Zusammenfassung Schichtarbeit führt durch die Kombination von gestörter, körpereigener circadianer Rhythmik sowie auftretenden psychosozialen Störgrößen nachweislich zu einem erhöhten Risiko für das Auftreten metabolischer bzw. kardiovaskulärer Erkrankungen. Zusätzlich zu den grundsätzlichen Gesundheitsrisiken durch Schichtarbeit führen hohe körperliche oder psychomentale Belastungen in einigen Berufsgruppen zu einer Intensivierung des Risikos. Die Militärpolizei der Bundeswehr arbeitet ebenfalls nach einem Schichtdienstsystem. Die Teilnahme an mehrmonatigen Auslandseinsätzen mit instabiler Sicherheitslage und einer 24h-Dauerbereitschaft an allen Wochentagen stellt die einzelnen Soldaten hierbei vor große Herausforderungen. Inwiefern die durch verschiedene Studien gewonnenen Erkenntnisse auf junge Soldaten im Schichtdienst anwendbar sind, ist bisher nur unzureichend erforscht. Ziel dieser Studie war es daher, die erhaltenen Daten zu kardiovaskulären Risikofaktoren von Soldaten im Schicht- bzw. Normaldienst zu vergleichen und auf Unterschiede hin zu prüfen. Insgesamt nahmen 60 Soldaten an dieser Studie teil, davon waren 30 Probanden (25 Männer, 5 Frauen; mittleres Alter 30,1 ± 7,2 Jahre) im Schichtdienst (mittlere Schichtdienstdauer 6,1 ± 3,9 Jahre) und 30 Probanden (17 Männer, 13 Frauen; mittleres Alter 26,8 ± 7,4 Jahre) im Normaldienst tätig. Im Rahmen zweier aufeinanderfolgender Untersuchungstage erfolgte die Bestimmung anthropometrischer Parameter, laborchemischer kardiovaskulärer Risikofaktoren sowie eine Langzeitblutdruck- und EKG-Messung mit anschließender Analyse der Herzratenvariabilität (HRV). Es zeigten sich in diesen Untersuchungen keine Assoziationen hinsichtlich Schichtarbeit und erhöhtem kardiovaskulären Risikoprofil. Die Schichtarbeitergruppe zeigte in der Analyse der HRV jedoch eine erhöhte sympathische Aktivität, was auf das Vorliegen bereits bestehender Auswirkungen auf vegetative Steuerungsmechanismen hinweist. Schlüsselwörter
1. Kommando Regionale Sanitätsdienstliche Unterstützung, Dezernat für militärärztliche Begutachtung und Heilfürsorge, Schloss Oranienstein, 65582 Diez
2. Kommando des Sanitätsdienstes der Bundeswehr, Sachgebiet Wehrmedizinische Forschung, Andernacherstraße 100, 56070 Koblenz
3. Bereich Arbeitsmedizin der Medizinischen Fakultät, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,Leipziger Straße 44, 39120 Magdeburg
· Schichtarbeit
· Polizeidienst
· Militär
· Herzratenvariabilität
· Stress
· Shift work
· Police
· Military
· Heart rate variability
· Stress
Einleitung
Die Risiken mehrjähriger Schichtarbeit sind hinreichend bekannt. So führt Schichtarbeit über eine Störung der circadianen Rhythmik zu einer physiologischen Desynchronisation mit dem äußeren Umfeld.1,2,3,4,5 Da eine vollständige körperliche Adaptation an Schichtarbeit nicht gelingen kann, potenzieren sich metabolische und psychosoziale Störgrößen mitunter zu ernsthaften kardiovaskulären Erkrankungen.6,7 Die Herzratenvariabilität (HRV) hat sich hierbei als Indikator zur Beurteilung der neurovegetativen Anpassungsfähigkeit etabliert.8,9,10,11,12,13,14,15,16,17
Einige Berufsgruppen sind über die Schichtarbeit hinaus durch die Besonderheiten des Arbeitsplatzes weiteren arbeitsplatzbezogenen Gefahren und Belastungen ausgesetzt. Hierzu zählen, neben dem Personal des Rettungsdienstes, u. a. auch Mitglieder der freiwilligen und Berufsfeuerwehre sowie Polizeibeamte. Innerhalb der Streitkräfte stellt die Gruppe der Militärpolizisten (Feldjäger) eine eigene Untergruppe dar. Im Rahmen einer Schichtdienstregelung erfüllen Feldjäger im Inland eine dem zivilen Polizeidienst vergleichbare Aufgabe. Beispielhaft zu nennen wäre hierbei das Bestreifen militärischer Liegenschaften, Absichern von Unfallstellen, Begleitung von Militärkolonnen sowie die Überwachung der Einhaltung militärischer Regeln und Vorschriften. Die Belastungen durch diese vielseitigen Tätigkeitsfelder potenzieren sich im Rahmen militärischer Auslandseinsätze als Folge einer instabilen Sicherheitslage und einer grundsätzlichen 24h-Bereitschaft an allen Wochentagen über mehrere Monate.
