Optimalizace interakcí mysli a těla při respirační kontrole během operačně relevantních environmentálních stresorů (DEPSCoR)

Mnoho válečných bojovníků je vystaveno environmentálním podmínkám, které zvyšují dýchací odpor, což následně zvyšuje práci dýchání (WOB). Podpůrné systémy života, jako jsou palubní systémy dodávky kyslíku na letadlech (OBOGs) a samostatné dýchací přístroje pro podvodní potápění (SCUBA), ohrožují operační kapacitu tím, že narušují respirační výkon. To je významný problém, který vzneslo více pracovních skupin. Například technická zpráva NASA o hodnocení dýchání pilotů dokumentuje problematické zvýšení dýchacího odporu hlášené piloty. Podobně Pracovní skupina pro restriktivní dýchání poznamenala, že systém podpory života F-22 představuje nadměrně vysokou mechanickou WOB. V reakci na to Námořní experimentální potápěcí jednotka navrhla, že snížení WOB by mohlo ochránit piloty vysokovýkonných letadel před nebezpečnými fyziologickými událostmi. Zvýšení WOB zesiluje senzorické a emocionální vnímání dušnosti, alespoň částečně kvůli zvýšenému vědomému uvědomování si dýchání. Nedávné údaje naznačují, že zvýšená WOB a pravděpodobně i vnímání dýchání mohou narušit kognitivní funkci. Toto poškození je pravděpodobně způsobeno negativními afektivními pocity vyplývajícími ze zvýšené WOB, které odvádějí pozornost od centrálního zpracování informací během úkolů s komplexní reakční dobou. Kromě toho se jak reakční doba, tak přesnost zhoršují, když jsou na inspirační svaly kladeny větší zátěže. Nicméně stále existuje několik klíčových mezer ve znalostech, které jsou relevantní pro válečné bojovníky, kteří zažívají zvýšený inspirační odpor. Není známo, zda: 1) snížení WOB během inspiračního odporu může snížit vnímání dýchání a obnovit kognitivní funkci, 2) změna sluchové zpětné vazby ventilace během inspiračního odporu může snížit vnímání dýchání a obnovit kognitivní funkci, a 3) tepelné stresory zesilují WOB, zvyšují vnímání dýchání a snižují kognitivní funkci během inspiračního odporu. Cílem je zaměřit se na problém, že zvýšená práce dýchání (WOB) zesiluje vnímání dýchání, což následně narušuje kognitivní výkon u válečných bojovníků. Pro dosažení cíle studie se zaměří na následující specifické cíle:

Cíl 1 (Studijní blok 1): Nedávno bylo prokázáno, že zvýšení inspirační zátěže zvyšuje dušnost, mozkovou aktivaci a negativně ovlivňuje výkon v neuropsychologických testech souvisejících s pozorností. Předpokládá se, že kognitivní výkon bude pravděpodobně snížen, když je inspirační odpor zvýšen prostřednictvím motoricko-kognitivní interference a dyspnoe-souvisejícího posunu v zaměření pozornosti. Studie zjistily, že vnímaná inspirační zátěž, spíše než skutečné svalové úsilí, nepříznivě ovlivnila pozornost. Zatímco důkazy naznačují, že vyšší inspirační odpor a vnímání dýchání narušují kognitivní funkci, stále existuje klíčová kritická mezera ve znalostech, protože není jasné, zda snížení WOB při vysokých odporových zátěžích může obnovit kognitivní funkci. Heliox snižuje odporovou WOB a svalovou zátěž díky své nízké hustotě a viskozitě, což umožňuje vyšší ventilační rychlosti než vzduch v místnosti snížením turbulentního proudění v dýchacích cestách. Proto dýchání helioxu, které sníží WOB, při vysokém inspiračním odporu poskytne klíčové poznatky o tom, zda snížení WOB může zlepšit kognitivní funkci. Je hypotetizováno, že použití helioxu sníží WOB, sníží vnímané dýchací úsilí a zlepší kognitivní funkci ve srovnání s dýcháním vzduchu normální hustoty se zvýšeným inspiračním odporem.

Cíl 2 (Studijní blok 2): V některých případech nemusí být snížení inspiračních odporových zátěží (např. OBOGs, SCUBA) pro válečné bojovníky proveditelné, ale porozumění tomu, jak je vnímání dýchání ovlivněno odporem, je zásadní. Sluchová zpětná vazba ventilace významně ovlivňuje uvědomování si dýchání, a jak se WOB zvyšuje, toto vnímání se zesiluje díky zvýšenému sluchovému vstupu. Toto zvýšené uvědomování může rozptylovat a zatěžovat kognitivní zpracování. Nedávné studie naznačují, že sluchové rozptýlení, jako je hudba během cvičení, může u zdravých jedinců a osob s chronickou obstrukční plicní nemocí snížit dušnost a respirační a celkové tělesné nepohodlí. Tento účinek může pramenit ze snížené sluchové zpětné vazby nebo zlepšeného emočního stavu spojeného s hudbou. Nicméně existuje klíčová mezera ve znalostech: není jasné, zda snížení sluchové zpětné vazby ventilace během zvýšeného inspiračního odporu ovlivňuje vnímání dýchání a kognitivní funkci. Studie posoudí dopad různých podmínek sluchové zpětné vazby ventilace (normální, eliminovaná a zesílená) na kognitivní funkci při vysokém inspiračním odporu. Je hypotetizováno, že snížení sluchové zpětné vazby ventilace nezmění WOB, ale sníží vnímání dýchání a zlepší kognitivní výkon ve srovnání se standardní nebo zesílenou zpětnou vazbou.

Cíl 3 (Studijní blok 3): Váleční bojovníci často čelí tepelným stresorům, které zvyšují WOB, i když mají k dispozici systémy podpory života. Jak chladový, tak tepelný stres zvyšují WOB nezávisle, bez nutnosti zvýšení inspiračního odporu. Mnoho válečných bojovníků se brzy setká s extrémním chladem kvůli zaměření Ministerstva obrany na arktické operace. Chladový stres stimuluje ventilaci a způsobuje dvoufázovou bronchiolární odpověď: vdechování studeného vzduchu během hyperventilace vede k počáteční bronchodilataci následované bronchokonstrikcí, což stahuje bronchioly a zvyšuje odpor proudění vzduchu, a tedy WOB. Váleční bojovníci jsou také vystaveni extrémnímu teplu a hyperventilace vyvolaná hypertermií nastává, když teplota jádra těla dosáhne přibližně 38,0°C, což významně koreluje se zvýšenou WOB během tepelného stresu. Váleční bojovníci často zažívají tyto environmentální stresory spolu se zvýšeným dýchacím odporem, zejména během podvodních potápěčských misí v různých teplotách nebo ve vysokovýkonných letadlech s OBOGs vystavených extrémnímu teplu. Například letecká základna Nellis nedávno zaznamenala teplotu 118°F (48°C). Existuje kritická mezera ve znalostech týkající se toho, zda vysoký inspirační odpor kombinovaný s tepelným stresem zesiluje WOB, mění vnímání dýchání a kognitivní a fyziologické odpovědi. Studie prozkoumá WOB, vnímání dýchání, kognitivní funkci a fyziologické odpovědi při kombinovaném inspiračním odporu a tepelném stresu (termoneutrální, teplo a chlad). Je hypotetizováno, že WOB se zvýší během tepelného a chladového stresu, což povede k většímu vnímání dýchacích obtíží a sníženému kognitivnímu výkonu ve srovnání s termoneutrálními podmínkami.