Festlegung evidenzbasierter Grenzwerte für die Innentemperatur zum Schutz der Gesundheit (HW2)

ZIELE

Das Ziel dieses Projekts ist es, die Wirkung einer Reihe von Umgebungen, die während Hitzewellen erlebt werden, auf die Körpertemperatur und die autonome kardiovaskuläre Funktion bei älteren Erwachsenen zu bewerten. Dies wird durch den Vergleich der thermischen und kardiovaskulären Reaktionen in einer Gruppe älterer Erwachsener erreicht, die 8 Stunden lang unter einer Reihe von Bedingungen ruhen, die für diejenigen repräsentativ sind, die während Hitzewellen in Innenräumen erlebt werden. Um zu beurteilen, wie sich die unter diesen Bedingungen erfahrene Belastung wiederum auf die hämodynamische Regulation auswirkt, wird diese Studie auch validierte Tests der kardiovaskulären autonomen Funktion umfassen.

Hypothesen

Die Indizes der thermischen und kardiovaskulären Belastung werden bei älteren Erwachsenen, die in simulierten Innenumgebungen ruhen, unterhalb der derzeit von Toronto Public Health festgelegten Grenzwerte (22 °C und 26 °C) nicht merklich verändert. Bei höheren Innentemperaturen (31 °C und 36 °C) werden thermische und kardiovaskuläre Reaktionen jedoch erhöht. Die erhöhte physiologische Belastung bei diesen Erkrankungen wird sich in abgeschwächten Reaktionen auf validierte kardiovaskuläre autonome Funktionstests widerspiegeln.

METHODEN

Teilnehmer Insgesamt 16 ältere (Alter: 65-80 Jahre) Erwachsene werden für das vorgeschlagene Projekt rekrutiert, wobei Männer und Frauen etwa gleich verteilt sind. Jeder Teilnehmer wird jeden der 4 experimentellen Zweige der Studie absolvieren. Die rekrutierten Teilnehmer sind homogen hinsichtlich anthropomorpher Merkmale und gewohnheitsmäßiger körperlicher Aktivitätsniveaus, die anhand standardisierter Fragebögen überprüft werden (während einer Vorsitzung festgelegt). Vor der Teilnahme wird von allen Freiwilligen eine schriftliche und informierte Zustimmung eingeholt.

Studiendesign

Anweisungen vor der Verhandlung

Alle Teilnehmer werden gebeten, 24 Stunden vor allen vorbereitenden und experimentellen Sitzungen anstrengende Aktivitäten und Alkohol zu vermeiden und 2 Stunden vor Beginn jeder Sitzung eine leichte Mahlzeit zu sich zu nehmen. Die Teilnehmer werden außerdem gebeten, am Abend vor und am Morgen jeder Sitzung mindestens 500 ml Wasser zu sich zu nehmen, um eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr zu gewährleisten. Eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr wird bei der Ankunft im Labor anhand des spezifischen Gewichts des Urins (spezifisches Gewicht des Urins <1,025) überprüft. Die Teilnehmer tragen bei allen Sitzungen ein sportliches Top und Shorts.

Vorläufiges Screening

Alle Teilnehmer führen mindestens 48 Stunden vor der ersten experimentellen Sitzung eine vorläufige Bewertung durch. Während dieser Sitzung werden sie mit allen experimentellen Verfahren und Messtechniken vertraut gemacht und werden den „Get Active Questionnaire“ (GAQ) und den „American Heart Association Pre-participation Screening Questionnaire“ ausfüllen, um ihre Teilnahmeberechtigung zu beurteilen. Der GAQ wird zusammen mit dem Kohl-Fragebogen zur körperlichen Aktivität auch zur Beurteilung des gewohnheitsmäßigen Aktivitätsniveaus verwendet. Die Teilnehmer werden zu diesem Zeitpunkt auch eine mündliche und schriftliche Einverständniserklärung abgeben. Danach werden die körperlichen Eigenschaften der Teilnehmer bewertet. Über ein Arztstadiometer bzw. ein Hochleistungs-Wägeterminal werden Körpergröße und -masse bestimmt und daraus die Körperoberfläche berechnet. Die Körperdichte wird durch hydrostatisches Wiegen geschätzt und zur Berechnung des Körperfettanteils verwendet.

