O Papel das Temperaturas Ambientais no Controlo Respiratório
Otimização das Interações Mente-Corpo no Controlo Respiratório Durante Stressores Ambientais Operacionalmente Relevantes
Os combatentes são frequentemente expostos a ambientes e sistemas de suporte vital que aumentam a resistência respiratória e o trabalho respiratório (WOB), como sistemas de geração de oxigénio a bordo de aeronaves e aparelhos respiratórios subaquáticos. O WOB elevado aumenta a perceção de dificuldade respiratória (dispneia) e tem sido associado a um desempenho cognitivo prejudicado, incluindo tempos de reação mais lentos e menor precisão durante tarefas que exigem atenção. Estes efeitos são particularmente preocupantes em cenários operacionais que requerem tomadas de decisão rápidas e respostas motoras precisas.
Apesar do crescente reconhecimento deste problema, permanecem lacunas críticas relativamente a estratégias para mitigar as consequências percetuais e cognitivas da resistência inspiratória elevada, especialmente sob stressores operacionais realistas. O objetivo deste estudo é determinar se a exposição de indivíduos a stress térmico altera a perceção respiratória e o desempenho cognitivo durante a resistência inspiratória. Os participantes realizarão respiração com resistência inspiratória em condições termoneutras, de calor e de frio para determinar se o stress térmico amplifica o WOB, a perceção respiratória e o défice cognitivo.
Visão geral do estudo
Status
Condições
Descrição detalhada
Os combatentes frequentemente enfrentam fatores de stress térmico que aumentam o WOB, mesmo com sistemas de suporte de vida em funcionamento. Tanto o stress pelo frio como pelo calor elevam o WOB independentemente, sem exigir um aumento da resistência inspiratória. O stress pelo frio estimula a ventilação e provoca uma resposta bronquiolar bifásica: inalar ar frio durante a hiperventilação leva a uma broncodilatação inicial seguida de broncoconstrição, apertando os bronquíolos e aumentando a resistência do fluxo de ar, e, portanto, o WOB. Os combatentes também estão expostos a calor extremo e a hiperventilação induzida por hipertermia ocorre quando a temperatura corporal central atinge cerca de 38,0°C, correlacionando-se significativamente com o aumento do WOB durante o stress pelo calor. Os combatentes experienciam frequentemente estes fatores de stress ambientais juntamente com uma resistência respiratória elevada, especialmente durante missões de mergulho subaquático em temperaturas variáveis ou em aeronaves de alto desempenho com OBOGs expostos a calor extremo.
Existe uma lacuna crítica de conhecimento sobre se a alta resistência inspiratória combinada com o stress térmico amplifica o WOB, alterando a perceção da respiração e as respostas cognitivas e fisiológicas. O estudo investigará o WOB, a perceção da respiração, a função cognitiva e as respostas fisiológicas sob a combinação de resistência inspiratória e stress térmico (termoneutro, calor e frio). Hipótese-se que o WOB aumentará durante o stress pelo calor e pelo frio, resultando em maiores perceções de dificuldade respiratória e diminuição do desempenho cognitivo em comparação com as condições termoneutras.
Os participantes completarão 4 visitas de estudo: uma visita de rastreio/familiarização (Dia de Estudo 0) seguida por três visitas experimentais (Dia de Estudo 1, Dia 2 e Dia 3). Será instruído aos participantes que evitem cafeína, álcool, medicação estimulante, medicação para dor/anti-inflamatória, cannabis e produtos relacionados com cannabis, e exercício vigoroso pelo menos 24 horas antes das visitas experimentais. No Dia de Estudo 0, os participantes completarão uma breve tarefa de respiração de familiarização na qual respirarão durante 10 minutos através de um orifício de 8-10 mm na extremidade de um dispositivo personalizado, gerando uma resistência inspiratória predeterminada de 6-9,5 centímetros de água por litro por segundo (cmH2O/L/s). Durante a tarefa de respiração, serão medidas as respostas da atividade vascular cerebral, cardiovascular e autonómica. A cada 5 minutos durante o teste de respiração, será pedido aos participantes que classifiquem a intensidade e o desconforto da respiração, e realizem uma manobra de capacidade inspiratória. As avaliações cognitivas serão administradas a cada 10 minutos. Após a tarefa de respiração, os participantes completarão testes de função pulmonar e dos músculos respiratórios.
