Abstract The increase in the prevalence of overweight and obesity parallels the increase in physical inactivity and sedentary lifestyle, and leads to the worsening of cardiorespiratory fitness. Both overweight and physical inactivity are recognised risk factors for the development of cardiovascular disease, insulin resistance and type 2 diabetes, but the independent effects of cardiorespiratory fitness and obesity on cardiovascular risk factors remain debated. Lifestyle interventions are the key treatment for overweight and obesity. There are however, limited data from large population-based studies on the efficacy of exercise in modifying cardiovascular risk factors in young adults. Many of the mechanisms underlying the changes in body composition and metabolism achieved by exercise interventions are not well understood. The role of adipokines, and particularly unacylated ghrelin has been proposed in relation to changes in glucose metabolism. Individuals also vary in their response to exercise, which is, at least in part, explained by genetic factors. Improved understanding of the gene-exercise interaction is needed for the development of more targeted intervention strategies. In Finland, military service is compulsory for men. Military service includes large amounts of physical exercise but no dietary restriction. The current study evaluated the health benefits of exercise in young men attending military service in the Sodankylä Jaeger Brigade from 2005 to 2006 (N=1,112, mean age 19.2 years). Changes in endurance and strength performance, body composition, cardiometabolic risk factors and unacylated ghrelin levels were recorded at the beginning and end of the military service (6 to 12 months follow-up). Improvement in cardiometabolic risk factors was observed with improved exercise performance, an association which was attributable to changes in weight and waist circumference. Increase in unacylated ghrelin level was associated with beneficial changes in body composition and fat distribution, as well as in lipid and glucose metabolism. Significant gene-exercise interactions were observed for variants in PPARG, IRS1 and TCF7L2 on changes in weight and/or body composition. This study shows the efficacy of physical activity for the improvement of cardiometabolic health among young men. It shows that unacylated ghrelin plays an important role in the improvement of body composition, and glucose and lipid metabolism achieved by exercise. Finally, the harmful effects of common genetic variants on body composition can be counteracted by improvement in exercise performance. / Tiivistelmä Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että väestötasolla ylipaino ja lihavuus lisääntyvät ja liikunta vähenee. Sekä ylipaino että vähäinen liikunta ovat tunnettuja sydän- ja verisuonitautien, insuliiniresistenssin ja tyypin 2 diabeteksen vaaratekijöitä. Monet interventiotutkimukset ovat osoittaneet, että elämäntapamuutokset ovat avainasemassa ylipainon ja lihavuuden hoidossa. Suurista väestöpohjaisista tutkimuksista saatu tieto liikunnan vaikutuksista nuorten aikuisten sydän- ja verisuonitautien vaaratekijöihin, kehonkoostumukseen ja aineenvaihduntaan on kuitenkin vähäistä. Greliinillä on ehdotettu olevan tärkeitä vaikutuksia glukoosiaineenvaihduntaan, mutta greliinin ja liikunnan yhteisvaikutuksista aineenvaihdunnan ja kehon muutoksiin on vain vähän tietoa. Vasteessa liikunta-interventioihin on lisäksi yksilökohtaisia eroja, jotka saattavat ainakin osittain selittyä geneettisillä tekijöillä. Näin ollen lisätieto geenien ja liikunnan välisistä interaktioista on tärkeää uusien, yksilökohtaisten hoitomuotojen kehittämiseksi. Varusmiespalvelus on maassamme pakollinen kaikille miehille, ja siihen sisältyy huomattava määrä liikuntaa ilman merkittäviä muutoksia ruokavaliossa. Tässä tutkimuksessa selvitettiin varusmiespalveluksen aikana tapahtuvan liikunnan ja kuntomuutosten terveyshyötyjä. Tutkimusaineiston muodostivat Sodankylän Jääkäriprikaatissa vuonna 2005 palvelukseen astuneet miehet (N=1112, keski-ikä 19.2 vuotta). Muutokset kestävyys- ja lihaskunnossa, kehonkoostumuksessa, sydän- ja verisuonisairauksien vaaratekijöissä, sekä asyloimattoman greliinin plasmatasoissa määritettiin palveluksen alussa ja lopussa (seuranta-aika 6-12 kk). Parantuneen fyysisen suorituskyvyn todettiin vaikuttavan edullisesti sydän- ja verisuonisairauksien vaaratekijöihin, joka liittyi samanaikaiseen painonlaskuun ja keskivartalolihavuuden vähenemiseen. Liikunnan ansiosta asyloimattoman greliinin plasmataso lisääntyi ja se oli yhteydessä edullisiin muutoksiin kehonkoostumuksessa ja rasvanjakautumisessa sekä glukoosi- ja lipidiaineenvaihdunnassa. Tärkeitä geeni-liikunta interaktioita todettiin insuliiniherkkyyttä säätelevien geenien (PPARG, IRS1 ja TCF7L2) vaikutuksissa painon ja/tai kehonkoostumuksen muutoksiin. Tutkimus osoitti liikunnan edullisen vaikutuksen nuorten miesten sydän- ja verisuonitautien vaaratekijöiden tasoihin. Tutkimus osoitti lisäksi, että liikunnan aiheuttamalla lisääntyneen asyloimattoman greliinin pitoisuudella oli edullisia vaikutuksia kehonkoostumukseen sekä glukoosi- ja lipidiaineenvaihduntaan. Myös insuliiniresistenssiä säätelevien geenien epäedullinen vaikutus kehonkoostumukseen väheni parantuneen fyysisen suorituskyvyn myötä.

