Fastställande av evidensbaserade inomhustemperaturtrösklar för att skydda hälsan (HW2)

MÅL

Målet med detta projekt är att utvärdera effekten av en rad miljöer som upplevs under värmeböljor på kroppstemperatur och autonom kardiovaskulär funktion hos äldre vuxna. Detta kommer att uppnås genom att jämföra termiska och kardiovaskulära svar hos en grupp äldre vuxna som vilar i 8 timmar under en rad förhållanden som är representativa för dem som upplevs inomhus under värmeböljor. För att bedöma hur belastningen som upplevs under dessa tillstånd påverkar hemodynamisk reglering i sin tur, kommer denna studie även att inkludera validerade tester av kardiovaskulär autonom funktion.

Hypoteser

Index för termisk och kardiovaskulär belastning kommer inte att ändras nämnvärt hos äldre vuxna som vilar i simulerade inomhusmiljöer under de för närvarande rekommenderade tröskelvärdena som fastställts av Toronto Public Health (22°C och 26°C). Men vid högre inomhustemperaturer (31°C och 36°C) kommer termisk och kardiovaskulär respons att vara förhöjd. Den ökade fysiologiska belastningen i dessa tillstånd kommer att återspeglas i försvagade svar på validerade kardiovaskulära autonoma funktionstester.

METODER

Deltagare Totalt kommer 16 äldre (ålder: 65-80 år) vuxna att rekryteras till det föreslagna projektet med en ungefär jämn fördelning av män och kvinnor. Varje deltagare kommer att slutföra var och en av de fyra experimentella armarna i studien. Rekryterade deltagare kommer att vara homogena för antropomorfa egenskaper och såväl vanliga fysiska aktivitetsnivåer som verifieras via standardiserade frågeformulär (fastställda under en preliminär session). Skriftligt och informerat samtycke kommer att erhållas från alla volontärer innan deltagande.

Studera design

Instruktioner för försök

Alla deltagare kommer att uppmanas att undvika ansträngande aktivitet och alkohol i 24 timmar före alla preliminära och experimentella sessioner och att äta en lätt måltid 2 timmar före början av varje session. Deltagarna kommer också att uppmanas att konsumera minst 500 ml vatten kvällen före och morgonen av varje session för att säkerställa adekvat hydrering. Adekvat hydrering kommer att verifieras vid ankomst till laboratoriet via urinspecifik vikt (urinspecifik vikt <1,025). Deltagarna kommer att bära en atletisk topp och shorts för alla pass.

Preliminär screening

Alla deltagare kommer att genomföra en preliminär utvärdering minst 48 timmar före den första experimentsessionen. Under denna session kommer de att bekanta sig med alla experimentella procedurer och mättekniker och kommer att fylla i Get Active Questionnaire (GAQ) och American Heart Association Pre-participation screening Questionnaire för att bedöma deras behörighet att delta. GAQ kommer också att användas för att bedöma vanliga aktivitetsnivåer tillsammans med Kohl Physical Activity Questionnaire. Deltagarna kommer också att ge muntligt och skriftligt informerat samtycke vid denna tidpunkt. Därefter kommer deltagarnas fysiska egenskaper att utvärderas. Kroppshöjd och massa kommer att bestämmas via en läkarstadiometer respektive en högpresterande vägningsterminal, och utifrån dessa mätningar kommer kroppsytan att beräknas. Kroppstätheten kommer att uppskattas via hydrostatisk vägning och användas för att beräkna kroppsfettprocent.

Experimentellt protokoll Varje experimentsession kommer att börja ca kl. 08:00. Vid ankomst till laboratoriet kommer deltagaren att ge ett urinprov för mätning av urinens specifik vikt och sätta in en rektal temperatursond. Därefter kommer deltagarna att instrumenteras för mätning av hudtemperatur. En mätning av kroppsmassa (naken) kommer också att tas vid denna tidpunkt. Deltagarna kommer sedan att överföras till en termisk kammare reglerad till 22°C och 45%. Efter 10 minuters liggande vila kommer deltagarna att utföra ett specialiserat kardiovaskulärt testbatteri (se nedan). De kommer sedan att vila i sittande läge i ett rum omedelbart intill den termiska (~22°C) kammaren i ~30 minuter medan baslinjekroppstemperaturer och kardiovaskulära mätningar registreras. Ett venöst blodprov kommer att tas vid denna tidpunkt.

Medan baslinjemätningar görs kommer den termiska kammaren att värmas till förhållandena för dagens session. Varje deltagare kommer att genomföra fyra separata sessioner som består av viloexponering för: i) 36°C, baserat på maximalt uppmätta inomhustemperaturer (dvs. 35°C) och liknande utomhusförhållanden som upplevts under de senaste värmeböljorna i Nordamerika (HOT); ii) 31°C, liknande medeltemperatur under dagtid under värmeböljan 2010 i Ontario och Quebec samt Världshälsoorganisationens rekommenderade inomhustemperaturgräns under värmeböljor (WARM); iii) 26°C motsvarande rekommenderade övre gränser för inomhusmiljöer som fastställts av Toronto Public Health (TEMPERAT) och iv) 22°C, för att simulera en luftkonditionerad miljö (COOL). I alla sessioner kommer den relativa luftfuktigheten att ställas in på 45 %.

