessivo e il desiderio di cibi ricchi di grassi, zuccheri e carenti di proteine [41] per mezzo di alterazioni intestinali rilascio derivato di ormoni che regolano la fame e la sazietà (grelina) [42].
È interessante notare che lo stress positivo come l’esercizio fisico ha persino dimostrato di esacerbare l’interruzione endocrina clinicamente significativa dei livelli di grelina, leptina, insulina e trigliceridi [43] indotta dal lavoro notturno [44, 45], indicando che anche la tempistica dell’esercizio deve essere adeguatamente calibrato nei turnisti notturni.
Questi risultati hanno corollari diretti con le popolazioni militari, portando a una ridotta capacità di controllare il proprio peso nonostante le valutazioni semestrali al fine di mantenere l’attuale occupazione militare e determinare le probabilità di schierabilità (AR 600-9). A lungo termine, un “setpoint” dell’indice di massa corporea (BMI) più elevato nei membri del servizio manifestato dal lavoro a turni può portare a problemi al tratto gastrointestinale e al diabete di tipo 2 come riscontrato nelle controparti civili [40, 46, 47].
Il lavoro notturno può anche ridurre la forza scheletromuscolare (isometrica) del 20% nelle popolazioni civili [48], può contribuire all’aumento dei sintomi muscolo-scheletrici nei membri dell’equipaggio della Marina degli Stati Uniti [49] e portare a stress cardiovascolare attraverso un aumento del marker ematico , cicloossigenasi-2 (COX-2) [50].
Come conseguenza longitudinale del lavoro notturno (20.142 lavoratori a turni studiati in 22 anni), i nuovi casi di ipertensione sono aumentati di> 10% [51]. Questa tripletta di ipertensione, forza isomerica ridotta e BMI più elevato aumentano il rischio di malattie cardiovascolari.
Infine, il lavoro notturno degli agenti di polizia – un’occupazione civile con molte responsabilità sovrapposte come personale militare – ha accentuato i marcatori di infiammazione trasmessi dal sangue (aumento della conta dei globuli bianchi, linfociti e monociti) [52], che potenzialmente porta a nuovi casi di cancro specifico per il sesso biologico (seno [femmina] e prostata [maschio]).
A breve termine per il personale militare, questa tripletta potrebbe aumentare il rischio di lesioni muscoloscheletriche [49] e / o infarto miocardico mentre si impegna in compiti fisicamente impegnativi specifici per l’occupazione militare. Dopo il servizio militare, questa tripletta potrebbe contribuire all’aumento del rischio di malattie cardiache nei veterani [53]; una scoperta che potrebbe essere aggravata dalla mancanza di sessioni di esercizi mattutini obbligatorie e di allenamento sul campo che non fanno più parte della routine dei membri del servizio, nonché da lesioni o disturbi neurologici sostenuti durante il servizio, tra gli altri fattori.
Per quanto riguarda la salute psicologica e le prestazioni, i processi cognitivi di base e avanzati come il tempo di reazione per rispondere ai segnali visivi e la capacità di eseguire rapidamente e correttamente calcoli mentali sono compromessi negli operatori sanitari notturni rispetto alle controparti diurne [54, 55].
Analogamente agli operatori sanitari, le professioni militari hanno competenze uniche che richiedono ai membri del servizio di partecipare, elaborare e integrare in modo accurato e rapido le nuove informazioni specifiche per i propri doveri professionali come parte di una missione militare. Le carenze cognitive nella capacità di apprendere, ricordare ed eseguire rapidamente un compito specifico possono portare al fallimento della missione e possono compromettere la sicurezza individuale e dell’unità così come la sicurezza nazionale.
Inoltre, il lavoro notturno porta ad aumenti a lungo termine dello stress psicologico e del “burnout” che possono essere dannosi per le prestazioni sostenute [56]. L’entità della riduzione dell’attenzione e della vigilanza durante il lavoro notturno può essere prevista ed è direttamente correlata all’entità del disallineamento tra gli orari di lavoro e due distinti processi fisiologici: (a) picchi diurni della temperatura corporea interna (quando la vigilanza è più alta) ; e (b) picchi notturni nell’insorgenza di melatonina in condizioni di scarsa illuminazione (DLMO; quando la vigilanza è inferiore) [57].
Due coorti separate basate sulla popolazione derivate dallo Swedish Twin Registry (il più grande registro di gemelli al mondo) hanno dimostrato una relazione dose-risposta clinicamente significativa tra la durata del lavoro a turni e il lavoro notturno (in anni) e il rischio di incidente per disturbo neurocognitivo (come determinato dai codici della classificazione internazionale della malattia [ICD] e del sistema di classificazione chimica terapeutica anatomica [ATC] dai registri dei pazienti) [58].
Questo rischio è stato amplificato nei portatori della mutazione APOE4 [58], comune negli individui di discendenza europea [59], che hanno lavorato a turni o orari notturni per più di 20 anni. I risultati di questo studio suggeriscono che il lavoro a turni di qualsiasi durata potrebbe aumentare il rischio di disturbi neurocognitivi molti anni dopo, sebbene ciò debba essere confermato in altre popolazioni.
Studi simili dovrebbero essere esplorati nei veterani militari, dove sono documentate le storie mediche, l’occupazione e le storie di lavoro e gli schieramenti. L’interazione tra lavoro a turni, lavoro notturno e lesioni cerebrali traumatiche è un’altra strada che potrebbe fornire informazioni sull’aumento del rischio di successivi disturbi neurocognitivi.
Rapidi cambiamenti di fuso orario, luce / buio
In generale, la luce è lo stimolo ambientale più potente in grado di trascinare, ma anche di cambiare fase, il ciclo sonno / veglia dei mammiferi. A seconda di quando si presenta di notte luce arricchita bianca o blu (ma non luce arricchita rossa) di qualsiasi durata, la luce ritarderà o farà avanzare il ciclo sonno / veglia, come caratterizzato dalla curva di risposta di fase fotica [60 , 61].
