Роль температуры окружающей среды в регуляции дыхания
Оптимизация взаимодействия разума и тела в контроле дыхания во время операционно значимых экологических стрессоров
Военнослужащие часто подвергаются воздействию сред и систем жизнеобеспечения, которые увеличивают сопротивление дыханию и работу дыхания (WOB), таких как бортовые системы генерации кислорода на самолетах и подводные дыхательные аппараты. Повышенная WOB усиливает восприятие затрудненного дыхания (одышки) и была связана с ухудшением когнитивных функций, включая замедленное время реакции и снижение точности во время задач, требующих внимания. Эти эффекты особенно вызывают беспокойство в оперативных условиях, требующих быстрого принятия решений и точных двигательных реакций.
Несмотря на растущее осознание этой проблемы, остаются серьезные пробелы в отношении стратегий смягчения перцептивных и когнитивных последствий повышенного инспираторного сопротивления, особенно в условиях реальных операционных стрессоров. Целью данного исследования является определение, изменяет ли воздействие теплового стресса на людей восприятие дыхания и когнитивные функции во время инспираторного сопротивления. Участники будут выполнять дыхание с инспираторным сопротивлением в термонейтральных, тепловых и холодных условиях, чтобы определить, усиливает ли тепловой стресс WOB, восприятие дыхания и когнитивные нарушения.
Обзор исследования
Статус
Условия
Подробное описание
Военнослужащие часто сталкиваются с термическими стрессорами, которые увеличивают WOB, даже при наличии систем жизнеобеспечения. Как холод, так и тепловой стресс независимо повышают WOB, не требуя увеличения инспираторного сопротивления. Холодовой стресс стимулирует вентиляцию и вызывает двухфазный бронхиолярный ответ: вдыхание холодного воздуха во время гипервентиляции приводит к начальной бронходилатации с последующей бронхоконстрикцией, сужая бронхиолы и увеличивая сопротивление воздушному потоку, а следовательно, и WOB. Военнослужащие также подвергаются воздействию экстремальной жары, и гипертермия-индуцированная гипервентиляция возникает, когда температура ядра тела достигает около 38,0°C, что значимо коррелирует с увеличением WOB во время теплового стресса. Военнослужащие часто испытывают эти экологические стрессоры наряду с повышенным дыхательным сопротивлением, особенно во время подводных погружений в различных температурах или в высокопроизводительных самолетах с OBOG, подвергающихся экстремальной жаре.
Существует критический пробел в знаниях относительно того, усиливает ли высокое инспираторное сопротивление в сочетании с термическим стрессом WOB, изменяя восприятие дыхания, а также когнитивные и физиологические реакции. Исследование будет изучать WOB, восприятие дыхания, когнитивную функцию и физиологические реакции при комбинированном инспираторном сопротивлении и термическом стрессе (термонейтральный, тепловой и холодный). Выдвигается гипотеза, что WOB будет увеличиваться во время теплового и холодового стресса, что приведет к большему восприятию затрудненного дыхания и снижению когнитивной производительности по сравнению с термонейтральными условиями.
Участники пройдут 4 визита исследования: скрининговый/ознакомительный визит (День исследования 0), за которым последуют три экспериментальных визита (День исследования 1, День 2 и День 3). Участникам будет дано указание избегать употребления кофеина, алкоголя, стимулирующих лекарств, обезболивающих/противовоспалительных препаратов, каннабиса и связанных с ним продуктов, а также интенсивных физических упражнений как минимум за 24 часа до экспериментальных визитов. В День исследования 0 участники выполнят короткое ознакомительное дыхательное задание, в ходе которого они будут дышать в течение 10 минут через отверстие диаметром 8-10 мм на конце специального устройства, создавая предопределенное инспираторное сопротивление 6-9,5 сантиметров водяного столба на литр в секунду (см вод. ст./л/с). Во время дыхательного задания будут измеряться реакции церебральных сосудов, сердечно-сосудистой системы и вегетативной активности. Каждые 5 минут во время дыхательного теста участников будут просить оценить интенсивность и неприятность дыхания, а также выполнить маневр инспираторной емкости. Когнитивные оценки будут проводиться каждые 10 минут. После дыхательного задания участники пройдут тесты функции легких и дыхательных мышц.
