Stabilire soglie di temperatura interna basate su prove per proteggere la salute (HW2)

OBIETTIVI

L'obiettivo di questo progetto è valutare l'effetto di una serie di ambienti sperimentati durante le ondate di calore sulla temperatura corporea e sulla funzione cardiovascolare autonomica negli anziani. Ciò sarà ottenuto confrontando le risposte termiche e cardiovascolari in un gruppo di anziani che riposano per 8 ore in una gamma di condizioni rappresentative di quelle sperimentate al chiuso durante le ondate di caldo. Per valutare in che modo lo sforzo sperimentato in queste condizioni influisce a sua volta sulla regolazione emodinamica, questo studio includerà anche test convalidati della funzione autonomica cardiovascolare.

Ipotesi

Gli indici di sforzo termico e cardiovascolare non saranno modificati in modo apprezzabile negli anziani che riposano in ambienti interni simulati al di sotto delle soglie attualmente raccomandate dalla Toronto Public Health (22°C e 26°C). Tuttavia, a temperature interne più elevate (31°C e 36°C) le risposte termiche e cardiovascolari saranno elevate. L'aumento dello sforzo fisiologico in queste condizioni si rifletterà in risposte attenuate ai test funzionali autonomici cardiovascolari convalidati.

METODI

Partecipanti Un totale di 16 adulti anziani (età: 65-80 anni) sarà reclutato per il progetto proposto con una distribuzione approssimativamente uniforme di uomini e donne. Ogni partecipante completerà ciascuno dei 4 bracci sperimentali dello studio. I partecipanti reclutati saranno omogenei per caratteristiche antropomorfe e livelli di attività fisica abituale verificati tramite questionari standardizzati (determinati durante una sessione preliminare). Il consenso scritto e informato sarà ottenuto da tutti i volontari prima della partecipazione.

Progettazione dello studio

Istruzioni preliminari

A tutti i partecipanti verrà chiesto di evitare attività faticose e alcol per 24 ore prima di tutte le sessioni preliminari e sperimentali e di mangiare un pasto leggero 2 ore prima dell'inizio di ogni sessione. Ai partecipanti verrà inoltre chiesto di consumare un minimo di 500 ml di acqua la sera prima e la mattina di ogni sessione per garantire un'adeguata idratazione. L'adeguata idratazione sarà verificata all'arrivo in laboratorio tramite peso specifico delle urine (peso specifico delle urine <1,025). I partecipanti indosseranno un top sportivo e pantaloncini per tutte le sessioni.

Proiezione preliminare

Tutti i partecipanti completeranno una valutazione preliminare almeno 48 ore prima della prima sessione sperimentale. Durante questa sessione acquisiranno familiarità con tutte le procedure sperimentali e le tecniche di misurazione e completeranno il questionario Get Active (GAQ) e il questionario di screening pre-partecipazione dell'American Heart Association per valutare la loro idoneità a partecipare. Il GAQ verrà utilizzato anche per valutare i livelli di attività abituale insieme al questionario sull'attività fisica Kohl. I partecipanti forniranno anche il consenso informato verbale e scritto in questo momento. Successivamente, verranno valutate le caratteristiche fisiche dei partecipanti. L'altezza e la massa del corpo saranno determinate tramite uno stadiometro medico e un terminale di pesatura ad alte prestazioni, rispettivamente, e da queste misurazioni verrà calcolata l'area della superficie corporea. La densità corporea sarà stimata tramite pesatura idrostatica e utilizzata per calcolare la percentuale di grasso corporeo.

Protocollo sperimentale Ogni sessione sperimentale inizierà alle 08:00 circa. All'arrivo in laboratorio il partecipante fornirà un campione di urina per la misurazione del peso specifico dell'urina e inserirà una sonda di temperatura rettale. Successivamente, i partecipanti saranno strumentati per la misurazione della temperatura cutanea. In questo momento verrà effettuata anche una misurazione della massa corporea (nudo). I partecipanti verranno poi trasferiti in una camera termica regolata a 22°C e 45%. Dopo 10 minuti di riposo supino, i partecipanti eseguiranno una batteria di test cardiovascolari specializzata (vedi sotto). Riposeranno quindi nella posizione seduta in una stanza immediatamente adiacente alla camera termica (~ 22 ° C) per ~ 30 minuti mentre vengono registrate le temperature corporee di base e le misure cardiovascolari. In questo momento verrà prelevato un campione di sangue venoso.

