A test-lélek kölcsönhatások optimalizálása a légzési kontrollban működésileg releváns környezeti stresszorok alatt (DEPSCoR)

Sok harcos olyan környezeti feltételeknek van kitéve, amelyek növelik a légzési ellenállást, ami viszont megnöveli a légzés munkáját (WOB). Az életfenntartó rendszerek, például a repülőgépek fedélzeti oxigénellátó rendszerei (OBOG) és a független búvárlégzőkészülékek (SCUBA), a légzőrendszer teljesítményének csökkenésével kihívást jelentenek a működési kapacitás számára. Ez egy jelentős aggodalom, amelyet több munkacsoport is felvetett. Például a NASA Pilóta Légzésértékelési technikai jelentése dokumentálja a pilóták által jelentett problémás légzési ellenállás növekedéseket. Hasonlóképpen, a Korlátozó Légzés Munkacsoport megjegyezte, hogy az F-22 életfenntartó rendszere túlzottan nagy mechanikai WOB-ot jelent. Erre válaszul a Haditengerészeti Kísérleti Búvár Egysége javasolta, hogy a WOB csökkentése megvédheti a nagy teljesítményű repülőgépek pilótáit a veszélyes fiziológiai eseményektől. A WOB növekedése fokozza a légzési nehézség érzékelését és érzelmi észlelését, legalább részben a légzés tudatosabb tudatossága miatt. A legújabb adatok azt mutatják, hogy a magasabb WOB, és valószínűleg a légzés észlelése, ronthatja a kognitív funkciót. Ez a romlás valószínűleg a megnövekedett WOB-ból eredő negatív érzelmi érzeteknek tulajdonítható, amelyek elvonják a figyelmet a központi információfeldolgozásról komplex reakcióidő-feladatok során. Ezen túlmenően, mind a reakcióidő, mind a pontosság romlik, amikor nagyobb terhelés nehezedik a belégző izmokra. Azonban számos kulcsfontosságú tudáshiány maradt, amelyek relevánsak azok számára a harcosok számára, akik magasabb belégző ellenállással szembesülnek. Nem ismert, hogy: 1) a WOB csökkentése a belégző ellenállás alatt csökkentheti-e a légzés észlelését és helyreállíthatja-e a kognitív funkciót, 2) a ventiláció hallási visszajelzésének megváltoztatása a belégző ellenállás alatt csökkentheti-e a légzés észlelését és helyreállíthatja-e a kognitív funkciót, és 3) a hőstresszök fokozzák-e a WOB-ot, növelik-e a légzés észlelését és csökkentik-e a kognitív funkciót a belégző ellenállás alatt. A cél az, hogy a problémára összpontosítsunk, miszerint a megnövekedett légzési munka (WOB) fokozza a légzés észlelését, amely ezt követően rontja a harcosok kognitív teljesítményét. A cél eléréséhez a tanulmány a következő konkrét célokat fogja megvalósítani:

Cél 1 (Tanulmány Blokk 1): Nemrég bebizonyosodott, hogy a belégző terhelés növelése fokozza a légzési nehézséget, az agyi aktivációt és negatívan befolyásolja a figyelemmel kapcsolatos neuropszichológiai tesztek teljesítményét. Feltételezhető, hogy a kognitív teljesítmény valószínűleg csökken, amikor a belégző ellenállást növelik, mind a motor-kognitív interferencia, mind a légzési nehézséghez kapcsolódó figyelemi fókuszváltás miatt. A tanulmányok azt találták, hogy az észlelt belégző terhelés, és nem a tényleges izomerő, befolyásolta kedvezőtlenül a figyelmet. Bár a bizonyítékok azt mutatják, hogy a magasabb belégző ellenállás és a légzés észlelése rontja a kognitív funkciót, egy kulcsfontosságú tudáshiány továbbra is fennáll, mivel nem világos, hogy a WOB csökkentése magas ellenállási terhelés mellett helyreállíthatja-e a kognitív funkciót. A heliox csökkenti az ellenállási WOB-ot és az izomterhelést alacsony sűrűsége és viszkozitása miatt, lehetővé téve magasabb ventilációs arányokat, mint a szobalevegő, azáltal, hogy csökkenti a légutak turbulens áramlását. Ezért a heliox légzése, amely csökkenti a WOB-ot, magas belégző ellenállás mellett kritikus betekintést nyújt abba, hogy a WOB csökkentése javíthatja-e a kognitív funkciót. Feltételezhető, hogy a heliox használata csökkenti a WOB-ot, csökkenti az észlelt légzési erőfeszítést és javítja a kognitív funkciót a normál sűrűségű levegőhöz képest, amely magas belégző ellenállással jár.

