Etablering af evidensbaserede indendørs temperaturtærskler for at beskytte sundheden (HW2)

MÅL

Formålet med dette projekt er at evaluere effekten af ​​en række miljøer oplevet under hedebølger på kropstemperatur og autonom kardiovaskulær funktion hos ældre voksne. Dette vil blive opnået ved at sammenligne termiske og kardiovaskulære reaktioner hos en gruppe ældre voksne, der hviler i 8 timer under en række forhold, der er repræsentative for dem, der opleves indendørs under hedebølger. For at vurdere, hvordan belastningen oplevet under disse tilstande påvirker hæmodynamisk regulering igen, vil denne undersøgelse også omfatte validerede test af kardiovaskulær autonom funktion.

Hypoteser

Indeks for termisk og kardiovaskulær belastning vil ikke blive væsentligt ændret hos ældre voksne, der hviler i simulerede indendørsmiljøer under de aktuelt anbefalede tærskler fastsat af Toronto Public Health (22°C og 26°C). Ved højere indendørstemperaturer (31°C og 36°C) vil termiske og kardiovaskulære reaktioner dog være forhøjede. Den øgede fysiologiske belastning i disse tilstande vil afspejles i svækkede responser på validerede kardiovaskulære autonome funktionelle tests.

METODER

Deltagere I alt 16 ældre (alder: 65-80 år) voksne vil blive rekrutteret til det foreslåede projekt med en nogenlunde jævn fordeling af mænd og kvinder. Hver deltager vil fuldføre hver af undersøgelsens 4 eksperimentelle arme. Rekruterede deltagere vil være homogene for antropomorfe karakteristika og såvel som sædvanlige fysiske aktivitetsniveauer som verificeret via standardiserede spørgeskemaer (bestemt under en indledende session). Der vil blive indhentet skriftligt og informeret samtykke fra alle frivillige inden deltagelse.

Studere design

Instruktioner forud for forsøg

Alle deltagere vil blive bedt om at undgå anstrengende aktivitet og alkohol i 24 timer før alle indledende og eksperimentelle sessioner og om at spise et let måltid 2 timer før starten af ​​hver session. Deltagerne vil også blive bedt om at indtage minimum 500 ml vand natten før og morgenen af ​​hver session for at sikre tilstrækkelig hydrering. Tilstrækkelig hydrering vil blive verificeret ved ankomst til laboratoriet via urinvægtfylde (urinvægtfylde <1,025). Deltagerne vil bære en atletisk top og shorts til alle sessioner.

Foreløbig screening

Alle deltagere vil gennemføre en foreløbig evaluering minimum 48 timer før den første eksperimentelle session. I løbet af denne session vil de blive fortrolige med alle eksperimentelle procedurer og måleteknikker og vil udfylde Get Active Questionnaire (GAQ) og American Heart Association Pre-deltagelse screening spørgeskema for at vurdere deres berettigelse til at deltage. GAQ vil også blive brugt til at vurdere sædvanlige aktivitetsniveauer sammen med Kohl Physical Activity Questionnaire. Deltagerne vil også give mundtligt og skriftligt informeret samtykke på dette tidspunkt. Derefter vil deltagerens fysiske egenskaber blive vurderet. Kropshøjde og -masse vil blive bestemt via henholdsvis et lægestadiometer og en højtydende vejeterminal, og ud fra disse målinger vil kropsoverfladearealet blive beregnet. Kropsdensiteten estimeres via hydrostatisk vejning og bruges til at beregne kropsfedtprocenten.

Eksperimentel protokol Hver forsøgssession begynder ca. kl. 08:00. Ved ankomst til laboratoriet vil deltageren give en urinprøve til måling af urinens vægtfylde og indsætte en rektal temperatursonde. Herefter vil deltagerne blive instrumenteret til måling af hudtemperatur. En måling af kropsmasse (nøgen) vil også blive taget på dette tidspunkt. Deltagerne vil derefter blive overført til et termisk kammer reguleret til 22°C og 45%. Efter 10 minutters liggende hvile vil deltagerne udføre et specialiseret kardiovaskulært testbatteri (se nedenfor). De vil derefter hvile i siddende stilling i et rum umiddelbart ved siden af ​​det termiske (~22°C) kammer i ~30 minutter, mens baseline kropstemperaturer og kardiovaskulære mål registreres. En venøs blodprøve vil blive taget på dette tidspunkt.

Mens der tages basislinjemålinger, vil det termiske kammer blive opvarmet til betingelserne for den dags session. Hver deltager vil gennemføre fire separate sessioner, der består af hvileeksponering for: i) 36°C, baseret på maksimalt målte indendørstemperaturer (dvs. 35°C) og lignende udendørsforhold oplevet under de seneste hedebølger i Nordamerika (HOT); ii) 31°C, tilsvarende gennemsnitlig dagtemperatur under hedebølgen i 2010 i Ontario og Quebec samt Verdenssundhedsorganisationens anbefalede indendørstemperaturgrænse under hedebølger (WARM); iii) 26°C svarende til anbefalede øvre grænser for indendørs miljøer som fastsat af Toronto Public Health (TEMPERAT) og iv) 22°C, for at simulere et klimatiseret miljø (COOL). I alle sessioner vil den relative luftfugtighed blive sat til 45 %.

