El papel de las temperaturas ambientales en el control respiratorio
Optimización de las Interacciones Mente-Cuerpo en el Control Respiratorio Durante Factores de Estrés Ambiental Operacionalmente Relevantes
Los combatientes están frecuentemente expuestos a entornos y sistemas de soporte vital que aumentan la resistencia respiratoria y el trabajo respiratorio (WOB), como los sistemas de generación de oxígeno a bordo de aeronaves y los aparatos de respiración subacuática. Un WOB elevado incrementa la percepción de dificultad respiratoria (disnea) y se ha asociado con un deterioro del rendimiento cognitivo, incluyendo tiempos de reacción más lentos y una precisión reducida durante tareas que requieren atención. Estos efectos son especialmente preocupantes en entornos operativos que requieren una toma de decisiones rápida y respuestas motoras precisas.
A pesar del creciente reconocimiento de este problema, persisten lagunas críticas en cuanto a estrategias para mitigar las consecuencias perceptivas y cognitivas de una resistencia inspiratoria elevada, especialmente bajo factores estresantes operativos realistas. El objetivo de este estudio es determinar si la exposición de individuos a estrés térmico altera la percepción respiratoria y el rendimiento cognitivo durante la resistencia inspiratoria. Los participantes realizarán respiración con resistencia inspiratoria en condiciones termoneutrales, de calor y de frío para determinar si el estrés térmico amplifica el WOB, la percepción respiratoria y el deterioro cognitivo.
Descripción general del estudio
Estado
Condiciones
Intervención / Tratamiento
Descripción detallada
Los combatientes a menudo enfrentan factores de estrés térmico que aumentan la WOB, incluso con sistemas de soporte vital en funcionamiento. Tanto el estrés por frío como por calor elevan la WOB de forma independiente, sin requerir una mayor resistencia inspiratoria. El estrés por frío estimula la ventilación y provoca 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 la 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 de la WOB durante el estrés por calor. Los combatientes experimentan con frecuencia estos factores de estrés ambientales junto con una mayor resistencia respiratoria, especialmente durante misiones de buceo submarino en temperaturas variables o en aeronaves de alto rendimiento con OBOGs expuestos a calor extremo.
Existe una brecha crítica en el conocimiento sobre si la alta resistencia inspiratoria combinada con el estrés térmico amplifica la WOB, alterando la percepción de la respiración y las respuestas cognitivas y fisiológicas. El estudio investigará la WOB, la percepción de la respiración, la función cognitiva y las respuestas fisiológicas bajo resistencia inspiratoria combinada y estrés térmico (termoneutral, calor y frío). Se hipotetiza que la WOB aumentará durante el estrés por calor y frío, resultando en mayores percepciones de dificultad respiratoria y un menor rendimiento cognitivo en comparación con las condiciones termoneutrales.
Los participantes completarán 4 visitas de estudio: una visita de selección/familiarización (Día de Estudio 0) seguida de tres visitas experimentales (Día de Estudio 1, Día 2 y Día 3). Se instruirá a los participantes para que eviten cafeína, alcohol, medicamentos estimulantes, medicamentos para el dolor/antiinflamatorios, cannabis y productos relacionados con el cannabis, y ejercicio vigoroso durante al menos 24 horas antes de las visitas experimentales. En el Día de Estudio 0, los participantes completarán una breve tarea de respiración de familiarización en la que respirarán durante 10 minutos a través de un orificio de 8-10 mm al final de un dispositivo personalizado, generando una resistencia inspiratoria predeterminada de 6-9.5 centímetros de agua por litro por segundo (cmH2O/L/s). Durante la tarea de respiración, se medirán las respuestas de la actividad vascular cerebral, cardiovascular y autónoma. Cada 5 minutos durante la prueba de respiración, se pedirá a los participantes que califiquen la intensidad y desagrado de la respiración, y realicen una maniobra de capacidad inspiratoria. Las evaluaciones cognitivas se administrarán cada 10 minutos. Después de la tarea de respiración, los participantes completarán pruebas de función pulmonar y muscular respiratoria.
