Vergelijkende Studie naar de Invloed van +Gz-Blootstelling en Zuurstofconcentratie op Luchtwegcollaps.

In de afgelopen jaren heeft de toename van meldingen van onverklaarbare
fysiologische voorvallen in de militaire luchtvaart het belang benadrukt van
een beter begrip van de effecten van stressfactoren tijdens de vlucht (zoals
hypoxie, temperatuur en vibratie) op fysiologische processen. Een van deze
stressfactoren is blootstelling aan positieve G-krachten in de craniocaudale
richting (+Gz) tijdens snelle vliegmanoeuvres, wat unieke uitdagingen met zich
meebrengt die een aanzienlijke impact kunnen hebben op de gezondheid en
prestaties van piloten. Een opvallend gevolg van +Gz-blootstelling is de
ontwikkeling van acceleratie-atelectase, een aandoening die wordt gekenmerkt
door het dichtklappen van terminale luchtwegen in de basale alveoli. Dit
fenomeen treedt op wanneer +Gz leidt tot onvoldoende ventilatie ondanks een
behouden perfusie, resulterend in atelectase.

Acceleratie-atelectase, ook bekend als G-geïnduceerde atelectase, wordt al
bestudeerd sinds de jaren zestig. Langdon en Reynolds beschreven als eersten
hoe verhoogde niveaus van langdurige +Gz in combinatie met 100%
zuurstofconcentratie veranderingen in basale longsegmenten veroorzaakten, wat
leidde tot symptomen zoals het onvermogen om diep adem te halen, substerne
spanning en paroxysmale hoestbuien. Levy et al. rapporteerden tien gevallen van
basale subsegmentale acceleratie-atelectase na de vlucht, die meestal
asymptomatisch waren, hoewel sommige personen borstpijn en hoest ervoeren.
Belangrijk is dat ze opmerken dat deze aandoening meestal zelflimiterend is,
waarbij de symptomen verdwijnen en röntgenfoto*s van de borstkas binnen 48 uur
na de vlucht weer normaal zijn. Hyde et al. toonden aan dat blootstelling aan
+3,5 Gz, in combinatie met het inademen van 100% zuurstof en het dragen van een
anti-G-pak, resulteerde in een afname van 40% in vitale capaciteit. Latere
onderzoeken bevestigden deze bevindingen en documenteerden vergelijkbare
mechanismen en symptomen.

De ontwikkeling van snellere en wendbaardere gevechtsvliegtuigen in de jaren 80
en 90 stimuleerde verder onderzoek naar de effecten van verschillende
gasmengsels op acceleratie-atelectase, met name met de introductie van on-board
oxygen generating systems (OBOGS). Uit deze studies bleek dat gasmengsels met
meer dan 70% zuurstof gepaard gingen met een verhoogd risico op
acceleratie-atelectase. Ook werd een beschermend effect aangetoond van argon-
en stikstofverdunningen, ongeassisteerde positieve drukademhaling (PPB) en
Anti-G Straining Maneuvers (AGSM). Als gevolg hiervan werd het OBOGS-systeem
ontworpen om de maximale zuurstofconcentratie te beperken tot 60% tot 15.000
voet cabinedrukhoogte en in vliegtuigen zonder additionele cabinedruk. Recente
studies hebben bevestigd dat het ademen van 60% zuurstof meestal slechts milde
acceleratie-atelectase veroorzaakt.

Een belangrijke uitdaging bij het bestuderen van acceleratie-atelectase is de
meetmethode. Conventionele spirometrie is lange tijd de gouden standaard
geweest voor het evalueren van longfunctie en luchtwegcollaps, maar vereist
geforceerde in- of uitademingstechnieken, wat de metingen van luchtwegcollaps
kan beïnvloeden. Recentelijk hebben Forced Oscillation Techniques (FOT) en
Impulse- of Airwave Oscillometry (IOS en AOS) aan populariteit gewonnen als
methoden om longfunctie en luchtwegcollaps te beoordelen. Deze oscillometrische
technieken meten luchtwegweerstand en compliantie door luchtgolven te genereren
bij meerdere frequenties, variërend van 5 Hz tot 37 Hz. Lagere frequenties
dringen dieper door in de luchtwegen en bieden inzicht in de totale
luchtwegweerstand en compliantie, terwijl hogere frequenties de centrale
luchtwegen evalueren.