Mentre vengono effettuate le misurazioni di base, la camera termica verrà riscaldata alle condizioni per la sessione di quel giorno. Ogni partecipante completerà quattro sessioni separate consistenti nell'esposizione a riposo a: i) 36°C, sulla base delle temperature interne massime misurate (ovvero 35°C) e simili alle condizioni esterne sperimentate durante le recenti ondate di caldo in Nord America (HOT); ii) 31°C, temperatura media diurna simile durante l'ondata di caldo del 2010 in Ontario e Quebec, nonché il limite di temperatura interna raccomandato dall'Organizzazione Mondiale della Sanità durante le ondate di caldo (WARM); iii) 26°C corrispondenti ai limiti superiori raccomandati per gli ambienti interni come stabilito dalla Toronto Public Health (TEMPERATO) e iv) 22°C, per simulare un ambiente climatizzato (COOL). In tutte le sessioni, l'umidità relativa sarà impostata al 45%.

Dopo la linea di base, il partecipante entrerà nella camera termica dove riposerà per 8 ore. Trascorreranno la maggior parte di questo tempo in posizione seduta (leggermente reclinata), ad eccezione della sesta ora in cui eseguiranno nuovamente la batteria del test cardiovascolare. La temperatura rettale e cutanea e la frequenza cardiaca saranno misurate continuamente durante l'esposizione. L'acqua del rubinetto verrà fornita ad libitum da una tazza da ~ 500 ml posta su un tavolino posizionato leggermente dietro il partecipante. Ai partecipanti sarà inoltre consentito di consumare un pranzo autoprovvisto tra le ore 1.5 e le ore 3.5 di esposizione. Ogni 60 minuti, la pressione sanguigna arteriosa e la frequenza cardiaca saranno misurate in triplicato, dopodiché i partecipanti si alzeranno per fornire una misurazione della massa corporea al fine di determinare le perdite di sudore. In questo momento. i partecipanti potranno rimanere in piedi ed eseguire brevemente un leggero stretching, se lo si desidera (max ~ 5 min).

Il controllo autonomico della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa sarà valutato prima e alla fine di ogni sessione utilizzando una batteria di test cardiovascolari, che, nello Studio B consiste in: i) analisi della variabilità della frequenza cardiaca e della sensibilità baroriflessa spontanea durante il riposo supino, ii) batteria di Ewing (modificata) per la valutazione della funzione autonomica cardiovascolare e iii) analisi della sensibilità baroriflessa integrata durante le perturbazioni cicliche della pressione arteriosa evocate dalle manovre in piedi-squat. Prima della batteria, i partecipanti saranno dotati di un monitor della pressione sanguigna non invasivo ECG a 3 derivazioni integrato per la misurazione integrata della frequenza cardiaca battito-battito e della pressione arteriosa, stimata dalla forma d'onda della pressione arteriosa misurata al centro sinistro dito. Lo stesso ricercatore somministrerà la batteria per tutte le sessioni. Infine, si noti che le prime due sezioni della batteria descritte di seguito verranno eseguite due volte in successione prima delle procedure in posizione eretta.

Dopo 8 minuti di riposo supino, la variabilità della frequenza cardiaca (HRV) e la sensibilità baroriflessa (BRS) saranno valutate durante 8 minuti di riposo supino. I partecipanti saranno istruiti a respirare (diaframmatico) a tempo con un metronomo impostato su 30 battiti/min, per rimuovere l'influenza del ritmo sinusale respiratorio sulle fluttuazioni cicliche della frequenza cardiaca e della pressione sanguigna. Successivamente, il metronomo verrà interrotto e verrà concesso 1 minuto di recupero prima dell'avvio della batteria dell'Ewing.