Inwiefern die Erkenntnisse der Auswirkungen der Schichtarbeit auf junge Arbeitnehmer im Schichtdienst und in diesem besonderen Arbeitsumfeld anzuwenden sind, ist jedoch nur unzureichend erforscht. Ziel dieser Studie war es daher, erhobene kardiovaskuläre Risikoparameter mit ebenfalls ermittelten HRV-Parametern von Soldaten im Schicht- bzw. Normaldienst zu vergleichen und auf Unterschiede hin zu prüfen.
Methoden
Im Rahmen dieser Kohortenstudie wurden Probanden zum Einfluss des Schichtdienstes auf kardiovaskuläre Risikofaktoren und die Herzratenvariabilität untersucht. Hierzu wurden Soldaten an einem Großstandort der Bundeswehr im Zeitraum von Februar 2011 bis März 2012 rekrutiert. Die Schichtdienstgruppe (SG) umfasste im Schichtdienst tätige Feldjäger, die einer Vergleichsgruppe aus Soldaten des Sanitätsdienstes im normalen Tagesdienst (VG) gegenübergestellt wird. Die Schichtdienstplanung folgte hierbei einem vorwärts rotierenden Zweischichtsystem, wobei im Sinne einer 4-Wochen-Rhythmik ein Wechsel von Schichtdienst zu Tagdienst stattfand. Innerhalb der Schichtdienstphase folgt auf einen Tagdienst von 06:30 Uhr bis 17:00 Uhr ein Nachtdienst am Folgetag von 17:00 Uhr bis 06:30 Uhr. Insgesamt nahmen 60 Soldaten an dieser Studie teil, davon waren 30 Probanden (25 Männer, 5 Frauen; mittleres Alter 30,1 ± 7,2 Jahre) im Schichtdienst (mittlere Schichtdienstdauer 6,1 ± 3,9 Jahre) und 30 Probanden (17 Männer, 13 Frauen; mittleres Alter 26,8 ± 7,4 Jahre) im Normaldienst tätig.
Im Rahmen eines Vorgespräches erfolgte, nach vorheriger Aufklärung und schriftlicher Einwilligung der Probanden, die Terminierung einer Voruntersuchung. Probanden mit der Einnahme herzfrequenzmodulierender Medikamente, bekannten kardiovaskulären Erkrankungen, Schilddrüsenerkrankungen und Diabetes mellitus wurden ausgeschlossen. Ergänzend zu einer Befragung wurde zum Ausschluss höhergradiger Herzrhythmusstörungen ein 12-Kanal-Ruhe-EKG geschrieben.
Die Hauptuntersuchungen erfolgten an zwei aufeinanderfolgenden Tagen, stets zwischen 7 Uhr und 8 Uhr, immer im selben Untersuchungsraum und durch das selbe Personal. Am ersten Tag wurden eine venöse Blutabnahme zur laborchemischen Bestimmung kardiovaskulärer Risikofaktoren (Triglyceride, Gesamt-, HDL- und LDL-Cholesterin, Nüchtern-Blutzucker) und die anschließende Anlage eines 24h-EKGs (Schiller MT-101, Schiller AG, Baar [CH]) sowie eines 24h-Blutdruckmessgerätes (Spacelabs Medical, Spacelabs Healthcare, Issaquah [Washington, USA]) durchgeführt.
Am zweiten Tag wurden die Messgeräte nach 24 Stunden wieder abgenommen. Anschließend erfolgte die HRV-Analyse. Im Rahmen eines zeitnahen Wiedervorstellungstermins (innerhalb einer Woche) fand die Befundbesprechung statt. Eine weitere Abklärung ermittelter pathologischer Parameter erfolgte im Rahmen der truppenärztlichen Sprechstunde.
Die erhaltenen Daten wurden gesammelt, anschließend in eine mit MS Excel (Version 14.0.6129.5000 [64-Bit]) erstellte Datenbank eingegeben und entsprechend der Probandengruppen Schichtdienst bzw. Normaldienst zugeordnet. Mittels Kubios HRV Version 2.018 wurden die HRV-Parameter aus dem Zeit- (SDNN, RMSSD) und Frequenzbereich (LF/HF-Ratio) ermittelt.17 Die statistischen Berechnungen wurden nach Abschluss der Datenerhebung in SPSS Version 19.0 durchgeführt. Die Normalverteilung wurde mittels Kolmogorov-Smirnoff-Test geprüft. Der arithmetische Mittelwert und die Standardabweichung wurden berechnet. Die Prüfung der Gruppenunterschiede auf Signifikanz erfolgte mittels Chi-Quadrat-Test, T-Test bzw. Mann-Whitney-U-Test. Als Signifikanzniveau wurde 5 % festgelegt. Die Teilnahme an dieser Studie war freiwillig, alle Probanden unterschrieben eine schriftliche Aufklärungs- und Einverständniserklärung. Ein positives Votum der Ethikkommissionen der Medizinischen Fakultät der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg (Az 132/10) und der Ärztekammer Westfalen-Lippe (Az 2010562-b-S) lagen vor.
