Military Medicine International Journal of amsus raising the bar: extremity trauma care guest editors

Pearson

’s correlations were used to assess the relationship of

maximal core temperature and time above 38.3°C to event

duration, hydration status (USG), BSA, and BMI.

Statistical analyses were conducted using the PASW Sta-

tistics 18 (SPSS Inc, Chicago, Illinois). A priori power cal-

culation suggested that with group sample sizes of 10 each,

there was 80% power to detect a difference of 0.59°C

between groups with signi

ficance level of p < 0.05.

RESULTS

All participants started the BMDM. Two participants (1 trans-

tibial, 1 transfemoral) with amputations did not

finish the

event: one due to prosthesis malfunction and a second

opted to complete the 15.2-mile honorary march due to

pain. Data for these participants were not included in the

analysis. One control group participant

’s temperature reader

malfunctioned rendering the data unusable. As a result, data

from 17 participants (9 control, 8 amputation) were used in

the analyses. The groups were well matched in anthropomet-

rics, with the exceptions that the control group was older

( p = 0.029) and the amputation group was taller ( p = 0.038)

( Table I).

There was no signi

ficant difference in maximal core tem-

perature between the groups ( p = 0.27) (Table II). Nearly

all participants (8 control, 6 amputation) reached the thresh-

old of 38.3°C (Fig. 1). Maximal core temperature for the

amputation group ranged from 38.2 to 38.8°C. For the con-

trol group, maximal core temperature ranged from 38.1 to

39.0°C. No subjects reached 40.0°C. Time spent above the

38.3°C threshold was not signi

ficantly different between

groups (Table II) but varied widely by participant in relation

to the duration of the event.

The control group

finished the event faster than the ampu-

tation group ( p = 0.01). There was no signi

ficant correlation

between event duration and time above 38.3°C or max core

temp (Fig. 1). There were no signi

ficant correlations between

hydration, BSA, and BMI with either maximal core tempera-

ture or time above 38.3°C.

DISCUSSION

The primary objective of this study was to compare changes

in core body temperature in individuals with and without

amputations during a prolonged endurance event. Although

we hypothesized that participants with amputations would

have higher core temperatures than participants without

amputations during the 26.2-mile BMDM, the data collected

did not support this hypothesis. Speci

fically, all metrics were

similar between the two groups, except time to completion.

When walking at similar speeds individuals with amputa-

tions may expend up to 33% more energy than individuals

TABLE I.

Participant Demographics for Participants With and

Without Amputation

With Amputation

(n = 8)

Without Amputation

(n = 9)

Age (Year)

26.1 ± 3.6*

33.3 ± 7.7

Height (cm)

181.9 ± 5.2*

176.4 ± 4.8

Weight (kg)

a

92.3 ± 18.9

84.4 ± 11.2

BMI (kg/m

2

)

a

27.8 ± 4.5

27.2 ± 4.1

BSA Adjusted

b

4.46 ± 0.98

4.14 ± 0.55

Body Fat %

18.0 ± 8.9

19.6 ± 5.5

Muscle Mass (g)

65,996 ± 10,918

63,685 ± 5,629

Fat Mass (g)

18,978 ± 8,527

16,773 ± 6,667

Data are mean ± SD.

a

Weight for amputation group is adjusted to account

for missing limb proportion; adjusted weight used to calculate BMI for

same subjects.

b

BSA for amputation group is adjusted to account for miss-

ing limb proportion. *Signi

ficantly different than control group at p < 0.05.

TABLE II.

Event Measures for Participants With and Without

Amputation

With

Amputation

(n = 8)

Without

Amputation

(n = 9)

Maximum Core Temperature (°C)

38.56 ± 0.23

38.64 ± 0.26

Time to Maximum

Core Temp (Minutes)

390 ± 124

344 ± 143

Time to 38.3°C (Minutes)

293 ± 161

206 ± 178

Time Above 38.3°C (Minutes)

101 ± 83

128 ± 113

USG Postevent

1.021 ± 0.011

1.022 ± 0.008

Weight Loss at End of Event (kg)

1.55 ± 1.12

1.72 ± 1.01

Weight Loss %

1.78 ± 1.32

1.87 ± 1.08

Duration of Event (Hour)

9.6 ± 0.96*

7.9 ± 1.4

Data are mean ± SD. *Signi

ficantly different than control group at p = 0.01.

