Fysiologische reacties bij jonge en oudere volwassenen tijdens een langdurige gesimuleerde hittegolf (HW1)

DOELSTELLINGEN Interventie 1: Evalueer het effect van leeftijd op de warmteopslag van het hele lichaam, de kerntemperatuur van het lichaam en de ontwikkeling van cardiovasculaire belasting en acute ontsteking tijdens een daglange (9 uur) blootstelling aan gesimuleerde hittegolfomstandigheden.

Interventie 2: Bepaal of kortdurende blootstelling (2 uur) aan een omgeving met airconditioning na extreme hitteblootstelling resulteert in een blijvende vermindering van de fysiologische belasting bij oudere volwassenen bij terugkeer naar de hitte.

Hypothesen Interventie 1: Oudere volwassenen zullen tijdens de 9 uur durende gesimuleerde hittegolf een grotere warmteopslag ervaren in vergelijking met de jongere deelnemers. Bijgevolg zal de lichaamskerntemperatuur hoger zijn bij oudere volwassenen en zullen de verschillen tussen groepen groter worden naarmate de blootstelling voortschrijdt. We zullen ook de secundaire hypothese onderzoeken dat verschillen in lichaamstemperatuur gepaard gaan met grotere veranderingen in cardiovasculaire variabelen en acute circulatoire en intracellulaire ontstekingen bij oudere volwassenen.

Interventie 2: De opslag van lichaamswarmte zal verergeren bij de oudere volwassenen die worden blootgesteld aan de koelcentruminterventie na terugkeer in de hitte (uren 5-6) in vergelijking met de oudere volwassenen van Interventie 1 die in de hitte bleven. Bijgevolg zal de lichaamskerntemperatuur tegen het einde van de blootstelling vergelijkbaar (statistisch equivalent) tussen groepen zijn.

Methoden Deelnemers In totaal zullen 20 jonge (leeftijd: 18-31 jaar) en 40 oudere (leeftijd: 64-80 jaar) volwassenen worden gerekruteerd voor het voorgestelde project, met een ongeveer gelijke verdeling van mannen en vrouwen in elke interventiearm. Jonge (n = 20) en oudere (n = 20) volwassenen zullen Interventie 1 voltooien en een apart cohort van oudere volwassenen (n = 20) zal Interventie 2 voltooien. geverifieerd via gestandaardiseerde vragenlijsten.

Experimenteel ontwerp Instructies voorafgaand aan het onderzoek Alle deelnemers wordt gevraagd om gedurende 24 uur voorafgaand aan alle voorbereidende en experimentele sessies zware lichamelijke activiteit en alcohol te vermijden en om 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 worden geverifieerd bij aankomst in het laboratorium (urine soortelijk gewicht <1,025). Voor alle sessies dragen deelnemers een sportbroekje (en een sporttopje voor dames).

Voorafgaande screening Alle deelnemers zullen minimaal 7 dagen voor de eerste experimentele sessie één voorlopige evaluatie voltooien. Tijdens deze sessie worden ze vertrouwd gemaakt met alle 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. Lichaamslengte en -massa worden bepaald via respectievelijk een stadiometer van een arts en een krachtige weegterminal, en uit deze metingen wordt het lichaamsoppervlak berekend.

Experimenteel Protocol (Interventie 1) Elke sessie begint om 07:00-09:00. Bij aankomst in het laboratorium levert de deelnemer een urinemonster voor de beoordeling van het soortelijk gewicht van de urine, waarna een meting van de naakte lichaamsmassa wordt verkregen. Deelnemers zullen dan een temperatuursonde inbrengen voor de continue meting van de rectale temperatuur. Daarna worden de deelnemers geïnstrumenteerd voor het meten van de huidtemperatuur en een 5-afleidingen echocardiogram. Baseline cardiovasculaire parameters zullen worden geëvalueerd via een korte (~45 min) cardiovasculaire testbatterij, die als volgt wordt uitgevoerd. Brachiale arteriële systolische en diastolische druk gereconstrueerd uit arteriële drukgolfvormen gemeten aan de rechter middelvinger (volumeklemtechniek) en 5-afleidingen echocardiogramopnamen worden gedurende 10 minuten verzameld terwijl de deelnemer rustig rust (spontane ademhaling). Onmiddellijk daarna wordt de arteriële systolische en diastolische druk in drievoud gemeten via handmatige auscultatie (~ 30 sec tussen metingen), waarna de onderarm- en kuitbloedstromen aan de rechterkant van het lichaam worden gemeten via geautomatiseerde veneuze occlusieplethysmografie. Gedurende de hele testbatterij zit de deelnemer met beide voeten op de grond, behalve tijdens de metingen van de bloedstroom in de ledematen, waar de geïnstrumenteerde ledematen worden verhoogd om veneuze drainage te vergemakkelijken. Ten slotte zal een veneus bloedmonster en een meting van de lichaamsmassa worden verkregen.

