Abstract There is substantial evidence on the associations between cold ambient temperature and adverse health effects. Less is known about the role of prolonged episodes of cold weather denoted as cold spells. This study assessed relations between cold spells and adverse health effects globally, and quantified and elaborated the associations between cold spells and sudden cardiac death (SCD) in northern Finland. Based on random-effects models in the meta-analyses of evidence from 9 studies around the world, cold spells were associated with increased mortality rates from all or all non-accidental causes (RR 1.10; 95% CI: 1.04–1.17), cardiovascular diseases (RR 1.11; 95% CI: 1.03–1.19), and respiratory diseases (RR 1.21; 95% CI: 0.97–1.51). Suggestive evidence of other health effects was identified. Investigating 51-years of coordinate-specific weather data at the home coordinates of autopsy-verified cases of SCD, conditional logistic regression in a case-crossover setting produced an estimate for the association between cold spells and the risk of SCD (OR 1.33; 95% CI: 1.00–1.78). A greater number of cold days preceding death increased the risk of SCD approximately 19% per day (OR 1.19; 95% CI: 1.07–1.32). The association between season-specific cold spells and SCD was strongest during autumn and winter, and lowest during spring and summer. The association was stronger for ischemic (OR 1.55; 95% CI: 1.12–2.13) than for non-ischemic SCD (OR 0.68; 95% CI: 0.32–1.45) (Q-statistic 3.85, p 0.05), confirmed by the autopsy finding. Among cases suffering ischemic SCD, the association seemed stronger in those without a prior diagnosis of ischemic heart disease than in those diagnosed during lifetime. The association seemed stronger with severe coronary stenosis (OR 1.60; 95% CI: 1.11–2.30), and weaker with moderate stenosis (OR 0.97; 95% CI: 0.37–2.55). The use of aspirin, β-blockers, and nitrates seemed to decrease the risk of ischemic SCD during cold spells. In conclusion, cold spells increased the risk of ischemic SCD, and patients without appropriate diagnosis and medications for ischemic heart disease seemed most susceptible. The results indicate that coronary stenosis plays a central role in the cold-related pathogenesis of SCD. Timely diagnosis and treatment of ischemic heart disease might reduce weather-related SCDs in a community. / Tiivistelmä Kylmän lämpötilan ja terveyshaittojen välisistä yhteyksistä on vahva tutkimusnäyttö. Vähemmän tiedetään pitkittyneiden kylmäjaksojen ja terveyshaittojen välisistä yhteyksistä. Tutkimuksessa arvioitiin kylmäjaksojen ja terveyshaittojen välisiä yhteyksiä globaalisti, ja määritettiin kylmäjaksojen ja sydänperäisen äkkikuoleman (SÄK) välisiä yhteyksiä Pohjois-Suomessa. Yhdeksän eri puolella maailmaa toteutetun tutkimuksen tulosten meta-analyysissa satunnaisvaikutusten malli osoitti yhteyden kylmäjaksojen ja kaikkien tai luonnollisien syiden (RR 1.10; 95% CI: 1.04–1.17), sydän- ja verisuonisairauksien (RR 1.11; 95% CI: 1.03–1.19), ja hengityselimistön sairauksien (RR 1.21; 95% CI: 0.97–1.51) kuolleisuuden välillä. Viitteellistä näyttöä havaittiin muista terveyshaitoista. Tutkittaessa 51-vuoden koordinaattikohtaista säätä case-crossover-asetelmassa oikeuslääketieteellisesti vahvistettujen SÄK-tapausten kotiosoitteissa, ehdollisen logistisen regression mukaan SÄK:n riski oli yhteydessä kuolemaa edeltävään kylmäjaksoon (OR 1.33; 95% CI: 1.00–1.78). Lisääntyvä kylmien päivien lukumäärä ennen kuolemaa lisäsi riskiä keskimäärin 19% päivää kohden (OR 1.19; 