2019 年，生理學家 Ollie Jay 開始設計一個可以模擬當今和未來熱浪的房間。 18 個月後，這座耗資200 萬澳元（130 萬美元）的建築建成，在澳大利亞布里斯本打包，並行駛1,000 公里到達悉尼大學，在那裡它被吊到一棟閃亮的玻璃建築的頂層。現在，包括傑伊在內的研究人員正在用它來測試人類在極熱條件下的生存極限，但令人驚訝的是，人們對此知之甚少。Carissa Wong發表在最新一期《自然》(Nature)的<人類能生存的最高溫度是多少？這些實驗室正在重新定義極限>指出，在高溫下生存的門檻比想像的要低——研究人員正在使用最先進的氣候室來探索高溫條件何時威脅生命。(What is the hottest temperature humans can survive? These labs are redefining the limit) 這是科學與酷熱特別報導的一部分。了解極端高溫對身體的影響、氣候變遷如何加劇健康問題以及大堡礁破紀錄的暖化。(The threshold for survival in heat is lower than thought — researchers are using state-of-the-art climate chambers to explore when blistering conditions threaten life.)
城市必須保護人們免受酷熱影響
「問題在於，今天的這些情況聽起來很熱，但我們真的不知道它會對人們產生什麼影響，」雪梨大學高溫與健康實驗室主任傑伊說。 「透過模擬這些條件並使人們在仔細的醫療監督下暴露於這些條件下，我們可以更好地了解人們將如何反應的生理學，」他說。 Jay 的團隊也正在探索哪種冷卻策略最能有效降低熱暴露的健康風險。
隨著氣候變遷使地球變暖，酷熱的天氣已成為全球天氣報告的常見特徵。上個月，世界最熱天的紀錄兩度被打破，聯合國呼籲全球採取行動應對極端高溫，利用科學幫助弱勢、工人和經濟體應對酷暑。報告稱，全球約 70% 的勞動力（24 億人）目前面臨極端高溫的高風險。
儘管如此，大眾對如何應對高溫的建議很少，而且人們有效降溫的方法也沒有得到很好的研究。賓州州立大學生理學家 Larry Kenney 表示：「如果你查看美國疾病管制與預防中心、世界衛生組織等備受尊敬的組織發布的高溫建議，就會發現它們在人體生理學方面充滿了錯誤。
傑伊的團隊正在利用其最先進的氣候室來研究高溫威脅生命的條件、如何以及有哪些實用的、基於證據的方法來保持涼爽。
該房間是一個 4 公尺 x 5 公尺的房間。研究人員可以將溫度每分鐘升高或降低 1°C（從 5°C 到灼熱的 55°C），控制風速並使用紅外線燈模擬陽光。它們還可以微調濕度，這是影響熱量對身體影響的關鍵變數。 「這真是一項工程壯舉，」傑伊說。
酷暑危害健康－人體的極限是多少？
試驗參與者可以在室內吃飯、睡覺和運動；研究人員透過艙口將食物和其他物品傳遞給它們。連接在它們身上的感測器將訊息發送到相鄰的控制室，控制室處理心率、呼吸、出汗和體溫等變數的數據。
Jay 表示，人類的熱閾值定義不明確，部分原因是公共衛生機構過度依賴 2010 年發表的理論研究。在那篇論文中，研究人員使用數學模型來定義「濕球溫度」（WBT），在該溫度下，年輕健康的人會在六小時後死亡。 WBT 是科學家在研究熱應激時使用的測量方法，因為它考慮了熱量和濕度的影響。
這些模型將 35°C 的 WBT 作為人類生存的極限。在這個閾值下，身體的核心溫度會不受控制地升高。但該模型將人體視為不穿衣服、不會出汗或移動的物體，導致結果不太適用於現實世界。
儘管如此，無數公共衛生機構——甚至政府間氣候變遷專門委員會——都採用了它，從而降低了獲取更相關數據的動力，傑伊說。 “這是一個基本的物理模型，有很多限制——但幾乎每個人都在使用它。”
降低限制
在 2021 年的一項研究中，Kenney 和他的同事提供了更好的估計：WBT 生存極限約為 31 °C。他們透過追蹤年輕健康人在騎自行車時在不同溫度和濕度組合下的核心體溫來計算。
「你仍然會看到 35°C 的濕球溫度，但人們已經開始接近肯尼實驗室定義的極限，」馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的熱量與健康研究員 Robert Meade 說。
