Etablere evidensbaserte innetemperaturterskler for å beskytte helsen (HW2)

MÅL

Målet med dette prosjektet er å evaluere effekten av en rekke miljøer opplevd under hetebølger på kroppstemperatur og autonom kardiovaskulær funksjon hos eldre voksne. Dette vil bli oppnådd ved å sammenligne termiske og kardiovaskulære responser i en gruppe eldre voksne som hviler i 8 timer under en rekke forhold som er representative for de som oppleves innendørs under hetebølger. For å vurdere hvordan belastningen som oppleves under disse tilstandene påvirker hemodynamisk regulering i sin tur, vil denne studien også inkludere validerte tester av kardiovaskulær autonom funksjon.

Hypoteser

Indekser for termisk og kardiovaskulær belastning vil ikke endres nevneverdig hos eldre voksne som hviler i simulerte innendørsmiljøer under de for øyeblikket anbefalte tersklene satt av Toronto Public Health (22°C og 26°C). Men ved høyere innendørstemperaturer (31°C og 36°C) vil termisk og kardiovaskulær respons være forhøyet. Den økte fysiologiske belastningen i disse tilstandene vil gjenspeiles i svekkede responser på validerte kardiovaskulære autonome funksjonstester.

METODER

Deltakere Totalt vil 16 eldre (alder: 65-80 år) voksne rekrutteres til det foreslåtte prosjektet med en tilnærmet jevn fordeling av menn og kvinner. Hver deltaker vil fullføre hver av de 4 eksperimentelle delene av studien. Rekrutterte deltakere vil være homogene for antropomorfe egenskaper og så vel som vanlige fysiske aktivitetsnivåer som verifisert via standardiserte spørreskjemaer (bestemt under en foreløpig økt). Skriftlig og informert samtykke vil bli innhentet fra alle frivillige før deltakelse.

Studere design

Instruksjoner før rettssaken

Alle deltakere vil bli bedt om å unngå anstrengende aktivitet og alkohol i 24 timer før alle innledende og eksperimentelle økter og å spise et lett måltid 2 timer før starten av hver økt. Deltakerne vil også bli bedt om å innta minimum 500 ml vann natten før og morgenen av hver økt for å sikre tilstrekkelig hydrering. Tilstrekkelig hydrering vil bli verifisert ved ankomst til laboratoriet via urin egenvekt (urin egenvekt <1,025). Deltakerne vil ha på seg en atletisk topp og shorts for alle økter.

Foreløpig screening

Alle deltakere vil gjennomføre en foreløpig evaluering minimum 48 timer før den første eksperimentelle økten. I løpet av denne økten vil de bli kjent med alle eksperimentelle prosedyrer og måleteknikker og vil fullføre Get Active Questionnaire (GAQ) og American Heart Association Pre-participation screening Questionnaire for å vurdere deres kvalifisering til å delta. GAQ vil også bli brukt til å vurdere vanlige aktivitetsnivåer sammen med Kohl Physical Activity Questionnaire. Deltakerne vil også gi muntlig og skriftlig informert samtykke på dette tidspunktet. Deretter vil deltakerens fysiske egenskaper bli evaluert. Kroppshøyde og masse vil bli bestemt via henholdsvis et legestadiometer og en veieterminal med høy ytelse, og ut fra disse målingene vil kroppsoverflaten beregnes. Kroppstetthet vil bli estimert via hydrostatisk veiing og brukt til å beregne kroppsfettprosent.

Eksperimentell protokoll Hver eksperimentell økt vil begynne ca. kl. 08:00. Ved ankomst til laboratoriet vil deltakeren gi en urinprøve for måling av urinens egenvekt og sette inn en rektal temperatursonde. Deretter vil deltakerne bli instrumentert for måling av hudtemperatur. En måling av kroppsmasse (naken) vil også bli tatt på dette tidspunktet. Deltakerne vil deretter bli overført til et termisk kammer regulert til 22°C og 45 %. Etter 10 minutters liggende hvile vil deltakerne utføre et spesialisert kardiovaskulært testbatteri (se nedenfor). De vil deretter hvile i sittende stilling i et rom rett ved siden av det termiske (~22°C) kammeret i ~30 minutter mens baseline kroppstemperaturer og kardiovaskulære mål registreres. En venøs blodprøve vil bli tatt på dette tidspunktet.

Mens grunnlinjemålinger blir tatt, vil det termiske kammeret varmes opp til forholdene for den dagens økt. Hver deltaker vil gjennomføre fire separate økter som består av hvileeksponering for: i) 36°C, basert på maksimale målte innendørstemperaturer (dvs. 35°C) og lignende utendørsforhold opplevd under nylige hetebølger i Nord-Amerika (HOT); ii) 31°C, tilsvarende gjennomsnittlig dagtemperatur under hetebølgen i 2010 i Ontario og Quebec samt Verdens helseorganisasjons anbefalte innetemperaturgrense under hetebølger (WARM); iii) 26°C tilsvarende anbefalte øvre grenser for innendørsmiljøer satt av Toronto Public Health (TEMPERAT) og iv) 22°C, for å simulere et luftkondisjonert miljø (COOL). I alle økter vil relativ luftfuktighet være satt til 45 %.