Questa risposta fisiologica all’esposizione temporizzata alla luce può aiutare a migliorare le conseguenze negative del lavoro notturno come mostrato per la prima volta> 20 anni fa [62]. La tempistica e la qualità della luce contano, come evidenziato dall’implementazione di “ricette” luminose [63,64,65] e dall’efficacia dei dispositivi indossabili con blocco della luce per ottimizzare la prontezza fisiologica immediata in vari turni notturni [66]. Per il personale militare, le “ricette” luminose a tempo possono essere una soluzione per i cicli di sonno / veglia a spostamento di fase allo scopo di “possedere la notte” ed eseguire una missione notturna di successo che massimizza le prestazioni e riduce il rischio di lesioni.
La scarsa qualità e la scarsa illuminazione artificiale a incandescenza sono comuni nelle installazioni militari con centri operativi 24 ore su 24, il che richiede una comprensione dell’impatto a breve e lungo termine di queste condizioni sulla salute fisiologica e psicologica delle popolazioni militari.
È stato dimostrato che l’illuminazione a incandescenza rispetto alla luce solare naturale (> 10.000 lux) riduce la qualità del sonno attenuando l’ampiezza del rilascio notturno di melatonina [67] e la luce naturale rispetto alla luce artificiale si traduce in un migliore consolidamento di un ciclo sonno / veglia attraverso più forte rilascio di melatonina derivata dal cervello [67]. I rapidi cambiamenti nei modelli di sonno / veglia possono spostare il rilascio di melatonina fuori fase rispetto ai programmi di servizio militare e provocare una maggiore sonnolenza durante l’orario di lavoro quando le esigenze di vigilanza sono elevate [37].
Mentre una routine di luce fioca costante produce tipicamente un impatto benigno sulla salute fisiologica e psicologica, è stato dimostrato che la luce intensa cronica causa aritmia sonno / veglia e divisione del ritmo sonno / veglia [68], smorza l’espressione genica ritmica [69] e porta funzionalmente a una riduzione sensibilità all’insulina e immunodeficienza nei modelli di roditori [70, 71].
Anche l’inquinamento luminoso notturno è un problema significativo negli ambienti operativi. Quasi tutti i membri del servizio che devono alleviare le funzioni corporee nel cuore della notte devono vestirsi e camminare per più di 250 m all’esterno per poter utilizzare le latrine [39], che possono essere situate all’interno di una struttura che è illuminata 24 ore su 24. illuminazione a incandescenza.
L’illuminazione di uno stadio viene utilizzata anche per illuminare questi percorsi escursionistici su basi operative, aggravando ulteriormente l’inquinamento luminoso in alloggi già poveri per un sonno ristoratore. In entrambi i casi, la luce intensa può fungere da zeitgeber che riduce la capacità di un individuo di riaddormentarsi al ritorno alla cuccetta, disregolando ulteriormente i propri schemi di sonno.
Con una migliore integrazione di un’illuminazione più naturale sulle installazioni militari, i membri del servizio potrebbero massimizzare le loro opportunità per ottenere un sonno ristoratore nei giorni di non allenamento e, cosa più importante, massimizzare questa opportunità per il “sonno bancario” che porta alla perdita di sonno durante l’allenamento di più giorni esercitazioni o operazioni [72].
Lo stress fisico e psicologico subacuto può agire come zeitgeber non fotici nei modelli di roditori alterando i ritmi circadiani del corticosterone [73, 74]. La reattività fisiologica allo stress negli esseri umani è controllata dal circadiano [75], suggerendo che i fattori di stress possono potenzialmente alterare i ritmi circadiani in momenti specifici della giornata.
È noto che i membri del servizio sono esposti a stress fisiologico e psicologico più acuto negli ambienti operativi rispetto alla popolazione generale. Pertanto, i cambiamenti di ampiezza e di fase nei ritmi del cortisolo indotti da fattori di stress acuti sperimentati dai membri del servizio possono anche fungere da zeitgeber [37], simile all’esposizione alla luce intensa, ma certamente meritano ulteriori indagini.
Gli stimoli nonfotici come l’esercizio [76,77,78,79] e l’interazione sociale [80] sono anche in grado di trascinare e spostare il ciclo sonno / veglia dei mammiferi, [78, 79, 81, 82], ma i segnali non fotici sono altamente complesso e può annullare le azioni di cambiamento di fase della luce nei modelli animali [81].
Negli esseri umani, l’esercizio fisico può modificare i ritmi circadiani; un effetto che si aggiunge all’esposizione alla luce intensa [83]. Anche l’ora del giorno gioca un ruolo, con prove recenti che suggeriscono più finestre temporali per includere l’esercizio per regolare i ritmi circadiani [84]. Questi risultati entusiasmanti suggeriscono che la tempistica di nuovi stimoli non fotici (p. Es., Compiti di guerrieri militari ed esercitazioni di battaglia) deve essere attentamente controllata quando si cerca di spostare in modo mirato ed efficace un ciclo sonno / veglia con luce arricchita per una maggiore operatività delle prestazioni durante la notte. Tuttavia, questo livello di coordinamento circadiano non è attualmente adottato dalle unità militari.
Per aumentare il problema, le operazioni militari 24 ore su 24 spesso si traducono in avanzamenti di fase consecutivi e successivi ritardi di fase del viaggio da “basi di sicurezza”> 2 fusi orari di distanza dalla linea del fronte delle truppe. Recenti ricerche in un modello animale hanno dimostrato che gli avanzamenti di fase e i successivi ritardi di fase (o viceversa) possono essere un “gioco a somma zero” mediante la creazione di disaccoppiamento circadiano e smorzamento dell’espressione genica ritmica [85] e alterando funzionalmente la codifica e il richiamo della memoria [86, 87].
Pertanto, vi è una necessità critica di comprendere meglio queste basi biologiche delle prestazioni umane in risposta a nuovi stimoli fotici / non fotici specifici per il personale militare al fine di operare meglio di notte, garantendo al contempo che la salute fisiologica e psicologica del personale militare vengono ottimizzati nel breve (combattimento) e nel lungo termine (carriera e pensionamento).
Tempi operativi 24 ore su 24
In contrasto con la maggior parte delle occupazioni civili, le operazioni militari statunitensi sono 24 ore su 24.