肯尼的團隊也與氣候室合作，全球有數十個氣候室，其中許多致力於運動科學。但肯尼表示，只有少數幾個團體，包括傑伊的團體，走在了利用它們來更好地了解人們如何應對極端高溫的最前線。
生理模型
Jay 的團隊目前正在測試人體如何應對極端高溫的數學模型，該模型於去年發布3 。該模型使用測量老年人和年輕人出汗能力的研究數據，並遵循物理定律來預測熱量如何在身體和環境之間傳遞。
「事實上，他們結合了生理學，而很少有模型能做到這一點，而且做得很好——我認為這使它成為目前最好的模型，」肯尼說，他曾與傑伊合作進行其他研究。
大多數身體對熱反應的模型都集中在陰涼處的年輕、健康的人。但傑伊和他的團隊的模型估計了不同年齡層以及人們休息或運動時在陰涼和陽光下的生存極限。在他們的結果中，他們估計年輕人的 WBT 生存極限為 26 °C 至 34 °C，老年人的 WBT 生存極限為 21 °C 至 34 °C。
「該模型的關鍵優勢在於其靈活性和能夠輕鬆評估這些不同場景的能力，」Meade 說。
不出所料，該模型表明，與在陰涼處相比，暴露在陽光下的人的生存極限較低，而且 65 歲以上的人與 18-40 歲的人相比，生存極限較低。團隊還使用該模型來定義宜居性限制，即老年人和年輕人可以安全地執行辦公桌工作、步行、爬樓梯、跳舞和舉重等任務的條件。米德表示，儘管模型具有優勢，但仍需要在人體中進行進一步測試。
為了做到這一點，傑伊的團隊首先將健康的年輕人們暴露在氣候室中的溫度和濕度組合中，同時監測他們的核心體溫、心率和出汗等變量，直至達到一個溫度閾值，高於該溫度閾值將是不安全的。
全球暖化導致暖化動物熱故障率急遽上升
在未來的試驗中，研究人員計劃測試不同年齡層和運動期間身體在陰涼和陽光照射條件下對熱量的反應。他們將利用這些試驗的數據來改進模型，從而為高溫高風險族群制定更好的健康建議。
該實驗室的另一個重點是尋找有效的冷卻策略，涉及模仿熱量會影響工人健康的環境條件。在一項試驗中，傑伊的團隊正在測試冷卻策略，該策略可以幫助孟加拉服裝廠的工人，那裡的人們通常在炎熱的氣候下長時間工作，幾乎沒有空調。
研究人員先前測量了首都達卡一家服裝廠三層樓的熱量和濕度。 「我們在房間裡重現了這些條件，以及人們所做的工作——女人做縫紉，男人做熨燙，」他說。試驗參與者穿著工廠工人通常穿的衣服。
Jay 表示，在大約 240 次氣候室試驗中，該團隊測量了人們的身體功能和工作效率，「因為問題之一是人們在變熱時會放慢速度」。科學家測試了使用風扇和定期飲用水等冷卻方法，並模擬了改變工廠屋頂顏色的效果。研究人員計劃將他們的結果提交給期刊。
傑伊的團隊還探索了電風扇和皮膚濕潤如何在不同的熱量和濕度組合下影響老年人的心臟緊張。研究人員發現，在潮濕條件下，空氣溫度至少為 38 ℃ 時，使用風扇可以減輕心臟疲勞。但在乾熱的情況下，使用風扇會增加心臟負擔。無論是在乾熱或濕熱的情況下，潤濕皮膚都是有益的。
米德說：“確定常見的降溫策略（例如使用風扇和用水澆濕皮膚）在什麼情況下最有效，對於保護公眾健康至關重要。”
低技術冷卻，在這個日益充滿敵意的世界中保護人們的健康
傑伊和他的同事已經推廣了一種為嬰兒車裡的嬰兒降溫的方法。 「在炎熱的天氣裡，人們會用這些白色的平紋細布遮蓋嬰兒車，但對於這是好事還是壞事卻存在很多爭議，」他說。在 2023 年的一項研究中，研究團隊發現乾燥的白色平紋細布可以將嬰兒車加熱超過 2.5°C，但潮濕的嬰兒車冷卻效果最佳。 「它從嬰兒車內部提取潛熱能，使其溫度降低約 5°C，」他說。
印度瓦拉納西一名男子因中暑而接受治療，該地自五月以來一直經歷酷暑。
這項研究引起了媒體的關注。 「非常酷的是，兩週後，我在我住的地方走來走去，我開始看到父母拿著噴霧瓶推著他們的白色平紋細布布，」他說。
該團隊還幫助塑造了由 Google Chrome 瀏覽器為其全球用戶發布的全球高溫警報系統。 「如果它知道你在哪裡，並且熱量超過一定閾值，那麼你就會收到極端高溫警告，」他說。此警報提供降溫提示，例如每小時喝一杯水以及弄濕皮膚和衣服。
明年，傑伊的實驗室將追蹤高溫如何影響孟加拉孕婦的出生結果和孕產婦健康。他正在尋求資金，以在印度炎熱季節進行降溫策略的隨機對照試驗。
傑伊的最終目標是在這個日益充滿敵意的世界中保護人們的健康。 「當我第一次來到雪梨時，我基本上受到了很大的降級——那裡有一個舊的會議廳，運行得不太好，而且我有大約 16,500 澳元的啟動資金，」Jay 說。 “我們非常幸運能夠引入一些良好的資金，並在這一領域取得一些良好的進展。”