Versuchsprotokoll Jede Versuchssitzung beginnt um etwa 08:00 Uhr. Bei der Ankunft im Labor stellt der Teilnehmer eine Urinprobe zur Messung des spezifischen Gewichts des Urins bereit und führt eine rektale Temperatursonde ein. Danach werden die Teilnehmer für die Messung der Hauttemperatur instrumentiert. Zu diesem Zeitpunkt wird auch eine Messung der Körpermasse (nackt) durchgeführt. Die Teilnehmer werden dann in eine auf 22 °C und 45 % geregelte Wärmekammer überführt. Nach 10-minütiger Ruhe in Rückenlage führen die Teilnehmer eine spezielle Herz-Kreislauf-Testbatterie durch (siehe unten). Sie ruhen sich dann in sitzender Position in einem Raum unmittelbar neben der Wärmekammer (~22°C) für ~30 min aus, während die Ausgangskörpertemperaturen und kardiovaskulären Messungen aufgezeichnet werden. Zu diesem Zeitpunkt wird eine venöse Blutprobe entnommen.

Während die Basismessungen durchgeführt werden, wird die Wärmekammer auf die Bedingungen für die Sitzung an diesem Tag aufgeheizt. Jeder Teilnehmer absolviert vier separate Sitzungen, bestehend aus: i) 36 ° C, basierend auf maximal gemessenen Innentemperaturen (d. h. 35 ° C) und ähnlich den Außenbedingungen, die während der letzten Hitzewellen in Nordamerika (HOT) erlebt wurden; ii) 31 °C, ähnliche durchschnittliche Tagestemperatur während der Hitzewelle 2010 in Ontario und Quebec sowie die von der Weltgesundheitsorganisation empfohlene Innentemperaturgrenze während Hitzewellen (WARM); iii) 26 °C entsprechend den empfohlenen Obergrenzen für Innenräume, wie sie von Toronto Public Health festgelegt wurden (TEMPERATE) und iv) 22 °C, um eine klimatisierte Umgebung zu simulieren (COOL). In allen Sitzungen wird die relative Luftfeuchtigkeit auf 45 % eingestellt.

Nach der Grundlinie betritt der Teilnehmer die Wärmekammer, wo er sich 8 Stunden ausruht. Sie werden den größten Teil dieser Zeit in sitzender (leicht zurückgelehnter) Position verbringen, außer in der 6. Stunde, wo sie erneut die Herz-Kreislauf-Testbatterie durchführen. Rektal- und Hauttemperatur sowie Herzfrequenz werden während der gesamten Exposition kontinuierlich gemessen. Leitungswasser wird ad libitum aus einem ~500-ml-Becher bereitgestellt, der auf einem Beistelltisch leicht hinter dem Teilnehmer steht. Die Teilnehmer dürfen zwischen den Stunden 1,5 und 3,5 der Exposition auch ein selbst zubereitetes Mittagessen zu sich nehmen. Alle 60 Minuten werden der arterielle Blutdruck und die Herzfrequenz dreifach gemessen, wonach die Teilnehmer stehen, um eine Messung der Körpermasse bereitzustellen, um den Schweißverlust zu bestimmen. Zu diesem Zeitpunkt. Die Teilnehmer dürfen stehen bleiben und auf Wunsch kurz leichte Dehnungen durchführen (max. ~5 Minuten).

Die autonome Kontrolle von Herzfrequenz und Blutdruck wird vor und am Ende jeder Sitzung mit einer Reihe von kardiovaskulären Tests bewertet, die in Studie B aus Folgendem bestehen: i) Analyse der Herzfrequenzvariabilität und spontanen Baroreflexempfindlichkeit während der Rückenlage, ii) Ewing-Batterie (modifiziert) zur Bewertung der kardiovaskulären autonomen Funktion und iii) Analyse der integrierten Baroreflexempfindlichkeit während zyklischer Störungen des arteriellen Drucks, die durch Stand-Squat-Manöver hervorgerufen werden. Vor der Batterie werden die Teilnehmer mit einem integrierten nicht-invasiven 3-Kanal-EKG-Blutdruckmessgerät zur integrierten Messung der Schlag-zu-Schlag-Herzfrequenz und des arteriellen Blutdrucks ausgestattet, die anhand der in der linken Mitte gemessenen arteriellen Druckwellenform geschätzt werden Finger. Derselbe Forscher verwaltet die Batterie für alle Sitzungen. Beachten Sie schließlich, dass die ersten beiden Abschnitte der Batterie, die unten beschrieben werden, zweimal hintereinander vor den Stand-Squat-Verfahren durchgeführt werden.

Nach 8 Minuten Rückenlage werden die Herzfrequenzvariabilität (HRV) und die Baroreflexempfindlichkeit (BRS) während 8 Minuten Rückenlage bewertet. Die Teilnehmer werden angewiesen, im Takt mit einem auf 30 Schläge/min eingestellten Metronom zu atmen (Zwerchfell), um den Einfluss des respiratorischen Sinusrhythmus auf zyklische Schwankungen der Herzfrequenz und des Blutdrucks zu beseitigen. Danach wird das Metronom angehalten und es wird eine 1-minütige Erholungszeit vor dem Start der Ewing-Batterie gegeben.

