TEMPERATURA AERULUI

TEMPERATURA AERULUI

Temperatura aerului reprezinta cel mai important factor climatic de influenta asupra comportamentului uman deoarece variatia acesteia determina reactii fiziologice care stimuleaza sau, dimpotriva, limiteaza capacitatea de efort a organismului, impunand ample diferentieri ale randamentului energetic. In mod normal, organismul uman este inzestrat cu un sistem propriu de reglare termica care face ca acesta sa aiba o temperatura interna constanta (370,5C), permitandu-i sa efectueze activitati motrice independente de temperatura ambientala (homeotermie).

Mecanismul termoreglarii umane functioneaza pe principiul termostatului, controland permanent abaterile temperaturii interne fata de pragul fiziologic de referinta: 37C in zona centrala interna si 35C in zona periferica cutanata. Orice variatie a temperaturii externe face ca senzorii termici specializati (corpusculi Krause reactioneaza la rece, iar corpusculii Ruffini reactioneaza la cald), repartizati uniform pe intreaga suprafata corporala (desi densitatea lor este relativ mai mare pe pielea de pe fata si maini), sa emita semnale nervoase care sunt transmise prin neuronii termoreglarii (fibre amielinice neincapsulate) catre centrii nervosi de profil localizati in hipotalamus. Acestia integreaza si prelucreaza informatiile referitoare la nivelul termoreceptiei, comparandu-le cu o valoare de consemn. In urma acestui proces se naste un 'semnal de eroare' care activeaza centrii de comanda ai diversilor efectori fiziologici (sistem secretor sudoripar, circulatia periferica cutanata, metabolism bazal), permitand aducerea temperaturii corporale la valoarea stabila de referinta (Fig. 26). In aceasta situatie, organismul uman se afla in zona de neutralitate termica, in care intreaga cantitate de caldura produsa prin procesele metabolice oxidative este absorbita de mediul aerian inconjurator, fara a fi necesara interventia mecanismelor de termoreglare.

Fig. 26. Mecanismul termoreglarii umane.

In realitate insa, s-a constatat ca intensitatea potentialului energetic al arderilor metabolice interne depinde de variatia temperaturii ambientale. Astfel, la o temperatura a aerului de 30C, capacitatea energetica a organismului se ridica la valori de 60 W/m² de suprafata corporala/C de temperatura; la temperatura ambientala de confort termic (22,5C) aceasta nu depaseste 13W/m²/C, iar la frig, valoarea ei se reduce la un minim de 6W/m²/C, demonstrand ca, in ciuda caracterului sau homeoterm, organismul uman isi 'calibreaza' energia in functie de solicitarile termice externe.

Speculand aceasta relatie de influenta, unii oameni de stiinta au incercat chiar sa acrediteze ideea ca populatiile Globului se diferentiaza in functie de ansamblul conditiilor climatice (in care temperatura aerului joaca rolul esential) care le influenteaza randamentul fizic si intelectual. De exemplu, E.Huntington (1947) sustinea ca 'binecunoscutul contrast dintre popoarele energetice din partile cele mai progresiste ale zonei temperate si locuitorii inerti din zonele tropicale, sau chiar din unele zone temperate - cum ar fi Persia - se datoreaza in mare parte climei' Desigur ca asemenea afirmatie nu este pe deplin justificata din punct de vedere stiintific, ea reprezentand doar o ipoteza determinista. Dar nu mai putin adevarat este faptul ca, totusi, temperatura aerului constituie cel mai important factor climatic de influenta asupra fiziologiei umane, el modificand amplitudinea si tipul schimburilor calorice dintre organismul uman si mediul inconjurator.

In acest sens, cel mai important rol revine zonei centrale homeoterme, reprezentata prin cei doi centri nervosi pereche (cald-rece) de reglare termica din hipotalamus, care regleaza cuantumul productiei calorice obtinute in urma arderilor celulare oxidative. Prin urmare, in cazul in care temperatura corporala scade sub valoarea medie standard tolerata de organism (37C), se declanseaza mecanismul termogenezei care determina intensificarea arderilor metabolice in scopul prevenirii racirii extreme a organismului (valoarea sa termica minima fiind de +24C). Dimpotriva, in situatiile in care temperatura interna creste peste valoarea medie admisa (maximul atingandu-se la 40-41,5C), se activeaza mecanismul de termoliza care favorizeaza intensificarea transferului de caldura spre zona cutanata, si de aici, spre mediul extern.

