Risposte fisiologiche in giovani e anziani durante un'ondata di caldo simulata prolungata (HW1)

OBIETTIVI Intervento 1: valutare l'effetto dell'età sull'accumulo di calore di tutto il corpo, sulla temperatura interna del corpo e sullo sviluppo di affaticamento cardiovascolare e infiammazione acuta durante l'esposizione di un giorno (9 ore) a condizioni di ondate di calore simulate.

Intervento 2: Determinare se l'esposizione di breve durata (2 ore) ad un ambiente con aria condizionata a seguito di un'esposizione al calore estremo si traduce in riduzioni durature dello sforzo fisiologico negli anziani al ritorno al caldo.

Ipotesi Intervento 1: Gli adulti più anziani sperimenteranno un maggiore accumulo di calore durante l'ondata di caldo simulata di 9 ore rispetto ai partecipanti più giovani. Di conseguenza, la temperatura interna del corpo sarà maggiore negli anziani e le differenze tra i gruppi saranno esacerbate con il progredire dell'esposizione. Esploreremo anche l'ipotesi secondaria che le differenze nella temperatura corporea saranno accompagnate da maggiori alterazioni nelle variabili cardiovascolari e nell'infiammazione circolatoria e intracellulare acuta negli anziani.

Intervento 2: l'accumulo di calore corporeo sarà esacerbato negli anziani esposti all'intervento del centro di raffreddamento al ritorno al caldo (ore 5-6) rispetto agli anziani dell'Intervento 1 che sono rimasti al caldo. Di conseguenza, la temperatura interna del corpo sarà comparabile (statisticamente equivalente) tra i gruppi entro la fine dell'esposizione.

Metodi Partecipanti Un totale di 20 giovani (età: 18-31 anni) e 40 adulti più anziani (età: 64-80 anni) saranno reclutati per il progetto proposto, con una distribuzione approssimativamente uniforme di uomini e donne in ciascun braccio di intervento. Gli adulti giovani (n = 20) e più anziani (n = 20) completeranno l'Intervento 1 e una coorte separata di adulti più anziani (n = 20) completerà l'Intervento 2. I partecipanti saranno omogenei per caratteristiche antropomorfiche e livelli di attività fisica abituali come verificato tramite questionari standardizzati.

Disegno sperimentale Istruzioni preliminari A tutti i partecipanti verrà chiesto di evitare un'attività fisica intensa e l'alcool per 24 ore prima di tutte le sessioni preliminari e sperimentali e di consumare 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 (peso specifico delle urine <1,025). Per tutte le sessioni, i partecipanti indosseranno pantaloncini sportivi (e un top sportivo per le donne).

Screening preliminare Tutti i partecipanti completeranno una valutazione preliminare almeno 7 giorni prima della prima sessione sperimentale. Durante questa sessione acquisiranno familiarità con tutte le procedure 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. 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.

Protocollo sperimentale (Intervento 1) Ogni sessione inizierà alle 07:00-09:00. All'arrivo in laboratorio, il partecipante fornirà un campione di urina per la valutazione del peso specifico dell'urina, dopodiché si otterrà una misurazione della massa corporea nuda. I partecipanti inseriranno quindi una sonda di temperatura per la misurazione continua della temperatura rettale. Successivamente, i partecipanti saranno strumentati per la misurazione della temperatura cutanea e l'ecocardiogramma a 5 derivazioni. I parametri cardiovascolari di base saranno valutati tramite una breve batteria di test cardiovascolari (~ 45 min), eseguita come segue. Le pressioni sistoliche e diastoliche arteriose brachiali ricostruite dalle forme d'onda della pressione arteriosa misurate al dito medio destro (tecnica del volume clamp) e le registrazioni dell'ecocardiogramma a 5 derivazioni saranno raccolte per 10 minuti mentre il partecipante riposa in silenzio (respirazione spontanea). Immediatamente dopo, le pressioni arteriose sistolica e diastolica saranno misurate in triplicato tramite auscultazione manuale (~ 30 secondi tra le misurazioni), dopodiché i flussi di sangue dell'avambraccio e del polpaccio sul lato destro del corpo saranno misurati tramite pletismografia automatizzata dell'occlusione venosa. Durante tutta la batteria del test, il partecipante sarà seduto con entrambi i piedi sul pavimento, tranne durante le misurazioni del flusso sanguigno dell'arto, dove gli arti strumentati saranno sollevati per facilitare il drenaggio venoso. Infine, sarà ottenuto un campione di sangue venoso e la misurazione della massa corporea.