La batteria di Ewing modificata da utilizzare consiste in tre test progettati per valutare il controllo autonomo della frequenza cardiaca e della pressione sanguigna. Innanzitutto, i partecipanti eseguono 1 minuto di respirazione diaframmatica profonda a una frequenza di 6 respiri/min. La respirazione verrà eseguita alla capacità vitale, cioè attraverso un'inspirazione e un'espirazione massimali. Verranno concessi 5 minuti di recupero prima del test successivo. Il prossimo test è la manovra di Valsalva. Mentre sono ancora in posizione supina, i partecipanti espireranno contro una glottide chiusa in uno stretto tubo di vinile collegato a un trasduttore di pressione elettronico che verrà utilizzato per fornire un feedback costante al partecipante sulla pressione espiratoria generata. Il partecipante verrà istruito a mantenere una pressione costante di 40 mmHg per 15 s. Durante la tensione espiratoria, l'aria verrà scaricata tramite un piccolo spurgo per impedire la generazione di pressione attraverso la bocca. Dopo il rilascio, la frequenza cardiaca e la pressione sanguigna saranno monitorate per 1 minuto. Il test finale è il test da mentire a stare in piedi. Dopo 1 minuto di riposo in posizione supina, al partecipante viene chiesto di assumere rapidamente una posizione eretta direttamente accanto al letto. Il partecipante rimane quindi in silenzio per 3 minuti mentre la frequenza cardiaca e la pressione sanguigna vengono monitorate.

Dopo la seconda batteria di Ewing, il partecipante riposerà in posizione seduta su una sedia rigida per 10 minuti. Al partecipante verrà quindi chiesto di stare in piedi per 90 secondi mentre il posizionamento dell'imbracatura e del bracciale per la pressione delle dita viene regolato (se necessario) per garantire che la mano sinistra sia mantenuta a livello del cuore. Successivamente, verranno eseguiti 5 minuti di squat-stand a una velocità di 6 cicli/min. Ogni ciclo consisterà in uno squat, tenuto per 5 secondi, seguito da una posizione eretta per 5 secondi. Per queste manovre, i partecipanti saranno istruiti a mantenere una profondità costante per ogni squat, respirare normalmente per evitare sforzi espiratori e limitare l'eccessiva flessione in avanti dell'anca.

Dopo la batteria cardiovascolare, i partecipanti rimarranno seduti nella camera per il resto dell'esposizione di 8 ore (~ 45 min). Dopo la misurazione della pressione arteriosa, verrà prelevato un campione di sangue venoso finale seguito da una misurazione della massa corporea. Al partecipante verrà fornita acqua e/o una bevanda sportiva disponibile in commercio prima di lasciare il laboratorio.

Analisi dei dati

Le variabili continue relative alla tensione termica e alla tensione cardiovascolare saranno convertite in medie di 15 minuti per il basale e per ogni ora di esposizione. Allo stesso modo, le pressioni arteriose da seduti (media di 3 misurazioni) saranno presentate in questi punti temporali. Il prodotto della pressione della frequenza sarà calcolato come il prodotto della frequenza cardiaca e della pressione arteriosa sistolica. Verrà inoltre determinata la variazione della massa corporea rispetto ai valori basali ad ogni ora di esposizione per quantificare il tasso di perdita di liquidi, corretto per il fluido consumato e la minzione. La variazione del volume plasmatico e dell'osmolalità sierica dal basale alla fine dell'esposizione sarà calcolata anche dai campioni di sangue venoso ottenuti all'inizio e alla fine di ogni sessione. HRV e BRS cardiaco spontaneo a riposo saranno determinati dai dati raccolti durante il periodo di respirazione controllata di 8 minuti. Allo stesso modo, il BRS integrato sarà derivato dalla pressione sanguigna raccolta e dalle forme d'onda dell'ECG raccolte durante le manovre in posizione eretta.

