Fysiologiska reaktioner hos unga och äldre vuxna under en långvarig simulerad värmebölja (HW1)

MÅL Intervention 1: Utvärdera effekten av ålder på hela kroppens värmelagring, kroppstemperatur och utvecklingen av kardiovaskulär belastning och akut inflammation under dagslång (9 timmar) exponering för simulerade värmeböljor.

Intervention 2: Bestäm om kortvarig exponering (2 timmar) i en luftkonditionerad miljö efter extrem värmeexponering resulterar i bestående minskningar av fysiologisk belastning hos äldre vuxna när de återvänder till värmen.

Hypotes Intervention 1: Äldre vuxna kommer att uppleva större värmelagring under den 9-timmars simulerade värmeböljan jämfört med de yngre deltagarna. Följaktligen kommer kroppstemperaturen att vara högre hos äldre vuxna och skillnaderna mellan grupperna kommer att förvärras när exponeringen fortskrider. Vi kommer också att utforska den sekundära hypotesen att skillnader i kroppstemperatur kommer att vara parallella med större förändringar i kardiovaskulära variabler och akut cirkulations- och intracellulär inflammation hos äldre vuxna.

Intervention 2: Lagring av kroppsvärme kommer att förvärras hos de äldre vuxna som exponeras för kylcentralinterventionen när de återgår till värmen (timmar 5-6) jämfört med de äldre vuxna från Intervention 1 som stannade kvar i värmen. Följaktligen kommer kroppstemperaturen att vara jämförbar (statistiskt ekvivalent) mellan grupper vid slutet av exponeringen.

Metoder Deltagare Totalt 20 unga (ålder: 18-31 år) och 40 äldre (ålder: 64-80 år) vuxna kommer att rekryteras till det föreslagna projektet, med en ungefär jämn fördelning av män och kvinnor i varje insatsarm. Unga (n = 20) och äldre (n = 20) vuxna kommer att genomföra Intervention 1 och en separat kohort av äldre vuxna (n = 20) kommer att slutföra Intervention 2. Deltagarna kommer att vara homogena för antropomorfa egenskaper såväl som vanliga fysiska aktivitetsnivåer som verifieras via standardiserade frågeformulär.

Experimentell design Instruktioner för förprövning Alla deltagare kommer att uppmanas att undvika ansträngande fysisk aktivitet och alkohol under 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 (urinspecifik vikt <1,025). Under alla pass kommer deltagarna att bära atletiska shorts (och en sporttopp för kvinnor).

Preliminär screening Alla deltagare kommer att genomföra en preliminär utvärdering minst 7 dagar före den första experimentsessionen. Under denna session kommer de att bekanta sig med alla 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. Kroppshöjd och massa kommer att bestämmas via en läkarstadiometer respektive en högpresterande vägningsterminal, och utifrån dessa mätningar kommer kroppsytan att beräknas.

Experimentellt protokoll (intervention 1) Varje session kommer att börja kl. 07:00-09:00. Vid ankomst till laboratoriet kommer deltagaren att ge ett urinprov för bedömning av urinens specifik vikt, varefter en mätning av naken kroppsmassa kommer att erhållas. Deltagarna kommer sedan att sätta in en temperatursond för kontinuerlig mätning av rektal temperatur. Därefter kommer deltagarna att instrumenteras för mätning av hudtemperatur och 5-avledningsekokardiogram. Baslinje kardiovaskulära parametrar kommer att utvärderas via ett kort (~45 min) kardiovaskulärt testbatteri, utfört enligt följande. Brachial arteriella systoliska och diastoliska tryck rekonstruerade från arteriella tryckvågformer uppmätt vid höger långfinger (volymklämma teknik) och 5-avledningar ekokardiogram inspelningar kommer att samlas in i 10-min medan deltagaren vilar tyst (spontan andning). Omedelbart därefter kommer arteriellt systoliskt och diastoliskt tryck att mätas i triplikat via manuell auskultation (~30 sek mellan mätningarna), varefter underarms- och kalvblodflöden på höger sida av kroppen kommer att mätas via automatiserad venös ocklusionspletysmografi. Under hela testbatteriet kommer deltagaren att sitta med båda fötterna på golvet, förutom under mätningarna av blodflödet i extremiteterna, där de instrumenterade extremiteterna kommer att höjas för att underlätta venös dränering. Slutligen kommer ett venöst blodprov och kroppsmassamätning att erhållas.