I partecipanti verranno quindi trasferiti nella camera calorimetrica diretta di tutto il corpo, regolata a 40 ° C e ~ 10-15% di umidità. Queste condizioni sono state scelte per simulare le temperature di picco sperimentate durante le ondate di caldo e sono simili alle condizioni di picco delle recenti ondate di caldo in Nord America nel 2018 (Ottawa, Ontario; 34°C e 58%, indice di calore: 41°C) e in Europa nel 2003 (Parigi , Francia; 38°C e 25%, indice di calore: 38°C). Il partecipante riposerà tranquillamente per 3 ore (ore 1-3) all'interno della camera del calorimetro mentre la produzione e lo scambio di calore di tutto il corpo vengono misurati continuamente. Al segno delle 3 ore, il partecipante uscirà dal calorimetro e verrà eseguita nuovamente la breve batteria di test cardiovascolare seguita da una misurazione della massa corporea. Le ore 4-6 saranno trascorse riposando al caldo nella camera termica adiacente al calorimetro. Durante questo periodo, i partecipanti potranno consumare un pranzo leggero e autosufficiente a basso contenuto di acqua. L'acqua del rubinetto sarà fornita ad libitum tramite un refrigeratore d'acqua coibentato self-service situato nella camera termica. Verrà quindi eseguita un'altra batteria cardiovascolare seguita da una misurazione della massa corporea. Il partecipante rientrerà quindi nel calorimetro dove verranno trascorse le ultime 3 ore (ore 6-9). Al termine di questo periodo, i partecipanti saranno sottoposti a una quarta e ultima batteria di test cardiovascolari e verrà prelevato un campione di sangue venoso finale e la misurazione della massa corporea.

Analisi statistica e calcolo delle dimensioni del campione Le variabili primarie e secondarie saranno valutate utilizzando modelli lineari a effetti misti. Il tempo sarà modellato come un effetto fisso ripetuto all'interno del soggetto e il gruppo di età sarà modellato come un effetto fisso tra i soggetti. I valori di esposizione pre-riscaldamento della variabile di risultato, il sesso del partecipante e l'attività fisica settimanale auto-riferita (min/settimana, come valutato tramite il GAQ) saranno inclusi come covariate. L'identificazione dei partecipanti sarà modellata come un effetto casuale in tutte le analisi. Il criterio informativo di Akaike verrà utilizzato per determinare l'effetto casuale e le strutture di varianza/covarianza.

Confronti multipli post hoc saranno effettuati su medie marginali stimate dal modello. Dato il numero ridotto di confronti per ciascuna variabile, non verranno utilizzate correzioni di molteplicità. L'omoscedasticità sarà valutata per tutti i modelli mediante valutazione visiva dei grafici residui. La distribuzione normale approssimativa dei residui sarà valutata mediante ispezione visiva degli istogrammi e dei grafici Q-Q. I dati saranno log-trasformati nel caso in cui la distribuzione dei residui si discosti significativamente dalla normalità. Per tutte le analisi, l'alfa sarà fissato a 0,050. Le statistiche descrittive saranno presentate come medie e deviazioni standard. I confronti tra gruppi e/o punti temporali saranno presentati come medie e intervalli di confidenza al 95% [limite inferiore, limite superiore].

Un'analisi della potenza a priori ha determinato che era necessaria una dimensione totale del campione di 19 giovani e 19 adulti più anziani per rilevare una differenza nella velocità di accumulo di calore corporeo tra i gruppi alla fine di ogni sessione calorimetrica (ovvero, ore 3 e 9) con l'80% di potere statistico. Al posto dei dati clinicamente significativi (cioè, quello che sarebbe considerato un cambiamento clinicamente significativo nell'accumulo di calore di tutto il corpo), la dimensione dell'effetto standardizzata (d di Cohen = 1,06) è stata calcolata in base alla differenza nel tasso di accumulo di calore di tutto il corpo tra adulti giovani e anziani negli ultimi 30 minuti di un protocollo di esposizione al calore di 3 ore (giovani: -2 [26] kJ/ora, anziani: 43 [54] kJ/ora) nel nostro lavoro precedente.