Etter baseline vil deltakeren gå inn i det termiske kammeret hvor de vil hvile i 8 timer. De vil tilbringe mesteparten av denne tiden i sittende (litt tilbakelent) posisjon, bortsett fra i den 6. timen hvor de igjen vil utføre det kardiovaskulære testbatteriet. Rektale- og hudtemperaturer og hjertefrekvens vil bli målt kontinuerlig gjennom eksponeringen. Vann fra springen vil bli gitt ad libitum fra en ~500 ml kopp plassert på et sidebord plassert litt bak deltakeren. Deltakerne vil også få spise en selvforsynt lunsj mellom timer 1,5 og 3,5 med eksponering. Hvert 60. minutt vil arterielt blodtrykk og hjertefrekvens bli målt i tre eksemplarer, hvoretter deltakerne vil stå for å gi en måling av kroppsmasse for å bestemme svettetap. På denne tiden. Deltakerne vil få lov til å bli stående og kort utføre lett tøying, hvis ønskelig (maks. ~5 min).

Autonom kontroll av hjertefrekvens og blodtrykk vil bli vurdert før og ved slutten av hver økt ved hjelp av et batteri av kardiovaskulære tester, som i studie B består av: i) analyse av hjertefrekvensvariabilitet og spontan barorefleksfølsomhet under liggende hvile, ii) Ewings batteri (modifisert) for vurdering av kardiovaskulær autonom funksjon, og iii) analyse av integrert barorefleksfølsomhet under sykliske forstyrrelser i arterielt trykk fremkalt av stå-knebøy-manøvrer. I forkant av batteriet vil deltakerne bli instrumentert med en integrert 3-avlednings EKG ikke-invasiv blodtrykksmåler for integrert måling av slag-til-slag hjertefrekvens og arterielt blodtrykk, estimert fra arteriell trykkbølgeform målt til venstre i midten finger. Den samme forsker vil administrere batteriet for alle økter. Til slutt, merk at de to første delene av batteriet beskrevet nedenfor vil bli utført to ganger etter hverandre før stå-knebøy-prosedyrene.

Etter 8 minutters ryggleie vil hjertefrekvensvariabilitet (HRV) og baroreflekssensitivitet (BRS) bli evaluert under 8 minutter liggende hvile. Deltakerne vil bli instruert til å puste (diafragma) i tide med en metronom satt til 30 slag/min, for å fjerne påvirkningen av respiratorisk sinusrytme på sykliske svingninger i hjertefrekvens og blodtrykk. Deretter vil metronomen bli stoppet og 1 minutts restitusjon vil bli gitt før start av Ewings batteri.

Det modifiserte Ewing-batteriet som skal brukes består av tre tester designet for å vurdere autonom kontroll av hjertefrekvens og blodtrykk. Først utfører deltakerne 1 min dyp diafragmatisk pust med en hastighet på 6 pust/min. Pusten vil bli utført til vital kapasitet - det vil si gjennom en maksimal inspirasjon og utånding. 5 minutter med restitusjon vil bli gitt før neste test. Neste test er Valsalva-manøveren. Mens de fortsatt er i liggende stilling, vil deltakerne puste ut mot en lukket glottis inn i et smalt vinylrør koblet til en elektronisk trykktransduser som skal brukes til å gi konstant tilbakemelding til deltakeren om det genererte ekspirasjonstrykket. Deltakeren vil bli bedt om å opprettholde et konstant trykk på 40 mmHg i 15 s. Under ekspiratorisk anstrengelse vil luft bli ventilert via en liten blødning for å forhindre generasjonstrykk via munnen. Ved frigjøring vil hjertefrekvens og blodtrykk overvåkes i 1 min. Den siste testen er liggende-til-stående-testen. Etter 1 minutts hvile i liggende stilling, blir deltakeren bedt om å raskt innta en stående stilling rett ved siden av sengen. Deltakeren står deretter stille i 3 min mens puls og blodtrykk overvåkes.

Etter det andre Ewings batteri vil deltakeren hvile i sittende stilling på en stiv stol i 10 minutter. Deltakeren vil deretter bli bedt om å stå i 90 sekunder mens plasseringen av seil og fingertrykkmansjetten justeres (om nødvendig) for å sikre at venstre hånd holdes på hjertenivå. Etter dette vil 5-min med knebøy-stands bli utført med en hastighet på 6 sykluser/min. Hver syklus vil bestå av en knebøy, holdt i 5 sekunder, etterfulgt av stående i 5 sekunder. For disse manøvrene vil deltakerne bli instruert om å opprettholde en konsistent dybde for hver knebøy, pust normalt for å unngå ekspiratorisk belastning og begrense overdreven bøying fremover i hoften.

Etter det kardiovaskulære batteriet vil deltakerne forbli sittende i kammeret resten av eksponeringen på 8 timer (~45 min). Etter målinger av arterielt blodtrykk vil en endelig venøs blodprøve bli tatt etterfulgt av en måling av kroppsmasse. Deltakeren vil få vann og/eller en kommersielt tilgjengelig sportsdrikk før de forlater laboratoriet.