Перед экспериментальными визитами участники будут рандомизированы относительно порядка, в котором они подвергаются интервенционным условиям (горячее, холодное или термонейтральное). По прибытии будет установлен пищеводный баллон для измерения давления вокруг сердца и легких. Затем участники будут помещены в климатическую камеру (для контроля влажности) в специальном костюме, который позволяет циркулировать воде разной температуры по трубкам, что подвергнет их температурным условиям примерно на 30 минут перед началом полномасштабных дыхательных заданий. В термонейтральных условиях через специальный костюм будет перфузироваться вода температурой 34°C, пока участники отдыхают в камере, установленной на 24°C и 40% влажности помещения. В условиях холода через специальный костюм будет перфузироваться вода температурой 4°C, пока участники отдыхают в камере, установленной на 4°C и 10% влажности помещения. Дыхательное задание начнется, когда температура в пищеводе достигнет -1°C и -2°C относительно базовой температуры пищевода. В условиях жары через специальный костюм будет перфузироваться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере, установленной на 40°C и 40% влажности помещения. Дыхательное задание начнется, когда температура в пищеводе достигнет +1°C и +2°C относительно базовой температуры пищевода. На каждом экспериментальном визите участники будут выполнять полномасштабное дыхательное задание, в котором они вдыхают против предопределенного резистивного сопротивления в течение 60 минут. Биометрический мониторинг будет проводиться непрерывно, а когнитивные оценки и оценки участников во время дыхательных заданий будут выполняться на 45-й и 90-й минутах воздействия условий. Между экспериментальными визитами будет соблюдаться 7-дневный период вымывания.
Тип исследования
Регистрация (Оцененный)
Фаза
- Непригодный
Контакты и местонахождение
Контакты исследования
- Имя: Timothy D Mickleborough, PhD
- Номер телефона: 812-855-0753
- Электронная почта: tmickleb@iu.edu
Места учебы
-
-
Indiana
-
Bloomington, Indiana, Соединенные Штаты, 47405
- Multidisciplinary Engineering and Sciences Hall (MESH)
-
Контакт:
- Scott M Clarke
- Номер телефона: 812-856-3244
- Электронная почта: scotclar@iu.edu
-
Контакт:
- Zachary J Schalder, PhD
- Номер телефона: 812-855-6953
- Электронная почта: zschlade@iu.edu
-
Главный следователь:
- Timothy D Mickleborough, PhD
-
-
Критерии участия
Критерии приемлемости
Возраст, подходящий для обучения
- Взрослый
Принимает здоровых добровольцев
Описание
Критерии включения:
- Возраст от 18 до 40 лет.
- Владение английским языком (разговорным и письменным).
- Самоотчет о еженедельной активности не менее 120 минут/неделю высокоинтенсивных упражнений за последние 2 года.
- Нормальная функция легких, оцененная по объему форсированного выдоха за первую секунду к форсированной жизненной емкости легких (ОФВ1/ФЖЕЛ) > 75% от прогнозируемого.
- Нормальная когнитивная функция, оцененная с помощью Монреальского теста когнитивных функций [18].
- Индекс массы тела (ИМТ) ≤ 35 кг/м².
- Женщины с регулярным менструальным циклом продолжительностью от 21 до 35 дней (эуменорея).
Критерии исключения:
- Наличие в анамнезе курения или рекреационного курения, сердечно-сосудистых заболеваний, заболеваний почек, легочных заболеваний (включая астму или астму физического усилия), неврологических заболеваний и метаболических заболеваний.
- Беременность или возможная беременность по самоотчету.
- Дальтонизм.
- Известная аллергия или гиперчувствительность к латексу.
- Прием селективных ингибиторов обратного захвата серотонина, стимулирующих препаратов, антибиотиков и хроническое употребление обезболивающих препаратов (Алив, Тайленол и т.д.).
- Артериальное давление в покое > 130 мм рт.ст. систолическое или 90 мм рт.ст. диастолическое и/или частота пульса в покое > 100 уд/мин.
- Женщины с нерегулярными менструальными циклами (олигоменорея) продолжительностью от 36 до 90 дней и женщины с отсутствием менструального цикла (аменорея).
- Прием противозачаточных средств исключительно с целью прекращения менструаций (например, внутриматочная спираль Мирена).
Учебный план
Как устроено исследование?
Детали дизайна
- Основная цель: Фундаментальная наука
- Распределение: Рандомизированный
- Интервенционная модель: Назначение кроссовера
- Маскировка: Нет (открытая этикетка)
Оружие и интервенции
Группа участников / Армия |
Вмешательство/лечение |
|---|---|
|
Активный компаратор: Термонейтральная температура, затем Холодная температура, затем Горячая температура
Участники пройдут 3 экспериментальных визита, во время которых они будут выполнять дыхательное задание при назначенном температурном режиме.
Порядок воздействия условий будет назначен посредством рандомизации.
|
При термонейтральных условиях вода температурой 34°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на температуру 24°C и влажность воздуха 40%.
Во время холодного условия вода температурой 4°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на 4°C и 10% влажности в помещении.
