Physiologische Reaktionen bei jungen und älteren Erwachsenen während einer längeren simulierten Hitzewelle (HW1)

ZIELE Intervention 1: Bewerten Sie die Auswirkung des Alters auf die Wärmespeicherung des gesamten Körpers, die Körperkerntemperatur und die Entwicklung von Herz-Kreislauf-Belastungen und akuten Entzündungen während der ganztägigen (9 Stunden) Exposition gegenüber simulierten Hitzewellenbedingungen.

Intervention 2: Bestimmen Sie, ob eine kurzzeitige Exposition (2 Stunden) in einer klimatisierten Umgebung nach extremer Hitzeexposition zu einer dauerhaften Verringerung der physiologischen Belastung bei älteren Erwachsenen nach Rückkehr in die Hitze führt.

Hypothesen Intervention 1: Ältere Erwachsene erleben während der 9-stündigen simulierten Hitzewelle im Vergleich zu den jüngeren Teilnehmern eine größere Wärmespeicherung. Folglich wird die Körperkerntemperatur bei älteren Erwachsenen höher sein und die Unterschiede zwischen den Gruppen werden sich mit fortschreitender Exposition verschärfen. Wir werden auch die sekundäre Hypothese untersuchen, dass Unterschiede in der Körpertemperatur mit größeren Veränderungen der kardiovaskulären Variablen und akuten Kreislauf- und intrazellulären Entzündungen bei älteren Erwachsenen einhergehen.

Intervention 2: Die Speicherung von Körperwärme wird bei älteren Erwachsenen, die dem Kühlzentrum-Eingriff ausgesetzt waren, nach der Rückkehr in die Hitze (Stunden 5–6) im Vergleich zu den älteren Erwachsenen aus Intervention 1, die in der Hitze blieben, verstärkt. Folglich wird die Körperkerntemperatur am Ende der Exposition zwischen den Gruppen vergleichbar (statistisch äquivalent) sein.

Methoden Teilnehmer Insgesamt werden 20 junge (Alter: 18–31 Jahre) und 40 ältere (Alter: 64–80 Jahre) Erwachsene für das vorgeschlagene Projekt rekrutiert, mit einer ungefähr gleichmäßigen Verteilung von Männern und Frauen in jedem Interventionsarm. Junge (n = 20) und ältere (n = 20) Erwachsene werden Intervention 1 abschließen und eine separate Kohorte älterer Erwachsener (n = 20) wird Intervention 2 abschließen. Die Teilnehmer werden hinsichtlich anthropomorpher Merkmale sowie gewohnheitsmäßiger körperlicher Aktivität homogen sein über standardisierte Fragebögen überprüft.

Versuchsaufbau Anweisungen vor dem Versuch Alle Teilnehmer werden gebeten, vor allen Vor- und Versuchssitzungen 24 Stunden lang anstrengende körperliche Aktivität 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. Bei der Ankunft im Labor wird eine ausreichende Flüssigkeitszufuhr überprüft (spezifisches Gewicht des Urins <1,025). Bei allen Sitzungen tragen die Teilnehmer Sportshorts (und ein Sportoberteil für Frauen).

Vorläufiges Screening Alle Teilnehmer führen mindestens 7 Tage vor der ersten experimentellen Sitzung eine vorläufige Bewertung durch. Während dieser Sitzung werden sie mit allen Verfahren und Messtechniken vertraut gemacht und füllen den Get Active Questionnaire (GAQ) und den Screening-Fragebogen vor der Teilnahme der American Heart Association aus, 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 geben zu diesem Zeitpunkt auch eine mündliche und schriftliche Einverständniserklärung ab. Körpergröße und -masse werden über ein ärztliches Stadiometer bzw. ein Hochleistungs-Wägeterminal bestimmt und aus diesen Messungen die Körperoberfläche berechnet.