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

63

Core Temperature in Service Members With and Without Traumatic Amputations

without amputations.

7,18,19

Although participants with ampu-

tations marched at a slower pace than their counterparts,

they may have been working at a similar metabolic rate due

to gait differences observed in previous studies.

20

Metabolic

rate during exercise is an important determinant of core tem-

perature,

21

which may explain the similarities in core tem-

perature between groups in the present study.

Similarly, heavy exercise in hyperthermal conditions at

a constant workload or pace is associated with limited per-

formance time and greater oxygen uptake.

22

In marathons

where an individual is able to self-select pace, pace was

slower by 2% in elite runners and 10% in less-trained run-

ners as the ambient temperature increased.

23

We suspect that

participants in the BMDM inherently adjusted their pace to

mitigate the metabolic-related increase in core temperature,

thereby affecting their time to completion.

Participants without amputations were slightly older on

average than the group with amputations. However, studies

conducted in hot environments have shown that age does

not signi

ficantly affect thermoregulatory function.

24,25

One of the most frequently reported reasons for not

wearing a prosthesis is heat and consequent sweating of

the residual limb.

26,27

We hypothesized that the prosthesis

and liner could inhibit heat dissipation, which might cause

core body temperature to rise more substantially and quickly

with exercise. The variables of BSA and adjusted BSA with

prosthesis liner, however, did not signi

ficantly correlate with

core temperature. Seven of the 9 participants with amputa-

tions had transtibial amputations, which made compari-

sons between levels of amputation, and therefore BSA,

more challenging.

There was no correlation between hydration status and

maximum core temperature (r = 0.09, p = 0.69), consis-

tent with other research conducted in an outdoor environ-

ment.

28,29

Participants in this study lost less than 2% of their

body weight, which is under levels previously reported to

affect core temperature and within the guidelines for hydra-

tion during exercise.

3,30

Previous studies have shown that

adequate

fluid replacement during exercise may help attenu-

ate the rise in core temperature.

31

Unlike this study, how-

ever, many of those studies controlled

fluid intake.

32

It is possible that the relatively mild temperatures during

the BMDM, which ranged from 12 to 23°C, were not in the

hyperthermal ranges tested in other studies that showed sig-

ni

ficant differences between conditions.

22,23

The low relative

humidity of 10 to 25% and average wind speed during the

BMDM ranged 5 to 15 miles per hour most likely assisted

in heat dissipation,

2,3

as well.

The main limitation in this study is the small sample size

and possibility of a type 2 error. The loss of three partici-

pants degraded the ability to detect statistical differences and

required the analyses to be limited in complexity. A larger

sample size would allow analyses that controlled for the

effect of all of the covariates on core temperature during

exercise. To provide a more complete understanding of the

role of hydration and sweat rate in body temperature regula-

tion, future studies should monitor

fluid intake, food intake,

and urination during the event, in addition to weight before

and after. The results are promising, though, in suggesting

future research related to the effect of workload or pace on

core temperature.

The results of this study suggest that people with amputa-

tions may not be at higher risk for heat injury when exercising

at a self-selected pace in moderate conditions. Until conclusive

evidence is accumulated, however, it is prudent for trainers

and military service members to closely monitor this popula-

tion during physical activity to prevent heat injuries. Future

research that is adequately powered is needed to fully investi-

gate the potential differences in core temperature between ser-

vice members with and without amputations during prolonged

exercise. Additional research should be performed in addi-

tional conditions with greater heat stress to validate the pre-

liminary

findings of this study will ensure adequate safety

protocols are developed and procedures are implemented to

decrease risk of heat injury for military service members and

athletes with and without lower limb amputation.