Aparatul respirator are rol functional in cazul pierderilor externe de caldura prin respiratie. Cantitatea de caldura eliberata la nivelul epiteliilor pulmonare este cu atat mai mare cu cat ritmul respiratiei devine mai alert (acest proces fiziologic constituind sursa de inspiratie a popularei expresii 'cu limba scoasa de-un cot din cauza caldurii') si devine critica daca temperatura aerului scade la valori negative (apreciindu-se ca la -40C, pierderea calorica a plamanilor reprezinta 1/5 din pierderea totala). In aceasta situatie, efectuarea oricarui lucru mecanic determina cresterea volumului aerului inspirat, marind si mai mult ritmul respiratiei si cuantumul pierderilor calorice, care pot provoca leziuni pulmonare ireversibile.

Zona cutanata periferica (pielea) regleaza schimburile calorice cu exteriorul prin mecanisme de feed-back fiziologic, care-i permit continua evaluare a tolerantei termice a organismului. Ea indeplineste multiple functii, din care cele de tampon termic (impiedicand incalzirea sau racirea excesiva a nucleului central), conductor termic (facilitand transferul de caldura prin procese de conductie si convectie), comutator al stratului de tesut adipos (impunand eficienta termoizolatoare a acestuia) si organ efector al termolizei sunt cele mai importante.

Prin actiunea conjugata a celor trei elemente ale sistemului de termoreglare, caldura metabolica este mentinuta in limite fiziologice normale, in vederea asigurarii 'confortului termic' necesar intretinerii functiilor vitale ale organismului uman. Acest nivel corespunde zonei de neutralitate termica si se exprima printr-o ecuatie liniara de forma:

M +/- Cd +/- Cv R - E = 0 (conform H.J. Critchfield, 1974).

in care: M = cantitatea de caldura metabolica ;

Cd = transfer caloric extern prin procese de conductie,

Cv = transfer caloric prin procese de convectie,

R = transfer caloric prin procese de radiatie ;

E = schimb caloric prin evaporare.

Din aceasta rezulta ca nivelul neutralitatii termice se atinge doar atunci cand cantitatea de caldura metabolica este consumata integral in procesele de schimb caloric (prin conductie, convectie, radiatie si evaporatie) cu mediul extern (aerian). In acest caz, temperatura corporala atinge 37C la nivel rectal si 33-34C la nivelul epidermei, dar aceasta poate sa creasca sau sa scada in functie de valoarea productiei calorice interne, care poate fi superioara sau inferioara sumei celorlalte elemente ale bilantului termic.

Cel mai eficient proces de diminuare a nivelului termoproductiei este cel al evaporatiei apei de pe suprafata pielii (stiind faptul ca pentru evaporarea unui gram de apa se consuma cca 0,6 Kcal). Organismul uman amplifica ritmul evaporatiei prin intensificarea circulatiei sanguine periferice, exercitand un control maxim asupra mecanismelor de termoliza. Astfel, la temperatura ambientala de confort termic (22,5C) debitul circulator de la nivelul extremitatilor este de 0,5-1 ml/min./100 gr. tesut, in timp ce intr-un mediu cald (30C), debitul circulator creste la 80-100 ml/min./100 gr. tesut. Din nefericire insa, eficienta acestui proces de schimb caloric scade sensibil in cazul in care temperatura aerului coboara sub valoarea de 20C, umezeala atmosferica depaseste valori de 70%, iar viteza vantului se mentine sub 0,23 m/s.

Pentru compensare, efectul de 'racire' a organismului este preluat de celelalte procese de schimb caloric, care constituie sisteme complementare de control termic. De exemplu, se apreciaza ca, la valoarea standard a temperaturii interne (37C) pierderile calorice radiative ale organismului uman sunt de 80% in pozitie ortostatica, 50% in pozitie clinostatica si 60-65% in pozitie sezand, cu o intensitate medie de 5 Kcal/ora/m² de suprafata corporala.

Convectia poate constitui o modalitate eficienta de pierdere calorica numai daca aerul din jurul corpului uman se afla in continua miscare, conditie care nu poate fi respectata decat in zonele cu clima calda unde vestimentatia este sumara. Aceeasi conditie restrictiva apare si in cazul procesului de conductie, a carui eficienta se reduce apreciabil datorita rezistentei termice a vestimentatiei. Proportia de combinare a acestor procese fizice este prezentata in figura nr.27 care expune elementele bilantului termic ale unui barbat cu inaltimea de 1,75 m si greutatea de 70 kg, ce efectueaza un lucru mecanic de intensitate medie (L = 450 W) in diferite medii termice. Astfel, la temperatura ambientala de 15C, organismul uman isi mentine echilibrul termic numai prin procese de radiatie si convectie; la 25C pierderile calorice prin evaporare devin predominante; la 35C, mecanismele transportului caloric sunt anihilate, caldura acumulandu-se progresiv in organism, astfel incat la 40C, eficienta procesului de termoliza scade la mai putin de jumatate, existand pericolul aparitiei unor grave leziuni interne.