De deelnemers worden vervolgens overgebracht naar de directe calorimeterkamer voor het hele lichaam, geregeld op 40°C en ~10-15% luchtvochtigheid. Deze omstandigheden zijn gekozen om piektemperaturen tijdens hittegolven te simuleren en zijn vergelijkbaar met piekomstandigheden tijdens recente hittegolven in Noord-Amerika in 2018 (Ottawa, Ontario; 34°C en 58%, hitte-index: 41°C) en Europa in 2003 (Parijs , Frankrijk; 38°C en 25%, hitte-index: 38°C). De deelnemer zal gedurende 3 uur (uur 1-3) rustig rusten in de calorimeterkamer terwijl de warmteproductie en -uitwisseling van het hele lichaam continu wordt gemeten. Na 3 uur verlaat de deelnemer de calorimeter en wordt de korte cardiovasculaire testbatterij opnieuw uitgevoerd, gevolgd door een meting van de lichaamsmassa. Uren 4-6 worden doorgebracht met rusten in de hitte in de thermische kamer naast de calorimeter. Gedurende deze tijd mogen deelnemers een lichte, zelf verzorgde lunch consumeren met een laag watergehalte. Kraanwater wordt ad libitum verstrekt via een geïsoleerde zelfbedieningswaterkoeler in de thermische kamer. Er wordt dan nog een cardiovasculaire batterij uitgevoerd, gevolgd door een meting van de lichaamsmassa. De deelnemer gaat dan opnieuw de calorimeter in waar de laatste 3 uur zullen worden doorgebracht (uur 6-9). Aan het einde van deze periode ondergaan de deelnemers een vierde en laatste cardiovasculaire testbatterij en een laatste veneus bloedmonster en meting van de lichaamsmassa.

Statistische analyse en berekeningen van de steekproefomvang Primaire en secundaire variabelen zullen worden geëvalueerd met behulp van lineaire modellen met gemengde effecten. Tijd wordt gemodelleerd als een herhaald binnen-onderwerp-vast effect, en leeftijdsgroep wordt gemodelleerd als een tussen-onderwerp-vast effect. Blootstellingswaarden vóór de hitte van de uitkomstvariabele, het geslacht van de deelnemer en zelfgerapporteerde wekelijkse fysieke activiteit (min/week, zoals beoordeeld via de GAQ) zullen als covariaten worden opgenomen. Identificatie van deelnemers zal in alle analyses worden gemodelleerd als een willekeurig effect. Het informatiecriterium van Akaike zal worden gebruikt om willekeurige effecten en variantie/covariantiestructuren te bepalen.

Post hoc meervoudige vergelijkingen zullen gemaakt worden op model geschatte marginale gemiddelden. Gezien het kleine aantal vergelijkingen voor elke variabele, zullen multipliciteitscorrecties niet worden gebruikt. Homoscedasticiteit zal voor alle modellen worden geëvalueerd door visuele beoordeling van residuplots. Geschatte normale verdeling van residuen zal worden beoordeeld via visuele inspectie van histogrammen en Q-Q-plots. Gegevens worden log-getransformeerd in het geval dat de verdeling van residuen significant afwijkt van normaal. Voor alle analyses wordt de alfa op 0,050 gesteld. Beschrijvende statistieken zullen worden gepresenteerd als gemiddelden en standaarddeviaties. Vergelijkingen tussen groepen en/of tijdstippen worden weergegeven als gemiddelden en 95% betrouwbaarheidsintervallen [ondergrens, bovengrens].

Een a priori poweranalyse bepaalde dat een totale steekproefomvang van 19 jonge en 19 oudere volwassenen nodig was om een ​​verschil in de snelheid van warmteopslag van het hele lichaam tussen groepen aan het einde van elke calorimetersessie (d.w.z. uur 3 en 9) te detecteren. met 80% statistisch vermogen. In plaats van klinisch relevante gegevens (d.w.z. wat zou worden beschouwd als een klinisch relevante verandering in warmteopslag van het hele lichaam), werd de gestandaardiseerde effectgrootte (Cohen's d=1,06) berekend op basis van het verschil in de snelheid van warmteopslag van het hele lichaam. tussen jonge en oudere volwassenen gedurende de laatste 30 minuten van een 3 uur durend protocol voor blootstelling aan hitte (jong: -2 [26] kJ/uur, ouder: 43 [54] kJ/uur) in ons vorige werk.

