作戦関連環境ストレス要因下における呼吸制御における心身相互作用の最適化 (DEPSCoR)
作戦上関連する環境ストレッサー下での呼吸制御における心身相互作用の最適化
調査の概要
状態
状態
条件
条件
介入・治療
介入・治療
詳細な説明
多くの戦闘員は、呼吸抵抗を増加させる環境条件に曝されており、これが呼吸仕事量(WOB)の増加につながっています。 航空機搭載酸素供給システム(OBOGs)や自給式水中呼吸装置(SCUBA)などの生命維持システムは、呼吸性能を損なうことで作戦能力に課題を生じさせます。 これは複数の作業部会によって提起された重大な懸念事項です。 例えば、NASAのパイロット呼吸評価技術報告書は、パイロットから報告された呼吸抵抗の増加に関する問題を文書化しています。 同様に、制限呼吸作業部会は、F-22の生命維持システムが過度に高い機械的WOBを課していることを指摘しています。 これに対応して、海軍実験潜水部隊は、WOBを低減することで高性能航空機のパイロットを危険な生理学的イベントから保護できる可能性を示唆しています。 WOBの増加は、少なくとも部分的には呼吸に対する意識的認識の高まりにより、呼吸困難の感覚的・感情的知覚を強めます。 最近のデータは、WOBの上昇、そしておそらく呼吸知覚が認知機能を損なう可能性があることを示しています。 この障害は、複雑な反応時間課題における中枢情報処理から注意を逸らす、WOBの増加に起因する否定的な感覚によって引き起こされる可能性が高いです。 さらに、吸気筋に大きな負荷がかかると、反応時間と正確性の両方が悪化します。 しかしながら、吸気抵抗の上昇を経験する戦闘員に関連する、いくつかの重要な知識のギャップが残っています。 以下の点は不明です:1) 吸気抵抗下でWOBを低減することで呼吸知覚を低下させ、認知機能を回復させることができるか、2) 吸気抵抗下での換気の聴覚フィードバックを変化させることで呼吸知覚を低下させ、認知機能を回復させることができるか、3) 熱ストレッサーが吸気抵抗下でWOBを増幅させ、呼吸知覚を増加させ、認知機能を低下させるか。 目的は、呼吸仕事量(WOB)の増加が呼吸の知覚を増強し、それが結果として戦闘員の認知能力を損なうという問題に焦点を当てることです。 この目的を達成するために、本研究は以下の具体的な目的に取り組みます:
目的1(研究ブロック1):最近、吸気負荷を増加させると呼吸困難、脳の活性化が高まり、注意力に関連する神経心理学的テストの成績に悪影響を及ぼすことが実証されました。 吸気抵抗が増加すると、運動-認知干渉と呼吸困難に関連した注意焦点のシフトの両方により、認知能力が低下する可能性が高いと仮定されています。 研究では、実際の筋努力ではなく、知覚された吸気負荷が注意力に悪影響を及ぼすことが明らかになっています。 より高い吸気抵抗と呼吸知覚が認知機能を損なうことを示す証拠はあるものの、高抵抗負荷下でWOBを低減することで認知機能を回復させることができるかどうかが不明であるという、重要な知識のギャップが残っています。 ヘリオックスは、その低密度と低粘度により、気道内の乱流を減らすことで、室内空気よりも高い換気率を可能にし、抵抗性WOBと筋負荷を低減します。 したがって、高吸気抵抗下でWOBを低下させるヘリオックスを呼吸することは、WOBの低減が認知機能を改善できるかどうかについての重要な知見を提供します。 仮説として、高吸気抵抗下で通常密度の空気を呼吸する場合と比較して、ヘリオックスを使用することでWOBが減少し、知覚される呼吸努力が低下し、認知機能が改善されると考えられます。
目的2(研究ブロック2):場合によっては、戦闘員のための吸気抵抗負荷(例:OBOGs、SCUBA)を低減することは実行可能ではないかもしれませんが、抵抗が呼吸知覚にどのように影響するかを理解することは不可欠です。 換気の聴覚フィードバックは呼吸意識に大きな影響を与え、WOBが増加するにつれて、この知覚は強化された聴覚入力により強まります。 この高まった意識は注意を散漫にし、認知処理に負担をかけます。 最近の研究では、運動中の音楽のような聴覚的気晴らしが、健康な個人や慢性閉塞性肺疾患患者において、呼吸困難や呼吸器および全身の不快感を軽減できることを示しています。 この効果は、聴覚フィードバックの低減、または音楽に関連した感情状態の改善に起因する可能性があります。 しかしながら、重要な知識のギャップが存在します:吸気抵抗の増加中に換気の聴覚フィードバックを低減することが、呼吸知覚と認知機能に影響を与えるかどうかは不明です。 本研究は、高吸気抵抗下での異なる換気聴覚フィードバック条件(通常、排除、増幅)が認知機能に与える影響を評価します。 仮説として、換気の聴覚フィードバックを低減することはWOBを変化させないが、標準的または増幅されたフィードバックと比較して呼吸知覚を低下させ、認知能力を向上させると考えられます。
目的3(研究ブロック3):戦闘員は、生命維持システムが装備されていても、WOBを増加させる熱ストレッサーに直面することがよくあります。 寒さと熱のストレスは、吸気抵抗を増加させることなく、それぞれ独立してWOBを上昇させます。 国防総省が北極圏作戦に焦点を当てているため、多くの戦闘員が間もなく極寒に遭遇することになります。 寒冷ストレスは換気を刺激し、二相性の細気管支反応を引き起こします:過換気中に冷たい空気を吸入すると、最初に気管支拡張が起こり、その後気管支収縮が生じ、細気管支が締まり、気流抵抗、ひいてはWOBが増加します。 戦闘員は極度の高温にも曝され、深部体温が約38.0℃に達すると高体温誘発性過換気が発生し、これは熱ストレス中のWOB増加と有意に関連しています。 戦闘員は、特に様々な温度での水中潜水任務や、極度の高温に曝されるOBOGsを搭載した高性能航空機において、これらの環境ストレッサーと上昇した呼吸抵抗を頻繁に同時に経験します。 例えば、ネリス空軍基地では最近、摂氏48度(華氏118度)の気温が記録されました。 高吸気抵抗と熱ストレスが組み合わさることでWOBを増幅させ、呼吸の知覚、ならびに認知的・生理学的反応を変化させるかどうかについて、知識の重大なギャップが存在します。 本研究は、吸気抵抗と熱ストレス(温度中性、高温、低温)が組み合わさった条件下でのWOB、呼吸知覚、認知機能、および生理学的反応を調査します。 仮説として、WOBは高温および低温ストレス中に増加し、その結果、温度中性条件と比較して呼吸困難の知覚がより大きくなり、認知能力が低下すると考えられます。
