环境温度在呼吸控制中的作用
在操作相关环境压力源下优化呼吸控制中的身心交互作用
作战人员经常暴露于增加呼吸阻力和呼吸功（WOB）的环境和生命支持系统中，例如飞机机载氧气生成系统和水下呼吸装置。 升高的呼吸功会增加呼吸困难感（呼吸困难），并与认知功能受损相关，包括在需要集中注意力的任务中反应时间变慢和准确性降低。 这些影响在需要快速决策和精确运动反应的操作环境中尤其令人担忧。
尽管对这一问题的认识日益增强，但在减轻吸气阻力升高引起的感知和认知后果的策略方面，尤其是在现实操作压力源下，仍然存在关键空白。 本研究旨在确定暴露于热应激是否会改变个体在吸气阻力下的呼吸感知和认知表现。 参与者将在热中性、热和冷条件下进行吸气阻力呼吸，以确定热应激是否会放大呼吸功、呼吸感知和认知障碍。
研究概览
详细说明
作战人员常面临热应激源，即使有生命支持系统，仍会增加呼吸功（WOB）。 冷应激和热应激均会独立增加WOB，无需额外增加吸气阻力。 冷应激会刺激通气并引起双相细支气管反应：过度换气时吸入冷空气会导致初始支气管扩张，随后发生支气管收缩，使细支气管变窄、增加气流阻力，从而提升WOB。 作战人员也会暴露于极端高温，当核心体温达到约38.0°C时，高热引发的过度换气显著增加热应激期间的WOB。 作战人员常在环境应激源与升高的呼吸阻力双重作用下执行任务，例如不同水温的水下潜水任务，或暴露于极端高温的OBOGs高性能飞行器环境。
目前关键的知识缺口在于：高吸气阻力与热应激结合是否会放大WOB，从而改变呼吸感知、认知及生理反应。 本研究将探究联合吸气阻力与热应激（热中性、高温、低温）条件下的WOB、呼吸感知、认知功能和生理反应。 假设认为：相较于热中性条件，高温和低温应激下的WOB将增加，导致更强的呼吸困难感知和认知表现下降。
受试者将完成4次研究访视：筛查/熟悉访视（研究第0天）及三次实验访视（研究第1、2、3天）。 受试者需在实验访视前至少24小时避免摄入咖啡因、酒精、兴奋剂药物、止痛/抗炎药物、大麻及相关产品，并禁止剧烈运动。 研究第0天，受试者将通过定制设备末端的8-10毫米孔洞进行10分钟简短熟悉呼吸任务，产生预设的6-9.5厘米水柱/升/秒（cmH2O/L/s）吸气阻力。 呼吸任务期间将测量脑血管、心血管和自主神经活动反应。 呼吸测试中每5分钟，受试者需评估呼吸强度和不适感，并进行吸气容量操作。 认知评估将每10分钟执行一次。 呼吸任务结束后，受试者将完成肺功能和呼吸肌功能测试。
实验访视前，受试者将随机分配接受干预条件（高温、低温或热中性）的顺序。 抵达后，将置入食管球囊以测量心肺周围压力。 随后受试者穿戴特殊服装进入环境舱（控制湿度），服装内循环不同温度的水流，使其在开始完整呼吸任务前暴露于温度条件约30分钟。 热中性条件下，特殊服装内循环34°C水流，环境舱设置为24°C和40%室内湿度。 低温条件下，特殊服装内循环4°C水流，环境舱设置为4°C和10%室内湿度。 当食管温度较基线下降1°C和2°C时开始呼吸任务。 高温条件下，特殊服装内循环50°C水流，环境舱设置为40°C和40%室内湿度。 当食管温度较基线上升1°C和2°C时开始呼吸任务。 每次实验访视中，受试者将完成60分钟完整呼吸任务，对抗预设阻力负荷进行吸气。 将持续进行生物特征监测，并在条件暴露的第45分钟和90分钟进行认知评估与受试者评分。 实验访视之间需观察7天洗脱期。
研究类型
注册 (估计的)
阶段
- 不适用
联系人和位置
学习联系方式
- 姓名：Timothy D Mickleborough, PhD
- 电话号码：812-855-0753
- 邮箱：tmickleb@iu.edu
学习地点
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Indiana
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Bloomington、Indiana、美国、47405
- Multidisciplinary Engineering and Sciences Hall (MESH)
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接触：
- Scott M Clarke
- 电话号码：812-856-3244
- 邮箱：scotclar@iu.edu
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接触：
- Zachary J Schalder, PhD
- 电话号码：812-855-6953
- 邮箱：zschlade@iu.edu
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首席研究员：
- Timothy D Mickleborough, PhD
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参与标准
资格标准
适合学习的年龄
- 成人
接受健康志愿者
描述
纳入标准：
- 年龄在18-40岁之间。
- 会说和阅读英语。
- 自我报告过去2年每周至少进行120分钟高强度运动。
- 通过静息1秒用力呼气容积占用力肺活量百分比（FEV1/FVC）评估肺功能正常，大于预测值的75%。
- 使用蒙特利尔认知功能测试[18]评估认知功能正常。
- 体重指数（BMI）≤ 35 kg/m2。
- 女性月经周期规律，范围为21-35天（正常月经）。
排除标准：
- 有吸烟史或娱乐性吸烟史、心血管疾病、肾脏疾病、肺部疾病（包括哮喘或运动性哮喘）、神经系统疾病和代谢性疾病。
- 自我报告怀孕或可能怀孕。
- 色盲。
- 已知对乳胶过敏或过敏。
- 服用选择性血清素再摄取抑制剂、兴奋剂药物、抗生素，以及长期服用止痛药（如萘普生、泰诺等）。
- 静息血压>130mmHg收缩压或90mmHg舒张压和/或静息脉搏率>100次/分钟。
- 女性月经周期不规律（月经稀发），范围为36-90天，以及无月经周期（闭经）的女性。
- 仅出于停止月经的目的服用避孕药（例如，曼月乐宫内节育器）。
学习计划
研究是如何设计的？
设计细节
- 主要用途：基础科学
- 分配：随机化
- 介入模型：交叉作业
- 屏蔽：无（打开标签）
武器和干预
参与者组/臂 |
干预/治疗 |
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有源比较器：热中性温度，然后冷温度，然后热温度
参与者将完成3次实验访问，在每次访问中，他们将在指定的温度条件下完成一项呼吸任务。
条件暴露的顺序将通过随机化分配。
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在热中性条件下，当参与者在温度设定为24°C、室内湿度为40%的舱室内休息时，将通过特殊服装灌注34°C的水。
在寒冷条件下，当参与者在温度设置为4°C、室内湿度为10%的舱室中休息时，4°C的水将通过特殊服装进行灌注。
在高温条件下，当参与者在温度设定为40°C、室内湿度为40%的舱室中休息时，50°C的水将通过特殊服装进行灌注。
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有源比较器：热中性温度，然后保持温度，然后Cot温度
参与者将完成3次实验访问，每次访问中他们将在指定的温度条件下完成一项呼吸任务。
条件暴露的顺序将通过随机化分配。
