A qualitative response model of thermal comfort

A sound statistical methodology is presented for modelling the correspondence between the characteristics of individuals, their thermal environment, and their thermal sensation. The proposed methodology substantially improves that developed by P.O. Fanger, by formulating a more general and precise model of thermal comfort. It enables us to estimate the model from a sample of data where all the parameters of comfort vary at the same time, which is not possible with that adopted by Fanger. Moreover, the present model is still valid when thermal conditions are far from optimum. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

No major impact of skin aging on the response of skin blood flow to a submaximal local thermal stimulus

La peau est sujette à un vieillissement intrinsèque (processus naturel et chronologique) et extrinsèque (processus induit par l'environnement et notamment les rayons UV). Plusieurs études ont montré que le vieillissement cutané s'accompagne d'une réduction de la densité capillaire au sein du derme et d'une dégradation de plusieurs protéines de la matrice extracellulaire. Cette atteinte morphologique est associée à une diminution de la capacité vasodilatatrice maximale de la microcirculation dermique et en particulier, de la réponse maximale du flux sanguin cutané à un échauffement local de la surface cutanée à des températures avoisinant les 43-44°C. Cette réponse, appelée hyperémie locale induite par la chaleur (local thermal hyperemia), est facilement mesurable par des investigations non invasives, telles que le laser Doppler. Nous avons entrepris cette étude afin d'investiguer les effets de l'âge sur la réactivité de la microcirculation dermique dans des zones cutanées exposées différemment aux rayons UV. Pour ce faire, nous avons étudié, chez des patients jeunes (18 à 30 ans, n=13) et des patients âgés (> 60 ans, n=13), la vasodilatation cutanée induite par réchauffement local de la peau, au niveau de 3 sites anatomiques différents (la cuisse, l'avant- bras et le front). Les mesures ont été effectuées au moyen d'un laser Doppler. Pour chaque sujet et chaque site, la température cutanée fut tout d'abord amenée à 34°C par 2 corps de chauffe (A et B), disposés de manière adjacente sur la peau. La température fut ensuite augmentée à 39°C (corps de chauffe A) et à 41°C (corps de chauffe B) pour une durée de 30 minutes, dans l'optique d'induire une vasodilatation sous- maximale. Ensuite, la température fut augmentée à 43 °C (corps de chauffe A et B) pour 15 minutes supplémentaires. Enfin, la vasodilatation maximale a été induite par un échauffement local à 44°C pour 15 minutes supplémentaires (corps de chauffe A et B). L'enregistrement séquentiel du flux sanguin cutané, effectué chaque minute par laser Doppler imager, donne des images sur lesquelles peut être calculé le flux sanguin cutané (unités de perfusion, PU). Par la suite, nous avons calculé les conductances vasculaires cutanées (CVC), en divisant le flux sanguin (PU) par la tension artérielle moyenne (mmHg), afin de permettre une normalisation entre les différents sujets. Les CVC, évaluées au temps de départ (température 34°C) et après vasodilatation maximale (température 44°C), étaient plus hautes au niveau du front qu'au niveau des 2 autres sites anatomiques. Sur les 3 sites, la CVC maximale (température 44°C) diminuait avec l'âge mais de façon moins importante au niveau du front, en comparaison avec les 2 autres sites. La réponse aux températures sous-maximales (température 39 et 41°C), exprimée en pourcentage de la CVC maximale, ne variait pas avec l'âge ni en fonction du site anatomique étudié. En conclusion, cette étude est la première à étudier simultanément l'hyperémie locale induite par la chaleur sur 3 sites ayant une exposition différente aux rayons UV. Le processus utilisé (laser Doppler imager) est également unique dans la littérature concernant les altérations de la microcirculation cutanée en lien avec l'âge. Cette étude confirme ainsi que le vieillissement cutané intrinsèque et/ou extrinsèque réduit la capacité vasodilatatrice maximale de la microcirculation dermique. Par contre, la réactivité à réchauffement local à des températures moindres ne semble pas être affectée.

No major impact of skin aging on the response of skin blood flow to a submaximal local thermal stimulus.

