What is the energy cost of falling into cold water?

At ”Enjoy the cold 2014” at Ny-Ålesund we challenge the participants to test themself in different ways in different situations. One of the days we tested survival suits in cold water (2 degrees Celsius). In addition to that Henning Kaspersen from the Norwegian school of winter warfare wanted to demonstrate for us how it is to fall into such cold water in regular outdoor clothing.

We tested his resting metabolism (resting oxygen uptake) and his maximal metabolism (maximal oxygen uptake) in order to compare the metabolic response of laying into the water for some time.

His maximal oxygen uptake was 49 ml/kg/min and resting oxygen uptake 4 ml/kg/min. Standing by the water just before jumping into the water his oxygen uptake was 7 ml/kg/min followed by 13 ml/kg/min after being 1 minute in the water. The increase in oxygen uptake while staying in the water is due to the need of heat production in order to keep a normal body temperature. This “heating process” requires oxygen.

After 10 minutes in the cold water the oxygen uptake was again 7 ml/kg/min. How is that possible? Henning stayed completely still in the water and the water inside his clothes got warmed-up by heat production and less oxygen is needed to produce heat in such conditions. Every time he moved his arms or feet oxygen uptake increased because the “warm water” became exchanged with cold water that cools down his body temperature whereupon the body responds with increased heat production. After 20 minutes in the water the oxygen uptake was 15 ml/kg/min reflecting that the isolation of the clothing’s was substantially reduced making his body continuously exposed to cold water that send the signal to the body to start to produce heat.

After 20 minutes we took him out of the water – he was not able to get up him self. He did not want to go out and he thinks that he could have stayed 20 more minutes but in a less “comfortable” way than the first 20 minutes. 15 minutes (inside) after getting up from the 2 degrees Celsius water we had him to stand completely still. He was shivering a lot and his oxygen uptake was 30 ml/kg/min – just to produce heat to increase his body temperature! 

The good thing for Henning is that he is fit and therefore had an “oxygen capacity buffer” that enabled him to relatively quickly produce the heat necessary to increase the body temperature back to normal. If he had a maximal oxygen uptake lower than 30 ml/kg/min he could have had a problem! So fitness may be important also for surviving in cold water….

 

Ulrik Wisløff, Professor and head of CERG 

Overweight or Normal weight: Here we go again!

The last decade has seen an opposite trend to advice people how much body weight they need to have for longer survival. This includes reports that suggest that few extra kilos than normal body mass index (BMI) is helpful. In contrary, long standing evidence has shown that having a normal BMI is more favorable for cardiovascular health.

In a previous blog piece, we have briefly discuss the evidence associated with being over-weight, and how these extra few kilos maybe beneficial for overall health.

However, in a recent investigation that involves 1.9 million participants, overweight and obesity were associated with increased risk of coronary heart disease and stroke. In this pooled analysis of 97 prospective cohorts, each 5 kg/m2 higher BMI was associated with 27% increase risk of death from coronary heart disease, and 18% increased risk of death from stroke. The positive association of BMI and increased risk of death was mediated by other metabolic risk factors (blood pressure, cholesterol, and glucose). However, ever after adjustment of these three metabolic factors, the risk of death from coronary heart disease was 15% higher, and that of stroke was 4% higher. In line with this, being overweight was associated with 26% increased risk of coronary heart disease, and 13% increased risk of stroke death when compared with normal weight. While obesity had a larger association: 69% increased risk of death from coronary heart disease, and 47% increased risk of stroke. The jury is out there to decide whether to maintain an optimum body weight or few extra kilos of body weight are desirable.

Meanwhile, overwhelming evidence has suggested that maintaining a normal weight (BMI, 18 to 25 kg/m2) is much favorable for a better cardiovascular risk profile, and a longer survival. On the other hand, being physically active not only helps to keep your body weight in control, but also beneficial for a lot other things, including lowering of blood pressure, total cholesterol and a better cardiac health. So far, a balanced lifestyle that includes smoking cessation, physical activity, and healthy diet among others would be advisable to people in all ages and in both sexes.

Javaid Neuman, Researcher CERG 

CERG på Biophysical Society’s Konferanse

Hvert år samles verdens ledende forskere innen alle tenkelige felt innenfor biofysikk for å diskutere de siste ideene og resultatene. Biophysical Society’s årlige møte arrangeres annethvert år på øst- eller vestkysten i USA. Årets konferanse ble holdt 15.-19. februar i San Francisco og fra CERG deltok Tomas Stølen, Allen Kelly, Kari Jørgensen, Nathan Scrimgeour og Karin Solvang-Garten. Det er en lang reise fra Trondheim til San Francisco, så når vi først var «over there» la vi like godt inn et besøk hos Prof. Mark E. Anderson, University of Iowa.