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在热中性条件下，当参与者在温度设定为24°C、室内湿度为40%的舱室内休息时，将通过特殊服装灌注34°C的水。
在寒冷条件下，当参与者在温度设置为4°C、室内湿度为10%的舱室中休息时，4°C的水将通过特殊服装进行灌注。
在高温条件下，当参与者在温度设定为40°C、室内湿度为40%的舱室中休息时，50°C的水将通过特殊服装进行灌注。
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有源比较器：冷温度，然后热中性温度，然后热温度
参与者将完成3次实验访问，在每次访问中，他们将在指定的温度条件下完成一项呼吸任务。
条件暴露的顺序将通过随机分配来确定。
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在热中性条件下，当参与者在温度设定为24°C、室内湿度为40%的舱室内休息时，将通过特殊服装灌注34°C的水。
在寒冷条件下，当参与者在温度设置为4°C、室内湿度为10%的舱室中休息时，4°C的水将通过特殊服装进行灌注。
在高温条件下，当参与者在温度设定为40°C、室内湿度为40%的舱室中休息时，50°C的水将通过特殊服装进行灌注。
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有源比较器：冷温度，然后热温度，然后热中性温度
参与者将在三次实验访问中完成呼吸任务，每次访问将在指定的温度条件下进行。
条件暴露的顺序将通过随机化分配。
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在热中性条件下，当参与者在温度设定为24°C、室内湿度为40%的舱室内休息时，将通过特殊服装灌注34°C的水。
在寒冷条件下，当参与者在温度设置为4°C、室内湿度为10%的舱室中休息时，4°C的水将通过特殊服装进行灌注。
在高温条件下，当参与者在温度设定为40°C、室内湿度为40%的舱室中休息时，50°C的水将通过特殊服装进行灌注。
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有源比较器：高温，然后中性温度，然后低温
参与者将完成3次实验访问，期间他们将在指定的温度条件下完成呼吸任务。
条件暴露的顺序将通过随机分配确定。
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在热中性条件下，当参与者在温度设定为24°C、室内湿度为40%的舱室内休息时，将通过特殊服装灌注34°C的水。
在寒冷条件下，当参与者在温度设置为4°C、室内湿度为10%的舱室中休息时，4°C的水将通过特殊服装进行灌注。
在高温条件下，当参与者在温度设定为40°C、室内湿度为40%的舱室中休息时，50°C的水将通过特殊服装进行灌注。
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有源比较器：热温度，然后冷温度，然后热中性温度
参与者将完成3次实验访问，每次访问时他们将在指定的温度条件下完成呼吸任务。
条件暴露的顺序将通过随机化分配。
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在热中性条件下，当参与者在温度设定为24°C、室内湿度为40%的舱室内休息时，将通过特殊服装灌注34°C的水。
在寒冷条件下，当参与者在温度设置为4°C、室内湿度为10%的舱室中休息时，4°C的水将通过特殊服装进行灌注。
在高温条件下，当参与者在温度设定为40°C、室内湿度为40%的舱室中休息时，50°C的水将通过特殊服装进行灌注。
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研究衡量的是什么？
主要结果指标
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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Stroop色词测试时间表现的变化
大体时间：第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续时间约90分钟）
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在每次实验性呼吸任务期间，每45分钟将测量斯特鲁普颜色-词语测试的时间表现（分钟:秒）。
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第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续时间约90分钟）
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斯特鲁普色词测试错误表现的变化
大体时间：在第一天、第二天、第三天（每次持续时间约为90分钟）的每次呼吸任务前后
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斯特鲁普色词测试的错误数量将在每个实验性呼吸任务的每45分钟测量一次。
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在第一天、第二天、第三天（每次持续时间约为90分钟）的每次呼吸任务前后
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呼吸困难强度感知变化
大体时间：在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续时间约90分钟）
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参与者将在每次呼吸任务期间每45分钟通过视觉模拟评分量表（VAS）评估呼吸困难（呼吸）强度的感知。
参与者将在一条水平线（100毫米）上绘制一条垂直标记线，以指示其呼吸感知从“不明显”（0毫米）到“最大可想象强度”（100毫米）。
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在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续时间约90分钟）
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呼吸困难不适感感知的变化
大体时间：在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续约90分钟）
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参与者将在每次呼吸任务期间，每隔45分钟使用视觉模拟评分法（VAS）评估呼吸困难（呼吸）的不适感感知。
参与者将在一条水平线（100毫米）上绘制一条垂直标记线，以表示其从“无不舒适感”（0毫米）到“最大可想象的不适感”（100毫米）的呼吸感知。
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在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续约90分钟）
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次要结果测量