Experimentelles Protokoll (Intervention 1) Jede Sitzung beginnt um 07:00–09:00 Uhr. Bei der Ankunft im Labor stellt der Teilnehmer eine Urinprobe zur Bestimmung des spezifischen Uringewichts zur Verfügung. Anschließend wird eine Messung der nackten Körpermasse durchgeführt. Anschließend führen die Teilnehmer einen Temperaturfühler zur kontinuierlichen Messung der Rektaltemperatur ein. Anschließend werden die Teilnehmer mit Instrumenten zur Messung der Hauttemperatur und einem 5-Kanal-Echokardiogramm ausgestattet. Die kardiovaskulären Ausgangsparameter werden über eine kurze (~45 Minuten) Herz-Kreislauf-Testbatterie bewertet, die wie folgt durchgeführt wird. Der systolische und diastolische Druck der Brachialarterie wird aus den am rechten Mittelfinger gemessenen arteriellen Druckwellenformen rekonstruiert (Volume-Clamp-Technik) und 5-Kanal-Echokardiogramm-Aufzeichnungen werden 10 Minuten lang gesammelt, während der Teilnehmer ruhig ruht (Spontanatmung). Unmittelbar danach werden die arteriellen systolischen und diastolischen Drücke in dreifacher Ausfertigung mittels manueller Auskultation gemessen (ca. 30 Sekunden zwischen den Messungen), danach werden die Unterarm- und Wadenblutflüsse auf der rechten Körperseite mittels automatisierter Venenverschlussplethysmographie gemessen. Während der gesamten Testreihe sitzt der Teilnehmer mit beiden Füßen auf dem Boden, mit Ausnahme der Messungen des Blutflusses in den Gliedmaßen, bei denen die instrumentierten Gliedmaßen angehoben werden, um den venösen Abfluss zu erleichtern. Abschließend wird eine venöse Blutprobe entnommen und die Körpermasse gemessen.

Anschließend werden die Teilnehmer in die Ganzkörper-Direktkalorimeterkammer gebracht, die auf 40 °C und ~10–15 % Luftfeuchtigkeit geregelt ist. Diese Bedingungen wurden ausgewählt, um Spitzentemperaturen während Hitzewellen zu simulieren und ähneln den Spitzenbedingungen bei jüngsten Hitzewellen in Nordamerika im Jahr 2018 (Ottawa, Ontario; 34 °C und 58 %, Hitzeindex: 41 °C) und Europa im Jahr 2003 (Paris). , Frankreich; 38°C und 25 %, Hitzeindex: 38°C). Der Teilnehmer ruht 3 Stunden lang (Stunden 1-3) ruhig in der Kalorimeterkammer, während die Wärmeproduktion und der Wärmeaustausch des gesamten Körpers kontinuierlich gemessen werden. Nach 3 Stunden verlässt der Teilnehmer das Kalorimeter und die kurze Herz-Kreislauf-Testbatterie wird erneut durchgeführt, gefolgt von einer Messung der Körpermasse. Die Stunden 4 bis 6 verbringen Sie mit Ruhe in der Hitze in der Wärmekammer neben dem Kalorimeter. Während dieser Zeit dürfen die Teilnehmer ein leichtes, selbst zubereitetes Mittagessen mit geringem Wassergehalt zu sich nehmen. Leitungswasser wird nach Belieben über einen isolierten Selbstbedienungs-Wasserkühler in der Wärmekammer bereitgestellt. Anschließend wird eine weitere Herz-Kreislauf-Batterie durchgeführt, gefolgt von einer Messung der Körpermasse. Der Teilnehmer betritt dann erneut das Kalorimeter, wo die letzten 3 Stunden verbracht werden (Stunden 6–9). Am Ende dieses Zeitraums werden die Teilnehmer einer vierten und letzten Herz-Kreislauf-Testbatterie unterzogen und eine abschließende venöse Blutprobe sowie eine Messung der Körpermasse werden beschafft.