REFERENCES

1. Update: Heat injuries, active component, U.S. Armed Forces, 2014;

2015. Available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25825930;

accessed October 28, 2015.

2. Wendt D, van Loon LJC, Lichtenbelt WD van M: Thermoregulation

during exercise in the heat: strategies for maintaining health and perfor-

mance. Sports Med 2007; 37(8): 669

–82. Available at http://www.ncbi

.nlm.nih.gov/pubmed/17645370; accessed July 6, 2015.

3. González-Alonso J, Crandall CG, Johnson JM: The cardiovascular chal-

lenge of exercising in the heat. J Physiol 2008; 586(1): 45

–53.

4. Fischer H: A guide to U.S. Military casualty statistics: Operation Inher-

ent Resolve, Operation New Dawn, Operation Iraqi Freedom, and Oper-

ation Enduring Freedom. Washington, DC, 2014. Available at https://

www.fas.org/sgp/crs/natsec/RS22452.pdf; accessed July 6, 2015.

5. Stinner DJ, Burns TC, Kirk KL, Ficke JR: Return to duty rate of ampu-

tee soldiers in the current con

flicts in Afghanistan and Iraq. J Trauma

2010; 68(6): 1476

–9.

6. Lim CL, Byrne C, Lee JK: Human thermoregulation and measurement

of body temperature in exercise and clinical settings. Ann Acad Med

FIGURE 1.

Maximal core temperature in relation to duration of event in

participants with and without amputation.

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

64

Core Temperature in Service Members With and Without Traumatic Amputations

Singapore 2008; 37(4): 347

–53. Available at http://www.ncbi.nlm.nih

.gov/pubmed/18461221; accessed July 6, 2015.

7. Gailey RS, Wenger MA, Raya M, et al: Energy expenditure of trans-

tibial amputees during ambulation at self-selected pace. Prosthetics

Orthot Int 1994; 18(2): 84

–91.

8. Maughan RJ, Watson P, Shirreffs SM: Heat and cold : what does the

environment do to the marathon runner? Sports Med 2007; 37(4

–5):

396

–9. Available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17465618;

accessed July 6, 2015.

9. Andrews AM, Wunderlich B, Linberg A: Core temperature changes in

service members with and without amputations during the Army 10-Miler.

Mil Med 2011; 176(6): 664

–8. Available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/

pubmed/21702385; accessed July 6, 2015.

10. HQ US Army: AR 600-9 the Army body composition program, 2013.

Available at http://www.apd.army.mil/pdf

files/r600_9.pdf; accessed July

6, 2015.

11. Osterkamp LK: Current perspective on assessment of human body pro-

portions of relevance to amputees. J Am Diet Assoc 1995; 95: 215

–8.

12. Mosteller RD: Simpli

fied calculation of body-surface area. N Engl J

Med 1987; 317(17): 1098.

13. Lee J-Y, Choi J-W, Kim H: Determination of body surface area and for-

mulas to estimate body surface area using the alginate method. J Physiol

Anthropol 2008; 27(2): 71

–82.

14. Byrne C, Lim CL: The ingestible telemetric body core temperature

sensor: a review of validity and exercise applications. Br J Sports Med

2007; 41(3): 126

–33.

15. Casa DJ, Becker SM, Ganio MS, et al: Validity of devices that

assess body temperature during outdoor exercise in the heat. J Athl

Train 42(3): 333

–42. Available at http://www.pubmedcentral.nih.gov/

articlerender.fcgi?artid=1978469&tool=pmcentrez&rendertype=abstract;

accessed July 6, 2015.

16. U.S. Department of Commerce, National Oceanic & Atmospheric

Administration. Record of Climatological Observations for White Sands

National Monument, NM. Available at https://www.ncei.noaa.gov/

orders/cdo/816262.pdf; accessed October 2, 2016.

17. HQ Dept of Army and Air Force: TB MED 507 heat stress control

and heat casualty management, 2003. Available at http://www.usariem

.army.mil/assets/docs/publications/articles/2003/tbmed507.pdf; accessed

August 4, 2016.