95% CI: 1.07–1.32). Yhteys kausikohtaisten kylmäjaksojen ja SÄK:n välillä oli vahvin syksyllä ja talvella, ja heikoin keväällä ja kesällä. Yhteys oli vahvempi kylmäjaksojen ja iskeemisen SÄK:n (OR 1.55; 95% CI: 1.12–2.13) kuin kylmäjaksojen ja ei-iskeemisen SÄK:n (OR 0.68; 95% CI: 0.32–1.45) välillä (Q-statistic 3.85, p 0.05). Iskeemisen SÄK:n kokeneilla yhteys vaikutti vahvemmalta tapauksilla joilla ei ollut aiempaa iskeemisen sydänsairauden diagnoosia, kuin tapauksilla jotka oli diagnosoitu elinaikana. Yhteys vaikutti vahvemmalta vaikea-asteisesta sepelvaltimostenoosia sairastavilla (OR 1.60; 95% CI: 1.11–2.30), kuin lievempi-asteisessa stenoosissa (OR 0.97; 95% CI: 0.37–2.55). Aspiriini, β-salpaajat, ja nitraatit vaikuttivat vähentävän iskeemisen SÄK:n riskiä kylmäjakson aikana. Yhteenvetona, kylmäjaksot lisäsivät iskeemisen SÄK:n riskiä, ja potilaat vailla iskeemisen sydänsairauden diagnoosia ja lääkityksiä vaikuttivat olevan alttiimpia kylmäjaksojen haittavaikutuksille. Tulokset viittaavat sepelvaltimostenoosin keskeiseen rooliin kylmään liittyvän SÄK:n patogeneesissä. Varhainen iskeemisen sydänsairauden diagnoosi ja siihen liittyvä sydäntä suojaava lääkitys voisivat vähentää säähän liittyviä SÄK:a.

Abstract The target in this thesis was to study selected special measurements in a basic oxygen furnace (BOF) and develop a model to predict the steel temperature at the end of the oxygen blow. Furthermore, the work aimed at increasing knowledge on measurements and phenomena in the converter and in this way improve the possibility of more efficient monitoring and control of the process. Special measurements were investigated to obtain more knowledge about their usability in running the converter process. Analysing the measurement results also led to new process knowledge. The usage of a Radio Wave Interferometer (RWI) was seen as beneficial as it makes it possible to see the rising trend of the liquid surface level in advance and to perform some corrective actions to avoid excessive foaming and possible splashing out from the converter. Acoustic measurement could also detect trends in advance, but it was found to be sensitive to disturbing noise from the surroundings. Splashing measurement gives information about the current state of the slag but not advance information. Nevertheless, the measurements revealed several factors that usually increase splashing. It would be best to use the knowledge from two different measurements, for example RWI and splashing measurement, to predict increasing splashing, which causes significant iron losses. The development of the models for end temperature prediction and additional materials provided a lot of knowledge about the factors affecting the temperature. Factors that were used in grouping were the BOF number, heat size and end carbon content. However, there were many heats that did not satisfy the target. Furthermore, there is a need for additional research into temperature progress and its control in BOF. It would also be useful to study the effect of additional materials more systematically. There are other factors, such as the oxygen flow rate and lance height, which affect the temperature that are not included in the models. Some of the factors are measurable and some are not. There is still a need for more research in this area. This work strengthens the impression that the converter process is a complex one. It was noticed; as always in process development, that continuous monitoring and efforts are required to observe the changes in