Глобальное потепление угрожает терморегуляции и выживанию человека

Отделение эндокринологии, диабета и обмена веществ, медицинский факультет, Медицинская школа Университета Джона Хопкинса, Балтимор, Мэриленд, США.

Адресная корреспонденция: Рексфорд С. Ахима, Отделение эндокринологии, диабета и обмена веществ, Медицинский факультет Университета Джона Хопкинса, 1830 Ист-Монумент-стрит, Балтимор, Мэриленд 21287, США. Телефон: 410.550.7626; Электронная почта: ude.imhj@amiha.

Copyright © 2020 Американское общество клинических исследований

Есть неопровержимые доказательства того, что деятельность человека способствовала глобальному потеплению за последнее столетие. Глобальное потепление оказывает серьезное влияние на снабжение продовольствием и водой, жилье и другую инфраструктуру, здоровье и экономическую деятельность. Человеческое тело имеет механизмы терморегуляции, которые адаптируются к температуре окружающей среды и поддерживают нормальную внутреннюю температуру тела для физиологических функций.В этой статье JCI Viewpoint обсуждается, как экстремальные температуры, вызванные глобальным потеплением, нарушают нормальную терморегуляцию и ставят под угрозу здоровье и выживание человека.

Теплица Земли

Термин «глобальное потепление» обозначает аспект изменения климата, характеризующийся быстрым повышением средней температуры поверхности Земли за последнее столетие в основном из-за сжигания ископаемого топлива, которое увеличивает выбросы парниковых газов (1). Естественное парниковое потепление происходит в основном за счет водяного пара, и это играет решающую роль в поддержании температуры поверхности Земли на уровне ~15°C (59°F), пригодном для жизни людей и других видов. Вызывает тревогу, что деятельность человека, особенно сжигание ископаемого топлива, разрушила естественный парниковый эффект Земли (1, 2). Уровень углекислого газа в атмосфере увеличился более чем на треть с начала промышленной революции в 1750 году (3). Метан, мощный парниковый газ, образуется в результате разложения свалок, сельскохозяйственных отходов и жвачных животных. Закись азота производится из удобрений и сжигания ископаемого топлива и растительности. Чрезмерные уровни углекислого газа, метана и закиси азота усиливают парниковый эффект, задерживая тепло и вызывая повышение температуры поверхности Земли. По мере повышения температуры все больше водяного пара испаряется из океанов и других источников воды в атмосферу, вызывая дальнейшее повышение температуры. Температура поверхности Земли увеличилась на 0,6–0,9 °C с 1905 по 2005 год, а климатические модели предсказывают дальнейшее повышение примерно на 2–6 °C к концу 21 века, если мы продолжим сжигать больше ископаемого топлива. и накопление парниковых газов в атмосфере Земли (1, 2).

Регулирование температуры человека

Люди — «эндотермические гомойотермы»; т. е. мы вырабатываем собственное тепло тела и обладаем способностью регулировать температуру тела (4).На температуру тела влияют окружающая среда, внутренние механизмы (гомеостаз) и поведенческая адаптация (например, одежда, жилье, системы охлаждения и обогрева). Температура тела имеет две составляющие: центральную (ядро) и периферическую (оболочку) (4). Внутренняя температура, в среднем 37°С, жестко контролируется в диапазоне 33,2°С–38,2°С, что обеспечивает оптимальную физиологическую функцию. Внутренняя температура колеблется ежедневно (т. е. циркадно), ежемесячно (например, во время менструального цикла) и с возрастом. Гипоталамус является координационным центром регуляции температуры тела. Стабильная внутренняя температура достигается за счет гомеостатических механизмов терморегуляции, связывающих холодовые и тепловые рецепторы в коже и мозге с выработкой тепла мышцами и другими органами.

Периферическая (панцирная) температура, измеренная на коже, руках и ногах, примерно на 4°C ниже внутренней температуры; следовательно, нормальное направление теплопередачи — от тела к окружающей среде. В теплой среде потеря тепла происходит за счет расширения сосудов кожи и потоотделения. При воздействии холода кожный кровоток снижается из-за вазоконстрикции, что приводит к снижению периферической температуры и сохранению внутренней температуры. Крайние отклонения от нормальной внутренней температуры, то есть падение ниже 27°С (гипотермия) или повышение выше 42°С (гипертермия), могут привести к летальному исходу. Как обсуждается в следующем разделе, экстремальная жара, вызванная глобальным потеплением, представляет собой экзистенциальную угрозу для человеческого населения.

Становится все жарче и жарче

По мере потепления климата Земли жаркие дни и ночи и волны тепла становятся более частыми и интенсивными (1, 2, 5). Глобальное потепление подталкивает кривую климатической температуры к экстремальному диапазону (5). С 1960-х годов количество периодов сильной жары, определяемых как два или более последовательных дня, когда температура превышала исторические летние (июльские и августовские) температуры, утроилось в нескольких городах США (6). Продолжительность периодов сильной жары также увеличилась (6).В глобальном масштабе, поскольку Арктика нагревается быстрее, чем остальная часть Северного полушария, это уменьшит температурный градиент от Арктики к субтропикам и тропикам, нарушит нормальное струйное течение и вызовет волны тепла, засухи, лесные пожары и наводнения (1, 2).

