Qual è la temperatura più calda a cui l’essere umano può sopravvivere?

Usando camere climatiche all’avanguardia per capire quando le condizioni di calore minacciano la salute e la vita, i ricercatori stanno scoprendo che la soglia di sopravvivenza al caldo è più bassa di quanto si pensasse
di Carissa Wong/Nature
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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 1,3 milioni di dollari è stata costruita, impacchettata a Brisbane, in Australia, e trasportata per 1000 chilometri fino all’Università di Sydney, dove è stata sollevata all’ultimo piano di un edificio in vetro lucido. Ora i ricercatori, tra i quali Jay, la stanno usando per testare i limiti della sopravvivenza umana in condizioni di calore estremo, che sono sorprendentemente poco conosciuti.

“Il problema è che oggi ci sono queste condizioni che possono sembrare calde, ma non sappiamo davvero che cosa possa succedere alle persone”, spiega Jay, che dirige il laboratorio calore e salute dell’Università di Sydney. “Simulando queste condizioni ed esponendo le persone a queste condizioni, sotto un’attenta supervisione medica, possiamo capire meglio la fisiologia di come le persone reagiranno”. Il gruppo di Jay sta anche esplorando quali strategie di raffreddamento funzionano meglio per ridurre i rischi per la salute dell’esposizione al calore.

Con il riscaldamento della Terra dovuto ai cambiamenti climatici, le giornate di caldo torrido sono diventate una caratteristica regolare dei bollettini meteorologici di tutto il mondo. Il mese scorso è stato battuto due volte il record del giorno più caldo del mondo e le Nazioni Unite hanno lanciato un appello globale all’azione contro il caldo estremo, per aiutare le persone, i lavoratori e le economie più vulnerabili a farvi fronte utilizzando la scienza. Circa il 70 per cento della forza lavoro mondiale – 2,4 miliardi di persone – è oggi ad alto rischio di caldo estremo.

Ciononostante, 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 considerano i consigli sul caldo forniti da organizzazioni autorevoli come i Centers for Disease Control and Prevention degli Stati Uniti e l’Organizzazione mondiale della Sanità, sono pieni di errori quando si tratta di fisiologia umana”, afferma Larry Kenney, fisiologo della Pennsylvania State University a University Park.

Camera di calore

Il gruppo di Jay sta usando la sua camera climatica all’avanguardia per studiare le condizioni in cui il calore minaccia la vita, come e quali sono i modi pratici, basati su prove, per stare al fresco.

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

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

Le soglie di calore per gli esseri umani sono state definite in modo inadeguato, in parte perché gli organismi di sanità pubblica si sono basati eccessivamente su uno studio teorico pubblicato nel 2010, afferma Jay. In quell’articolo, i ricercatori hanno utilizzato modelli matematici per definire la “temperatura di bulbo umido” (wet–bulb temperature, WBT) alla quale una persona giovane e sana sarebbe morta dopo sei ore. La WBT è una misura che gli scienziati utilizzano quando studiano lo stress da calore perché tiene conto degli effetti del calore e dell’umidità.

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

Nonostante ciò, lo hanno adottato innumerevoli organismi di sanità pubblica – persino il Gruppo intergovernativo di esperti sul cambiamento climatico – riducendo la motivazione per ottenere un numero più rilevante, dice Jay. “È un modello fisico di base con molti limiti, ma quasi tutti lo usano.”

Limite abbassato
In uno studio del 2021, Kenney e i suoi colleghi hanno fornito una stima migliore: un limite di sopravvivenza della 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 pedalavano.

“Si sente ancora parlare di 35 °C di temperatura di bulbo umido, ma ci si inizia ad avvicinare al limite definito dal laboratorio di Kenney”, afferma Robert Meade, ricercatore su calore e salute alla Harvard University a Cambridge, in Massachusetts

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Anche il gruppo di Kenney lavora con una camera climatica, e ce ne sono decine in tutto il mondo, molte delle quali dedicate alla scienza dello sport. Ma Kenney spiega che solo pochi gruppi, tra cui quello di Jay, sono all’avanguardia nel loro utilizzo per capire meglio come le persone affrontano il caldo estremo.

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

“Il fatto di aver incorporato la fisiologia, cosa che pochi modelli fanno, e di averlo fatto bene, credo che lo renda il miglior modello attualmente in circolazione”, afferma Kenney, che ha collaborato con Jay ad altre ricerche.

