O ciśnieniu atmosferycznym i jego wpływie na zdrowie i samopoczucie człowieka

Chociaż ciśnienie atmosferyczne wywiera na nasz organizm nieustanny wpływ, niezależnie od tego czy przebywamy na zewnątrz czy w domu, to trudno dostrzec jego działanie. Po pierwsze dlatego, że powietrze i to co się z nim dzieje pozostają niewidoczne dla oka ludzkiego. Po drugie, ponieważ reakcje organizmu na zmiany ciśnienia są mniej wyraźne niż w przypadku innych bodźców meteorologicznych, np. termicznych, i często pozostają przez nas niezauważone. Jednak to nie oznacza, że wielkość i wahania tego parametru są nieistotne.

Ciśnienie atmosferyczne rozumiemy jako nacisk, jaki wywiera kolumna powietrza na jednostkę powierzchni. Siła nacisku jest zmienna w zależności od masy powietrza. Na poziomie morza 1 m³ wilgotnego powietrza atmosferycznego, w temperaturze 0°C, waży 1,290 kg i wywiera ciśnienie rzędu 1013,25 hPa (760 mm Hg) – jest to tzw. ciśnienie normalne. Jeśli pozostaniemy na tym samym poziomie, a temperatura masy powietrza wzrośnie do 30°C, ta sama objętość będzie ważyć 1,145 kg. Jeśli powietrze będzie suche – bez pary wodnej – to waga nieznacznie wzrośnie do 1,166 kg[i]. Ponieważ gęstość powietrza maleje wraz ze wzrostem wysokości, to na poziomie 10 km n.p.m. metr sześcienny powietrza będzie ważyć mniej niż 0,5 kg i wywierać ciśnienie około 280 hPa.

Zmiany ciśnienia atmosferycznego występują również przy powierzchni Ziemi, jednak są one wielokrotnie mniejsze. Krótkookresowe wahania w warstwie przyziemnej uzależnione są od właściwości fizycznych masy powietrza napływającej nad dany obszar i od rozwoju sytuacji barycznej – wyżowej lub niżowej. W umiarkowanych szerokościach geograficznych wyraźne są sezonowe zmiany pola ciśnienia. W Polsce po 1951 roku[ii] najwyższą wartość ciśnienia atmosferycznego, zredukowaną do poziomu morza, zarejestrowano w Suwałkach w grudniu 1997 roku; wyniosła ona 1054 hPa. Najniższe wystąpiło w Łodzi i Szczecinie w lutym 1989 roku – barometr pokazał wówczas 965 hPa. W ostatnich latach pojawiło się kilka epizodów z ekstremalnymi wartościami ciśnienia atmosferycznego w Polsce. Ciśnienie nieco powyżej 1045 hPa notowano na przykład przy przejściu wyżu Ekart w styczniu 2020 roku i wyżu Oliver w marcu 2022 roku. Wartości rzędu 970 hPa obserwowano podczas wędrówki niżu Joachim w grudniu 2011 roku oraz niżu Dudley w lutym 2022 roku. Warto wspomnieć, że poza ekstremalnymi wartościami ciśnienia atmosferycznego istotne są również wielkość i charakter zmiany (tendencja baryczna).

Ciśnienie atmosferyczne jako bodziec dla organizmu

W związku z tym, że ciśnienie atmosferyczne jest miarą nacisku powietrza na określoną powierzchnię, to ludzki układ nerwowy odbiera je i przetwarza jako bodziec mechaniczny. Sposób i natężenie reakcji będą zależeć od różnicy ciśnień – im zmiana jest większa i/lub szybsza, tym procesy adaptacyjne muszą być silniejsze. Zewnętrzne warunki środowiskowe zawsze wymuszają na organizmie dostosowanie się, bowiem dąży on do utrzymania homeostazy, czyli takiej samoregulacji procesów biologicznych, która pozwoli utrzymać względną wewnętrzną równowagę. Jeśli zmienia się ciśnienie na zewnątrz organizmu, to ciśnienie, które panuje w przestrzeniach ciała również musi ulec zmianie.