Antes das visitas experimentais, os participantes serão randomizados para a ordem em que são expostos às condições de intervenção (quente, frio ou termoneutro). À chegada, será colocada uma sonda esofágica para medir a pressão em torno do coração e dos pulmões. Os participantes serão então colocados numa câmara ambiental (para controlar a humidade) enquanto usam um fato especial que permite a circulação de água a diferentes temperaturas através de tubos, o que os exporá às condições de temperatura durante aproximadamente 30 minutos antes do início das tarefas de respiração completas. Durante as condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara definida a 24°C e 40% de humidade ambiente. Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara definida a 4°C e 10% de humidade ambiente. A tarefa de respiração começará quando a temperatura esofágica atingir -1°C e -2°C em relação à temperatura esofágica basal. Durante a condição de calor, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara definida a 40°C e 40% de humidade ambiente. A tarefa de respiração começará quando a temperatura esofágica atingir +1°C e +2°C em relação à temperatura esofágica basal. Em cada visita experimental, os participantes completarão uma tarefa de respiração completa, na qual inspiram contra uma carga resistiva predeterminada durante 60 minutos. A monitorização biométrica será realizada continuamente, e as avaliações cognitivas e as classificações dos participantes durante as tarefas de respiração serão realizadas aos 45 e 90 minutos da exposição à condição. Um período de washout de 7 dias será observado entre as visitas experimentais.
Tipo de estudo
Inscrição (Estimado)
Estágio
- Não aplicável
Contactos e Locais
Contato de estudo
- Nome: Timothy D Mickleborough, PhD
- Número de telefone: 812-855-0753
- E-mail: tmickleb@iu.edu
Locais de estudo
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Indiana
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Bloomington, Indiana, Estados Unidos, 47405
- Multidisciplinary Engineering and Sciences Hall (MESH)
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Contato:
- Scott M Clarke
- Número de telefone: 812-856-3244
- E-mail: scotclar@iu.edu
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Contato:
- Zachary J Schalder, PhD
- Número de telefone: 812-855-6953
- E-mail: zschlade@iu.edu
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Investigador principal:
- Timothy D Mickleborough, PhD
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Critérios de participação
Critérios de elegibilidade
Idades elegíveis para estudo
- Adulto
Aceita Voluntários Saudáveis
Descrição
Critérios de Inclusão:
- Entre os 18 e os 40 anos de idade.
- Falar e ler inglês.
- Atividade semanal auto-reportada de pelo menos 120 minutos/semana de exercício de alta intensidade nos últimos 2 anos.
- Função pulmonar normal avaliada por um volume expiratório forçado no primeiro segundo sobre a capacidade vital forçada (VEF1/CVF) em repouso > 75% do previsto.
- Função cognitiva normal avaliada através do teste de função cognitiva de Montreal [18].
- Índice de massa corporal (IMC) ≤ 35 kg/m².
- Mulheres com um ciclo menstrual regular que varia entre 21-35 dias (eumenorreia).
Critérios de Exclusão:
- Histórico de tabagismo ou tabagismo recreativo, doença cardiovascular, doença renal, doença pulmonar (incluindo asma ou asma induzida por exercício), doença neurológica e doença metabólica.
- Estão grávidas ou poderiam possivelmente estar grávidas por auto-relato.
- São daltónicas.
- Alergia ou hipersensibilidade conhecida ao látex.
- Tomam inibidores seletivos da recaptação da serotonina, medicação estimulante, antibióticos e consomem cronicamente medicação para a dor (Aleve, Tylenol, etc.).
- Pressão arterial em repouso > 130mmHg sistólica ou 90 mmHg diastólica e/ou frequência cardíaca em repouso > 100 bpm.
- Mulheres com ciclos menstruais irregulares (oligomenorreia) que variam entre 36-90 dias, e mulheres com ausência de ciclo menstrual (amenorreia).
- Tomam contracetivos com o único propósito de parar a menstruação (ex., DIU Mirena).
Plano de estudo
Como o estudo é projetado?