Mark og hans forskningsgruppe er blant forskningseliten innen forskning på cellulære mekanismer som ligger til grunn for hjerterytme forstyrrelser og plutselig hjertedød. Vi ble tatt godt imot og fikk innblikk i prosjektene de fokuserer på. Vi fikk bli med rundt i laboratoriefasilitetene og under en uformell foredragsserie de kalte «show and tell» fikk også våre forskere Tomas Stølen og Allen Kelly presentert høydepunkter fra vår forskning. Både Tomas og Allen forsker på såkalte eksperimentelle modeller, hvor de bruker celle- og dyrestudier relatert til kliniske problemstillinger innen helseutfordringer som diabetes, hjerterytme forstyrrelser, og aldring. Et element de fokuserer på er spesielt betydningen av kondisjonstrening i forebygging og behandling innenfor disse temaene.

 

Vel over i San Francisco var vi forberedt på en enorm konferanse med over 7000 deltakere. Arrangørene var imidlertid godt forberedt og på tross av over 4500 presentasjoner var det enkelt å orientere seg i havet av postere og foredragsholdere. Med så mange som vil presentere sine siste resultater blir det nødvendig å være veldig strukturert og planlegge godt i forhold hva man vil få med seg av informasjon. Biofysikk-konferansen er kjent for å være en «poster-konferanse», hvilket vil si at forskere presenterer forskningen sin med en plakat. Slik får man mulighet til å få god tid til å studere resultatene, samtidig som det er satt av tid til at forskeren kan forklare nærmere. Tilhørerne får da muligheten til å stille spørsmål og slik kan fruktbare samtaler oppstå. Vi fikk innblikk i blant annet nye ideer innen avbilding av hjerte og elektrisk signalisering i hjertet, i tillegg til flere oppdatering på ny innsikt om strukturer i hjerteceller. Nytt samarbeid, som for eksempel en gruppe som jobber med programmering, ble initiert for å få spesialtilpassede analyseprogram.

 

Konferanser er også viktige plattformer for nettverksbygging og det er viktig å legge til rette for å bli kjent med likesinnede forskere fra andre forskningsgrupper. Slik får man nye ideer og samarbeidspartnere. Blant annet ble det tette samarbeidet med Glasgow ytterligere forsterket gjennom flere prosjektmøter. Tiden utenfor konferansesenteret ble benyttet til sosiale tiltak som middager, joggeturer, klatring og shopping. Eller bare en spasertur i den flotte byen San Francisco.

 

 

 

 

 

 

 

 

Karin Solvang-Garten, senioringeniør ved CERG

 

Nok luft? Er lungene begrensede faktor for maksimal yteevne?

Lungenes hovedfunksjon er å overføre oksygen fra lufta til blodet og å fjerne karbondioksid fra kroppen. Ved økende anstrengelse øker ventilasjonen i takt med behovet for oksygen til den arbeidende muskulatur. Hos friske individer er lungenes kapasitet antatt ikke å være begrensende for maksimal yteevne ved utholdenhetsøvelser. De fleste lungefriske har derfor en overkapasitet og begrensningen er antatt å være hjertes pumpeevne.

Hos enkelte eliteutøver er dette annerledes. Her beveger man seg mot kroppens fysiologiske ytterpunkt og studier tyder på at lungenes diffusjonsoverflate (areal), luftveier og brystveggmuskulatur hos disse er underdimensjonert i forhold til kravet til maksimal oksygentransport ved anstrengelse. Uten nærmere å gå inn på mekanismene, kan dette resultere i treningsutløst hypoksemi [1], økt ekspiratorisk luftveismotstand [2] og kanskje også utmattelse av mellomgulvsmuskulatur og omfordeling av hjertes minuttvolum grunnet høyt arbeide av respirasjonsmuskulatur [3, 4]. Det første er sannsynligvis relativt hyppig forekommende hos yngre friske kvinner (pga mindre lunger og luftveier)[5].

Hva med verdens beste langdistanseløpere? Fra 1956 til 2012 har Kenyanske løpere tatt 56 olympiske medaljer; 25 av disse i de 2 siste OL! I en nylig publisert studie i Medicine and Science in Sports and Exercise ble fjorten eliteløpere undersøkt under submaksimal og maksimal anstrengelse[6]. Forfatterne fant at både gassutveksling og lungemekanikk var begrensende faktorer og konkluderte med at Kenyanske løpere sannsynligvis har et respirasjonssystem som ikke gir en fysiologisk fordel. Likevel er de best. Uansett hva de har smurt skoene med.