研究の種類
研究の種類
入学 (推定)
入学
段階
段階
- フェーズ 4
連絡先と場所
研究連絡先
研究連絡先
- 名前:Timothy D Mickleborough, PhD
- 電話番号:812-855-0753
- メール:tmickleb@iu.edu
研究場所
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Indiana
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Bloomington、Indiana、アメリカ、47405
- 募集
- Multidisciplinary Engineering and Sciences Hall (MESH)
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コンタクト:
- Scott M Clarke
- 電話番号:812-856-3244
- メール:scotclar@iu.edu
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コンタクト:
- Zachary J Schalder, PhD
- 電話番号:812-855-6953
- メール:zschlade@iu.edu
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主任研究者:
- Timothy D Mickleborough, PhD
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参加基準
適格基準
適格基準
就学可能な年齢
- 大人
健康ボランティアの受け入れ
説明
参加基準:
- 18歳から40歳までの年齢であること。
- 英語を話し、読むことができること。
- 過去2年間にわたって、週に少なくとも120分の高強度運動を行っていると自己申告していること。
- 安静時1秒量/努力性肺活量(FEV1/FVC)が予測値の75%以上で、正常な肺機能が確認されていること。
- モントリオール認知機能検査[18]を用いて正常な認知機能が確認されていること。
- 体格指数(BMI)が35 kg/m2以下であること。
- 月経周期が21日から35日の範囲で規則的(正常月経)である女性。
除外基準:
- 喫煙歴または娯楽としての喫煙歴、心血管疾患、腎疾患、肺疾患(喘息や運動誘発性喘息を含む)、神経疾患、代謝性疾患の既往歴があること。
- 妊娠している、または妊娠の可能性があると自己申告していること。
- 色覚異常があること。
- ラテックスに対する既知のアレルギーまたは過敏症があること。
- 選択的セロトニン再取り込み阻害薬、刺激薬、抗生物質を服用している、または慢性的に鎮痛薬(アリーブ、タイレノールなど)を常用していること。
- 安静時収縮期血圧が130mmHg以上、または拡張期血圧が90mmHg以上、および/または安静時脈拍数が100 bpm以上であること。
- 月経周期が36日から90日の範囲で不規則(稀発月経)である女性、または月経周期がない(無月経)女性。
- 月経停止のみを目的として避妊薬(例:ミレーナIUD)を使用していること。
研究計画
研究はどのように設計されていますか?
デザインの詳細
- 主な目的:基礎科学
- 割り当て:ランダム化
- 介入モデル:クロスオーバー割り当て
- マスキング:なし(オープンラベル)
アーム数
武器と介入
参加者グループ / アーム参加者グループ / アーム |
介入・治療介入・治療 |
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アクティブコンパレータ:室内空気、次いでヘリオックス吸入
参加者は、各条件の下で1回ずつ、合計2回の完全な呼吸課題を完了します。
条件への曝露順序は、ランダム化によって割り当てられます。
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この介入は「室内空気とヘリオックス吸入気」と題されたアーム1に対応します。
これは本研究の最初のフェーズ/期間に対応します。
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アクティブコンパレータ:ヘリオックスを吸入し、その後室内空気
参加者は、それぞれの条件下で1つずつ、合計2つの完全な呼吸タスクを完了します。
条件への曝露の順序は、無作為化によって割り当てられます。
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この介入は「室内空気とヘリオックス吸入気」と題されたアーム1に対応します。
これは本研究の最初のフェーズ/期間に対応します。
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この研究は何を測定していますか?