Fig. 27. Elementele bilantului termic al omului in diferite medii.

Insa nu in toate cazurile temperatura aerului constituie un indicator reprezentativ al reactivitatii termice a organismului uman. Reactiile individuale depind nu numai de elementele ecuatiei schimbului caloric, ci si de factori subiectivi care variaza amplu de la o persoana la alta pentru acelasi moment, sau de la un moment la altul pentru aceeasi persoana.

Temperatura perceputa in realitate de organismul uman este denumita 'temperatura efectiva' si constituie baza de determinare a starii termice a indivizilor in functie de suma conditiilor atmosferice prevalente.

Valoarea ei se calculeaza pe baza unor metode numerice sau grafice, in functie de actiunea dominanta a parametrilor meteorologici dintr-o anumita zona climatica. Astfel, pentru zonele cu clima calda si umeda se pot aplica formulele de calcul propuse de:

E.C. Thom (1974) -    TH = 0,4 (t_usc + t_um) + 4,8^oC,

in care TH = indexul temperaturii aparente; t_usc = temperatura masurata la termometrul uscat; t_um = temperatura indicata de termometrul umed;

- J.P. Besancenot (1990) - T_ef = t - [(0,55 - 0,055 x u)(t - 14,5)],

in care T_ef = temperatura efectiva; t = temperatura aerului; u = umezeala relativa a aerului.

Acestea permit calcularea temperaturii efective numai pe baza temperaturii si umezelii relative a aerului, pornind de la premisa ca, intr-un mediu cald, evaporarea apei de pe suprafata pielii tinde sa devina principalul proces fizic de racire a organismului. In acest sens, temperatura efectiva scade pe masura reducerii umezelii relative a aerului, care determina intensificarea ratei de evaporatie, si creste daca umezeala relativa atinge valori destul de ridicate (>70%) pentru ca procesul de evaporare sa-si piarda eficienta termoreglatoare. In acest caz, ca si atunci cand temperatura aerului devine negativa, valoarea temperaturii efective isi pierde forta de expresie daca se coreleaza numai cu nivelul temperaturii si umezelii relative a aerului, fiind necesara introducerea unui parametru meteorologic suplimentar - viteza vantului, care permite evaluarea starii termice a organismului uman tinand cont de rata conductiei calorice exterioare, a carei eficienta o depaseste, deseori, pe cea a evaporarii. In acest stadiu, metodele numerice de calcul a temperaturii efective devin total ineficiente, impunandu-se superioritatea celor grafice, care elimina orice restrictii de aplicabilitate si permit evaluarea starii termice a organismului uman in functie de conditiile generale ale atmosferei din orice regiune a Globului. Din acest motiv, pentru studiul de fata, a fost necesara utilizarea nomogramei 'ASHRAE Comfort Chart', elaborata de Societatea Americana a Inginerilor din domeniul Industriei Produselor de Incalzire, Refrigerare si Ventilatie (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers), care, datorita complexitatii sale (incluzand combinarea valorilor de temperatura a aerului, masurata la ambele termometre psihrometrice, cu cele ale umezelii relative si vitezei vantului), a permis reconstituirea particularitatilor fiziologice determinate de caracterele climatice specifice regiunilor tropicale si temperate.

In cel de-al doilea caz, metoda ASHRAE nu a putut fi aplicata decat pentru valorile termice extreme ale lunii iulie (considerata ca luna reprezentativa pentru anotimpul cald) deoarece conditia sa preliminara de utilizare este aceea ca temperatura aerului sa fie superioara temperaturii corporale de confort termic (14,5-15,5C). Prin urmare, prezenta metoda de calcul a temperaturii efective, alaturi de celelalte mentionate anterior, nu da rezultate in cazul regiunilor cu climat rece sau al anotimpului rece din regiunile cu climat temperat, asa cum, de asemenea, se estompeaza, pierzandu-si forta de expresie, pe fondul valorilor medii multianuale.