OBJECTIVE: This study was undertaken to investigate how aging affects dermal microvascular reactivity in skin areas differentially exposed to sunlight, and therefore to different degrees of photoaging. METHODS: We assessed, in young (18-30 years, n = 13) and aged males (≥60 years, n = 13), the thigh, forearm, and forehead's skin vasodilatory response to local heating (LTH) with a LDI. In each subject and at each location, local Tskin was brought from 34°C (baseline) to 39 or 41°C for 30 minutes, to effect submaximal vasodilation, with maximal vasodilation then elicited by further heating to 44°C. RESULTS: The CVCs evaluated at baseline and after maximal vasodilation (CVCmax ) were higher in the forehead than in the two other anatomical locations. On all locations, CVCmax decreased with age but less markedly in the forehead compared to the two other locations. When expressed in % of CVCmax , the plateau increase of CVCs in response to submaximal temperatures (39 and 41°C) did not vary with age, and minimally so with location. CONCLUSION: Skin aging, whether intrinsic or combined with photoaging, reduces the maximal vasodilatory capacity of the dermal microcirculation, but not its reactivity to local heating.

Desensitization of thermal hyperemia in the skin is reproducible.

OBJECTIVE: Local heating increases skin blood flow SkBF (thermal hyperemia). In a previous study, we reported that a first local thermal stimulus could attenuate the hyperemic response to a second one applied later on the same skin spot, a phenomenon that we termed desensitization. However, other studies found no evidence for desensitization in similar conditions. The aim of the present work was to test whether it was related to differences in instrumentation. METHODS: Twenty-eight healthy young males were studied. Two pairs of heating chambers, one custom-made (our study) and one commercial (other groups), were affixed to forearm skin. SkBF was measured with single-point laser-Doppler flowmetry (LDF) (780nm) in one pair, and laser-Doppler imaging (LDI) (633nm) in the other. A temperature step from 34 to 41°C, was applied for 30minutes and repeated after two hours. RESULTS: During the second thermal challenge, the plateau SkBF was lower than during the first thermal and was observed with each of the four combinations of SkBF measurement techniques and heating equipment (p<0.05 for all conditions, range -9% to -16% of the initial value). CONCLUSION: Desensitization of thermal hyperemia is not specific to peculiar operating conditions.

Sedimentology, geochemistry and mineralogy of the Paleocene-Eocene thermal maximum (PETM) : sediment records from Egypt, India and Spain

