Het effect van kooldioxide binnenshuis op de cognitie

Er zijn steeds meer aanwijzingen dat het niveau van kooldioxide (CO2) in
gebouwen een negatief effect kan hebben op de cognitieve prestaties en de
gezondheid op lange termijn van de bewoners. Terwijl CO2 in het verleden werd
gebruikt als substituut voor andere schadelijke stoffen in de lucht, wijst
steeds meer onderzoek uit dat CO2 zelf rechtstreeks cognitieve stoornissen en
nadelige fysiologische reacties kan veroorzaken. Aangenomen wordt dat een hoog
niveau van omgevings-CO2 leidt tot een verhoogde concentratie van CO2 in het
bloed, veroorzaakt door een veranderend ademhalingspatroon dat resulteert in
onvoldoende longventilatie. Dit hogere CO2-niveau in het bloed leidt tot een
respiratoire acidose, die wordt gekenmerkt door een ph-waarde van het bloed
lager dan 7,35 en een verhoogde bicarbonaatconcentratie in het bloed.
Uiteindelijk kan dit leiden tot bepaalde chemische en biologische reacties in
de hersenen, die de cognitieve prestaties nadelig beïnvloeden. De onderliggende
fysiologische mechanismen in de hersenen zijn echter nog onbekend. Bovendien
zou de cognitieve stoornis als gevolg van CO2-blootstelling kunnen leiden tot
veranderingen in het individuele gedrag, met name wat betreft de
risicobereidheid en de tijdvoorkeur van individuen, die bepalend zijn voor de
economische besluitvorming. De huidige gegevens geven echter nog geen
uitsluitsel over de vraag bij welke concentratieniveaus CO2 schadelijk begint
te worden. Er is ook slechts beperkte kennis over het effect van matig hoge
CO2-niveaus over een periode van verschillende uren. Bovendien is er, voor
zover wij weten, momenteel geen studie die het effect van een matige
CO2-concentratie binnenshuis op het energiemetabolisme van de mens heeft
onderzocht. De menselijke energiestofwisseling is een belangrijke
gezondheidsfactor bij het bepalen van het risico voor personen om
stofwisselingsziekten te ontwikkelen, zoals hart- en vaatziekten, beroertes en
diabetes type 2. Een lager energiemetabolisme wordt ook in verband gebracht met
een toenemend risico op obesitas.
Deze interdisciplinaire studie heeft tot doel nieuwe inzichten te verschaffen
in verschillende literatuurstromen door het geïsoleerde effect van middellange
blootstelling (gedurende meerdere uren) aan CO2 te onderzoeken op zowel
cognitieve en gedragsmatige reacties als fysiologische kanalen. Dit draagt bij
tot het dichten van verschillende onderzoeksgaten. Ten eerste zal de studie ons
beter doen begrijpen of een typisch voorkomende, matige CO2-concentratie van
0,3% binnenshuis cognitie en gezondheid beïnvloedt. Ten tweede zal de
nauwgezette monitoring van de fysiologische toestand van de proefpersonen
inzicht verschaffen in de onderliggende mechanismen die cognitieve stoornissen
veroorzaken. Ten derde zullen we de rol onderzoeken van langdurige
blootstelling (meerdere uren) aan verhoogde CO2-niveaus die representatief zijn
voor de omstandigheden in kantoren, waardoor de resultaten kunnen worden
vertaald in directe implicaties voor bedrijven en beleid. Begrijpen onder welke
omstandigheden gezondheid, cognitieve capaciteiten en optimale besluitvorming
van kantoorpersoneel kunnen worden geoptimaliseerd is essentieel voor
toekomstige productiviteitsgroei en duurzame werkgelegenheid.

Primaire doelstelling:
De belangrijkste onderzoeksvraag van deze studie luidt: Wat is het effect van
een acht uur durende blootstelling aan een verhoogde concentratie kooldioxide
binnenshuis op de cognitieve prestaties van individuen?
Dit leidt tot de volgende hypothese: De blootstelling aan een
kooldioxideconcentratie binnenshuis van 3000 ppm gedurende een tijdsperiode van
acht uur verlaagt de testscores op de CANTAB cognitietesten significant,
vergeleken met een blootstelling aan een concentratie van 800 ppm kooldioxide.

