Effecten van een combinatie van hitte en hypobare hypoxie op cognitieve prestaties.

Gedreven door technologische vooruitgang verschuift de rol van de vlieger
binnen de vijfde generatie luchtmacht van platform-gestuurde naar sterk
informatie-gestuurde operaties. Nieuwe technologie zal steeds meer de
besluitvorming van de menselijke operator ondersteunen en aanvullen. Desondanks
moet de menselijke operator zijn taken kunnen blijven uitvoeren met al deze
mogelijkheden en beschikbaarheid van informatie. Bovendien moeten piloten van
de vijfde generatie deze taken uitvoeren in een nieuwe rol als
informatiemanager, onder mentaal en fysiek veeleisende omstandigheden die
inherent zijn aan militaire operaties. Onderzoeksprogramma V1917 wordt
gefinancierd door het Nederlandse Ministerie van Defensie om kennis te vergaren
over de effecten van interne en externe operationele omstandigheden op de
fysieke en cognitieve vaardigheden van de vlieger. Het hoofddoel van het
programma is het verkrijgen van kennis over de effecten van (een combinatie
van) fysieke en cognitieve stressoren op de prestaties van vliegers. Deze
kennis kan worden toegepast om simulatieomgevingen te verbeteren die worden
gebruikt voor de training van bemanningsleden, en om menselijke modellen te
ontwikkelen die de prestaties van de operator voorspellen in veeleisende
operationele omstandigheden, zoals tijdens hypoxie, hitte, ruimtelijke
desoriëntatie en overbelasting van informatie.
Op basis van verschillende interviews met experts over relevante scenario's,
use-cases, stressoren en bijbehorende prestatiematen zijn twee fysieke
stressoren (hitte en hypoxie) gekozen voor deze studie. We richten ons op het
simuleren van een missie met bemanning van transporthelikopters in een warm
klimaat. Tijdens dergelijke missies vliegt de bemanning regelmatig op een
hoogte tussen 10.000 - 13.000 ft zonder het gebruik van een extra
zuurstofmasker, terwijl ze vooraf worden blootgesteld aan hittebelasting in de
cockpit tijdens grondprocedures en vluchtvoorbereiding. Tijdens deze missies
dragen bemanningsleden een militair overall met daaronder een brandwerend
Nomexshirt- en broek. Dit zorgt voor een isolatielaag op het lichaam, die een
extra thermische last veroorzaakt.

Wij onderzoeken hoe een combinatie van deze twee fysieke stressoren de
cognitieve prestaties en (subjectieve) gevoelens van (over)belasting
beïnvloedt, en welke mechanismen daarmee worden geassocieerd. De effecten van
hitte en hypobare hypoxie op cognitieve prestaties zijn in veel studies
afzonderlijk van elkaar onderzocht (Martin et al., 2019). Er is echter weinig
bekend over de onderliggende gedeelde mechanismen die worden ondervonden in
combinaties van deze stressoren en de mogelijke effecten op cognitieve
prestaties.
Onderzoeksvragen:
A. Wat zijn de effecten van hypobare hypoxie op cognitieve prestaties?
B. Wat zijn de effecten van hitte op cognitieve prestaties?
C. Wat zijn de effecten van de combinatie van deze twee stressoren op
cognitieve prestaties?

Vragen met betrekking tot mogelijke onderliggende (fysiologische) processen:
D. Wat zijn de effecten van hypobare hypoxie en hitte, en hun gecombineerde
effect, op zuurstofsaturatie in het bloed, hartslag, gemiddelde
lichaamstemperatuur, huidtemperatuur, visuele perceptie en zelfgerapporteerde
mentale inspanning?*

Proefpersonen bezoeken het testcentrum op vier afzonderlijke dagen. Zowel de
stressoren *hypobare hypoxie* (zeespiegel versus hypobare hypoxie) als de
hittelast (normale temperatuur versus hitte) hebben een *within-subjects
desing* (2x2). De proefpersonen worden blootgesteld aan deze stressoren in een
counterbalanced design voor de volgende vier condities:
• Conditie 1: zeeniveau + geen hittelast
• conditie 2: zeeniveau + hittelast
• Conditie 3: hypobare hypoxie + geen hittelast
• Conditie 4: hypobare hypoxie + hittelast
Omdat de stressoren merkbaar zullen zijn voor de proefpersonen, is het niet
mogelijk om (dubbel-) blind onderzoek te doen. De vier condities zullen
plaatsvinden in een (onvolledig) Latijns-vierkant crossover-design (blok van 4
x 7). Op elke testdag worden 3 proefpersonen tegelijk getest. Dit betekent dat
in totaal 7 mogelijke reeksen kunnen worden gebruikt (voor in totaal 21
proefpersonen).