Cél 2 (Tanulmány Blokk 2): Bizonyos esetekben a belégző ellenállási terhelések csökkentése (pl. OBOG, SCUBA) a harcosok számára nem lehet kivitelezhető, de a légzés észlelésének ellenállás általi befolyásolásának megértése elengedhetetlen. A ventiláció hallási visszajelzése jelentősen befolyásolja a légzés tudatosságát, és ahogy a WOB növekszik, ez az észlelés fokozódik a fokozott hallási bemenet miatt. Ez a fokozott tudatosság elvonhatja a figyelmet és megterhelheti a kognitív feldolgozást. A legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy a hallási zavaró tényezők, mint a zene edzés közben, csökkenthetik a légzési nehézséget és a légzőrendszeri és teljes testi kellemetlenséget egészséges egyéneknél és krónikus obstruktív tüdőbetegségben szenvedőknél. Ez a hatás a csökkentett hallási visszajelzésből vagy a zenéhez kapcsolódó javult érzelmi állapotokból eredhet. Azonban egy kulcsfontosságú tudáshiány létezik: nem világos, hogy a ventiláció hallási visszajelzésének csökkentése a megnövekedett belégző ellenállás alatt befolyásolja-e a légzés észlelését és a kognitív funkciót. A tanulmány értékelni fogja a ventiláció különböző hallási visszajelzési feltételeinek (normál, megszüntetett és felerősített) hatását a kognitív funkcióra magas belégző ellenállás mellett. Feltételezhető, hogy a ventiláció hallási visszajelzésének csökkentése nem változtatja meg a WOB-ot, de csökkenti a légzés észlelését és javítja a kognitív teljesítményt a szabványos vagy felerősített visszajelzéshez képest.

Cél 3 (Tanulmány Blokk 3): A harcosok gyakran szembesülnek hőstresszökkel, amelyek növelik a WOB-ot, még az életfenntartó rendszerek jelenlétében is. Mind a hideg, mind a hőstressz önállóan növeli a WOB-ot, anélkül, hogy megnövekedett belégző ellenállásra lenne szükség. Sok harcos hamarosan szélsőséges hideggel fog szembesülni a Védelmi Minisztérium sarkvidéki műveletekre való összpontosítása miatt. A hidegstressz stimulálja a ventilációt és biphasikus bronchioláris választ okoz: a hideg levegő belégzése hiperventilláció során kezdeti bronchodilatációt eredményez, majd bronchoconstrictiót, szűkítve a bronchiolusokat és növelve a légáramlási ellenállást, és így a WOB-ot. A harcosok szélsőséges hőnek is ki vannak téve, és a hipertermia által indukált hiperventilláció akkor következik be, amikor a testmaghőmérséklet körülbelül 38,0°C-ot ér el, jelentős korrelációt mutatva a megnövekedett WOB-tal a hőstressz alatt. A harcosok gyakran tapasztalják ezeket a környezeti stresszöket a magasabb légzési ellenállás mellett, különösen a különböző hőmérsékletek alatti víz alatti búvárküldetések során vagy a szélsőséges hőnek kitett OBOG-kkal felszerelt nagy teljesítményű repülőgépeken. Például a Nellis légitámaszpont nemrég 118°F (48°C) hőmérsékletet rögzített. Létezik egy kritikus tudáshiány abban a tekintetben, hogy a magas belégző ellenállás hőstresszel kombinálva fokozza-e a WOB-ot, megváltoztatva a légzés észlelését és a kognitív és fiziológiai válaszokat. A tanulmány megvizsgálja a WOB-ot, a légzés észlelését, a kognitív funkciót és a fiziológiai válaszokat kombinált belégző ellenállás és hőstressz (termoneutrális, hő és hideg) mellett. Feltételezhető, hogy a WOB növekedni fog hő- és hidegstressz alatt, ami nagyobb légzési nehézség észlelését és csökkentett kognitív teljesítményt eredményez a termoneutrális feltételekhez képest.