Deltagarna kommer sedan att överföras till hela kroppens direktkalorimeterkammare, reglerad till 40°C och ~10-15% luftfuktighet. Dessa förhållanden valdes för att simulera topptemperaturer som upplevdes under värmeböljor och liknar toppförhållandena under de senaste värmeböljorna i Nordamerika 2018 (Ottawa, Ontario; 34 °C och 58 %, värmeindex: 41 °C) och Europa 2003 (Paris , Frankrike; 38°C och 25 %, värmeindex: 38°C). Deltagaren kommer att vila tyst i 3 timmar (timmar 1-3) i kalorimeterkammaren medan hela kroppens värmeproduktion och utbyte mäts kontinuerligt. Vid 3-timmarsstrecket kommer deltagaren att lämna kalorimetern och det korta kardiovaskulära testbatteriet kommer att utföras igen följt av en mätning av kroppsmassan. Timmar 4-6 kommer att spenderas med att vila i värmen i värmekammaren intill kalorimetern. Under denna tid kommer deltagarna att få äta en lätt, självförsörjande lunch med låg vattenhalt. Kranvatten kommer att tillhandahållas ad libitum via en självbetjäningsisolerad vattenkylare placerad i värmekammaren. Ytterligare ett kardiovaskulärt batteri kommer sedan att utföras följt av en mätning av kroppsmassa. Deltagaren kommer sedan åter in i kalorimetern där de sista 3 timmarna kommer att spenderas (timmar 6-9). I slutet av denna period kommer deltagarna att genomgå ett fjärde och sista kardiovaskulärt testbatteri och ett sista venöst blodprov och kroppsmassamätning kommer att anskaffas.

Statistisk analys och provstorleksberäkningar Primära och sekundära variabler kommer att utvärderas med hjälp av linjära blandade effekter modeller. Tid kommer att modelleras som en upprepad inom-ämne fixerad effekt, och åldersgrupp kommer att modelleras som en mellan-ämne fixerad effekt. Exponeringsvärden för förvärmning av utfallsvariabeln, deltagarkön och självrapporterad fysisk aktivitet per vecka (min/vecka, bedömd via GAQ) kommer att inkluderas som kovariater. Deltagaridentifikation kommer att modelleras som en slumpmässig effekt i alla analyser. Akaikes informationskriterium kommer att användas för att bestämma slumpmässig effekt och varians/kovariansstrukturer.

Post hoc-multipeljämförelser kommer att göras på modellens uppskattade marginella medelvärden. Med tanke på det lilla antalet jämförelser för varje variabel kommer multiplicitetskorrigeringar inte att användas. Homoscedasticitet kommer att utvärderas för alla modeller genom visuell bedömning av kvarvarande tomter. Ungefärlig normalfördelning av restsubstanser kommer att bedömas genom visuell inspektion av histogram och Q-Q-diagram. Data kommer att log-transformeras i händelse av att fördelningen av residualer på ett meningsfullt sätt avviker från normaliteten. För alla analyser kommer alfa att sättas till 0,050. Beskrivande statistik kommer att presenteras som medelvärden och standardavvikelser. Jämförelser mellan grupper och/eller tidpunkter kommer att presenteras som medelvärden och 95 % konfidensintervall [nedre gräns, övre gräns].

En a priori effektanalys fastställde att en total provstorlek på 19 unga och 19 äldre vuxna krävdes för att upptäcka en skillnad i graden av värmelagring av hela kroppen mellan grupperna i slutet av varje kalorimetersession (dvs timmar 3 och 9) med 80 % statistisk styrka. I stället för kliniskt meningsfulla data (dvs vad som skulle anses vara en kliniskt meningsfull förändring av helkroppsvärmelagring), beräknades den standardiserade effektstorleken (Cohens d=1,06) baserat på skillnaden i hastigheten för helkroppsvärmelagring. mellan unga och äldre vuxna under de sista 30 minuterna av ett 3-timmars värmeexponeringsprotokoll (ung: -2 [26] kJ/timme, äldre: 43 [54] kJ/timme) i vårt tidigare arbete.