Abstract Cardiovascular diseases (CVD), and especially atherosclerotic vascular diseases (ASVD), are the largest cause of morbidity and premature death worldwide. Coronary heart disease (CHD) and cerebrovascular disease (stroke) are common and severe manifestations of ASVD. Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease and lipoprotein metabolism disorder. If the regulation of inflammatory process is disturbed, the systemic release of pro-inflammatory mediators, including matrix metalloproteinases (MMPs), may lead to a low-grade systemic inflammation, which is a risk factor for CVDs. MMPs are enzymes that are responsible for the degradation of the extracellular matrix (ECM) during growth and tissue renewal but also in many pathological conditions. These ECM degrading proteases and their regulators play an important role in atherogenesis and subsequent plaque rupture, leading to acute cardiovascular manifestations. The pivotal role of MMPs in atherosclerosis has raised interest in the development of drug therapies targeting these proteases. Doxycycline has inhibitory effects on some MMPs in addition to its antimicrobial properties. The main objective of this thesis project was to investigate the potential of these inflammatory mediators as biomarkers, risk factors, and therapeutic targets in CVD. The special focus was on MMP-8 and its main regulator, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase (TIMP)-1. The results of this study show that a high serum MMP-8 concentration indicates an acute cardiac condition and predicts a future CVD event. In addition to MMP-8, MMP-7 is a potential biomarker for incident CVD. The balance between these MMPs and their tissue inhibitor may indicate vulnerability to plaque rupture. Measurement of serum MMP-8 concentration is reliable, anti-invasive and inexpensive and can be done in hospital settings. We also show that regular-dose doxycycline decreases the systemic inflammatory burden in patients with earlier myocardial infarction and is a promising anti-inflammatory therapy in the prevention of CVDs with relatively minor side effects. In conclusion, MMP-8 and TIMP-1 can be considered inflammatory risk markers of CVD events and death, and they can be utilized both for diagnostic and screening purposes. The inhibition of MMP-8 by doxycycline may reduce the systemic inflammatory burden in patients with myocardial infarction. / Tiivistelmä Sydän- ja verisuonisairaudet, erityisesti ateroskleroottiset valtimosairaudet, ovat maailman yleisin sairastuvuuden ja ennenaikaisen kuoleman syy. Sepelvaltimotauti ja aivohaveri ovat ateroskleroottisen valtimosairauden yleisiä ja vakavia ilmenemismuotoja. Ateroskleroosi on krooninen tulehduksellinen sairaus ja lipoproteiiniaineenvaihdunnan häiriö. Jos tulehdustapahtuma häiriintyy, elimistöön vapautuvat tulehdusvälittäjäaineet, kuten matriksin metalloproteinaasit (MMP), voivat aiheuttaa elimistön matala-asteisen tulehduksen, joka on sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijä. MMP:t ovat entsyymejä, jotka pilkkovat solunväliainetta kasvun ja kudosten uusiutumisen mutta myös monien tautitilojen yhteydessä. Nämä soluväliainetta hajottavat proteaasit ja niiden säätelijät ovat tärkeässä roolissa ateroskleroottisen plakin muodostumisessa ja repeämisessä, joka johtaa äkillisiin sydäntautitapahtumiin. Matriksin metalloproteinaasien keskeinen rooli ateroskleroosissa on herättänyt kiinnostusta niihin kohdistuvan lääkehoidon kehittämiseen. Doksisykliinillä on joidenkin MMP-entsyymien toimintaa estävä vaikutus antimikrobiaalisten ominaisuuksiensa lisäksi. Tämän väitöskirjatutkimuksen päätavoitteena oli tutkia näiden tulehdusvälittäjäaineiden mahdollisuuksia biomarkkereina, riskitekijöinä ja lääkehoidon kohteena sydän- ja verisuonisairauksissa. Erityinen kiinnostuksen kohde oli MMP-8 ja sen pääsäätelijä ja kudosestäjä, tissue inhibitor of matrix metalloproteinase (TIMP)-1. Tämän tutkimuksen tulokset osoittavat, että seerumin korkea MMP 8 pitoisuus viittaa akuuttiin sydäntautiin ja ennakoi tulevaa sydäntautitapahtumaa. MMP-8:n lisäksi MMP-7 on lupaava sydäntapahtuman biomarkkeri. Näiden matriksin metalloproteinaasien ja niiden kudossäätelijä TIMP-1:n välinen tasapaino voi liittyä ateroskleroottisen plakin haurauteen. Seerumin MMP-8:n mittaus on luotettavaa, kajoamatonta ja edullista, ja mahdollista toteuttaa myös sairaalaolosuhteissa. Näytämme myös, että doksisykliini vähentää elimistön tulehdustaakkaa sydäninfarktin sairastaneilla potilailla ja että se on sydäntautien ehkäisyssä lupaava anti-inflammatorinen lääke, jolla on suhteellisen vähän sivuvaikutuksia. Johtopäätöksenä on, että MMP-8:aa ja TIMP-1:tä voidaan pitää lupaavina sydän- ja verisuonitautien sekä kuoleman biomarkkereina sekä diagnostiikka- että seulontakäytössä. Lisäksi tutkimustulokset osoittavat, että MMP-8:n esto doksisykliinillä voi vähentää elimistön tulehdustaakkaa sydänkohtauksen sairastaneilla potilailla.

