Upały mogą zabijać. Jaką temperaturę wytrzyma człowiek?

„Zgodnie z tym wszystkim, co wiemy, pan Jones nie powinien tu dziś z nami siedzieć”. Tak dr Corey Slovis, szef SOR-u Grady Memorial Hospital w Atlancie podsumował przypadek pacjenta, który trafił na jego oddział trzy tygodnie wcześniej. Był środek lata roku 1980, a 52-letni Willie Jones ucierpiał, podobnie jak tysiące innych mieszkańców z południa USA, podczas wyjątkowej fali upałów.

10 lipca owego roku temperatura w Atlancie przekroczyła 32 stopnie Celsjusza, a wilgotność powietrza dobiła do 44 proc. Nie jest do końca jasne, co Jones robił poza domem – lekarze podejrzewali, że rolę odegrał alkohol – ale pewne jest, że gdy sąsiedzi znaleźli go nieprzytomnego, w zasadzie powinno było być po wszystkim. „Nie da się być bliżej śmierci. Jego krew była bardzo gorąca” – podkreślał Slovis. Pomiary wykazały, że temperatura ciała mężczyzny wynosiła 46,5 stopni Celsjusza. Prawie na pewno wcześniej była jeszcze wyższa, bo udało się ją precyzyjnie zmierzyć dopiero po 25 minutach akcji ratowniczej i intensywnego schładzania.

Sam Jones, obecny podczas konferencji prasowej, miał według dziennikarza agencji UPI wyglądać na „zdezorientowanego”. Zapewne zdezorientowani byli także lekarze, bo mężczyzna wyszedł ze szpitala po 24 dniach terapii bez jakichkolwiek oznak trwałego uszczerbku na zdrowiu. Do dziś jest rekordzistą, jeśli idzie o najwyższą zarejestrowaną temperaturę ludzkiego ciała, która nie skończyła się zgonem.

Termoregulacja człowieka

Ludzie, tak jak wszystkie stałocieplne zwierzęta, żyją dzięki temu, że ich organizmy są w stanie utrzymywać optymalną temperaturę, nawet jeśli warunki na zewnątrz są nieoptymalne. Psy dyszą. Słonie odprowadzają ciepło dzięki ogromnym uszom. My pocimy się, gdy nam gorąco, a gdy jest za zimno, drżymy, co pozwala mięśniom wyprodukować trochę więcej ciepła.

Ten system, oczywiście w połączeniu z przystosowaniami behawioralnymi (jak chowanie się w cieniu) i technologicznymi (jak ubrania, nie mówiąc już o grzejnikach i klimatyzacji), pozwolił nam podbić oszałamiającą rozpiętość środowisk – od afrykańskiej sawanny, z której się wywodzimy, po mroźną Arktykę, w której inne afrykańskie zwierzęta padłyby w ciągu kilku godzin. Ale ta aparatura nie jest niezawodna. A nasze własne działania sprawiają, że wkrótce przyjdzie nam przetestować jej działanie w ekstremalnych warunkach, do których nie jest dostosowana.

Upały, udary i wstrząsy

Według jednej z dostępnych prognoz, do 2030 r. aż 4 miliardy ludzi – niemal połowa populacji planety – będzie co najmniej przez miesiąc w każdym roku doświadczać temperatur zagrażających życiu. W 2050 r. będzie ich już ponad 5 miliardów. Jednocześnie 0,5 miliarda ludzi w 2030 r. i 1,3 mld dwadzieścia lat później będzie narażonych na niebezpieczne temperatury nawet we wnętrzach budynków. A jako że ponad 80 proc. zagrożonych mieszka w krajach ubogich, klimatyzacja, choć konieczna dla przeżycia, może dla wielu z nich okazać się nieosiągalna. To i tak niemal na pewno optymistyczne szacunki. Nowe badania pokazują, że progi naszej tolerancji mogą być niższe.

Upały zabijają na kilka sposobów. Pierwszym z nich jest udar cieplny. Gdy temperatura ciała przekracza krytyczny poziom, mózg przekierowuje krew do skóry, by przyspieszyć schładzanie. Ale to oznacza, że krew i tlen nie docierają w dostatecznej ilości do organów takich jak żołądek i jelita. Co z kolei sprawia, że toksyny znajdujące się w układzie trawiennym mogą zacząć przenikać do krwioobiegu. „To uruchamia kaskadę efektów – mówił agencji AP fizjolog Ollie Jay z Uniwersytetu Sydney – takich jak powstawanie skrzepów, zaburzenia działania kolejnych organów i, w ekstremalnych przypadkach, śmierć”.

