Fysiologiske responser hos unge og eldre voksne under en langvarig simulert hetebølge (HW1)

MÅL Intervensjon 1: Evaluer effekten av alder på varmelagring av hele kroppen, kroppskjernetemperatur og utvikling av kardiovaskulær belastning og akutt betennelse under dagslang (9 timer) eksponering for simulerte hetebølgeforhold.

Intervensjon 2: Bestem om kortvarig eksponering (2 timer) til et luftkondisjonert miljø etter ekstrem varmeeksponering resulterer i varig reduksjon i fysiologisk belastning hos eldre voksne når de kommer tilbake til varmen.

Hypoteser Intervensjon 1: Eldre voksne vil oppleve større varmelagring gjennom den 9-timers simulerte hetebølgen sammenlignet med de yngre deltakerne. Følgelig vil kroppskjernetemperaturen være høyere hos eldre voksne, og forskjellene mellom gruppene vil bli forsterket etter hvert som eksponeringen skrider frem. Vi vil også utforske den sekundære hypotesen om at forskjeller i kroppstemperatur vil være parallelt med større endringer i kardiovaskulære variabler og akutt sirkulatorisk og intracellulær betennelse hos eldre voksne.

Intervensjon 2: Lagring av kroppsvarme vil bli forverret hos de eldre voksne som ble utsatt for kjølesenterintervensjonen ved retur til varmen (timer 5-6) sammenlignet med de eldre voksne fra Intervensjon 1 som ble værende i varmen. Følgelig vil kroppskjernetemperaturen være sammenlignbar (statistisk ekvivalent) mellom grupper ved slutten av eksponeringen.

Metoder Deltakere Totalt 20 unge (alder: 18-31 år) og 40 eldre (alder: 64-80 år) voksne vil bli rekruttert til det foreslåtte prosjektet, med en tilnærmet jevn fordeling av menn og kvinner i hver intervensjonsarm. Unge (n = 20) og eldre (n = 20) voksne vil fullføre Intervensjon 1 og en egen kohort av eldre voksne (n = 20) vil fullføre Intervensjon 2. Deltakerne vil være homogene for antropomorfe egenskaper så vel som vanlige fysiske aktivitetsnivåer som verifisert via standardiserte spørreskjemaer.

Eksperimentell design Instruksjoner før utprøving Alle deltakere vil bli bedt om å unngå anstrengende fysisk 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 (urin egenvekt <1,025). For alle økter vil deltakerne ha på seg atletisk shorts (og en sportsoverdel for kvinner).

Foreløpig screening Alle deltakere vil gjennomføre en foreløpig evaluering minimum 7 dager før den første eksperimentelle økten. I løpet av denne økten vil de bli kjent med alle prosedyrer og måleteknikker og vil fullføre Get Active Questionnaire (GAQ) og American Heart Association Pre-participation screening Questionnaire for å vurdere om de er kvalifisert 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. Kroppshøyde og -masse vil bli bestemt via henholdsvis et legestadiometer og en veieterminal med høy ytelse, og ut fra disse målingene vil kroppsoverflaten beregnes.

Eksperimentell protokoll (Intervensjon 1) Hver økt vil begynne kl. 07:00-09:00. Ved ankomst til laboratoriet vil deltakeren gi en urinprøve for vurdering av urin egenvekt, hvoretter en måling av naken kroppsmasse vil bli tatt. Deltakerne vil deretter sette inn en temperatursonde for kontinuerlig måling av rektal temperatur. Deretter vil deltakerne bli instrumentert for måling av hudtemperatur og 5-avlednings ekkokardiogram. Baseline kardiovaskulære parametere vil bli evaluert via et kort (~45 min) kardiovaskulært testbatteri, utført som følger. Brachiale arterielle systoliske og diastoliske trykk rekonstruert fra arterielle trykkbølgeformer målt ved høyre langfinger (volumklemmeteknikk) og 5-avlednings ekkokardiogramopptak vil bli samlet inn i 10 minutter mens deltakeren hviler rolig (spontan pust). Umiddelbart etterpå vil arterielle systoliske og diastoliske trykk bli målt i tre eksemplarer via manuell auskultasjon (~30 sek mellom tiltak), hvoretter underarms- og kalveblodstrømmer på høyre side av kroppen vil bli målt via automatisert venøs okklusjonspletysmografi. Gjennom hele testbatteriet vil deltakeren sitte med begge føttene på gulvet, bortsett fra under målingene av blodstrømmen i lemmer, hvor de instrumenterte lemmene vil bli hevet for å lette venøs drenering. Til slutt vil det bli tatt en venøs blodprøve og kroppsmassemåling.