Abstract Molecular oxygen is a prerequisite for essential metabolic processes in multicellular organisms. However, the supply of oxygen can be disturbed and tissue aerobic metabolism becomes compromised in several pathophysiological conditions. In prolonged hypoxia, cells initiate cell type-specific adaptation processes, which are typically mediated by alterations in gene expression. Changes are mainly driven by a transcription factor called hypoxia-inducible factor 1 (HIF-1). Heart muscle is a highly oxidative tissue and HIF-1 activation turns on myocardial adaptation mechanisms for enhanced survival in oxygen-deprived conditions. The aim of this study was to characterize myocardial gene expression changes during chronic hypoxia and couple the adaptational changes to cardiomyocyte function. The role of hypoxia and HIF-1 activation was studied by using in vitro mouse and rat heart cell culture models, tissue perfusions and in vivo infarction models. In this study, apelin, sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA2a) and G protein-coupled receptor 35 (GPR35) were characterized as novel functionally important myocardial HIF-1 target genes. Apelin and GPR35 were induced in hypoxia, while SERCA2a expression was reduced HIF-1 dependently. HIF-1 activation also altered cardiac myocyte contractility through modulation of SERCA2a and GPR35 expression, leading to impairment of the cellular calcium metabolism. Reduced contractility was suggested to serve as an adaptive mechanism for reduced aerobic ATP production in hypoxic conditions. This study presents novel information about the plasticity of myocardial adaptation to prolonged hypoxia. The role of a conserved transcription factor, HIF-1, was shown to be essential in the adaptation process in the myocardial cells. / Tiivistelmä Riittävä hapensaanti on välttämätöntä monisoluisten eliöiden elintoiminnoille. Hapensaanti voi kuitenkin häiriintyä erilaisissa tautitiloissa, jolloin happea käyttävät prosessit estyvät. Hapenpuutteen (hypoksia) pitkittyessä elimistön solut aloittavat sopeutumisen tilanteeseen muuttamalla toimintaansa geenien ilmentymismuutosten kautta. Adaptaatiota ohjaa pääasiassa hypoksia-indusoituva tekijä 1 (HIF-1). Sydän käyttää runsaasti happea energiantuotannossaan. Hapenpuutteen aikana HIF-1-transkriptiotekijä muuttaa sydämen geenien ilmentymistä siten, että sydänsolut selviävät paremmin happivajaissa olosuhteissa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli määrittää sydämen geenien ilmentymisen hapenpuutevasteita ja yhdistää muutokset sydänsolujen toiminnallisiin muutoksiin. Hapenpuutteen ja HIF-1:n merkitystä sopeutumisessa tutkittiin käyttäen malleina rotan ja hiiren sydänsoluviljelmiä, in vitro-kudosperfuusiomalleja sekä in vivo-sydäninfarktimalleja. Tässä työssä havaittiin apeliinin, sarkoplasmisen kalvoston Ca2+-ATPaasin (SERCA2a) sekä G-proteiinikytketyn reseptori 35:n olevan toiminnallisesti tärkeitä HIF-1:n säätelemiä geenejä sydämessä. Apeliinin sekä GPR35:n ilmentyminen lisääntyi hypoksian aikana, mutta SERCA2a:n ilmentyminen sen sijaan väheni HIF-1 –aktivaation seurauksena. HIF-1 –aktivaation osoitettiin myös vähentävän sydänsolujen supistustoimintaa muuttuneiden SERCA2a:n ja GPR35:n ilmentymisten kautta. Heikentynyt supistustoiminta sopeuttaa soluja vähentyneeseen aerobiseen ATP:n tuottoon hapenpuutteen aikana. Tämä tutkimus antaa lisätietoa sydämen sopeutumiskyvyn mukautumisesta pitkittyneeseen hapenpuutteeseen. Lisäksi tutkimus osoittaa HIF-1:n roolin olevan oleellinen myös sydänsolujen hypoksia-adaptaatioprosesseissa.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common endocrine disorder of women of reproductive age, affecting 5–18% of them. Menstrual irregularities, hyperandrogenemia and obesity are key features in PCOS and they are suggested to be the most important metabolic risks linked to PCOS, but their respective roles are still under debate. Anti-Müllerian hormone (AMH) is involved in sexual differentiation and follicle growth and its level is increased in women with PCOS. The aims of this project were to clarify the significance of menstrual irregularities, hyperandrogenemia and serum levels of AMH in adolescence as predictive factors of the syndrome and to investigate the respective roles of obesity and hyperandrogenism as metabolic risk factors in women with PCOS from adolescence to late adulthood. The study populations were the Northern Finland Birth Cohort 1986 (N=3373 women) and a Nordic population including 1553 women with PCOS and 448 controls. At the age of 16 years, women with menstrual irregularities were more hyperandrogenic compared with women with normal menstrual cycles. Serum AMH levels correlated positively with those of testosterone at this age. They were higher in adolescents with menstrual irregularities compared with those with regular cycles and in women with hirsutism or PCOS at the age of 26 years. However, AMH was not a good marker of metabolic abnormalities in adolescence or a reliable tool to predict PCOS in later life. Androgen levels were higher in women with PCOS throughout life compared with controls. The parameters that best predicted PCOS at all ages were the free androgen index, and androstenedione. Women with PCOS exhibited increased abdominal obesity, altered insulin metabolism, worse lipid profiles and higher blood pressure from early adulthood until menopause compared with controls. The highest prevalence of metabolic syndrome was detected in obese and hyperandrogenic women with PCOS. In conclusion, irregular menstrual cycles, identified by a simple question at adolescence, represent a good marker of hyperandrogenemia, later metabolic risks and development of PCOS. Due to the persistence of hyperandrogenism and metabolic alterations, the treatment of PCOS should be focused on prevention and treatment of these problems as early as in adolescence in order to decrease future morbidity. / Tiivistelmä Monirakkulainen munasarjaoireyhtymä (polycystic ovary syndrome, PCOS) on lisääntymisikäisten naisten tavallisin (5-18%) hormonaalinen häiriö. Kuukautishäiriöt, mieshormoniylimäärä eli hyperandrogenismi ja lihavuus kuuluvat oireyhtymään oleellisesti ja niiden ajatellaan olevan tärkeimmät PCOS:aan liittyvät metaboliset riskitekijät, vaikkakin niiden tarkat roolit ovat epäselvät. Anti-Müllerian hormoni (AMH) vaikuttaa sukupuolen kehitykseen sikiöaikana sekä munarakkuloiden kypsymiseen hedelmällisessä iässä ja sen pitoisuus on suurentunut PCOS-naisilla. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli selvittää kuukautishäiriöiden, hyperandrogenismin ja AMH-pitoisuuden ennustearvoa PCOS-oireyhtymälle, sekä arvioida lihavuuden ja hyperandrogenismin vaikutusta metabolisiin riskitekijöihin PCOS-naisilla läpi elämän. Tutkimusaineistoina olivat Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1986 (N=3373 naista) sekä pohjoismaalainen yhteistyöaineisto, jossa oli 1553 PCOS-naista ja 448 kontrollia. 16-vuotiaiden kuukautishäiriöistä kärsivien naisten mieshormonipitoisuuksien todettiin olevan korkeammat kuin naisilla, joilla kuukautiskierto oli säännöllinen. AMH-tasot korreloituivat positiivisesti testosteronin kanssa 16-vuotiaana, ja pitoisuus oli koholla naisilla, joilla todettiin kuukautishäiriö. AMH-tasot 16-vuotiaana olivat myös korkeampia naisilla, joilla oli 26-vuotiaana PCOS tai hirsutismi. Kuitenkaan AMH-pitoisuus 16-vuotiaana ei korreloinut metabolisten riskitekijöiden kanssa eikä se ollut luotettava parametri ennustamaan PCOS:n kehittymistä. Mieshormonitasot olivat korkeammat PCOS-naisilla läpi elämän verrattuna kontrolleihin. Vapaan mieshormonin indeksit ja androstendioni olivat parhaat parametrit erottamaan PCOS-naiset kontrolleista. PCOS-naisilla todettiin olevan enemmän vyötärölihavuutta, huonompi veren rasvaprofiili ja korkeampi verenpaine varhaisaikuisuudesta menopaussiin saakka. Lihavilla hyperandrogeenisilla naisilla todettiin suurin metabolisen oireyhtymän esiintyvyys. Yksinkertaisella kysymyksellä selvitetyt kuukautishäiriöt nuoruusiässä todettiin olevan yhteydessä hyperandrogenismiin sekä myöhempiin metabolisiin riskeihin ja PCOS:n kehittymiseen. Jotta pystyttäisiin vähentämään myöhempää sairastavuutta ja kuolleisuutta PCOS-naisilla, oireyhtymän hoidon tulisi keskittyä ennaltaehkäisemään ja hoitamaan lihavuutta, hyperandrogenismia ja metabolisia riskejä jo varhaisaikuisuudessa.