Efter baslinjen kommer deltagarna att gå in i den termiska kammaren där de kommer att vila i 8 timmar. De kommer att tillbringa större delen av denna tid i sittande (något lutande) position, förutom vid den 6:e timmen där de återigen kommer att utföra det kardiovaskulära testbatteriet. Rektal- och hudtemperaturer och hjärtfrekvens kommer att mätas kontinuerligt under exponeringen. Kranvatten kommer att tillhandahållas ad libitum från en ~500 ml kopp placerad på ett sidobord placerat något bakom deltagaren. Deltagarna kommer också att tillåtas äta en självförsörjande lunch mellan timmar 1,5 och 3,5 timmars exponering. Var 60:e minut kommer arteriellt blodtryck och hjärtfrekvens att mätas i tre exemplar, varefter deltagarna står för att ge en mätning av kroppsmassan för att fastställa svettförluster. Just nu. deltagarna kommer att tillåtas stå kvar och kortvarigt utföra lätt stretching, om så önskas (max ~5 min).

Autonom kontroll av hjärtfrekvens och blodtryck kommer att bedömas före och i slutet av varje session med hjälp av ett batteri av kardiovaskulära tester, som i studie B består av: i) analys av hjärtfrekvensvariabilitet och spontan baroreflexkänslighet under liggande vila, ii) Ewings batteri (modifierat) för bedömning av kardiovaskulär autonom funktion, och iii) analys av integrerad baroreflexkänslighet under cykliska störningar i artärtrycket framkallat av manövrar i stå-squat. Innan batteriet påbörjas kommer deltagarna att instrumenteras med en integrerad 3-avlednings EKG icke-invasiv blodtrycksmätare för integrerad mätning av slag-till-slag hjärtfrekvens och arteriellt blodtryck, uppskattat från artärtrycksvågformen mätt till vänster i mitten finger. Samma forskare kommer att administrera batteriet för alla sessioner. Slutligen, notera att de två första sektionerna av batteriet som beskrivs nedan kommer att utföras två gånger i följd innan stå-squat-procedurerna.

Efter 8 minuters liggande vila kommer hjärtfrekvensvariabilitet (HRV) och baroreflexkänslighet (BRS) att utvärderas under 8 minuters liggande vila. Deltagarna kommer att instrueras att andas (diafragma) i tid med en metronom inställd på 30 slag/min, för att ta bort påverkan av respiratorisk sinusrytm på cykliska fluktuationer i hjärtfrekvens och blodtryck. Därefter kommer metronomen att stoppas och 1 minuts återhämtning kommer att ges innan Ewings batteri startas.

Det modifierade Ewings batteri som ska användas består av tre tester utformade för att bedöma autonom kontroll av hjärtfrekvens och blodtryck. Först utför deltagarna 1 minuts djup diafragmaandning med en hastighet av 6 andetag/min. Andningen kommer att utföras till vital kapacitet - det vill säga genom maximal inspiration och utandning. 5 minuters återhämtning kommer att ges före nästa test. Nästa test är Valsalva-manövern. Medan de fortfarande är i ryggläge kommer deltagarna att andas ut mot en stängd glottis i ett smalt vinylrör anslutet till en elektronisk tryckgivare som kommer att användas för att ge konstant feedback till deltagaren om det genererade utandningstrycket. Deltagaren kommer att instrueras att hålla ett konstant tryck på 40 mmHg under 15 s. Under expiratorisk ansträngning kommer luft att ventileras via en liten blödning för att förhindra generering av tryck via munnen. Vid frisläppning kommer hjärtfrekvens och blodtryck att övervakas i 1 min. Det sista testet är liggande-till-stående-testet. Efter 1 minuts vila i ryggläge instrueras deltagaren att snabbt inta en stående position direkt bredvid sängen. Deltagaren står sedan tyst i 3 min medan puls och blodtryck övervakas.

Efter den andra Ewings batteri kommer deltagaren att vila i sittande läge på en stel stol i 10 minuter. Deltagaren kommer sedan att bli ombedd att stå i 90 sekunder medan placeringen av selen och fingertrycksmanschetten justeras (om det behövs) för att säkerställa att vänster hand hålls på hjärtnivå. Efter detta kommer 5-minuters squat-stånd att utföras med en hastighet av 6 cykler/min. Varje cykel kommer att bestå av en knäböj, hållen i 5 sekunder, följt av stående i 5 sekunder. För dessa manövrar kommer deltagarna att instrueras att bibehålla ett konsekvent djup för varje knäböj, andas normalt för att undvika expiratoriska ansträngningar och begränsa överdriven framåtböjning i höften.

Efter det kardiovaskulära batteriet kommer deltagarna att sitta kvar i kammaren under resten av den 8-timmars exponeringen (~45 min). Efter mätningar av arteriellt blodtryck kommer ett slutligt venöst blodprov att tas följt av en mätning av kroppsmassa. Deltagaren kommer att förses med vatten och/eller en kommersiellt tillgänglig sportdryck innan han lämnar laboratoriet.