Dataanalyse

Kontinuerlige variabler relatert til termisk belastning og kardiovaskulær belastning vil bli konvertert til 15-minutters gjennomsnitt for baseline og for hver time med eksponering. På samme måte vil sittende arterielle trykk (3 målinger) presenteres på disse tidspunktene. Frekvenstrykkprodukt vil bli beregnet som produktet av hjertefrekvens og systolisk blodtrykk. Endringen i kroppsmasse fra baseline-verdier vil også bli bestemt for hver time med eksponering for å kvantifisere hastigheten på væsketapet, korrigert for væskeforbruk og vannlating. Endringen i plasmavolum og serumosmolalitet fra baseline til slutteksponering vil også bli beregnet fra de venøse blodprøvene tatt ved starten og slutten av hver økt. HRV og hvilende spontan hjerte-BRS vil bli bestemt fra data samlet inn i løpet av den 8-minutters kontrollerte pusteperioden. På samme måte vil integrert BRS bli utledet fra innsamlet blodtrykk og EKG-kurveformer samlet under stå-knebøy-manøvrene.

For de klinisk validerte testene i Ewing-batteriet vil analysen bli utført av en utdannet forsker som er blindet for deltakeren og øktkoden (dvs. miljøforhold). Dyp pusting vil bli analysert som forskjellen i hjertefrekvens mellom gjennomsnittet av de tre laveste og tre høyeste verdiene registrert under henholdsvis inspirasjon og ekspirasjon (E/I HRDiff). For Valsalva-manøveren beregnes det såkalte Valsalva-forholdet (VALratio) som det lengste R-R-intervallet under restitusjon delt på det korteste R-R-intervallet under belastning. Til slutt analyseres liggende-til-stående-testen ved å bestemme forholdet 30:15, som representerer det lengste RR-intervallet målt mellom 25-35. hjerteslag ved stående delt på det korteste RR-intervallet mellom 10-20. slag etter stående. I tillegg tas den systoliske responsen på stående (SRstand) også som 1-minutts gjennomsnittet av systolisk blodtrykk etter det andre minuttet av stående delt på systolisk blodtrykk under hvileperioden før liggende hvile (dvs. reduksjonen i systolisk trykk). når du inntar en stående stilling). Verdier for hver test vil bli tatt som gjennomsnittet av hver av de to registrerte verdiene.

Statistisk analyse og prøvestørrelsesberegning

Statistisk analyse vil sammenligne slutteksponeringsdata relatert til termisk og kardiovaskulær belastning samt autonom funksjon (mens det korrigeres for baselinevariabilitet mellom økter). Kroppstemperatur og kardiovaskulære responser ved slutten av eksponeringen (dvs. time 8) så vel som de autonome funksjonstestene av det kardiovaskulære batteriet vil bli evaluert ved å bruke en analyse av kovarians (ANCOVA) med den gjentatte faktoren for miljøtilstand og basislinjeverdier modellert som en kontinuerlig kovariat. Variabler relatert til væsketap (f.eks. endring i kroppsmasse, plasmavolum og serumosmolalitet) vil bli analysert via en enveis ANOVA med tilstandsfaktoren (4 nivåer). For alle statistiske modeller vil homogenitet av varianser bli vurdert ved hjelp av Levenes test. Normalfordeling av residualer vil bli vurdert med Sharpiro-Wilks test og visuell inspeksjon av histogrammer og Q-Q plott og data vil bli log-transformert i tilfelle fordeling av residualer avviker fra normalitet. Forhåndsplanlagte post hoc-sammenligninger vil bli brukt for å identifisere forskjeller mellom tilstøtende forhold (f.eks. KJØLIG vs. TEMP, TEMP vs. VARM, VARM vs. VARMT) for å begrense en stor familie av sammenligninger. For alle analyser vil alfa settes til P < 0,050. Beskrivende statistikk vil bli presentert som gjennomsnitt (standardavvik). Sammenligninger mellom grupper eller tidspunkter (der det er hensiktsmessig) vil bli presentert som gjennomsnitt ± 95 % konfidensintervall.

En a priori kraftanalyse bestemte at en total prøvestørrelse på 16 eldre voksne er nødvendig for å oppdage en forskjell i rektal temperatur mellom grupper med 80 % statistisk kraft, etter å ha justert for flere sammenligninger. Effektstørrelsen (Cohens d=1,0) ble bestemt basert på en praktisk meningsfull forskjell på 0,3°C mellom forholdene, forutsatt et standardavvik på 0,3. Standardavviket var basert på tidligere publiserte studier fra vårt laboratorium, som viste en 0,2°C (SD 0,3) forskjell i kjernetemperatur mellom unge og eldre voksne og en 0,0°C (SD 0,3) forskjell i kjernetemperatur mellom eldre voksne med og uten type 2 diabetes etter 3 timers hvile i varme omgivelser (40°C, 30 % relativ fuktighet).