process conditions, raw materials or running practices. Otherwise, the benefit of the improvements and models will be lessened. However, it would be possible to set acknowledged routines and warnings into the improved monitoring system to help the operators notice the need for system tuning. A monitoring system would provide financial benefits in terms of having fewer reblowings, better yield and better quality of final product. Savings in raw materials can also be attained as the controllability of the process becomes better. As the monitoring system contains a database of guidelines, it would form a good basis for new employees to become familiar with the process and thus facilitate their training. / Tiivistelmä Tämän opinnäytteen tarkoitus oli tutkia teräskonvertterin valittuja erikoismittauksia ja kehittää malli ennustamaan teräksen lämpötilaa happipuhalluksen lopussa. Työn tarkoituksena oli lisätä tietämystä mittauksista ja ilmiöistä konvertterissa ja tällä tapaa lisätä mahdollisuuksia prosessin tehokkaampaan monitorointiin ja ohjaukseen. Erikoismittauksia tutkittiin lisätietämyksen saamiseksi niiden käytettävyydestä konvertteriprosessin ajossa. Mittausten analysointi tuotti myös uutta prosessitietämystä. Radioaaltointerferometrin (RWI) käyttö koettiin hyödylliseksi, koska on mahdollista havaita kuonan pinnankorkeuden nousu ennakkoon ja suorittaa joitakin korjaavia toimenpiteitä liiallisen kuohumisen ja lopulta roiskumisen estämiseksi ulos konvertterista. Äänimittaus voi myös havaita trendin ennakkoon, mutta huomattiin sen olevan herkkä ympäristön häiriöäänille. Roiskemittaus antaa tietoa kuonan sen hetkisestä tilasta, mutta ei ennakkoon. Mittaukset toivat kuitenkin esiin useita tekijöitä, jotka yleensä lisäävät roiskumista. Olisi parasta käyttää kahden eri mittauksen tietoa, RWI ja roiskemittaus, ennustettaessa lisääntyvää roiskumista, joka aiheuttaa huomattavia rautahäviöitä. Loppulämpötilan ennustamiseen kehitetyn mallin ja lisäainemallin kehittäminen antoi paljon tietoa tekijöistä, jotka vaikuttavat lämpötilaan. Tekijät, joita käytettiin ryhmittelyssä, olivat konvertterinumero, panoskoko ja loppuhiilipitoisuus. Mallin soveltamisesta huolimatta jäi edelleen useita sulatuksia, jotka eivät osuneet tavoitteeseen. On edelleen tarve teräskonvertterin lämpötilakäyttäytymisen ja sen hallinnan lisätutkimukselle konvertterissa. Myös lisäaineiden vaikutusta lämpötilaan olisi hyödyllistä tutkia systemaattisemmin. On edelleen muita tekijöitä, esimerkiksi hapen virtausnopeus ja lanssin korkeus, jotka vaikuttavat lämpötilaan, mutta jotka eivät ole mukana malleissa. Osa näistä tekijöistä on mitattavia suureita ja osa ei. Lisätutkimukselle on edelleen tilaa tällä alueella. Tämä työ vahvistaa edelleen käsitystä, että konvertteriprosessi on monimutkainen. Huomattiin, kuten aina prosessikehityksessä, että jatkuvaa kehitystyötä pitää tehdä prosessiolosuhteiden, raaka-aineiden ja ajopraktiikoiden muutosten huomaamiseksi. Muuten parannusten ja mallien antama hyöty heikkenee. Monitorointijärjestelmään olisi mahdollista kehittää rutiineja ja varoituksia operaattorien avuksi, jotta he huomaisivat järjestelmävirityksen tarpeen. Monitorointijärjestelmä toisi taloudellista hyötyä, mm. lisäpuhallusten vähentymisen, lopputuotteen paremman saannon ja laadun muodossa. Raaka-ainesäästöjä voidaan saavuttaa prosessin ohjattavuuden parantuessa. Monitorointijärjestelmän sisältäessä sääntötietokannan, se luo hyvän pohjan uusille työntekijöille tutustua prosessiin ja näin heidän koulutuksensa onnistuisi helpommin.

