Op bewijs gebaseerde drempelwaarden voor binnentemperatuur vaststellen om de gezondheid te beschermen (HW2)

DOELSTELLINGEN

Het doel van dit project is om het effect te evalueren van een reeks omgevingen tijdens hittegolven op de lichaamstemperatuur en de autonome cardiovasculaire functie bij oudere volwassenen. Dit zal worden bereikt door de thermische en cardiovasculaire reacties te vergelijken in een groep oudere volwassenen die 8 uur rusten in een reeks omstandigheden die representatief zijn voor degenen die binnenshuis worden ervaren tijdens hittegolven. Om te beoordelen hoe de spanning die bij deze aandoeningen wordt ervaren op zijn beurt de hemodynamische regulatie beïnvloedt, zal deze studie ook gevalideerde tests van de cardiovasculaire autonome functie omvatten.

Hypothesen

Indices van thermische en cardiovasculaire belasting zullen niet merkbaar veranderen bij oudere volwassenen die rusten in gesimuleerde binnenomgevingen onder de momenteel aanbevolen drempelwaarden die zijn vastgesteld door Toronto Public Health (22°C en 26°C). Bij hogere binnentemperaturen (31°C en 36°C) zullen de thermische en cardiovasculaire reacties echter verhoogd zijn. De verhoogde fysiologische belasting bij deze aandoeningen zal worden weerspiegeld in verzwakte reacties op gevalideerde cardiovasculaire autonome functionele tests.

METHODEN

Deelnemers In totaal zullen 16 oudere (leeftijd: 65-80 jaar) volwassenen worden geworven voor het voorgestelde project met een ongeveer gelijke verdeling van mannen en vrouwen. Elke deelnemer voltooit elk van de 4 experimentele armen van het onderzoek. Gerekruteerde deelnemers zullen homogeen zijn wat betreft antropomorfe kenmerken en ook qua gebruikelijke fysieke activiteitsniveaus, zoals geverifieerd via gestandaardiseerde vragenlijsten (bepaald tijdens een voorbereidende sessie). Schriftelijke en geïnformeerde toestemming zal worden verkregen van alle vrijwilligers voorafgaand aan deelname.

Ontwerp ontwerpen

Instructies voor het proces

Alle deelnemers wordt gevraagd om 24 uur voorafgaand aan alle voorbereidende en experimentele sessies zware activiteiten en alcohol te vermijden en 2 uur voor aanvang van elke sessie een lichte maaltijd te eten. Deelnemers wordt ook gevraagd om de avond voor en ochtend van elke sessie minimaal 500 ml water te drinken om voldoende hydratatie te garanderen. Adequate hydratatie zal bij aankomst in het laboratorium worden gecontroleerd via soortelijk gewicht van de urine (soortelijk gewicht van urine <1,025). Deelnemers dragen tijdens alle sessies een atletische top en korte broek.

Voorlopige screening

Alle deelnemers zullen minimaal 48 uur voor de eerste experimentele sessie één voorlopige evaluatie voltooien. Tijdens deze sessie worden ze vertrouwd gemaakt met alle experimentele procedures en meettechnieken en vullen ze de Get Active Questionnaire (GAQ) en de American Heart Association Pre-participation screening Questionnaire in om te beoordelen of ze in aanmerking komen voor deelname. De GAQ zal ook worden gebruikt om de gebruikelijke activiteitsniveaus te beoordelen, samen met de Kohl Physical Activity Questionnaire. Deelnemers zullen op dit moment ook mondelinge en schriftelijke geïnformeerde toestemming geven. Daarna worden de fysieke kenmerken van de deelnemer geëvalueerd. Lichaamslengte en -massa worden bepaald via respectievelijk een stadiometer van een arts en een krachtige weegterminal, en uit deze metingen wordt het lichaamsoppervlak berekend. De lichaamsdichtheid wordt geschat via hydrostatisch wegen en gebruikt om het lichaamsvetpercentage te berekenen.

