Fysiologiske reaktioner hos unge og ældre voksne under en langvarig simuleret hedebølge (HW1)

MÅL Intervention 1: Evaluer effekten af ​​alder på varmelagring af hele kroppen, kropskernetemperatur og udviklingen af ​​kardiovaskulær belastning og akut inflammation under dagslang (9 timer) eksponering for simulerede hedebølgeforhold.

Intervention 2: Bestem, om kortvarig eksponering (2 timer) til et klimatiseret miljø efter ekstrem varmepåvirkning resulterer i varige reduktioner i fysiologisk belastning hos ældre voksne, når de vender tilbage til varmen.

Hypoteser Intervention 1: Ældre voksne vil opleve større varmelagring gennem den 9-timers simulerede hedebølge sammenlignet med de yngre deltagere. Som følge heraf vil kropskernetemperaturen være højere hos de ældre voksne, og forskellene mellem grupperne vil blive forværret, efterhånden som eksponeringen skrider frem. Vi vil også udforske den sekundære hypotese, at forskelle i kropstemperatur vil være parallelt med større ændringer i kardiovaskulære variabler og akut kredsløbs- og intracellulær inflammation hos ældre voksne.

Intervention 2: Opbevaring af kropsvarme vil blive forværret hos de ældre voksne, der udsættes for kølecenterindgrebet ved tilbagevenden til varmen (timer 5-6) sammenlignet med de ældre voksne fra Intervention 1, der forblev i varmen. Som følge heraf vil kropskernetemperaturen være sammenlignelig (statistisk ækvivalent) mellem grupper ved slutningen af ​​eksponeringen.

Metoder Deltagere I alt 20 unge (alder: 18-31 år) og 40 ældre (alder: 64-80 år) voksne vil blive rekrutteret til det foreslåede projekt, med en omtrent ligelig fordeling af mænd og kvinder i hver interventionsarm. Unge (n = 20) og ældre (n = 20) voksne vil gennemføre Intervention 1, og en separat kohorte af ældre voksne (n = 20) vil gennemføre Intervention 2. Deltagerne vil være homogene for antropomorfe karakteristika såvel som sædvanlige fysiske aktivitetsniveauer som verificeret via standardiserede spørgeskemaer.

Eksperimentelt design Instruktioner til før-forsøg Alle deltagere vil blive bedt om at undgå anstrengende fysisk aktivitet og alkohol i 24 timer forud for 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 (urin vægtfylde <1,025). Til alle sessioner vil deltagerne bære atletiske shorts (og en sportstop til kvinder).

Foreløbig screening Alle deltagere vil gennemføre en foreløbig evaluering minimum 7 dage før den første eksperimentelle session. I løbet af denne session vil de blive fortrolige med alle 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. Kropshøjde og -masse vil blive bestemt via henholdsvis et lægestadiometer og en højtydende vejeterminal, og ud fra disse målinger vil kropsoverfladearealet blive beregnet.

Eksperimentel protokol (intervention 1) Hver session vil begynde kl. 07.00-09.00. Ved ankomsten til laboratoriet vil deltageren give en urinprøve til vurdering af urinens vægtfylde, hvorefter en måling af nøgen kropsmasse vil blive opnået. Deltagerne vil derefter indsætte en temperatursonde til kontinuerlig måling af rektal temperatur. Herefter vil deltagerne blive instrumenteret til måling af hudtemperatur og 5-aflednings ekkokardiogram. Baseline kardiovaskulære parametre vil blive evalueret via et kort (~45 min) kardiovaskulært testbatteri, udført som følger. Brachiale arterielle systoliske og diastoliske tryk rekonstrueret ud fra arterielle trykbølgeformer målt ved højre langfinger (volumenklemmeteknik) og 5-aflednings ekkokardiogram optagelser vil blive indsamlet i 10 minutter, mens deltageren hviler stille (spontan vejrtrækning). Umiddelbart herefter vil arterielle systoliske og diastoliske tryk blive målt i tre eksemplarer via manuel auskultation (~30 sek mellem målinger), hvorefter underarms- og kalveblodstrømme i højre side af kroppen vil blive målt via automatiseret venøs okklusionsplethysmografi. Under hele testbatteriet vil deltageren sidde med begge fødder på gulvet, undtagen under målingerne af blodgennemstrømningen i lemmerne, hvor de instrumenterede lemmer vil blive hævet for at lette venøs dræning. Til sidst vil der blive taget en venøs blodprøve og kropsmassemåling.