La maggior parte dei modelli di risposta del corpo al caldo si concentra su persone giovani e sane all’ombra. Ma il modello di Jay e del suo gruppo ha stimato i limiti di sopravvivenza all’ombra e alla luce del Sole a seconda dell’età e mentre le persone riposavano o facevano attività fisica. Tra i risultati, hanno stimato limiti di sopravvivenza in WBT compresi 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 è il principale vantaggio del modello”, afferma Meade.

Non sorprende che il modello suggerisca che i limiti di sopravvivenza sono più bassi quando le persone sono esposte al Sole rispetto all’ombra, e per le persone di oltre 65 anni rispetto a quelle di 18-40 anni. Il gruppo ha inoltre utilizzato il modello per definire i limiti di vivibilità, ossia le condizioni in cui le persone più anziane e più giovani possono svolgere in sicurezza attività come lavorare alla scrivania, camminare, salire le scale, ballare e sollevare carichi pesanti. Nonostante i suoi punti di forza, il modello deve essere ulteriormente testato sulle persone, aggiunge Meade.

A questo scopo, il gruppo di Jay sta per prima cosa 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 non sarebbe sicuro.

Nelle prove future, i ricercatori intendono testare la risposta del corpo al calore in condizioni di ombra e di Sole, a seconda dell’età e durante l’esercizio fisico. Utilizzeranno i dati di queste prove per migliorare il modello che, a sua volta, potrà essere utilizzato per sviluppare migliori consigli sanitari per le persone più a rischio in caso di caldo intenso.

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

In passato i ricercatori hanno 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”. I partecipanti alla sperimentazione indossavano gli indumenti che gli operai avrebbero tipicamente indossato in fabbrica.

In circa 240 prove in camera climatica, il gruppo ha misurato le funzioni corporee delle persone e la loro produttività lavorativa, spiega 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’uso regolare di acqua e hanno simulato gli effetti della modifica del colore del tetto della fabbrica. I ricercatori intendono presentare i loro risultati a una rivista scientifica.

Il gruppo di Jay ha anche analizzato il modo in cui i ventilatori elettrici e la bagnatura della pelle influiscono sullo sforzo cardiaco nelle persone anziane, attraverso diverse combinazioni di calore e umidità. I ricercatori hanno scoperto che, in condizioni di umidità, l’uso del ventilatore riduceva lo sforzo cardiaco fino a una temperatura dell’aria di almeno 38 ˚C. In condizioni di caldo secco, invece, l’uso del ventilatore aumentava lo sforzo cardiaco. Bagnare la pelle è stato utile sia con il caldo secco che con quello umido.

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

Raffreddamento a bassa tecnologia

Jay e i suoi colleghi hanno già reso popolare un metodo per raffreddare i bambini in carrozzina. “In una giornata calda, le persone coprono i loro passeggini con questi teli di mussola bianca, ma c’è una controversia sul fatto che sia una cosa buona o cattiva”, dice. In uno studio del 2023, il gruppo ha scoperto che un panno di mussola bianco e asciutto può riscaldare le carrozzine di oltre 2,5 °C, ma un panno umido ha il miglior effetto refrigerante. “Estrae l’energia termica latente dall’interno della carrozzina e la mantiene più fresca di circa 5 °C”, spiega.

Lo studio ha attirato l’attenzione dei mezzi di comunicazione. “La cosa più bella è che due settimane dopo, camminando nel quartiere in cui vivo, ho iniziato a vedere i genitori che spingevano le carrozzine con i loro panni di mussola bianca e una bottiglia spray”, racconta.

Il gruppo ha anche contribuito a dare forma a un sistema di allerta globale per il caldo rilasciato da Google Chrome per i suoi utenti in tutto il mondo. “Se il browser sa dove ci troviamo e il calore supera una certa soglia, riceviamo un avviso di caldo estremo”, spiega. L’avviso fornisce suggerimenti per il raffreddamento, come bere una tazza d’acqua all’ora e bagnare la pelle e gli indumenti.

L’anno prossimo, il laboratorio di Jay analizzerà come il caldo influisce sui risultati delle nascite e sulla salute materna delle donne incinte in Bangladesh. Sta cercando finanziamenti per effettuare uno studio controllato e randomizzato 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, in pratica ho affrontato un grande declassamento: c’era una vecchia camera che non funzionava bene e avevo appena 16.500 dollari australiani di finanziamento per l’avvio”, racconta Jay. “Siamo stati molto fortunati a riuscire a ottenere buoni finanziamenti e a fare un buon passo avanti in questo settore.”