Secundaire doelstelling(en):
Leidt een acht uur durende blootstelling aan een verhoogde concentratie
kooldioxide binnenshuis tot:
1. Een hogere ademhalingsfrequentie per minuut?
2. Een verhoging van de bloeddruk en arteriële bloed CO2 concentratie?
3. Een daling van de hartslagvariabiliteit en arteriële bloed O2 saturatie?
4. Een groter verschil in proximale en distale huidtemperatuur?
5. Een verandering in substraatoxidatie?
6. Meer risicomijdend gedrag van individuen?
7. Een hogere interne disconteringsfactor die individuen gebruiken om
toekomstige betalingen te evalueren?
8. Een grotere neiging om beslissingen te nemen in een onbewuste,
automatische reactie.

Er wordt een gerandomiseerd cross-overontwerp gebruikt. Dit heeft de voorkeur
boven een behandeling-controle groep ontwerp, omdat fysiologische parameters
zoals hartslagvariabiliteit, bloeddruk en huidtemperatuur verschillen tussen
individuen. Met een cross-overontwerp kan worden nagegaan of het CO2-niveau
binnenshuis een invloed heeft op deze factoren binnen een individu. Bovendien
verschillen ook de economische voorkeuren die een persoon heeft bij het nemen
van investeringsbeslissingen, bepaald door zijn of haar risico- en
tijdsvoorkeuren, tussen individuen. Desalniettemin laat deze studie toe om na
te gaan of een verandering in de CO2 concentratie binnenshuis een impact heeft
op deze economische voorkeuren in termen van een verschuiving van het gedrag
van een persoon naar meer of minder risico-avers, alsook meer of minder
geduldig om te wachten op een toekomstige uitbetaling. De omvang van deze
verschuiving zal van individu tot individu verschillen. Om algemene conclusies
te trekken, is het belangrijk dat de verschuiving voor elk individu in dezelfde
richting gaat, bv. dat elke deelnemer meer risico-avers wordt wanneer het
CO2-niveau binnenshuis hoger is. Een cross-over design maakt het mogelijk dit
aspect te onderzoeken.
In deze studie zullen deelnemers op twee verschillende dagen worden
blootgesteld aan twee verschillende condities in de respiratiekamers van de
Metabolic Research Unit van de Universiteit Maastricht (MRUM) (zie figuur 1
hieronder voor een tijdlijn). In beide condities zullen de deelnemers acht uur
in de ademhalingskamer doorbrengen en meerdere malen cognitietests uitvoeren.
De gekozen lichtconditie in de klimaatkamer zal worden ingesteld op 4000 Kelvin
en 500 lux, wat wordt aanbevolen als visuele comfortabele kantoorverlichting op
basis van de Europese Verlichtingsnorm. De temperatuur wordt ingesteld op 21°C,
volgens een recent onderzoek naar het effect van temperatuur op cognitieve
prestaties het niveau waarbij de menselijke prestaties het dichtst bij optimaal
zijn. Het enige verschil tussen de twee condities is het niveau van kooldioxide
(CO2) in de kamer, dat ofwel 800 ppm CO2-concentratie in de lucht (low-CO2
conditie) of 3000 ppm CO2-concentratie in de lucht (high-CO2 conditie)
bedraagt. Studies hebben bevestigd dat CO2-vergiftiging en ernstige schade voor
de mens alleen voorkomen bij niveaus hoger dan 100.000 ppm (10% van de
omgevingslucht) en dat van langdurige blootstelling aan CO2-niveaus lager dan
30.000 ppm (3% van de omgevingslucht) geen onmiddellijke schade aan de
gezondheid kan worden verwacht.

De CO2-concentratie binnenshuis in de ademhalingskamers zal variëren tussen de twee testdagen. Hij zal ofwel 800 ppm (0,08%) hoog zijn, ofwel 3000 ppm (0,3%) hoog.

De deelnemers moeten één keer komen voor een screening (3 uur) en twee keer
naar het MRUM-laboratorium komen en daar 11,5 uur blijven. Ze moeten een
cognitietest doen, een vragenlijst invullen en twee keer per dag een
loterijspel spelen. Bovendien moeten zij apparaten dragen om de
hartslagvariabiliteit, de bloeddruk, de CO2-bloedconcentratie, het
O2-verzadigingsniveau, de huidtemperatuur en de ademhalingssnelheid te meten.
De menselijke energie-uitgaven zullen worden gemeten met indirecte
calorimetrie. De CO2-niveaus in de kamer zullen binnen een bereik blijven
waarbij geen onmiddellijk gevaar voor de gezondheid wordt verwacht. De hoogste
CO2-concentratie van 3000 ppm is een concentratie die gewoonlijk wordt
waargenomen in scholen of kantoorgebouwen met een relatief slechte ventilatie.
Lichte symptomen zoals hoofdpijn, duizeligheid en slaperigheid kunnen optreden
aan het einde van de 8,5 uur durende sessie.