Ergebnisse
Das mittlere Alter der Teilnehmer beider Gruppen war vergleichbar (SG: 30,1 ± 7,2 Jahre vs. VG: 26,8 ± 7,4 Jahre). Auch hinsichtlich Körpergröße, Körpergewicht, BMI und Waist-to-Hip-Ratio (WHR) zeigten sich keine Unterschiede zwischen den beiden Gruppen, jedoch waren beide Gruppen im Mittel leicht übergewichtig (VG: 26 ± 3,1 kg/m² vs. SG: 25,7 ± 2,6 kg/m²) und zeigten einen grenzwertigen WHR (Tabelle 1).
Kein Proband beider Gruppen hatte einen manifesten Hypertonus bzw. Diabetes mellitus. Im Normaldienst tätige Soldaten zeigten gegenüber Soldaten im Schichtdienst ein stärker ausgeprägtes Rauchverhalten (VG: 21 [70 %] vs. SG: 14 [47 %]),
Im Vergleich der ermittelten Laborparameter beider Gruppen zeigten sich hinsichtlich der Mittelwerte für HDL- und LDL-Cholesterin keine nennenswerten Unterschiede. Probanden der VG wiesen gegenüber den Probanden der SG tendenziell schlechtere Triglyceridwerte auf. Dieser Unterschied war jedoch nicht signifikant (p > 0,05). Die ermittelten Werte waren gegenüber der Norm (< 150 mg/dl) als grenzwertig bzw. erhöht zu beurteilen. Der Vergleich der berechneten Mittelwerte für die Parameter Gesamtcholesterin und Nüchtern-Blutzucker ergab ebenfalls keine statistisch sicheren Differenzen (Tabelle 1). Hinsichtlich der 24h-Mittelwerte der ermittelten Blutdruckwerte unterschieden sich beide Gruppen nur marginal. Die ermittelten Werte aus der 24h-Blutdruckmessung wurden, in Abhängigkeit der Zugehörigkeit zu den jeweiligen Probandengruppen, entsprechend des Messzeitpunktes zudem einer Tages- (6 22 Uhr) und einer Nachtphase (22 6 Uhr) zugeordnet. Hier zeigten sich im Vergleich der Tages- und der Nachtphase ebenfalls keine signifikanten Unterschiede. Soldaten im Schichtdienst zeigten gegenüber Probanden im Normaldienst tendenziell bessere gemittelte 24h-HRV-Werte hinsichtlich SDNN und RMSSD, jedoch eine signifikant (p < 0,05) schlechtere LF/HF-Ratio, gleichbedeutend mit einer erhöhten sympathischen Aktivität (Tabelle 1). Zudem erfolgte die stündliche Auswertung der HRV-Parameter. Auch hier ergaben sich für Soldaten im Schichtdienst tendenziell, betont in den Nachtstunden, günstigere Werte bzgl. SDNN und RMSSD sowie eine tendenziell schlechtere LF/HF-Ratio. Diese Unterschiede waren jedoch nicht signifikant (p > 0,05) (Abbildungen 1 3).
Diskussion
Erstmalig konnte neben den Auswirkungen der Schichtarbeit auf das kardiovaskuläre Risikoprofil auch eine Analyse der Herzratenvariabilität bei einer Gruppe von Schichtarbeitern gegenüber einer Gruppe ohne Schichtarbeit untersucht werden. Es zeigte sich jedoch in dieser Untersuchung keine Assoziation hinsichtlich Schichtarbeit und erhöhtem kardiovaskulären Risikoprofil bzw. erhöhten Blutdruckwerten bei diesem jungen Probandenkollektiv. Die Schichtarbeitergruppe zeigte in der Analyse der HRV jedoch eine erhöhte sympathische Aktivität. Bekanntlich kann die chronische (Über-)Aktivierung des sympathischen Nervensystems zu kardialen Erkrankungen führen.