Drugim problemem jest odwodnienie. Pocenie się sprawia, że organizm traci płyny, co może doprowadzić do poważnego obciążenia nerek. Przy poważnym odwodnieniu dochodzi do zaburzeń funkcjonowania układu krążenia i występuje wstrząs, w którym organy zaczynają się wyłączać jeden po drugim z braku krwi i tlenu. To może prowadzić do drgawek i śmierci. „Odwodnienie może być niebezpieczne czy nawet zabójcze dla każdego, ale jest szczególnie groźne dla osób cierpiących na niektóre schorzenia czy przyjmujących pewne leki” – mówił agencji AP prof. Renee Salas z Uniwersytetu Harvarda.

Do niewydolności układu krążenia przy wysokich temperaturach może dojść także bez odwodnienia. Gdy nagrzana krew napływa do skóry, spada jej ciśnienie w całym organizmie. W odpowiedzi serce zaczyna bić szybciej, by dostarczyć odpowiednią ilość tlenu do mózgu. „Serce musi pracować o wiele mocniej niż zazwyczaj – mówi prof. Jay. – Prędzej czy później coś musi zawieść”.

Upał wpływa także na funkcjonowanie mózgu. Może powodować dezorientację czy ograniczać zdolność do jasnego myślenia. „Dezorientacja jest jednym z pierwszych znaków, że jesteśmy w tarapatach” – stwierdza prof. Kristie Ebi, epidemiolożka z Centrum Zdrowia i Globalnego Środowiska na Uniwersytecie Stanu Waszyngton.

Upały ze skutkiem śmiertelnym

Opublikowane w „Nature Medicine” badania naukowców z Barcelońskiego Instytutu Globalnego Zdrowia (ISGLOBAL) wskazują, że w ubiegłym roku w 35 krajach Europy upały zabiły około 48 tys. ludzi. A Europa wcale nie była najbardziej dotkniętym gorącem kontynentem. Tylko w ciągu pierwszych 5 miesięcy bieżącego roku ponad półtora miliarda ludzi przez co najmniej jeden dzień funkcjonowało w temperaturach przekraczających 39,4 stopni Celsjusza. W Lagos w Nigerii takich dni było aż 87, czyli 13 razy więcej niż wynosi dla tego miasta długookresowa średnia od roku 1979. W Bangkoku niebezpieczny upał panował przez 76 dni – dwukrotnie dłużej niż zwykle.

Skutki były dramatyczne. Szpital Gabriel-Touré w Bamako, stolicy Mali, odnotował 102 zgony wywołane upałami w ciągu zaledwie pierwszych czterech dni kwietnia. 

Niewielką pociechą jest to, że długość fali upałów nie przekłada się wprost na liczbę zgonów. Ludzie zaczynają umierać zazwyczaj po około 24 godzinach od wystąpienia niebezpiecznego gorąca, gdy wysokie, nocne temperatury uniemożliwiają im schłodzenie się nawet po zmroku. Po kilku dniach liczba ofiar zaczyna spadać, bo osoby o najsłabszym zdrowiu umierają jako pierwsze. „Zdrowy, dorosły człowiek może wytrzymać dłużej. To nie jest przyjemne, ale ludzie radzą sobie w takich warunkach od tysiącleci” – mówiła „Washington Post” prof. Kristie Ebi. „Musimy jednak pomyśleć o ludziach bardziej narażonych. Wraz ze starzeniem się populacji i zwiększaniem ilości przyjmowanych przez ludzi leków, pula osób, które mogą ucierpieć, staje się o wiele większa”.

Kiedy nie można się spocić

Problemem nie jest sama temperatura. Każdy zapewne przekonał się na własnej skórze, że upały są o wiele łatwiejsze do zniesienia, jeśli powietrze jest suche. Groźna jest kombinacja wysokiej temperatury i wysokiej wilgotności – bo blokuje działanie naszej wewnętrznej klimatyzacji. Przy dużej wilgotności powietrza pot nie odprowadza efektywnie ciepła z ciała do otoczenia, przez co obiektywnie niższe temperatury (przy wysokiej wilgotności) niosą ze sobą większe niebezpieczeństwo.