Abstract In northern regions such as Finland, snowpack represents a major water resource for aquatic and terrestrial ecosystems and different human uses, and snowmelt usually controls peak annual river discharge. To understand potential impacts of climate change, this thesis explored the effects of changes in surface air temperature (SAT) and precipitation patterns on snowpack accumulation and snowmelt processes in Finland. Two initial studies provided national and spatial pictures of long-term variability and changes in observed SAT and precipitation in Finland and their relationships with the atmospheric circulation patterns (ACPs) of the Northern Hemisphere (NH). On national scale, mean annual SAT and annual precipitation increased significantly in Finland during the past century. Seasonal analysis revealed increases in spring (MAM) and summer (JJA) SAT and in winter (DJF) and summer precipitation. SAT and precipitation were most significantly correlated with the Arctic Oscillation (AO), East Atlantic/West Russia (EA/WR), East Atlantic (EA) and Scandinavia (SCA) patterns. However, there were spatial differences within Finland as regards climate trends and relationships with ACPs. A study examining the dependence of snow resources on winter climate in Finland revealed a decline in snow water equivalent (SWE) and shortening of continuous snow cover duration (CSCD) in Finland during 1909-2008. This was mainly due to reductions in snowfall owing to winter warming and decreased precipitation in southern areas, but only to decreases in winter precipitation at higher latitudes. In southern Finland SWE and CSCD were associated with ACP affecting winter SAT (AO), and in central and northern parts with ACPs influencing winter precipitation (EA, EA/WR and AO). Analysis of snowmelt hydrology in Finland indicated that snowmelt flux has a much greater influence than rainfall on simulated peak snowpack outflow in Finland, which has decreased and shifted towards earlier in the year. / Tiivistelmä Pohjoisilla alueilla kuten Suomessa lumi edustaa merkittävää vesivarantoa mikä vaikuttaa vesi- ja maaekosysteemeihin sekä yhdyskuntien vesienkäyttöön. Lisäksi lumen sulanta aiheuttaa suurimmat vuosittaiset tulvahuiput. Tämä väitöstutkimus keskittyy ilmanlämpötilan ja sadannan muutoksien aiheuttamiin vaikutuksiin lumen kertymisessä ja lumen sulannan prosesseissa Suomessa, jotta ilmaston muutoksen aiheuttamia mahdollisia muutoksia voidaan paremmin ymmärtää. Väitöskirjan kaksi tutkimusta antavat kansallisen ja spatiaalisesti kattavan kuvan pitkäaikaisvaihtelusta ja muutoksista ilmanlämpötilassa ja sadannassa Suomessa ja niiden yhteyden ilmastojärjestelmiin (ACP) pohjoisella pallonpuoliskolla. Kansallisella tasolla, vuosittainen keski-ilmanlämpötila ja vuosisadanta lisääntyivät merkittävästä Suomessa viimeisen vuosisadan aikana. Kausittainen analyysi paljasti kevät ja kesä ilmanlämpötilojen sekä talvi ja kesä-sadantojen lisääntyneen. Ilmanlämpötila ja sadanta korreloi merkittävimmin Arktisen (AO), Itä Atlantti/Länsi Venäjä (EA/WR), Itä-Atlantti (EA) ja Skandinaavisen (SCA) oskillaatioiden kanssa. Eri puolilla Suomea tuloksissa oli spatiaalista eroa liittyen ilmasto trendeihin ja yhteyksiin ilmakehän kiertoliikkeisiin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin lisäksi lumivarojen riippuvuutta talviajan ilmastosta Suomessa. Vuosien 1909-2008 aineiston perusteella lumenvesiarvossa (SWE) havaittiin laskua sekä pysyvän lumipeitteen kestossa (CSCD) lyhenemistä. Etelässä tämä todettiin pääosin olevan seurausta talviajan lumisateiden vähentymisestä, jota vuorostaan selitti ilman lämpeneminen ja kokonaissademäärän pienentyminen. Pohjoisilla leveysasteilla ainoastaan talviaikaisen kokonaissademäärän pienentyminen selitti vähentyneitä lumivaroja. Tutkimuksessa Etelä-Suomen aineiston osalta tulokset SWE ja CSCD:ssa voitiin yhdistää muutoksiin talviseen SAT:hen (AO) vaikuttavissa ilmastojärjestelmissä (ACP). Keski- ja pohjoisosissa Suomea ilmastojärjestelmät (EA, EA/WR ja AO) vaikuttivat ainoastaan talviaikaiseen sadantaan. Aineiston perusteella voitiin myös todeta, että Suomessa kevätaikaisesta lumensulannasta johtuvaan valuntahuippuun vaikuttaa enemmän välitön lumen sulanta kuin sulannan aikana esiintynyt vesisade. Lumen sulannan huippuarvo havaittiin myös laskeneen sekä sen ajoittuminen aikaistuneen.