Programmi di servizio imprevedibili e in continua evoluzione e operazioni> 24 ore non sono comuni solo durante il dispiegamento in una zona di combattimento (cioè, ambiente operativo), ma sono anche visti negli Stati Uniti (cioè in guarnigione) al fine di creare un flusso continuo di informazioni da e verso l’ambiente operativo.
I membri del servizio devono spesso impegnarsi in teleconferenze notturne con un’unità che opera a più di 8 fusi orari di distanza in Medio Oriente o nelle isole del Pacifico (coordinamento antifasico), e quindi svolgere i loro compiti quotidiani il giorno successivo in condizioni di sonno ridotto e frammentato.
Anche il contrario è comune; quartier generale militare superiore che comunica durante le ore diurne a Washington, DC con unità impegnate in operazioni notturne in Medio Oriente spesso significa che i membri del servizio che eseguono operazioni notturne sono svegli per> 12 ore a prepararsi per la missione anche prima della missione notturna stessa.
Questo scenario è esemplificato dall’orgoglio delle forze armate statunitensi nel “possedere la notte”, il che significa che le operazioni ad alto rischio contro le forze nemiche hanno la priorità di notte anziché durante il giorno (ad esempio, la cattura a mezzanotte di Osama bin Laden ad Abbottabad, in Pakistan in 2011).
Sebbene noi, come nazione, ricorderemo e glorificheremo spesso anche queste missioni notturne altamente pubblicizzate, molte missioni notturne su scala ridotta e meno pubblicizzate hanno compromesso in modo significativo la salute e la sicurezza dei membri del servizio degli Stati Uniti e hanno provocato il fallimento della missione come conseguenza del lungo periodo il lavoro notturno in piedi, associato a un sonno cronico insufficiente, offre molte opportunità di decrementi ed errori delle prestazioni seguendo questo programma operativo.
Al di fuori delle operazioni di combattimento, è anche molto comune per i membri del servizio svolgere esercizi di addestramento di più giorni e dormire <5 ore per notte (Skeiky et al., Dati non pubblicati). Pertanto, le operazioni militari 24 ore su 24 continuano a porre un rischio aggiuntivo sulle decisioni di vita o di morte prese dai membri del servizio privati del sonno che lavorano in ambienti altamente stressanti in molte regioni geografiche e domini dei campi di battaglia (ad esempio, terra, mare e aria) con armi e sistemi di dati sempre più avanzati che richiedono un alto grado di capacità cognitiva.
Dato il requisito di completare attività impegnative fisicamente e mentalmente su base coerente durante l’esecuzione della missione, l’incapacità di eseguire e recuperare a causa dell’incapacità di ottenere un sonno ristoratore, è una configurazione per il fallimento della missione.
Studi che esaminano le conseguenze di una singola notte di privazione del sonno> 24 ore e restrizione cronica del sonno (<7 giorni) hanno prodotto compromessi immediati ea breve termine nella salute fisiologica e cerebrale a livelli di connettività neurale, cascate di segnali endocrini e molecolari e psicologici / risultati comportamentali.
Ad esempio, uno studio sulla funzione cerebrale in tempo reale tramite tomografia a emissione di positroni (PET) ha rilevato che una singola notte di privazione del sonno> 24 ore aumenta rapidamente l’accumulo di placca tau- e amiloide: due firme standard di infiammazione cerebrale e rischio di Morbo di Alzheimer – che non è tornato completamente ai livelli basali dopo il sonno di recupero [88].
Diminuzioni immediate e clinicamente significative nei processi anabolici come la diminuzione del testosterone per via ematica e del rilascio dell’ormone della crescita [89, 90], in concomitanza con l’aumento dei processi catabolici come il rilascio di cortisolo per via ematica [89,90,91,92,93] e stress ossidativo [94] sono stati riportati a seguito di privazione acuta del sonno.
La privazione del sonno prolungata cambia anche fase e smorza l’ampiezza dei substrati biochimici del metabolismo del glucosio, degli acidi grassi e degli amminoacidi: inclusi colesterolo [95], acilcarnitine [96], acido ossalico [97, 98] e diacilglicerolo [97, 98 ]. Ai livelli di studio più microscopici e cellulari, la privazione del sonno altera il trascrittoma del DNA umano [99] e la sintesi di ATP [94].
Questi studi sull’uomo mostrano l’ampio impatto neurale, endocrino, tissutale e cellulare di una singola notte di privazione del sonno> 24 ore e restrizione cronica del sonno (<7 giorni) sulla salute fisiologica e psicologica che sono altamente rilevanti per i doveri dei membri del servizio .
Disturbi del sonno e psichiatrici
Si stima che oltre il 60% dei membri del servizio che mai, in precedenza o erano attualmente impiegati dormono meno di 6 ore per notte, mentre quelli precedentemente o attualmente impiegati hanno maggiori probabilità di riferire di dormire <5 ore per notte [100] . Ci sono diversi fattori che contribuiscono alla mancanza di sonno sufficiente nelle forze armate, comprese le operazioni di combattimento, il lavoro a turni e la comorbidità dei disturbi psichiatrici nei membri del servizio.
Sebbene i dati sulla salute fisiologica e psicologica in tempo reale nel personale in servizio attivo durante le operazioni militari dispiegate siano scarsi, i disturbi del sonno, in particolare l’insonnia e l’apnea ostruttiva del sonno (OSA), sono stati ampiamente studiati prima e dopo il dispiegamento e tra i sessi nelle strutture di trattamento medico [3,4,5, 101, 102].
L’insonnia è spesso un sintomo principale in molti disturbi psichiatrici, in particolare in PTSD, depressione e lieve trauma cranico (mTBI). In uno studio su membri del servizio con lesioni alla testa legate al combattimento, il 55,2% ha manifestato sintomi di insonnia e il 90,5% ha avuto almeno una condizione psichiatrica in comorbidità [103]. Mentre i disturbi del sonno possono derivare da lesioni psichiatriche, il sonno pre-morboso disordinato può anche predisporre un membro del servizio a sviluppare PTSD e altre condizioni psichiatriche [104].
