科学家们对人体进行了致命的高温极限测试,结果显示,极限可能比最初想象的要低得多

2024-09-10 22:03来源:本站编辑

一项世界首创的研究挑战了我们对人类如何应对极端高温的理解。

欧文·狄龙的心怦怦直跳。汗水顺着他的脖子往下滴,他感到又累又虚弱。

在他坐着的气候室里,热得难以忍受。

它被设定为54摄氏度,26%的湿度——这种组合在6小时后被认为是致命的。

只过了一小段时间,他就明白了原因。

欧文是由悉尼大学热与健康研究中心的研究员Jem Cheng放入气候室的。

这是世界上第一个研究的一部分,旨在找出高温在什么时候会致命。

15年前,科学家提出了一个环境阈值,在这个阈值下,没有人能够存活6小时。

但这些条件从未在人类身上进行过测试。

直到现在。

“这项研究是关于人类生存能力的,”郑博士说。

“因此,我们是第一个将人们置于这些环境中,从生理上观察他们的核心温度或心率发生了什么变化的人。

“当我们把一个真正的人放在这些环境中时,他们会发生什么?”

研究人员表示,在全球变暖的情况下,这个问题比以往任何时候都更加重要。

化石燃料排放的二氧化碳不断增加,导致全球致命高温增加。仅今年夏天,在北半球,就有数千人死于极端高温事件。

热量与健康教授、该大学热量与健康研究中心主任奥利·杰伊(Ollie Jay)表示,越来越多的证据表明,这一限值可能比最初想象的要低。

杰伊教授说:“我们不想梦游般地进入这样一个场景,我们认为这些未来的条件是可以生存的,而实际上它们是不可能的。”

欧文·狄龙是第一批参与实验的人之一,他自愿成为其中的一员。

他说:“一个简单的事实是,越来越多的人将面临,也许不完全是这些条件,但正在接近。”

“重要的是,我们要了解限制是什么,以及我们应该期望人们在什么样的条件下实际能够工作。”

研究人员说,就他的耐热能力而言,这位31岁的老人应该是最好的。

他年轻、健康、健康——目前他正在为从邦迪到曼利的超级马拉松训练,每周跑100公里。

在整个实验过程中,他可以随心所欲地喝水。

他的身体也已经做好了应对高温的准备,在实验前已经进行了一周的适应训练。

郑博士说:“这基本上是最好的情况。”

“当你的身体完全适应或适应环境时,你的表现如何?”

欧文在研究过程中所处的环境是多种多样的。

有些像今天这样非常炎热和干燥,而另一些温度较低但湿度高得多。

但是,除了一个,它们都相当于35摄氏度的湿球温度——根据最初的理论,没有人能在这个临界阈值下存活超过6小时。

那么,湿球温度是什么?它与人类应对高温的方式有什么关系?

这是一种将两个因素结合起来的措施,这两个因素共同使热对人造成危险。

温度——空气有多热——和湿度。

这个名字来自于温度计的温度,如果把它的灯泡包在湿布里,温度计的温度就会下降,就像汗水使人降温一样。

湿球温度为35摄氏度意味着室外空气温度为35摄氏度,湿度为100%。

但是用湿布包裹的温度计在许多不同的温度和湿度组合下会显示35度。

这是因为较低的湿度意味着更多的蒸发,使温度计的温度下降。

这就是为什么在室外气温超过35摄氏度的日子里,只要湿度足够低,你仍然可能没事。

这就是欧文正在经历的。

回到椅子上,欧文的身体正在加班加点地降温。

但监测他生命体征的研究人员已经发现,这不足以阻止他的核心温度上升。

Cheng博士说,有两个因素会阻碍身体降温的能力。

一个是环境。

在一个非常潮湿的日子里,空气中充满了水分,汗水很难蒸发。

郑博士说:“你在尽可能多地出汗,但汗水基本上只是停留在你的身体上,这就是为什么你不能降温。”

“这些汗水实际上需要能够从你的身体中蒸发出来。正是这种蒸发作用让你降温。”

另一个是人体自身的限制。

在一个非常炎热、相对干燥的日子里——比如欧文目前所处的环境——问题首先是你能出多少汗。

“这有点相反,”郑博士说。

“你尽可能多地出汗,汗水都蒸发了,但为了让你降温到你需要的程度,你需要以一种不可能的速度出汗,即使对一个热适应的人来说也是如此。

“你达到了极限。你的身体在生理上无法产生足够的汗水。”

