长时间模拟热浪期间年轻人和老年人的生理反应 (HW1)

目标 干预 1：评估全天（9 小时）暴露于模拟热浪条件下年龄对全身热储存、身体核心温度以及心血管劳损和急性炎症发展的影响。

干预 2：确定在极端高温暴露后短时间暴露在空调环境中（2 小时）是否会导致老年人恢复高温后生理压力的持久降低。

假设干预 1：与年轻的参与者相比，老年人在整个 9 小时的模拟热浪中会经历更多的热量储存。 因此，老年人的身体核心温度会更高，并且随着暴露的进行，组间差异会加剧。 我们还将探讨第二个假设，即体温的差异将伴随着老年人心血管变量和急性循环和细胞内炎症的更大改变。

干预措施 2：与干预 1 中仍处于高温环境中的老年人相比，暴露于降温中心干预措施的老年人在返回高温环境（5-6 小时）后会加剧身体蓄热。 因此，在暴露结束时，各组之间的身体核心温度将具有可比性（统计上等效）。

方法 参与者 拟议的项目将招募 20 名年轻人（年龄：18-31 岁）和 40 名老年人（年龄：64-80 岁），每个干预组的男女分布大致均匀。 年轻（n = 20）和年长（n = 20）的成年人将完成干预 1，另一组老年人（n = 20）将完成干预 2。参与者的拟人特征和习惯性身体活动水平将是同质的通过标准化问卷进行验证。

实验设计 预试验说明 所有参与者将被要求在所有初步和实验会议之前的 24 小时内避免剧烈的身体活动和饮酒，并在每个会议开始前 2 小时吃一顿便餐。 还将要求参与者在每次会议的前一天晚上和早上喝至少 500 毫升的水，以确保充足的水分。 到达实验室后将验证是否有足够的水合作用（尿比重 <1.025）。 对于所有课程，参与者都将穿着运动短裤（以及女性运动上衣）。

初步筛选 所有参与者将在第一次实验前至少 7 天完成一次初步评估。 在此会议期间，他们将熟悉所有程序和测量技术，并将完成 Get Active Questionnaire (GAQ) 和美国心脏协会参与前筛选问卷，以评估他们的参与资格。 GAQ 还将与 Kohl 身体活动问卷一起用于评估习惯性活动水平。 此时，参与者还将提供口头和书面的知情同意书。 身高和体重将分别通过医生测距仪和高性能称重终端确定，并根据这些测量值计算体表面积。

实验方案（干预 1） 每节课将于 07:00-09:00 开始。 到达实验室后，参与者将提供尿液样本以评估尿液比重，之后将获得裸体质量测量值。 然后，参与者将插入一个温度探头以连续测量直肠温度。 此后，参与者将使用仪器测量皮肤温度和 5 导联超声心动图。 基线心血管参数将通过一个简短的（约 45 分钟）心血管测试组合进行评估，如下所示。 肱动脉收缩压和舒张压根据右中指测量的动脉压波形重建（容积钳技术）和 5 导联超声心动图记录将收集 10 分钟，同时参与者安静地休息（自主呼吸）。 紧接着，动脉收缩压和舒张压将通过人工听诊测量三次（两次测量之间约 30 秒），之后将通过自动静脉闭塞体积描记术测量身体右侧的前臂和小腿血流。 在整个测试电池中，参与者将双脚坐在地板上，除了在肢体血流测量期间，仪器肢体将被抬高以促进静脉引流。 最后，将获得静脉血样和体重测量值。

然后，参与者将被转移到全身直接量热仪室，调节至 40°C 和 ~10-15% 的湿度。 选择这些条件是为了模拟热浪期间经历的峰值温度，类似于 2018 年北美（安大略省渥太华；34°C 和 58%，热指数：41°C）和 2003 年欧洲（巴黎）近期热浪的峰值条件, 法国；38°C 和 25%，热指数：38°C）。 参与者将在量热器室内静静休息 3 小时（1-3 小时），同时持续测量全身热量的产生和交换。 在 3 小时标记处，参与者将退出热量计，将再次进行简短的心血管测试电池，然后测量体重。 第 4-6 小时将在热量计附近的热室中的热量中休息。 在此期间，参与者将被允许食用清淡、自备的低水分午餐。 自来水将通过位于热室中的自助式隔热水冷却器随意提供。 然后将执行另一个心血管电池，然后测量体重。 然后，参与者将重新进入量热计，最后 3 小时将在这里度过（第 6-9 小时）。 在此期间结束时，参与者将进行第四次也是最后一次心血管测试，并采集最终的静脉血样和体重测量值。