Deltagerne vil derefter blive overført til hele kroppens direkte kalorimeterkammer, reguleret til 40°C og ~10-15% luftfugtighed. Disse forhold blev valgt til at simulere toptemperaturer oplevet under hedebølger og ligner topforhold i de seneste hedebølger i Nordamerika i 2018 (Ottawa, Ontario; 34°C og 58%, varmeindeks: 41°C) og Europa i 2003 (Paris , Frankrig; 38°C og 25%, varmeindeks: 38°C). Deltageren vil hvile stille i 3 timer (timer 1-3) i kalorimeterkammeret, mens hele kroppens varmeproduktion og udveksling måles kontinuerligt. Efter 3-timers mærket vil deltageren forlade kalorimeteret, og det korte kardiovaskulære testbatteri vil blive udført igen efterfulgt af en måling af kropsmasse. Timer 4-6 vil blive brugt på at hvile i varmen i det termiske kammer ved siden af ​​kalorimeteret. I løbet af denne tid vil deltagerne få lov til at indtage en let, selvforsynet frokost med lavt vandindhold. Postevand vil blive leveret ad libitum via en selvbetjent isoleret vandkøler placeret i termokammeret. Et andet kardiovaskulært batteri vil derefter blive udført efterfulgt af en måling af kropsmasse. Deltageren vil derefter genindtræde i kalorimeteret, hvor de sidste 3 timer vil blive brugt (timer 6-9). I slutningen af ​​denne periode vil deltagerne gennemgå et fjerde og sidste kardiovaskulært testbatteri, og en sidste venøs blodprøve og kropsmassemåling vil blive udtaget.

Statistisk analyse og prøvestørrelsesberegninger Primære og sekundære variabler vil blive evalueret ved hjælp af lineære blandede effekter modeller. Tiden vil blive modelleret som en gentagen inden-emne-fikseret effekt, og aldersgruppen vil blive modelleret som en mellem-emne-fikseret effekt. Eksponeringsværdier før opvarmning af udfaldsvariablen, deltagerkøn og selvrapporteret ugentlig fysisk aktivitet (min/uge, vurderet via GAQ) vil blive inkluderet som kovariater. Deltageridentifikation vil blive modelleret som en tilfældig effekt i alle analyser. Akaikes informationskriterium vil blive brugt til at bestemme tilfældig effekt og varians/kovariansstrukturer.

Post hoc multiple sammenligninger vil blive foretaget på modellens estimerede marginale middelværdier. I betragtning af det lille antal sammenligninger for hver variabel, vil multiplicitetskorrektioner ikke blive anvendt. Homoscedasticitet vil blive evalueret for alle modeller ved visuel vurdering af resterende plots. Tilnærmet normalfordeling af residualer vil blive vurderet via visuel inspektion af histogrammer og Q-Q plots. Data vil blive log-transformeret i tilfælde af, at fordelingen af ​​residualer væsentligt afviger fra normaliteten. For alle analyser vil alfa blive sat til 0,050. Beskrivende statistik vil blive præsenteret som gennemsnit og standardafvigelser. Sammenligninger mellem grupper og/eller tidspunkter vil blive præsenteret som middelværdier og 95 % konfidensintervaller [nedre grænse, øvre grænse].

En a priori effektanalyse bestemte, at en samlet prøvestørrelse på 19 unge og 19 ældre voksne var påkrævet for at detektere en forskel i hastigheden af ​​helkropsvarmelagring mellem grupper ved slutningen af ​​hver kalorimetersession (dvs. timer 3 og 9) med 80% statistisk styrke. I stedet for klinisk meningsfulde data (dvs. hvad der ville blive betragtet som en klinisk meningsfuld ændring i helkropsvarmelagring), blev den standardiserede effektstørrelse (Cohens d=1,06) beregnet baseret på forskellen i hastigheden af ​​helkropsvarmelagring mellem unge og ældre voksne over de sidste 30 minutter af en 3-timers varmeeksponeringsprotokol (unge: -2 [26] kJ/time, ældre: 43 [54] kJ/time) i vores tidligere arbejde.

