Letnie zagrożenia #4 – Czym jest stres cieplny?

W prognozach pogody dla Polski jest już widoczna pierwsza fala upałów, o czym na bieżąco informujemy Was m.in. w publikowanych w naszych mediach społecznościowych (facebook, instagram) prognozach jakości powietrza dla Wrocławia i Bydgoszczy.

To idealny moment, aby kontynuować temat letnich zagrożeń w naszym cyklu artykułów. We wcześniejszych publikacjach pisaliśmy o niebezpieczeństwach związanych z ekspozycją na silne promieniowanie UV oraz wysokie stężenia ozonu.

Tym razem skupimy się na równie istotnym zagrożeniu jakim jest wysoka temperatura i jej bezpośredni wpływ na nasze zdrowie.

Czym jest stres cieplny?

Stres cieplny to stan, w którym organizm ludzki nie jest w stanie skutecznie schłodzić się w odpowiedzi na zbyt wysoką temperaturę otoczenia.

Organizm człowieka funkcjonuje najlepiej w wąskim zakresie temperatur około 20 – 25 °C. Powyżej tych wartości nasze ciała uruchamiają mechanizmy termoregulacji, które mają utrzymać temperaturę organizmu w granicach normy.

Schemat ten jest przedstawiony na poniższej grafice, która prezentuje możliwość zachowania równowagi cieplnej. Występuje ona wtedy, gdy suma ciepła, które nasze ciało produkuje w procesach metabolicznych oraz ciepła, które otrzymujemy z otoczenia, jest równoważona przez mechanizmy termoregulacji, które chłodzą ciało.

Schemat powstawania stresu cieplnego. (Źródło: materiały własne projektu MAPPINGAIR/PL)

Zdolność organizmu do odprowadzania nadmiaru ciepła zależy od kilku czynników. Wyróżnić tu można czynniki związane z naszym organizmem, m.in. zdolność do wydzielania potu oraz czynniki zewnętrzne, związane przede wszystkim z sytuacją meteorologiczną:

  • ilości energii słonecznej i promieniowania długofalowego docierającego do naszego ciała

  • temperatury powietrza

  • wilgotności powietrza, która wpływa na to, jak efektywnie pot może odparowywać,

  • prędkości wiatru, która pomaga w odprowadzaniu z powierzchni naszego ciała,

Istotnym czynnikiem jest również to, jaką odzież nosimy. Może ona utrudniać lub pomagać w wymianie ciepła z otoczeniem, może również, poprzez swój kolor ograniczać, bądź intensyfikować ilość promieniowania słonecznego podgrzewającego nasz organizm.

Równanie bilansu cieplnego

W celu lepszego zrozumienia tego zjawiska, warto szczegółowo przyjrzeć się składowym bilansu cieplnego ciała ludzkiego, który jest wskaźnikiem stanu termicznego organizmu.

Równanie bilansu cieplnego człowieka (Źródło: Obciążenia termiczne w środowisku pracy – Centralny Instytut Ochrony Pracy)

Na bilans cieplny składają się:

  • metaboliczna produkcja ciepła – zależy od poziomu aktywności fizycznej, im większa tym więcej ciepła produkujemy. Standardowa temperatura naszego ciała to 36,6 – 36,8°C,

  • dopływ promieniowania słonecznego – zależy od pory roku, pory dnia, zachmurzenia, zależy od tego, czy przebywamy w słońcu czy w cieniu, jest modyfikowany przez noszoną przez nas odzież

  • bilans promieniowania długofalowego (cieplnego, podczerwonego) – wynika z różnicy między promieniowaniem cieplnym pochłanianym z otoczenia, np. z rozgrzanego podłoża czy budynków, a ciepłem emitowanym (uciekającym) z naszego ciała; na tą składową bilansu również wpływa noszona odzież,

  • konwekcyjne straty ciepła – straty ciepła z powierzchni skóry, związane z wymianą energii pomiędzy jej powierzchnią a otaczającym powietrzem; powierzchnia skóry ma w przybliżeniu temperaturę około 32°C, powietrze może być chłodniejsze lub cieplejsze, intensywność wymiany ciepła zależy od gradientu temperatury między skórą a powietrzem; wysoka temperatura i brak wiatru utrudnia tą wymianę,

  • ewaporacyjne straty ciepła – są związane z pochłanianiem utajonego ciepła parowania z powierzchni naszego ciała, w wyniku odparowywania potu, zależą od wilgotności powietrza, jego temperatury oraz od efektywności wymiany powietrza ponad powierzchnią naszego ciała (wiatr), ewaporacyjne straty ciepła stanowią główny mechanizm termoregulacji w warunkach klimatu gorącego,

  • wymiana ciepła poprzez bezpośredni kontakt z powierzchniami (przewodnictwo cieplne) i poprzez drogi oddechowe (w procesie oddychania) – te składowe bilansu mają na ogół niewielkie znaczenie , w większości przypadków powierzchnia naszego ciała stykająca się z innymi powierzchniami jest bardzo niewielka i izolowana (np. powierzchnia stóp), warto też pamiętać, że w naszej strefie klimatycznej wdychane powietrze niemal zawsze będzie chłodniejsze niż temperatura wewnętrzna ciała.