Per i test validati clinicamente nella batteria Ewing, l'analisi verrà eseguita da un ricercatore addestrato all'oscuro del partecipante e del codice della sessione (ovvero le condizioni ambientali). La respirazione profonda sarà analizzata come differenza della frequenza cardiaca tra la media dei tre valori più bassi e tre più alti registrati rispettivamente durante l'inspirazione e l'espirazione (E/I HRDiff). Per la manovra di Valsalva, il cosiddetto rapporto di Valsalva (VALratio) viene calcolato come l'intervallo RR più lungo durante il recupero diviso per l'intervallo RR più breve durante lo sforzo. Infine, il test da sdraiato a in piedi viene analizzato determinando il rapporto 30:15, che rappresenta l'intervallo RR più lungo misurato tra il 25-35° battito cardiaco dopo la posizione eretta diviso per l'intervallo RR più breve tra il 10-20° battito dopo la posizione eretta. Inoltre, la risposta sistolica alla posizione eretta (SRstand) è considerata anche come la media di 1 minuto della pressione arteriosa sistolica dopo il secondo minuto di posizione eretta divisa per la pressione arteriosa sistolica durante il periodo di riposo supino pre-eretta (ovvero, la riduzione della pressione sistolica assumendo una posizione eretta). I valori di ciascuna prova saranno presi come media di ciascuno dei due valori registrati.

Analisi statistica e calcolo delle dimensioni del campione

L'analisi statistica confronterà i dati di fine esposizione relativi allo sforzo termico e cardiovascolare, nonché alla funzione autonomica (correggendo al contempo la variabilità della linea di base tra le sessioni). La temperatura corporea e le risposte cardiovascolari alla fine dell'esposizione (cioè, 8 ore) così come i test funzionali autonomici della batteria cardiovascolare saranno valutati utilizzando un'analisi di covarianza (ANCOVA) con il fattore ripetuto della condizione ambientale e i valori basali modellati come una covariata continua. Le variabili relative alla perdita di liquidi (ad esempio, variazione della massa corporea, del volume plasmatico e dell'osmolalità sierica) saranno analizzate tramite un'ANOVA unidirezionale con il fattore di condizione (4 livelli). Per tutti i modelli statistici, l'omogeneità delle varianze sarà valutata utilizzando il test di Levene. La normale distribuzione dei residui sarà valutata con il test di Sharpiro-Wilks e l'ispezione visiva degli istogrammi e dei grafici Q-Q e i dati saranno trasformati in log nel caso in cui la distribuzione dei residui si discosti dalla normalità. Saranno impiegati confronti post hoc pre-pianificati per identificare le differenze tra condizioni adiacenti (ad esempio, COOL vs TEMP, TEMP vs. WARM, WARM vs. HOT) al fine di limitare un'ampia famiglia di confronti. Per tutte le analisi, l'alfa sarà fissato a P < 0,050. Le statistiche descrittive saranno presentate come media (deviazione standard). I confronti tra gruppi o punti temporali (ove appropriato) saranno presentati come medie ± intervallo di confidenza del 95%.

Un'analisi di potenza a priori ha determinato che è necessaria una dimensione totale del campione di 16 adulti più anziani per rilevare una differenza di temperatura rettale tra i gruppi con potenza statistica dell'80%, dopo l'aggiustamento per confronti multipli. La dimensione dell'effetto (Cohen's d=1.0) è stata determinata sulla base di una differenza praticamente significativa di 0,3°C tra le condizioni, assumendo una deviazione standard di 0,3. La deviazione standard si basava su studi precedentemente pubblicati dal nostro laboratorio, che hanno dimostrato una differenza di 0,2°C (SD 0,3) nella temperatura interna tra adulti giovani e anziani e una differenza di 0,0°C (SD 0,3) nella temperatura interna tra adulti più anziani con e senza diabete di tipo 2 dopo 3 ore di riposo in ambiente caldo (40°C, 30% di umidità relativa).