Miljötemperaturers roll i andningskontroll

Krigare möter ofta termiska stressfaktorer som ökar arbetsbördan vid andning (WOB), även när livsuppehållande system finns på plats. Både kyla och värme stress ökar WOB oberoende av varandra, utan att kräva ökad inspiratorisk resistans. Kylstress stimulerar ventilationen och orsakar ett tvåfasigt bronkiolärt svar: inandning av kall luft under hyperventilation leder till initial bronkodilatation följt av bronkokonstriktion, vilket drar åt bronkiolerna och ökar luftflödesresistansen, och därmed WOB. Krigare utsätts också för extrem värme och hypertermiinducerad hyperventilation uppstår när kärntemperaturen når cirka 38,0°C, vilket korrelerar signifikant med ökad WOB under värmestress. Krigare upplever ofta dessa miljöstressfaktorer tillsammans med förhöjd andningsresistans, särskilt under undervattensdykningar i varierande temperaturer eller i högpresterande flygplan med OBOG som utsätts för extrem värme.

Det finns en kritisk kunskapslucka angående om hög inspiratorisk resistans i kombination med termisk stress förstärker WOB, vilket ändrar uppfattningen om andning samt kognitiva och fysiologiska responser. Studien kommer att undersöka WOB, andningsuppfattning, kognitiv funktion och fysiologiska responser under kombinerad inspiratorisk resistans och termisk stress (termoneutral, värme och kyla). Hypotesen är att WOB kommer att öka under värmestress och kylstress, vilket resulterar i större uppfattningar om andningssvårigheter och minskad kognitiv prestanda jämfört med termoneutrala förhållanden.

Deltagarna kommer att genomföra 4 studiebesök: ett screenings-/orienteringsbesök (Studiedag 0) följt av tre experimentella besök (Studiedag 1, Dag 2 och Dag 3). Deltagarna kommer att instrueras att undvika koffein, alkohol, stimulerande medicinering, smärta/antiinflammatorisk medicinering, cannabis och cannabiserelaterade produkter samt intensiv träning i minst 24 timmar före experimentella besök. På Studiedag 0 kommer deltagarna att genomföra en kort orienteringsandningsuppgift där de andas i 10 minuter genom ett 8-10 mm hål i slutet av en anpassad anordning, vilket genererar en förutbestämd inspiratorisk resistans på 6-9,5 centimeter vatten per liter per sekund (cmH2O/L/s). Under andningsuppgiften kommer cerebrala vaskulära, kardiovaskulära och autonoma aktivitetsresponser att mätas. Var 5:e minut under andningstestet kommer deltagarna att ombes att bedöma andningsintensitet och obehag, samt utföra en inspiratorisk kapacitetsmanöver. Kognitiva bedömningar kommer att genomföras var 10:e minut. Efter andningsuppgiften kommer deltagarna att genomföra lung- och andningsmuskelfunktionstester.

Innan de experimentella besöken kommer deltagarna att randomiseras till den ordning i vilken de utsätts för interventionsförhållandena (varmt, kallt eller termoneutralt). Vid ankomsten kommer en esofageal ballong att placeras för att mäta trycket runt hjärtat och lungorna. Deltagarna kommer sedan att placeras i en klimatkammare (för att kontrollera luftfuktighet) medan de bär en speciell dräkt som tillåter olika temperaturer av vatten att cirkulera genom slangar, vilket utsätter dem för temperaturförhållandena i ungefär 30 minuter innan de påbörjar hela andningsuppgifterna. Under termoneutrala förhållanden kommer 34°C vatten att perfunderas genom den speciella dräkten medan deltagarna vilar i kammaren inställd på 24°C och 40% rumshumiditet. Under kylförhållandet kommer 4°C vatten att perfunderas genom den speciella dräkten medan deltagarna vilar i kammaren inställd på 4°C och 10% rumshumiditet. Andningsuppgiften kommer att inledas när esofageal temperatur når -1°C och -2°C relativt baslinje esofageal temperatur. Under värmeförhållandet kommer 50°C vatten att perfunderas genom den speciella dräkten medan deltagarna vilar i kammaren inställd på 40°C och 40% rumshumiditet. Andningsuppgiften kommer att inledas när esofageal temperatur når +1°C och +2°C relativt baslinje esofageal temperatur. Vid varje experimentellt besök kommer deltagarna att genomföra en fullständig andningsuppgift, där de inspirerar mot en förutbestämd resistiv belastning i 60 minuter. Biometrisk övervakning kommer att utföras kontinuerligt, och kognitiva bedömningar samt deltagarbedömningar under andningsuppgifterna kommer att utföras vid 45 och 90 minuter av förhållandets exponering. En 7-dagars uttvättningsperiod kommer att observeras mellan de experimentella besöken.