Dataanalys

Kontinuerliga variabler relaterade till termisk belastning och kardiovaskulär belastning kommer att omvandlas till 15-minutersmedelvärden för baslinje och vid varje timmes exponering. På samma sätt kommer sittande artärtryck (3 mätningar i medeltal) att presenteras vid dessa tidpunkter. Frekvenstryckprodukten kommer att beräknas som produkten av hjärtfrekvens och systoliskt blodtryck. Förändringen i kroppsmassa från baslinjevärdena kommer också att bestämmas vid varje timmes exponering för att kvantifiera hastigheten för vätskeförlusten, korrigerad för förbrukad vätska och urinering. Förändringen i plasmavolym och serumosmolalitet från baslinje till slutexponering kommer också att beräknas från de venösa blodproverna som erhålls i början och slutet av varje session. HRV och vilande spontan hjärt-BRS kommer att bestämmas från data som samlats in under den 8-minuters kontrollerade andningsperioden. På liknande sätt kommer integrerad BRS att härledas från insamlat blodtryck och EKG-vågformer som samlas in under stå-knäböjsmanövrarna.

För de kliniskt validerade testerna i Ewing-batteriet kommer analysen att utföras av en utbildad forskare som är blind för deltagaren och sessionskoden (dvs miljöförhållanden). Djupandning kommer att analyseras som skillnaden i hjärtfrekvens mellan medelvärdet av de tre lägsta och tre högsta värdena som registrerats under inandning respektive utandning (E/I HRDiff). För Valsalva-manövern beräknas det så kallade Valsalva-förhållandet (VALratio) som det längsta R-R-intervallet under återhämtning dividerat med det kortaste R-R-intervallet under ansträngning. Slutligen analyseras ligg-till-stående-testet genom bestämning av 30:15-förhållandet, vilket representerar det längsta RR-intervallet uppmätt mellan 25-35:e hjärtslaget vid ståendes dividerat med det kortaste RR-intervallet mellan 10-20:e slaget efter stående. Dessutom tas det systoliska svaret på stående (SRstand) också som 1-minuters medelvärde av systoliskt blodtryck efter den andra min av stående dividerat med systoliskt blodtryck under den liggande viloperioden (dvs. minskningen av systoliskt tryck). när man intar en stående position). Värden för varje test kommer att tas som medelvärdet av vart och ett av de två registrerade värdena.

Statistisk analys och provstorleksberäkning

Statistisk analys kommer att jämföra slutexponeringsdata relaterade till termisk och kardiovaskulär belastning såväl som autonom funktion (samtidigt som korrigering för baslinjevariabilitet mellan sessioner). Kroppstemperatur och kardiovaskulära svar i slutet av exponeringen (dvs. timme 8) samt de autonoma funktionstesten av det kardiovaskulära batteriet kommer att utvärderas med hjälp av en analys av kovarians (ANCOVA) med den upprepade faktorn för miljötillstånd och baslinjevärden modellerade som en kontinuerlig samvariat. Variabler relaterade till vätskeförlust (t.ex. förändring i kroppsmassa, plasmavolym och serumosmolalitet) kommer att analyseras via en enkelriktad ANOVA med tillståndsfaktorn (4 nivåer). För alla statistiska modeller kommer homogenitet av varianser att bedömas med Levenes test. Normalfördelning av residualer kommer att bedömas med Sharpiro-Wilks test och visuell inspektion av histogram och Q-Q plots och data kommer att logtransformeras i händelse av att distributionen av residualer avviker från normaliteten. Förplanerade post hoc-jämförelser kommer att användas för att identifiera skillnader mellan närliggande förhållanden (t.ex. COOL vs TEMP, TEMP vs. WARM, WARM vs. HOT) för att begränsa en stor familj av jämförelser. För alla analyser kommer alfa att sättas till P < 0,050. Beskrivande statistik kommer att presenteras som medelvärde (standardavvikelse). Jämförelser mellan grupper eller tidpunkter (där så är lämpligt) kommer att presenteras som medelvärden ± 95 % konfidensintervall.

En a priori effektanalys fastställde att en total provstorlek på 16 äldre vuxna krävs för att upptäcka en skillnad i rektal temperatur mellan grupper med 80 % statistisk kraft, efter justering för flera jämförelser. Effektstorleken (Cohens d=1,0) bestämdes baserat på praktiskt taget meningsfull skillnad på 0,3°C mellan förhållandena, med antagande av en standardavvikelse på 0,3. Standardavvikelsen baserades på tidigare publicerade studier från vårt laboratorium, som visade en skillnad på 0,2°C (SD 0,3) i kärntemperatur mellan unga och äldre vuxna och en skillnad på 0,0°C (SD 0,3) i kärntemperatur mellan äldre vuxna med och utan typ 2-diabetes efter 3 timmars vila i varm miljö (40°C, 30 % relativ luftfuktighet).