Ihmisen kylmäherkkyyden mittaaminen on mahdollista

Taustaa

Kylmälle altistuminen (kylmä ilma tai vesi, kylmät kosketuspinnat) ja kylmän tunne on osa jokapäiväistä elämää työssä tai harrastuksissa etenkin pohjoisessa elinympäristössä. Kylmälle voi altistua koko keho tai pelkästään kädet, jalat tai kasvot. Kylmäksi voidaan nimittää kaikkia ympäristölämpötiloja, joissa elimistön lämmönsäätelyjärjestelmät aktivoituvat ja pyrkivät kohottamaan kehon lämpötilaa. Aktivoituminen voi tapahtua jo +15°C:n lämpötilassa. Erilaiset kylmän aiheuttamat tuntemukset ja fysiologiset reaktiot ovat kuitenkin tavanomaisia vasta selvästi kylmemmissä lämpötiloissa. Kylmä itsessään on aineeton käsite. Kyseessä on kylmän tunne, aistimus, mikä on seurausta lämmön menetyksestä. Elimistön ulkoinen tai sisäinen tekijä, joka johtaa kudoksen lämpötilan laskuun, tulkitaan kylmän tunteeksi. Vaste kylmään on pyrkimys kehon lämpötilan säilyttämiseen vähentämällä lämmönhukkaa ympäristöön ja lisäämällä lämmön tuotantoa. Yksilöllisiä eroja kylmävasteissa selittävät kehon mittasuhteiden eroavuudet, fyysinen suorituskyky, kylmään sopeutuminen, ikä, sukupuoli ja persoonallisuuspiirteiden erot. Kehon jäähtyminen heikentää sekä fyysistä että psyykkistä suorituskykyä. Lievän jäähtymisen on kuitenkin todettu jopa parantavan kognitiivista suorituskykyä ilmeisesti vireystilaa kohottamalla. Toistuvat kylmäaltistumiset aiheuttavat eriasteisia sopeutumisreaktioita. Tiedot kylmäaltistumisen vaikutuksista ihmisen fysiologisiin reaktioihin perustuvat kylmillä seuduilla asuvien ihmisten tutkimiseen. Vapaaehtoiset koehenkilöt ovat osallistuneet vakioituihin kylmäaltistustesteihin, kylmätyötä tekeviä työntekijöitä on seurattu ja ihmisen kylmäreaktioita on mitattu eri vuodenaikoina. Kylmäaltistustestien suuri vaihtelevuus on vaikeuttanut niiden tulosten vertaamista.

Aineisto ja menetelmät

Tutkimuksessa selvitettiin ja verrattiin lievien kylmäaltistustestien fysiologisia vaikutuksia ihmiseen. Tutkimukseen osallistui vapaaehtoista kantahenkilökuntaa ja varusmiehiä puolustusvoimista. 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 yhden tai kahden tunnin ajan kymmenenä perättäisenä päivänä. Paikallisessa kylmäaltistuksessa käytettiin kylmävesitestiä (ns. cold pressor -koe). Testi tehtiin sekä käsille että jaloille, ja siinä kämmenet ja jalkaterät upotettiin minuutin ajaksi jääveteen. Koko kehon kylmäaltistuksissa mitattiin useita hormonaalisia, aineenvaihdunnan ja lämpötasapainon vasteita sekä verenpainetta ja sydämen syketiheyttä. Paikallisissa kylmäaltistuksissa mitattiin verenpainetta, sydämen syketi-heyttä ja iholämpötiloja.

Tulokset

Yksittäinen koko kehon kahden tunnin kylmäaltistus laski syvälämpötilaa, iholämpötiloja ja kehon lämpösisältöä. Samanaikaisesti kehon lämmöntuotanto kasvoi. Seerumin noradrenaliinipitoisuus kasvoi ilmentäen sympaattisen hermoston tehostunutta aktivoitumista ja stressireaktiota. Seerumin vapaiden rasvahappojen pitoisuus kasvoi, samoin kokonaisproteiinipitoisuus, mutta kasvuhormonin, kortisolin ja prolaktiinin pitoisuudet vähenivät. Merkitseviä muutoksia ei tapahtunut seerumin adrenaliinissa, tyroksiinissa, trijodotyroniinissa, kilpirauhasta stimuloivassa hormonissa eikä luteinisoivassa hormonissa.

