Rola Temperatur Środowiskowych w Kontroli Oddychania

Żołnierze często napotykają stresory termiczne, które zwiększają WOB, nawet przy obecnych systemach podtrzymywania życia. Zarówno stres zimna, jak i ciepła, niezależnie zwiększają WOB, bez konieczności zwiększania oporu wdechowego. Stres zimna stymuluje wentylację i powoduje dwufazową odpowiedź oskrzelików: wdychanie zimnego powietrza podczas hiperwentylacji prowadzi do początkowego rozszerzenia oskrzeli, a następnie do ich skurczu, zaciskając oskrzeliki i zwiększając opór przepływu powietrza, a tym samym WOB. Żołnierze są również narażeni na ekstremalne ciepło, a hiperwentylacja wywołana hipertermią występuje, gdy temperatura rdzenia ciała osiągnie około 38,0°C, co znacząco koreluje ze zwiększonym WOB podczas stresu cieplnego. Żołnierze często doświadczają tych środowiskowych stresorów wraz z podwyższonym oporem oddechowym, szczególnie podczas misji nurkowych w zmiennych temperaturach lub w wysokowydajnych samolotach z OBOGs narażonych na ekstremalne ciepło.

Istnieje istotna luka w wiedzy dotycząca tego, czy wysoki opór wdechowy połączony ze stresem termicznym wzmacnia WOB, zmieniając postrzeganie oddychania oraz reakcje poznawcze i fizjologiczne. Badanie zbada WOB, postrzeganie oddychania, funkcje poznawcze i reakcje fizjologiczne pod wpływem połączonego oporu wdechowego i stresu termicznego (termoneutralny, ciepło i zimno). Postawiono hipotezę, że WOB wzrośnie podczas stresu cieplnego i zimna, co spowoduje większe postrzeganie trudności w oddychaniu i zmniejszoną wydajność poznawczą w porównaniu z warunkami termoneutralnymi.

Uczestnicy ukończą 4 wizyty badawcze: wizytę przesiewową/zapoznawczą (Dzień Badania 0), a następnie trzy wizyty eksperymentalne (Dzień Badania 1, Dzień 2 i Dzień 3). Uczestnicy otrzymają instrukcje, aby unikać kofeiny, alkoholu, leków pobudzających, leków przeciwbólowych/przeciwzapalnych, konopi i produktów związanych z konopiami oraz intensywnych ćwiczeń przez co najmniej 24 godziny przed wizytami eksperymentalnymi. W Dniu Badania 0 uczestnicy wykonają krótkie zadanie oddechowe zapoznawcze, w którym będą oddychać przez 10 minut przez otwór o średnicy 8-10 mm na końcu dostosowanego urządzenia, generując wstępnie określony opór wdechowy wynoszący 6-9,5 centymetra słupa wody na litr na sekundę (cmH2O/L/s). Podczas zadania oddechowego będą mierzone reakcje naczyniowe mózgowe, sercowo-naczyniowe i autonomiczne. Co 5 minut podczas testu oddechowego uczestnicy będą proszeni o ocenę intensywności i nieprzyjemności oddychania oraz wykonanie manewru pojemności wdechowej. Oceny poznawcze będą przeprowadzane co 10 minut. Po zadaniu oddechowym uczestnicy wykonają testy funkcji płuc i mięśni oddechowych.

Przed wizytami eksperymentalnymi uczestnicy zostaną losowo przydzieleni do kolejności, w jakiej będą narażeni na warunki interwencyjne (gorąco, zimno lub termoneutralne). Po przybyciu zostanie umieszczony balon przełykowy w celu pomiaru ciśnienia wokół serca i płuc. Następnie uczestnicy zostaną umieszczeni w komorze środowiskowej (w celu kontroli wilgotności) w specjalnym kombinezonie, który umożliwia przepływ wody o różnych temperaturach przez rurki, co narazi ich na warunki temperaturowe przez około 30 minut przed rozpoczęciem pełnych zadań oddechowych. W warunkach termoneutralnych przez kombinezon będzie przepływać woda o temperaturze 34°C, podczas gdy uczestnicy będą odpoczywać w komorze ustawionej na 24°C i 40% wilgotności pomieszczenia. W warunkach zimna przez kombinezon będzie przepływać woda o temperaturze 4°C, podczas gdy uczestnicy będą odpoczywać w komorze ustawionej na 4°C i 10% wilgotności pomieszczenia. Zadanie oddechowe rozpocznie się, gdy temperatura przełyku osiągnie -1°C i -2°C względem wyjściowej temperatury przełyku. W warunkach gorąca przez kombinezon będzie przepływać woda o temperaturze 50°C, podczas gdy uczestnicy będą odpoczywać w komorze ustawionej na 40°C i 40% wilgotności pomieszczenia. Zadanie oddechowe rozpocznie się, gdy temperatura przełyku osiągnie +1°C i +2°C względem wyjściowej temperatury przełyku. Na każdej wizycie eksperymentalnej uczestnicy wykonają pełne zadanie oddechowe, w którym będą wdychać przeciwko wstępnie określonemu obciążeniu oporowemu przez 60 minut. Monitorowanie biometryczne będzie prowadzone w sposób ciągły, a oceny poznawcze i oceny uczestników podczas zadań oddechowych będą przeprowadzane po 45 i 90 minutach ekspozycji na warunki. Między wizytami eksperymentalnymi będzie przestrzegany 7-dniowy okres wypłukiwania.