Efter baseline vil deltageren gå ind i det termiske kammer, hvor de vil hvile i 8 timer. De vil tilbringe størstedelen af ​​denne tid i siddende (let tilbagelænet) stilling, undtagen ved den 6. time, hvor de igen vil udføre det kardiovaskulære testbatteri. Rektale- og hudtemperaturer og hjertefrekvens vil blive målt kontinuerligt under eksponeringen. Postevand vil blive leveret ad libitum fra en ~500 ml kop placeret på et sidebord placeret lidt bag deltageren. Deltagerne får også lov til at spise en selvforsynet frokost mellem timer 1,5 og 3,5 timers eksponering. Hvert 60. min. vil det arterielle blodtryk og puls blive målt i tre eksemplarer, hvorefter deltagerne vil stå for at give en måling af kropsmasse for at bestemme svedtab. På dette tidspunkt. Deltagerne får lov til at blive stående og kortvarigt udføre let stræk, hvis det ønskes (max ~5 min).

Autonom kontrol af hjertefrekvens og blodtryk vil blive vurderet før og ved afslutningen af ​​hver session ved hjælp af et batteri af kardiovaskulære tests, som i undersøgelse B består af: i) analyse af hjertefrekvensvariabilitet og spontan barorefleksfølsomhed under liggende hvile, ii) Ewings batteri (modificeret) til vurdering af kardiovaskulær autonom funktion, og iii) analyse af integreret barorefleksfølsomhed under cykliske forstyrrelser i arterielt tryk fremkaldt af stand-squat-manøvrer. Forud for batteriet bliver deltagerne udstyret med en integreret 3-aflednings EKG ikke-invasiv blodtryksmonitor til integreret måling af slag-til-slag puls og arterielt blodtryk, estimeret ud fra arteriel tryk bølgeform målt i venstre midte finger. Den samme forsker vil administrere batteriet for alle sessioner. Bemærk endelig, at de to første sektioner af batteriet beskrevet nedenfor vil blive udført to gange i rækkefølge forud for stand-squat-procedurerne.

Efter 8 minutters liggende hvile vil hjertefrekvensvariabilitet (HRV) og barorefleksfølsomhed (BRS) blive evalueret under 8 minutters liggende hvile. Deltagerne vil blive instrueret i at trække vejret (diafragmatisk) i tide med en metronom indstillet til 30 slag/min, for at fjerne påvirkningen af ​​respiratorisk sinusrytme på cykliske udsving i hjertefrekvens og blodtryk. Derefter vil metronomen blive stoppet, og der vil blive givet 1 minuts restitution før start af Ewings batteri.

Det modificerede Ewings batteri, der skal bruges, består af tre tests designet til at vurdere autonom kontrol af hjertefrekvens og blodtryk. Først udfører deltagerne 1 minuts dyb diaphragmatisk vejrtrækning med en hastighed på 6 vejrtrækninger/min. Vejrtrækningen vil blive udført til vital kapacitet - det vil sige gennem en maksimal inspiration og udånding. 5 minutters restitution vil blive givet før næste test. Den næste test er Valsalva-manøvren. Mens de stadig er i liggende stilling, vil deltagerne ånde ud mod en lukket glottis ind i et smalt vinylrør forbundet til en elektronisk tryktransducer, der vil blive brugt til at give konstant feedback til deltageren om det genererede ekspiratoriske tryk. Deltageren vil blive instrueret i at opretholde et konstant tryk på 40 mmHg i 15 s. Under ekspiratorisk belastning vil luft blive udluftet via en lille blødning for at forhindre genereringstryk via munden. Ved frigivelse vil puls og blodtryk blive overvåget i 1 min. Den sidste test er liggende-til-stående-testen. Efter 1 minuts hvile i liggende stilling instrueres deltageren om hurtigt at indtage en stående stilling direkte ved siden af ​​sengen. Deltageren står derefter stille i 3 min, mens puls og blodtryk overvåges.

Efter den anden Ewings batteri vil deltageren hvile i siddende stilling på en stiv stol i 10 minutter. Deltageren vil derefter blive bedt om at stå i 90 sekunder, mens placeringen af ​​slyngen og fingertryksmanchetten justeres (om nødvendigt) for at sikre, at venstre hånd holdes på hjertehøjde. Herefter udføres 5-minutters squat-stands med en hastighed på 6 cyklusser/min. Hver cyklus vil bestå af en squat, holdt i 5 sekunder, efterfulgt af stående i 5 sek. Til disse manøvrer vil deltagerne blive instrueret i at opretholde en ensartet dybde for hver squat, vejrtrækning normalt for at undgå ekspiratorisk belastning og begrænse overdreven fremadbøjning i hoften.

Efter det kardiovaskulære batteri vil deltagerne blive siddende i kammeret i resten af ​​den 8-timers eksponering (~45 min). Efter målinger af arterielt blodtryk vil der blive taget en endelig venøs blodprøve efterfulgt af en måling af kropsmasse. Deltageren vil blive forsynet med vand og/eller en kommercielt tilgængelig sportsdrik, inden han forlader laboratoriet.