Tę zależność demonstruje tzw. temperatura mokrego termometru. Mierzy się ją, owijając końcówkę termometru zwilżoną szmatką. Gdy powietrze jest suche, woda ze szmatki paruje szybciej, a temperatura wskazywana przez termometr jest niższa – podobnie schładza się nasze ciało. Gdy powietrze jest bardzo wilgotne, woda paruje wolniej, słabiej schładzając termometr, więc ostateczny odczyt jest zdecydowanie wyższy.

I tak, przy zerowej wilgotności (która w rzeczywistości nie występuje praktycznie nigdy; wilgotność zbliża się do zera tylko w najsuchszych punktach globu, jak Pustynia Atacama) i temperaturze powietrza 30 stopni Celsjusza, zwilżony termometr wskaże temperaturę 15-18 stopni. Przy 50-procentowej wilgotności zazwyczaj będzie to już ok. 24 stopni. Przy 100-procentowej wilgotności, czyli gdy otaczające powietrze nie jest w stanie wchłonąć ani odrobiny więcej pary wodnej, temperatura wskazywana przez zwilżony termometr będzie równa temperaturze na termometrze suchym. W takich warunkach nasze ciało nie zdołałoby się schłodzić poprzez wydzielanie potu.

Ta wartość jest kluczowa dla zrozumienia, kiedy temperatura zaczyna zabijać. Większość modeli, w tym te stosowane przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu, przygotowujący wpływowe raporty i rekomendacje, przy wyznaczaniu granicy bezpiecznej temperatury posługuje się wynikami badań z 2010 r., wedle których strefa śmierci zaczyna się przy temperaturze mokrego termometru wynoszącej 35 stopni Celsjusza. W takich warunkach młody, zdrowy człowiek umarłby z przegrzania po około 6 godzinach pozostawania w bezruchu. Obecnie maksymalna temperatura mokrego termometru w większości zamieszkanych obszarów Ziemi rzadko przekracza 26-27 stopni Celsjusza. Pozostawałby więc jeszcze pewien margines bezpieczeństwa. Tyle że nowe eksperymenty podają tę najczęściej przyjmowaną granicę w wątpliwość. Prawdziwa strefa śmierci może zaczynać się zdecydowanie wcześniej.

Ludzka odporności na wysokie temperatury

Problem polega na tym, że australijsko-amerykańskie badanie z 2010 r. zakładało, iż poddany działaniu wysokiej temperatury człowiek nie poci się, nie porusza i znajduje w cieniu. Poza tym zastosowane modelowanie oparte było na fizjologii młodego, zdrowego człowieka. To zresztą problem z wieloma podobnymi badaniami, bo najłatwiej osiągalnymi królikami doświadczalnymi są najczęściej studenci.

Badanie z 2021 r., przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Stanu Pensylwania pod kierunkiem prof. Larry’ego Kenneya, przetestowało ten model w warunkach bardziej zbliżonych do rzeczywistości. 24 badanych wykonywało działania wymagające niskiej aktywności fizycznej, symulując codzienne zajęcia przy różnych kombinacjach temperatur i wilgotności. Uczestnicy byli umieszczani w kontrolowanych warunkach środowiskowych i poddawani wzrastającym poziomom temperatury i pary wodnej.

Wyniki pokazały, że krytyczne temperatury mokrego termometru w warunkach ciepłych i wilgotnych wynosiły od 30 do 31 stopni Celsjusza. Czyli zdecydowanie niżej, niż przyjmowany dotąd teoretyczny próg.

Australijski zespół kierowany przez fizjologa Ollie Jaya chce określić próg przeżywalności jeszcze precyzyjniej. W tym celu Uniwersytet Sydney stworzył kosztem półtora miliona dolarów komorę pozwalającą precyzyjnie badać reakcje organizmu na ekstremalne warunki. Komora pozwala wystawić badanych na temperatury od 5 do 55 stopni Celsjusza i płynnie regulować panującą wewnątrz wilgotność. Badani mogą pracować, jeść, ćwiczyć i spać, a badacze – analizować to, jak różne rodzaje aktywności wpływają na ich stan fizyczny i psychiczny. Ich tętno, tempo oddychania, temperatura ciała i intensywność pocenia są mierzone na bieżąco.