Abstract Ageing populations have made osteoporosis and fragility fractures a major public health concern worldwide. Half of all women and 30% of all men will suffer a fracture related to osteoporosis during their lifetime. While medical prevention of this immense problem is impossible at population level, it is necessary to find efficient preventive strategies. Exercise is one of the major prevention approaches because one reason behind the increasing burden of osteoporosis is the modern sedentary lifestyle. However, the optimal type, intensity, frequency, and duration of exercise that best enhances skeletal integrity are still largely unknown. We conducted a 12-month population-based randomized controlled exercise intervention in 120 premenopausal women. The aim was to investigate the effect of impact exercise on bone mineral density, geometry and metabolism in healthy women with the intention of assessing the intensity and amount of impact loading with a novel accelerometer-based measurement device. Training effects on risk factors of osteoporotic fractures, physical performance and risk factors of cardiovascular diseases were also evaluated. This study demonstrated that 12 months of regular impact exercise favoured bone formation, increased bone mineral density in weight-bearing bones, especially at the hip, and led to geometric adaptations by increasing periosteal circumference. Bone adaptations had a dose- and intensity-dependent relationship with measured impact loading. Changes in proximal femur were threshold-dependent, indicating the importance of high impacts exceeding acceleration of 4 g as an osteogenic stimulus. The number of impacts needed to achieve this stimulation was 60 per day. Impact exercise also had a favourable effect on physical performance and cardiorespiratory risk factors by increasing maximal oxygen uptake, dynamic leg strength and decreasing low-density lipoproteins and waist circumference. Changes were dose-dependent with impact loading at wide intensity range. Bone adapts to impact loading through various mechanisms to ensure optimal bone strength. The number of impacts needed to achieve bone stimulation appeared to be 60 per day, comparable to the same number of daily jumps. If done on a regular basis, impact exercise may be an efficient and safe way of preventing osteoporosis. / Tiivistelmä Väestön ikääntymisen ja elintapojen muutosten myötä osteoporoosista ja osteoporoottisista murtumista on tullut maailmanlaajuinen terveysongelma. Ongelman laajuuden vuoksi murtumien lääkkeellinen ehkäisy ei ole mahdollista kattavasti väestötasolla, joten vaihtoehtoisten ehkäisymenetelmien kehittäminen on välttämätöntä. Liikunta on yksi potentiaalinen ehkäisykeino, koska yksi tärkeä tekijä ongelman taustalla on arkiliikunnan vähentyminen. Liikunnan tiedetään hyödyttävän luustoa, mutta optimaalisen liikunnan tyyppi, intensiteetti, määrä ja kesto ovat kuitenkin selvittämättä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää hyppyharjoittelun vaikutusta 35–40-vuotiaiden naisten luun tiheyteen, geometriaan ja aineenvaihduntaan sekä määrittää luun kannalta optimaalisen harjoittelun määrä ja voimakkuus. Tutkimuksessa selvitettiin myös harjoittelun vaikutuksia fyysiseen suorituskykyyn, sekä sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöihin. Toteutimme väestöpohjaisen, satunnaistetun, kontrolloidun 12 kuukauden mittaisen liikuntaintervention, johon osallistui 120 naista. Intervention aikana mittasimme hyppykuormitusten määrää ja voimakkuutta uudella kiihtyvyysanturiin perustuvalla menetelmällä. Nousujohteinen hyppyharjoittelu aiheutti kuormitetuissa luissa muutoksia, joista keskeiset olivat luuntiheyden ja luun ympärysmitan kasvu. Lisäksi luuston aineenvaihdunnassa tapahtui muutoksia, jotka osoittivat luun uudismuodostuksen lisääntyneen. Luun mukautumisen ja mitattujen iskukuormitusten välillä havaittiin annos-vastesuhde. Kuormitusten voimakkuus oli olennaista, sillä reisiluun kaulan luuntiheyden muutokset olivat yhteydessä kuormituksiin, joiden kiihtyvyys oli yli 4 kertaa maan vetovoiman (g) suuruinen. Luustomuutoksen saavuttamiseen tarvittavien kuormitusten määrä yli 4 g:n tasolla oli kuitenkin vain 60 kuormitusta vuorokaudessa, jotka voidaan turvallisesti saavuttaa normaaleilla hypyillä. Liikuntaharjoittelu paransi myös kolesteroliarvoja, maksimaalista hapenottokykyä, voimatasoja sekä pienensi vyötärön ympärystä, vaikuttaen näin positiivisesti sydän- ja verisuonisairauksien riskitekijöihin. Tutkimus osoitti luun mukautuvan muuttuneisiin kuormituksiin useiden mekanismien kautta ja mukautumisen olevan kuormitusten intensiteetistä riippuvaista. Osteoporoosin ehkäisyn kannalta tehokas ja turvallinen kuormitusmäärä näyttää olevan 60 hyppyä päivässä.