Die zu verwendende modifizierte Ewing-Batterie besteht aus drei Tests, die dazu bestimmt sind, die autonome Steuerung von Herzfrequenz und Blutdruck zu bewerten. Zuerst führen die Teilnehmer 1 Minute lang tiefe Zwerchfellatmung mit einer Rate von 6 Atemzügen/min durch. Die Atmung wird bis zur Vitalkapazität durchgeführt, dh durch maximales Ein- und Ausatmen. 5 Minuten Erholung werden vor dem nächsten Test gegeben. Der nächste Test ist das Valsalva-Manöver. Während sich die Teilnehmer noch in Rückenlage befinden, atmen sie gegen eine geschlossene Glottis in einen schmalen Vinylschlauch aus, der mit einem elektronischen Druckwandler verbunden ist, der verwendet wird, um dem Teilnehmer eine konstante Rückmeldung über den erzeugten Ausatmungsdruck zu geben. Der Teilnehmer wird angewiesen, einen konstanten Druck von 40 mmHg für 15 s aufrechtzuerhalten. Während des Ausatmens wird Luft über eine kleine Entlüftung abgelassen, um zu verhindern, dass Druck über den Mund erzeugt wird. Nach der Freigabe werden Herzfrequenz und Blutdruck für 1 Minute überwacht. Der letzte Test ist der Liege-auf-Steh-Test. Nach 1 Minute Ruhe in Rückenlage wird der Teilnehmer angewiesen, schnell eine stehende Position direkt neben dem Bett einzunehmen. Der Teilnehmer steht dann ruhig für 3 min, während Herzfrequenz und Blutdruck überwacht werden.

Nach der zweiten Ewing-Batterie ruht der Teilnehmer 10 Minuten lang in sitzender Position auf einem starren Stuhl. Der Teilnehmer wird dann gebeten, 90 Sekunden lang zu stehen, während die Positionierung der Schlinge und der Fingerdruckmanschette (falls erforderlich) angepasst wird, um sicherzustellen, dass die linke Hand auf Herzhöhe gehalten wird. Danach werden 5 Minuten Kniebeugen mit einer Geschwindigkeit von 6 Zyklen/Minute durchgeführt. Jeder Zyklus besteht aus einer Kniebeuge, die 5 Sekunden lang gehalten wird, gefolgt von einem Stehen für 5 Sekunden. Bei diesen Manövern werden die Teilnehmer angewiesen, bei jeder Kniebeuge eine gleichbleibende Tiefe beizubehalten, normal zu atmen, um Atemanstrengungen zu vermeiden und eine übermäßige Vorwärtsbeugung an der Hüfte zu begrenzen.

Nach der kardiovaskulären Batterie bleiben die Teilnehmer für den Rest der 8-stündigen Exposition (ca. 45 min) in der Kammer sitzen. Nach Messungen des arteriellen Blutdrucks wird eine abschließende venöse Blutprobe entnommen, gefolgt von einer Messung der Körpermasse. Der Teilnehmer wird vor Verlassen des Labors mit Wasser und/oder einem handelsüblichen Sportgetränk versorgt.

Datenanalyse

Kontinuierliche Variablen in Bezug auf thermische Belastung und kardiovaskuläre Belastung werden in 15-Minuten-Durchschnittswerte für die Grundlinie und für jede Stunde der Exposition umgewandelt. Ebenso werden zu diesen Zeitpunkten arterielle Drücke im Sitzen (Durchschnitt aus 3 Messungen) dargestellt. Das Frequenzdruckprodukt wird als Produkt aus Herzfrequenz und systolischem Blutdruck berechnet. Die Veränderung der Körpermasse gegenüber den Ausgangswerten wird auch in jeder Stunde der Exposition bestimmt, um die Rate des Flüssigkeitsverlusts zu quantifizieren, korrigiert um aufgenommene Flüssigkeit und Wasserlassen. Die Veränderung des Plasmavolumens und der Serumosmolalität vom Ausgangswert bis zum Ende der Exposition wird ebenfalls aus den venösen Blutproben berechnet, die zu Beginn und am Ende jeder Sitzung entnommen wurden. HRV und spontane kardiale BRS in Ruhe werden aus Daten bestimmt, die während der 8-minütigen kontrollierten Atmungsperiode gesammelt wurden. In ähnlicher Weise wird das integrierte BRS aus gesammelten Blutdruck- und EKG-Wellenformen abgeleitet, die während der Stand-Squat-Manöver gesammelt wurden.