结果测量 |
措施说明 |
大体时间 |
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膈肌厚度变化
大体时间：在第一天、第二天、第三天（每次持续约90分钟）的每次呼吸任务之前和之后
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膈肌厚度将通过多普勒超声在功能残气量（FRC；休息状态）和吸气末时，以及在每次条件前后的FRC最大吸气压力（MIP）测试中，在第10/11肋间隙进行测量。
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在第一天、第二天、第三天（每次持续约90分钟）的每次呼吸任务之前和之后
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心率变异性变化
大体时间：在第1天、第2天、第3天的每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约为90分钟）
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心率变异性（每分钟心跳次数）将通过3导联心电图（ECG）在每个呼吸任务期间持续测量。
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在第1天、第2天、第3天的每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约为90分钟）
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外周血氧饱和度变化
大体时间：在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次任务时长约90分钟）
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在每次呼吸任务期间，将通过脉搏血氧仪持续监测外周血氧饱和度。
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在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次任务时长约90分钟）
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血压变化 - 肱动脉
大体时间：在第一天、第二天、第三天每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约为90分钟）
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在每次呼吸任务期间，将通过标准血压袖带和肱动脉听诊每10分钟测量一次血压。
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在第一天、第二天、第三天每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约为90分钟）
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血压变化 - 手指光电体积描记法
大体时间：在第1天、第2天、第3天的每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约90分钟）
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在每次呼吸任务期间，将通过手指光电容积描记法连续测量血压。
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在第1天、第2天、第3天的每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约90分钟）
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心率变化
大体时间：在第1、2、3天（每次持续约90分钟）的每次呼吸任务前后
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心率将在每个呼吸任务期间通过3导联心电图（ECG）进行持续测量。
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在第1、2、3天（每次持续约90分钟）的每次呼吸任务前后
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脑血氧动力学变化
大体时间：第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续时间约90分钟）
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氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白（摄取/提取，微摩尔）将在每次呼吸任务期间通过前额叶皮层的近红外光谱（NIRS）进行连续测量。
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第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次持续时间约90分钟）
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脑血流速度变化
大体时间：在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约90分钟）
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双侧经颅多普勒超声将用于在每个呼吸任务期间持续测量大脑中动脉和大脑后动脉的血流速度。超声探头将放置在头部两侧的颞窗位置，并使用探头固定架固定其位置。
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在第1、2、3天每次呼吸任务前后（每次任务持续时间约90分钟）
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合作者和调查者
研究记录日期
研究主要日期
学习开始 (估计的)
初级完成 (估计的)
研究完成 (估计的)
研究注册日期
首次提交
首先提交符合 QC 标准的
首次发布 (实际的)
研究记录更新
最后更新发布 (实际的)
上次提交的符合 QC 标准的更新
最后验证
更多信息
与本研究相关的术语
其他研究编号
- 28381 - Aim 3
- FOAAFRLAFOSR20240007 (其他赠款/资助编号：Air Force Office of Scientific Research)
计划个人参与者数据 (IPD)
计划共享个人参与者数据 (IPD)？
IPD 计划说明
药物和器械信息、研究文件
研究美国 FDA 监管的药品
研究美国 FDA 监管的设备产品
在美国制造并从美国出口的产品
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