Abstract Metabolic syndrome (MetS) is a cluster of obesity-related cardiometabolic risk factors. It predicts the development of cardiovascular disease and type 2 diabetes, which are major public health concerns. Visceral obesity and insulin resistance are the predominant underlying factors of MetS, other diagnostic components being elevated blood pressure, high triglycerides, and low HDL-cholesterol. The most important treatment of MetS is through lifestyle changes. There are limited data concerning the prevalence of MetS among young populations. Furthermore, even though the effects of physical activity on MetS components are well established at an individual basis and in some subpopulations, large population-based data about associations of young men’s fitness and MetS-related cardiometabolic risk factor changes are warranted. In Finland, military service is compulsory for males. In 2005, 1,160 young men (mean age 19.2 years, range 18–28 years) were followed throughout their military service (6–12 months) in the Sodankylä Jaeger Brigade. The military service period includes high amounts of physical exercise, but no dietary restrictions. Physical fitness, anthropometrics, body composition, and cardiometabolic risk factors were assessed at the beginning and at the end of military service. Among the entire study population, the prevalence of MetS was 3.5–6.8 %, depending on the definition used, and increased in parallel with an increasing body mass index. On the average, the military training period resulted in a decrease in body weight and amount of fat tissue, especially visceral fat, and improved physical fitness. Body composition and fitness improvements were more pronounced in overweight and obese service men. Beneficial changes in body composition and related cardiovascular risk factor improvements were associated with increased physical fitness, especially aerobic fitness. This study indicates that an improvement in physical fitness is related to improvements in body fat distribution and cardiovascular health at population level in young men. This is an age when co-morbidities are usually as yet non-existing, but might be most efficiently prevented by lifestyle changes, such as becoming physically active. / Tiivistelmä Metabolinen oireyhtymä on tyypin 2 diabeteksen ja valtimosairauksien riskitekijäryväs. Sen osatekijöitä vyötärölihavuuden lisäksi ovat kohonnut verenpaine, insuliiniresistenssi, korkea veren triglyseridipitoisuus ja HDL-kolesterolin pitoisuus. Viime vuosina metabolinen oireyhtymä on yleistynyt lihavuuden lisääntymisen myötä. Lihavuuden ja sen liitännäissairauksien tärkeimpiä hoitokeinoja ovat laihtumiseen tähtäävät elintapamuutokset. Liikunnan tiedetään johtavan edullisiin kehonkoostumusmuutoksiin sekä kardiovaskulaaririskitekijöiden parantumiseen. Laajat väestötason tutkimukset nuorten aikuisten kunnon ja varhaisten valtimosairausriskitekijöitten muutosten välisistä yhteyksistä kuitenkin puuttuvat. Varusmiespalvelus tarjoaa ainutlaatuisen mahdollisuuden tarkastella nuoria miehiä laajassa, lähes valikoitumattomassa väestöotoksessa, sillä Suomessa varusmiespalvelus on pakollinen kaikille miehille. Vuonna 2005 1160 miestä (keski-ikä 19,2 vuotta, vaihteluväli 18–28 vuotta) astui palvelukseen Sodankylän jääkäriprikaatissa. Kehonkoostumus, fyysinen kunto, antropometria sekä veren rasva-arvot mitattiin varusmiespalveluksen (6–12 kk) alussa ja lopussa. Metabolisen oireyhtymän vallitsevuus oli 3,5–6,8 % käytetystä määritelmästä riippuen. Se oli yleisempi korkeimmissa painoindeksiluokissa. Keskimäärin koko aineistossa varusmiesten paino laski, kehon rasvan määrä väheni ja kunto parani palvelusaikana. Edulliset muutokset fyysisessä kunnossa ja kehon koostumuksessa korostuivat ylipainoisilla ja lihavilla varusmiehillä. Nämä muutokset, erityisesti painon ja sisälmysrasvan väheneminen, olivat yhteydessä kestävyyskunnon paranemiseen. Vastaavasti kardiovaskulaaririskitekijöiden edulliset muutokset olivat yhteydessä erityisesti kestävyyskunnon paranemiseen ja vyötärölihavuuden vähenemiseen. Tämän tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että nuorten miesten valtimosairauksien riskitekijöiden muutos on yhteydessä fyysisen kunnon nousuun. Nuoret miehet tulee saada lisäämään vapaa-ajan liikuntaa myös siviilielämässä. Keski-iässä yleistyvät valtimosairaudet ja diabetes voisivat olla huomattavissa määrin torjuttavissa vaikuttamalla nuorten miesten liikuntatottumuksiin.

Abstract Physical activity reduces mortality and morbidity and improves physical and psychological health. Lately, the detrimental health associations of excess sedentary time have also been acknowledged. It is still unknown how temporal patterns of physical activity and sedentary time are associated with health, as previous studies have mainly focused on summary metrics of these behaviors; for example, the weekly duration of moderate to vigorous physical activity. This study aimed to investigate the associations between the amount and temporal patterns of physical activity and sedentary time and health at mid-life. Physical activity and sedentary time were objectively measured for two weeks using an accelerometer-based activity monitor in the Northern Finland Birth Cohort 1966 46-year follow-up (n=5,621). Participants attended clinical examinations and completed health and behaviour questionnaires. A machine learning method (X-means cluster analysis) was used to identify distinct groups of participants with different patterns of physical activity and sedentary behaviour based on the activity data. A positive, dose-response association was found with perceived health and self-reported leisure time and objectively measured moderate to vigorous physical activity. Higher prolonged sedentary time was associated with better heart rate variability but not with resting heart rate or post-exercise heart rate recovery. Four distinct physical activity clusters (inactive, evening active, moderately active and very active) were recognised. The risk of developing cardiovascular disease was significantly lower in the very active cluster compared to the inactive, and in women also in the moderately active cluster compared to the inactive and evening active clusters. On average, the cardiovascular disease risk was low, indicating good cardiovascular health in the study population. Prolonged sedentary time was associated with cardiac autonomic function, which in this study was not explained by physical activity or cardiorespiratory fitness level. Higher cardiovascular disease risk was found in the activity clusters in which the amount of physical activity was lower and in women took place later in the evening. Results of the study can be used for designing feasible interventions for risk groups with unhealthy physical activity and sedentary behaviour patterns. / Tiivistelmä Fyysinen aktiivisuus vähentää sairastavuutta, kuolleisuutta sekä parantaa fyysistä ja psyykkistä terveyttä. Viime aikoina on lisäksi tunnistettu liiallisen paikallaanolon terveyshaitat. Vielä ei tiedetä, miten fyysisen