Podczas gdy notowane są rekordowe temperatury na Ziemi, naukowcy odkrywają górną granicę ciepła, jaką może znieść ludzkie ciało

Jeśli wcześniej w tym tygodniu światu zdawało się, że trwa jakiś pożar, to w sumie trochę tak było. Według danych US National Center for Environmental Prediction średnia temperatura na świecie osiągnęła w poniedziałek 17,01 stopni Celsjusza (62,62 stopni Fahrenheita), i podniosła się znacznie w środę do około 17,2 stopnia Celsjusza (prawie 63 stopni Fahrenheita), co uczyniło 3 lipca najgorętszy dzień, jakiego doświadczyła nasza planeta, od co najmniej 1979 roku.

„[Narodowe Centrum Prognoz Środowiskowych] określiło, że wczorajsza średnia temperatura na Ziemi ustanowiła ten dzień najgorętszym, który został do tej pory odnotowany przez człowieka" – zatweetował Robert Rohde, czołowy badacz w Berkeley Earth. „Dochodzi do tego przez [naturalne zjawisko klimatyczne] El Niño, do którego dokłada się globalne ocieplenie, i może być tak, że będziemy świadkami kilku jeszcze gorętszych dni w kolejnych [sześciu] tygodniach".

Jak mogliśmy zobaczyć przez ostatnie kilka lat, niebezpieczne fale ciepła stają się regularnie występującym zjawiskiem, które nie ma zamiaru odejść, dopóki nie powstrzymamy globalnej emisji gazów cieplarnianych. Przegrzanie może wpływać na ludzkie ciało poprzez szereg destrukcyjnych sposobów, ale co trudniejsze do zdefiniowania, to wpływ takich zmian temperatury na zdrowie oraz dobre samopoczucie w szerokiej skali.

Mając to na uwadze, badacze z Uniwersytetu w Roehampton w Zjednoczonym Królestwie określili, iż ludzkie ciało nie jest w stanie dostosowywać własnej temperatury, gdy odwiedzi nas pogoda 40 stopni Celsjusza lub gorętsza, w szczególności przy wilgotności od umiarkowanej do wysokiej. Według odkryć zaprezentowanych w czwartek podczas Corocznej Konferencji Towarzystwa Biologii Eksperymentalnej w szkockim Edynburgu, ta fizjologiczna niesprawność zdaje się być powiązana ze wskaźnikiem przemiany materii.

„Całkiem dużo pracy poświęcono już zakresom temperatur, w jakich preferują żyć różne gatunki zwierząt, kiedy ma się do czynienia z minimalnym wskaźnikiem przemiany materii, za którym idzie niski wydatek energetyczny" – powiedział w oświadczeniu prasowym Lewis Halsey, czołowy badacz i profesor nauk o życiu i zdrowiu na Uniwersytecie w Roehampton. „Natomiast, co dziwne, dostęp do informacji o człowieku jest dużo mniejszy, gdy pomyślimy o górnych limitach naszej neutralnej strefy termicznej".

Znaleźć GTK

Naukowcy przyglądają się zakresowi temperatur, w którym zwykłe procesy zachodzące w naszym ciele pozwalają utrzymać temperaturę wnętrza naszego ciała bez zużywania dodatkowej energii. Zakres ten nazwany jest strefą termoneutralną (ang. thermoneutral zone, TNZ), a badania na jego temat sięgają lat 30. ubiegłego wieku.

Podczas gdy nazywana dolną temperaturą krytyczną temperatura, przy której ciało musi zacząć generować ciepło, jest dobrze zrozumiana, górna temperatura krytyczna (albo GTK), łącząca się ze zwiększającym się wydatkiem energetycznym ciała w stanie spoczynku, taką nie jest. Nie jest też pewne to, czy ludzi w ogóle charakteryzuje wartość GTK, ponieważ mechanizmy takie jak rozszerzanie się naczyń krwionośnych i pocenie się, wykorzystywane żeby ochłodzić nasze ciało, wedle rozważań nie charakteryzują się wzmożonym wydatkiem energetycznym.