Experimenteel protocol Elke experimentele sessie begint om ongeveer 08:00 uur. Bij aankomst in het laboratorium levert de deelnemer een urinemonster voor meting van het soortelijk gewicht van de urine en brengt een rectale temperatuursonde in. Daarna worden de deelnemers geïnstrumenteerd voor het meten van de huidtemperatuur. Op dit moment wordt ook de lichaamsmassa (naakt) gemeten. De deelnemers worden vervolgens overgebracht naar een thermische kamer die is geregeld op 22°C en 45%. Na 10 minuten rugligging, zullen de deelnemers een gespecialiseerde cardiovasculaire testbatterij uitvoeren (zie hieronder). Vervolgens rusten ze ongeveer 30 minuten in zittende positie in een kamer direct naast de thermische (~22 °C) kamer, terwijl de basistemperatuur van het lichaam en de cardiovasculaire metingen worden geregistreerd. Op dit moment zal een veneus bloedmonster worden afgenomen.

Terwijl er basismetingen worden gedaan, wordt de thermische kamer verwarmd tot de condities voor de sessie van die dag. Elke deelnemer voltooit vier afzonderlijke sessies bestaande uit blootstelling in rust aan: i) 36°C, gebaseerd op maximaal gemeten binnentemperaturen (d.w.z. 35°C) en vergelijkbaar met buitenomstandigheden tijdens recente hittegolven in Noord-Amerika (HOT); ii) 31°C, vergelijkbare gemiddelde dagtemperatuur tijdens de hittegolf van 2010 in Ontario en Quebec, evenals de door de Wereldgezondheidsorganisatie aanbevolen limiet voor de binnentemperatuur tijdens hittegolven (WARM); iii) 26°C komt overeen met de aanbevolen bovengrenzen voor binnenomgevingen zoals vastgesteld door Toronto Public Health (TEMPERATE) en iv) 22°C, om een ​​omgeving met airconditioning te simuleren (COOL). In alle sessies wordt de relatieve vochtigheid ingesteld op 45%.

Na de basislijn gaat de deelnemer de thermische kamer binnen waar hij 8 uur zal rusten. Ze zullen het grootste deel van deze tijd zittend (iets achterover leunen) doorbrengen, behalve op het 6e uur, waar ze opnieuw de cardiovasculaire testbatterij zullen uitvoeren. Rectale en huidtemperaturen en hartslag worden tijdens de blootstelling continu gemeten. Kraanwater wordt ad libitum verstrekt uit een beker van ~ 500 ml die op een zijtafel iets achter de deelnemer is geplaatst. Deelnemers mogen tussen 1,5 en 3,5 uur blootstelling ook een zelf verzorgde lunch eten. Elke 60 minuten worden de arteriële bloeddruk en hartslag in drievoud gemeten, waarna de deelnemers gaan staan ​​om de lichaamsmassa te meten om het zweetverlies te bepalen. Momenteel. deelnemers mogen blijven staan ​​en, indien gewenst, kort licht strekken (max ~ 5 min).

De autonome controle van hartslag en bloeddruk wordt voorafgaand aan en aan het einde van elke sessie beoordeeld met behulp van een reeks cardiovasculaire tests, die in studie B bestaat uit: i) analyse van hartslagvariabiliteit en spontane baroreflexgevoeligheid tijdens liggende rust, ii) Ewing's batterij (gemodificeerd) voor beoordeling van cardiovasculaire autonome functie, en iii) analyse van geïntegreerde baroreflexgevoeligheid tijdens cyclische verstoringen in arteriële druk veroorzaakt door stand-squat-manoeuvres. Voorafgaand aan de batterij krijgen de deelnemers instrumenten met een geïntegreerde niet-invasieve bloeddrukmonitor met 3 afleidingen ECG voor de geïntegreerde meting van hartslag op slag en arteriële bloeddruk, geschat op basis van de arteriële drukgolfvorm die links in het midden wordt gemeten vinger. Dezelfde onderzoeker beheert de batterij voor alle sessies. Merk ten slotte op dat de eerste twee secties van de hieronder beschreven batterij twee keer achter elkaar worden uitgevoerd voorafgaand aan de stand-squat-procedures.

Na 8 minuten rugligging worden de hartslagvariabiliteit (HRV) en baroreflexgevoeligheid (BRS) geëvalueerd tijdens 8 minuten rugligging. Deelnemers krijgen de instructie om op tijd te ademen (middenrif) met een metronoom ingesteld op 30 slagen/min, om de invloed van het respiratoire sinusritme op cyclische schommelingen in hartslag en bloeddruk weg te nemen. Daarna wordt de metronoom gestopt en wordt 1 minuut herstel gegeven voordat de batterij van de Ewing start.

