Reakcje fizjologiczne u młodych i starszych osób dorosłych podczas przedłużonej symulowanej fali upałów (HW1)

CELE Interwencja 1: Ocena wpływu wieku na magazynowanie ciepła w całym ciele, temperaturę wewnętrzną ciała oraz rozwój napięcia sercowo-naczyniowego i ostrego stanu zapalnego podczas całodziennej (9-godzinnej) ekspozycji na symulowane warunki fali upałów.

Interwencja 2: Ustal, czy krótkotrwała ekspozycja (2 godziny) na klimatyzowane środowisko po ekspozycji na ekstremalne ciepło powoduje trwałe zmniejszenie obciążenia fizjologicznego u osób starszych po powrocie do upału.

Hipotezy Interwencja 1: Starsi dorośli doświadczą większego magazynowania ciepła podczas 9-godzinnej symulowanej fali upałów w porównaniu z młodszymi uczestnikami. W konsekwencji temperatura wewnętrzna ciała będzie wyższa u osób starszych, a różnice między grupami będą się pogłębiać w miarę postępu ekspozycji. Zbadamy również drugorzędną hipotezę, że różnicom temperatury ciała będą towarzyszyć większe zmiany w zmiennych sercowo-naczyniowych oraz ostre zapalenie krążenia i wewnątrzkomórkowe u osób starszych.

Interwencja 2: Magazynowanie ciepła ciała ulegnie pogorszeniu u osób starszych narażonych na interwencję w ośrodku chłodzącym po powrocie do rui (godziny 5-6) w porównaniu do osób starszych z interwencji 1, które pozostały w rui. W konsekwencji temperatura wewnętrzna ciała będzie porównywalna (statystycznie równoważna) między grupami do końca narażenia.

Metody Uczestnicy W sumie 20 młodych (18-31 lat) i 40 starszych (64-80 lat) osób dorosłych zostanie zrekrutowanych do proponowanego projektu, z mniej więcej równomiernym rozłożeniem mężczyzn i kobiet w każdej grupie interwencji. Młodzi (n = 20) i starsi (n = 20) dorośli ukończą Interwencję 1, a oddzielna kohorta starszych osób dorosłych (n = 20) ukończy Interwencję 2. Uczestnicy będą jednorodni pod względem cech antropomorficznych, jak również nawykowych poziomów aktywności fizycznej, jak zweryfikowane za pomocą standardowych kwestionariuszy.

Projekt eksperymentu Instrukcje przed badaniem Wszyscy uczestnicy zostaną poproszeni o unikanie forsownej aktywności fizycznej i alkoholu przez 24 godziny przed wszystkimi sesjami wstępnymi i eksperymentalnymi oraz o zjedzenie lekkiego posiłku na 2 godziny przed rozpoczęciem każdej sesji. Uczestnicy zostaną również poproszeni o spożycie minimum 500 ml wody wieczorem przed i rano przed każdą sesją, aby zapewnić odpowiednie nawodnienie. Właściwe nawodnienie zostanie zweryfikowane po przybyciu do laboratorium (ciężar właściwy moczu <1,025). Podczas wszystkich sesji uczestnicy będą nosić sportowe szorty (i sportowy top dla kobiet).

Wstępna selekcja Wszyscy uczestnicy przejdą wstępną ocenę co najmniej 7 dni przed pierwszą sesją eksperymentalną. Podczas tej sesji zostaną oni zapoznani ze wszystkimi procedurami i technikami pomiarowymi oraz wypełnią kwestionariusz Get Active Questionnaire (GAQ) oraz kwestionariusz przedudziałowego badania przesiewowego American Heart Association, aby ocenić, czy kwalifikują się do udziału. GAQ zostanie również wykorzystany do oceny poziomów zwykłej aktywności wraz z Kwestionariuszem Aktywności Fizycznej Kohla. W tym czasie uczestnicy udzielą również ustnej i pisemnej świadomej zgody. Wysokość i masa ciała zostaną określone odpowiednio za pomocą stadiometru lekarskiego i wysokowydajnego terminala wagowego, a na podstawie tych pomiarów zostanie obliczona powierzchnia ciała.

Protokół eksperymentu (Interwencja 1) Każda sesja rozpocznie się o godzinie 07:00-09:00. Po przybyciu do laboratorium uczestnik dostarczy próbkę moczu do oceny ciężaru właściwego moczu, po czym uzyskany zostanie pomiar nagiej masy ciała. Następnie uczestnicy włożą sondę temperatury do ciągłego pomiaru temperatury w odbycie. Następnie uczestnicy zostaną wyposażeni w przyrządy do pomiaru temperatury skóry i 5-odprowadzeniowego echokardiogramu. Wyjściowe parametry sercowo-naczyniowe zostaną ocenione za pomocą krótkiego (~45 min) zestawu testów sercowo-naczyniowych, wykonywanych w następujący sposób. Ciśnienie skurczowe i rozkurczowe tętnicy ramiennej zrekonstruowane z krzywych ciśnienia tętniczego mierzonych na prawym środkowym palcu (technika zaciskania objętości) i zapisy echokardiogramu z 5 odprowadzeń będą zbierane przez 10 minut, podczas gdy uczestnik spokojnie odpoczywa (oddychanie spontaniczne). Bezpośrednio po tym, skurczowe i rozkurczowe ciśnienie tętnicze zostanie zmierzone w trzech powtórzeniach poprzez ręczne osłuchiwanie (ok. 30 sekund pomiędzy pomiarami), po czym przepływ krwi w przedramieniu i łydce po prawej stronie ciała zostanie zmierzony za pomocą automatycznej pletyzmografii żylnej. Podczas całej baterii testowej uczestnik będzie siedział z obiema stopami na podłodze, z wyjątkiem pomiarów przepływu krwi w kończynach, kiedy oprzyrządowane kończyny będą uniesione, aby ułatwić drenaż żylny. Na koniec zostanie pobrana próbka krwi żylnej i pomiar masy ciała.