Antes de las visitas experimentales, los participantes serán aleatorizados al orden en el que están expuestos a las condiciones de intervención (calor, frío o termoneutral). A su llegada, se colocará un globo esofágico para medir la presión alrededor del corazón y los pulmones. Luego, los participantes serán colocados en una cámara ambiental (para controlar la humedad) mientras usan un traje especial que permite circular agua a diferentes temperaturas a través de tubos, lo que los expondrá a las condiciones de temperatura durante aproximadamente 30 minutos antes de comenzar las tareas de respiración de duración completa. Durante las condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiental. Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 4°C y 10% de humedad ambiental. La tarea de respiración comenzará cuando la temperatura esofágica alcance -1°C y -2°C en relación con la temperatura esofágica basal. Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 40°C y 40% de humedad ambiental. La tarea de respiración comenzará cuando la temperatura esofágica alcance +1°C y +2°C en relación con la temperatura esofágica basal. En cada visita experimental, los participantes completarán una tarea de respiración de duración completa, en la que inspirarán contra una carga resistiva predeterminada durante 60 minutos. El monitoreo biométrico se realizará continuamente, y las evaluaciones cognitivas y las calificaciones de los participantes durante las tareas de respiración se realizarán a los 45 y 90 minutos de la exposición a la condición. Se observará un período de lavado de 7 días entre las visitas experimentales.
Tipo de estudio
Inscripción (Estimado)
Fase
- No aplica
Contactos y Ubicaciones
Estudio Contacto
- Nombre: Timothy D Mickleborough, PhD
- Número de teléfono: 812-855-0753
- Correo electrónico: tmickleb@iu.edu
Ubicaciones de estudio
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Indiana
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Bloomington, Indiana, Estados Unidos, 47405
- Multidisciplinary Engineering and Sciences Hall (MESH)
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Contacto:
- Scott M Clarke
- Número de teléfono: 812-856-3244
- Correo electrónico: scotclar@iu.edu
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Contacto:
- Zachary J Schalder, PhD
- Número de teléfono: 812-855-6953
- Correo electrónico: zschlade@iu.edu
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Investigador principal:
- Timothy D Mickleborough, PhD
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Criterios de participación
Criterio de elegibilidad
Edades elegibles para estudiar
- Adulto
Acepta Voluntarios Saludables
Descripción
Criterios de inclusión:
- Edad comprendida entre 18 y 40 años.
- Capacidad de hablar y leer inglés.
- Actividad semanal autoinformada de al menos 120 minutos/semana de ejercicio de alta intensidad durante los últimos 2 años.
- Función pulmonar normal evaluada mediante un volumen espiratorio forzado en 1 segundo sobre capacidad vital forzada (FEV1/FVC) en reposo > 75% del predicho.
- Función cognitiva normal evaluada mediante la prueba de función cognitiva de Montreal [18].
- Índice de masa corporal (IMC) ≤ 35 kg/m².
- Mujeres con un ciclo menstrual regular que oscila entre 21 y 35 días (eumenorrea).
Criterios de exclusión:
- Antecedentes de tabaquismo o tabaquismo recreativo, enfermedad cardiovascular, enfermedad renal, enfermedad pulmonar (incluyendo asma o asma inducida por ejercicio), enfermedad neurológica y enfermedad metabólica.
- Estar embarazada o posiblemente embarazada según autoinforme.
- Ser daltónico.
- Alergia o hipersensibilidad conocida al látex.
- Tomar inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina, medicación estimulante, antibióticos y consumir crónicamente medicación para el dolor (Aleve, Tylenol, etc.).
- Presión arterial en reposo > 130 mmHg sistólica o 90 mmHg diastólica y/o frecuencia cardíaca en reposo > 100 lpm.
- Mujeres con ciclos menstruales irregulares (oligomenorrea) que oscilan entre 36 y 90 días, y mujeres con ausencia de ciclo menstrual (amenorrea).
- Tomar anticonceptivos con el único propósito de cesar la menstruación (por ejemplo, DIU Mirena).
Plan de estudios
¿Cómo está diseñado el estudio?
