A környezeti hőmérséklet szerepe a légzés szabályozásában

A harcosok gyakran szembesülnek termikus stresszorokkal, amelyek növelik a légzési munkát (WOB), még életfenntartó rendszerek jelenlétében is. Mind a hideg, mind a hősztressz önállóan emeli a légzési munkát, anélkül, hogy növelné a belégzési ellenállást. A hideg stressz stimulálja a ventilációt és biphasikus bronchioláris választ vált ki: a hideg levegő belégzése hiperventiláció során kezdeti bronchodilatációt, majd bronchoconstrictiót okoz, szűkíti a bronchiolákat és növeli a légáramlási ellenállást, ezáltal a légzési munkát. A harcosok szélsőséges hőnek is ki vannak téve, és a hipertermia által kiváltott hiperventiláció akkor következik be, amikor a testmaghőmérséklet körülbelül 38,0°C-ra emelkedik, ami szignifikánsan korrelál a hősztressz alatti megnövekedett légzési munkával. A harcosok gyakran tapasztalják ezeket a környezeti stresszorokat a megnövekedett légzési ellenállással együtt, különösen változó hőmérsékletű víz alatti merülési küldetések során, vagy extrém hőnek kitett OBOG-s rendszerrel felszerelt nagy teljesítményű repülőgépeken.

Lényeges hiányosság van a tudásban annak tekintetében, hogy a magas belégzési ellenállás a termikus stressz mellett felerősíti-e a légzési munkát, megváltoztatva a légzés érzékelését, valamint a kognitív és fiziológiai válaszokat. A tanulmány a légzési munkát, a légzés észlelését, a kognitív funkciókat és a fiziológiai válaszokat vizsgálja kombinált belégzési ellenállás és termikus stressz (termoneutrális, hő és hideg) mellett. Az a hipotézis, hogy a légzési munka a hő- és hidegstressz alatt növekedni fog, ami nagyobb légzési nehézségek észleléséhez és csökkent kognitív teljesítményhez vezet a termoneutrális körülményekhez képest.

A résztvevők 4 vizsgálati látogatást teljesítenek: egy szűrő/beavatkozási látogatást (0. vizsgálati nap), majd három kísérleti látogatást (1., 2. és 3. vizsgálati nap). A résztvevők utasítást kapnak arra, hogy a kísérleti látogatások előtt legalább 24 órával kerüljék a koffeint, alkoholt, stimuláns gyógyszereket, fájdalomcsillapító/gyulladáscsökkentő gyógyszereket, kannabiszt és kannabisz termékeket, valamint intenzív testmozgást. A 0. vizsgálati napon a résztvevők egy rövid beavatkozási légzési feladatot teljesítenek, amelyben 10 percig lélegeznek egy 8-10 mm-es lyukon keresztül egy egyedi eszköz végén, előre meghatározott 6-9,5 centiméter vízoszlop per liter per másodperc (cmH2O/L/s) belégzési ellenállást generálva. A légzési feladat során az agyi érrendszeri, szív- és érrendszeri és autonóm aktivitás válaszokat mérik. A légzési teszt során 5 percenként a résztvevőket megkérdezik a légzés intenzitásának és kellemetlenségének értékelésére, és belégzési kapacitás manővert hajtanak végre. Kognitív értékeléseket 10 percenként végeznek. A légzési feladat után a résztvevők tüdő- és légzőizom-funkciós teszteket teljesítenek.

A kísérleti látogatások előtt a résztvevőket randomizálják az intervenciós körülmények (forró, hideg vagy termoneutrális) kitettségi sorrendjéhez. Érkezéskor egy nyelőcsőballont helyeznek el a szív és tüdő körüli nyomás mérésére. Ezután a résztvevőket egy környezeti kamrába helyezik (a páratartalom szabályozása érdekében), miközben egy speciális öltönyt viselnek, amely lehetővé teszi különböző hőmérsékletű víz keringtetését csöveken keresztül, kitéve őket a hőmérsékleti körülményeknek körülbelül 30 percig a teljes hosszúságú légzési feladatok megkezdése előtt. Termoneutrális körülmények között 34°C-os vizet pumpálnak a speciális öltönyön keresztül, miközben a résztvevők pihennek a kamrában, amely 24°C-ra és 40%-os szobapárára van beállítva. Hideg körülmények között 4°C-os vizet pumpálnak a speciális öltönyön keresztül, miközben a résztvevők pihennek a kamrában, amely 4°C-ra és 10%-os szobapárára van beállítva. A légzési feladat akkor kezdődik, amikor a nyelőcsőhőmérséklet -1°C és -2°C-ra változik a kiindulási nyelőcsőhőmérséklethez képest. Forró körülmények között 50°C-os vizet pumpálnak a speciális öltönyön keresztül, miközben a résztvevők pihennek a kamrában, amely 40°C-ra és 40%-os szobapárára van beállítva. A légzési feladat akkor kezdődik, amikor a nyelőcsőhőmérséklet +1°C és +2°C-ra változik a kiindulási nyelőcsőhőmérséklethez képest. Minden kísérleti látogatáson a résztvevők egy teljes hosszúságú légzési feladatot teljesítenek, amelyben 60 percig lélegeznek előre meghatározott ellenállási terhelés ellen. A biometrikus monitorozást folyamatosan végzik, és a kognitív értékeléseket és a résztvevők értékeléseit a légzési feladatok során a körülmények kitettségének 45. és 90. percében hajtják végre. A kísérleti látogatások között 7 napos kimosási időszakot tartanak be.