aktiivisuuden ja paikallaanolon ajallinen jakautuminen päivän aikana vaikuttaa terveyteen, koska aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet enimmäkseen tiettyihin summamuuttujiin kuten kohtuullisesti kuormittavan liikkumisen määrään viikossa. Työn tarkoituksena oli tutkia fyysisen aktiivisuuden ja paikallaanolon määrän ja ajallisen jakautumisen terveysyhteyksiä keski-iässä. Fyysinen aktiivisuus ja paikallaanolo mitattiin kiihtyvyysanturipohjaisella aktiivisuusmittarilla kahden viikon ajan Pohjois-Suomen vuoden 1966 syntymäkohortin 46-vuotistutkimuksessa (n=5621). Tutkittavat osallistuivat kliinisiin tutkimuksiin ja täyttivät kyselyitä terveydentilastaan ja käyttäytymisestään. Koneoppimismenetelmällä (X-means cluster analysis) tutkittavat luokiteltiin aktiivisuusdatan perusteella ryhmiin, joissa fyysisen aktiivisuuden määrä ja ajallinen jakautuminen päivän aikana poikkesi mahdollisimman paljon ryhmien välillä. Positiivinen annos-vasteyhteys löydettiin koetun terveyden ja itseraportoidun vapaa-ajan liikunnan sekä mitatun kohtuullisesti kuormittavan liikkumisen väliltä. Suurempi pitkittynyt paikallaanoloaika oli yhteydessä parempaan sykevälivaihteluun mutta ei leposykkeeseen tai harjoituksen jälkeiseen sykkeen palautumiseen. Neljä aktiivisuusryhmää tunnistettiin (inaktiiviset, ilta-aktiiviset, kohtuullisen aktiiviset ja erittäin aktiiviset). Sydän- ja verisuonitautien sairastumisriski oli merkitsevästi pienempi erittäin aktiivisessa ryhmässä verrattuna inaktiiviseen ryhmään ja lisäksi naisilla kohtuullisen aktiivisessa ryhmässä verrattuna inaktiiviseen ja ilta-aktiiviseen ryhmään. Sairastumisriski oli keskimäärin matala viitaten hyvään sydänterveyteen tutkimusjoukossa. Pitkillä paikallaanolojaksoilla oli yhteys sydämen autonomiseen säätelyyn, jota tässä työssä ei selittänyt fyysinen aktiivisuus tai aerobinen kunto. Korkeampi sydän- ja verisuonitautien riski löydettiin aktiivisuusryhmistä, joissa fyysisen aktiivisuuden määrä oli vähäisempää ja naisilla painottunut myöhäisempään iltaan. Tutkimuksen tuloksia voidaan hyödyntää interventioiden suunnittelussa riskiryhmille, joiden fyysisen aktiivisuuden ja paikallaanolon piirteet ovat terveydelle haitallisia.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common endocrine disorder affecting reproductive aged women, with reproductive, metabolic and cardiovascular implications across the life span. The typical features of PCOS include irregular menstruation, androgen excess and polycystic ovaries in ultrasonography. The majority of women with PCOS are overweight or obese, and, at least partly, obesity-driven metabolic abnormalities often coexist with PCOS. Despite intensive research, it has remained unclear whether PCOS per se is a risk factor of metabolic abnormalities, and cardiovascular disease and events. The main aim of the current work was to investigate whether PCOS is an independent risk factor of metabolic abnormalities and cardiovascular diseases. The study population consisted of the prospective population-based Northern Finland Birth Cohort 1966, and we used data collected at ages 14, 31 and 46. The definition of PCOS was based on self-reported PCOS symptoms at age 31 and/or PCOS diagnosis by age 46. The results revealed that weight gain in early life was a risk factor for the development of PCOS. As for metabolic outcomes, at age 46, normal-weight women with PCOS did not display increased odds of abnormal glucose metabolism. However, weight gain during early adulthood was significantly associated with abnormal glucose metabolism in women with PCOS by age 46. Interestingly, PCOS per se was already associated with elevated blood pressure at age 31 and hypertension at age 46, independently of obesity. Women with PCOS also displayed reduced cardiac vagal activity, which was associated with metabolic abnormalities and hypertension. Furthermore, even though no major anatomical or functional impairments were observed in echocardiography, women with PCOS displayed a significantly greater prevalence of myocardial infarction and a two-fold higher prevalence of cardiovascular events than controls. In conclusion, our findings indicate that even though PCOS is an independent risk factor of metabolic derangements, related obesity is a major metabolic risk factor in these women. The role of PCOS in cardiovascular events per se remains controversial and requires follow-up of this cohort. Given all this, maintaining normal weight and preventing weight gain, especially during early adulthood, should be the main priority in the prevention of adverse metabolic changes in women with PCOS. / Tiivistelmä Munasarjojen monirakkulaoireyhtymä (polycystic ovary syndrome, PCOS) on lisääntymisikäisten naisten yleisin hormonaalinen häiriö aiheuttaen runsaasti sairastavuutta ja terveydenhuollon kustannuksia. PCOS:n diagnostisiin kriteereihin kuuluvat epäsäännöllinen kuukautiskierto, lisääntynyt miessukupuoli-hormonivaikutus sekä monirakkulaiset munasarjat. Merkittävä osa oireyhtymää sairastavista naisista on ylipainoisia tai lihavia ja oireyhtymän kanssa yhtä aikaa esiintyykin useita, ainakin osittain ylipainosta johtuvia, metabolisia häiriöitä. Lukuisista tutkimuksista huolimatta on kuitenkin epäselvää, altistaako PCOS itsessään metabolisille häiriöille sekä sydän- ja verisuonisairauksille. Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää, onko PCOS itsenäinen metabolisten ja sydän- ja verisuonisairauksien riskiä lisäävä tekijä. Tutkimus pohjautui Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1966 tutkimuksen 14-, 31- ja 46-vuotisseurantoihin. PCOS luokittelu perustui 31- ja 46-vuotiskyselyissä itse ilmoitettuihin tyypillisiin PCOS oireisiin ja/tai diagnoosiin. Tutkimuksessa havaittiin, että 14- ja 31-ikävuoden välillä tapahtuva painonnousu oli yhteydessä PCOS diagnoosiin myöhemmällä iällä. 46-vuotiaana normaalipainoisilla PCOS naisilla ei ollut suurentunut tyypin 2 diabetes riski, mutta painonnousu varhaisaikuisuudessa oli merkittävästi yhteydessä sokeriaineenvaihdunnan häiriöön PCOS naisilla. PCOS oli yhteydessä kohonneeseen verenpaineeseen 31-vuotiaana ja hypertensioon 46-vuotiaana ylipainosta riippumatta. Oireyhtymään liittyvät metaboliset häiriöt olivat tärkein sydämen autonomisen hermoston säätelyyn vaikuttava tekijää, kun taas PCOS itsessään ei vaikuttanut autonomisen hermoston toimintaan. PCOS:ään sairastavien naisten sydämen rakenne ja funktio eivät merkitsevästi poikenneet kontrolloiden vastaavista muuttujista. Kuitenkin suhteellisen nuoresta iästä huolimatta PCOS naisilla esiintyi enemmän sydäninfarkteja ja kaksi kertaa enemmän sydän- ja verisuonitapahtumia, kuin kontrolleilla. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että vaikkakin PCOS on itsenäinen riskitekijä metabolisille häiriöille, oireyhtymään liittyvä ylipaino vaikuttaa merkittävästi metabolisten häiriöiden esiintymiseen. PCOS:n ja sydän- ja verisuonitautitapahtumien yhteyden tarkempi tutkiminen vaatii kohortin jatkoseurantaa. Painonhallinnan tukemisen tulisi olla PCOS:ää sairastavien naisten hoidon kulmakivi.