W sytuacjach, gdy bilans cieplny jest dodatni, doświadczamy zjawiska stresu cieplnego. Na szczęście nasze organizmy cały czas dążą do warunków termoneutralnych, czyli sytuacji, w której bilans cieplny wynosił zero. Bilans cieplny możemy również regulować poprzez nasze zachowania (często instynktowne!) – szukanie schronienia w cieniu, uzupełnianie płynów (aby się pocić, musimy mieć czym!), zwilżanie ciała i odzieży (choćby pod kranem, a będąc w mieście – np. przy specjalnych wodotryskach).

Jak ciepło wpływa na zdrowie?

Niestety w okresie letnim często zbyt długo przebywamy na słońcu, w dodatku bez nakrycia głowy. Takiemu wypoczynkowi zazwyczaj towarzyszy wysoka temperatura powietrza. Wówczas zdarza się, że temperatura otoczenia przewyższa zdolność organizmu do termoregulacji. Dochodzi wtedy do zjawiska przegrzania (hipertermii), co wpływa niekorzystnie na nasze zdrowie. Najbardziej narażone są dzieci, osoby starsze i osoby cierpiące na przewlekłe choroby (m.in. osoby otyłe oraz cierpiące na cukrzycę, choroby serca czy nadczynność tarczycy), u których sprawność układu termoregulacji jest słabsza.

Objawy przegrzania organizmu mogą wystąpić nawet kilka godzin po ekspozycji na słońce.  Należą do nich m.in.:

  • ogólne osłabienie,

  • bóle głowy,

  • odwodnienie,

  • obrzęki kończyn.

W efekcie przegrzanie organizmu może prowadzić do tragicznego w skutkach udaru cieplnego, a dalej do śpiączki czy nawet śmierci.

Objawy przegrzania organizmu mogą utrzymywać się od kilku godzin do kilku dni. Czas jego występowania jest w uzależniony od indywidualnych predyspozycji organizmu, a także stopnia przegrzania. Gdy przegrzaniu ulegnie dziecko, osoba starsza lub przewlekle chora, a organizm długo się nie schładza lub wstąpiły silne objawy przegrzania, należy jak najszybciej skontaktować się z lekarzem lub wezwać pogotowie.  

Wystarczy godzina, by w upalny dzień dziecko zamknięte w samochodzie umarło. Już po kilku minutach organizm przestaje normalnie funkcjonować. Pozostawienie auta w cieniu nie pomoże (27 stopni Celsjusza na zewnątrz to nawet 60 stopni Celsjusza we wnętrzu auta!).

Rekordowa fala upałów w Europie w 2003 roku

Częstsze i dłuższe okresy wysokich temperatur w ciągu dnia i w nocy powodują zwiększone działanie stresu cieplnego na organizm człowieka, zwiększając tym samym ryzyko chorób i śmierci z powodu ekspozycji na ciepło.

Dobrym przykładem jest fala upałów, która nawiedziła Europę w 2003 roku, będąca jedną z najbardziej dotkliwych w historii. To wydarzenie powinno być dla nas ostrzeżeniem, aby lepiej przygotować się na potencjalne przyszłe ekstremalne temperatury.

Na załączonej mapie można zauważyć, że w 2003 roku Polska nie doświadczyła ekstremalnych temperatur, jednak w południowej i zachodniej Europie wzrosły one do niebezpiecznego poziomu. W wielu miejscach anomalia temperatury wynosiła aż 10°C w porównaniu do średniej z poprzednich lat, co miało katastrofalne skutki. W całej Europie zanotowano około 70 tysięcy zgonów związanych z wysokimi temperaturami, a najbardziej dotkniętymi krajami były Francja, Niemcy i Włochy. W samej Francji odnotowano ponad 15 tysięcy zgonów. Tragiczne statystyki były wynikiem braku odpowiedniej wiedzy i przygotowania. Wiele osób, szczególnie starszych nie wiedziało, jak reagować na tak wysokie temperatury, które utrzymywały się przez wiele dni z rzędu.

Oprócz zwiększonej śmiertelności w tym okresie, cała Europa zmagała się również z innymi negatywnymi skutkami:

  • gwałtownymi pożarami lasów,

  • topniejącymi lodowcami i nagłym wzrostem poziomu wód,

  • zaburzeniami ekosystemu i populacji zwierząt w tym głównie ryb.

Odchylenia temperatury powietrza od wartości średniej, podczas fal upałów w lipcu 2003 r. (Źródło: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons)

Upałów w żadnym stopniu nie należy lekceważyć. Mamy nadzieję, że lepsze zrozumienie bilansu cieplnego ciała ludzkiego i jego składowych pomoże Wam lepiej chronić się przed negatywnymi skutkami wysokich temperatur. Przypominamy również o tragicznych konsekwencjach braku przygotowania i odpowiedniej wiedzy, jakie mogą się wiązać z ekstremalnymi warunkami pogodowymi.

Dlatego zachęcamy do śledzenia naszego cyklu na temat letnich zagrożeń i kolejnej publikacji już niebawem. Tymczasem zachęcamy do wysłuchania wykładu pt. “Fale upałów…”, który ukazał się w 2022 roku na naszym kanale YouTube.