Optimaliseren van de interacties tussen geest en lichaam in de ademhalingsregulatie tijdens operationeel relevante omgevingsstressoren (DEPSCoR)

Veel oorlogsvoerders worden blootgesteld aan omgevingsomstandigheden die de ademweerstand verhogen, wat op zijn beurt de ademarbeid (WOB) verhoogt. Levensondersteunende systemen, zoals zuurstofleveringssystemen aan boord van vliegtuigen (OBOG's) en zelfstandige onderwaterademhalingstoestellen (SCUBA), tasten de operationele capaciteit aan door de ademhalingsprestaties te belemmeren. Dit is een belangrijke zorg die door meerdere werkgroepen is geuit. Bijvoorbeeld, NASA's technische rapport over de ademhalingsbeoordeling van piloten documenteert problematische toename van ademweerstand gerapporteerd door piloten. Evenzo merkte de Restrictive Breathing Working Group op dat het F-22 Levensondersteuningssysteem een buitensporig hoge mechanische WOB oplegt. Als reactie hierop heeft de Navy Experimental Diving Unit gesuggereerd dat het verminderen van WOB hoogpresterende vliegtuigpiloten kan beschermen tegen gevaarlijke fysiologische gebeurtenissen. Toename van de WOB intensiveert de sensorische en emotionele percepties van dyspneu, ten minste gedeeltelijk door een verhoogd bewustzijn van ademhalen. Recente gegevens geven aan dat verhoogde WOB, en waarschijnlijk ademhalingsperceptie, de cognitieve functie kunnen belemmeren. Deze belemmering wordt waarschijnlijk veroorzaakt door negatieve affectieve sensaties als gevolg van de verhoogde WOB, die afleidt van centrale informatieverwerking tijdens complexe reactietijd taken. Bovendien verslechteren zowel reactietijd als nauwkeurigheid wanneer grotere belastingen op de inspiratoire spieren worden geplaatst. Echter, er blijven verschillende belangrijke kennislacunes die relevant zijn voor oorlogsvoerders die verhoogde inspiratoire weerstand ervaren. Het is niet bekend of: 1) het verminderen van de WOB tijdens inspiratoire weerstand de ademhalingsperceptie kan verlagen en de cognitieve functie kan herstellen, 2) het veranderen van auditieve feedback van ventilatie tijdens inspiratoire weerstand de ademhalingsperceptie kan verlagen en de cognitieve functie kan herstellen, en 3) thermische stressoren de WOB versterken, ademhalingspercepties verhogen en de cognitieve functie verlagen tijdens inspiratoire weerstand. Het doel is om zich te richten op het probleem dat een verhoogde ademarbeid (WOB) de perceptie van ademhalen vergroot die vervolgens de cognitieve prestaties bij oorlogsvoerders beïnvloedt. Om het doel te bereiken, zal de studie de volgende specifieke doelen aanpakken:

Doel 1 (Studieblok 1): Recent is aangetoond dat het verhogen van de inspiratoire belasting dyspneu, hersenactivatie verhoogt en een negatieve invloed heeft op neuropsychologische testprestaties gerelateerd aan aandacht. Er wordt verondersteld dat cognitieve prestaties waarschijnlijk verminderd worden wanneer inspiratoire weerstand wordt verhoogd door zowel motor-cognitieve interferentie als een dyspneu-gerelateerde verschuiving in aandacht focus. Studies hebben gevonden dat de waargenomen inspiratoire belasting, in plaats van de feitelijke spierinspanning, de aandacht nadelig beïnvloedde. Hoewel bewijs aangeeft dat hogere inspiratoire weerstand en ademhalingsperceptie de cognitieve functie belemmeren, blijft een belangrijke kritieke kennislacune bestaan omdat het onduidelijk is of het verminderen van de WOB onder hoge resistieve belastingen de cognitieve functie kan herstellen. Heliox verlaagt de resistieve WOB en spierbelasting vanwege zijn lage dichtheid en viscositeit, waardoor hogere ventilatiesnelheden mogelijk zijn dan kamerlucht door turbulente stroming in de luchtwegen te verminderen. Daarom zal het ademen van heliox, dat de WOB zal verlagen, onder hoge inspiratoire weerstand kritische inzichten geven of het verminderen van de WOB de cognitieve functie kan verbeteren. Er wordt gehypothetiseerd dat het gebruik van heliox de WOB zal verlagen, de waargenomen ademhalingsinspanning zal verminderen en de cognitieve functie zal verbeteren in vergelijking met het ademen van normale dichtheid lucht met verhoogde inspiratoire weerstand.