A gradual increase in Earth's surface temperatures marking the transition from the late Paleocene to early Eocene (55.8±0.2Ma), represents an extraordinary warming event known as Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Both marine and continental sedimentary records during this period reveal evidences for the massive injection of isotopically light carbon. The carbon dioxide injection from multiple potential sources may have triggered the global warming. The importance of the PETM studies is due to the fact that the PETM bears some striking resemblances to the human-caused climate change unfolding today. Most notably, the culprit behind it was a massive injection of heat-trapping greenhouse gases into the atmosphere and oceans, comparable in volume to what our persistent burning of fossil fuels could deliver in coming centuries. The exact knowledge of what went on during the PETM could help us to foresee the future climate change. The response of the oceanic and continental environments to the PETM is different. Many factors might control the response of the environments to the PETM such as paleogeography, paleotopography, paleoenvironment, and paleodepth. To better understand the mechanisms triggering PETM events, two different environments were studied: 1) shallow marine to inner shelf environment (Wadi Nukhul, Sinai; and the Dababiya GSSP, Luxor, Egypt), and 2) terrestrial environments (northwestern India lignite mines) representing wetland, and fluvial environments (Esplugafreda, Spain) both highlighting the climatic changes observed in continental conditions. In the marine realm, the PETM is characterized by negative ö13Ccar and ô13Corg excursions and shifts in Ô15N to ~0%o values above the P/E boundary and persisting along the interval suggesting a bloom and high production of atmospheric N2-fixers. Decrease in carbonate contents could be due to dissolution and/or dilution by increasing detrital input. High Ti, K and Zr and decreased Si contents at the P/E boundary indicate high weathering index (CIA), which coincides with significant kaolinite input and suggests intense chemical weathering under humid conditions at the beginning of the PETM. Two anoxic intervals are observed along the PETM. The lower one may be linked to methane released from the continental shelf with no change in the redox proxies, where the upper anoxic to euxinic conditions are revealed by increasing U, Mo, V, Fe and the presence of small size pyrite framboids (2-5fim). Productivity sensitive elements (Cu, Ni, and Cd) show their maximum concentrated within the upper anoxic interval suggesting high productivity in surface water. The obtained data highlight that intense weathering and subsequent nutrient inputs are crucial parameters in the chain of the PETM events, triggering productivity during the recovery phase. In the terrestrial environments, the establishment of wetland conditions and consequence continental climatic shift towards more humid conditions led to migration of modern mammals northward following the extension of the tropical belts. Relative ages of this mammal event based on bio-chemo- and paleomagnetic stratigraphy support a migration path originating from Asia into Europe and North America, followed by later migration from Asia into India and suggests a barrier to migration that is likely linked to the timing of the India-Asia collision. In contrast, at Esplugafereda, northeastern Spain, the terrestrial environment reacted differently. Two significant S13C shifts with the lower one linked to the PETM and the upper corresponding to the Early Eocene Thermal Maximum (ETM2); 180/160 paleothermometry performed on two different soil carbonate nodule reveal a temperature increase of around 8°C during the PETM. The prominent increase in kaolinite content within the PETM is linked to increased runoff and/or weathering of adjacent and coeval soils. These results demonstrate that the PETM coincides globally with extreme climatic fluctuations and that terrestrial environments are very likely to record such climatic changes. - La transition Paléocène-Eocène (55,8±0,2 Ma) est marquée par un réchauffement extraordinaire communément appelé « Paleocene-Eocene Thermal Maximum » (PETM). Les données géochimiques caractérisant les sédiments marins et continentaux de cette période indiquent que ce réchauffement a été déclenché par une augmentation massive de CO2 lié à la déstabilisation des hydrates de méthane stockés le long des marges océaniques. L'étude des événements PETM constitue donc un bon analogue avec le réchauffement actuel. Le volume de CO2 émis durant le PETM est comparable avec le CO2 lié à l'activité actuelle humaine. La compréhension des causes du réchauffement du PETM peut être cruciale pour prévoir et évaluer les conséquences du réchauffement anthropogénique, en particulier les répercussions d'un tel réchauffement sur les domaines continentaux et océaniques. De nombreux facteurs entrent en ligne de compte dans le cas du PETM, tels que la paléogéographie, la paléotopographie et les paléoenvironnement. Pour mieux comprendre les réponses environnementales aux événements du PETM, 2 types d'environnements ont été choisis : (1) le domaine marin ouvert mais relativement peu profond (Wadi Nukhul. Sinai, Dababiya, Luxor, Egypte), (2) le milieu continental marécageux humide (mines de lignite, Inde) et fluviatile, semi-aride (Esplugafreda, Pyrénées espagnoles). Dans le domaine marin, le PETM est caractérisé par des excursions négatives du ô13Ccar et ô13Corg et un shift persistant des valeurs de 815N à ~ 0 %o indiquant une forte activité des organismes (bactéries) fixant l'azote. La diminution des carbonates observée durant le PETM peut-être due à des phénomènes de dissolution ou une augmentation des apports terrigènes. Des taux élevés en Ti, K et Zr et une diminution des montants de Si, reflétés par des valeurs des indices d'altération (CIA) qui coïncident avec une augmentation significative des apports de kaolinite impliquent une altération chimique accrue, du fait de conditions plus humides au début du PETM. Deux événements anoxiques globaux ont été mis en évidence durant le PETM. Le premier, situé dans la partie inférieur du PETM, serait lié à la libération des hydrates de méthane stockés le long des talus continentaux et ne correspond pas à des variations significatives des éléments sensibles aux changements de conditions redox. Le second est caractérisé par une augmentation des éléments U, Mo, V et Fe et la présence de petit framboids de pyrite dont la taille varie entre 2 et 5pm. Le second épisode anoxique est caractérisé par une forte augmentation des éléments sensibles aux changements de la productivité (Cu, Ni et Co), indiquant une augmentation de la productivité dans les eaux de surface. Les données obtenues mettent en évidence le rôle crucial joué par l'altération et les apports en nutriments qui en découlent. Ces paramètres sont cruciaux pour la succession des événements qui ont conduit au PETM, et plus particulièrement l'augmentation de la productivité dans la phase de récupération. Durant le PETM, le milieu continental est caractérisé par l'établissement de conditions humides qui ont facilité voir provoqué la migration des mammifères modernes qui ont suivi le déplacement de ces ceintures climatiques. L'âge de cette migration est basé sur des arguments chimiostratigraphiques (isotopes stables), biostratigraphiques et paléomagnétiques. Les données bibliographiques ainsi que celles que nous avons récoltées en Inde, montrent que les mammifères modernes ont d'abord migré depuis l'Asie vers l'Europe, puis dans le continent Nord américain. Ces derniers ne sont arrivés en Inde que plus tardivement, suggérant que le temps de leur migration est lié à la collision Inde-Asie. Dans le Nord-Est de l'Espagne (Esplugafreda), la réponse du milieu continental aux événements PETM est assez différente. Comme en Inde, deux excursions signicatives en ô13C ont été observées. La première correspond au PETM et la seconde est corrélée avec l'optimum thermique de l'Eocène précoce (ETM2). Les isotopes stables de l'oxygène mesurés 2 différents types de nodules calcaires provenant de paléosols suggère une augmentation de 10°C pendant le PETM. Une augmentation simultanée des taux de kaolinite indique une intensification de l'altération chimique et/ou de l'érosion de sols adjacents. Ces résultats démontrent que le PETM coïncide globalement avec des variations climatiques extrêmes qui sont très aisément reconnaissables dans les dépôts continentaux.