Statistische Analyse und Berechnung der Stichprobengröße. Primäre und sekundäre Variablen werden mithilfe linearer Mixed-Effects-Modelle ausgewertet. Die Zeit wird als ein wiederholter, innerhalb des Subjekts fester Effekt modelliert, und die Altersgruppe wird als ein zwischen den Subjekten fester Effekt modelliert. Als Kovariaten werden die Werte der Ergebnisvariablen vor dem Erhitzen, das Geschlecht der Teilnehmer und die selbst gemeldete wöchentliche körperliche Aktivität (Min./Woche, ermittelt über den GAQ) einbezogen. Die Teilnehmeridentifikation wird in allen Analysen als Zufallseffekt modelliert. Das Informationskriterium von Akaike wird verwendet, um Zufallseffekte und Varianz-/Kovarianzstrukturen zu bestimmen.

Post-hoc-Mehrfachvergleiche werden anhand modellgeschätzter Randmittel durchgeführt. Aufgrund der geringen Anzahl von Vergleichen für jede Variable werden keine Multiplizitätskorrekturen durchgeführt. Die Homoskedastizität wird für alle Modelle durch visuelle Bewertung der Restplots bewertet. Die ungefähre Normalverteilung der Residuen wird durch visuelle Inspektion von Histogrammen und Q-Q-Diagrammen beurteilt. Für den Fall, dass die Verteilung der Residuen deutlich von der Normalität abweicht, werden die Daten logarithmisch transformiert. Für alle Analysen wird Alpha auf 0,050 festgelegt. Beschreibende Statistiken werden als Mittelwerte und Standardabweichungen dargestellt. Vergleiche zwischen Gruppen und/oder Zeitpunkten werden als Mittelwerte und 95 %-Konfidenzintervalle [Untergrenze, Obergrenze] dargestellt.

Eine A-priori-Leistungsanalyse ergab, dass eine Gesamtstichprobengröße von 19 jungen und 19 älteren Erwachsenen erforderlich war, um am Ende jeder Kalorimetersitzung (d. h. Stunden 3 und 9) einen Unterschied in der Rate der Ganzkörperwärmespeicherung zwischen den Gruppen festzustellen. mit 80 % statistischer Aussagekraft. Anstelle klinisch bedeutsamer Daten (d. h. was als klinisch bedeutsame Änderung der Ganzkörper-Wärmespeicherung angesehen werden würde) wurde die standardisierte Effektgröße (Cohens d=1,06) basierend auf der Differenz in der Rate der Ganzkörper-Wärmespeicherung berechnet zwischen jungen und älteren Erwachsenen während der letzten 30 Minuten eines 3-stündigen Hitzeexpositionsprotokolls (junge: -2 [26] kJ/Stunde, ältere: 43 [54] kJ/Stunde) in unserer vorherigen Arbeit.

Experimentelles Protokoll (Intervention 2) Experimentelles Design Das Protokoll für Intervention 2 ist identisch mit dem von Intervention 1, außer dass die Teilnehmer nach der ersten Kalorimetersitzung und der anschließenden Herz-Kreislauf-Batterie die Wärmekammer verlassen und etwa 2 Stunden (Stunden 5-6) ruhen in einem klimatisierten Raum (~23°C, ~50% relative Luftfeuchtigkeit). Ähnlich wie bei Intervention 1 dürfen die Teilnehmer während dieser Zeit ein kleines, selbst zubereitetes Mittagessen zu sich nehmen und nach Belieben Wasser (Leitungswasser) konsumieren. Die dritte Herz-Kreislauf-Batterie wird ebenfalls in der gekühlten Umgebung durchgeführt. Wie bei Intervention 1 betreten die Teilnehmer dann für die letzten drei Stunden erneut das Kalorimeter, wo sie für den Rest der Versuchssitzung in der Hitze ruhen.