Doel 2 (Studieblok 2): In sommige gevallen kan het verminderen van inspiratoire resistieve belastingen (bijv. OBOG's, SCUBA) voor oorlogsvoerders niet haalbaar zijn, maar het begrijpen hoe ademhalingsperceptie wordt beïnvloed door weerstand is essentieel. Auditieve feedback van ventilatie beïnvloedt ademhalingsbewustzijn aanzienlijk, en naarmate de WOB toeneemt, intensiveert deze perceptie door versterkte auditieve input. Dit verhoogde bewustzijn kan afleiden en cognitieve verwerking belasten. Recente studies geven aan dat auditieve afleidingen, zoals muziek tijdens lichaamsbeweging, dyspneu en respiratoir en algeheel ongemak kunnen verminderen bij gezonde individuen en mensen met chronische obstructieve longziekte. Dit effect kan voortkomen uit verminderde auditieve feedback of verbeterde emotionele toestanden gekoppeld aan muziek. Echter, er bestaat een belangrijke kennislacune: het is onduidelijk of het verminderen van auditieve feedback van ventilatie tijdens verhoogde inspiratoire weerstand de ademhalingsperceptie en cognitieve functie beïnvloedt. De studie zal de impact van verschillende auditieve feedback van ventilatiecondities (normaal, geëlimineerd en versterkt) op cognitieve functie onder hoge inspiratoire weerstand beoordelen. Er wordt gehypothetiseerd dat het verminderen van auditieve feedback van ventilatie de WOB niet zal veranderen, maar de ademhalingsperceptie zal verlagen en de cognitieve prestaties zal verbeteren in vergelijking met standaard of versterkte feedback.

Doel 3 (Studieblok 3): Oorlogsvoerders worden vaak geconfronteerd met thermische stressoren die de WOB verhogen, zelfs met levensondersteunende systemen op hun plaats. Zowel koude- als hittestress verhogen de WOB onafhankelijk, zonder dat verhoogde inspiratoire weerstand nodig is. Veel oorlogsvoerders zullen binnenkort extreme kou tegenkomen vanwege de focus van het Department of Defense op Arctische operaties. Koudestress stimuleert ventilatie en veroorzaakt een bifasische bronchiolaire respons: het inademen van koude lucht tijdens hyperventilatie leidt tot initiële bronchodilatatie gevolgd door bronchoconstrictie, wat de bronchiolen vernauwt en de luchtstroomweerstand verhoogt, en dus de WOB. Oorlogsvoerders worden ook blootgesteld aan extreme hitte en hyperthermie-geïnduceerde hyperventilatie treedt op wanneer de kerntemperatuur van het lichaam ongeveer 38,0°C bereikt, wat significant correleert met verhoogde WOB tijdens hittestress. Oorlogsvoerders ervaren deze omgevingsstressoren vaak naast verhoogde ademweerstand, vooral tijdens onderwaterduikmissies in wisselende temperaturen of in hoogpresterende vliegtuigen met OBOG's blootgesteld aan extreme hitte. Bijvoorbeeld, Nellis Air Force Base registreerde onlangs een temperatuur van 118°F (48°C). Er bestaat een kritieke kennislacune met betrekking tot of hoge inspiratoire weerstand gecombineerd met thermische stress de WOB versterkt, de perceptie van ademhalen en cognitieve en fysiologische reacties verandert. De studie zal de WOB, ademhalingsperceptie, cognitieve functie en fysiologische reacties onderzoeken onder gecombineerde inspiratoire weerstand en thermische stress (thermoneutraal, hitte en koude). Er wordt gehypothetiseerd dat WOB zal toenemen tijdens hitte- en koudestress, wat resulteert in grotere percepties van ademhalingsmoeilijkheid en verminderde cognitieve prestaties in vergelijking met thermoneutrale omstandigheden.