Człowiek kontra upały. Naukowcy ustalili „granicę przetrwania”

Trwa kolejny upalny tydzień. Temperatury w zachodniej części kraju wynoszą choćby 32 stopnie. kilka lepiej jest w stolicy, gdzie na termometrach w pierwszym tygodniu września słupki pokazują 30 stopni Celsjusza. Tymczasem nowe badania na ludziach z użyciem tzw. „komór klimatycznych” pokazują, iż w realnych warunkach graniczne wartości upałów, które jesteśmy w stanie znosić, mogą być znacznie niższe, niż uważano do tej pory.

Granica wytrzymałości ludzkiego organizmu na wysokie temperatury zależy od wielu czynników, między innymi od wilgotności powietrza. Im wilgotniej, tym bardziej we znaki daje się nam upał. Powyżej pewnych wartości temperatury i wilgotności powietrza żaden człowiek nie jest w stanie przeżyć dłużej niż kilka godzin.

Coraz częstsze i silniejsze upały

Wraz z postępującą zmianą klimatu, upalne dni stają się coraz powszechniejsze i trudniejsze do zniesienia. Padają też kolejne rekordy. 21 lipca tego roku był najgorętszym dniem w historii pomiarów (chodzi o średnią temperaturę całego globu), a Organizacja Narodów Zjednoczonych wystosowała wezwanie do podjęcia działań w związku z ekstremalnymi upałami.

• Czytaj także: Seria 13 miesięcy rekordowych temperatur przerwana. Jednak przed nami choćby 40 stopni

Już dziś w przypadku 70 proc. globalnej „siły roboczej” (około 2,4 miliarda ludzi) ryzyko narażenia na ekstremalne temperatury ocenia się jako wysokie.

Zaskakująco niekompletna wiedza

Mimo iż wysokie temperatury powietrza są tak poważnym wyzwaniem i zagrożeniem, o ich wpływie na ludzki organizm wiemy zaskakująco mało.

Jak zwracają uwagę naukowcy zajmujący się tą tematyką, również oficjalne wytyczne i zalecenia dotyczące radzenia sobie z upałami często pozostawiają wiele do życzenia. I to choćby wtedy, gdy pochodzą od tak poważnych i szanowanych organizacji, takich jak Amerykańskie Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom czy Światowa Organizacja Zdrowia (WHO).

Okazuje się, iż instytucje zajmujące się zdrowiem publicznym w zbyt dużym stopniu polegały na pewnych badaniach teoretycznych sprzed kilkunastu lat. W szczególności, w artykule opublikowanym w 2010 roku założono, iż krytyczna wartość „temperatury mokrego termometru” (T_W, ang. wet-bulb temperature), przy której młoda, zdrowa osoba umarłaby po sześciu godzinach, wynosi 35°C.

Wpływ temperatury po uwzględnieniu wilgotności powietrza

T_W jest wielkością stosowaną przez naukowców do badania stresu cieplnego, ponieważ uwzględnia zarówno wpływ temperatury, jak i wilgotności. jeżeli wilgotność byłaby równa 100%, wartość liczbowa temperatury mokrego termometru byłaby równa „normalnej” temperaturze powietrza, którą pokazuje umieszczony w cieniu termometr: T_W = T.

Dlatego nie powinno nas dziwić, iż krytyczna dla naszego przeżycia wartość T_W nie może być większa niż 35°C – przy wyższych wartościach T_W nasz organizm na pewno nie może się już chłodzić przez parowanie. Warto tu zacytować fragment artykułu „Mokry termometr a nasze przetrwanie” z portalu „Nauka o klimacie”:

„Człowiek w spoczynku wytwarza około 100 W ciepła, które musi oddać otoczeniu, jeżeli nie chce umrzeć z przegrzania. Temperatura naszego wnętrza to około 37°C, a powierzchni skóry ok. 35°C (musi być zimniejsza, aby strumień ciepła płynął w stronę skóry). jeżeli sobie teraz przypomnimy definicję temperatury termometru mokrego, to zdamy sobie sprawę, iż jeżeli będzie ona dla powietrza wokół nas równa lub wyższa 35°C, to człowiek przebywający w takiej atmosferze nie ma szansy na przeżycie. Żadne polewanie się wodą ani wachlowanie nie pomoże. Po prostu z definicji jest to temperatura, poniżej której ciała nie da się ochłodzić przy pomocy parowania, przy danej temperaturze (tej prawdziwej czyli “suchej”) i wilgotności.”

Nierealistyczne (czytaj: zbyt optymistyczne) założenia

Wiemy już, iż po przekroczeniu granicy T_W = 35°C temperatura ludzkiego ciała wzrastałaby w niekontrolowany sposób, w krótkim czasie prowadząc do śmierci. Jednak tę graniczną wartość otrzymamy jedynie wtedy, gdy weźmiemy pod uwagę osobę bez ubrania, która nie poci się ani nie porusza. Można więc podejrzewać, iż w przypadku sytuacji spotykanych w rzeczywistości (ubrani, pracujący ludzie) graniczna wartość T_W będzie niższa niż 35°C.

