Qual è la temperatura più alta a cui gli esseri umani possono sopravvivere? Questa ricerca sta ridefinendo il limite

Nel 2019, il fisiologo Ollie Jay ha iniziato a progettare una camera in grado di simulare le ondate di calore di oggi e del futuro. Diciotto mesi dopo, la struttura da 2 milioni di dollari australiani (1,3 milioni di dollari USA) è stata costruita, imballata a Brisbane, in Australia, e trasportata per 1.000 chilometri fino all’Università di Sydney, dove è stata sollevata fino all’ultimo piano di un edificio di vetro scintillante. Ora, i ricercatori, tra cui Jay, la stanno utilizzando per testare i limiti della sopravvivenza umana nel caldo estremo, che sono sorprendentemente poco compresi.

“Il problema è che oggi ci sono queste condizioni che possono sembrare calde, ma non sappiamo davvero cosa faranno alle persone”, afferma Jay, che dirige il laboratorio di calore e salute presso l’Università di Sydney. “Simulando queste condizioni ed esponendo le persone a esse, sotto attenta supervisione medica, possiamo comprendere meglio la fisiologia di come le persone risponderanno”, afferma. Il team di Jay sta anche esplorando quali strategie di raffreddamento funzionano meglio per ridurre i rischi per la salute derivanti dall’esposizione al calore.

Mentre il cambiamento climatico riscalda la Terra, le giornate torride sono diventate una caratteristica regolare dei bollettini meteorologici in tutto il mondo. Il mese scorso, il record per il giorno più caldo del mondo è stato battuto due volte e le Nazioni Unite hanno lanciato un appello globale per un’azione sul caldo estremo, per aiutare le persone vulnerabili, i lavoratori e le economie a far fronte alla situazione utilizzando la scienza. Circa il 70% della forza lavoro globale, 2,4 miliardi di persone, è ora ad alto rischio di caldo estremo, ha affermato.

Nonostante ciò, i consigli pubblici su come affrontare le alte temperature sono scarsi e i modi in cui le persone possono rinfrescarsi efficacemente non sono stati studiati a fondo. “Se si esaminano gli avvisi di caldo di organizzazioni rispettate come i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie e l’Organizzazione mondiale della sanità, sono pieni di errori quando si tratta di fisiologia umana”, afferma Larry Kenney, fisiologo presso la Pennsylvania State University.

WBT (Wet-Bulb Temperature)
In questo articolo si leggeranno temperature che fanno riferimento al WBT. La temperatura del bulbo umido (WBT – wet-bulb temperature) è la temperatura letta da un termometro ricoperto di tessuto immerso in acqua a temperatura ambiente (un termometro a bulbo umido appunto) e su cui viene fatta passare aria. Al 100% di umidità relativa, la temperatura del bulbo umido è uguale alla temperatura dell’aria (temperatura del bulbo secco); a un’umidità inferiore la temperatura del bulbo umido è inferiore alla temperatura del bulbo secco a causa del raffreddamento evaporativo. Una temperatura di 32°C WBT equivale ad una temperatura di 55°C, la temperatura teorica massima WBT a cui può sopravvivere un essere umano è di 35°C WBT, ovvero, 71°C.

Camera di calore

Il team di Jay sta utilizzando la sua camera climatica all’avanguardia per studiare le condizioni in cui il calore minaccia la vita, come e quali modi pratici e basati sulle prove ci sono per restare al fresco.

La camera è una stanza di 4 metri per 5 metri. I ricercatori possono aumentare o diminuire la temperatura di 1 °C ogni minuto, da 5 °C a un torrido 55 °C, controllare la velocità del vento e simulare la luce solare utilizzando lampade a infrarossi. Possono anche regolare con precisione l’umidità, una variabile chiave che influenza gli effetti del calore sul corpo. “È una vera impresa ingegneristica”, afferma Jay.

I partecipanti alla sperimentazione possono mangiare, dormire e fare esercizio all’interno della camera; i ricercatori passano loro cibo e altri oggetti attraverso un portello. I sensori ad essi collegati inviano informazioni alla sala di controllo adiacente, che elabora dati su variabili tra cui frequenza cardiaca, respirazione, sudorazione e temperatura corporea.