De te gebruiken gemodificeerde Ewing-batterij bestaat uit drie tests die zijn ontworpen om de autonome controle van hartslag en bloeddruk te beoordelen. Eerst voeren de deelnemers 1 minuut diepe middenrifademhaling uit met een snelheid van 6 ademhalingen/min. Ademhaling wordt uitgevoerd tot de vitale capaciteit - dat wil zeggen, door een maximale inspiratie en expiratie. Voor de volgende test wordt 5 minuten herstel gegeven. De volgende test is de Valsalva-manoeuvre. Terwijl ze nog steeds in rugligging zijn, ademen deelnemers uit tegen een gesloten glottis in een smalle vinylbuis die is aangesloten op een elektronische druktransducer die zal worden gebruikt om de deelnemer constant feedback te geven over de gegenereerde expiratoire druk. De deelnemer krijgt de instructie om gedurende 15 seconden een constante druk van 40 mmHg aan te houden. Tijdens het expiratoire persen wordt er lucht afgevoerd via een kleine bloeding om opwekkingsdruk via de mond te voorkomen. Na het loslaten worden de hartslag en bloeddruk gedurende 1 minuut gecontroleerd. De laatste test is de liggend-op-staan-test. Na 1 minuut rust in rugligging wordt de deelnemer geïnstrueerd om snel een staande positie direct naast het bed in te nemen. De deelnemer staat dan 3 min stil terwijl hartslag en bloeddruk worden gecontroleerd.

Na de tweede Ewing-batterij rust de deelnemer gedurende 10 minuten in zittende positie op een stijve stoel. De deelnemer wordt vervolgens gevraagd om 90 seconden te blijven staan ​​terwijl de positie van de tilband en de vingerdrukmanchet worden aangepast (indien nodig) om ervoor te zorgen dat de linkerhand op harthoogte wordt gehouden. Hierna worden 5 minuten squat-stands uitgevoerd met een snelheid van 6 cycli/min. Elke cyclus bestaat uit een squat die 5 seconden wordt vastgehouden, gevolgd door 5 seconden staan. Voor deze manoeuvres zullen de deelnemers worden geïnstrueerd om een ​​consistente diepte aan te houden voor elke squat, normaal te ademen om uitademingsbelasting te voorkomen en overmatige voorwaartse buiging van de heup te beperken.

Na de cardiovasculaire batterij blijven de deelnemers gedurende de rest van de 8 uur durende blootstelling (~ 45 min) in de kamer zitten. Na metingen van de arteriële bloeddruk zal een definitief veneus bloedmonster worden verkregen, gevolgd door een meting van de lichaamsmassa. De deelnemer krijgt voor het verlaten van het laboratorium water en/of een in de handel verkrijgbare sportdrank.

Gegevens analyse

Continue variabelen met betrekking tot thermische belasting en cardiovasculaire belasting zullen worden omgezet in gemiddelden over 15 minuten voor basislijn en bij elk uur blootstelling. Evenzo zal de zittende arteriële druk (3 meetgemiddelden) op deze tijdstippen worden gepresenteerd. Frequentiedrukproduct wordt berekend als het product van hartslag en systolische bloeddruk. De verandering in lichaamsgewicht ten opzichte van de basiswaarden zal ook worden bepaald bij elk uur blootstelling om de snelheid van vochtverlies te kwantificeren, gecorrigeerd voor geconsumeerd vocht en urineren. De verandering in plasmavolume en serumosmolaliteit vanaf de basislijn tot de eindblootstelling wordt ook berekend op basis van de veneuze bloedmonsters die aan het begin en het einde van elke sessie worden verkregen. HRV en spontane cardiale BRS in rust worden bepaald op basis van gegevens die zijn verzameld tijdens de gecontroleerde ademhalingsperiode van 8 minuten. Evenzo zal de geïntegreerde BRS worden afgeleid van de verzamelde bloeddruk en ECG-golfvormen die zijn verzameld tijdens de stand-squat-manoeuvres.