Sono state scritte revisioni complete sulle correlazioni integrali tra sonno e trauma cranico (TBI) [105, 106] e PTSD [3, 100, 107, 108], inclusa una revisione di Neylan et al. che appare in questo volume. Sebbene la discussione della letteratura circostante esuli dallo scopo dell’attuale articolo, va notato che la maggior parte dei membri del servizio che sostengono il disturbo da stress post-traumatico sosterranno anche l’insonnia significativa o altri disturbi del sonno (ad esempio gli incubi), ponendo una sfida unica al trattamento di questo paziente popolazione (Fig.1).
Insonnia L’
insonnia è l’incapacità di addormentarsi o di rimanere addormentato con conseguente alterazione della funzione diurna e disagio soggettivo del paziente. Generalmente, l’insonnia è caratterizzata come transitoria (che dura meno di un mese) o cronica (> 1 mese). Il primo passo nel trattamento dell’insonnia è l’identificazione della causa sottostante o delle cause che contribuiscono al reclamo del paziente, come spesso un sintomo di una condizione psichiatrica sottostante: PTSD, depressione, disturbo d’ansia generalizzato, disturbo di panico, disturbo bipolare e dipendenza da sostanze. In effetti, diversi studi sul personale militare in servizio attivo (ADMP) riferiti a una clinica del sonno presentavano insonnia comorbidità con dolore cronico, PTSD, ansia e / o depressione [3,4,5].
I fornitori militari effettuano uno screening per disturbi dell’umore, ansia e uso di sostanze prima di rivolgersi a uno specialista del sonno [109]. Le cause per i pazienti che presentano insonnia transitoria oa breve termine sono più facilmente identificabili rispetto ai pazienti con insonnia cronica.
Un membro del servizio può provare insonnia all’inizio di una distribuzione a causa di cambiamenti nell’ambiente in cui si dorme, rumore eccessivo, jet lag, lavoro a turni, lo stress di essere separato dalle proprie famiglie, temperatura ambiente sgradevole o ansia per la morte o lesioni durante la distribuzione [110].
Ad esempio, uno studio trasversale sugli aviatori dell’aviazione militare statunitense ha rilevato che il 40% degli intervistati aveva un’efficienza del sonno <85% o una latenza prolungata di insorgenza del sonno> 30 minuti, mentre il 75% ha riferito una diminuzione della qualità del sonno rispetto a casa [ 39]. Inoltre, i lavoratori del turno di notte avevano statisticamente maggiori probabilità di avere una minore efficienza del sonno, maggiori latenze del sonno e segnalare disturbi del sonno durante le ore diurne a causa di forti rumori nei loro dintorni.
L’abuso di psicostimolanti come la caffeina o il modafinil prescritti per il lavoro a turni può interrompere ulteriormente i modelli di sonno e può creare un modello di feed-forward in cui è necessaria più caffeina o farmaci da prescrizione per mantenere la vigilanza durante il giorno, nonostante le conseguenze negative che ha sull’addormentarsi quella notte (Fig. 1).
Questo ciclo è confuso dai fattori di stress aggiuntivi che si sopportano durante il dispiegamento, come discusso sopra. Sfortunatamente, l’insonnia spesso non si risolve quando il membro del servizio lascia una zona di combattimento. Le difficoltà ad iniziare e mantenere il sonno spesso persistono per mesi dopo che un membro del servizio torna a casa. Altre cause di insonnia per il membro del servizio includono:
Errata percezione dello stato di sonno
Questa condizione è caratterizzata dal fatto che il paziente percepisce di non dormire a sufficienza senza prove oggettive (es. Polisonnografia) [3, 111, 112].
Igiene del sonno inadeguata
I pazienti si impegnano in attività che non favoriscono il sonno come l’esercizio o l’uso di alcol o stimolanti (cioè bevande contenenti caffeina) prima di coricarsi [84, 113,114,115,116,117,118,119].
Insonnia da altitudine
L’adattamento acuto all’alta quota (> 4.000 piedi sul livello del mare) può contribuire all’insonnia e all’aumento della sonnolenza diurna a causa della stimolazione dei chemocettori periferici [120,121,122,123].
Disturbi medici generali
Disturbi come insufficienza cardiaca congestizia, broncopneumopatia cronica ostruttiva, ulcera peptica, dolore e malattia da reflusso gastroesofageo sono solo alcune condizioni mediche generali che possono contribuire all’insonnia [124,125,126,127,128].
Disturbi
neurologici Condizioni neurologiche come ictus, trauma cranico, sindromi da cefalea (ad esempio, emicrania e cefalea a grappolo), nevralgia del trigemino e disturbi neurodegenerativi. (cioè il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson) possono tutti contribuire all’insonnia e cambiare l’architettura del sonno [27, 129, 130].
I trattamenti più efficaci per l’insonnia cronica sono non farmacologici, come la terapia cognitivo-comportamentale (individuale e di gruppo) [110, 131,132,133], così come i colloqui motivazionali e l’erogazione mobile della salute delle raccomandazioni sul sonno [134].
Ai membri del servizio viene anche chiesto di completare un diario del sonno durante il trattamento per l’insonnia e completare l’educazione sull’igiene del sonno e sulle misure di controllo dello stimolo. Nonostante ciò, l’uso di farmaci per il sonno da parte del personale militare è molto elevato. Nel 2018, abbiamo scoperto che a quasi la metà del personale dell’esercito in servizio attivo (> 100.000 membri in servizio) era stato prescritto zolpidem (nome commerciale: Ambien) o eszopiclone (nome commerciale: Lunesta) come parte di un dispiegamento o di una visita di routine a una struttura di trattamento militare per disturbi del sonno (Devine et al., dati non pubblicati).
I farmaci per il sonno prendono di mira principalmente le vie inibitorie attraverso la segnalazione GABA, con conseguente riduzione delle prestazioni neurocomportamentali a breve e lungo termine nell’attenzione e nel tempo di reazione che possono manifestarsi in modo dose-dipendente [135, 136].
Nella Fig. 2 si trova un ampio elenco di farmaci per il sonno / veglia approvati per l’uso da parte del personale militare (emivite ed effetti collaterali derivati da uno strumento di ricerca formulario del Dipartimento della Difesa). Al posto degli effetti collaterali residui e inibitori e dell’aumentata inerzia del sonno comune dei farmaci per il sonno, il compromesso è che il personale militare deve avere un alto livello di responsabilità personale per l’uso.