Abstract The purpose of the study was to examine the cold-induced effects on pineal and thyroid hormones, as well as the associations of these hormones with psychological performance and to determine how psychological performance could be affected by demographic, anthropometric, physiological or biochemical measures during cold acclimatisation. The feasibility of urinary melatonin (MT), rather than 6-sulphatoxymelatonin (aMT6s), as an indicator of MT secretion was also examined. In the laboratory study, seasonal cold acclimatisation, its effects on hormones and their associations with mood and cognition were assessed in 15 young urban subjects exposed to cold in winter or summer in bright or dim light. In the field study, the associations of mood and cognition with demographic, anthropometric, physiological and biochemical measures were determined in healthy, euthyroid subjects (n = 133) in Antarctica in the beginning and at the end of summer and winter seasons. In both seasons, simple task performance was consistently impaired in the cold in experimental and field conditions. In complex tasks, negative, positive and mixed effects were observed. In the experimental study, serum MT and thyroid hormone levels were positively associated with mood. MT was negatively associated with simple task performance. Free triiodothyronine (T3) and thyrotropin (TSH) had mixed effects on simple task performance. TSH was positively associated with complex task performance. In the field study, higher age was associated with impaired cognition, especially in complex task performance. Total T3 was positively associated with mood and total thyroxine (T4) with complex task accuracy. Both urinary MT and aMT6s were good indicators of MT secretion, but the variation was smaller for MT. In conclusion, the associations of serum MT, TSH and thyroid hormone levels with mood and cognition found in experimental and field conditions are consistent with the psychological changes associated with the onset and consequent stages of the previously established polar T3 syndrome. In the field study, cognition and mood were associated with subject’s age and gender, which seemed to affect the physiological changes during acclimatisation to cold and darkness in Antarctica. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kylmäaltistuksen aiheuttamia muutoksia käpy- ja kilpirauhasen hormonien tasoissa, hormonien yhteyttä psyykkiseen toimintakykyyn sekä demografisten, antropometristen, fysiologisten ja biokemiallisten tekijöiden yhteyttä psyykkiseen toimintakykyyn kylmäakklimatisaation aikana. Lisäksi verrattiin virtsan melatoniinin (MT) ja 6-sulfatoksimelatoniinin (aMT6s) soveltuvuutta MT-erityksen kuvaajina. Laboratoriotutkimuksessa selvitettiin talveen liittyvää kylmäsopeutumista, sen vaikutusta hormonitasoihin ja näiden yhteyttä mielialaan ja älylliseen toimintakykyyn 15 nuorella miehellä, jotka altistettiin kylmälle talvella ja kesällä sekä kirkkaassa että hämärässä valossa. Kenttäkokeessa Antarktiksella selvitettiin mielialan ja älyllisen toimintakyvyn sekä demografisten, antropometristen, fysiologisten ja biokemiallisten tekijöiden välistä yhteyttä terveillä henkilöillä (n =  133) kesä- ja talvikauden alussa ja lopussa. Suoriutuminen yksinkertaisista tehtävistä huononi kylmässä kesällä ja talvella sekä laboratorio- että kenttäoloissa. Kylmä vaikutti monimutkaisista tehtävistä suoriutumiseen vaihtelevasti. Laboratoriotutkimuksessa seerumin MT- ja kilpirauhashormonitasot korreloivat positiivisesti mielialan kanssa. MT korreloi negatiivisesti yksinkertaisista tehtävistä suoriutumisen kanssa. Vapaa trijodotyroniini (T3) ja tyrotropiini (TSH) korreloivat vaihtelevasti yksinkertaisista tehtävistä suoriutumisen kanssa. TSH korreloi positiivisesti monimutkaisista tehtävistä suoriutumisen kanssa. Kenttätutkimuksessa korkeampi ikä oli yhteydessä huonontuneeseeen älylliseen toimintakykyyn erityisesti monimutkaisissa tehtävissä. T3:n kokonaismäärä korreloi positiivisesti mielialan ja tyroksiinin (T4) kokonaismäärä monimutkaisista tehtävistä suoriutumisen kanssa. Sekä virtsan MT että aMT6s olivat hyviä MT-erityksen mittareita, mutta MT:ssa vaihtelu oli pienempää. Laboratorio- ja kenttäolosuhteissa havaitut MT:n, TSH:n ja kilpirauhashormonien yhteydet mielialaan ja älylliseen toimintakykyyn vahvistavat aiemmin havaittuja tuloksia polaarisen T3 -oireyhtymän synnystä ja oireyhtymän eri vaiheisiin liittyvistä psyykkisistä muutoksista. Kenttätutkimuksessa mieliala ja älyllinen toimintakyky olivat yhteydessä koehenkilön ikään ja sukupuoleen, jotka puolestaan voivat vaikuttaa fysiologisiin muutoksiin kylmään ilmastoon ja pimeyteen sopeutumisen aikana.

Abstract Vaccinium berries contain high yields of antioxidant compounds, such as flavonoids and carotenoids, which are recognized to benefit human health. Therefore, commercial interest in cultivated and wild Vaccinium berries is increasing globally. Flavonoids and carotenoids are important secondary metabolites, the biosynthesis of which is regulated by interaction of the genetic background of the plant and the surrounding environment. In fruits the production of secondary metabolites has also a tight linkage with developmental processes. The present thesis is focused on developmental and environmental factors affecting the biosynthesis of carotenoids and flavonoids in berries of the genus Vaccinium. In bilberry altogether eight carotenoids were detected, with lutein and β-carotene being the most abundant compounds, accompanied by minor amounts of xanthophylls, such as antheraxanthin, neoxanthin, violaxanthin and zeaxanthin. During ripening the accumulation of carotenoids decreased. Simultaneously the expression of a carotenoid cleavage dioxygenase (VmCCD1) gene increased, indicating degradation of carotenoids during the fruit development. Simultaneously, flavonols and anthocyanins accumulated during the last stages of berry ripening. Environmental factors had a marked effect on the anthocyanin profile of ripe bilberries. Especially lower temperatures affected more on the accumulation of the delphinidin-based anthocyanidins than on the cyanidin-based ones. However, the spectral light composition also played a role, as an increased proportion in blue wavelengths increased the delphinidin-based anthocyanins at ripe stage. The effect of light quality on other phenolic compounds and carotenoid accumulation was less pronounced. The present results can be applied to cultivation of Vaccinium species in order to produce berries with high nutritional value. / Tiivistelmä Vaccinium-suvun marjat sisältävät runsaasti antioksidatiivisiä yhdisteitä, kuten flavonoideja ja karotenoideja, joilla on viimeaikaisissa tutkimuksissa havaittu lukuisia terveysvaikutuksia. Tämän johdosta kiinnostus sekä viljeltyjä mustikoita että metsämustikoita kohtaan on kasvanut maailmanlaajuisesti. Flavonoidit ja karotenoidit ovat kasvien tuottamia sekundäärimetabolian yhdisteitä, joiden biosynteesin säätelyyn vaikuttavat sekä kasvin geneettinen tausta että ympäristötekijät. Hedelmissä ja marjoissa sekundääriyhdisteiden tuoton säätelyyn vaikuttaa huomattavasti myös kehityksellisten vaiheiden eteneminen. