Organizm człowieka jest stałocieplny, co oznacza, że dla zachowania funkcji życiowych i poprawnie przebiegających procesów fizjologicznych potrzebujemy względnie stałych warunków wewnętrznych. Jeżeli warunki te zmieniają się znacząco, np. w reakcji na zewnętrzne czynniki środowiskowe, to muszą zostać uruchomione procesy, które ogólnie możemy określić jako termoregulacyjne. W zimnym otoczeniu mają one za zadanie redukcję lub spowolnienie utraty ciepła z organizmu, w ciepłym – schłodzenie naszego ciała. Im lepiej jesteśmy zaadoptowani, „wytrenowani”, tym lepiej organizm przystosowuje się do zmian, a termoregulacja działa sprawniej.
AUTOR: Joanna Wieczorek IMGW-PIB/Centrum Meteorologicznej Osłony Kraju, Zespół Prognoz Specjalistycznych
Regulacją ciepłoty ludzkiego ciała, którego optymalna temperatura wynosi 37 st. Celsjusza, steruje podwzgórze znajdujące się w centralnej części mózgu. W tych złożonych procesach fizjologicznych ważną rolę odgrywają również hormony tarczycy, ponieważ zarządzają naszym metabolizmem. Co jednak istotne, mechanizmy fizjologicznej termoregulacji są efektywne tylko w ograniczonym zakresie. Kiedy temperatura ciała człowieka ulegnie zmianie w zakresie ponad ±2 st. Celsjusza, naturalna regulacja może być niewystarczająca do powstrzymania dalszego wzrostu bądź spadku ciepłoty organizmu – wówczas konieczna jest zmiana behawioru (np. zestawu odzieży, aktywności) lub ingerencja z zewnątrz.
Co z ciepłem, gdy zimno
Wymiana ciepła między ciałem człowieka a jego otoczeniem odbywa się na drodze takich procesów fizycznych jak: promieniowanie, przewodzenie (przy kontakcie bezpośrednim), konwekcja (unoszenie ogrzanych, cieplejszych porcji powietrza w przypowierzchniowej warstwie skóry) i parowanie (potu bądź wilgotnej powierzchni). W zależności od warunków pogodowych poszczególne zjawiska zachodzą z różną intensywnością i zmienia się ich udział w bilansie cieplnym.
W chłodnej połowie roku istotnym mechanizmem jest przewodzenie powodujące utratę ciepła z organizmu. Wzrasta ono proporcjonalnie w zależności od różnicy temperatury pomiędzy ciałem a ośrodkiem, z którym ciało się styka. Oprócz różnicy w termice istotna jest również pojemność cieplna. W przypadku wody jest ona 10-25 razy większa niż powietrza, stąd osoby w zamoczonym ubraniu ulegają wychłodzeniu znacznie szybciej niż te w suchej odzieży, przebywające w takich samych warunkach termicznych.
W tym momencie do głosu dochodzi konwekcja, czyli unoszenie cieplejszych niż otoczenie porcji powietrza. Konwekcja jest istotnie modyfikowana przez przepływ powietrza – im większa prędkość wiatru, tym większy będzie ochładzający wpływ tego mechanizmu. Co ciekawe największe straty ciepła z organizmu obserwuje się nie przy bardzo silnym wietrze, ale w przedziale prędkości 0-32 km/h (8 m/s).
Ruch powietrza wzmagać będzie również parowanie, o ile w powietrzu atmosferycznym występuje deficyt wilgotności, choć w tej porze roku straty dotyczyć będą głównie tych na odparowanie wilgoci w porcjach wydychanego powietrza. Chyba, że zastosujemy odzież o zbyt wysokiej, w stosunku do panujących warunków, izolacyjności termicznej i dojdzie do odparowania potu. Należy dodać, że w skrajnych sytuacjach, w środowisku zimnym możliwe jest też wystąpienie niebezpiecznego odwodnienia organizmu, wynikającego z efektu zwiększonej diurezy i zmniejszonego pragnienia.
Jak ocenić obciążenie cieplne organizmu?
W IMGW-PIB do określenia obciążenia cieplnego organizmu wykorzystuje się dane meteorologiczne, na podstawie których biometeorolodzy obliczają bilans cieplny ciała człowieka i wartość wskaźnika UTCI. Analizy ty wykonuje się za pomocą modeli, opartych na statystycznych uproszczeniach dotyczących parametrów ciała, jego aktywności oraz adekwatnego do panujących warunków zestawu odzieży. Na tej podstawie eksperci szacują wielość strumieni ciepła, wydatek energetyczny oraz potencjalne zmiany parametrów fizjologicznych w czasie ekspozycji na zadane warunki pogodowe. Więcej o prognozie obciążenia cieplnego i wskaźniku UTCI znajdziecie tutaj https://biometeo.imgw.pl/?page=UTCI. Prognozy publikowane są w formie kategorii wraz z opisem występowania spodziewanych objawów fizjologicznych oraz rekomendacjami działań ograniczających niekorzystny wpływ warunków meteorologicznych.
Jak reaguje ciało?