Во время горячего режима через специальный костюм будет пропускаться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере с температурой 40°C и влажностью воздуха 40%.
|
|
Активный компаратор: Термонейтральная температура, затем Удерживать температуру, затем Температура кроватки
Участники пройдут 3 экспериментальных визита, во время которых они будут выполнять дыхательное задание при назначенном температурном режиме.
Порядок воздействия условий будет назначен посредством рандомизации.
|
При термонейтральных условиях вода температурой 34°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на температуру 24°C и влажность воздуха 40%.
Во время холодного условия вода температурой 4°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на 4°C и 10% влажности в помещении.
Во время горячего режима через специальный костюм будет пропускаться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере с температурой 40°C и влажностью воздуха 40%.
|
|
Активный компаратор: Холодная температура, затем Термонейтральная температура, затем Горячая температура
Участники пройдут 3 экспериментальных визита, в ходе которых они будут выполнять дыхательное задание при назначенном температурном режиме.
Порядок воздействия условий будет назначен посредством рандомизации. |
При термонейтральных условиях вода температурой 34°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на температуру 24°C и влажность воздуха 40%.
Во время холодного условия вода температурой 4°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на 4°C и 10% влажности в помещении.
Во время горячего режима через специальный костюм будет пропускаться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере с температурой 40°C и влажностью воздуха 40%.
|
|
Активный компаратор: Холодная температура, затем Горячая температура, затем Термонейтральная температура
Участники пройдут 3 экспериментальных визита, на которых они будут выполнять дыхательное задание при назначенном температурном режиме.
Последовательность воздействия условий будет назначена посредством рандомизации.
|
При термонейтральных условиях вода температурой 34°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на температуру 24°C и влажность воздуха 40%.
Во время холодного условия вода температурой 4°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на 4°C и 10% влажности в помещении.
Во время горячего режима через специальный костюм будет пропускаться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере с температурой 40°C и влажностью воздуха 40%.
|
|
Активный компаратор: Горячая температура, затем Термонейтральная температура, затем Холодная температура
Участники пройдут 3 экспериментальных визита, в ходе которых они будут выполнять дыхательное задание при назначенном температурном режиме.
Порядок воздействия условий будет назначен посредством рандомизации.
|
При термонейтральных условиях вода температурой 34°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на температуру 24°C и влажность воздуха 40%.
Во время холодного условия вода температурой 4°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на 4°C и 10% влажности в помещении.
Во время горячего режима через специальный костюм будет пропускаться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере с температурой 40°C и влажностью воздуха 40%.
|
|
Активный компаратор: Высокая температура, затем Низкая температура, затем Термонейтральная температура
Участники выполнят 3 экспериментальных визита, на каждом из которых они будут выполнять дыхательное задание при назначенном температурном режиме.
Порядок воздействия условий будет назначен посредством рандомизации.
|
При термонейтральных условиях вода температурой 34°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на температуру 24°C и влажность воздуха 40%.
Во время холодного условия вода температурой 4°C будет пропускаться через специальный костюм, пока участники отдыхают в камере, настроенной на 4°C и 10% влажности в помещении.
Во время горячего режима через специальный костюм будет пропускаться вода температурой 50°C, пока участники отдыхают в камере с температурой 40°C и влажностью воздуха 40%.
|
Что измеряет исследование?
Первичные показатели результатов
Мера результата |
Мера Описание |
Временное ограничение |
|---|---|---|
|
Изменение времени выполнения теста Струпа
Временное ограничение: Перед и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью примерно 90 минут)
|
Время выполнения теста Струпа на цвет и слово (мин:сек) будет измеряться каждые 45 минут в ходе каждого экспериментального дыхательного задания.
|
Перед и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение показателей ошибок в тесте Струпа на цвет и слово
Временное ограничение: Перед и после каждого дыхательного задания в Дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
Количество ошибок в тесте Струпа на цвет и слово будет измеряться каждые 45 минут в ходе каждого экспериментального задания на дыхание.
|
Перед и после каждого дыхательного задания в Дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение восприятия интенсивности одышки
Временное ограничение: Перед и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью примерно 90 минут)
|
Участники будут оценивать восприятие интенсивности одышки (дыхания) по визуальной аналоговой шкале (ВАШ) каждые 45 минут во время каждого дыхательного задания.
Участник проведет вертикальную маркерную линию на горизонтальной линии (100 мм), указывая свое восприятие дыхания от «незаметно» (0 мм) до «максимально возможной интенсивности» (100 мм).
|
Перед и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение восприятия неприятности одышки
Временное ограничение: До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
Участники будут оценивать восприятие неприятности одышки (дыхания) по визуальной аналоговой шкале (ВАШ) каждые 45 минут во время каждого дыхательного задания.