Voor de klinisch gevalideerde tests in de Ewing-batterij wordt de analyse uitgevoerd door een getrainde onderzoeker die blind is voor de deelnemer en de sessiecode (d.w.z. omgevingsomstandigheden). Diepe ademhaling wordt geanalyseerd als het verschil in hartslag tussen het gemiddelde van de drie laagste en drie hoogste waarden geregistreerd tijdens respectievelijk inademing en uitademing (E/I HRDiff). Voor de Valsalva-manoeuvre wordt de zogenaamde Valsalva-ratio (VALratio) berekend als het langste R-R-interval tijdens herstel gedeeld door het kortste R-R-interval tijdens inspanning. Ten slotte wordt de liggend-staan-test geanalyseerd door bepaling van de 30:15-verhouding, die het langste RR-interval vertegenwoordigt, gemeten tussen de 25-35e hartslag bij het opstaan, gedeeld door het kortste RR-interval tussen de 10-20e hartslag na het opstaan. Bovendien wordt de systolische respons op staan ​​(SRstand) ook genomen als het gemiddelde van 1 minuut van de systolische bloeddruk na de tweede minuut van staan, gedeeld door de systolische bloeddruk tijdens de rustperiode vóór het gaan staan ​​in rugligging (d.w.z. de verlaging van de systolische druk bij het aannemen van een staande positie). Waarden voor elke test worden genomen als het gemiddelde van elk van de twee geregistreerde waarden.

Statistische analyse en berekening van de steekproefomvang

Statistische analyse zal eindblootstellingsgegevens vergelijken met betrekking tot thermische en cardiovasculaire belasting, evenals autonome functie (terwijl gecorrigeerd wordt voor basislijnvariabiliteit tussen sessies). Lichaamstemperatuur en cardiovasculaire reacties aan het einde van de blootstelling (d.w.z. uur 8) evenals de autonome functionele tests van de cardiovasculaire batterij zullen worden geëvalueerd met behulp van een analyse van covariantie (ANCOVA) met de herhaalde factor van omgevingsconditie en basislijnwaarden gemodelleerd als een continue covariabele. Variabelen gerelateerd aan vochtverlies (bijv. verandering in lichaamsmassa, plasmavolume en serumosmolaliteit) zullen worden geanalyseerd via een one-way ANOVA met de conditiefactor (4 niveaus). Voor alle statistische modellen zal de homogeniteit van varianties worden beoordeeld met behulp van Levene's test. De normale verdeling van residuen zal worden beoordeeld met de Sharpiro-Wilks-test en visuele inspectie van histogrammen en Q-Q-plots en gegevens zullen log-getransformeerd worden in het geval dat de verdeling van residuen afwijkt van de normaliteit. Vooraf geplande post-hoc vergelijkingen zullen worden gebruikt om verschillen tussen aangrenzende omstandigheden te identificeren (bijv. KOEL versus TEMP, TEMP versus WARM, WARM versus HEET) om een ​​grote familie van vergelijkingen te beperken. Voor alle analyses wordt alfa ingesteld op P < 0,050. Beschrijvende statistieken worden weergegeven als gemiddelde (standaarddeviatie). Vergelijkingen tussen groepen of tijdstippen (indien van toepassing) worden gepresenteerd als gemiddelden ± 95% betrouwbaarheidsinterval.

Een a priori poweranalyse bepaalde dat een totale steekproefomvang van 16 oudere volwassenen nodig is om een ​​verschil in rectale temperatuur tussen groepen met 80% statistisch power te detecteren, na correctie voor meerdere vergelijkingen. De effectgrootte (Cohen's d=1,0) werd bepaald op basis van een praktisch betekenisvol verschil van 0,3°C tussen de condities, uitgaande van een standaarddeviatie van 0,3. De standaarddeviatie was gebaseerd op eerder gepubliceerde onderzoeken van ons laboratorium, die een verschil van 0,2 °C (SD 0,3) in kerntemperatuur tussen jonge en oudere volwassenen en een verschil van 0,0 °C (SD 0,3) in kerntemperatuur tussen oudere volwassenen met en zonder diabetes type 2 na 3 uur rust in een warme omgeving (40°C, 30% relatieve vochtigheid).