Diese Ergebnisse stehen größtenteils im Wiederspruch zu bisher durchgeführten Untersuchungen zu den Auswirkungen der Schichtarbeit auf das kardiovaskuläre Risikoprofil.6,19,20,21,22
Untersuchungen an Industriearbeitern ergaben für Schichtarbeiter im Vergleich zu Tagarbeitern eine signifikant höhere Prävalenz für das Auftreten eines Metabolischen Syndroms, vor allem bei Arbeitern, die älter als 40 Jahre sind.23 Eine erhöhte Inzidenz für das Auftreten eines Metabolischen Syndroms von im Schichtdienst tätigen medizinischen Pflegekräften gegenüber nur im Tagdienst eingesetztem Personal (mittleres Alter 38,9 ± 8,4 Jahre vs. 37,9 ± 8,5 Jahre) wurde von Pietroiusti et al. im Verlauf achtjähriger Untersuchungen nachgewiesen.24 Forschungen im Rahmen der Nurses´ Health Study I und II konnten eine Assoziation von fortgesetzter, mehrjähriger Schichtarbeit und dem Risiko einer Diabetes-Erkrankung nachweisen.25 Japanische Studien mit über 30-jährigen Arbeitern bewiesen bei Schichtarbeitern mit im Mittel 9,2 Jahren Berufstätigkeit26 bzw. im Verlauf von 14 Jahren Datenerhebung27 gegenüber Tagarbeitern eine signifikante Erhöhung von Serum-Cholesterin und der Waist-to-Hip-Ratio. Ein signifikanter Zusammenhang von Schichtarbeit und erhöhten Blutdruckwerten wurde bei der Untersuchung japanischer Stahlarbeiter (mittleres Alter 36,2 ± 10,1 Jahre) durch Suwazono et al. im Rahmen einer 14-jährigen Kohortenstudie festgestellt.28
All diese Studien hatten ältere Arbeitnehmer mit langjähriger Schichtarbeit untersucht. Das durch uns untersuchte Probandenkollektiv war durchgängig jung und erst verhältnismäßig kurz im Schichtdienst tätig. Die Auswirkungen der Schichtarbeit könnten sich daher, mit Blick auf die geringe Lebensarbeitszeit, möglicherweise noch nicht in messbaren Unterschieden der kardiovaskulären Risikofaktoren niederschlagen.
Studien haben auch gezeigt, dass es bereits bei jungen Schichtarbeiterkollektiven mit verhältnismäßig kurzer Tätigkeit im Schichtdienst zu einem vegetativen Ungleichgewicht im Sinne einer erhöhten sympathischen Aktivität durch Schichtarbeit kommt.10,11,15,29 Diesen Effekt konnten wir in unseren Untersuchungen ebenfalls nachweisen und zeigen, dass innerhalb der Schichtdienstgruppe bereits Auswirkungen auf vegetative Steuerungsmechanismen vorliegen.
In Untersuchungen, die durch Otto et al. durchgeführt wurden, konnte nachgewiesen werden, dass durch sportliche Aktivitäten den negativen Einflüssen von Schichtarbeit entgegengewirkt werden kann.30 Da Soldaten des Feldjägerdienstes eine hohe sportliche Leistungsfähigkeit erbringen müssen, könnte dies eine weitere Erklärung für die durch uns nur geringgradig nachgewiesenen Unterschiede zu den Probanden im Normaldienst sein.
Die durch uns untersuchten im Schichtdienst tätigen Probanden arbeiten grundsätzlich nach einem vorwärts rotierenden Zweischichtsystem. An eine vierwöchige Schichtdienstperiode schließt sich jedoch ein ebenfalls vierwöchiges Intervall an, in dem die Probanden nur im Tagdienst eingesetzt werden. Diese regelmäßigen Ruhezeiten könnten im Sinne einer psychovegetativen Rekonvaleszenz zu einer zusätzlichen Schwächung messbarer Unterschiede bei dem durch uns untersuchten Probandenkollektiv beitragen. Gleichwohl wäre ein sich hieraus ggf. abzuleitender präventivmedizinischer Ansatz für alternative Schichtdienstmodelle bzw. dessen Anwendbarkeit in zivilen Schichtdienstsystemen zu diskutieren und zu untersuchen.
Einen arbeitsplatzbezogenen Selektionseffekt sowie ein Bias im Sinne eines healthy worker effect halten wir für vernachlässigbar. Das untersuchte Probandenkollektiv bestand ausnahmslos aus Soldaten, die potenziell im Schichtdienst tätig sein könnten. Ein Selektionseffekt hinsichtlich des Schichtdienstes im Vorfeld ist daher reduziert, ein indirekter Einfluss durch die Wahl der militärischen Laufbahn (Feldjäger versus Sanitäter) ist jedoch nicht auszuschließen.
Insgesamt kann festgehalten werden, dass sich bereits in diesem jungen und erst seit kurzer Zeit im Schichtdienst tätigen Kollektiv vegetative Einflüsse des Schichtdienstes zeigen, wenn auch die bekannte Erhöhung kardiovaskulärer Risikofaktoren noch nicht vorliegt.
Interessenkonflikt
Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Thomas Henze und Dr. Stefan Sammito sind hauptberuflich bei der Bundeswehr beschäftigt.
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