Un pas important in aceasta intreprindere l-a constituit fixarea sistemului de referinta, reprezentat prin evaluarea pragului fiziologic de 'confort termic', in functie de care s-au putut calcula limitele de variatie ale temperaturii efective. In acest scop, s-a pornit de la premisa ca, in fapt, zona de confort termic pentru un grup de oameni reprezinta media zonelor individuale de confort ale tuturor membrilor grupului (care prezinta diferentieri determinate de varsta, starea de sanatate, tipul activitatilor fizice efectuate, factorilor psihologici si experientei climatice trecute ale acestora), ceea ce invalideaza solutia alegerii unui prag unic de referinta.

Prin urmare, datorita faptului ca reactia normala de grup reflecta nu numai suma reactiilor individuale, ci si starea medie a climei locale, s-a stabilit ca pragul de confort termic sa fie cuprins intre valorile de 14,5-15,5C ale temperaturii efective, echivalente celor de 18,5-19,5C si 22,5-23,5C ale temperaturii aerului masurata la termometrul umed si, respectiv, uscat. Sub aceste valori globale de confort termic predomina disconfortul hipotermic, iar deasupra lor, se instaleaza oboseala hipertermica.

Avand in vedere aceste elemente, constatam ca, nu intamplator, temperatura efectiva reprezinta un factor de reglare a repartitiei spatiale a populatiei, reflectand tendintele comportamentale de grup. In cazul continentului african, se observa ca, datorita pozitiei sale geografice intre cele doua tropice, (Fig.28) valorile temperaturii efective depasesc pragul zonei de confort termic atat in ianuarie (stanga), cat si in iulie (mijloc), ceea ce face ca, in ansamblu, populatia acestui continent sa fie supusa unui permanent stress hipertermic. Cu toate acestea, se pot remarca unele diferentieri regionale de la un sezon la altul. Astfel, daca partile central-sudice prezinta valori anuale relativ constante, mentinandu-se in limitele zonei de confort termic, celelalte regiuni prezinta adevarate riscuri climatice prin stress hipotermic (regiunea Maghreb, zona central-sahariana si coasta namibiana in ianuarie; Podisul Transvaal in iulie) sau hipertermic (regiunea subsahariana si ecuatoriala). Totodata, se individualizeaza regiuni care, intr-un anotimp, se mentin in limitele zonei de confort termic, iar in celalalt, prezinta riscuri termice a calore. Acesta este cazul platourilor vulcanice din zona riftului est-african care, datorita etajarii elementelor climatice, prezinta valori moderate ale temperaturii efective (16-18C) in timpul lunii iulie, dar expun serioase abateri pozitive (21-24C) in timpul lunii ianuarie, datorita inversarii tiparului de actiune a alizeelor. Coroborand aceste aprecieri legate de potentialul 'termo-fiziologic' al spatiului african cu cele referitoare la repartitia spatiala a populatiei (Fig.28 - dreapta), constatam ca, in majoritatea regiunilor, limitele de variatie ale temperaturii efective au determinat structurarea categoriilor de densitate a populatiei.

Fig. 28. Temperatura efectiva a aerului in Africa (in luna ianuarie - stanga; si iulie -mijloc)

si repartitia geografica a populatiei (dreapta).

In cazul regiunilor situate la latitudini medii, in care temperaturile efective nu se pot calcula decat pentru lunile de vara, cand temperatura aerului este superioara celei fiziologice de confort termic (14,5-15,15,5C), criteriul evaluarii comportamentului de grup pe baza starii sale termice permanente isi pierde partial valabilitatea datorita modificarilor introduse de factorii culturali (vestimentatie, tip arhitectural, etc.). In aceasta situatie, prin reducerea scarii de reprezentare se pot anula efectele de obscurizare, intarind veridicitatea principiului de influenta.

De exemplu, analizand harta izotermelor efective intocmita, pentru teritoriul Romaniei, pe baza valorilor medii lunare (iulie) ale temperaturii aerului, umezelii relative si vitezei vantului din intervalul 1896-1990, observam, fara surprindere, ca zona de maxim confort termic corespunde regiunilor de deal din cuprinsul Subcarpatilor si Podisului Transilvaniei (Fig. 29). Izoterma de 13C delimiteaza, in general, spatiul montan, in care se individualizeaza si areale restranse, cu valori de 11C, ce corespund principalelor masive carpatice care depasesc 1.800 m inaltime (Muntii Rodnei, Ceahlau, Bucegi, Fagaras, Parang). In aceasta categorie nu intra si Muntii Apuseni care, pe de o parte, prezinta altitudini mai reduse, iar pe de alta parte, datorita expozitiei lor vestice, suporta influentele moderatoare ale maselor de aer oceanice.