Участник проведет вертикальную маркерную линию на горизонтальной линии (100 мм), указывая свое восприятие дыхания от «не неприятно» (0 мм) до «максимально вообразимой неприятности» (100 мм).
|
До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
Вторичные показатели результатов
Мера результата |
Мера Описание |
Временное ограничение |
|---|---|---|
|
Изменение толщины диафрагмы
Временное ограничение: До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
Толщина диафрагмы будет измеряться с помощью допплеровского ультразвука в 10-м/11-м межреберном промежутке при функциональной остаточной емкости (ФОЕ; покой) и в конце вдоха, а также во время теста максимального инспираторного давления (МИД) от ФОЕ до и после каждого состояния.
|
До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение вариабельности сердечного ритма
Временное ограничение: До и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью примерно 90 минут)
|
Вариабельность сердечного ритма (ударов в минуту) будет непрерывно измеряться во время каждого дыхательного задания с помощью 3-канального электрокардиографа (ЭКГ).
|
До и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение периферической сатурации кислорода
Временное ограничение: До и после каждого дыхательного задания в Дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
Периферическая сатурация кислорода будет непрерывно измеряться во время каждой дыхательной задачи с помощью пульсоксиметрии.
|
До и после каждого дыхательного задания в Дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение артериального давления - плечевая артерия
Временное ограничение: До и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью приблизительно 90 минут)
|
Артериальное давление будет измеряться каждые 10 минут во время каждой дыхательной задачи с помощью стандартной манжеты для измерения артериального давления и аускультации плечевой артерии.
|
До и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью приблизительно 90 минут)
|
|
Изменение артериального давления - фотоплетизмография пальца
Временное ограничение: До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое длится приблизительно 90 минут)
|
Артериальное давление будет непрерывно измеряться во время каждой дыхательной задачи с помощью фотоплетизмографии пальца.
|
До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое длится приблизительно 90 минут)
|
|
Изменение частоты сердечных сокращений
Временное ограничение: До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
Частота сердечных сокращений будет непрерывно измеряться во время каждой дыхательной задачи с помощью 3-канального электрокардиографа (ЭКГ).
|
До и после каждого дыхательного задания в дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью примерно 90 минут)
|
|
Изменение кинетики церебрального кровоснабжения кислородом
Временное ограничение: До и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью приблизительно 90 минут)
|
Оксигемоглобин и дезоксигемоглобин (поглощение/извлечение, мкМ) будут непрерывно измеряться с помощью ближней инфракрасной спектроскопии (БИКС) префронтальной коры во время каждого дыхательного задания.
|
До и после каждой дыхательной задачи в дни 1, 2, 3 (каждая продолжительностью приблизительно 90 минут)
|
|
Изменение скорости мозгового кровотока
Временное ограничение: До и после каждого дыхательного задания в Дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью приблизительно 90 минут)
|
Двусторонняя транскраниальная допплерография будет использоваться для непрерывного измерения скорости кровотока в средней и задней мозговых артериях во время каждого дыхательного задания.
Ультразвуковые преобразователи будут размещены по обеим сторонам головы на височных окнах, а их положение будет зафиксировано с помощью держателя преобразователя.
|
До и после каждого дыхательного задания в Дни 1, 2, 3 (каждое продолжительностью приблизительно 90 минут)
|
Соавторы и исследователи
Спонсор
Соавторы
Даты записи исследования
Изучение основных дат
Начало исследования (Оцененный)
Первичное завершение (Оцененный)
Завершение исследования (Оцененный)
Даты регистрации исследования
Первый отправленный
Впервые представлено, что соответствует критериям контроля качества
Первый опубликованный (Действительный)
Обновления учебных записей
Последнее опубликованное обновление (Действительный)
Последнее отправленное обновление, отвечающее критериям контроля качества
Последняя проверка
Дополнительная информация
Термины, связанные с этим исследованием
Другие идентификационные номера исследования
- 28381 - Aim 3
- FOAAFRLAFOSR20240007 (Другой номер гранта/финансирования: Air Force Office of Scientific Research)
Планирование данных отдельных участников (IPD)
Планируете делиться данными об отдельных участниках (IPD)?
Описание плана IPD
Информация о лекарствах и устройствах, исследовательские документы
Изучает лекарственный продукт, регулируемый FDA США.
Изучает продукт устройства, регулируемый Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
продукт, произведенный в США и экспортированный из США.
Эта информация была получена непосредственно с веб-сайта clinicaltrials.gov без каких-либо изменений. Если у вас есть запросы на изменение, удаление или обновление сведений об исследовании, обращайтесь по адресу register@clinicaltrials.gov. Как только изменение будет реализовано на clinicaltrials.gov, оно будет автоматически обновлено и на нашем веб-сайте. .