人类在能生存的高温极限阈值比此前认为的要低——研究者正在使用最先进的气候室来探索高温环境何时会威胁生命。（本文是公众号“自然系列”科学与极端高温特别报告的其中一篇。相关文章包括：极端高温对身体的影响、气候变化使健康问题恶化，以及大堡礁破记录的升温。）

文章来源 | 公众号“自然系列”原文作者 | Carissa Wong


用水浇湿皮肤和衣服，或者游泳，是防止身体过热的一种经济有效的方法。来源：Pixabay

2019年，生理学家Ollie Jay开始设计一个舱室，能模拟如今和未来的极端高温。18个月后，这个造价200万澳元（约合130万美元）的舱室建成了，在澳大利亚的布里斯班打包装箱，运到1000公里外的悉尼大学。在那里，它被吊装到一栋闪亮的玻璃大楼顶层。现在，包括Jay在内的研究者们正在用它测试人类在极端高温下的生存极限，人们对这些问题所知非常有限。

“问题是，现在已经变得这么热了，但我们却不知道它究竟对人产生什么影响。” Jay说。他负责悉尼大学的高温与健康实验室。“通过模拟这些条件，让人们在仔细的医疗监督下接触这些条件，我们可以更好地了解人们的生理反应。”Jay的团队还在探索哪些降温策略最能减少热暴露的健康风险。

随着气候变化使地球升温，全球天气报告频繁出现酷热天气。7月，全球最热一日的记录被打破了两次，联合国发起全球呼吁，对极端高温采取行动，科学帮助易受损害的人群、工人和经济体应对问题。据称，全球劳动者的约70%——24亿人——如今受到极端高温的高度威胁。

除此之外，关于如何应对高温的公共建议很不完善，人们如何有效降温的方法也没有得到透彻研究。“看看美国疾控中心、世界卫生组织等知名组织的高温相关建议，你会发现它们在人体生理学方面有很多错误。”宾夕法尼亚大学的生理学家Larry Kenney说。


悉尼大学的研究者在高温室监测高温对孕妇的影响。来源：悉尼大学/ Stefanie Zingsheim

高温室

Jay的团队正在利用先进的气候室来研究高温威胁生命的条件、方式，以及有哪些可操作、基于证据的降温办法。

在这个4米×5米的舱室里，研究者可以把气温每分钟调高或调低1摄氏度——从5°C到可怕的55°C——并用红外等模拟阳光，控制风速。他们还能微调湿度，这是影响热度对身体影响的一个关键变量。“这是个非凡的工程。”Jay说。

试验的参与者可以在舱室里吃东西、睡觉和锻炼；研究者会通过舱门递给他们食物和其他东西。他们身上的传感器会给旁边的控制室发送信息，在此处理包括心率、呼吸、出汗和体温等变量的数据。

Jay说，人类的耐热极限一直没有得到很好的界定，部分是因为公共卫生机构过于依赖2010年发表的一项理论研究[1]。这篇论文使用数学建模定义了一名健康年轻人会在6小时后死亡的“湿球温度（WBT）”。WBT是科学家用来研究热应激的一个方法，它考虑了热量和湿度的影响。

模型得出的人类生存极限湿球温度是35°C。在这个临界值上，人体核心温度将不受控制地升高。但这个模型将人类视为一个不动、不出汗、没穿衣服的物体，因此这个结果不太适用于现实世界。


Ollie Jay的实验室在研究高温如何影响模仿日常活动进行锻炼的人。来源：悉尼大学/ Stefanie Zingsheim

尽管如此，Jay说，不计其数的公共卫生机构接受了这个结果，甚至包括政府间气候变化委员会，这减少了人们获取更实际数据的动力。“这是个基本物理模型，有很多局限性——但几乎每个人都在用它。”

降低极限值

在一项2021年的研究里，Kenney和同事提供了对WBT生存极限值的更佳估计，大约在31°C。他们计算方式是追踪健康的年轻人在不同温湿度组合下骑车时的核心体温。

“你还是会看到人们总是提及35°C，但人们已经开始接受Kenney实验室里提到的极限值。”哈佛大学的高温与健康研究员Robert Meade说。

Kenney的团队也在使用气候舱，世界上还有几十个气候舱，许多专门用于体育科学。但Kenney说，只有少数几个小组（包括Jay的团队）利用这些装置，在更好地理解人们如何应对极端高温方面走在了前列。

生理模型

Jay的团队现在正在测试一个人体如何应对极端高温的数学模型[3]，已于去年发表。这个模型使用的数据来自一些研究，测量了较年长和年轻人群的出汗能力，并且遵循物理规律，预测热量如何在人体和环境之间传递。