Le missioni richiedono che i membri del servizio siano “di guardia” per 24 ore, specialmente nelle zone di combattimento. Un membro del servizio che ha usato un farmaco per dormire la notte prima di una missione pianificata al mattino presto o una missione non pianificata dopo il risveglio di mezzanotte avrebbe probabilmente ridotto l’efficacia del combattimento e compromesso la sicurezza.
Come tale, le linee guida dell’esercito americano (ATP 6-22.5) impongono che un soldato abbia almeno 8 ore di tempo non lavorativo dopo aver preso un sonnifero prescritto, sebbene non si sappia quanto bene venga seguito.
Ad oggi, uno degli studi più completi sulla quantità di sonno, sul sonno interrotto e sulla comorbilità con stati di salute fisiologici e psicologici e sui disturbi del sonno persistenti nel personale militare proviene dal Millennium Cohort Study (MCS) [137, 138].
MCS è stato uno studio di 7 anni sulla salute fisiologica e psicologica auto-dichiarata prima e dopo il dispiegamento e attraverso più schieramenti in> 55.000 membri di servizio da tutti i rami del servizio militare degli Stati Uniti che erano in servizio attivo, Riserva o Guardia Nazionale. Il 22% della popolazione di questo studio è stata impiegata a sostegno dell’Iraq e dell’Afghanistan. La MCS ha riscontrato una comorbilità dei sintomi di insonnia con una minore salute personale, più giorni di lavoro persi, minori probabilità di impiego, maggiori probabilità di dimissione anticipata dal servizio militare e maggiore utilizzo dell’assistenza sanitaria [138].
La comorbilità era più alta per i “dormienti brevi” (<6 ore per notte) e per i “dormienti lunghi” (> 8 ore per notte), mostrando variabilità intraindividuale nel sonno di un membro del servizio “omeostato” (set point). Tuttavia, la comorbilità con chi ha il sonno lungo potrebbe essere spiegata da un disturbo dell’umore sottostante (ad es. Depressione) che non è stato completamente catturato dai questionari [138].
Inoltre, la MCS ha stabilito che la durata del sonno e i sintomi di insonnia prima del dispiegamento erano fattori di rischio per disturbi di salute mentale di nuova insorgenza a seguito del dispiegamento militare [25]. Infine, uno studio separato ha stabilito che la prevalenza (e l’impatto) della breve durata del sonno persisteva durante il trasferimento in Iraq e Afghanistan [31].
Apnea ostruttiva del sonno L’
OSA è pervasiva nell’ADMP [5, 101, 102], simile agli studi sulla prevalenza e gravità dell’OSA rispetto al sesso biologico nelle popolazioni civili [139,140,141]. Tuttavia, esistono differenze salienti tra le popolazioni di pazienti degli studi civili [139,140,141,142] rispetto agli studi ADMP [5, 102]. Vale a dire, gli ADMP diagnosticati con OSA sono più giovani (<35 rispetto a> 40 anni di età), hanno un BMI inferiore (<28 rispetto a> 30) e sono più attivi fisicamente rispetto alle controparti civili; età, BMI e attività fisica sono tre fattori predittivi chiave del rischio di OSA, in generale.
Più del 30% degli ADMP che si presentano con un disturbo del sonno ha un’insonnia co-morbosa con OSA [5, 101, 102]. Di maggiore preoccupazione negli studi sull’OSA nell’ADMP è l’alto grado di comorbilità dell’insonnia e dell’OSA con altri stati di salute fisiologici (dolore cronico) e psicologici (ansia e depressione), in particolare per le donne [5, 102].
Sebbene ci siano molte meno donne in servizio rispetto ai maschi, i recenti regolamenti del governo degli Stati Uniti ora consentono alle donne di servire come ufficiali di armi da combattimento e nelle unità operative avanzate. Considerando che gli studi sull’insonnia comorbidità con OSA nell’ADMP non mostrano alcuna differenza di sesso nella sonnolenza e nell’insonnia auto-riferite [5, 102], la polisonnografia ha rivelato una latenza di insorgenza del sonno due volte più lunga per le donne con una diagnosi di insonnia-OSA e tempo differenziale trascorso in sonno NREM leggero e REM rispetto ai maschi [5, 102].
Inoltre, le donne membri del servizio con un disturbo del sonno avevano una maggiore comorbilità di una diagnosi di insonnia-OSA con ansia / depressione non osservata nei maschi [5, 102]. Delle 100 femmine ADMP di Capener et al. che avevano una valutazione del sonno, il 35% aveva una diagnosi di insonnia-OSA (rispetto al 37% con insonnia e il 15% solo con OSA) che era inoltre co-morbosa con dolore ad un tasso del 59%, 49% per ansia, 47% per la depressione e 22% per PTSD. Pertanto, le differenze di sesso nella comorbilità dell’insonnia-OSA con la salute fisiologica e psicologica continueranno a essere pervasive e un punto decisionale critico per i militari poiché il tasso di donne che prestano servizio nelle unità operative avanzate continua a crescere.
Sonno e prestazioni
Al momento, c’è un paradosso nelle normative militari per quantità di sonno ottimali e minime. La Guida per la salute e la forma fisica dei soldati sviluppata dall’Office of the Army Surgeon General (ATP 6–22.5) raccomanda un sonno del soldato> 7 ore per notte, quando possibile.
Questo regolamento raccomanda anche> 9 ore per notte in preparazione di episodi di sonno inadeguato. Al contrario, la quantità minima di sonno che un soldato dell’esercito americano deve raggiungere durante gli esercizi di addestramento sul campo è> 4 ore per notte, per esempio, secondo il regolamento dell’esercito TR 350–6.
Una recente analisi della quantità di sonno utilizzando l’actigrafia indossata dal polso in battaglioni corazzati (Esercito) ha rivelato la comunanza di <5 ore di sonno per notte durante l’addestramento (presso il National Training Center vicino Death Valley, CA) e il dispiegamento (Kuwait; Skeiky et al. ., dati non pubblicati).