Le soglie di calore per gli esseri umani sono state definite in modo poco chiaro in parte perché gli enti di sanità pubblica si sono affidati eccessivamente a uno studio teorico pubblicato1 nel 2010, afferma Jay. In quel documento, i ricercatori hanno utilizzato modelli matematici per definire la “temperatura del bulbo umido” (WBT) alla quale una persona giovane e sana morirebbe dopo sei ore. La WBT è una misura che gli scienziati usano quando studiano lo stress da calore perché tiene conto degli effetti del calore e dell’umidità.

I modelli hanno prodotto una WBT di 35 °C come limite di sopravvivenza umana. A quella soglia, la temperatura corporea interna aumenterebbe in modo incontrollato. Ma il modello ha trattato il corpo umano come un oggetto nudo che non suda o si muove, rendendo il risultato meno applicabile al mondo reale.

Nonostante ciò, innumerevoli enti di sanità pubblica l’hanno adottato, persino l’Intergovernmental Panel on Climate Change, riducendo la motivazione a ottenere un numero più rilevante, afferma Jay. “È un modello fisico di base con molte limitazioni, ma quasi tutti lo stanno usando”.

Limite abbassato
In uno studio del 2021, Kenney e i suoi colleghi hanno fornito una stima migliore: un limite di sopravvivenza WBT di circa 31 °C. L’hanno calcolato monitorando la temperatura corporea interna di persone giovani e sane in diverse combinazioni di temperatura e umidità mentre erano in bicicletta.

“Si vede ancora la WBT di 35 °C in giro, ma le persone stanno iniziando ad avvicinarsi al limite definito dal laboratorio di Kenney”, afferma Robert Meade, ricercatore di calore e salute presso l’Università di Harvard a Cambridge, Massachusetts.

Il gruppo di Kenney lavora anche con una camera climatica e ce ne sono decine in tutto il mondo, molte dedicate alla scienza dello sport. Ma Kenney afferma che solo pochi gruppi, tra cui quello di Jay, sono in prima linea nell’utilizzarli per comprendere meglio come le persone affrontano il caldo estremo.

Modello fisiologico

Il team di Jay sta ora testando un modello matematico di come il corpo affronta il caldo estremo, che ha pubblicato3 l’anno scorso. Il modello utilizza dati da studi che hanno misurato la capacità di sudorazione in persone anziane e giovani e segue leggi fisiche per prevedere come il calore viene trasferito tra il corpo e l’ambiente.

“Il fatto che abbiano incorporato la fisiologia, cosa che pochissimi modelli fanno e fanno bene, penso che questo lo renda il miglior modello in circolazione al momento”, afferma Kenney, che ha collaborato con Jay ad altre ricerche.

La maggior parte dei modelli sulla risposta del corpo al calore si concentra su persone giovani e sane all’ombra. Ma il modello di Jay e del suo team ha stimato i limiti di sopravvivenza all’ombra e alla luce del sole in base alle età e mentre le persone riposavano o facevano esercizio. Tra i loro risultati, hanno stimato limiti di sopravvivenza WBT tra 26 °C e 34 °C per i giovani e tra 21 °C e 34 °C per gli anziani.

“La flessibilità e la capacità di valutare molto facilmente questi diversi scenari sono il progresso chiave del modello”, afferma Meade.

Non sorprende che il modello suggerisca che i limiti di sopravvivenza siano inferiori quando le persone sono esposte al sole rispetto all’ombra e per le persone di età superiore ai 65 anni rispetto a quelle di età compresa tra 18 e 40 anni. Il team ha anche utilizzato il modello per definire i limiti di vivibilità, ovvero le condizioni in cui le persone anziane e giovani potrebbero svolgere in sicurezza compiti come lavorare alla scrivania, camminare, salire le scale, ballare e sollevare pesi. Nonostante i suoi punti di forza, il modello deve ancora essere ulteriormente testato sulle persone, afferma Meade. Per fare ciò, il team di Jay sta prima esponendo persone giovani e sane nella camera climatica a combinazioni di temperatura e umidità, monitorando variabili come la temperatura corporea interna, la frequenza cardiaca e la sudorazione fino a una soglia di temperatura oltre la quale sarebbe pericoloso.

In futuri esperimenti, i ricercatori hanno in programma di testare la risposta del corpo al calore in condizioni di ombra e sole, in base all’età e durante l’esercizio fisico. Utilizzeranno i dati di questi esperimenti per migliorare il modello, che, a sua volta, può essere utilizzato per sviluppare migliori consigli sulla salute per le persone più a rischio in caso di caldo intenso.