Następnie uczestnicy zostaną przeniesieni do komory kalorymetru bezpośredniego całego ciała, nastawionej na temperaturę 40°C i wilgotność ~10-15%. Warunki te wybrano w celu symulacji szczytowych temperatur występujących podczas fal upałów i są one podobne do szczytowych warunków ostatnich fal upałów w Ameryce Północnej w 2018 r. (Ottawa, Ontario; 34°C i 58%, indeks ciepła: 41°C) , Francja; 38°C i 25%, wskaźnik ciepła: 38°C). Uczestnik będzie odpoczywał spokojnie przez 3 godziny (godziny 1-3) w komorze kalorymetrycznej, podczas gdy produkcja i wymiana ciepła całego ciała będą mierzone w sposób ciągły. Po upływie 3 godzin uczestnik wyjdzie z kalorymetru i ponownie zostanie przeprowadzony krótki zestaw testów sercowo-naczyniowych, po którym nastąpi pomiar masy ciała. Godziny 4-6 spędzimy odpoczywając w upale w komorze termicznej przylegającej do kalorymetru. W tym czasie uczestnicy będą mogli spożyć lekki, we własnym zakresie obiad o niskiej zawartości wody. Woda wodociągowa będzie dostarczana ad libitum przez samoobsługową izolowaną chłodnicę wody umieszczoną w komorze termicznej. Następnie zostanie przeprowadzona kolejna bateria sercowo-naczyniowa, po której nastąpi pomiar masy ciała. Następnie uczestnik ponownie wejdzie do kalorymetru, gdzie spędzą ostatnie 3 godziny (godziny 6-9). Pod koniec tego okresu uczestnicy przejdą czwartą i ostatnią serię testów sercowo-naczyniowych oraz pobiorą ostateczną próbkę krwi żylnej i zmierzą masę ciała.

Analiza statystyczna i obliczenia wielkości próby Zmienne pierwotne i drugorzędne zostaną ocenione przy użyciu liniowych modeli efektów mieszanych. Czas będzie modelowany jako powtarzający się efekt stały wewnątrz podmiotu, a grupa wiekowa będzie modelowana jako efekt stały między podmiotami. Wartości ekspozycji przed rozgrzewką zmiennej wynikowej, płci uczestnika i zgłaszanej przez siebie tygodniowej aktywności fizycznej (min/tydzień, zgodnie z oceną za pomocą GAQ) zostaną uwzględnione jako współzmienne. Identyfikacja uczestników będzie modelowana jako efekt losowy we wszystkich analizach. Kryterium informacyjne Akaike'a zostanie wykorzystane do wyznaczenia efektu losowego oraz struktur wariancji/kowariancji.

Porównania wielokrotne post hoc zostaną wykonane na oszacowanych przez model średnich krańcowych. Biorąc pod uwagę niewielką liczbę porównań dla każdej zmiennej, poprawki na krotność nie będą stosowane. Homoskedastyczność zostanie oceniona dla wszystkich modeli poprzez wizualną ocenę wykresów resztkowych. Przybliżony rozkład normalny reszt zostanie oceniony poprzez wizualną kontrolę histogramów i wykresów Q-Q. Dane zostaną przekształcone logarytmicznie w przypadku, gdy rozkład reszt znacząco odbiega od normalności. Dla wszystkich analiz współczynnik alfa zostanie ustawiony na 0,050. Statystyki opisowe zostaną przedstawione jako średnie i odchylenia standardowe. Porównania między grupami i/lub punktami czasowymi zostaną przedstawione jako średnie i 95% przedziały ufności [dolna granica, górna granica].

Analiza mocy a priori wykazała, że ​​całkowita wielkość próby 19 młodych i 19 starszych dorosłych była wymagana do wykrycia różnicy w szybkości magazynowania ciepła w całym ciele między grupami na koniec każdej sesji kalorymetrycznej (tj. godziny 3 i 9) z 80% mocą statystyczną. Zamiast danych istotnych klinicznie (tj. tego, co można by uznać za klinicznie znaczącą zmianę w magazynowaniu ciepła w całym ciele), wystandaryzowaną wielkość efektu (d=1,06 Cohena) obliczono na podstawie różnicy w szybkości magazynowania ciepła w całym ciele między młodymi i starszymi dorosłymi w ciągu ostatnich 30 minut 3-godzinnego protokołu ekspozycji na ciepło (młodzi: -2 [26] kJ/godz., starsi: 43 [54] kJ/godz.) w naszej poprzedniej pracy.