Statistische Analyse und Berechnung der Stichprobengröße Eine statistische Analyse für Intervention 2 wird durchgeführt, um zu beurteilen, ob die Mittagsexposition in einem gekühlten Raum zu einer größeren Speicherung der Körperwärme nach der Exposition führt, sodass die physiologischen Reaktionen am Ende denen der nicht gekühlten Gruppe ähneln der 9-Stunden-Hitzewellensimulation. Die kumulative Wärmespeicherung des gesamten Körpers wird mithilfe eines linearen Mixed-Effects-Modells bewertet, wobei die Versuchsgruppe als fester Effekt zwischen Subjekten modelliert wird. Die kumulative Wärmespeicherung über die ersten drei Stunden der 9-stündigen Exposition wird als Kovariate einbezogen, um den Einfluss aller gemessenen oder nicht gemessenen inter- oder intraindividuellen Faktoren (z. B. Geschlecht, körperliche Aktivität) zu berücksichtigen, die sich auf das Ganze auswirken -Körperwärmeaustausch und -speicherung. Vergleiche der Wärmespeicherung zwischen Gruppen werden anhand modellgeschätzter Randmittel durchgeführt.

Die Körperkerntemperatur, geschätzt durch die Rektaltemperatur (primäres Ergebnis), wird mit einem linearen Mixed-Effects-Modell analysiert, wobei die Versuchsgruppe (zwei Ebenen: Kühlung und keine Kühlung) als zwischen den Probanden fester Effekt und die Zeit als innerhalb derselben wiederholt modelliert wird - Probandenfester Effekt (0, 1, 2 und 3 Stunden nach dem Kühleingriff). Wie beim Modell zur Wärmespeicherung wird die Rektaltemperatur am Ende der ersten Kalorimetriesitzung (d. h. Stunde 3 der 9-stündigen Exposition) als Kovariate einbezogen, um den Einfluss aller gemessenen oder nicht gemessenen inter- oder intra-kalorimetrischen Messungen zu berücksichtigen. individuelle Faktoren, die die Reaktionen der Körpertemperatur auf Ruhewärme beeinflussen.

Die Auswirkung der Kühlung auf die Rektaltemperatur wird dann über zwei einseitige Tests bewertet, die an den vom Mixed-Effects-Modell abgeleiteten geschätzten Randmittelwerten zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden. Die Äquivalenzgrenzen werden auf ±0,3 °C festgelegt, was der typischen täglichen Schwankung der Kerntemperatur entspricht und in einer kürzlich durchgeführten Studie zur Bewertung des Einflusses von Kühlstrategien darauf vorgeschlagen wurde, eine sinnvolle/nachweisbare Änderung der Körpertemperatur widerzuspiegeln physiologische Belastung bei jungen Erwachsenen. Sekundäre Variablen werden in ähnlicher Weise ausgewertet. Das Signifikanzniveau wird auf P < 0,050 festgelegt. Beschreibende Statistiken werden als Mittelwert (Standardabweichung) dargestellt und Vergleiche zwischen Gruppen werden als Mittelwert ± 95 % Konfidenzintervall dargestellt.

Eine A-priori-Power-Analyse ergab, dass eine Gesamtstichprobengröße von 18 älteren Erwachsenen in jeder Gruppe (insgesamt 36 Teilnehmer) erforderlich ist, um zu bestätigen, ob die Unterschiede der Rektaltemperatur zwischen den Gruppen innerhalb der oberen und unteren Grenzen von +0,3 °C und -0,3 gleichwertig sind °C bzw. bei 80 % Leistung. Dies entspricht einer Effektgröße (Cohen's d) von 1,0, basierend auf der gepoolten Standardabweichung von 0,3 °C, ermittelt aus veröffentlichten Daten unseres Labors, die einen Unterschied der Kerntemperatur von 0,2 °C (SD 0,3) zwischen jungen und älteren Erwachsenen belegen und ein Unterschied von 0,0 °C (SD 0,3) in der Kerntemperatur zwischen älteren Erwachsenen mit und ohne Typ-2-Diabetes nach 3 Stunden Ruhe in einer heißen Umgebung.