Dataanalyse

Kontinuerlige variabler relateret til termisk belastning og kardiovaskulær belastning vil blive konverteret til 15-minutters gennemsnit for baseline og for hver times eksponering. Ligeledes vil siddende arterielle tryk (3 målinger gennemsnit) blive præsenteret på disse tidspunkter. Frekvenstrykprodukt vil blive beregnet som produktet af hjertefrekvens og systolisk blodtryk. Ændringen i kropsmasse fra basislinjeværdier vil også blive bestemt for hver times eksponering for at kvantificere hastigheden af ​​væsketab, korrigeret for væskeforbrug og vandladning. Ændringen i plasmavolumen og serumosmolalitet fra baseline til sluteksponering vil også blive beregnet ud fra de venøse blodprøver opnået ved starten og slutningen af ​​hver session. HRV og hvilende spontan hjerte-BRS vil blive bestemt ud fra data indsamlet i løbet af den 8-minutters kontrollerede vejrtrækningsperiode. På samme måde vil integreret BRS blive afledt af opsamlet blodtryk og EKG-kurveformer indsamlet under stand-squat-manøvrer.

For de klinisk validerede tests i Ewing-batteriet vil analysen blive udført af en uddannet forsker, der er blindet over for deltageren og sessionskoden (dvs. miljøforhold). Dyb vejrtrækning vil blive analyseret som forskellen i hjertefrekvens mellem gennemsnittet af de tre laveste og tre højeste værdier registreret under henholdsvis inspiration og udånding (E/I HRDiff). For Valsalva-manøvren beregnes det såkaldte Valsalva-forhold (VALratio) som det længste R-R-interval under restitution divideret med det korteste R-R-interval under straining. Til sidst analyseres liggende-til-stående-testen ved bestemmelse af forholdet 30:15, som repræsenterer det længste RR-interval målt mellem 25-35. hjerteslag ved stående divideret med det korteste RR-interval mellem 10-20. slag efter stående. Derudover tages den systoliske respons på stående (SRstand) også som 1-minutters gennemsnit af systolisk blodtryk efter det andet minuts stående divideret med systolisk blodtryk under den forudstående liggende hvileperiode (dvs. reduktionen i systolisk tryk ved at indtage en stående stilling). Værdier for hver test vil blive taget som gennemsnittet af hver af de to registrerede værdier.

Statistisk analyse og prøvestørrelsesberegning

Statistisk analyse vil sammenligne sluteksponeringsdata relateret til termisk og kardiovaskulær belastning samt autonom funktion (medens der korrigeres for baselinevariabilitet mellem sessioner). Kropstemperatur og kardiovaskulære reaktioner ved slutningen af ​​eksponeringen (dvs. time 8) samt de autonome funktionelle test af det kardiovaskulære batteri vil blive evalueret ved hjælp af en analyse af kovarians (ANCOVA) med den gentagne faktor af miljøtilstand og basislinjeværdier modelleret som en kontinuerlig kovariat. Variabler relateret til væsketab (f.eks. ændring i kropsmasse, plasmavolumen og serumosmolalitet) vil blive analyseret via en envejs ANOVA med tilstandsfaktoren (4 niveauer). For alle statistiske modeller vil homogenitet af varianser blive vurderet ved hjælp af Levenes test. Normalfordeling af residualer vil blive vurderet med Sharpiro-Wilks test og visuel inspektion af histogrammer og Q-Q plots og data vil blive log-transformeret i tilfælde af, at fordeling af residualer afviger fra normaliteten. Forudplanlagte post hoc sammenligninger vil blive brugt til at identificere forskelle mellem tilstødende forhold (f.eks. COOL vs TEMP, TEMP vs. WARM, WARM vs. HOT) for at begrænse en stor familie af sammenligninger. For alle analyser vil alfa blive sat til P < 0,050. Beskrivende statistik vil blive præsenteret som middelværdi (standardafvigelse). Sammenligninger mellem grupper eller tidspunkter (hvor det er relevant) vil blive præsenteret som gennemsnit ± 95 % konfidensinterval.

En a priori effektanalyse fastslog, at en samlet prøvestørrelse på 16 ældre voksne er påkrævet for at detektere en forskel i rektal temperatur mellem grupper med 80 % statistisk styrke efter justering for flere sammenligninger. Effektstørrelsen (Cohens d=1,0) blev bestemt baseret på en praktisk meningsfuld forskel på 0,3°C mellem betingelserne, idet man antog en standardafvigelse på 0,3. Standardafvigelsen var baseret på tidligere publicerede undersøgelser fra vores laboratorium, som viste en forskel på 0,2°C (SD 0,3) i kernetemperatur mellem unge og ældre voksne og en forskel på 0,0°C (SD 0,3) i kernetemperatur mellem ældre voksne med og uden type 2-diabetes efter 3 timers hvile i et varmt miljø (40°C, 30 % relativ luftfugtighed).