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin marjan kehitykseen liittyvien tekijöiden sekä ympäristötekijöiden vaikutusta flavonoidien ja karotenoidien biosynteesiin sekä viljelyillä mustikoilla että metsämustikoilla. Metsämustikoista tunnistettiin kahdeksan erilaista karotenoidi-yhdistettä, joista luteiini ja β-karoteeni esiintyivät yleisimpinä ksantofyllin, antheraksantiinin, neoksantiinin, violaksantiinin ja zeaksantiinin ohella. Karotenoidien pitoisuudet olivat suurimmillaan marjankehityksen alkuvaiheessa ja laskivat kypsyvissä marjoissa. Vastaavasti karotenoideja pilkkovan VmCCD1 entsyymigeenin ilmeneminen lisääntyi kohosi marjan kypysymisen loppuvaiheessa. Antosyaanien ja myrisetiini-pohjaisten flavonolien pitoisuudet sen sijaan kohosivat kypsymisen aikana. Tässä tutkimuksessa ympäristötekijöillä osoitettiin olevan suuri vaikutus antosyaanien laadulliseen kertymiseen, sillä delfinidiini-tyypin antosyaanien pitoisuudet muuttuivat enemmän ympäristötekijöiden vaikutuksesta verrattuna syanidiini-tyypin antosyaaneihin. Alhaisempi lämpötila yhdessä spesifisten valo-olosuhteiden kanssa lisäsi eniten delfinidiini-tyypin antosyaanien tuottoa. Myös valon laadulla voitiin osoittaa olevan vaikutusta antosyaanien biosynteesiin. Sininen valo lisäsi erityisesti delfinidiini-tyypin antosyaanien tuottoa kypsissä marjoissa. Flavonolien ja karotenoidien tuottoon valon laadun vaikutus oli sen sijaan vähäisempää. Väitöskirjatyön tuloksia voidaan hyödyntää marjojen viljelyssä haluttaessa vaikuttaa marjojen ravitsemukselliseen koostumukseen.

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.

Abstract The purpose of the study was to create a comprehensive view and add understanding about the childcare practice of children sleeping outdoors in the context of Northern Finnish winter. A general view of the topic was described, the thermal insulation of clothing of infants sleeping outdoors in northern winter climate was evaluated and the relationships among thermal environment, infants’ skin temperatures and daytime outdoor sleep duration were described. Mixed methods research design was used. A questionnaire was distributed to the parents (n=116) of children under 2 years of age in the city of Oulu. Skin temperatures of about three-month-old infants were recorded from seven skin sites throughout a daytime sleep outdoors (n=34) and indoors (n=33) in the families’ homes. The duration of the infant’s sleep was observed and air temperature and velocity of the outdoor environment were recorded. Clothing data of infants were collected and microclimate temperatures and humidity inside middle wear measured. The insulation of clothing ensembles was measured by using a baby-size thermal manikin. The required clothing insulation was estimated according to ISO 11079. Mothers (n=21) from Northern Finland were interviewed. A fit can be found between family – cultural outdoor sleeping childcare practice – and Northern Finnish winter environment, but also factors that decreased the fit existed. Winter environment was seen as an affordance for the child to sleep outdoors. Infants usually slept outdoors in the daytime once a day in different kinds of environments, the best temperature being -5 °C. Outdoor sleeping was a self-evident and common culturally bound custom. Guidelines and encouragement were given to mothers from different sources, and by sharing their own experiences, mothers participated in the cultural knowledge-building processes. The outdoor sleeping practice was commonly accepted collective behavior. Many risk factors also existed, but when all security perspectives were first taken into account it promoted family well-being by creating rhythm and strengthening