Detalhes do projeto
- Finalidade Principal: Ciência básica
- Alocação: Randomizado
- Modelo Intervencional: Atribuição cruzada
- Mascaramento: Nenhum (rótulo aberto)
Armas e Intervenções
Grupo de Participantes / Braço |
Intervenção / Tratamento |
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Comparador Ativo: Temperatura termoneutra, depois Temperatura fria, depois Temperatura quente
Os participantes completarão 3 visitas experimentais nas quais realizarão uma tarefa de respiração sob uma condição de temperatura atribuída.
A ordem de exposição às condições será atribuída através de randomização. |
Durante condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através de um fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 24°C e 40% de humidade ambiente.
Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 4°C e 10% de humidade ambiente.
Durante a condição quente, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 40°C e 40% de humidade do ambiente.
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Comparador Ativo: Temperatura termoneutra, depois Manter temperatura, depois Temperatura do berço
Os participantes completarão 3 visitas experimentais, durante as quais realizarão uma tarefa de respiração sob uma condição de temperatura atribuída.
A ordem de exposição às condições será atribuída através de randomização.
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Durante condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através de um fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 24°C e 40% de humidade ambiente.
Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 4°C e 10% de humidade ambiente.
Durante a condição quente, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 40°C e 40% de humidade do ambiente.
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Comparador Ativo: Temperatura fria, depois Temperatura termoneutra, depois Temperatura quente
Os participantes realizarão 3 visitas experimentais, durante as quais completarão uma tarefa respiratória sob uma condição de temperatura atribuída.
A ordem de exposição às condições será atribuída através de randomização.
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Durante condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através de um fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 24°C e 40% de humidade ambiente.
Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 4°C e 10% de humidade ambiente.
Durante a condição quente, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 40°C e 40% de humidade do ambiente.
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Comparador Ativo: Temperatura fria, depois Temperatura quente, depois Temperatura termoneutra
Os participantes completarão 3 visitas experimentais, durante as quais realizarão uma tarefa de respiração sob uma condição de temperatura atribuída.
A ordem de exposição às condições será atribuída através de randomização.
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Durante condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através de um fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 24°C e 40% de humidade ambiente.
Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 4°C e 10% de humidade ambiente.
Durante a condição quente, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 40°C e 40% de humidade do ambiente.
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Comparador Ativo: Temperatura Quente, depois Temperatura Termoneutra, depois Temperatura Fria
Os participantes completarão 3 visitas experimentais durante as quais realizarão uma tarefa de respiração sob uma condição de temperatura atribuída.
A ordem de exposição às condições será atribuída através de randomização.
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Durante condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através de um fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 24°C e 40% de humidade ambiente.
Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 4°C e 10% de humidade ambiente.
Durante a condição quente, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 40°C e 40% de humidade do ambiente.
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Comparador Ativo: Temperatura quente, depois Temperatura fria, depois Temperatura termoneutra
Os participantes completarão 3 visitas experimentais, nas quais realizarão uma tarefa de respiração sob uma condição de temperatura atribuída.
A ordem de exposição às condições será atribuída por randomização.
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Durante condições termoneutras, água a 34°C será perfundida através de um fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 24°C e 40% de humidade ambiente.
Durante a condição de frio, água a 4°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 4°C e 10% de humidade ambiente.
Durante a condição quente, água a 50°C será perfundida através do fato especial enquanto os participantes descansam na câmara ajustada para 40°C e 40% de humidade do ambiente.
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O que o estudo está medindo?
Medidas de resultados primários
Medida de resultado |
Descrição da medida |
Prazo |
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Alteração no Desempenho de Tempo no Teste Stroop de Palavras e Cores
Prazo: Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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O tempo de desempenho no Teste Stroop de Cor-Palavra (min:seg) será medido a cada 45 minutos durante cada tarefa de respiração experimental.
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Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Alteração no Desempenho de Erros no Teste de Stroop Color-Word
Prazo: Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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O número de erros no Teste de Stroop Color-Word será medido a cada 45 minutos em cada tarefa de respiração experimental.
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Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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Alteração na Percepção da Intensidade da Dispneia
Prazo: Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Os participantes irão avaliar a perceção da intensidade da dispneia (respiração) numa escala analógica visual (VAS) a cada 45 minutos durante cada tarefa respiratória.
O participante irá desenhar uma linha marcadora vertical numa linha horizontal (100 mm), indicando a sua perceção respiratória desde "não percetível" (0 mm) até "intensidade máxima imaginável" (100 mm).