Abstract The prevalence of self-reported obstructive sleep apnea syndrome (OSAS), habitual snoring (HS), daytime sleepiness (DS) and restless legs syndrome (RLS), and their associations with cardiovascular risk factors and depressive symptoms as well as the natural course and associated factors of habitual snoring and restless legs syndrome over a ten-year period were studied. Two different birth cohorts in Northern Finland were investigated. In the Oulu 35 longitudinal research programme study subjects participated in two subsequent surveys conducted in 1996–1998 and 2007–2008 (61–63 and 72–73 years old subjects, respectively). The Oulu 45 study population was examined in 2001–2002 (56–57 years old subjects). The data were gathered by questionnaires, as well as laboratory and clinical measurements. In the Oulu35 study, of the 831 baseline participants, 593 (73%) participated in the first follow-up in 1996–1998 and 457 (55%) participated in both follow-up studies. In the Oulu 45 study, the target population comprised 1 332 subjects, 995 (75%) of whom participated. The prevalence of OSAS was 8% in the 56–57 year-old population, 4% in the 61–63 year old population, and 3% in the 72–73 year old population. These figures were 31%, 26% and 19% for HS, 16%, 9% and 11% for DS, and 18%, 21% and 15% for RLS, respectively. In a ten-year period, half of those who snored in 1996–1998 stopped snoring, and half of those who suffered from restless legs 3–7 nights/week in 1996–98 suffered from this syndrome less than once a week in 2007–2008. The 10-year incidence of new cases of both HS and RLS was 7%. In subjects aged 56–57 and 61–63, the components of the metabolic syndrome and depressive symptoms associated with OSAS and HS, while in the follow-up study, the role of these associations diminished. Male gender was the strongest predictor of the new cases of HS, while depressive symptoms and waist circumference predicted the permanence or incidence of HS. Depressive symptoms, DS and, weakly, waist circumference were associated with RLS in both the 56–57 year-old and in 61–63 year-old populations. Depressive symptoms were also predictive of the permanence and incidence of new RLS cases. Waist circumference also predicted new cases of RLS in the 72–73 year-old population. Sleep disorders were quite common in 56–73 year-old subjects and their prevalence seemed to diminish as subjects aged. The components of metabolic syndrome associated with sleep disorders in middle-aged subjects, but these associations lost their significance in older age groups. Depressive symptoms predicted incidence of restless legs syndrome. / Tiivistelmä Tutkimuksessa selvitettiin unenaikaisten hengityshäiriöiden, päiväaikaisen väsymyksen ja levottomien jalkojen esiintyvyyttä ja yhteyksiä sydän- ja verisuonitautien riskitekijöihin sekä depressioon. Jokaöisen kuorsaamisen ja levottomien jalkojen luonnollista kulkua ja siihen vaikuttavia tekijöitä selvitettiin 10 vuoden seuranta-aikana. Tutkimusaineisto koostui kahdesta eri-ikäisestä pohjoissuomalaisesta väestöstä. Oulu35-seurantatutkimukset tehtiin vuosina 1996–1998 ja 2007–2008 (61–63- ja 72–73-vuotiaat tutkittavat). Oulu45-poikkileikkaustutkimus tehtiin vuosina 2001–2002 (56–57-vuotiaat tutkittavat). Aineisto kerättiin kyselylomakkeilla, laboratorio- ja kliinisillä tutkimuksilla. Oulu35-tutkimuksessa 593 henkilöä (73 %) 831 kutsutusta osallistui ensimmäiseen seurantatutkimukseen v. 1996–1998 ja molempiin seurantatutkimuksiin osallistui 457 (55 %) henkilöä. Oulu45 -tutkimukseen osallistui 995 henkilöä (75 %) 1332 kutsutusta. Obstruktiivisen uniapnean esiintyvyys 56–57-vuotiaalla väestöllä oli 8 %, 61–63-vuotiailla 4 % ja 72–73-vuotiailla 3 %. Jokaöisen kuorsaamisen esiintyvyys oli vastaavissa ikäluokissa 31 %, 26 % ja 19 %, päiväaikaisen väsymyksen 16 %, 9 % ja 11 % ja levottomien jalkojen 18 %, 21 % ja 15 %. Kymmenen vuoden seurannassa jokaöinen kuorsaaminen vähentyi puoleen niillä henkilöillä, jotka kuorsasivat v. 1996–1998. Vastaavasti 10 vuoden kuluttua niillä henkilöillä, joilla esiintyi levottomia jalkoja 3–7 yönä viikossa v. 1996–1998, esiintyvyys oli vähentynyt alle 1 kertaan viikossa puolella tutkituista. 10 vuoden ilmaantuvuus sekä jokaöiselle kuorsaamiselle että levottomille jaloille oli 7 %. Metabolisen oireyhtymän osatekijät ja depressiiviset oireet olivat yhteydessä obstruktiiviseen uniapneaan ja jokaöiseen kuorsaamiseen sekä 56–57-vuotiailla että 61–63-vuotiailla. Kymmenen vuoden seurannassa näiden tekijöiden vaikutus näytti kuitenkin vähentyvän. Miessukupuoli ennusti vahvimmin jokaöisen kuorsaamisen ilmaantuvuutta. Myös depressiiviset oireet ja vyötärönympärys ennustivat jokaöisen kuorsaamisen ilmaantuvuutta ja pysyvyyttä. Depressiiviset oireet, päiväaikainen väsymys ja vyötärönympärys olivat yhteydessä levottomien jalkojen esiintyvyyteen sekä 56–57- että 61–63-vuotiaassa että väestössä. Depressiiviset oireet ennustivat myös levottomien jalkojen ilmaantuvuutta ja tilan pysyvyyttä ja vyötärönympärys levottomien jalkojen ilmaantuvuutta 72–73-vuotiaana. Unihäiriöt olivat varsin yleisiä 56–73-vuotiaissa väestöissä, ja niiden ilmaantuvuus näyttäisi vähentyvän iän mukana. Metabolisen oireyhtymän osatekijät olivat yhteydessä unihäiriöihin keski-ikäisillä, mutta vanhemmissa ikäluokissa näiden yhteyksien merkitys väheni. Depressiiviset ennustivat levottomat jalat -oireyhtymän ilmaantuvuutta.