De blootstelling aan een enkele conditie duurt in totaal 105 minuten, waarbij de eerste 60 minuten het gedeelte "vluchtvoorbereiding / grondprocedures" (met mogelijke hittelast) simuleren en de volgende 45 minuten de "werkelijke vlucht" (met mogelijke hypobare hypoxie). Om hypoxie te simuleren, zullen proefpersonen worden blootgesteld aan hypobare hypoxie in de hypobare kamer van het RNLAF in het Centrum voor Mens & Luchtvaart in Soesterberg. Hittelast wordt geïnduceerd door een luchttemperatuur van 35 graden Celsius, stralingswarmte van een kunstmatige zon (<1000 W / m2 van infrarood warmtelampen) en door het dragen van een vliegeroverall en vest. Na de eerste 60 minuten in de (mogelijke) hitte wordt de temperatuur verlaagd tot normale temperaturen van ongeveer 25-30 graden Celsius, terwijl de warmtelampen blijven branden (simulatie van zonnestraling). Tijdens de toestand zonder warmtebelasting zal een normale luchttemperatuur van ongeveer 20-25 graden Celsius worden gebruikt.

De last voor de proefpersonen zal niet erg hoog zijn, aspecten van het
onderzoek zijn vrij standaard en vormen geen grote risico's. Proefpersonen
bezoeken de CML op vier verschillende dagen met minimaal zeven dagen tussen
elke testdag. Elke testdag duurt ongeveer 3 uur. Proefpersonen worden
blootgesteld aan vier voorwaarden:
• Conditie 1: zeeniveau + geen hittelast
• Conditie 2: zeeniveau + hittelast
• Conditie 3: hypobare hypoxie + geen hittelast
• Conditie 4: hypobare hypoxie + hittelast

Blootstelling aan deze condities is verdeeld in twee afzonderlijke fasen
tijdens een testdag, zodat blootstelling aan hitte en hypobare hypoxie niet
gelijktijdig zal plaatsvinden. Het onderzoek richt zich op cognitieve
prestaties en welke fysiologische processen ten grondslag liggen aan behoud of
verlies van prestatie. De nadruk van dit onderzoek ligt niet op
gezondheidseffecten.
Voorafgaand aan deelname wordt een medische (hitte- en hypoxie gerelateerde)
vragenlijst ingevuld door de proefpersoon en goedgekeurd door een arts. In het
geval dat de arts contra-indicaties vindt, wordt de proefpersoon uitgesloten
van deelname aan dit onderzoek. We zullen de proefpersoon tijdens het
experiment grondig volgen op basis van kerntemperatuur, zuurstofsaturatie en
hartslag). Daarnaast zullen we regelmatig observeren en communiceren met de
proefpersoon, en een arts zal op afroep beschikbaar zijn. Op basis van de
fysiologische parameters worden stopcriteria gehandhaafd.
Proefpersonen wordt gevraagd aan te geven of ze zich niet goed voelen. In dat
geval wordt het experiment onderbroken of zelfs beëindigd. In het geval dat een
proefpersoon in de hypobare hypoxie conditie moet stoppen om wat voor reden dan
ook, moeten alle andere proefpersonen op dat moment ook stoppen.

Tegenmaatregelen:
A. Proefpersonen worden gescreend door een arts met behulp van een medische
screeningschecklist;
B. Proefpersonen krijgen een cardiovasculaire screening (ECG) welke word
beoordeeld door een arts;
C. Tijdens het experiment is een arts op afroep beschikbaar op de locatie;
D. Reservezuurstofflessen zijn aanwezig in de hypobare kamer;
E. Proefpersonen worden continu gemonitord (kerntemperatuur, hartslag en
zuurstofsaturatie) en stopcriteria worden gehandhaafd.
F. Na het experiment kunnen de proefpersonen water drinken.

Verschillende studies richten zich op de effecten van hypobare hypoxie en
hittelast onafhankelijk van elkaar op cognitieve en fysiologische responsen. De
combinatie van warmte en gesimuleerde hoogten is echter minder duidelijk. De
resultaten van deze studie kunnen helpen bij het verbeteren van
simulatieomgevingen die worden gebruikt voor de training van bemanningsleden,
en bij het ontwikkelen van menselijke modellen die de prestaties van de
operator voorspellen in veeleisende operationele omstandigheden.