Nella maggior parte dei casi, questi soldati non avevano un sonno consolidato di <5 ore per notte, ma piuttosto periodi multipli di <2 ore. Vent’anni prima di questo studio, lo stesso gruppo di ricercatori ha dimostrato una forte relazione esponenziale tra la quantità di sonno notturno e le prestazioni del giorno successivo su un esercizio di artiglieria nella stessa sede di addestramento (National Training Center).
Per ogni ora di sonno persa, l’efficacia del combattimento è diminuita del 15–25% con i soldati che sono al 15% dell’efficacia totale con 4 ore per notte (l’attuale minimo per regolamento dell’esercito TR 350-6) [33]. Riduzioni nell’efficacia in combattimento, come evidenziato dalle prestazioni cognitive [20] e dalla capacità di tiro [197,198,199], così come i sintomi muscolo-scheletrici [20], sono state riscontrate in seguito a un sonno ridotto o privato in reclute e combattenti addestrati. Mentre sono state riportate differenze individuali nel modo in cui la perdita di sonno influisce sulla vigilanza e sulle prestazioni [200,201,202], solo di recente i militari hanno iniziato a esplorare i mezzi per sfruttare questi risultati.
L’inerzia del sonno è il periodo di transizione tra il sonno e la veglia in cui gli individui mostrano un decremento nelle prestazioni di reazione e nella vigilanza, e può essere visto come una riorganizzazione dell’attività neurale e dei modelli di connettività al risveglio dagli stati di sonno [203].
Le rapide transizioni dallo stato di sonno allo stato di veglia durante la notte e al mattino dopo un’intera notte di sonno possono ridurre la vigilanza / vigilanza, come dimostrato da Balkin et al. in un laboratorio di scienze militari [204], e sono aspetti importanti della fisiologia umana da considerare ai fini della pianificazione militare. In effetti, i decrementi delle prestazioni derivanti dall’inerzia del sonno sperimentata nel mezzo di un episodio di sonno notturno dopo poche ore di sonno sono simili ai decrementi delle prestazioni in condizioni di totale privazione del sonno (veglia prolungata> 24 ore) [204].
L’inerzia del sonno è massima nel mezzo della notte biologica quando il segnale circadiano per dormire è più alto, anche se vengono soddisfatte le esigenze di sonno tramite il sistema omeostatico [205]. Si ritiene che l’inerzia del sonno sia un problema operativamente significativo, ma trascurato.
Nelle situazioni dispiegate, i membri del servizio vengono spesso svegliati rapidamente dal sonno e devono immediatamente prestare attenzione ai requisiti della missione che implicano alti livelli di vigilanza e decisioni di vita o di morte (ad esempio, risposta difensiva al fuoco dopo un attacco di base).
Per mitigare gli effetti dell’inerzia del sonno, i ricercatori militari del WRAIR hanno dimostrato che i decrementi delle prestazioni possono essere ridotti al minimo attraverso l’assunzione immediata di caffeina al risveglio [206]. È stato anche scoperto che il consumo prolungato di caffeina a basso livello, combinato con brevi sonnellini, può essere sufficiente per stabilizzare le prestazioni e ridurre al minimo l’inerzia del sonno in condizioni di perdita cronica del sonno simile a quella sperimentata negli ambienti operativi [207].
La capacità di “accumulare il sonno” per ottimizzare le prestazioni in condizioni di privazione del sonno parziale / totale, nonché migliorare le prestazioni in condizioni normali, è un’area di ricerca in crescita che ha avuto origine da un laboratorio di scienze militari (WRAIR) [72]. In Rupp et al., Gli autori hanno dimostrato che 10 ore di tempo a letto (estensione del sonno) hanno migliorato la vigilanza e le prestazioni durante la successiva restrizione del sonno (3 ore per notte) e il recupero, rispetto alle persone che hanno dormito la loro durata normale prima della restrizione del sonno .
Mah et al. determinato che quando i giocatori di basket di alto livello hanno prolungato la durata del sonno di ~ 2 ore (simile a [72], i tempi di scatto dei giocatori e le precisioni di tiro sono migliorati statisticamente e i loro tempi di reazione sono diminuiti, come misurato utilizzando il test di vigilanza psicomotoria (PVT ) [208] Durante la privazione del sonno parziale, è stato anche dimostrato che il pisolino riduce la frequenza cardiaca e aumenta la memoria a breve termine negli atleti [209], oltre a migliorare la resistenza nei corridori [210].
In uno studio osservazionale sulla quantità di sonno abituale negli atleti tattici del Corpo di addestramento degli ufficiali di riserva (ROTC), misurata attraverso l’actigrafia indossata dal polso, Ritland et al. determinato che la durata del sonno notturno più lunga era correlata a livelli di motivazione aumentati e migliori prestazioni di elaborazione cognitiva rispetto ai cadetti militari con durate di sonno più brevi [211]; sebbene non siano stati trovati altri miglioramenti delle prestazioni [211].
In un altro studio, lo stesso gruppo ha prolungato sperimentalmente la durata del sonno negli atleti tattici ROTC di ~ 1,5 ore e ha dimostrato miglioramenti statistici nel tempo di reazione, nelle prestazioni atletiche e nella motivazione [212]. È importante sottolineare che alcuni di questi miglioramenti sono persistiti fino a quattro giorni dopo la fine dell’estensione del sonno [212].
Collettivamente, questi studi suggeriscono che il prolungamento del sonno o “bancario” prima delle missioni operative in cui il sonno sarà limitato potrebbe conferire miglioramenti critici nel tempo di reazione e nelle prestazioni per i membri del servizio. Dati i risultati incoraggianti di questi studi, ulteriori studi basati sull’intervento sull’estensione del sonno sono giustificati, poiché lo stato attuale della scienza riguardo alla durata del sonno e alla salute a lungo termine [213,214,215] e alle prestazioni [216, 217] è fortemente guidato da studi osservazionali / epidemiologici su scala della popolazione generale.