W warunkach silnego obciążenia zimnem, utrata ciepła z organizmu i spadek temperatury skóry odsłoniętych partii ciała postępuje bardzo szybko – największy jest zwykle w pierwszych 15 minutach. Po upływie tego czasu nasze subiektywne odczucie termiczne może być drastycznie odmienne od początkowego. Warto mieć to na uwadze. Ze względu na intensywne pobudzenie zakończeń nerwowych termoreceptorów zlokalizowanych w skórze oraz jej reakcję obronną na zimno, nawet przy krótkim pobycie na zewnątrz możemy odczuwać szczypanie. Na szczęście nasz mózg to doskonały księgowy i strateg. By ograniczyć straty ciepła i zadbać o przetrwanie, w pierwszej kolejności ograniczy przepływ krwi w naczyniach włosowatych skóry tak zwanych części peryferyjnych – na przykład w palcach. Znajdują się one daleko od mózgu i organów wewnętrznych, a z perspektywy przetrwania organizmu są mniej istotne, więc można je „poświęcić”. Na zimno, ze względu na większą liczbę naczyń w przekroju, reaguje silniej również skóra twarzy. Początkowo szczypaniem i zaczerwienieniem, a przy dłuższym (2-godzinnym) pobycie na zewnątrz również drętwieniem i dolegliwościami bólowymi. W tych warunkach nie dojdzie jeszcze do odmrożeń. Szczęśliwie krążenie w naczyniach włosowatych nie zostaje całkowicie zatrzymane, a mechanizmy fizjologiczne chronią komórki skóry przed zamarzaniem. Więcej na ten temat przeczytacie w naszym zimowym vademecum https://imgw.pl/sites/default/files/2020-10/vadamecum-biometeo-na-zime-od-imgw-pib_0.pdf.
Co ciekawe, silne obciążenie organizmu zimnem może wystąpić również przy temperaturze dodatniej. Zagrożenie jest realne nawet powyżej 5 st. Celsjusza, jeżeli występuje jednocześnie silny wiatr (>8 m/s) oraz brak lub niewielka dostawa promieniowania słonecznego. Z tego względu jesienią i zimą większe obciążenie organizmu zimnem często pojawia się na wybrzeżu Morza Bałtyckiego, gdzie trwa sezon sztormowy.
Co możemy z tym zrobić?
Gdy w prognozie pojawia się informacja o silnym obciążeniu zimnem (UTCI -3), to bezwzględnie powinniśmy zadbać o zestaw odzieży adekwatny do panujących warunków. Nie wiemy jaki? Wystarczy spojrzeć na prognozę: https://biometeo.imgw.pl/?page=CLO
Izolacja od zimna do podstawa. Jeśli występuje silne obciążenie, to znaczy, że natężenie utraty ciepła z organizmu oraz fizjologicznych procesów, które muszą być uruchomione (co wymaga od organizmu dodatkowej energii) będzie znaczne. Wyjście „tylko na chwilę”, „szybciej niż zdążę zmarznąć” albo „zaraz przyjedzie mój autobus” to narażanie się na wychłodzenie i ryzyko dla zdrowia. Jedziesz rowerem? Przygotuj dobry strój, a wcześniej zastanów się czy dasz radę wykrzesać więcej energii? Strata energii zawsze osłabia. Jeśli nie na bieżąco to niestety w dłuższej perspektywie. Wychłodzony organizm będzie osłabiony i bardziej podatny na infekcje.
Jeśli pobyt na zewnątrz z jakiejś przyczyny przedłuża się, to podejmij dodatkowe działania w celu wytworzenia metabolicznego ciepła. Twoje zachowanie ma bardzo duże znaczenie. Pomoże ciepły posiłek lub napój (energia dostarczona przez rozkręcenie metabolizmu), zwiększenie aktywności (np. spokojny chód) – ale nie ekstremalnie, żeby mięśnie zamiast się rozgrzać nie uległy wyczerpaniu (a bilans energetyczny nie stał się ujemny), szukanie innych źródeł ciepła, miejsc osłoniętych od wiatru czy pozycji ciała, w której wypromieniowanie ciepła będzie mniejsze (embrionalna).
Kiedy prognozowane jest silne obciążenie organizmu zimnem, warto aby dzieci, osoby starsze, chorzy czy rekonwalescenci ograniczyli pobyt w terenie otwartym do niezbędnego minimum. Negatywne skutki wychłodzenia bądź osłabienia wydolności organizmu zbyt intensywnym przebiegiem procesów fizjologicznych mogą w ich przypadku przewyższać korzyści z pobytu na zewnątrz.
Zdjęcie główne: Simon Wilkes | Unsplash.
JOANNA WIECZOREK. Doktor nauk o Ziemi w zakresie geografii, absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego. Z IMGW-PIB związana od 2014 roku, od kiedy tworzy serwis biometeo.imgw.pl. Klimatolog fizjologiczny, zwolenniczka i realizatorka badań interdyscyplinarnych, m.in. wpływu czynników geograficznych na wydzielanie melatoniny w organizmie człowieka. Były wykładowca akademicki, aktywny recenzent czasopisma biometeorologicznego, edukatorka w zakresie wpływu pogody na organizm człowieka.