18. Schmalz T, Blumentritt S, Jarasch R: Energy expenditure and biome-

chanical characteristics of lower limb amputee gait: the in

fluence of

prosthetic alignment and different prosthetic components. Gait Posture

2002; 16(3): 255

–63. Available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/

12443950; accessed July 6, 2015.

19. Waters RL, Perry J, Antonelli D, Hislop H: Energy cost of walking of

amputees: the in

fluence of level of amputation. J Bone Joint Surg Am

1976; 58(1): 42

–6. Available at http://jbjs.org/content/58/1/42.abstract;

accessed July 6, 2015.

20. Gailey RS, Nash MS, Atchley TA, et al: The effects of prosthesis mass

on metabolic cost of ambulation in non-vascular trans-tibial amputees.

Prosthetics Orthot Int. 1997; 21(1): 9

–16.

21. Noakes TD, Myburgh KH, du Plessis J, et al: Metabolic rate, not per-

cent dehydration, predicts rectal temperature in marathon runners. Med

Sci Sports Exerc 1991; 23(4): 443

–9. Available at http://www.ncbi

.nlm.nih.gov/pubmed/2056902; accessed July 6, 2015.

22. MacDougall JD, Reddan WG, Layton CR, Dempsey JA: Effects

of metabolic hyperthermia on performance during heavy prolonged

exercise. J Appl Physiol 1974; 36(5): 538

–44. Available at http://jap

.physiology.org/content/36/5/538.abstract; accessed July 6, 2015.

23. Ely BR, Cheuvront SN, Kene

fick RW, Sawka MN: Aerobic perfor-

mance is degraded, despite modest hyperthermia, in hot environments.

Med Sci Sports Exerc 2010; 42(1): 135

–41.

24. Davies CT: Thermoregulation during exercise in relation to sex and

age. Eur J Appl Physiol Occup Physiol 1979; 42(2): 71

–9. Available at

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/510285; accessed July 6, 2015.

25. Yousef MK, Dill DB, Vitez TS, Hillyard SD, Goldman AS: Thermo-

regulatory responses to desert heat: age, race and sex. J Gerontol

1984; 39(4): 406

–14. Available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/

6736576; accessed July 6, 2015.

26. Hagberg K, Brånemark R: Consequences of non-vascular trans-femoral

amputation: a survey of quality of life, prosthetic use and problems.

Prosthetics Orthot Int 2001; 25(3): 186

–194.

27. Burger H, Marincek C: Upper limb prosthetic use in Slovenia. Prosthet

Orthot Int 1994; 18(1): 25

–33. Available at http://www.ncbi.nlm.nih

.gov/pubmed/8084746; accessed July 6, 2015.

28. Laursen PB, Suriano R, Quod MJ, et al: Core temperature and hydra-

tion status during an Ironman triathlon. Br J Sports Med 2006; 40(4):

320

–5; discussion 325.

29. Sharwood KA, Collins M, Goedecke JH, Wilson G, Noakes TD: Weight

changes, medical complications, and performance during an Ironman

triathlon. Br J Sports Med 2004; 38(6): 718

–24.

30. Sawka MN, Burke L, Eichner R, Maughan RJ, Montain SJ, Stachenfeld

N: American College of Sports Medicine position stand. Exercise and

fluid replacement. Med Sci Sport Exerc 2007; 39(2): 377–90. Available

at http://journals.lww.com/acsm-msse/Fulltext/2007/02000/Exercise_and_

Fluid_Replacement.22.aspx; accessed July 6, 2015.

31. Murray B: Hydration and physical performance. J Am Coll Nutr 2007;

26(Suppl 5):542S

–8S. Available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/

17921463; accessed April 13, 2015.

32. Ebert TR, Martin DT, Bullock N, et al: In

fluence of hydration status on

thermoregulation and cycling hill climbing. Med Sci Sports Exerc

2007; 39(2): 323

–9.