Eivind Brønstad, Post Doktor ved CERG 

Referanser

1. Dempsey, J.A., P.G. Hanson, and K.S. Henderson, Exercise-induced arterial hypoxaemia in healthy human subjects at sea level. J Physiol, 1984. 355: p. 161-75.

2. Johnson, B.D., K.W. Saupe, and J.A. Dempsey, Mechanical constraints on exercise hyperpnea in endurance athletes. J Appl Physiol (1985), 1992. 73(3): p. 874-86.
3. Johnson, B.D., et al., Exercise-induced diaphragmatic fatigue in healthy humans. J Physiol, 1993. 460: p. 385-405.
4. Sheel, A.W., et al., Fatiguing inspiratory muscle work causes reflex reduction in resting leg blood flow in humans. J Physiol, 2001. 537(Pt 1): p. 277-89.
5. Dominelli, P.B., et al., Exercise-induced arterial hypoxaemia and the mechanics of breathing in healthy young women. J Physiol, 2013. 591(Pt 12): p. 3017-34.
6. Foster, G.E., et al., Pulmonary Mechanics and Gas Exchange during Exercise in Kenyan Distance Runners. Med Sci Sports Exerc, 2013.

En fysisk aktiv befolkning – 7 investeringer som virker

Inaktivitet er av WHO rangert som en av vår tids største folkehelseutfordringer og de helsefremmende effektene av fysisk aktivitet og trening er detaljert dokumentert. Likevel øker forekomsten av inaktivitet over store deler av verden. Hvordan kan vi snu denne trenden? For et drøyt år siden publiserte British Journal of Sports Medicine en liste med sju nøkkelområder for bedret folkehelse gjennom fysisk aktivitet. Alle har de solid forskningsmessig støtte og er aktuelle også i en norsk kontekst.

Under følger disse 7 samfunnsinvesteringene som beviselig vil kunne bidra til bedre folkehelse gjennom økt fysisk aktivitet.

1. Fysisk aktivitet i skolen

Dessverre vet vi at økningen i, og de medfølgende konsekvensene av, inaktivitet starter tidlig og i stor grad tas med videre i livet. Vi vet også at det største potensialet for folkehelsa ligger i å få de inaktive litt aktive og i litt bedre form. De tydelige sosioøkonomiske skillelinjene mellom den aktive og inaktive delen av befolkningen gjør skolen til en viktig arena med muligheter til å nå alle og gi like muligheter til å lære og innarbeide helsefremmende levevaner og en aktiv livsstil. Norsk forskning har vist at 60 minutter daglig fysisk aktivitet (i tråd med helsemyndighetenes anbefalinger for barn og unge) i skoletiden kan implementeres i praksis og har betydelige helsegevinster.

2. Aktiv transport

Reduksjonen i hverdagsaktivitet er sett på som en av de viktigste årsakene til fedmebølgen samtidig som mangel på tid er den viktigste enkeltårsaken folk oppgir for hvorfor de ikke trener eller mosjonerer. Aktiv transport til fots eller på sykkel mellom ulike gjøremål ses på som en av de mest praktiske og bærekraftige tiltakene for å øke hverdagsaktiviteten hos folk flest. En videre økning i aktiv transport krever tilrettelegging av gang- og sykkelstier som trygt og effektivt kan føre større folkemengder mellom hjem, arbeid og fritidssysler.

3. Tilrettelagt nærmiljø

Nærmiljøet vårt kan både skape barrierer og åpne muligheter for en aktiv livsstil. Forskning viser at folk som bor i områder som er tilrettelagt for utendørs aktivitet og gange som transport er mer aktive og har bedre helse. Enkel tilgang til åpne områder for sport, lek, rekreasjon og enkelt friluftsliv også i urbane strøk kan bidra til å senke terskelen for en aktiv fritid.

4. Helsesystemet

Vi oppsøker fastlegen vår flere ganger årlig og leger og annet helsepersonell har potensielt stor innflytelse på helseatferden til befolkningen. Undersøkelser viser også at vi har stor tiltro til informasjon om fysisk aktivitet og helse fra leger og helsesystemet ellers. Flere studier viser at strukturerte, konkrete råd om fysisk aktivitet påvirker aktivitetsnivå og helse i positiv retning. Derfor bør evaluering og rådgiving om fysisk aktivitet inngå i enhver konsultasjon med helsevesenet.