Experimenteel protocol (interventie 2) Experimenteel ontwerp Het protocol voor interventie 2 is identiek aan dat van interventie 1, behalve dat na de eerste calorimetersessie en de daaropvolgende cardiovasculaire batterij, de deelnemers de thermische kamer verlaten en ongeveer 2 uur (uur 5-6) doorbrengen met rusten in een ruimte met airconditioning (~23°C, ~50% relatieve luchtvochtigheid). Net als bij Interventie 1 mogen deelnemers gedurende deze tijd een kleine, zelfverzorgde lunch eten en ad libitum water (tap) consumeren. Ook de derde cardiovasculaire batterij zal in de gekoelde omgeving worden uitgevoerd. Net als bij Interventie 1 gaan de deelnemers de laatste 3 uur opnieuw de calorimeter in, waar ze de rest van de experimentele sessie in de hitte zullen rusten.

Statistische analyse en berekeningen van de steekproefomvang Statistische analyse voor Interventie 2 zal worden uitgevoerd om te beoordelen of middagblootstelling aan een gekoelde kamer resulteert in een grotere opslag van lichaamswarmte na blootstelling, zodat de fysiologische reacties aan het einde vergelijkbaar zijn met die van de niet-gekoelde groep van de 9 uur durende hittegolfsimulatie. De cumulatieve warmteopslag van het hele lichaam zal worden geëvalueerd met behulp van een lineair mixed-effects-model waarbij de experimentele groep wordt gemodelleerd als een between-subject fixed effect. Cumulatieve warmteopslag gedurende de eerste drie uur van de 9 uur durende blootstelling wordt opgenomen als een covariabele om rekening te houden met de invloed van inter- of intra-individuele factoren (bijv. geslacht, fysieke activiteitsniveaus), gemeten of niet gemeten, die van invloed zijn op het geheel -uitwisseling en opslag van lichaamswarmte. Vergelijkingen van warmteopslag tussen groepen zullen worden gemaakt met behulp van modelgeschatte marginale gemiddelden.

De kerntemperatuur van het lichaam, zoals geschat door de rectale temperatuur (primaire uitkomst), zal worden geanalyseerd met een lineair model met gemengde effecten waarbij de experimentele groep (twee niveaus: koeling en geen koeling) wordt gemodelleerd als een tussen-subject vast effect en tijd als een herhaald binnen -onderworpen vast effect (0-, 1-, 2- en 3-uur nakoelinterventie). Net als het model voor warmteopslag, zal de rectale temperatuur aan het einde van de eerste calorimetriesessie (d.w.z. uur 3 van de 9 uur durende blootstelling) worden opgenomen als een covariabele om rekening te houden met de invloed van gemeten of niet-gemeten inter- of intra- individuele factoren die van invloed zijn op de reacties van de lichaamstemperatuur op blootstelling aan warmte in rust.

Het effect van koeling op de rectale temperatuur zal vervolgens worden beoordeeld via twee eenzijdige tests die worden uitgevoerd op de van het mixed-effects-model afgeleide geschatte marginale gemiddelden op elk tijdstip. Gelijkwaardigheidsgrenzen worden ingesteld op ± 0,3 °C, wat overeenkomt met de typische dagelijkse variatie van de kerntemperatuur en er is gesuggereerd dat het een betekenisvolle/detecteerbare verandering in lichaamstemperatuur weergeeft in een recent onderzoek waarin de invloed van koelstrategieën op lichaamstemperatuur wordt beoordeeld. fysiologische belasting bij jonge volwassenen. Secundaire variabelen worden op dezelfde manier geëvalueerd. Het significantieniveau wordt vastgesteld op P < 0,050. Beschrijvende statistieken worden gepresenteerd als gemiddelde (standaarddeviatie) en vergelijkingen tussen groepen worden gepresenteerd als gemiddelde ± 95% betrouwbaarheidsinterval.

Een a priori poweranalyse bepaalde dat een totale steekproefomvang van 18 oudere volwassenen in elke groep (36 deelnemers in totaal) nodig is om te bevestigen of de verschillen in rectale temperatuur tussen de groepen binnen de boven- en ondergrenzen van +0,3 °C en -0,3 equivalent zijn. °C, respectievelijk, met 80% vermogen. Dit komt overeen met een effectgrootte (Cohen's d) van 1,0, gebaseerd op de gepoolde standaarddeviatie van 0,3 °C, bepaald op basis van gepubliceerde gegevens van ons laboratorium die een verschil van 0,2 °C (SD 0,3) in kerntemperatuur tussen jonge en oudere volwassenen aantonen. en een verschil van 0,0°C (SD 0,3) in kerntemperatuur tussen ouderen met en zonder diabetes type 2 na 3 uur rust in een warme omgeving.