University of Oulu

Thermal, hormonal and cardiovascular responses to single and repeated nonhypothermic cold exposures in man

Saved in:
Author: Korhonen, Ilkka
Organizations: University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Department of Physiology
Finnish Institute of Occupational Health
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.6 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514289262
Language: English
Published: 2008
Publish Date: 2008-11-18
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented, with the assent of the Faculty of Medicine of the University of Oulu, for public defence in the Auditorium of Kastelli Research Centre (Aapistie 1), on November 28th, 2008, at 12 noon
Reviewer: Docent Olli Arjamaa
Professor Onni Niemelä
Description:

Abstract

The purpose of this study was to find out and compare the physiological effects of different types of non-hypothermic cold exposure tests in man. In whole-body cold exposures lightly clothed subjects were exposed to 10°C for 2 hours (single exposure), as well as repeatidly for 2 h and 1 h on ten successive days in separate studies. For local cold exposures, cold pressor tests (immersion into ice-cold water) of both hands and both feet were used. In whole-body cold exposures, several hormonal and metabolic parameters as well as cold sensations were measured. In local cold exposures the measured parameters were blood pressure, heart rate and skin temperatures.

The single 2-h whole-body cold air exposure decreased rectal and skin temperatures and body heat content, but increased the metabolic rate. At the same time the serum noradrenaline concentration increased indicating a general activation of the sympathetic nervous system. Serum free fatty acid concentration increased whereas cortisol, GH and prolactin concentrations fell. No significant changes were found in serum concentrations of adrenalin, TSH, T3, T4, testosterone or LH. Serum total proteins were enhanced apparently due to cold-induced hemoconcentration. After repeating the 2-h whole-body cold exposure for five days the increase in serum noradrenaline level was markedly lower in the cold. At the same time hemoconcentration, judged from serum protein concentrations, was attenuated and the subjects became habituated to the cold sensations. However, the results showed that the repeated 1-h cold exposure in 10°C was not sufficiently intensive to reduce the noradrenaline response.

Comparison of the hand and foot cold pressor tests to whole-body cold exposure tests showed that all tests caused significant increases in systolic and diastolic blood pressures, but that heart rate increased significantly only in the cold pressor test of feet. During the 2-h cold air exposure the heart rate fell. This caused a reduction in rate pressure product (RPP, the product of heart rate and systolic blood pressure). In both cold pressor tests the rate pressure product increased, indicating the enhancement of the O2-need in the heart muscle. The results showed no significant correlation in systolic or diastolic blood pressures between whole-body and local cooling of hands or feet. The lack of the association between local and whole-body cold exposure tests may be due to differences in severity and site of the tests: whole-body cold exposure tests cause general cold discomfort while cold pressor tests cause local cold pain.


Tiivistelmä

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää ja verrata eri tyyppisten lievien kylmäaltistustestien fysiologisia vaikutuksia ihmiseen. Yksittäisessä koko kehon kylmäaltistuksessa koehenkilöt olivat kevyesti vaatetettuina kahden tunnin ajan 10°C:n lämpötilassa. Toistetussa koko kehon kylmäaltistuksessa koehenkilöt oleskelivat myös 10°C:n lämpötilassa kahden tai yhden tunnin ajan kymmenenä perättäisenä päivänä. Paikallisessa kylmäaltistuksessa käytettiin kylmävesitestiä (ns. cold pressor koe). Testi tehtiin sekä käsille että jaloille. Koko kehon kylmäaltistuksessa mitattiin useita hormonaalisia, aineenvaihdunnan ja lämpötasapainon vasteita, sekä verenpainetta ja sydämen syketiheyttä. Paikallisissa kylmäaltistuksissa mitattiin verenpainetta, sydämen syketiheyttä ja iholämpötiloja.

Yksittäinen koko kehon kahden tunnin kylmäaltistus laski syvälämpötilaa, iholämpötiloja ja kehon lämpösisältöä. Samanaikaisesti kehon lämmöntuotanto kasvoi. Seerumin noradrenaliinipitoisuus lisääntyi ilmentäen sympaattisen hermoston tehostunutta aktivoitumista. Seerumin vapaiden rasvahappojen pitoisuus kasvoi, samoin kokonaisproteiinipitoisuus, mutta kasvuhormonin, kortisolin ja prolaktiinin osalta todettiin pitoisuuksien vähenemistä. Merkitseviä muutoksia ei tapahtunut seerumin adrenaliinissa, TSH:ssa, T3:ssa, T4:ssä, testosteronissa tai LH:ssa.

Toistetussa kahden tunnin pituisessa kylmäaltistuksessa seerumin noradrenaliinipitoisuudessa tapahtunut kasvu oli merkitsevästi vähäisempää viiden päivän jälkeen. Samanaikaisesti seerumin proteiinipitoisuus kylmässä väheni ja kylmätuntemukset muuttuivat lievemmiksi. Sen sijaan yhden tunnin toistettu altistus 10°C:ssa ei ollut riittävän voimakas vähentämään kylmän aiheuttamaa veren noradrenaliinipitoisuuden kasvua.

Verenpaineen ja sydämen syketiheyden reaktioita verrattiin samoilla koehenkilöillä yksittäisessä kahden tunnin koko kehon kylmäaltistuksessa ja kylmävesitesteissä. Kaikki nämä testit kohottivat merkitsevästi systolista ja diastolista verenpainetta. Sydämen syketiheys laski koko kehon kylmäaltistuksessa. Jalkojen kylmävesitestissä sydämen syketiheys nousi merkitsevästi, mutta käsien testissä tämä nousu ei ollut merkitsevä. Verenpaineen nousu koko kehon kylmäaltistuksessa ei korreloinut merkitsevästi paikallisissa kylmäaltistuksissa mitattuihin verenpaineen nousuihin. Selittävänä tekijänä tähän lienee näiden kylmäaltistusmuotojen erilaisuus. Lievä koko kehon kylmäaltistus aiheuttaa yleistä epämiellyttävyyttä, kun taas äkilliseen, nopean iholämpötilan laskun aiheuttamaan paikalliseen kylmäaltistukseen liittyy usein kiputuntemuksia.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. D, Medica
ISSN-E: 1796-2234
ISBN: 978-951-42-8926-2
ISBN Print: 978-951-42-8925-5
Issue: 989
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.