„Symulując różne warunki i wystawiając na nie pod nadzorem medycznym ludzi, możemy lepiej zrozumieć fizjologiczne reakcje człowieka na wysokie temperatury” – mówił Jay magazynowi „Nature”. Jego zespół testuje właśnie model, który wykorzystuje dane z badań mierzących zdolność do pocenia się ludzi, korzysta też z modelowania fizycznego, by przewidzieć to, jak ciepło jest odprowadzane z organizmu do środowiska. Model Jaya różnicuje granicę możliwości ludzkiego organizmu w zależności od wieku, wystawienia organizmu na światło i podejmowanego wysiłku.

Australijczycy oszacowali, że limit przetrwania leży, zależnie od stopnia aktywności, gdzieś między 26 a 34 stopni temperatury mokrego termometru dla młodych ludzi i pomiędzy 21 a 34 stopni dla starszych. A to wartości notowane obecnie w wielu miejscach na świecie.

Życie bez klimatyzacji

Według danych Międzynarodowej Agencji Energetycznej, zużycie energii na klimatyzację budynków ma potroić się na całym świecie do 2050 r. W wielu miejscach, takich jak Indie czy Bangladesz, bez sztucznego chłodzenia nie będzie dało się normalnie funkcjonować. Tyle że już dziś systemy chłodzenia odpowiadają za 7 proc. światowego zużycia prądu i 3 proc. emisji. Do tego klimatyzacja niewiele daje ludziom, których praca wymaga stałego przebywania na zewnątrz.

Już dziś na polach trzciny cukrowej Salwadoru nawet jedna piąta robotników cierpi na chroniczne choroby nerek wynikające z odwodnienia. Wkrótce w wielu rozwijających się krajach uprawa roślin może stać się zajęciem wysokiego ryzyka. Co może sprawić, że w wielu tych miejscach głód stanie się zjawiskiem jeszcze powszechniejszym niż dzisiaj.

Istnieją sposoby schładzania się bez zużywania ogromnych ilości prądu i, co szczególnie ważne w krajach rozwijających się, niewymagające inwestowania w drogie urządzenia. Zespół z Uniwersytetu Sydney przetestował m.in. to, czy proste rozwiązania, takie jak wentylatory czy stałe nawilżanie skóry, mogą przynieść ulgę np. pracownikom wielkich szwalni w Bangladeszu.

Badania wykazały, że w wilgotnym powietrzu wykorzystanie wentylatorów ograniczało tempo nagrzewania się organizmu, dopóki temperatura powietrza wynosiła mniej niż 38 stopni Celsjusza. Ale w suchym powietrzu wentylatory zwiększały obciążenie, jakiemu poddane były organizmy badanych. Nawilżanie skóry przynosiło korzyści w każdych warunkach. Przykrywanie dziecięcych wózków zwilżoną, muślinową tkaniną zmniejsza temperaturę w ich wnętrzu o około 5 stopni. Ale sucha tkanina podwyższa temperaturę, na jaką wystawione jest dziecko, o 2,5 stopnia.

Na Ziemi będzie coraz cieplej

Według danych ONZ, od lat 80. XX wieku liczba miejsc na świecie, które doświadczają groźnych dla zdrowia temperatur, wzrosła 50-krotnie. A jesteśmy zaledwie na początku tej drogi.

W najbardziej optymistycznym scenariuszu przyjmowanym przez IPCC globalne temperatury przekroczą w tym stuleciu poziom sprzed epoki przemysłowej o 1,5 stopnia, by z końcem stulecia nieco spaść. To wymagałoby jednak tego, by cała globalna gospodarka do 2050 r. osiągnęła zerowy poziom emisji gazów cieplarnianych netto. To już raczej nierealne. W najczarniejszych prognozach, zakładających, że obecne emisje gazów cieplarnianych podwoją się do roku 2050, w efekcie do roku 2100 temperatury na Ziemi będą średnio o 4,4 stopni Celsjusza wyższe niż obecnie. Na szczęście ten scenariusz też wydaje się być stosunkowo mało prawdopodobny.

Najbardziej prawdopodobne jest, że z końcem stulecia dobijemy do 2,5 – 3,6 stopni ocieplenia. A to oznacza, że miliardy ludzi będą mieć niemal codzienny kontakt z ekstremalnymi temperaturami. Nie dotyczy to tylko tropików. Przy 4 stopniach ocieplenia nawet w umiarkowanej Europie fale upałów podobne do tej, która w 2003 r. zabijała 2 tys. Europejczyków dziennie, będziemy uznawać za normalne lato.