Test di vigilanza psicomotoria
Nonostante ciò che accade negli ambienti di addestramento sul campo, la ricerca sul sonno nei laboratori militari ha dimostrato che <5 ore di sonno per notte non sono sufficienti a sostenere le prestazioni [72, 218]. Questi stessi laboratori hanno anche dimostrato che le contromisure utilizzate per stabilizzare le prestazioni durante la perdita di sonno sono inefficaci dopo 3 giorni di sonno <6 ore per notte [218].
In generale, la relazione temporale tra perdita di sonno e decrementi delle prestazioni è stata resa operativa in studi di laboratorio utilizzando il PVT. Il PVT è un test computerizzato del tempo di reazione con un mezzo per monitorare la variabilità interindividuale nelle prestazioni neurocomportamentali in tempo reale [219].
Il test ha un’elevata affidabilità e validità ecologica [220] e si traduce molto bene alle attuali richieste militari in numerosi scenari operativi, incluso il servizio di guardia a bordo delle navi della Marina americana [221]; può essere completato per monitorare la vigilanza in tempo reale in qualsiasi ambiente, duro o benigno, con la disponibilità di una versione basata su smartphone finanziata dall’esercito [222].
La guerra attuale, definita lo spazio di battaglia multi-dominio, è una guerra basata sulla cognizione e non sull’attrito. I membri del servizio devono sopportare lunghi periodi di attenzione / vigilanza sostenuta durante attività monotone di basso livello (p. Es., Guidare in un convoglio per lunghe distanze da una base operativa all’altra), sapendo che l’attuale sistema d’arma scelto dai nemici della nostra nazione è posizionato da IED lungo i bordi delle strade o granate a razzo che possono ferire e uccidere numerose persone in un attimo. In questo scenario, il PVT è ideale per monitorare i tempi di reazione e potrebbe fungere da predittore precoce di affaticamento o perdita di attenzione che potrebbe essere dannoso per l’intera unità.
Con il PVT, i ricercatori sono stati in grado di mostrare cambiamenti temporali nelle prestazioni attraverso la privazione totale del sonno (veglia forzata) e il sonno di recupero al fine di determinare i “punti critici” nel declino neurocomportamentale [223]. In generale, la prestazione è stabilizzata durante 24 ore di veglia forzata [223] seguita da un rapido calo con> 24 ore di veglia forzata [223, 224]. Questo declino delle prestazioni può essere protetto, in parte, dall’estensione del sonno prima della perdita di sonno [72], o dal fatto che una sessione PVT coincida con un picco di vigilanza guidato dal circadiano durante l’aumento della pressione omeostatica per dormire [224]. Infine, le prestazioni PVT sono anche predittive del grado di recupero dalla totale privazione del sonno [223].
Il PVT è stato anche ampiamente utilizzato per determinare la variabilità interindividuale nella resilienza (o sensibilità) alla perdita di sonno in entrambe le condizioni di totale privazione del sonno [223,224,225] e restrizione cronica del sonno [218, 226]. Mentre l’estensione del sonno prima della perdita di sonno aiuta a proteggere dal declino delle prestazioni, in generale [72], la variabilità interindividuale nella resilienza alla perdita di sonno è ampiamente regolata biologicamente.
Studi di associazione genetica sull’uomo hanno rivelato che genotipi selezionati di un recettore dell’adenosina (A2A) mediano la spinta omeostatica al sonno [227], mentre seleziona genotipi del metabolismo della dopamina (COMT) [228] e seleziona genotipi di un gene orologio (PER) noto per mediare il cronometraggio circadiano [229], può conferire una maggiore resilienza o sensibilità a varie condizioni di perdita del sonno (privazione totale del sonno, restrizione cronica del sonno; [230,231,232,233,234,235].
La resilienza alla perdita di sonno può anche essere regolata farmacologicamente. L’emivita della caffeina varia da 3 a 7 ore negli adulti [236] e può proteggere dal declino delle prestazioni durante la perdita di sonno in modo dose- [237] e tempo-dipendente [238]. Gli studi hanno dimostrato che la capacità della caffeina di sostenere la vigilanza / vigilanza è geneticamente dipendente.
L’assunzione abituale di caffeina è stata associata a una ridotta qualità del sonno (auto-valutata) in individui sensibili alla caffeina, ma non in individui insensibili alla caffeina [239], regolata in parte da polimorfismi a singolo nucleotide del gene del recettore A2A dell’adenosina (ADORA2A; [ 239].
Inoltre, i polimorfismi di ADORA2A non solo mediano l’entità dell’uso abituale di caffeina [240], ma anche l’entità dei cambiamenti simili all’insonnia nell’EEG indotti dall’assunzione di caffeina [231, 239]. I genotipi selezionati del recettore dell’adenosina che si intersecano inoltre con i genotipi conferendo resilienza al sonno conferiscono anche una maggiore (o ridotta) sensibilità alla capacità della caffeina di stabilizzare le prestazioni durante la perdita di sonno [231, 232].
Tuttavia, è stato dimostrato che gli effetti di miglioramento delle prestazioni della caffeina sono inefficaci per stabilizzare le prestazioni in condizioni di restrizione cronica del sonno [218] (<5 ore di sonno per notte), che è il tipo più comune di perdita di sonno a cui sono esposti i membri del servizio ( Choynowski et al., Dati non pubblicati) [241].
Con queste informazioni, abbiamo sviluppato un modello di lavoro per compartimentare la variabilità individuale nella sensibilità alla perdita di sonno per determinare “l’idoneità al servizio militare” (Fig. 3). Nel nostro modello, gli individui A1 (riquadro blu) sarebbero più adatti per eseguire operazioni militari.
Questi individui avrebbero una predisposizione genetica che consente di stabilizzare le loro prestazioni con la perdita di sonno, ma anche sensibili alle azioni di miglioramento delle prestazioni della caffeina. Gli individui B2 (riquadro rosso) sarebbero i meno adatti a svolgere operazioni militari.
Questi individui avrebbero una predisposizione genetica che degrada le prestazioni durante la perdita di sonno, ma è anche collegata a un’elevata tolleranza alla caffeina. Gli individui A2 e B1 (riquadri grigi) sarebbero moderatamente adatti per le operazioni militari. Là gli individui avrebbero stabilizzato le prestazioni con la perdita di sonno (B1) ma con un compromesso genetico di elevata tolleranza alla caffeina (A2).