“他们整合了生理学，很少有模型能做到、能做好——我觉得这使之成为了现在最好的模型。” Kenney说，他和Jay在其他研究中有过合作。

大多数关于人体对高温反应的模型都聚焦于阴凉处的、健康的年轻人。但Jay团队的模型估计了各年龄段、阴凉处和太阳下、以及人们休息或锻炼中的生存极限。根据他们的结果，他们估计年轻人的WBT生存极限在26°C到34°C，较年长的人在21°C到34°C。

“这个模型的重要优势在于，它有能力和灵活度，能非常方便地检验这些不同场景。”


一家制衣厂工作的工人。在这里，长时间和炎热的天气会影响员工的健康。来源：Pixabay

不出所料，模型表明，当人们暴露在阳光下，比在阴凉处生存极限要低。65岁以上的人和18-40岁的人相比极限值也更低。研究团队用这个模型定义了宜居值——在此条件下，较为年长和年轻的人群能安全地完成各种工作如案头工作、行走、爬楼梯、跳舞和举起重物。尽管有很多优势，这个模型仍然需要进一步在人群中测试，Meade说。

为此，Jay的团队让气候舱里的健康年轻人接触温湿度的不同组合，监测他们的核心体温、心率和出汗等变量，直到温度超出临界值，变得可能不再安全。

未来，研究者计划测试不同年龄和运动时，人体在阴影下和阳光下对热的反应。他们将利用这些试验获得的数据改进模型，最终可以用于为高温下的高风险人群提供更好的健康建议。

需要降温

这个实验室的另一个重点是寻找高效降温策略，包括模拟那些高温会影响工人健康的环境条件。在一项试验中，Jay的团队在测试能帮助孟加拉制衣工厂工人的降温策略，那里的人们通常在炎热气候下长时间工作，几乎没有空调。

研究人员此前测量了孟加拉首都达卡一个制衣工厂三层楼的热量和湿度。“我们在气候舱里重建了这些条件，以及人们的工作——女性做缝纫、男性熨烫。”他说。试验参与者穿着工人通常在工厂里所穿的衣服。


Jay实验室里的试验参与者在气候舱里再现了一家制衣厂的条件，以调查降温方法。来源：悉尼大学/ Zingsheim

在240次气候舱试验中，研究团队测量了人们的身体机能和工作效率，Jay说，“问题之一是，当人们感到热就会慢下来。”科学家测试了风扇、定时饮水等降温方法，并模拟了改变工厂屋顶颜色的效果。研究者计划将结果提交给期刊。

Jay的团队还探索了在不同温湿度组合下，电风扇和皮肤湿润在老年人身上如何影响心脏负荷。研究者发现，在湿度条件下，至少到38˚C前，用风扇能降低心脏负荷。但在干燥条件下，用风扇会增加心脏负荷。打湿皮肤在干热和湿热条件下都有用。

“确定常见降温策略如风扇和打湿皮肤等在什么条件下效果最好，对于保护公共健康非常重要。” Meade说。

低技术降温

Jay和同事已经推广了一种方法给摇篮里的婴儿降温。“在炎热的日子，人们会给摇篮盖上一种白色的布料。但它到底好不好一直有争议。”他说。2023年的一项研究中[4]，他们发现干燥的白布会让摇篮温度升高2.5°C以上，但湿布有最好的降温效果。“它能抽取摇篮里的潜热能，让它降温多达5°C。”他说。

印度瓦拉纳西，一个男子正因中暑接受治疗，这里从5月之后一直处于酷热之中。

这项研究引发了媒体关注。“有个很酷的事情，两周后我在住的地方开始看到父母们拿着喷壶喷他们的白布。”他说。

研究团队还帮助Google Chrome浏览器为全球用户发布了一个高温预警系统。“如果它知道你的位置，而温度超过了某个特定阈值，你就会获得极端高温预警。”他说。这个预警会提供降温提示，比如每小时喝一杯水，湿润皮肤和衣服。

明年，Jay的实验室会追踪高温如何影响孟加拉国孕妇的分娩结果和孕产妇健康。他正在寻找经费，在印度炎热季节进行一项降温策略的随机对照试验。

Jay的最终目标是在一个越来越艰难的世界里保护人们的健康。“当我刚到悉尼的时候基本上是降职了——只有一个老旧的工作不良的试验室，我只有大约16500澳元的启动经费。”Jay说，“我们很幸运，能引进一些不错的经费，在这个领域里取得了一些好的进展。”

参考文献：

1.Sherwood, S. C. & Huber, M. Proc. Natl Acad. Sci. USA 107, 9552–9555 (2010).

2.Vecellio. D. J., Wolf, S. T., Cottle, R. M. & Kenney, W. L. J.Appl. Physiol. 132, 340–345 (2022).

3.Vanos, J. et al. Nature Commun. 14, 7653 (2023).

4.Bin Maideen, M. F. et al. Ergonomics 66, 1935–1949 (2023).

原文以What is the hottest temperature humans can survive? These labs are redefining the limit标题发表在2024年8月14日《自然》的新闻版块上