Bisogno di rilassarsi

L’altro obiettivo del laboratorio, trovare strategie di raffreddamento efficaci, consiste nell’imitare le condizioni degli ambienti in cui il calore può influire sulla salute dei lavoratori. In uno studio, il team di Jay sta testando strategie di raffreddamento che potrebbero aiutare i lavoratori delle fabbriche di abbigliamento in Bangladesh, dove le persone in genere lavorano lunghe ore in climi caldi, con scarso accesso all’aria condizionata.

I ricercatori hanno precedentemente misurato il calore e l’umidità su tre piani di una fabbrica di abbigliamento nella capitale, Dhaka. “Abbiamo ricreato quelle condizioni nella camera e il lavoro che le persone svolgevano: le donne cucivano e gli uomini stiravano”, afferma. I partecipanti allo studio indossavano abiti che i lavoratori normalmente indossavano in fabbrica.

In circa 240 prove in camera climatica, il team ha misurato le funzioni corporee delle persone e la loro produttività lavorativa, afferma Jay, “perché uno dei problemi è che le persone rallentano quando hanno caldo”. Gli scienziati hanno testato metodi di raffreddamento come l’uso di ventilatori e l’acqua potabile regolarmente, e hanno simulato gli effetti del cambio di colore del tetto della fabbrica. I ricercatori hanno in programma di inviare i loro risultati a una rivista.

Il team di Jay ha anche esplorato come i ventilatori elettrici e l’inumidimento della pelle influenzino lo sforzo cardiaco nelle persone anziane, in diverse combinazioni di calore e umidità. I ​​ricercatori hanno scoperto che, in condizioni di umidità, l’uso di ventilatori ha ridotto lo sforzo cardiaco fino a una temperatura dell’aria di almeno 38 ˚C. Ma nel caldo secco, l’uso di ventilatori ha aumentato lo sforzo cardiaco. Inumidire la pelle è stato utile sia nel caldo secco che in quello umido.

“Identificare le situazioni in cui le comuni strategie di raffreddamento, come l’uso di ventilatori e l’inumidimento della pelle con acqua, funzionano meglio è essenziale per proteggere la salute pubblica”, afferma Meade.

Raffreddamento low-tech
Jay e i suoi colleghi hanno già reso popolare un metodo per raffreddare i neonati nei passeggini. “In una giornata calda, le persone coprono i loro passeggini con questi teli di mussola bianca, ma c’è tutta questa disputa sul fatto che sia una cosa buona o cattiva”, afferma. In uno studio del 20234, il team ha scoperto che un telo di mussola bianco e asciutto può riscaldare i passeggini di oltre 2,5 °C, ma uno umido ha il miglior effetto rinfrescante. “Estrae l’energia termica latente dall’interno del passeggino e lo mantiene più fresco di circa 5 °C”, afferma.

Lo studio ha attirato l’attenzione dei media. “La cosa piuttosto interessante è che, due settimane dopo, stavo camminando per casa e ho iniziato a vedere genitori che spingevano i loro panni bianchi di mussola con uno spruzzatore”, racconta.

Il team ha anche contribuito a dare forma a un sistema globale di allerta per il caldo rilasciato dal browser Google Chrome per i suoi utenti in tutto il mondo. “Se sa dove ti trovi e il caldo supera una certa soglia, allora ricevi un avviso di caldo estremo”, racconta. L’avviso fornisce suggerimenti per rinfrescarsi, come bere una tazza d’acqua all’ora e bagnare pelle e vestiti.

L’anno prossimo, il laboratorio di Jay monitorerà come il caldo influisce sui risultati delle nascite e sulla salute materna nelle donne incinte in Bangladesh. Sta cercando finanziamenti per condurre uno studio randomizzato controllato sulle strategie di raffreddamento in India durante la stagione calda.

L’obiettivo finale di Jay è proteggere la salute delle persone in un mondo che sta diventando sempre più ostile. “Quando sono arrivato a Sydney per la prima volta, ho fondamentalmente fatto un grande passo indietro: c’era una vecchia camera che non funzionava molto bene e avevo circa 16.500 dollari australiani di finanziamenti iniziali”, dice Jay. “Siamo stati fortunati a poter ottenere dei buoni finanziamenti e a fare una buona trazione in quest’area”.