Poiché la variabilità individuale nelle prestazioni con la perdita di sonno è elevata, ciò presta la capacità dei comandanti militari di capitalizzare l’eterogeneità genetica a vantaggio dell’assegnazione e dell’efficacia del combattimento. In effetti, l’Agenzia per i progetti di ricerca avanzata per la difesa è attualmente concentrata sull’identificazione di nuovi bersagli genetici al fine di eliminare il bias del soggetto per il processo di selezione dei candidati, nonché sul riconoscimento di persone che altrimenti non sarebbero state identificate utilizzando tecniche di sequenziamento genico ad alto rendimento. Attraverso le partnership con il mondo accademico, l’industria e il governo, l’intento è quello di utilizzare queste tecniche di sequenziamento ad alto rendimento rapide e non invasive per determinare l’idoneità al dovere e selezionare l’assegnazione della missione in queste popolazioni attraverso una migliore comprensione dei geni che regolano il sonno e la sincronia circadiana.
Caffeina e farmaci per il sonno per la gestione della fatica
Poiché i militari hanno prosperato con operazioni di lavoro a turni 24 ore su 24, hanno una ricca storia di uso di stimolanti e depressivi per mantenere la vigilanza o consolidare il sonno, rispettivamente.
Ad esempio, i farmaci “Go” come la dextroamphetamine (Dexedrine) erano usati una volta per contrastare la fatica, ma non sono più autorizzati (AFI 11–202, v3; AFSOCSUP 28 JULY 2017).
Tuttavia, è ampiamente noto che il personale militare consuma eccessivamente caffeina (di solito attraverso bevande energetiche) per contrastare le conseguenze negative del lavoro a turni, che a sua volta amplifica le risposte acute allo stress [242].
L’abuso e l’uso eccessivo di caffeina durante l’addestramento e il combattimento è una delle ragioni principali per cui le strategie di dosaggio della caffeina sono state recentemente sviluppate dai laboratori di ricerca dell’Esercito [238, 243, 244] e implementate nei regolamenti (ATP 6-22,5). La caffeina, assunta al momento giusto e nel dosaggio corretto, ha la capacità di migliorare le prestazioni in determinate attività.
Ad esempio, 200 e 300 mg di caffeina hanno migliorato la precisione del tiro e il tempo di avvistamento, rispetto al placebo e ai 100 mg, nei tirocinanti Navy SEAL privati del sonno durante la Hell Week.
Il gruppo con dose da 200 mg ha mostrato rapidi miglioramenti a 1 ora, mentre la dose da 300 mg ha suggerito che i miglioramenti nell’accuratezza potrebbero durare oltre le 8 ore in base ai livelli di caffeina nella saliva in quel momento [198].
Un altro motivo per cui la caffeina è spesso abusata e abusata dal personale militare è che solo unità selezionate, come l’aviazione [245], hanno accesso ad agenti promotori della veglia di grado farmaceutico (modafinil [100-200 mg; nome commerciale: Provigil] e armodafinil [150 mg; Nome commerciale: Nuvigil]), nonostante modafinil stabilizzi le prestazioni neurocomportamentali durante il lavoro a turni simulato in un laboratorio di scienze militari [246].
Mentre nella popolazione generale modafinil e armodafinil sono prescritti per trattare la sonnolenza diurna co-morbosa con narcolessia [247] e disturbo da lavoro a turni [248], una diagnosi di narcolessia richiede la dimissione medica dall’esercito.
Stimolanti e depressivi hanno anche la capacità di cambiare i ritmi di sonno / veglia. Indipendentemente dalla regolazione genetica dell’uso di caffeina e degli effetti psicoattivi, uno studio ha scoperto che l’assunzione di caffeina (200 mg; equivalente a una bevanda energetica da 16 once) 3 ore prima di coricarsi ritardava di 40 minuti i ritmi endocrini umani (melatonina) della fase di andare a dormire [249] con simili risultati estrapolati in colture cellulari umane (osteosarcoma U20S; [249]) e un modello murino [250].
Tuttavia, oltre ad aumentare la vigilanza diurna, la caffeina sembra incapace di trascinare i ritmi endocrini, come dimostrato nei soggetti ciechi [251]. Negli esseri umani, è stato dimostrato che la caffeina altera il rilascio di melatonina guidato dall’orologio [249], ma sono necessarie ulteriori ricerche in quest’area per sviluppare migliori strategie di dosaggio farmacologico della veglia e del sonno sensibili alle esigenze individuali e professionali.
L’SCN è il pacemaker circadiano centrale e ha proiezioni sul sistema mesolimbico [252] e la segnalazione della dopamina nell’area tegmentale ventrale è guidata da un orologio [253, 254]. In modelli animali, i depressivi derivati dal GABA (alcol) e gli stimolanti derivati dalle monoamine (cocaina) possono bloccare la capacità del sistema circadiano di passare a stimoli fotici e non fotici [158, 255, 256].
Gli effetti psicoattivi dei sonniferi comunemente prescritti sui ritmi circadiani umani sono lievi. È stato dimostrato che il trazadone, un antidepressivo triciclico, e lo zolpidem, una non benzodiazepina, fanno avanzare marginalmente i ritmi circadiani umani della temperatura corporea interna [257] e migliorano il ri-trascinamento verso cicli luce-buio spostati [258] senza influenzare il circadiano. ritmo controllato della propensione al sonno REM [257].
Sebbene la ricerca sulla capacità dei nootropi e degli ipnotici che promuovono la vigilanza di accorciare / allungare, cambiare fase e reinserire i ritmi controllati dai circadiani umani sia limitata, merita ulteriori indagini nel contesto delle operazioni militari. La desincronia circadiana è stata recentemente riconosciuta come una minaccia operativa nei rapporti militari ufficiali riguardanti la guerra futura, in particolare quando si prende in considerazione un viaggio trans-meridiano più lungo nello spazio geopolitico attuale, e sono necessari ulteriori lavori sui mezzi per contrastare questa desincronizzazione.
link di riferimento: Neuropsychopharmacology volume 45 , pages176–191 (2020)
Fonte: US Army Research Laboratory