Plasma membrane cyclic nucleotide gated calcium channels control land plant thermal sensing and acquired thermotolerance.

Typically at dawn on a hot summer day, land plants need precise molecular thermometers to sense harmless increments in the ambient temperature to induce a timely heat shock response (HSR) and accumulate protective heat shock proteins in anticipation of harmful temperatures at mid-day. Here, we found that the cyclic nucleotide gated calcium channel (CNGC) CNGCb gene from Physcomitrella patens and its Arabidopsis thaliana ortholog CNGC2, encode a component of cyclic nucleotide gated Ca(2+) channels that act as the primary thermosensors of land plant cells. Disruption of CNGCb or CNGC2 produced a hyper-thermosensitive phenotype, giving rise to an HSR and acquired thermotolerance at significantly milder heat-priming treatments than in wild-type plants. In an aequorin-expressing moss, CNGCb loss-of-function caused a hyper-thermoresponsive Ca(2+) influx and altered Ca(2+) signaling. Patch clamp recordings on moss protoplasts showed the presence of three distinct thermoresponsive Ca(2+) channels in wild-type cells. Deletion of CNGCb led to a total absence of one and increased the open probability of the remaining two thermoresponsive Ca(2+) channels. Thus, CNGC2 and CNGCb are expected to form heteromeric Ca(2+) channels with other related CNGCs. These channels in the plasma membrane respond to increments in the ambient temperature by triggering an optimal HSR, leading to the onset of plant acquired thermotolerance.

The heat shock response in moss plants is regulated by specific calcium-permeable channels in the plasma membrane.

Land plants are prone to strong thermal variations and must therefore sense early moderate temperature increments to induce appropriate cellular defenses, such as molecular chaperones, in anticipation of upcoming noxious temperatures. To investigate how plants perceive mild changes in ambient temperature, we monitored in recombinant lines of the moss Physcomitrella patens the activation of a heat-inducible promoter, the integrity of a thermolabile enzyme, and the fluctuations of cytoplasmic calcium. Mild temperature increments, or isothermal treatments with membrane fluidizers or Hsp90 inhibitors, induced a heat shock response (HSR) that critically depended on a preceding Ca(2+) transient through the plasma membrane. Electrophysiological experiments revealed the presence of a Ca(2+)-permeable channel in the plasma membrane that is transiently activated by mild temperature increments or chemical perturbations of membrane fluidity. The amplitude of the Ca(2+) influx during the first minutes of a temperature stress modulated the intensity of the HSR, and Ca(2+) channel blockers prevented HSR and the onset of thermotolerance. Our data suggest that early sensing of mild temperature increments occurs at the plasma membrane of plant cells independently from cytosolic protein unfolding. The heat signal is translated into an effective HSR by way of a specific membrane-regulated Ca(2+) influx, leading to thermotolerance.

The vasodilatory response of skin microcirculation to local heating is subject to desensitization.

BACKGROUND: In humans, local heating increases skin perfusion by mechanisms dependent on nitric oxide (NO). Because the vascular effects of NO may be subject to desensitization, we examined whether a first local thermal stimulus would attenuate the hyperemic response to a second one applied later. METHODS: Twelve healthy young men were studied. Skin blood flow (SkBF) was measured on forearm skin with laser Doppler imaging. Local thermal stimuli (temperature step from 34 to 41 degrees C maintained for 30 minutes) were applied with temperature-controlled chambers. We also tested the influence of prior local heating on the vasodilation induced by sodium nitroprusside (SNP), a donor of NO. RESULTS: On reheating the same spot after two hours, the response of SkBF (i.e., plateau SkBF at 30 minutes minus SkBF at 34 degrees C) was lower than during the first stimulation (mean+/-SD 404+/-212 perfusion units [PU] vs. 635+/-100 PU; P&lt;0.001). There was no such difference when reheating after four hours (654+/-153 vs. 645+/-103 PU; P=NS). Two, but not four, hours after local heating, the response of SkBF to SNP was reduced. CONCLUSION: The NO-dependent hyperemic response induced by local heating in human skin is subject to desensitization. At least one part of the mechanism implicated consists of a desensitization to the effects of NO itself.