Żeby odnaleźć to efemeryczne GTK, Halsey wraz z partnerami przeprowadzili w roku 2021 szereg eksperymentów, w których trzynaścioro uczestników w wieku poniżej 60 lat musiało położyć się w komorze, w połowie nago, na jedną godzinę i zostać poddanym czterem różnym rodzajom warunków temperatury i wilgotności powietrza: 40 stopni Celsjusza i 25% wilgotności, 40 stopni Celsjusza i 50% wilgotności, 50 stopni Celsjusza i 25% wilgotności oraz 50 stopni Celsjusza i 50% wilgotności. Zmierzone zostały wskaźnik przemiany materii w stanie spoczynku, temperatura wnętrza ciała, ciśnienie krwi, tętno serca oraz tempo oddechu. Rezultaty zostały porównane z wartościami bazowymi zarejestrowanymi w warunkach 27 i 7/9 stopnia Celsjusza z 50-procentową wilgotnością powietrza, w których to ludzkie ciało może komfortowo regulować swoją temperaturę.



Lewis Halsey z Uniwersytetu w Roehampton jako uczestnik eksperymentu prowadzonego przez doktoranta Chrisa Wolfe.  Fot. Lewis Halsey, UoR

Badanie ustaliło, iż przy 40 stopniach Celsjusza (104 st. Fahrenheita) i 25% wilgotności powietrza wskaźnik przemiany materii w stanie spoczynku notował wartości do 35% większe niż bazowa, mimo że temperatura wnętrza ciała nie wzrastała. Lecz przy 50 stopniach Celsjusza (122 st. F) i 50% wilgotności, temperatura wnętrza ciała wystrzeliwała w górę o 1,8 stopnia Fahrenheita, a wraz z nią zwiększały się wskaźniki metaboliczne – o 56% – i przyspieszała akcja serca – tu o 64% względem wartości bazowej.

W kolejnej grupie eksperymentów, których rezultaty przedstawiono podczas konferencji, wykonano echo serca (USG serca) 24 uczestnikom, niektórym z oryginalnej grupy, podczas gdy poddani byli warunkom 50 stopni Celsjusza i 25% wilgotności powietrza.

Halsey i jego ekipa odnotowali różnice pomiędzy tym jak mężczyźni radzili sobie z nieprzyjemnymi warunkami, a jak kobiety – akcja serca kobiet przyspieszała bardziej niż u mężczyzn, co sugeruje, że ich ciała mogą mniej efektywnie pozbywać się nadmiarowego ciepła.

Należy jednak zauważyć, że podstawą ww. analiz było przebadanie niewielkiej liczby ludzi w Zjednoczonym Królestwie. Mimo że badanie daje istotny wgląd w to, w jaki sposób wskaźnik przemiany materii może odgrywać swą rolę, podczas gdy ciało się przegrzewa, jego rezultaty mogą nie dać się uogólnić do wszystkich typów populacji; weźmy tu jako przykład ludy żyjące w wysokich temperaturach i do nich przyzwyczajone. Niejasne pozostaje również to, w jaki sposób podniesienie się wskaźnika przemiany materii powoduje zmiany cieplne zaobserwowane w badaniach.

Naukowcy mają jednak swoje teorie – może być tak, że gdy rozszerzają się naczynia krwionośne, dochodzi do zmniejszenia ciśnienia krwi i spowodowania tego, że serce musi mocniej pracować. Inny pomysł mówi, że wraz ze wzrostem temperatur molekuły czy związki chemiczne zaangażowane w procesy metaboliczne są pobudzane i szybciej wchodzą w reakcje (wyższa wilgotność rzeczywiście przeszkadza człowiekowi w schładzaniu się, bowiem pot na skórze nie jest w stanie parować).

Halsey powiedział: „Konsekwentnie budujemy obraz tego, jak ciało reaguje na przegrzewanie się, jaką ma zdolność do adaptacji, co ogranicza taką adaptację i – co najistotniejsze – jak odpowiedź ciała na te bodźce różni się w przypadku indywidualnych osób. W świecie, który się ociepla, wiedza ta staje się z każdą chwilą coraz bardziej cenna".