主要な結果の測定
主要な結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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ストループ・カラー・ワード・テスト時間パフォーマンスの変化
時間枠:第1日の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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ストループ・カラー・ワード・テストにおける時間成績(分:秒)は、各呼吸課題中、10分ごとに測定されます。
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第1日の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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ストループ・カラー・ワード・テストのエラー成績の変化
時間枠:第1日の呼吸課題の前後(約60分間)
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ストループ・カラー・ワード・テストの誤答数は、各呼吸課題中に10分ごとに測定されます。
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第1日の呼吸課題の前後(約60分間)
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呼吸困難強度の知覚の変化
時間枠:第1日の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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参加者は、各呼吸課題中、5分ごとに視覚的アナログ尺度(VAS)を用いて呼吸困難(呼吸)の強度の知覚を評価します。
参加者は、水平線(100mm)上に垂直のマーカー線を引き、「気にならない」(0mm)から「想像しうる最大強度」(100mm)までの呼吸知覚を示します。
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第1日の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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呼吸困難不快感の知覚変化
時間枠:Day 1の呼吸タスク前後(約60分間の持続時間)
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参加者は、各呼吸課題中に5分ごとに視覚的アナログ尺度(VAS)で呼吸困難感の不快感を評価します。
参加者は水平線(100mm)上に垂直マーカー線を引き、「不快でない」(0mm)から「想像しうる最大の不快感」(100mm)までの呼吸感覚を示します。
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Day 1の呼吸タスク前後(約60分間の持続時間)
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二次結果の測定
二次結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
|---|---|---|
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呼吸仕事量の変化 - 食道内圧
時間枠:Day 1の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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ヘリオックス誘発性WOBの減少は、ヘリオックス条件下での食道バルーン圧による圧力(単位:cmH2O)の前後値によって要約されます。
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Day 1の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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呼吸仕事量の変化 - 口腔内圧
時間枠:Day 1の呼吸課題前後(約60分の所要時間)
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ヘリオックス誘発性WOB(呼吸仕事量)の減少は、ヘリオックス条件下における食道バルーン圧、口腔内圧、および動的肺容量による圧力(単位:cmH2O)の前後値によって要約されます。
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Day 1の呼吸課題前後(約60分の所要時間)
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呼吸仕事量の変化 - 動的肺容量
時間枠:1日目の呼吸課題の前後(約60分間)
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ヘリオックス誘発性のWOB(呼吸仕事量)の減少は、ヘリオックス条件中の動的肺容量による圧力(単位:cmH2O)の前後の値によって要約されます。
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1日目の呼吸課題の前後(約60分間)
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脳血流速度の変化
時間枠:第1日の呼吸タスク前後(約60分間の所要時間)
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各呼吸課題中、両側経頭蓋超音波ドップラーを用いて中大脳動脈および後大脳動脈の血流速度を連続的に測定します。
超音波トランスデューサーは側頭窓の両側に配置され、トランスデューサーホルダーを使用して位置を固定します。
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第1日の呼吸タスク前後(約60分間の所要時間)
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脳血流酸素動態の変化
時間枠:Day 1の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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各呼吸課題中、前頭前野の近赤外分光法(NIRS)により、オキシヘモグロビンとデオキシヘモグロビン(取り込み/抽出、μM)を継続的に測定します。
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Day 1の呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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心拍数の変化
時間枠:各日1呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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心拍数は、各呼吸課題中に3誘導心電図(ECG)によって継続的に測定されます。
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各日1呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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血圧変化 - 指先フォトプレチスモグラフィー
時間枠:1日目の呼吸タスク前後(約60分間)
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各呼吸課題中、指先光電式容積脈波記録法により血圧を連続的に測定します。
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1日目の呼吸タスク前後(約60分間)
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血圧変化 - 上腕動脈
時間枠:各Day 1呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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各呼吸課題中、標準的な血圧カフと上腕動脈の聴診により、10分ごとに血圧を測定します。
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各Day 1呼吸課題の前後(約60分間の所要時間)
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協力者と研究者
協力者
協力者
研究記録日
主要日程の研究
研究開始 (実際)
研究開始
一次修了 (推定)
一次修了
研究の完了 (推定)
研究の完了
試験登録日
最初に提出
最初に提出
QC基準を満たした最初の提出物
QC基準を満たした最初の提出物
最初の投稿 (実際)
最初の投稿
学習記録の更新
投稿された最後の更新 (実際)
投稿された最後の更新
QC基準を満たした最後の更新が送信されました
QC基準を満たした最後の更新が送信されました
最終確認日
最終確認日
詳しくは
本研究に関する用語
その他の研究ID番号
その他の研究ID番号
- 28381 - Aim 1
- FOAAFRLAFOSR20240007 (その他の助成金/資金番号:Air Force Office of Scientific Research)
個々の参加者データ (IPD) の計画
個々の参加者データ (IPD) を共有する予定はありますか?
IPD プランの説明
医薬品およびデバイス情報、研究文書
米国FDA規制医薬品の研究
米国FDA規制機器製品の研究
米国で製造され、米国から輸出された製品。
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