Optimización de las Interacciones Mente-Cuerpo en el Control Respiratorio Durante Factores de Estrés Ambiental Operacionalmente Relevantes (DEPSCoR)

Muchos combatientes están expuestos a condiciones ambientales que aumentan la resistencia respiratoria, lo que a su vez incrementa el trabajo respiratorio (WOB, por sus siglas en inglés). Los sistemas de soporte vital, como los sistemas de suministro de oxígeno a bordo de aeronaves (OBOGs) y los equipos de respiración autónomos subacuáticos (SCUBA), desafían la capacidad operativa al perjudicar el rendimiento respiratorio. Esta es una preocupación significativa planteada por múltiples grupos de trabajo. Por ejemplo, el informe técnico de Evaluación de la Respiración del Piloto de la NASA documenta aumentos problemáticos en la resistencia respiratoria reportados por pilotos. De manera similar, el Grupo de Trabajo sobre Respiración Restrictiva señaló que el Sistema de Soporte Vital del F-22 impone un WOB mecánico excesivamente alto. En respuesta, la Unidad Experimental de Buceo de la Marina ha sugerido que reducir el WOB podría proteger a los pilotos de aeronaves de alto rendimiento de eventos fisiológicos peligrosos. Los aumentos en el WOB intensifican las percepciones sensoriales y emocionales de disnea, al menos en parte debido a una mayor conciencia consciente de la respiración. Datos recientes indican que un WOB elevado, y probablemente la percepción respiratoria, pueden perjudicar la función cognitiva. Esta afectación probablemente es causada por sensaciones afectivas negativas resultantes del aumento del WOB, lo que distrae del procesamiento central de información durante tareas complejas de tiempo de reacción. Además, tanto el tiempo de reacción como la precisión empeoran cuando se colocan cargas mayores en los músculos inspiratorios. Sin embargo, persisten varias brechas de conocimiento clave que son pertinentes para los combatientes que experimentan una resistencia inspiratoria elevada. No se sabe si: 1) reducir el WOB durante la resistencia inspiratoria puede disminuir la percepción respiratoria y restaurar la función cognitiva, 2) alterar la retroalimentación auditiva de la ventilación durante la resistencia inspiratoria puede disminuir la percepción respiratoria y restaurar la función cognitiva, y 3) los estresores térmicos amplifican el WOB, aumentan las percepciones respiratorias y reducen la función cognitiva durante la resistencia inspiratoria. El objetivo es centrarse en el problema de que un aumento del trabajo respiratorio (WOB) incrementa la percepción de la respiración que posteriormente perjudica el rendimiento cognitivo en los combatientes. Para cumplir con el objetivo, el estudio abordará los siguientes objetivos específicos:

Objetivo 1 (Bloque de Estudio 1): Recientemente, se ha demostrado que aumentar la carga inspiratoria incrementa la disnea, la activación cerebral y afecta negativamente el rendimiento en pruebas neuropsicológicas relacionadas con la atención. Se postula que el rendimiento cognitivo probablemente se reducirá cuando se aumente la resistencia inspiratoria, tanto por interferencia motora-cognitiva como por un cambio en el enfoque atencional relacionado con la disnea. Los estudios han encontrado que la carga inspiratoria percibida, más que el esfuerzo muscular real, afectó adversamente la atención. Si bien la evidencia indica que una mayor resistencia inspiratoria y percepción respiratoria perjudican la función cognitiva, persiste una brecha de conocimiento crítica clave, ya que no está claro si reducir el WOB bajo cargas resistivas altas puede restaurar la función cognitiva. El heliox reduce el WOB resistivo y la carga muscular debido a su baja densidad y viscosidad, permitiendo tasas de ventilación más altas que el aire ambiente al reducir el flujo turbulento en las vías respiratorias. Por lo tanto, respirar heliox, que reducirá el WOB, bajo alta resistencia inspiratoria proporcionará información crítica sobre si reducir el WOB puede mejorar la función cognitiva. Se hipotetiza que usar heliox disminuirá el WOB, reducirá el esfuerzo respiratorio percibido y mejorará la función cognitiva en comparación con respirar aire de densidad normal con resistencia inspiratoria elevada.

Objetivo 2 (Bloque de Estudio 2): En algunos casos, reducir las cargas resistivas inspiratorias (por ejemplo, OBOGs, SCUBA) para los combatientes puede no ser factible, pero entender cómo la percepción respiratoria se ve afectada por la resistencia es esencial. La retroalimentación auditiva de la ventilación influye significativamente en la conciencia respiratoria, y a medida que aumenta el WOB, esta percepción se intensifica debido a una mayor entrada auditiva. Esta mayor conciencia puede distraer y exigir al procesamiento cognitivo. Estudios recientes indican que las distracciones auditivas, como la música durante el ejercicio, pueden disminuir la disnea y la incomodidad respiratoria y corporal en individuos sanos y aquellos con enfermedad pulmonar obstructiva crónica. Este efecto puede derivarse de una retroalimentación auditiva reducida o de estados emocionales mejorados vinculados a la música. Sin embargo, existe una brecha de conocimiento clave: no está claro si reducir la retroalimentación auditiva de la ventilación durante una resistencia inspiratoria aumentada afecta la percepción respiratoria y la función cognitiva. El estudio evaluará el impacto de diferentes condiciones de retroalimentación auditiva de la ventilación (normal, eliminada y amplificada) en la función cognitiva bajo alta resistencia inspiratoria. Se hipotetiza que reducir la retroalimentación auditiva de la ventilación no alterará el WOB, pero disminuirá la percepción respiratoria y mejorará el rendimiento cognitivo en comparación con la retroalimentación estándar o amplificada.

Objetivo 3 (Bloque de Estudio 3): Los combatientes a menudo enfrentan estresores térmicos que aumentan el WOB, incluso con sistemas de soporte vital en funcionamiento. Tanto el estrés por frío como por calor elevan el WOB de forma independiente, sin requerir un aumento de la resistencia inspiratoria. Muchos combatientes pronto enfrentarán frío extremo debido al enfoque del Departamento de Defensa en operaciones árticas. El estrés por frío estimula la ventilación y causa una respuesta bronquiolar bifásica: inhalar aire frío durante la hiperventilación conduce a una broncodilatación inicial seguida de broncoconstricción, estrechando los bronquiolos y aumentando la resistencia al flujo de aire, y por lo tanto el WOB. Los combatientes también están expuestos a calor extremo y la hiperventilación inducida por hipertermia ocurre cuando la temperatura corporal central alcanza alrededor de 38.0°C, correlacionándose significativamente con un aumento del WOB durante el estrés por calor. Los combatientes experimentan frecuentemente estos estresores ambientales junto con una resistencia respiratoria elevada, especialmente durante misiones de buceo subacuático en temperaturas variables o en aeronaves de alto rendimiento con OBOGs expuestos a calor extremo. Por ejemplo, la Base de la Fuerza Aérea Nellis registró recientemente una temperatura de 118°F (48°C). Existe una brecha crítica en el conocimiento respecto a si la alta resistencia inspiratoria combinada con estrés térmico amplifica el WOB, alterando la percepción de la respiración y las respuestas cognitivas y fisiológicas. El estudio investigará el WOB, la percepción respiratoria, la función cognitiva y las respuestas fisiológicas bajo resistencia inspiratoria combinada y estrés térmico (termoneutral, calor y frío). Se hipotetiza que el WOB aumentará durante el estrés por calor y frío, resultando en mayores percepciones de dificultad respiratoria y un rendimiento cognitivo disminuido en comparación con las condiciones termoneutrales.