Pollock et al. evalueerden de longfunctie na herhaalde blootstelling aan +5 Gz
met behulp van spirometrie en FOT in twee studies. In de eerste studie
ondergingen proefpersonen vijf centrifugetests van verschillende duur, waarbij
vier keer 94% zuurstof en één keer 21% zuurstof werd ingeademd. FOT toonde geen
significante veranderingen in luchtwegweerstand of compliantie. In een tweede
studie met blootstellingen aan zuurstofniveaus van 21, 35, 45, 60 en 75% werden
ook geen significante effecten waargenomen. Echter, de metingen met één
frequentie bij FOT beperkten het vermogen om onderscheid te maken tussen kleine
en centrale luchtwegfunctie, wat relevant kan zijn voor het beoordelen van
acceleratie-atelectase. In een samenwerkingsstudie tussen de Koninklijke
Luchtmacht en de Royal Canadian Armed Forces gebruikten onderzoekers Airwave
Oscillometry om weerstand en compliantie te evalueren na blootstellingen aan +9
Gz, terwijl proefpersonen anti-G-broeken droegen en AGSM uitvoerden. Deze
studie vond significante afnames in weerstand en toenames in compliantie na
blootstelling, wat wijst op een beschermend effect van positieve intrathoracale
druk en vragen oproept over de duur van veranderingen in luchtwegimpedantie.

Het begrijpen van veranderingen in luchtwegweerstand en compliantie bij matige
+Gz-niveaus, waarbij volledige AGSM mogelijk niet nodig is, is cruciaal.
Ervaren gevechtspiloten passen vaak hun AGSM-technieken aan en voeren ze
effectief uit. In de huidige OBOGS-systemen overschrijdt de geleverde
zuurstofconcentratie slechts 60% in niet-geperste vliegtuigen om het risico op
acceleratie-atelectase te beperken. Daarom is het nauwkeurig beoordelen van
luchtwegimpedantiemetingen bij matige +Gz-niveaus terwijl 21% en 60% zuurstof
wordt ingeademd*voor, direct na en na een herstelperiode*essentieel om
eventuele effecten en de duur ervan te bepalen. Hoewel eerdere studies
voornamelijk conventionele spirometrie of deels oscillometrie hebben gebruikt,
kan oscillometrie preciezere metingen opleveren door geforceerde manoeuvres te
elimineren en onderscheid te maken tussen de bovenste en onderste luchtwegen.

Deze studie heeft tot doel mogelijke luchtwegcollaps tijdens G-blootstelling
bij 21% en 60% zuurstof te beoordelen, waarbij het volledige bereik van
oscillometriemetingen wordt gebruikt om onderscheid te maken tussen weerstand,
reactantie en compliantie van centrale, totale en kleine luchtwegen. De
onderzoeksvragen richten zich op observeerbare effecten op luchtwegweerstand en
reactantie tijdens G-blootstelling met beide zuurstofniveaus, waarbij
proefpersonen anti-G-broeken dragen en geen AGSM-ademhaling uitvoeren. De
hypothese stelt dat de weerstand van kleine luchtwegen zal toenemen en de
compliantie zal afnemen door het inzakken van kleine luchtwegen. Dit onderzoek
bouwt voort op het fundamentele werk van Pollock et al. en Cornelissen et al.

Primair Doel: Om te bepalen hoe de blootstelling aan +5Gz-krachten de werking
van de kleine luchtwegen beïnvloedt bij het ademen van omgevingslucht (21%
zuurstof) en met zuurstof verrijkte lucht (60% zuurstof), zonder het
ademhalingscomponent van de AGSM.

Secundair Doel: Inzicht krijgen in de interactie tussen zuurstofconcentratie en
Gz-blootstelling op de ademhalingsmechanismen bij middelmatige niveaus van
positieve Gz.

Studietype: Een gerandomiseerd crossover-ontwerp waarbij deelnemers als hun
eigen controle dienen. Ze worden blootgesteld aan +5Gz terwijl ze zowel 21% als
60% zuurstof inademen op afzonderlijke dagen.

