Il ruolo delle temperature ambientali nel controllo respiratorio

I combattenti spesso affrontano stressori termici che aumentano il WOB, anche con sistemi di supporto vitale in funzione. Sia lo stress da freddo che quello da caldo aumentano il WOB indipendentemente, senza richiedere una maggiore resistenza inspiratoria. Lo stress da freddo stimola la ventilazione e provoca una risposta bronchiolare bifasica: l'inalazione di aria fredda durante l'iperventilazione porta a una broncodilatazione iniziale seguita da broncocostrizione, restringendo i bronchioli e aumentando la resistenza al flusso d'aria, e quindi il WOB. I combattenti sono anche esposti a calore estremo e l'iperventilazione indotta dall'ipertermia si verifica quando la temperatura corporea interna raggiunge circa 38,0°C, correlandosi significativamente con l'aumento del WOB durante lo stress da calore. I combattenti sperimentano frequentemente questi stressori ambientali insieme a un'elevata resistenza respiratoria, specialmente durante missioni subacquee in temperature variabili o in aerei ad alte prestazioni con OBOG esposti a calore estremo.

Esiste una lacuna critica nella conoscenza riguardo al fatto che un'elevata resistenza inspiratoria combinata con lo stress termico amplifichi il WOB, alterando la percezione della respirazione e le risposte cognitive e fisiologiche. Lo studio indagherà il WOB, la percezione della respirazione, la funzione cognitiva e le risposte fisiologiche sotto resistenza inspiratoria combinata e stress termico (termoneutrale, caldo e freddo). Si ipotizza che il WOB aumenterà durante lo stress da caldo e da freddo, risultando in una maggiore percezione della difficoltà respiratoria e in una ridotta prestazione cognitiva rispetto alle condizioni termoneutrali.

I partecipanti completeranno 4 visite di studio: una visita di screening/familiarizzazione (Giorno di Studio 0) seguita da tre visite sperimentali (Giorno di Studio 1, Giorno 2 e Giorno 3). Ai partecipanti verrà chiesto di evitare caffeina, alcol, farmaci stimolanti, farmaci per il dolore/antinfiammatori, cannabis e prodotti correlati alla cannabis e esercizio fisico intenso per almeno 24 ore prima delle visite sperimentali. Il Giorno di Studio 0, i partecipanti completeranno un breve compito di respirazione di familiarizzazione in cui respireranno per 10 minuti attraverso un foro di 8-10 mm alla fine di un dispositivo personalizzato, generando una resistenza inspiratoria predeterminata di 6-9,5 centimetri di acqua per litro al secondo (cmH2O/L/s). Durante il compito di respirazione, verranno misurate le risposte vascolari cerebrali, cardiovascolari e dell'attività autonomica. Ogni 5 minuti durante il test di respirazione, ai partecipanti verrà chiesto di valutare l'intensità e la spiacevolezza della respirazione e di eseguire una manovra di capacità inspiratoria. Le valutazioni cognitive saranno somministrate ogni 10 minuti. Dopo il compito di respirazione, i partecipanti completeranno test di funzione polmonare e muscolare respiratoria.

Prima delle visite sperimentali, i partecipanti saranno randomizzati all'ordine in cui sono esposti alle condizioni interventistiche (caldo, freddo o termoneutrale). All'arrivo, verrà posizionato un palloncino esofageo per misurare la pressione intorno al cuore e ai polmoni. I partecipanti saranno quindi collocati in una camera ambientale (per controllare l'umidità) indossando una tuta speciale che permette la circolazione di acqua a diverse temperature attraverso tubi, esponendoli alle condizioni di temperatura per circa 30 minuti prima di iniziare i compiti di respirazione completi. Durante le condizioni termoneutrali, acqua a 34°C verrà fatta circolare attraverso la tuta speciale mentre i partecipanti riposano nella camera impostata a 24°C e umidità ambientale al 40%. Durante la condizione fredda, acqua a 4°C verrà fatta circolare attraverso la tuta speciale mentre i partecipanti riposano nella camera impostata a 4°C e umidità ambientale al 10%. Il compito di respirazione inizierà quando la temperatura esofagea raggiungerà -1°C e -2°C rispetto alla temperatura esofagea basale. Durante la condizione calda, acqua a 50°C verrà fatta circolare attraverso la tuta speciale mentre i partecipanti riposano nella camera impostata a 40°C e umidità ambientale al 40%. Il compito di respirazione inizierà quando la temperatura esofagea raggiungerà +1°C e +2°C rispetto alla temperatura esofagea basale. Ad ogni visita sperimentale, i partecipanti completeranno un compito di respirazione completo, in cui inspirano contro un carico resistivo predeterminato per 60 minuti. Il monitoraggio biometrico verrà eseguito continuamente, e le valutazioni cognitive e le valutazioni dei partecipanti durante i compiti di respirazione saranno effettuate a 45 e 90 minuti dall'esposizione alla condizione. Un periodo di washout di 7 giorni sarà osservato tra le visite sperimentali.