5. Folkeopplysning

Opplysningskampanjer i massemedia og ellers i offentligheten virker og er en effektiv måte å formidle et budskap om en aktiv livsstil til befolkningen. Tross det økte fokuset på helse og treningstrender i norsk media viser undersøkelser at omtrent halvparten av de inaktive ikke kan gjengi helsemyndighetenes generelle anbefalinger om fysisk aktivitet. I en artikkel i det anerkjente tidsskriftet The Lancet argumenterte forskere for at fokuset snart måtte dreies fra de positive effektene av fysisk aktivitet til de sykdomsfremkallende effektene av inaktivitet jmf. anti-røykekampanjene. Det er mulig vi bør gi gulrota en siste sjanse.

6. Samfunnsmobilisering

Tiltak som favner hele befolkningen vil være mer effektivt enn tiltak rettet mot spesifikke sub-grupper eller såkalte risikoindivider. Forebygging på individnivå vil aldri være tilstrekkelig alene siden det ikke fjerner de underliggende og strukturelle årsakene til inaktivitet. Det også slik at mesteparten av sykdomsbyrden knyttet til de med moderat risiko siden dette er den største gruppen. Det er flere gode eksempel på tiltak som har som mål å øke helsefremmende fysisk aktivitet på samfunnsnivå.

7. Idrett for alle

Sport og idrett har en universell appell og «Idrett for alle» er selve visjonen til Norges Idrettsforbund. Med sine 2.1 millioner medlemmer er det Norges største frivillige organisasjon og favner bredt i befolkningen. Likevel er det samfunnsgrupper der idrettsdeltakelsen er lav og frafallet tidlig i tenårene er betydelig. Idrettens utfordring er å fortsatt kunne tilby et bredt utvalg av aktiviteter som matcher interesser på tvers av kjønn, alder og fysiske forutsetninger.

Bjarne M Nes, Post Doktor ved CERG 

Fysisk form og overlevelse hos voksne med prediabetes

En nylig publisert studie har undersøkt sammenhengen mellom av fysisk form og ulike mål på fedme med dødsrisiko hos personer med prediabetes (eller forhøyet fastende glukose).

Studien undersøkte sammenhengen mellom fysisk form og fedme med kardiovaskulær sykdom og dødelighet av alle årsaker i en kohort på 17 044 deltakere (89 % menn) med prediabetes (definert som forhøyet fastende plasmaglukose), som ikke hadde en historie med diabetes, CVD, eller kreft. Alle deltakerne fullførte en maksimal treningstoleranse-test minst én gang i løpet av perioden 1974-2002.

Studien identifiserte 832 dødsfall (246 fra kardiovaskulær sykdom) i løpet av 14 års oppfølging i gjennomsnitt. Normalvektige personer som var karakterisert som utrent (laveste tredjedel av populasjonen) hadde 30 % høyere dødsrisiko for alle dødsårsaker og 12 % økt risiko for død av hjerte-karsykdom sammenliknet med referansegruppen med normal vekt og fysisk form i en modell justert for alder, kjønn, undersøkelses-år, og andre kjente risikofaktorer. Dødsrisikoen for trente personer som var definert som overvektige eller fete var ikke signifikant forskjellig fra referansegruppen. Lignende mønster ble også observert i forhold til livvidde og % kroppsfett.

Konklusjonen var at fysisk form endrer forholdet mellom fedme og dødelighet hos personer med prediabetes. Utrente individer har en høyere dødsrisiko og trente personer har en lavere dødsrisiko uavhengig av fedme-nivå i denne høyrisikogruppen.

Denne studien antyder at det det finnes andre troverdige, evidensbaserte alternativer til medikamentell behandling. Et annet viktig bidrag til denne problemstillingen kom i oktober i fjor og ble publisert med åpen tilgang i BMJ online, der forfattere Huseyin Naci og John PA Ioannidis publiserte sin meta-epidemiologiske analyse, som kombinerte data fra over 300 000 deltakere fra 305 randomiserte kontrollerte studier. Konklusjonen var at trening er like effektivt som medikamentell behandling i sekundær forebygging av koronar hjertesykdom, rehabilitering etter hjerneslag, behandling av hjertesvikt, og nettopp: forebygging av diabetes. Den beste medisinen for helse og et lengre liv later derfor til å sørge for å være i fysisk form, og medisinen inhaleres best i form av rikelig luft med joggesko på bena.

Øivind Rognmo, Forsker CERG