Blindering: De deelnemers zullen geblindeerd zijn voor de specifieke
zuurstofconcentratie die ze tijdens elke sessie inademen. De onderzoekers die
betrokken zijn bij de dataverzameling zullen niet geblindeerd zijn vanwege
logistieke beperkingen, maar zullen geen interactie hebben met de deelnemers
over de studievoorwaarden.

Studieomgeving: Expertisecentrum voor luchtvaartgeneeskunde en fysiologie.

Duur: 4 maanden (2 maanden voor werving, 2 maanden voor interventie (geen
follow-up)).

Blootstelling volgorde van de deelnemers aan de zuurstofconcentraties wordt
willekeurig toegewezen. De blootstelling volgorde wordt gecounterbalanced.De
volgorde van blootstelling van de deelnemers aan de zuurstofconcentraties wordt
willekeurig toegewezen. De volgorde van blootstelling wordt gecompenseerd.

Dag 1 - Controle: Deelnemers zullen 2 centrifugetests ondergaan: - Baseline-meting: Terwijl de deelnemer zit en vastgesnoerd is in de centrifugegondel. - Ontspannen G-profiel: Dit profiel bepaalt de G-tolerantie en visuele symptomen (zoals tunnelvisie of grijs zien). Tijdens deze run leert de deelnemer welk symptoom aangeeft dat meer spierspanning nodig is om het bewustzijn te behouden. Dit profiel duurt meestal 45 tot 60 seconden totdat visuele symptomen optreden en de deelnemer de test beëindigt. - +5 Gz-profiel: Met anti-G-broek, terwijl normale lucht (21% zuurstof) wordt ingeademd via een ademhalingsmasker. Bij dit profiel moeten deelnemers, indien nodig, een correcte anti-G-spanningstechniek uitvoeren, namelijk het isometrisch en continu aanspannen van spieren in de onderbenen en buik. - Tweede meting van luchtwegimpedantie: Met behulp van de Thorasys tremoFlo, terwijl de deelnemer nog steeds zit en vastgesnoerd is in de centrifugegondel. - Na de meting: De deelnemer wordt losgemaakt, stapt uit de gondel en neemt plaats in een tweede simulatie-ejectiestoel om gedurende de volgende minuten dezelfde zittende houding te behouden, tot 30 minuten na de run. - Derde meting na 30 minuten: Om te bepalen of waargenomen effecten binnen 30 minuten voorbijgaand zijn of aanhouden. Dag 2 - Interventie: Deelnemers zullen 2 centrifugetests ondergaan: - Baseline-meting: Terwijl de deelnemer zit en vastgesnoerd is in de centrifugegondel. - Ontspannen G-profiel: Dit profiel bepaalt de G-tolerantie en visuele symptomen (zoals tunnelvisie of grijs zien). Tijdens deze run leert de deelnemer welk symptoom aangeeft dat meer spierspanning nodig is om het bewustzijn te behouden. Dit profiel duurt meestal 45 tot 60 seconden totdat visuele symptomen optreden en de deelnemer de test beëindigt. - +5 Gz-profiel: Met anti-G-broek, terwijl 60% zuurstof wordt ingeademd via een ademhalingsmasker. Bij dit profiel moeten deelnemers, indien nodig, een correcte anti-G-spanningstechniek uitvoeren, namelijk het isometrisch en continu aanspannen van spieren in de onderbenen en buik. - Tweede meting van luchtwegimpedantie: Met behulp van de Thorasys tremoFlo, terwijl de deelnemer nog steeds zit en vastgesnoerd is in de centrifugegondel. - Na de meting: De deelnemer wordt losgemaakt, stapt uit de gondel en neemt plaats in een tweede simulatie-ejectiestoel om gedurende de volgende minuten dezelfde zittende houding te behouden, tot 30 minuten na de run. - Derde meting na 30 minuten: Om te bepalen of waargenomen effecten binnen 30 minuten voorbijgaand zijn of aanhouden.

Vanwege de aard van deze studie, die alleen onschuldige niveaus van +Gz in een
gecontroleerde centrifugeomgeving omvat, lopen deelnemers geen risico op
ernstige of blijvende verwondingen. Deelnemers worden medisch gescreend vóór
deelname, zodat deelnemers met contra-indicaties voor blootstelling aan
verhoogde Gz-niveaus worden uitgesloten van deelname.