W biometeorologii człowieka za poziom wymuszający pobudzenie układu nerwowego przyjmuje się zmianę ciśnienia atmosferycznego o co najmniej 3 hPa w okresie 3 godzin lub zmianę powyżej 8 hPa w ciągu doby. Największe wahania występują przy szybko przemieszczających się układach barycznych (np. odsuwanie się silnego wyżu i wkraczanie w jego miejsce aktywnego, głębokiego niżu), w trakcie przechodzenia silnych frontów atmosferycznych, przy burzach, a także przy porywistym wietrze. Łącznie mogą trwać 2-3 dni, a zmiana bezwzględna wartości ciśnienia może sięgać nawet 50 hPa. Dla organizmu człowieka pozostającego w tym samym miejscu (np. w domu), zmiany te można porównać z sytuacją wzniesienia się w tym czasie o około 400 m (przy stopniu barycznym rzędu 1 hPa/8 m), ewentualnie przyrównać do warunków, jakich w przyspieszonym tempie doświadcza organizm człowieka w czasie korzystania z windy lub jazdy samochodem w terenie górskim. Dla większości osób, zwłaszcza młodych i zdrowych, takie zmiany ciśnienia atmosferycznego nie będą powodować istotnych, niekorzystnych efektów, ponieważ mechanizmy adaptacyjne są u nich w pełni sprawne. Dla meteoropatów, czyli osób wrażliwych na zmiany pogody, takie wahania ciśnienia mogą okazać się jednak zbyt gwałtowne. Meteoropaci mogą odczuwać zmiany ciśnienia znacznie wcześniej i dłużej niż pozostali ludzie, już nawet 5-6 godzin przed nadejściem frontu i do 3-5 godzin po jego przejściu. Szczególnie narażone są osoby starsze, które oprócz osłabienia zdolności adaptacyjnych i schorzeń często prowadzą mało aktywny tryb życia.

Nasze ciała są szczególnie czułe na gwałtowne wahania ciśnienia atmosferycznego oraz bardzo niskie i bardzo wysokie jego wartości, ponieważ nie są przystosowane do warunków skrajnych. Przeciętnie wewnątrz organizmu ludzkiego (np. w zatokach czy innych jamach ciała) panuje ciśnienie podobne do tego, które występuje w otaczającym go środowisku. Jeżeli warunki na zewnątrz zmieniają się, w ciele człowieka zmienia się również sprężystość tkanek oraz ciśnienie osmotyczne, hydrodynamiczne i hydrostatyczne; cały układ dąży bowiem do równowagi.

Na szybkie zmiany ciśnienia atmosferycznego najwcześniej reaguje narząd słuchu. W uchu środkowym następuje rozprężanie bądź sprężanie powietrza, a w konsekwencji odkształcenie błon bębenkowych i wygenerowanie impulsu do układu nerwowego. Zmiany są podobne do reakcji na bodziec dźwiękowy. Mogą być odczuwane jako ucisk, kłucie lub dzwonienie w uszach. Czasami obserwuje się nawet przejściowe osłabienie słuchu. Przy obniżaniu się ciśnienia zewnętrznego gazy jelitowe ulegają rozprężeniu, co będzie skutkowało występowaniem uczucia dyskomfortu, ucisku lub bólem brzucha. Podobnie reagować będą płyny w stawach, powodując większy nacisk na błony. Jeżeli procesy te oddziałują na tkankę znajdującą się w stanie zapalnym, pojawiają się bóle o charakterze reumatycznym. Nasilenie bólu może być ponadto spowodowane przez podrażnienie zakończeń nerwowych z powodu częstych i gwałtownych zmian pogody.

Gdy „brakuje powietrza”

Ciśnienie atmosferyczne wpływa również bezpośrednio na zawartość wagową tlenu w jednostce powietrza. Wartość ta w profilu pionowym atmosfery jest stała i wynosi 21%. Oznacza to, że udział tlenu w 1 m³ powietrza atmosferycznego będzie taki sam na poziomie morza i na szczycie K2. Jednak po zważeniu, masa atomów O₂ w powietrzu znad morza byłaby większa niż powietrza górskiego. Dzieje się tak m.in. ze względu na dużo wyższe ciśnienie atmosferyczne (a więc i większą gęstość powietrza) na poziomie morza, w porównaniu do warunków panujących na wysokości prawie 9 km, gdzie powietrze jest rozrzedzone. Wskaźnikiem służącym do określania masy atomów tlenu w jednostce objętości powietrza atmosferycznego jest Ov (ang. Oxygen Volume, wagowa zawartość tlenu w powietrzu atmosferycznym). Jest on powszechnie wykorzystywany w opracowaniach biometeorologicznych, a także w pracy operacyjnej biometeorologów z Zespołu Prognoz Specjalistycznych w IMGW-PIB.

