Cardiovascular effects of short term exposure to electric and magnetic fields of electricity power transmission

In the electrical industry the 50 Hz electric and magnetic fields are often higher than in the average working environment. The electric and magnetic fields can be studied by measuring or by calculatingthe fields in the environment. For example, the electric field under a 400 kV power line is 1 to 10 kV/m, and the magnetic flux density is 1 to 15 µT. Electricand magnetic fields of a power line induce a weak electric field and electric currents in the exposed body. The average current density in a human being standing under a 400 kV line is 1 to 2 mA/m2. The aim of this study is to find out thepossible effects of short term exposure to electric and magnetic fields of electricity power transmission on workers' health, in particular the cardiovascular effects. The study consists of two parts; Experiment I: influence on extrasystoles, and Experiment II: influence on heart rate. In Experiment I two groups, 26 voluntary men (Group 1) and 27 transmission-line workers (Group 2), were measured. Their electrocardiogram (ECG) was recorded with an ambulatory recorder both in and outside the field. In Group 1 the fields were 1.7 to 4.9 kV/m and 1.1 to 7.1 pT; in Group 2 they were 0.1 to 10.2 kV/m and 1.0 to 15.4 pT. In the ECG analysis the only significant observation was a decrease in the heart rate after field exposure (Group 1). The drop cannot be explained with the first measuring method. Therefore Experiment II was carried out. In Experiment II two groups were used; Group 1 (26 male volunteers) were measured in real field exposure, Group 2 (15 male volunteers) in "sham" fields. The subjects of Group 1 spent 1 h outside the field, then 1 h in the field under a 400 kV transmission line, and then again 1 h outside the field. Under the 400 kV linethe field strength varied from 3.5 to 4.3 kV/m, and from 1.4 to 6.6 pT. Group 2spent the entire test period (3 h) in a 33 kV outdoor testing station in a "sham" field. ECG, blood pressure, and electroencephalogram (EEG) were measured by ambulatory methods. Before and after the field exposure, the subjects performed some cardiovascular autonomic function tests. The analysis of the results (Experiments I and II) showed that extrasystoles or arrythmias were as frequent in the field (below 4 kV/m and 4 pT) as outside it. In Experiment II there was no decrease detected in the heart rate, and the systolic and diastolic blood pressure stayed nearly the same. No health effects were found in this study.

Intrapartum hypoxia and power spectral analysis of fetal heart rate variability

Reliable detection of intrapartum fetal acidosis is crucial for preventing morbidity. Hypoxia-related changes of fetal heart rate variability (FHRV) are controlled by the autonomic nervous system. Subtle changes in FHRV that cannot be identified by inspection can be detected and quantified by power spectral analysis. Sympathetic activity relates to low-frequency FHRV and parasympathetic activity to both low- and high-frequency FHRV. The aim was to study whether intra partum fetal acidosis can be detected by analyzing spectral powers of FHRV, and whether spectral powers associate with hypoxia-induced changes in the fetal electrocardiogram and with the pH of fetal blood samples taken intrapartum. The FHRV of 817 R-R interval recordings, collected as a part of European multicenter studies, were analyzed. Acidosis was defined as cord pH ≤ 7.05 or scalp pH ≤ 7.20, and metabolic acidosis as cord pH ≤ 7.05 and base deficit ≥ 12 mmol/l. Intrapartum hypoxia increased the spectral powers of FHRV. As fetal acidosis deepened, FHRV decreased: fetuses with significant birth acidosis had, after an initial increase, a drop in spectral powers near delivery, suggesting a breakdown of fetal compensation. Furthermore, a change in excess of 30% of the low-to-high frequency ratio of FHRV was associated with fetal metabolic acidosis. The results suggest that a decrease in the spectral powers of FHRV signals concern for fetal wellbeing. A single measure alone cannot be used to reveal fetal hypoxia since the spectral powers vary widely intra-individually. With technical developments, continuous assessment of intra-individual changes in spectral powers of FHRV might aid in the detection of fetal compromise due to hypoxia.

Sydämen eteisvärinän tunnistaminen matkapuhelimen kiihtyvyysanturilla

Yli 140 miljoonaa ihmistä kärsii kroonisesta eteisvärinästä. Monilla ihmisillä on eteisvärinää, vaikkeivat siitä itse tiedä. Hoito on yksinkertainen, mutta hoidon piiriin eivät päädy kaikki yksinkertaisten seulontamenettelyjen tuloksena. Elektrokardiogrammi (EKG) sydämen toimintojen tunnistusmenetelmänä on tällä hetkellä yleisin vaihtoehto eteisvärinän seulontaan. EKG-laitteet ovat arvokkaita ja haasteellisia yksittäisen käyttäjän arkielämän kannalta. Vaihtoehtoinen sydämen monitorointimenetelmä on ballistokardiografinen (BKG) mittaus. EKG:n ja BKG:n ominaisia piirteitä käydään lävitse ja vertaillaan vahvuuksia sekä heikkouksia näiden kahden mittausmenetelmän välillä. BKG:ta on tutkittu jo pitkään, mutta mittaukseen soveltuvia tähän käyttökohteeseen varsinaisesti suunniteltuja laitteita ei ole paljoakaan tuotteistettu markkinoille asti. Työssä tutkitaan matkapuhelimen kiihtyvyysanturin soveltuvuutta BKG-mittauksen suorittamiseen. Tällä menetelmällä on mahdollista tuoda helposti sydänmonitori lähelle ihmisiä ja jokainen voi omalla matkapuhelimellaan tarkkailla sydämensä toimintaa. Diplomityössä selvitetään erilaisten markkinoilla olevien mobiililaitteiden soveltuvuutta kiihtyvyysanturitutkimukseen. Useampaa mallia koskevan selvitystyön tuloksena valitaan parhaiten toimiva vaihtoehto, jolla jatketaan tutkimusta suunnittelemalla mittausprosessi. Ensimmäisen vaiheen mittauksissa valitaan 20 perustervettä koehenkilöä tutkimukseen. Tutkimuksen tuloksena saadaan tutkimushypoteesin mukainen tulos ja sydämen lyönnit saadaan tunnistettua kaikilla koehenkilöillä. Ensimmäisen vaiheen aikana suoritetaan myös liikehäiriötutkimusta. Tässä suoritetaan yksinkertaiset käden, jalan ja pään liikkeiden vaikutuksen arvioinnit kiihtyvyysanturisignaaliin. Lisäksi selvitetään, miten puhuminen mittauksen aikana välittyy tutkimuslaitteeseen ja suoritetaan arvio siitä, miten tämä voidaan ottaa huomioon. Ensimmäisen vaiheen havaintojen perusteella jatkokehitetään mittausprosessia ja pyritään optimoimaan tätä, jotta laajempi otosjoukko on mahdollista saavuttaa mahdollisimman vähän aikaresursseja kuluttaen. Työssä valmistellaan laajemman, 1000 koehenkilöä sisältävän, toisen tutkimusvaiheen suoritusta. Diplomityön osana valmistellaan Varsinais-Suomen Sairaanhoitopiirin eettiselle toimikunnalle lausuntohakemus tutkimukselle. Hakemuksessa käsitellään laajasti tutkimuksen suorittamista eri osa-alueilla. Toisen vaiheen tuloksen noudattaessa tutkimushypoteesia, voidaan todeta matkapuhelimen kiihtyvyysanturin olevan soveluva menetelmä sydämen toiminnan tutkimiseen.