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

Verenpainetta ja sydämen syketiheyttä tutkittiin samoilla koehenkilöillä yksittäisessä kahden tunnin koko kehon kylmäaltistuksessa ja kylmävesitesteissä. Kaikki nämä testit kohottivat merkitsevästi systolista ja diastolista verenpainetta, mutta yksilöittäin tarkasteltuna koko kehon ja paikallisten kylmäaltistusten vaikutukset olivat toisistaan riippumattomia. Siten toisesta testistä ei voi ennustaa toisen testin aiheuttamaa verenpaineen nousun suuruutta. Pääsyynä tähän lienee se, että paikallisten altistuksien aiheuttama nopea iholämpötilan lasku tuotti kiputuntemuksia, joiden kokeminen vaihtelee suuresti yksilöittäin ja heijastuu verenpaineeseen sekä sydämen syketiheyteen ja näkyy sydämen työmäärän kasvuna. Koko kehon kylmäaltistus aiheutti epämiellyttäviä kylmätuntemuksia, mutta ei nostanut sydämen työmäärää.

Johtopäätökset

Koko kehon kylmäaltistuminen ja paikalliset kylmäaltistumiset aiheuttavat toisistaan poikkeavia fysiologisia reaktioita. Tutkimus vahvisti aiempia tutkimustuloksia hormonaalisista ja aineenvaihdunnan muutoksista vastaavantyyppisissä kylmäaltistustesteissä. Käytettyjä menetelmiä voidaan käyttää yksilöllisen kylmäherkkyyden arvioinnissa ja testien valinta riippuu siitä, minkälaisiin olosuhteisiin tutkittava tulee tehtävissään altistumaan. Toistettujen kylmäaltistuksien aikaansaamilla sopeutumisreaktioilla taas voidaan parantaa suorituskykyä ennen kylmässä suoritettavia tehtäviä.

Physiological effects of local and whole-body cold exposures in humans

The physiological effects of nonhypothermic cold-exposure tests were studied in humans. In whole-body cold exposures, lightly clothed subjects were exposed to + 10°C for 2 hours (single exposure) and repeatedly for 2 h and 1 h on ten successive days in separate studies. For local exposures, both hands and both feet were immersed in ice-cold water (cold presser tests).

The single 2-h whole-body exposure to cold air decreased rectal and skin temperatures and body heat content, but increased metabolic rate. Serum noradrenaline concentration increased, indicating general activation of the sympathetic nervous system. Serum free fatty acid and total protein concentrations increased, whereas cortisol, growth hormone and prolactin concentrations decreased. After the whole-body exposure to cold was repeated for five days, the increase in serum noradrenaline level was markedly lower at cold temperatures and the subjects became habituated to cold sensations in the 2-h test but not in the 1-h test.

All cold exposures caused significant increases in systolic and diastolic blood pressures. During the 2-h exposure to cold air, the rate pressure product (RPP, the product of heart rate and systolic blood pressure) decreased. In both cold pressor tests the RPP increased, indicating increased need for oxygen in the heart muscle. The results showed no significant correlation in systolic or diastolic blood pressures between whole-body cooling and local cooling of hands or feet. The lack of an association between tests of local and whole-body cold exposure may be due to differences in severity and to the site of the tests: whole-body exposure to cold causes general discomfort, while cold pressor tests cause local pain.

Alkuperäisjulkaisut

I Leppäluoto J, Korhonen I, Huttunen P & Hassi J. Serum levels of thyroid and adrenal hormones, testosterone, TSH, LH, GH and prolactin in men after a 2-h stay in a cold room. Acta Physiol Scand 1988; 132: 543–8.

II Leppäluoto J, Korhonen I & Hassi J.Habituation of thermal sensations, skin temperatures and norepinephrine in men exposed to cold air. J Appl Physiol 2001; 90: 1211–8.

III Korhonen I, Hassi J & Leppäluoto J. Serum concentrations of thyroid and adrenal hormones and TSH in men after repeated 1h-stays in a cold room. Int J Circumpolar Health 2001; 60: 604–8.

IV Korhonen I. Blood pressure and heart rate responses in men exposed to arm and leg cold pressor tests and whole-body cold exposure. Int J Circumpolar Health 2006; 65: 178–84.

Julkaisun osoite: http://herkules.oulu.fi/isbn9789514289262/