Warto pamiętać, że na wagową zawartość tlenu w powietrzu atmosferycznym, oprócz ciśnienia atmosferycznego, istotnie wpływa także temperatura powietrza i jego wilgotność. Przy temperaturze 30°C i wilgotności względnej 100%, zmniejszenie zawartości tlenu wynosi nieco ponad 4% w stosunku do jego zawartości w zupełnie suchym powietrzu o tej samej temperaturze. Stąd wniosek, że przy dużej wilgotności powietrza (stan parności) czujemy się osłabieni, dokucza nam senność, czy „brakuje powietrza”. Reakcje organizmu na zmiany w środowisku tlenowym przebiegają zwykle bezobjawowo, jednak ze względu na m.in. cechy osobnicze, płeć, wiek lub przebyte choroby, mogą one wyzwalać pewne objawy meteorotropowe.

Warunki meteorologiczne nie takie same dla każdego

Ustalenie ścisłych zależności między ciśnieniem atmosferycznym a naszym zdrowiem i samopoczuciem jest trudne m.in. z uwagi na czynniki osobnicze, zwłaszcza przy równoczesnym oddziaływaniu na człowieka wielu czynników meteorologicznych. Przykładowo, gwałtowne zmiany ciśnienia atmosferycznego występują w czasie przechodzenia silnych frontów, kiedy dużym wahaniom podlegają również temperatura i wilgotność powietrza. W przypadku frontu chłodnego dochodzi do obkurczenia mniejszych naczyń krwionośnych (wzrośnie przez to ciśnienie tętnicze krwi) i spowolnienia przepływu krwi – organizm w ten sposób stara się ograniczyć utratę ciepła. Zmiany parametrów układu krążenia nie będą więc bezpośrednią konsekwencją zmiany ciśnienia atmosferycznego, a reakcją na ochłodzenie.

Nagły spadek ciśnienia atmosferycznego, o ponad 40 hPa, powoduje poważne zaburzenia funkcjonowaniu układu nerwowego i równowagi ciśnienia wewnętrznego. Pierwsze zewnętrzne objawy to nadmierne pobudzenie, podniecenie, euforia przechodząca w stany bezkrytyczności i zahamowanie czynności zmysłów. Następnie może dochodzić do zaburzeń syntezy w tkance łącznej, co skutkuje tzw. blokadą łącznotkankową między naczyniem krwionośnym, a komórką mięśnia sercowego. W efekcie następuje niewielki wzrost ciśnienia tętniczego krwi i mogą nasilać się bóle w okolicach serca. Ponadto zaburzeniu ulega proces transformacji gazów, m.in. azotu zawartego w pęcherzykach krwi czy dyfuzji tlenu z pęcherzyków płucnych do erytrocytów. W sytuacjach skrajnych może dojść do powstania zatorów gazowych, co prowadzi do zaburzeń w układzie krążenia, zatrucia, niedotlenienia i uszkodzeń komórek.

Badania prowadzone w Pracowni Biometeorologii IMGW-PIB, we współpracy z Miejskimi Zakładami Komunikacji w Warszawie wykazały, że gdy istotnie obniża się ciśnienie atmosferyczne i spada wagowa zawartość O₂, następuje wydłużenie czasu reakcji i pojawia się uczucie senności – zwłaszcza u osób skłonnych do meteoropatii. Przy bardzo niskim ciśnieniu atmosferycznym obserwowano również niekorzystne reakcje u osób z obniżoną wydolnością oddechową. U ludzi zamieszkujących obszary o obniżonej zawartość tlenu w powietrzu (np. stałe osadnictwo powyżej wysokości 3000 m n.p.m.) dochodzi do zmian w układzie oddechowym i krążeniowym, które sprzyjają zwiększeniu objętości powietrza docierającego do powierzchni oddechowej płuc, usprawniają przenikanie tlenu do krwi i tkanek oraz umożliwiają optymalne wykorzystanie dostępnego tlenu.