Experimentellt protokoll (Intervention 2) Experimentell design Protokollet för Intervention 2 är identiskt med det för Intervention 1 förutom att efter den första kalorimetersessionen och efterföljande kardiovaskulära batteri kommer deltagarna att lämna värmekammaren och tillbringa ~2 timmar (timmar 5-6) vila i ett luftkonditionerat rum (~23°C, ~50% relativ luftfuktighet). I likhet med Intervention 1 kommer deltagarna att tillåtas äta en liten lunch med egen försörjning under denna tid och konsumera vatten (kran) ad libitum. Det tredje kardiovaskulära batteriet kommer också att utföras i den kylda miljön. Som i Intervention 1 kommer deltagarna sedan in i kalorimetern igen under de sista 3 timmarna, där de kommer att vila i värmen under resten av experimentpasset.

Statistisk analys och provstorleksberäkningar Statistisk analys för Intervention 2 kommer att utföras för att bedöma om exponering mitt på dagen i ett kylt rum resulterar i större kroppsvärmelagring efter exponering, så att fysiologiska svar liknar dem för den icke kylda gruppen vid slutet av 9-timmars värmeböljssimuleringen. Kumulativ värmelagring av hela kroppen kommer att utvärderas med en linjär modell med blandade effekter med experimentgrupp modellerad som en fast effekt mellan ämne. Kumulativ värmelagring under de första tre timmarna av 9-timmarsexponeringen kommer att inkluderas som en kovariat för att ta hänsyn till påverkan av inter- eller intraindividuella faktorer (t.ex. kön, fysisk aktivitetsnivå), uppmätt eller omätt, som påverkar helheten -kroppens värmeväxling och lagring. Jämförelser av värmelagring mellan grupper kommer att göras med modellbedömda marginalmedel.

Kroppskärntemperaturen, uppskattad av rektal temperatur (primärt utfall), kommer att analyseras med en linjär blandad effektmodell med experimentgrupp (två nivåer: kylning och ingen kylning) modellerad som en mellan-subjekt fixerad effekt och tid som en upprepad inom -subjektets fixerade effekt (0-, 1-, 2- och 3 timmar efter kylningsintervention). Liksom modellen för värmelagring, kommer rektaltemperaturen i slutet av den första kalorimetrisessionen (dvs. timme 3 av 9-timmarsexponeringen) att inkluderas som en kovariat för att ta hänsyn till påverkan av eventuella uppmätta eller omätta inter- eller intra- individuella faktorer som påverkar kroppstemperaturens reaktioner på värmeexponering i vila.

Effekten av kylning på rektaltemperatur kommer sedan att bedömas via två ensidiga tester utförda på mixed-effects-modellen härledda skattade marginella medelvärden vid varje tidpunkt. Ekvivalensgränserna kommer att sättas till ±0,3°C, vilket motsvarar den typiska dagliga variationen av kärntemperaturen och har föreslagits spegla en meningsfull/detekterbar förändring i kroppstemperaturer i en nyligen genomförd studie som utvärderar påverkan av kylningsstrategier på fysiologisk belastning hos unga vuxna. Sekundära variabler kommer att utvärderas på liknande sätt. Signifikansnivån sätts till P < 0,050. Beskrivande statistik kommer att presenteras som medelvärde (standardavvikelse) och jämförelser mellan grupper kommer att presenteras som medelvärde ± 95 % konfidensintervall.

En a priori effektanalys fastställde att en total provstorlek på 18 äldre vuxna i varje grupp (totalt 36 deltagare) krävs för att bekräfta huruvida skillnader i rektaltemperatur mellan grupper är ekvivalenta inom övre och nedre gränser av +0,3°C och -0,3 °C, respektive med 80 % effekt. Detta motsvarar en effektstorlek (Cohens d) på 1,0, baserat på den poolade standardavvikelsen på 0,3°C, bestämd från publicerade data från vårt laboratorium som visar 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 en varm miljö.