Detalles de diseño
- Propósito principal: Ciencia básica
- Asignación: Aleatorizado
- Modelo Intervencionista: Asignación cruzada
- Enmascaramiento: Ninguno (etiqueta abierta)
Armas e Intervenciones
Grupo de participantes/brazo |
Intervención / Tratamiento |
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Comparador activo: Temperatura termoneutral, luego Temperatura fría, luego Temperatura caliente
Los participantes completarán 3 visitas experimentales durante las cuales realizarán una tarea de respiración bajo una condición de temperatura asignada.
El orden de exposición a las condiciones se asignará mediante aleatorización.
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Durante condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través de un traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiente.
Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 4°C y 10% de humedad ambiental.
Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 40°C y 40% de humedad ambiental.
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Comparador activo: Temperatura termoneutral, luego Mantener temperatura, luego Temperatura de la cuna
Los participantes completarán 3 visitas experimentales en las que realizarán una tarea de respiración bajo una condición de temperatura asignada.
El orden de exposición a las condiciones se asignará mediante aleatorización.
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Durante condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través de un traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiente.
Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 4°C y 10% de humedad ambiental.
Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 40°C y 40% de humedad ambiental.
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Comparador activo: Temperatura fría, luego Temperatura termoneutral, luego Temperatura caliente
Los participantes completarán 3 visitas experimentales en las que realizarán una tarea de respiración bajo una condición de temperatura asignada.
El orden de exposición a las condiciones se asignará mediante aleatorización.
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Durante condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través de un traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiente.
Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 4°C y 10% de humedad ambiental.
Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 40°C y 40% de humedad ambiental.
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Comparador activo: Temperatura fría, luego Temperatura caliente, luego Temperatura termoneutral
Los participantes completarán 3 visitas experimentales en las que realizarán una tarea de respiración bajo una condición de temperatura asignada.
El orden de exposición a las condiciones se asignará mediante aleatorización.
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Durante condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través de un traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiente.
Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 4°C y 10% de humedad ambiental.
Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 40°C y 40% de humedad ambiental.
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Comparador activo: Temperatura caliente, luego Temperatura termoneutral, luego Temperatura fría
Los participantes completarán 3 visitas experimentales en las que realizarán una tarea de respiración bajo una condición de temperatura asignada.
El orden de exposición a las condiciones se asignará mediante aleatorización.
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Durante condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través de un traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiente.
Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 4°C y 10% de humedad ambiental.
Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 40°C y 40% de humedad ambiental.
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Comparador activo: Temperatura caliente, luego Temperatura fría, luego Temperatura termoneutral
Los participantes completarán 3 visitas experimentales durante las cuales realizarán una tarea de respiración bajo una condición de temperatura asignada.
El orden de exposición a las condiciones se asignará mediante aleatorización.
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Durante condiciones termoneutrales, se perfundirá agua a 34°C a través de un traje especial mientras los participantes descansan en la cámara configurada a 24°C y 40% de humedad ambiente.
Durante la condición de frío, se perfundirá agua a 4°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 4°C y 10% de humedad ambiental.
Durante la condición de calor, se perfundirá agua a 50°C a través del traje especial mientras los participantes descansan en la cámara ajustada a 40°C y 40% de humedad ambiental.
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¿Qué mide el estudio?
Medidas de resultado primarias
Medida de resultado |
Medida Descripción |
Periodo de tiempo |
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Cambio en el Rendimiento del Tiempo de la Prueba Stroop de Palabra-Color
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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El tiempo de rendimiento en la prueba de colores y palabras de Stroop (min:seg) se medirá cada 45 minutos durante cada tarea de respiración experimental.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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Cambio en el Rendimiento de Errores de la Prueba de Stroop de Palabra-Color
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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El número de errores en la prueba Stroop de colores y palabras se medirá cada 45 minutos durante cada tarea respiratoria experimental.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Cambio en la Percepción de la Intensidad de la Disnea
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Los participantes calificarán la percepción de la intensidad de la disnea (respiración) en una escala visual analógica (EVA) cada 45 minutos durante cada tarea de respiración.
El participante dibujará una línea vertical marcadora en una línea horizontal (100 mm), indicando su percepción de la respiración desde "no perceptible" (0 mm) hasta "intensidad máxima imaginable" (100 mm).
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Cambio en la Percepción de la Desagradabilidad de la Disnea
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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Los participantes calificarán la percepción de disnea (respiración) desagradable en una escala visual analógica (EVA) cada 45 minutos durante cada tarea de respiración.