Podkreślali to zresztą autorzy cytowanego wyżej artykułu sprzed 15 lat („An adaptability limit to climate change due to heat stress”), pisząc:

„(…) rozpraszanie ciepła byłoby bardzo nieefektywne, o ile T_W nie byłaby o co najmniej 1-2 °C niższa niż temperatury skóry, więc utrzymanie szybkości odprowadzania ciepła zapewniającej uniknięcie niebezpiecznie podwyższonej temperatury ciała wymagałoby T_W = 34 °C lub niższej. Biorąc pod uwagę oba te czynniki, szacujemy, iż granica przeżywalności dla szczytowej sześciogodzinnej T_W jest prawdopodobnie bliska 35 °C dla ludzi, choć może to być o stopień lub dwa mniejsza. Podobne wartości graniczne miałyby zastosowanie do innych ssaków, ale przy różnych progach w zależności od ich temperatury ciała i masy.”

Mimo to liczne instytucje zajmujące się zdrowiem publicznym oraz Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu przyjęły T_W = 35°C jako próg przeżywalności. A to, jak twierdzą eksperci, zmniejszyło motywację do szukania bardziej realistycznych i wiarygodnych oszacowań. Aby je znaleźć, należy badać ludzi w warunkach, które symulują te spotykane w rzeczywistości.

Badania w „komorach klimatycznych”

Najbardziej wiarygodne wyniki uzyskuje się, badając ochotników w „komorach klimatycznych”. Na całym świecie są ich dziesiątki, z których wiele – ale nie wszystkie – używanych jest w badaniach prowadzonych z myślą o sporcie i sportowcach.

Jedna z najnowocześniejszych takich komór znajduje się na uniwersytecie w Sydney i należy do grupy badawczej, której przewodzi prof. Ollie Jay. To pomieszczenie o wymiarach 4 na 5 metrów, w którym naukowcy mogą regulować temperaturę, zmniejszając ją lub zwiększając w tempie 1°C na minutę – w zakresie od 5°C do 55°C, a także kontrolować prędkość wiatru i symulować światło słoneczne dzięki lamp emitujących podczerwień. Mogą również precyzyjnie dostroić wilgotność, która – jak już wiemy – jest kluczową zmienną, wpływającą na efektywność chłodzenia ludzkiego organizmu.

W komorze klimatycznej zespół Jaya wystawia ludzi na różne kombinacje temperatury i wilgotności, jednocześnie monitorując zmienne, takie jak temperatura ciała, tętno i pocenie się, aż do progu temperatury, powyżej którego byłoby to niebezpieczne.

Bez niespodzianek: trudniej przeżyć w słońcu niż w cieniu, starsi znoszą upał gorzej niż młodzi

Większość prowadzonych na świecie badań reakcji organizmu na ciepło koncentruje się na młodych, zdrowych osobach przebywających w cieniu. Jednak, co ważne, zespół prof. Jaya oszacował granice przeżycia dla ludzi w różnym wieku, zarówno w cieniu, jak i w świetle słonecznym, nie tylko w spoczynku, ale także podczas ćwiczeń.

Skonstruowany przez naukowców model sugeruje, iż temperaturowe limity przeżywalności są niższe, gdy ludzie są wystawieni na działanie promieni słonecznych, niż gdy chowają się w cieniu, a także niższe dla osób w wieku powyżej 65 lat w porównaniu z osobami w wieku 18-40 lat.

Jaka jest najwyższa temperatura powietrza, którą można przeżyć?

Okazało się, iż „granica przetrwania”, czyli krytyczna wartość „temperatury mokrego termometru” wynosiła od 26 °C do 34 °C dla ludzi młodych i od 21 °C do 34 °C dla osób starszych. Pomimo swoich mocnych stron, ten model przez cały czas wymaga dalszych testów na ludziach. Zespół wykorzystał również model do określenia warunków, w których osoby starsze i młodsze mogą bezpiecznie wykonywać zadania, takie jak praca przy biurku, chodzenie, wchodzenie po schodach, taniec i podnoszenie ciężarów.

Podobne badania – również z wykorzystaniem komór klimatycznych – prowadzą też inni naukowcy. Między innymi grupa, której szefem jest W. Larry Kenney z Uniwersytetu Stanowego Pensylwanii w USA.

W badaniu, którego wyniki ukazały się na początku 2022 r., Kenney i jego współpracownicy jako oszacowanie najwyższej możliwej do przetrwania dla ludzi „temperatury mokrego termometru” podali T_W = 31 °C. Zespół obliczył tę wartość, monitorując temperaturę ciała młodych, zdrowych osób podczas jazdy na rowerze w różnych kombinacjach temperatury i wilgotności.

Po raz kolejny okazuje się, iż jest gorzej niż myśleliśmy

Wszystkie te badania prowadzą do niewesołych wniosków: pokazują, iż maksymalna temperatura, którą przy danej wilgotności powietrza można w rzeczywistych warunkach przetrwać, jest niższa, niż sądzono. Co ważne, mówimy tu o przeżyciu, nie o komforcie ani o możliwości w miarę efektywnego wykonywania pracy umysłowej czy fizycznej.

Oznacza to, iż rejony naszej Planety, które w niedalekiej przyszłości nie będą się już nadawały do zamieszkania ze względu na zbyt wysokie temperatury, mogą być większe, niż to jeszcze niedawno szacowano. Co gorsza, uniemożliwiające przetrwanie poza klimatyzowanymi pomieszczeniami warunki zapanują tam szybciej, niż nam się do tej pory wydawało.

Korzystałem z artykułu „What is the hottest temperature humans can survive? These labs are redefining the limit”

–

Zdjęcie tytułowe: shutterstock/Grand_Warszawski