the fluency of everyday life. The optimal thermal insulation was difficult to adjust systematically and both cooling and sweating existed. When ambient temperature decreased, the cooling rate of Tsk increased. Children slept longest outdoors when the cooling rate of Tsk was minimal. The basic idea was that outdoor sleeping promoted children’s health. A comprehensive view of the phenomenon was gathered into the evaluation model, which can be utilized in nursing practice. The findings give detailed information that is utilized when updating guidelines. This study also creates ground for international comparative studies. / Tiivistelmä Tutkimuksen tavoitteena oli muodostaa kokonaiskuva ja lisätä ymmärrystä lasten ulkona nukuttamiskäytännöstä pohjoissuomalaisessa talvikontekstissa lasten ja perheiden hyvinvoinnin lisäämiseksi. Tarkoituksena oli kuvata lasten ulkona nukuttamiskäytäntöä, ympäristön ja ihon lämpötilojen sekä unen pituuden yhteyttä ja arvioida vaatetuksen lämmöneristävyyttä. Tutkimuksessa käytettiin mixed methods -lähestymistapaa monipuolisen kokonaiskuvan tavoittamiseksi. Pilottikysely tehtiin alle 2-vuotiaiden lasten vanhemmille (n=116) Oulun alueella. Ihon lämpötiloja mitattiin seitsemästä eri kehon osasta noin kolmen kuukauden ikäisiltä lapsilta (n=34) heidän nukkuessaan kotona päiväuniaan sisällä ja ulkona Pohjois-Suomessa talvella. Unen pituutta havainnoitiin ja ympäristön lämpötilaa ja tuulen nopeutta mitattiin. Lasten talvivaatetuksesta kerättiin tietoa ja lämpötiloja mitattiin vaatetuksen eri kerroksista sekä kosteutta välivaatetuksen alta. Vaatetuksen lämmöneristävyyksiä mitattiin lasten kokoa vastaavalla lämpönukella. Vaadittava lämmöneristävyys arvioitiin ISO 11079 – standardin mukaisesti. Pohjoissuomalaisia lapsiperheiden äitejä (n=21) haastateltiin kulttuurisen tiedon esille tuomiseksi. Yhteensopivuus perheen, kulttuurisen ulkona nukuttamiskäytännön ja pohjoisen talviympäristön välillä voidaan saavuttaa, mutta toisaalta myös tasapainoa vähentäviä tekijöitä löytyi. Talviympäristö nähtiin tarjoumana lapsen rauhalliselle nukkumiselle sen puhtaan ja raikkaan ilman ja luonnon sekä hiljaisuuden ja rauhallisuuden takia. Talvinen sää vaihteli auringon paisteesta kovaan lumipyryyn ja lämpötila muutamista lämpöasteista lähes kolmenkymmenen asteen pakkaseen lasten nukkuessa vaunuissaan. Paras lämpötila ulkona nukkumiselle oli -5  °C. Ulkona nukuttamista pidettiin itsestään selvänä kulttuurisena tapana. Äidit saivat ohjeita ja kannustusta lasten ulkona nukuttamiseen eri lähteistä. Vertailemalla ja jakamalla kokemuksiaan he osallistuivat myös itse kulttuurisen tiedon rakenteluun. Lasten ulkona nukuttaminen talvella osoittautui yleisesti hyväksytyksi kollektiiviseksi käyttäytymiseksi, joka toisinaan aiheutti paineita äideille. Lapsen ulkona nukkumiseen liittyi monia riskitekijöitä, mutta kaikki turvallisuusnäkökohdat ensin huomioon ottamalla se edisti perheen hyvinvointia luomalla säännöllistä rytmiä ja vahvistamalla arjen sujuvuutta. Optimaalisen vaatetuksen lämmöneristävyyden löytäminen systemaattisesti eri lämpötiloissa oli vaikeaa; sekä jäähtymistä että hikoilua esiintyi. Ympäristön lämpötilan laskiessa keskimääräisen ihon lämpötilan jäähtymisnopeus lisääntyi. Lapset nukkuivat ulkona pisimpään silloin, kun ihon lämpötilan jäähtyminen oli hitainta. Ensisijaisesti ulkona nukkumisen ajateltiin edistävän lapsen terveyttä. Lasten ulkona nukuttamisen arviointimallia voidaan hyödyntää käytännössä ohjauksen yhteydessä ja tutkimuksen tuottamaa yksityiskohtaista tietoa ohjeistusten päivittämisessä. Tutkimus antaa lähtökohtia kansainväliselle vertailevalle tutkimukselle.