Deltakerne vil deretter bli overført til hele kroppens direkte kalorimeterkammer, regulert til 40 °C og ~10-15 % fuktighet. Disse forholdene ble valgt for å simulere topptemperaturer opplevd under hetebølger og ligner toppforhold i de siste hetebølgene i Nord-Amerika i 2018 (Ottawa, Ontario; 34 °C og 58 %, varmeindeks: 41 °C) og Europa i 2003 (Paris , Frankrike; 38°C og 25 %, varmeindeks: 38°C). Deltakeren vil hvile stille i 3 timer (timer 1-3) i kalorimeterkammeret mens hele kroppens varmeproduksjon og utveksling måles kontinuerlig. Ved 3-timersmerket vil deltakeren gå ut av kalorimeteret og det korte kardiovaskulære testbatteriet vil bli utført igjen etterfulgt av en måling av kroppsmasse. Timer 4-6 vil bli brukt til å hvile i varmen i termokammeret ved siden av kalorimeteret. I løpet av denne tiden vil deltakerne få lov til å innta en lett, selvforsynt lunsj med lavt vanninnhold. Vann fra springen vil bli gitt ad libitum via en selvbetjent isolert vannkjøler plassert i termokammeret. Et annet kardiovaskulært batteri vil deretter bli utført etterfulgt av en måling av kroppsmasse. Deltakeren vil deretter gå inn igjen i kalorimeteret hvor de siste 3 timene skal brukes (time 6-9). På slutten av denne perioden vil deltakerne gjennomgå et fjerde og siste kardiovaskulært testbatteri og en siste venøs blodprøve og kroppsmassemåling vil bli anskaffet.

Statistisk analyse og prøvestørrelsesberegninger Primære og sekundære variabler vil bli evaluert ved bruk av lineære blandede effekter-modeller. Tid vil bli modellert som en gjentatt innenfor-fag fast effekt, og aldersgruppe vil bli modellert som en mellom-emne fast effekt. Eksponeringsverdier før oppvarming av utfallsvariabelen, deltakerkjønn og selvrapportert ukentlig fysisk aktivitet (min/uke, vurdert via GAQ) vil bli inkludert som kovariater. Deltakeridentifikasjon vil bli modellert som en tilfeldig effekt i alle analyser. Akaikes informasjonskriterium vil bli brukt for å bestemme tilfeldig effekt og varians/kovariansstrukturer.

Post hoc multiple sammenligninger vil bli gjort på modellestimerte marginale gjennomsnitt. Gitt det lille antallet sammenligninger for hver variabel, vil ikke multiplisitetskorreksjoner bli brukt. Homoskedastisitet vil bli evaluert for alle modeller ved visuell vurdering av gjenværende tomter. Omtrentlig normalfordeling av rester vil bli vurdert via visuell inspeksjon av histogrammer og Q-Q plott. Data vil bli loggtransformert i tilfelle fordelingen av residualer meningsfullt avviker fra normaliteten. For alle analyser vil alfa bli satt til 0,050. Beskrivende statistikk vil bli presentert som gjennomsnitt og standardavvik. Sammenligninger mellom grupper og/eller tidspunkter vil bli presentert som gjennomsnitt og 95 % konfidensintervall [nedre grense, øvre grense].

En a priori kraftanalyse bestemte at en total prøvestørrelse på 19 unge og 19 eldre voksne var nødvendig for å oppdage en forskjell i hastigheten på varmelagring av hele kroppen mellom grupper ved slutten av hver kalorimeterøkt (dvs. timer 3 og 9) med 80 % statistisk kraft. I stedet for klinisk meningsfulle data (dvs. det som vil bli ansett som en klinisk meningsfull endring i varmelagring av hele kroppen), ble den standardiserte effektstørrelsen (Cohens d=1,06) beregnet basert på forskjellen i hastigheten på varmelagring av hele kroppen. mellom unge og eldre voksne over de siste 30 minuttene av en 3-timers varmeeksponeringsprotokoll (unge: -2 [26] kJ/time, eldre: 43 [54] kJ/time) i vårt tidligere arbeid.