Protokół eksperymentu (Interwencja 2) Projekt eksperymentu Protokół Interwencji 2 jest identyczny z protokołem Interwencji 1, z wyjątkiem tego, że po pierwszej sesji kalorymetrycznej i kolejnej baterii sercowo-naczyniowej uczestnicy opuszczą komorę termiczną i spędzą około 2 godzin (godziny 5-6) odpoczywając w klimatyzowanym pomieszczeniu (~23°C, ~50% wilgotności względnej). Podobnie jak w przypadku Interwencji 1, uczestnicy będą mogli w tym czasie zjeść mały obiad we własnym zakresie i pić wodę (z kranu) ad libitum. Trzecia bateria sercowo-naczyniowa również zostanie przeprowadzona w schłodzonym środowisku. Podobnie jak w Interwencji 1, uczestnicy ponownie wejdą do kalorymetru na ostatnie 3 godziny, gdzie będą odpoczywać w upale przez pozostałą część sesji eksperymentalnej.

Analiza statystyczna i obliczenia wielkości próby Analiza statystyczna dla Interwencji 2 zostanie przeprowadzona w celu oceny, czy narażenie w ciągu dnia na chłodzone pomieszczenie powoduje większe magazynowanie ciepła ciała po narażeniu, tak że reakcje fizjologiczne są podobne do tych w grupie niechłodzonej pod koniec 9-godzinnej symulacji fali upałów. Skumulowane magazynowanie ciepła w całym ciele zostanie ocenione przy użyciu liniowego modelu efektów mieszanych z grupą eksperymentalną modelowaną jako stały efekt międzyosobniczy. Skumulowane magazynowanie ciepła w ciągu pierwszych trzech godzin 9-godzinnej ekspozycji zostanie uwzględnione jako współzmienna, aby uwzględnić wpływ wszelkich czynników między- lub wewnątrzosobniczych (np. płeć, poziom aktywności fizycznej), mierzonych lub niezmierzonych, wpływających na całość - wymiana i magazynowanie ciepła ciała. Porównania magazynowania ciepła między grupami zostaną wykonane przy użyciu modelowych estymowanych średnich krańcowych.

Temperatura wewnętrzna ciała, oszacowana na podstawie temperatury w odbycie (główny wynik), zostanie przeanalizowana za pomocą liniowego modelu efektów mieszanych z grupą eksperymentalną (dwa poziomy: ochłodzenie i brak ochłodzenia) modelowaną jako stały efekt między podmiotami i czas jako powtarzający się w ciągu -efekt stały podmiotu (0-, 1-, 2- i 3-godzinna interwencja po schłodzeniu). Podobnie jak w przypadku modelu magazynowania ciepła, temperatura w odbycie pod koniec pierwszej sesji kalorymetrycznej (tj. w 3. godzinie 9-godzinnej ekspozycji) zostanie uwzględniona jako współzmienna w celu uwzględnienia wpływu wszelkich mierzonych lub niezmierzonych między- lub wewnątrz- indywidualne czynniki wpływające na reakcję temperatury ciała na spoczynkową ekspozycję na ciepło.

Wpływ chłodzenia na temperaturę w odbycie zostanie następnie oceniony za pomocą dwóch jednostronnych testów przeprowadzonych na oszacowanych średnich krańcowych uzyskanych z modelu efektów mieszanych w każdym punkcie czasowym. Granice równoważności zostaną ustalone na ±0,3°C, co odpowiada typowym dziennym wahaniom temperatury wewnętrznej i sugerowano, że odzwierciedla znaczącą/wykrywalną zmianę temperatury ciała w niedawnym badaniu oceniającym wpływ strategii chłodzenia na napięcie fizjologiczne u młodych dorosłych. Zmienne drugorzędne zostaną ocenione podobnie. Poziom istotności zostanie ustalony na P < 0,050. Statystyki opisowe zostaną przedstawione jako średnia (odchylenie standardowe), a porównania między grupami jako średnia ± 95% przedział ufności.

Analiza mocy a priori wykazała, że ​​całkowita wielkość próby 18 osób starszych w każdej grupie (łącznie 36 uczestników) jest wymagana, aby potwierdzić, czy różnice między grupami w temperaturze w odbytnicy są równoważne w granicach górnych i dolnych granic +0,3°C i -0,3 °C, odpowiednio, z mocą 80%. Odpowiada to wielkości efektu (d Cohena) równej 1,0, opartej na zsumowanym odchyleniu standardowym 0,3°C, określonej na podstawie opublikowanych danych z naszego laboratorium, wykazujących różnicę 0,2°C (SD 0,3) w temperaturze głębokiej między młodymi a starszymi dorosłymi oraz różnica 0,0°C (SD 0,3) w temperaturze głębokiej między starszymi dorosłymi z cukrzycą typu 2 i bez cukrzycy po 3 godzinach odpoczynku w gorącym otoczeniu.