MILITARY MEDICINE, Vol. 181, November/December Supplement 2016

65

Core Temperature in Service Members With and Without Traumatic Amputations

MILITARY MEDICINE, 181, 11/12:66, 2016

A Review of Unique Considerations for Female Veterans

With Amputation

COL Billie J. Randolph, SP USA (Ret.)*†; Leif M. Nelson, DPT*†; CPT M. Jason Highsmith, SP USAR*†‡

ABSTRACT This article explores unique considerations that face both women living with limb loss and their health

care providers. This demographic of patient has a higher rate of arti

ficial limb rejection, thus challenging providers to

address needs for cosmesis and function that varies from those of male counterparts. Health care providers for women

with amputations, such as the Veterans Affairs, must evolve health care delivery, research practices, and work jointly

with industry in order to meet the needs of this population.

Of the estimated 1.6 million people living with limb loss in

the United States in 2005, approximately 35% were female.

Among the Americans living with amputation, 45% were of

traumatic etiology and 19% of this subgroup were female.

1

Despite these numbers, females with amputation are studied

less than their male counterparts in prosthetic and amputee

rehabilitation research thereby limiting evidentiary support

for clinical decision-making in this demographic.

Within the U.S. Department of Veterans Affairs (VA),

female Veterans represent an expanding component of the

overall Veteran population. Nine percent of the overall Vet-

eran population is female,

2

and women make up 12% of the

personnel for Operation Enduring Freedom (OEF), Operation

Iraqi Freedom (OIF), and Operation New Dawn (OND).

Female Veterans with amputation make up approximately

2% of the Veteran amputee population. In 2013, the Veterans

Health Administration served 1,805 female Veterans with

amputations including 53 who served in OEF/OIF/OND.

A 2012 report from the VA Of

fice of the Inspector

General cited OEF/OIF/OND Veterans with amputations are

signi

ficant users of all health care services and require com-

prehensive interdisciplinary care to meet their needs.

2

Within

VA, female Veterans with amputation are seen more fre-

quently for rehabilitative and prosthetic services than their

male counterparts. Providers caring for female amputees

should consider that one in

five female Veterans screen posi-

tive for military sexual trauma and they are 22% more likely

to be diagnosed with a mental health condition compared to

male Veterans. Additionally, female Veterans are twice as

likely to be homeless

3

and have a higher unemployment rate

for 25- to 44-year-olds compared to female non-Veterans in

the same age range in the United States.

4

Of all women with

amputation that have domiciles, 57% are likely to live alone

compared to 36% of males with amputations.

5

Women generally require smaller prosthetic components

compared to men because of their smaller bone structure

and muscle mass.

6

–9

Commercially available prosthetic com-

ponents are not gender speci

fic and may be designed more

with typical male anthropometry, biomechanics, and func-

tion in mind. Therefore, dissatisfaction with prosthetic

fit

and appearance tends to be higher in the female population

living with limb loss.

10

Collectively, poor cosmesis, few

female-speci

fic components, heavy prosthetic weight, com-

bined with socket

fitting challenges can lead to skin integrity

concerns, pistoning, and unwanted noise. Although there is

no gender difference in use of upper limb prostheses by

individuals with congenital limb loss, 80% of females with

acquired proximal amputations reject their prosthesis com-

pared to 15% of males.

11

There seem to be no differences across gender for inten-

sity or frequency of residual limb pain or phantom limb

pain. However, females with amputations tend to report

greater pain, and that pain interferes with function to a

greater extent than males.

12

This pain also interferes with

activities of daily living including recreational and social

activities, communication, self-care, and learning new skills.

Functional outcome is not impacted by gender in the

same way it is affected by etiology, level of amputation or age

as measured by the 2-minute walk test.

13

Although all individ-

uals living with lower limb loss are at an increased risk of

comorbidities such as osteoarthritis in proximal and contralat-

eral joints, the risk of osteoarthritis among women with ampu-

tation is elevated 15% for each kg/m

2

.

14

This supports the

need to address weight management, lower extremity strength-

ening, and activity modi

fication in this specific demographic.

Another common pathology in women is osteoporosis.