Eksperimentell protokoll (intervensjon 2) Eksperimentell design Protokollen for intervensjon 2 er identisk med den for intervensjon 1, bortsett fra at etter den første kalorimeterøkten og påfølgende kardiovaskulært batteri, vil deltakerne gå ut av det termiske kammeret og bruke ~2 timer (timer 5-6) på hvile i et rom med klimaanlegg (~23°C, ~50 % relativ fuktighet). I likhet med Intervensjon 1, vil deltakerne få spise en liten lunsj som de selv forsyner seg med i løpet av denne tiden og konsumere vann (kran) ad libitum. Det tredje kardiovaskulære batteriet vil også bli utført i det avkjølte miljøet. Som i Intervensjon 1, vil deltakerne deretter gå inn i kalorimeteret igjen de siste 3 timene, hvor de vil hvile i varmen for resten av eksperimentelle økten.

Statistisk analyse og prøvestørrelsesberegninger Statistisk analyse for intervensjon 2 vil bli utført for å vurdere om eksponering midt på dagen til et avkjølt rom resulterer i større kroppsvarmelagring etter eksponering, slik at fysiologiske responser er lik de til den ikke-avkjølte gruppen ved slutten av 9-timers hetebølgesimuleringen. Kumulativ varmelagring av hele kroppen vil bli evaluert ved hjelp av en lineær blandede effekter modell med eksperimentell gruppe modellert som en mellom-emne fast effekt. Kumulativ varmelagring over de første tre timene av 9-timers eksponeringen vil bli inkludert som en kovariat for å ta hensyn til påvirkningen av inter- eller intra-individuelle faktorer (f.eks. kjønn, fysisk aktivitetsnivå), målt eller umålt, som påvirker helheten -kroppsvarmeveksling og lagring. Sammenligninger av varmelagring mellom grupper vil bli gjort ved bruk av modellestimerte marginale midler.

Kroppskjernetemperaturen, som estimert av rektal temperatur (primært utfall), vil bli analysert med en lineær blandet effektmodell med eksperimentell gruppe (to nivåer: kjøling og ikke-kjøling) modellert som en mellom-subjekt fast effekt og tid som en gjentatt innenfor -objekt fast effekt (0-, 1-, 2- og 3-timers intervensjon etter avkjøling). I likhet med modellen for varmelagring, vil rektal temperatur ved slutten av den første kalorimetriøkten (dvs. time 3 av 9-timers eksponeringen) inkluderes som en kovariat for å ta hensyn til påvirkningen av enhver målt eller umålt inter- eller intra- individuelle faktorer som påvirker kroppstemperaturresponsen på varmeeksponering i hvile.

Effekten av kjøling på rektal temperatur vil deretter bli vurdert via to ensidige tester utført på blandingseffektmodellen utledet estimerte marginale gjennomsnitt på hvert tidspunkt. Ekvivalensgrenser vil bli satt til ±0,3°C, som tilsvarer den typiske dag-til-dag variasjonen av kjernetemperaturen og har blitt foreslått å reflektere en meningsfull/detekterbar endring i kroppstemperaturer i en nylig studie som vurderer påvirkningen av kjølestrategier på fysiologisk belastning hos unge voksne. Sekundære variabler vil bli evaluert på samme måte. Signifikansnivået settes til P < 0,050. Beskrivende statistikk vil bli presentert som gjennomsnitt (standardavvik) og sammenligninger mellom grupper vil bli presentert som gjennomsnitt ± 95 % konfidensintervall.

En a priori kraftanalyse bestemte at en total prøvestørrelse på 18 eldre voksne i hver gruppe (36 deltakere totalt) er nødvendig for å bekrefte om forskjeller i rektaltemperatur mellom grupper er ekvivalente innenfor øvre og nedre grenser på +0,3 °C og -0,3 °C, henholdsvis med 80 % effekt. Dette tilsvarer en effektstørrelse (Cohens d) på 1,0, basert på det samlede standardavviket på 0,3 °C, bestemt fra publiserte data fra vårt laboratorium som viser 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.