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Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Alteração na Perceção do Desconforto da Dispneia
Prazo: Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Os participantes avaliarão a perceção de dispneia (respiração) desagradável numa escala visual analógica (VAS) a cada 45 minutos durante cada tarefa respiratória.
O participante desenhará uma linha marcadora vertical numa linha horizontal (100 mm), indicando a sua perceção respiratória de "não desagradável" (0 mm) a "desagrado máximo imaginável" (100 mm).
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Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Medidas de resultados secundários
Medida de resultado |
Descrição da medida |
Prazo |
|---|---|---|
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Alteração na Espessura do Diafragma
Prazo: Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração de aproximadamente 90 minutos)
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A espessura do diafragma será medida através de ecografia Doppler do espaço da 10.ª/11.ª costela durante a capacidade residual funcional (FRC; repouso) e no final da inspiração, bem como durante o teste de pressão inspiratória máxima (MIP) a partir do FRC antes e depois de cada condição.
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Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração de aproximadamente 90 minutos)
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Alteração na Variabilidade da Frequência Cardíaca
Prazo: Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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A variabilidade da frequência cardíaca (batimentos por minuto) será medida continuamente durante cada tarefa respiratória através de eletrocardiograma (ECG) de 3 derivações.
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Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Alteração na Saturação Periférica de Oxigénio
Prazo: Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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A saturação periférica de oxigénio será medida continuamente durante cada tarefa respiratória através da oximetria de pulso.
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Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Alteração da Pressão Arterial - Artéria Braquial
Prazo: Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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A pressão arterial será medida a cada 10 minutos durante cada tarefa respiratória através de um manguito padrão de pressão arterial e auscultação da artéria braquial.
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Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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Alteração na Pressão Arterial - Fotopletismografia Digital
Prazo: Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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A pressão arterial será medida continuamente durante cada tarefa respiratória através de fotopletismografia digital.
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Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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Alteração da Frequência Cardíaca
Prazo: Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração de aproximadamente 90 minutos)
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A Frequência Cardíaca será medida continuamente durante cada tarefa respiratória por eletrocardiograma (ECG) de 3 derivações.
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Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração de aproximadamente 90 minutos)
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Alteração na Cinética do Oxigénio Sanguíneo Cerebral
Prazo: Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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A oxihemoglobina e a desoxihemoglobina (captação/extração, uM) serão medidas continuamente através de espectroscopia de infravermelho próximo (NIRS) do córtex pré-frontal durante cada tarefa respiratória.
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Antes e depois de cada tarefa de respiração nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com aproximadamente 90 minutos de duração)
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Alteração na Velocidade do Sangue Cerebral
Prazo: Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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O ultrassom Doppler transcraniano bilateral será utilizado para medir continuamente a velocidade do fluxo sanguíneo nas artérias cerebral média e posterior durante cada tarefa respiratória.
Os transdutores de ultrassom serão colocados em ambos os lados da cabeça nas janelas temporais e as posições serão fixadas usando um suporte de transdutor.
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Antes e depois de cada tarefa respiratória nos Dias 1, 2, 3 (cada uma com duração aproximada de 90 minutos)
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Colaboradores e Investigadores
Patrocinador
Colaboradores
Datas de registro do estudo
Datas Principais do Estudo
Início do estudo (Estimado)
Conclusão Primária (Estimado)
Conclusão do estudo (Estimado)
Datas de inscrição no estudo
Enviado pela primeira vez
Enviado pela primeira vez que atendeu aos critérios de CQ
Primeira postagem (Real)
Atualizações de registro de estudo
Última Atualização Postada (Real)
Última atualização enviada que atendeu aos critérios de controle de qualidade
Última verificação
Mais Informações
Termos relacionados a este estudo
Outros números de identificação do estudo
- 28381 - Aim 3
- FOAAFRLAFOSR20240007 (Número de outro subsídio/financiamento: Air Force Office of Scientific Research)
Plano para dados de participantes individuais (IPD)
Planeja compartilhar dados de participantes individuais (IPD)?
Descrição do plano IPD
Informações sobre medicamentos e dispositivos, documentos de estudo
Estuda um medicamento regulamentado pela FDA dos EUA
Estuda um produto de dispositivo regulamentado pela FDA dos EUA
produto fabricado e exportado dos EUA
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