Eksperimentel protokol (intervention 2) Eksperimentelt design Protokollen for intervention 2 er identisk med den for intervention 1 bortset fra, at efter den første kalorimetersession og efterfølgende kardiovaskulære batteri vil deltagerne forlade det termiske kammer og bruge ~2 timer (timer 5-6) på at hvile i et rum med aircondition (~23°C, ~50% relativ luftfugtighed). I lighed med Intervention 1 vil deltagerne få lov til at spise en lille selvforsynet frokost i løbet af denne tid og indtage vand (hane) ad libitum. Det tredje kardiovaskulære batteri vil også blive udført i det afkølede miljø. Som i Intervention 1 vil deltagerne derefter gå ind i kalorimeteret igen i de sidste 3 timer, hvor de vil hvile i varmen i resten af ​​forsøgssessionen.

Statistisk analyse og prøvestørrelsesberegninger Statistisk analyse for Intervention 2 vil blive udført for at vurdere, om udsættelse midt på dagen i et afkølet rum resulterer i større kropsvarmeopbevaring efter eksponering, således at fysiologiske reaktioner svarer til dem fra den ikke-afkølede gruppe ved udgangen. af 9-timers hedebølgesimuleringen. Kumulativ varmelagring af hele kroppen vil blive evalueret ved hjælp af en lineær mixed-effects model med eksperimentel gruppe modelleret som en mellem-emne fast effekt. Kumulativ varmelagring over de første tre timer af 9-timers eksponeringen vil blive inkluderet som en kovariat for at tage højde for indflydelsen af ​​inter- eller intra-individuelle faktorer (f.eks. køn, fysisk aktivitetsniveau), målt eller umålt, der påvirker helheden - kropsvarmeudveksling og opbevaring. Sammenligninger af varmelagring mellem grupper vil blive foretaget ved brug af modelestimerede marginale midler.

Kropskernetemperatur, som estimeret ved rektal temperatur (primært udfald), vil blive analyseret med en lineær mixed effect model med eksperimentel gruppe (to niveauer: afkøling og ingen-køling) modelleret som en mellem-emne fast effekt og tid som en gentaget inden for -patient fikseret effekt (0-, 1-, 2- og 3 timer efter afkølingsintervention). Ligesom modellen for varmelagring, vil rektal temperatur ved slutningen af ​​den første kalorimetri-session (dvs. time 3 af 9-timers eksponeringen) blive inkluderet som en kovariat for at tage højde for indflydelsen af ​​enhver målt eller umålt inter- eller intra- individuelle faktorer, der påvirker kropstemperaturens reaktioner på hvilende varmeeksponering.

Effekten af ​​afkøling på rektaltemperaturen vil derefter blive vurderet via to ensidige test udført på mixed-effects model afledte estimerede marginale middelværdier på hvert tidspunkt. Ækvivalensgrænser vil blive sat til ±0,3°C, hvilket svarer til den typiske dag-til-dag variation af kernetemperatur og er blevet foreslået at afspejle en meningsfuld/detekterbar ændring i kropstemperaturer i en nylig undersøgelse, der vurderer indflydelsen af ​​kølestrategier på fysiologisk belastning hos unge voksne. Sekundære variabler vil blive evalueret på samme måde. Signifikansniveauet vil blive sat til P < 0,050. Beskrivende statistik vil blive præsenteret som middelværdi (standardafvigelse), og sammenligninger mellem grupper vil blive præsenteret som middelværdi ± 95 % konfidensinterval.

En a priori effektanalyse bestemte, at en samlet prøvestørrelse på 18 ældre voksne i hver gruppe (36 deltagere i alt) er påkrævet for at bekræfte, om forskelle i rektal temperatur mellem grupperne er ækvivalente inden for øvre og nedre grænser på +0,3°C og -0,3 °C, henholdsvis med 80 % effekt. Dette svarer til en effektstørrelse (Cohens d) på 1,0, baseret på den samlede standardafvigelse på 0,3°C, bestemt ud fra offentliggjorte data fra vores laboratorium, der viser 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.