Protocollo sperimentale (intervento 2) Disegno sperimentale Il protocollo per l'intervento 2 è identico a quello dell'intervento 1 tranne per il fatto che dopo la prima sessione calorimetrica e la successiva batteria cardiovascolare, i partecipanti usciranno dalla camera termica e trascorreranno circa 2 ore (ore 5-6) a riposo in una stanza climatizzata (~23°C, ~50% di umidità relativa). Analogamente all'intervento 1, i partecipanti potranno consumare un piccolo pranzo autosufficiente durante questo periodo e consumare acqua (rubinetto) ad libitum. Anche la terza batteria cardiovascolare verrà eseguita in ambiente refrigerato. Come nell'intervento 1, i partecipanti rientreranno quindi nel calorimetro per le ultime 3 ore, dove riposeranno al caldo per il resto della sessione sperimentale.

Analisi statistica e calcolo delle dimensioni del campione Verrà eseguita un'analisi statistica per l'Intervento 2 per valutare se l'esposizione a mezzogiorno a una stanza raffreddata si traduce in un maggiore accumulo di calore corporeo dopo l'esposizione in modo tale che le risposte fisiologiche siano simili a quelle del gruppo non raffreddato entro la fine della simulazione dell'ondata di caldo di 9 ore. L'accumulo cumulativo di calore di tutto il corpo sarà valutato utilizzando un modello lineare a effetti misti con un gruppo sperimentale modellato come un effetto fisso tra soggetti. L'accumulo di calore cumulativo nelle prime tre ore dell'esposizione di 9 ore sarà incluso come covariata per tenere conto dell'influenza di qualsiasi fattore inter- o intra-individuale (ad es. sesso, livelli di attività fisica), misurato o non misurato, che influisce sull'intero - Scambio e immagazzinamento del calore corporeo. I confronti dell'accumulo di calore tra i gruppi saranno effettuati utilizzando medie marginali stimate dal modello.

La temperatura interna del corpo, stimata dalla temperatura rettale (esito primario), sarà analizzata con un modello lineare a effetti misti con un gruppo sperimentale (due livelli: raffreddamento e non raffreddamento) modellato come un effetto fisso tra soggetti e il tempo come ripetuto all'interno -effetto fisso del soggetto (intervento post-raffreddamento a 0, 1, 2 e 3 ore). Analogamente al modello per l'accumulo di calore, la temperatura rettale alla fine della prima sessione di calorimetria (ovvero, l'ora 3 dell'esposizione di 9 ore) sarà inclusa come covariata per tenere conto dell'influenza di qualsiasi misurazione inter- o intra- fattori individuali che influenzano le risposte della temperatura corporea all'esposizione al calore a riposo.

L'effetto del raffreddamento sulla temperatura rettale sarà quindi valutato tramite due test unilaterali eseguiti sulle medie marginali stimate derivate dal modello a effetti misti in ciascun punto temporale. I limiti di equivalenza saranno fissati a ±0,3°C, che corrisponde alla tipica variazione giornaliera della temperatura interna ed è stato suggerito per riflettere un cambiamento significativo/rilevabile delle temperature corporee in un recente studio che valuta l'influenza delle strategie di raffreddamento su tensione fisiologica nei giovani adulti. Le variabili secondarie saranno valutate in modo simile. Il livello di significatività sarà fissato a P < 0,050. Le statistiche descrittive saranno presentate come media (deviazione standard) e i confronti tra i gruppi saranno presentati come media ± intervallo di confidenza del 95%.

Un'analisi di potenza a priori ha determinato che è necessaria una dimensione totale del campione di 18 anziani in ciascun gruppo (36 partecipanti in totale) per confermare se le differenze tra i gruppi nella temperatura rettale sono equivalenti entro i limiti superiore e inferiore di +0,3 °C e -0,3 °C, rispettivamente, con l'80% di potenza. Ciò corrisponde a una dimensione dell'effetto (d di Cohen) di 1,0, basata sulla deviazione standard aggregata di 0,3°C, determinata dai dati pubblicati dal nostro laboratorio che dimostrano una differenza di 0,2°C (DS 0,3) nella temperatura interna tra adulti giovani e anziani e una differenza di 0,0°C (SD 0,3) nella temperatura interna tra gli anziani con e senza diabete di tipo 2 dopo 3 ore di riposo in un ambiente caldo.