В больших городских районах обычно теплее, чем в окружающих сельских районах, из-за потери растительности, большего количества тротуаров и зданий, которые поглощают солнечную энергию, меньшего воздушного потока в переулках и тепла, выделяемого транспортными средствами, кондиционерами и заводами. Дневные температуры в городах выше, чем в сельской местности, а ночные перепады температур еще выше из-за оставшегося от дня тепла. Города подвержены аномальной жаре, часто связанной с загрязнением воздуха. Экстремальная жара и плохое качество воздуха представляют опасность для здоровья детей, пожилых людей, людей с хроническими заболеваниями и работающих на открытом воздухе. Высокая влажность также является одним из основных факторов высокой температуры окружающей среды, поскольку водяной пар препятствует эффективному охлаждению человеческого тела за счет потоотделения. «Тепловой индекс» показывает, насколько жарко на ощупь, с учетом влияния температуры и влажности воздуха (рис. 1). Например, при температуре воздуха 96°F и влажности 65% тепловой индекс составляет 121°F. Предупреждения о вреде для здоровья об экстремальной жаре основаны на том, что индекс жары превышает 105–110 °F в течение более 2 дней подряд. Прибрежные сообщества особенно уязвимы к глобальному потеплению, повышению уровня моря и сочетанию высокой температуры и влажности.

Индекс жары Национальной метеорологической службы.

Индекс тепла — это мера того, насколько жарко на самом деле ощущается, когда относительная влажность учитывается в зависимости от фактической температуры воздуха. Красная зона без цифр указывает на крайнюю опасность. Температура °F = (°C × 1,8) + 32. Источник: Национальное управление океанических и атмосферных исследований, Национальная метеорологическая служба (15).

Болезни и смертность, связанные с жарой

По мере того, как периоды сильной жары становятся все более распространенными, более серьезными и продолжительными, мы ожидаем увеличения числа заболеваний и смертей, связанных с жарой, особенно среди детей, пожилых людей, людей с хроническими заболеваниями, а также в бедных или недостаточно обслуживаемых сообществах (6). Тепловые судороги связаны с болезненными мышечными спазмами в животе, руках или ногах, вызванными истощением воды и солей. Тепловое истощение — более тяжелое заболевание, возникающее в результате длительного воздействия сильной жары, связанное с обезвоживанием и требующее экстренного лечения. Симптомами теплового истощения являются повышенная потливость, утомляемость, головная боль, головокружение, раздражительность, тошнота и рвота, жажда и снижение мочеиспускания. Тепловой удар является наиболее серьезным заболеванием, связанным с жарой, требующим неотложного лечения (6). Тепловой удар возникает, когда механизмы терморегуляции организма выходят из строя и температура тела поднимается до 41,1°C (106°F) или выше. Тепловому удару могут предшествовать тепловые судороги или тепловое истощение, но он также может произойти внезапно. Чрезмерное тепло вызывает повреждение тканей, нарушает клеточные процессы, денатурирует белки и дестабилизирует клеточные мембраны. При температуре выше 49°C клетки подвергаются быстрой гибели от некроза. Симптомы и признаки теплового удара включают обильное потоотделение, горячую и сухую кожу, тошноту и рвоту, гипотензию, сильную головную боль, спутанность сознания и потерю сознания (6).

В Соединенных Штатах экстремальная жара вызывает больше смертей, чем другие связанные с погодой опасности, например, холод, ураганы, торнадо или наводнения (6, 7). Ежегодное число смертей, связанных с жарой, в Соединенных Штатах составляет приблизительно 1500 человек (6, 7). Жара в июле 1995 года в Чикаго унесла более 700 жизней (8). Каждое лето в США в отделение неотложной помощи поступает около 65 000 пациентов с острыми заболеваниями, связанными с жарой (6). Жара в августе 2003 г. в Париже, Франция, унесла жизни почти 15 000 человек, в основном пожилых и бедных (9, 10). С 2015 г. каждое лето во Франции регистрируется от 500 до 3500 дополнительных смертей от экстремальной жары (10).В недавнем исследовании Guo et al. изучили связанную с жарой смертность в 412 общинах в 20 странах/регионах и спрогнозировали избыточную смертность в связи с выбросами парниковых газов, будущими периодами сильной жары и адаптацией (11). Если предположить, что сообщества не адаптируются к будущему изменению климата, ожидается, что избыточная смертность, связанная с жарой, увеличится больше всего в тропических и субтропических странах/регионах, в то время как в европейских странах и США рост будет меньшим (11).

Что делать с глобальным потеплением

Глобальное потепление представляет собой серьезную угрозу для существования человечества. Решения, вероятно, будут сложными и включают краткосрочные стратегии по адаптации к текущим температурам, а также долгосрочные стратегии по резкому сокращению выбросов парниковых газов в будущем (12–14). Стратегии адаптации к изменению климата включают в себя более рациональное использование лесов, защиту от повышения уровня моря и наводнений, улучшение инфраструктуры, способной противостоять экстремальным погодным явлениям, а также разработку комплексных услуг для решения проблем, связанных с отсутствием продовольственной и водной безопасности, медицинским обслуживанием и экономическими потребностями уязвимых групп населения. Будущие усилия по смягчению последствий глобального потепления будут включать сокращение потока удерживающих тепло парниковых газов в атмосферу Земли за счет резкого ограничения сжигания ископаемого топлива и разработки эффективных технологий улавливания и хранения парниковых газов в лесах, почве, океанах или других поглотителях. Будем надеяться, что эти согласованные усилия дадут Земле достаточно времени для восстановления и поддержания жизни людей и других видов.

Подтверждение

RSA поддерживается выдающимся профессором Bloomberg.