在三个小时的实验进行到一半时,欧文的核心温度开始上升——目前为38.4摄氏度,高于他开始时的37.13摄氏度。

当体温达到39摄氏度时,就会出现轻微的中暑,比如头痛和头晕。

在40摄氏度时,严重中暑的风险,包括呕吐和迷失方向,变得越来越有可能。

体温超过40.5℃,中暑的风险会迅速上升。

当一个人的核心温度上升到43摄氏度时,这个人几乎肯定会死亡。

35摄氏度的湿球温度是罕见的,即使是在炎热潮湿的气候中,湿球温度往往会更高。

2020年发表在《科学进展》(Science Advances)上的一项研究发现,在过去10年里,有一些地方短暂达到了这一阈值,比如沙特阿拉伯和巴基斯坦。

没有一个在持续一段时间内达到这些阈值,气候科学家表示,本世纪不太可能达到这些阈值。

但历史表明,并不一定要热到造成死亡。

在澳大利亚,自1900年以来,极端高温造成的死亡人数超过了其他所有自然灾害的总和。

《自然》杂志发表的一项研究显示,在有记录以来最热的2023年,欧洲估计有超过4.7万人死于高温。

这些死亡发生在低于35℃湿球温度阈值的条件下。

杰伊教授说,这就是为什么在真人身上测试条件很重要。他的团队与亚利桑那州立大学合作,修改了原来的模型,以考虑人体的工作方式。

研究发现,在某些气候条件下,高温致死的阈值可能比最初想象的要低得多。

让我们回到湿球温度的限制。记住,根据最初的研究,任何高于35摄氏度的东西都无法生存。

这项新研究表明,对于健康的年轻人来说,温度可能低至25.8摄氏度。

对于老年人来说,温度可能低至21.9摄氏度。

最大的区别是当空气温度极高而湿度很低的时候。

“35摄氏度的湿球温度模型非常引人注目,在许多情况下,它是准确的,”杰伊教授说。

“这个新模型表明,当你考虑到人体生理学的局限性时,这些湿球温度上限在某些类型的条件下看起来要低得多。”

澳大利亚国立大学气候科学教授莎拉·帕金斯·柯克帕特里克表示,这些“更真实”的限制更有可能在未来的气候中发生。

“我可以肯定地说,到本世纪末,我们会在夏季经常看到这些情况,”她说。

她说,面临风险的地方包括伦敦、北京、约翰内斯堡、洛杉矶和纽约等位于中纬度地带的城市,以及澳大利亚。

她说:“所以当我们考虑新南威尔士州、维多利亚州、南澳大利亚州,尤其是那些沙漠地区时,这些阈值最终会达到。”

“但驱动它们的将是温度,而不是湿度。

“这最终取决于全球变暖的程度。我们看到的全球变暖越严重,这些致命事件发生的可能性就越高,也越早发生。”

欧文达到了极限

欧文要在密室里待三个小时。

但在实验进行两小时后,研究人员发现情况并非如此。

他的肌肉抽筋了。他呼吸困难。

他的核心温度接近实验的安全临界值39度。

两个半小时后,他被拉出了密室。

这是他第一次没能完成整整三个小时的实验——为研究人员提供了宝贵的见解。

尽管湿球温度相同,但他的核心温度比在高湿度环境下上升得更快。

郑博士说:“潮湿的环境有自己的感知限制,呼吸困难,因为感觉很幽闭。”

“但到目前为止,在干燥的环境中,(它们的核心温度)上升的速度可能是我们在更潮湿的环境中看到的1.5到2倍。”

规划未来的气候

研究人员认识到他们的研究存在局限性。毕竟,参与者在一个地方坐了几个小时,远离日常生活的现实。

杰伊教授说,在某些情况下,现实生活可能更容易,而在另一些情况下,可能更难。

例如,空调在炎热天气发生时起到了很大的作用。

但在室外,在我们的城市里,体育活动、直接暴露在阳光下或建筑密集的环境等因素都会使情况变得更糟。

郑博士说,了解这些风险对澳大利亚和世界其他地方的弱势群体尤为重要。

郑博士说:“这确实适用于很多国家,他们别无选择,只能24小时生活在这样的条件下……或者是生活在没有空调选择的环境中,或者是生活在体力劳动只是他们生活方式的地区。”

“我认为,世界上很多受气候变化影响最严重的地区,也是应对气候变化资源最少的地区。”

杰伊教授表示,任由气温继续上升将产生全球性后果。

“首先,我们可能完全依赖基础设施来保持凉爽和安全,所以我们需要大量的空调,”他说。

“唯一的另一种方式是人们开始迁移,要么是国内移民,要么是极端情况下的国际移民。

“大规模移民对资源、就业以及所有这些不同类型的考虑所造成的后果的下游影响,可能会产生真正深远的影响,也可能成为未来冲突的催化剂。”

研究人员将在今年年底前继续对人们进行测试。

但与此同时,它让研究人员和欧文对人体的热阈值有了一个重要的了解。

“这比我想象的要难,”欧文说。

“我想说,第一次跑80公里的感觉就像在那个炎热的房间里跑90分钟一样。

“这绝对让我更加意识到温度和湿度之间的平衡,也更加意识到这将如何影响你的表现能力。

“现在我可以看天气预报,然后肯定地说我那天不会去跑步。”

学分

记者:泰恩·洛根

视频/摄影:Kit Mochan, Jack Fisher, Adam Wyatt

设计:Alex Lim

制片:Fran Rimrod

编辑:Tim Leslie

  

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