Thermoregulatory responses during rest and exercise at moderate and extreme cold

Abstract

The aim of this thesis is to extend the current understanding of the physiological and microvascular responses of humans to cold exposure and rewarming, with a particular focus on individuals with a history of idiopathic chilblains (IC). In this context, a systematic review, meta-analysis and meta-regression synthesized evidence on the population’s characteristics, symptoms, and risk factors associated with IC, followed by a sequence of controlled experimental studies investigating thermoregulatory, vascular, and oxygenation responses under cold and rewarming conditions. The experimental studies were conducted at the FAME Laboratory (University of Thessaly) under standardized environmental chamber conditions, combining measurements of skin blood flow, finger and toe temperatures, mean skin temperature and microvascular oxygenation parameters. Participants with a history of IC (HIC+) and healthy (HIC−), underwent exposure to thermoneutral, cold, and rewarming environments, as well as a occlusion-reactive hyperemia protocol to evaluate microvascular reactivity. Overall, findings demonstrate that individuals with prior IC exhibit a hyperconstrictive and hypoxic vascular phenotype, characterized by augmented vasoconstriction, reduced peripheral blood flow, and impaired oxygen delivery. These results reveal an integrated physiological pattern that advances our understanding of human vascular dysregulation. It also emphasizes that climate change entails not only global warming but increased thermal variability - making research on Non-Freezing Cold Injuries (NFCI) increasingly relevant for public health, occupational safety, and clinical physiology.

Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η διεύρυνση της τρέχουσας κατανόησης των φυσιολογικών και μικροαγγειακών αποκρίσεων του ανθρώπου κατά την έκθεση στο κρύο και την επανθέρμανση, με ιδιαίτερη έμφαση σε άτομα με ιστορικό ιδιοπαθών χειμέτλων. Στο πλαίσιο αυτό, πραγματοποιήθηκε συστηματική ανασκόπηση και συλλέχθηκε πληθώρα δεδομένων σχετικά με τα χαρακτηριστικά του πληθυσμού, τα συμπτώματα και τους παράγοντες κινδύνου που συνδέονται με τις ιδιοπαθείς χιονίστρες, ενώ ακολούθησε μια σειρά ελεγχόμενων πειραματικών μελετών που διερεύνησαν τις θερμορυθμιστικές, αγγειακές και οξυγονικές αποκρίσεις υπό συνθήκες κρύου και επαναθέρμανσης. Οι πειραματικές μελέτες διεξήχθησαν στο εργαστήριο FAME Laboratory (Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας) υπό ελεγχόμενες συνθήκες, σε περιβαλλοντικό θάλαμο, με συνδυασμό μετρήσεων της δερματικής αιματικής ροής, της θερμοκρασίας δακτύλων (άνω και κάτω άκρου), της μέσης θερμοκρασίας δέρματος και παραμέτρων μικροαγγειακής οξυγόνωσης. Οι συμμετέχοντες με ιστορικό ιδιοπαθή χιονιστρών αλλά και μη, υποβλήθηκαν σε θερμοουδέτερες, κρύες αλλά και συνθήκες επαναθέρμανσης, καθώς και σε πρωτόκολλο απόφραξης-αντιδραστικής υπεραιμίας για την αξιολόγηση της μικροαγγειακής αντιδραστικότητας. Συνολικά, τα ευρήματα δείχνουν ότι τα άτομα με ιστορικό ιδιοπαθή χειμέτλων εμφανίζουν έναν υπερσυσπαστικό-υποξικό μικροαγγειακό φαινότυπο και υποξίας, ο οποίος χαρακτηρίζεται από αυξημένη αγγειοσύσπαση, μειωμένη περιφερική αιματική ροή και μειωμένη μεταφορά οξυγόνου. Τα αποτελέσματα αυτά αποκαλύπτουν ένα ολοκληρωμένο φυσιολογικό πρότυπο που προάγει την κατανόηση της ανθρώπινης αγγειακής δυσλειτουργίας. Επιπλέον, τονίζεται ότι η κλιματική αλλαγή δεν συνεπάγεται μόνο υπερθέρμανση του πλανήτη, αλλά και αυξημένη θερμική μεταβλητότητα - καθιστώντας την έρευνα στις δερματικές κακώσεις που δεν προέρχονται από έκθεση σε ψυχρό περιβάλλον (Non-Freezing Cold Injuries) ολοένα και πιο σημαντική για τη δημόσια υγεία, την επαγγελματική ασφάλεια και την κλινική φυσιολογία.