Wysokie ciśnienie atmosferyczne organizm człowieka znosi na ogół zdecydowanie lepiej niż ciśnienie niskie, m.in. ze względu na zwiększoną dostępność wagowej zawartości tlenu w powietrzu w sytuacjach wyżowych. Przyjmuje się, że nawet dwukrotny wzrost, w stosunku do optymalnego ciśnienia atmosferycznego, nie jest dla nas groźny. W warunkach laboratoryjnych ustalono, że człowiek jest w stanie znieść ciśnienie sprężonego powietrza dochodzące do 18 atmosfer (ca. 18200 hPa). U osób wrażliwych na bodźce meteorologiczne przy wysokim ciśnieniu może jednak przejściowo nastąpić pogorszenie ogólnego samopoczucia (możliwe m.in. uczucie osłabienia) oraz pojawić się zmęczenie lub ból głowy. Z kolei zwiększona zawartość tlenu w powietrzu wymusza intensywniejszą  pracę mięśni oddechowych, co może skutkować podwyższonym wysyceniem tkanek tlenem, czyli stanem hiperoksji. Objawy mu towarzyszące obejmują m.in. spadek częstotliwości oddechów i spowolnienie akcji serca. Istotny międzydobowy wzrost wagowej zawartości tlenu w powietrzu atmosferycznym u wielu osób może powodować nadmierne pobudzenie układu nerwowego i objawiać się trudnościami z koncentracją uwagi, a także skróceniem czasu reakcji na bodźce. W warunkach naturalnych, nawet przy utrzymywaniu się wysokich wartości pola ciśnienia, w organizmie nie będą występować silniejsze reakcje patologiczne, jakie mogą towarzyszyć na przykład nurkom czy osobom eksplorującym kopalnie.

Sugestie dla meteoropatów

Osoby osłabione, których organizm reaguje na szybkie zmiany ciśnienia atmosferycznego lub jego wyjątkowo niskie bądź wysokie wartości, mogą zastosować się do poniższych rekomendacji:

1. Jeśli prognozowane są znaczne wahania ciśnienia atmosferycznego (np. przejście nad Polską głębokiego niżu), warto odpowiednio wcześniej zadbać o odpoczynek i możliwość regeneracji organizmu (w tym odpowiednią długość snu).
2. Chcąc złagodzić uczucie senności wywołane spadkiem ciśnienia atmosferycznego, można w małych ilościach pić napoje zawierające kofeinę. Nie należy jednak narażać organizmu na działanie dodatkowych, silnie pobudzających środków.
3. Umiarkowana aktywność fizyczna, zwłaszcza ćwiczenia aerobowe (korzystnie wpływające na natlenienie organizmu) lub spacery, będą wspomagały adaptację organizmu do zmiany warunków atmosferycznych. Obciążanie dodatkową, intensywną aktywnością fizyczną nie jest wskazane.
4. Jeśli odczuwamy dolegliwości (np. osłabienie zdolności skupienia uwagi) należy pamiętać o regularnym odpoczynku (np. przy kierowaniu samochodem częściej robić przerwy).
5. Pić dużo wody i stosować właściwą dietę (posiłki lekkostrawne).
6. Osoby chore, zwłaszcza przewlekle (w tym ze schorzeniami układu krążenia), powinny stosować się do zaleceń lekarza.
7. Przy zmianie miejsca pobytu na dużych wysokościach n.p.m., należy przeznaczyć odpowiedni czas na aklimatyzację. Przykładowo, po wjechaniu kolejką linową na szczyt górski należy chwilę odpocząć, a nie od razu udawać się na szlak.

Warto zapamiętać objawy, które występują w naszym organizmie przy istotnych wahaniach ciśnienia atmosferycznego i w warunkach jego bardzo wysokich bądź niskich wartości. Przy okazji kontroli lekarskiej można skonsultować spostrzeżenia z lekarzem, podejmując ewentualne działania mające na celu sprawdzenie stanu naszego zdrowia. Pogoda nie jest przyczyną chorób, jednak nadmierna reakcja organizmu na działanie bodźców meteorologicznych może ujawniać pewne nieprawidłowości w jego funkcjonowaniu.

O wpływie pogody na człowieka możecie przeczytać w obszernych publikacjach polskich autorów:
Kozłowska-Szczęsna T., Krawczyk B., Kuchcik M., 2004, Wpływ środowiska atmosferycznego na zdrowie i samopoczucie człowieka, Monografie IGiPZ PAN, Warszawa.
Roman A., 2011, Podstawy biometeorologii. Wpływ zmiennych czynników pogodowych i klimatycznych na organizmy ludzi i zwierząt, Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław.
Jankowiak J. (red.), 1976, Biometeorologia człowieka, PZWL, Warszawa.
Keiser M., 2006, Jak pogoda wpływa na zdrowie, Klub dla Ciebie, Warszawa.
Nieradko-Iwanicka B., Wpływ zmian wartości ciśnienia atmosferycznego na stan zdrowia człowieka, Katedra i Zakład Higieny Uniwersytetu Medycznego w Lublinie.

[i] https://www.hvacr.pl/parametry-fizyczne-powietrza-310
[ii] Na podstawie pomiarów sieci stacji synoptycznych PIHM/IMGW-PIB.

Oprac. Zespół Prognoz Biometeorologicznych | Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju, IMGW-PIB.
Zdjęcie główne: Creedi Zhong | Unsplash