Für die klinisch validierten Tests in der Ewing-Batterie wird die Analyse von einem geschulten Forscher durchgeführt, der den Teilnehmer- und Sitzungscode (d. h. die Umgebungsbedingungen) nicht kennt. Die tiefe Atmung wird als Differenz der Herzfrequenz zwischen dem Durchschnitt der drei niedrigsten und drei höchsten Werte analysiert, die während der Inspiration bzw. Exspiration aufgezeichnet wurden (E/I HRDiff). Für das Valsalva-Manöver errechnet sich das sogenannte Valsalva-Verhältnis (VALratio) aus dem längsten R-R-Intervall während der Erholung dividiert durch das kürzeste R-R-Intervall während der Belastung. Schließlich wird der Test vom Liegen zum Stehen durch Bestimmung des 30:15-Verhältnisses analysiert, das das längste RR-Intervall, gemessen zwischen dem 25.–35. Herzschlag beim Stehen, dividiert durch das kürzeste RR-Intervall zwischen dem 10.–20. Darüber hinaus wird die systolische Reaktion auf das Stehen (SRstand) auch als 1-Minuten-Durchschnitt des systolischen Blutdrucks nach der zweiten Minute des Stehens dividiert durch den systolischen Blutdruck während der Liegezeit vor dem Stehen (d. h. die Verringerung des systolischen Drucks) genommen beim Einnehmen einer stehenden Position). Die Werte für jeden Test werden als Durchschnitt der beiden aufgezeichneten Werte genommen.

Statistische Analyse und Berechnung der Stichprobengröße

Die statistische Analyse vergleicht die Endexpositionsdaten in Bezug auf die thermische und kardiovaskuläre Belastung sowie die autonome Funktion (während die Baseline-Variabilität zwischen den Sitzungen korrigiert wird). Körpertemperatur und kardiovaskuläre Reaktionen am Ende der Exposition (d. h. Stunde 8) sowie die autonomen Funktionstests der kardiovaskulären Batterie werden unter Verwendung einer Analyse der Kovarianz (ANCOVA) mit dem wiederholten Faktor der Umgebungsbedingungen und Ausgangswerten als modelliert bewertet eine stetige Kovariate. Variablen im Zusammenhang mit Flüssigkeitsverlust (z. B. Änderung der Körpermasse, des Plasmavolumens und der Serumosmolalität) werden über eine einfache ANOVA mit dem Faktor der Kondition (4 Stufen) analysiert. Für alle statistischen Modelle wird die Homogenität der Varianzen unter Verwendung des Levene-Tests bewertet. Die Normalverteilung der Residuen wird mit dem Sharpiro-Wilks-Test und der visuellen Inspektion von Histogrammen und Q-Q-Diagrammen bewertet, und die Daten werden logarithmisch transformiert, falls die Verteilung der Residuen von der Normalverteilung abweicht. Vorgeplante Post-Hoc-Vergleiche werden verwendet, um Unterschiede zwischen benachbarten Bedingungen zu identifizieren (z. B. COOL vs. TEMP, TEMP vs. WARM, WARM vs. HOT), um eine große Familie von Vergleichen einzuschränken. Für alle Analysen wird Alpha auf P < 0,050 gesetzt. Deskriptive Statistiken werden als Mittelwert (Standardabweichung) dargestellt. Vergleiche zwischen Gruppen oder Zeitpunkten (gegebenenfalls) werden als Mittelwerte ± 95 % Konfidenzintervall dargestellt.

Eine A-priori-Power-Analyse ergab, dass eine Gesamtstichprobengröße von 16 älteren Erwachsenen erforderlich ist, um einen Unterschied in der rektalen Temperatur zwischen Gruppen mit 80 % statistischer Aussagekraft nach Anpassung für mehrere Vergleiche zu erkennen. Die Effektgröße (Cohen's d = 1,0) wurde basierend auf einer praktisch bedeutsamen Differenz von 0,3 °C zwischen den Bedingungen bestimmt, wobei eine Standardabweichung von 0,3 angenommen wurde. Die Standardabweichung basierte auf zuvor veröffentlichten Studien aus unserem Labor, die einen Unterschied in der Kerntemperatur von 0,2 °C (SD 0,3) zwischen jungen und älteren Erwachsenen und einen Unterschied von 0,0 °C (SD 0,3) in der Kerntemperatur zwischen älteren Erwachsenen mit und zeigten ohne Typ-2-Diabetes nach 3 Stunden Ruhe in einer heißen Umgebung (40 °C, 30 % relative Luftfeuchtigkeit).