统计分析和样本量计算 主要和次要变量将使用线性混合效应模型进行评估。 时间将建模为重复的受试者内固定效应，年龄组将建模为受试者间固定效应。 结果变量、参与者性别和自我报告的每周身体活动（分钟/周，通过 GAQ 评估）的预热暴露值将作为协变量包括在内。 在所有分析中，参与者识别将被建模为随机效应。 Akaike 的信息准则将用于确定随机效应和方差/协方差结构。

将对模型估计的边际均值进行事后多重比较。 鉴于每个变量的比较次数很少，将不采用多重校正。 将通过残差图的视觉评估来评估所有模型的同方差性。 残差的近似正态分布将通过目测直方图和 Q-Q 图进行评估。 如果残差分布明显偏离正态分布，则数据将进行对数转换。 对于所有分析，alpha 将设置为 0.050。 描述性统计数据将以均值和标准差的形式呈现。 组间和/或时间点之间的比较将以平均值和 95% 置信区间 [下限、上限] 的形式呈现。

先验功效分析确定，需要 19 名年轻人和 19 名老年人的总样本量来检测各组在每个量热器会话结束时（即第 3 小时和第 9 小时）全身热储存率的差异具有 80% 的统计功效。 代替有临床意义的数据（即，什么会被认为是全身储热的临床有意义的变化），根据全身储热率的差异计算标准化效应量（Cohen's d = 1.06）在我们之前的工作中，年轻人和老年人之间在 3 小时热暴露协议的最后 30 分钟内（年轻人：-2 [26] kJ/小时，老年人：43 [54] kJ/小时）。

实验方案（干预 2） 实验设计 干预 2 的方案与干预 1 的方案相同，除了在第一次量热计会议和随后的心血管电池之后，参与者将离开热室并花费约 2 小时（5-6 小时）休息在空调房内（~23°C，~50% 相对湿度）。 与干预 1 类似，参与者将被允许在此期间吃少量自备午餐并随意饮水（自来水）。 第三个心血管电池也将在冷却环境中进行。 与干预 1 一样，参与者将在最后 3 小时内重新进入热量计，他们将在余下的实验环节中在高温下休息。

统计分析和样本量计算 将对干预 2 进行统计分析，以评估中午暴露在冷藏室中是否会导致暴露后身体蓄热增加，从而使生理反应在结束时与非冷藏组相似9 小时的热浪模拟。 将使用线性混合效应模型评估累积的全身储热，实验组建模为受试者间固定效应。 9 小时暴露的前三个小时的累积储热将作为协变量包括在内，以说明任何个体间或个体内因素（例如性别、身体活动水平）的影响，无论是测量的还是未测量的，都会影响整体- 身体热交换和储存。 组间蓄热的比较将使用模型估计的边际平均值进行。

通过直肠温度（主要结果）估计的身体核心温度将使用线性混合效应模型进行分析，实验组（两个水平：冷却和非冷却）建模为受试者间固定效应和时间作为重复-受试者固定效应（0、1、2 和 3 小时后冷却干预）。 与蓄热模型一样，第一次量热法结束时（即 9 小时暴露的第 3 小时）的直肠温度将作为协变量包括在内，以说明任何测量或未测量的内部或内部温度的影响。影响体温对静息热暴露反应的个体因素。

然后将通过对混合效应模型执行的两个单侧测试来评估冷却对直肠温度的影响，该模型在每个时间点导出估计的边际平均值。 等效界限将设置为±0.3°C，这对应于核心温度的典型日常变化，并且在最近评估冷却策略对年轻人的生理压力。 将对次要变量进行类似的评估。 显着性水平将设定为 P < 0.050。 描述性统计数据将以平均值（标准差）表示，组间比较将以平均值±95% 置信区间表示。

先验功效分析确定，需要每组 18 名老年人的总样本量（总共 36 名参与者）来确认直肠温度的组间差异是否在 +0.3°C 和 -0.3°C 的上限和下限内相等°C，分别具有 80% 的功率。 这对应于 1.0 的效应大小 (Cohen's d)，基于 0.3°C 的合并标准偏差，根据我们实验室公布的数据确定，表明年轻人和老年人的核心温度存在 0.2°C (SD 0.3) 的差异在炎热环境中休息 3 小时后，患有和未患有 2 型糖尿病的老年人的核心温度存在 0.0°C (SD 0.3) 的差异。