El participante dibujará una línea vertical marcadora en una línea horizontal (100mm), indicando su percepción de la respiración desde "no desagradable" (0mm) hasta "desagrado máximo imaginable" (100mm).
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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Medidas de resultado secundarias
Medida de resultado |
Medida Descripción |
Periodo de tiempo |
|---|---|---|
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Cambio en el Grosor del Diafragma
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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El grosor del diafragma se medirá mediante ecografía Doppler en el espacio intercostal 10º/11º durante la capacidad residual funcional (CRF; reposo) y al final de la inspiración, así como durante la prueba de presión inspiratoria máxima (PIM) desde CRF antes y después de cada condición.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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Cambio en la Variabilidad de la Frecuencia Cardíaca
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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La variabilidad de la frecuencia cardíaca (latidos por minuto) se medirá continuamente durante cada tarea de respiración mediante un electrocardiógrafo (ECG) de 3 derivaciones.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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Cambio en la Saturación Periférica de Oxígeno
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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La saturación periférica de oxígeno se medirá de forma continua durante cada tarea respiratoria mediante pulsioximetría.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Cambio en la Presión Arterial - Arteria Braquial
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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La presión arterial se medirá cada 10 minutos durante cada tarea de respiración mediante un manguito estándar de presión arterial y la auscultación de la arteria braquial.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Cambio en la Presión Arterial - Fotopletismografía Digital
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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La presión arterial se medirá continuamente durante cada tarea de respiración mediante fotopletismografía del dedo.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una con una duración aproximada de 90 minutos)
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Cambio en la frecuencia cardíaca
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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La frecuencia cardíaca se medirá continuamente durante cada tarea de respiración mediante un electrocardiograma (ECG) de 3 derivaciones.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Cambio en la Cinética del Oxígeno Sanguíneo Cerebral
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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La oxihemoglobina y la desoxihemoglobina (captación/extracción, µM) se medirán continuamente mediante espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) de la corteza prefrontal durante cada tarea respiratoria.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Cambio en la Velocidad del Flujo Sanguíneo Cerebral
Periodo de tiempo: Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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El ultrasonido Doppler transcraneal bilateral se utilizará para medir continuamente la velocidad del flujo sanguíneo en las arterias cerebrales media y posterior durante cada tarea respiratoria.
Los transductores de ultrasonido se colocarán a ambos lados de la cabeza en las ventanas temporales y las posiciones se fijarán utilizando un soporte para transductores.
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Antes y después de cada tarea de respiración en los Días 1, 2, 3 (cada una de aproximadamente 90 minutos de duración)
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Colaboradores e Investigadores
Patrocinador
Colaboradores
Fechas de registro del estudio
Fechas importantes del estudio
Inicio del estudio (Estimado)
Finalización primaria (Estimado)
Finalización del estudio (Estimado)
Fechas de registro del estudio
Enviado por primera vez
Primero enviado que cumplió con los criterios de control de calidad
Publicado por primera vez (Actual)
Actualizaciones de registros de estudio
Última actualización publicada (Actual)
Última actualización enviada que cumplió con los criterios de control de calidad
Última verificación
Más información
Términos relacionados con este estudio
Otros números de identificación del estudio
- 28381 - Aim 3
- FOAAFRLAFOSR20240007 (Otro número de subvención/financiamiento: Air Force Office of Scientific Research)
Plan de datos de participantes individuales (IPD)
¿Planea compartir datos de participantes individuales (IPD)?
Descripción del plan IPD
Información sobre medicamentos y dispositivos, documentos del estudio
Estudia un producto farmacéutico regulado por la FDA de EE. UU.
Estudia un producto de dispositivo regulado por la FDA de EE. UU.
producto fabricado y exportado desde los EE. UU.
Esta información se obtuvo directamente del sitio web clinicaltrials.gov sin cambios. Si tiene alguna solicitud para cambiar, eliminar o actualizar los detalles de su estudio, comuníquese con register@clinicaltrials.gov. Tan pronto como se implemente un cambio en clinicaltrials.gov, también se actualizará automáticamente en nuestro sitio web. .