Abstract Obesity, insulin resistance, type 2 diabetes (T2D) and non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) form a dangerous quartet which threatens human health all over the world. About 25% of adults around the world have NAFLD, which poses risks for cardiovascular and metabolic well-being and may develop into liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma. Apart from lifestyle modification, treatment options for NAFLD are scarce. This thesis presents atrial fibrillation (AF) as a new complication of NAFLD among general population of 958 individuals aged 40-60 years participating in the OPERA study. Even after multiple-adjustments for confounding factors, ultrasound-based NAFLD predicted the development of AF during about 16 years of follow-up. Moreover, the association between AF and liver fibrosis in 76 individuals aged 64-82 years in a cross-sectional setting is presented. The thesis also shows that individuals with metabolic syndrome (MetS), with or without NAFLD, are at increased risk of cardiovascular events, T2D and the increase of left ventricular mass index in a study population of 958 individuals aged 40-60 years during a 20-year follow-up. In other words, NAFLD without MetS does not seem to expose to these three cardiometabolic complications. The thesis also shows that rifampicin-activated pregnane X receptor (PXR), a member of the nuclear receptor superfamily of ligand-activated transcription factors with several endobiotic and xenobiotic activators, increases serum levels of cholesterol, phospholipids and certain fatty acids, assessed by nuclear magnetic resonance metabolomics technique, in a randomized, open, placebo-controlled trial among 34 young and healthy individuals. These serum lipids are considered toxic lipids and capable of transforming hepatosteatosis into steatohepatitis and even more severe forms of NAFLD. Moreover, rifampicin-activated PXR has no effect on serum triglycerides, that are non-toxic lipids, or triglyceride accumulation in the liver, assessed by magnetic resonance imaging, in 15 young and healthy individuals. In conclusion, this thesis advances the knowledge in the pathogenesis, lipid metabolism, complications and heterogeneous nature of NAFLD. These may have implications for patient care and follow-up. / Tiivistelmä Maailmanlaajuisesti noin 25% täysi-ikäisistä henkilöistä sairastaa alkoholinkäyttöön liittymätöntä rasvamaksaa. Sen tiedetään altistavan sydän- ja verisuonisairauksille, aineenvaihduntahäiriöille, maksakirroosille ja jopa maksasyövälle, mutta elämäntapahoitoa lukuun ottamatta hoitomahdollisuudet ovat toistaiseksi vähäisiä. Tässä väitöskirjassa osoitetaan ensimmäistä kertaa alkoholinkäyttöön liittymättömän rasvamaksan ennustavan itsenäisesti eteisvärinän ilmaantuvuutta noin 16 vuoden seurannan aikana 958 tavallisen keski-ikäisen ihmisen aineistossa osana OPERA-tutkimusta. Lisäksi väitöskirjassa osoitetaan maksan sidekudosmuodostuksen ja eteisvärinän välillä olevan yhteys poikkileikkausasetelmassa 76 iäkkään ihmisen muodostamassa aineistossa. Väitöstutkimuksessa havaittiin myös, että metabolista oireyhtymää sairastavilla henkilöillä on suurentunut tyypin 2 diabeteksen, sydän- ja verisuonisairauksien sekä vasemman kammion koon suurentumisen riski noin 20 vuoden seurannan aikana 958 tutkittavan henkilön aineistossa riippumatta siitä, onko heillä alkoholinkäyttöön liittymätön rasvamaksa. Toisin sanoen alkoholin käyttöön liittymätön rasvamaksa ilman metabolista oireyhtymää ei lisää edellä mainittujen kolmen sairauden riskiä. Väitöstutkimuksessa esitetään lisäksi, että rifampisiinilla aikaansaatu maksan pregnane X -reseptorin aktivaatio johtaa seerumin fosfolipidien, tiettyjen rasvahappojen sekä usean eri kolesterolityypin lisääntymiseen 34 terveen nuoren henkilön aineistossa. Kirjallisuudessa näiden seerumin rasva-aineiden on esitetty aiheuttavan alkoholin käyttöön liittymätöntä maksatulehdusta ja jopa rasvamaksan vakavimpia muotoja. Toisaalta rifampisiini ei lisännyt seerumin triglyseridipitoisuutta eikä aiheuttanut magneettitutkimuksella mitattuna triglyseridien kertymistä maksaan 15 terveen nuoren henkilön aineistossa. Tämä väitöstutkimus antaa lisätietoa rasvamaksan kehittymisestä, rasva-aineenvaihdunnasta ja komplikaatioista sekä korostaa rasvamaksan monimuotoista luonnetta. Nämä löydökset saattavat parantaa rasvamaksaa sairastavien henkilöiden hoitoa ja seurantaa.