In Transilvania, valorile temperaturii efective, desi se incadreaza in limita confortului termic, sunt mai atenuate decat cele din zona subcarpatica sau a dealurilor de Vest datorita efectului de adapost "climatic" creeat de arcul capatic din jur. Valorile cresc insa treptat, in exteriorul Carpatilor, pe masura descresterii altitudinii reliefului.

Astfel, daca in Campia de Vest, partea centrala a Campiei Romane si Podisul Central Moldovenesc valorile temperaturii efective se ridica pana la 17C, delimitand pragul senzatiei fiziologice de climat "cald", in partea de sud-vest (Banat) si sud-est a tarii (Baragan), se ating valori de 18-19C, caracteristice unui mediu "foarte cald", care impune un accentuat stress hipertermic. Pe litoralul Marii Negre, sub unfluenta moderatoare a brizei de mare, care bate cu regularitate in timpul zilei, valorile temperaturii efective scad brusc spre limita zonei de confort.

Fig. 29. Repartitia temperaturii efective a aerului in Romania, in cursul lunii iulie (1896-1990).

Cu toate acestea, desi in timpul verii teritoriul Romaniei prezinta nete avantaje bioclimatice, scara favorabilitatii conditiilor climatice (S. Ciulache, 1979) se modifica substantial in lunile de iarna sau in regim mediu anual. Data fiind prevalenta temperaturii negative a aerului (-6 - 8C in zona de munte si -2 -3C in regiunile de campie) din cursul lunii ianuarie, suntem nevoiti sa renuntam la modelul de evaluare a starii termice a populatiei pe baza temperaturii efective, introducand un nou index fizio-climatic care prezinta suma medie zilnica a numarului de grade (Celsius) necesare incalzirii, in regim mediu multianual, a aerului de deasupra teritoriului Romaniei, pentru a atinge valoarea standard de confort termic (18,5C pentru temperatura masurata la termometrul umed si 22,5C pentru termometrul uscat).

Termenul "suma grade-incalzire", intens utilizat in domeniul ingineriei termice, se exprima prin suma medie anuala (semestriala sau lunara) a diferentelor zilnice dintre temperatura aerului si temperatura de confort termic, si ilustreaza sugestiv "deficientele" climatice ale unui anumit teritoriu. Animati de curiozitatea de a descoperi amplitudinea limitelor sale de variatie deasupra teritoriului Rmaniei, ne-am asumat sarcina calcularii valorilor medii multianuale ale sumei grade-incalzire pentru intervalul 1896-1990 si elaborarii hartii distributiei lor spatiale (Fig. 30). Analizand-o cu atentie, constatam ca cele mai mici valori (4.000C/an) se intalnesc in regiunile joase de campie, din vestul si sudul tarii, care, datorita potentialului lor termic mai ridicat (temperaturi medii anuale >11C) nu prezinta riscuri de stress hipotermic. In schimb, in regiunea carpatica, datorita scaderii altitudinale a temperaturii aerului, valorile sumei grade-incalzire se ridica la 8.000-9.000C/an, individualizand extinse areale cu restrictii termice, contraindicate din punctul de vedere al starii de confort fiziologic. In aceste arii de risc hipotermic, populatia a adoptat un comportament cultural protector, prin dezvoltarea unui stil arhitectural specific si a unei vestimentatii adecvate.

Fig. 30. Media anuala a sumei grade-incalzire a aerului pe teritoriul Romaniei (1896-1990).

Cu toate ca organismul uman functioneaza la parametrii sai optimi numai in conditii de confort termic, care nu impun restrictii functionale proceselor fiziologice vitale, el este capabil sa suporte stressul extremelor termice, prin dezvoltarea unor reactii specifice de adaptare.

7.1. Comportamentul a frigore este reprezentat de mecanismul fiziologic menit sa asigure protectia organismului uman impotriva temperaturilor ambientale reduse, care tind sa-i diminueze capacitatea de lucru. In aceasta situatie, centrii nervosi plasati in partea posterioara a hipotalamusului, unde se afla centrul de reglare a temperaturii corpului in timpul expunerii la frig, emit semnale nervoase care, transportate prin intermediul unor agenti biochimici din constitutia sistemului nervos simpatic, declanseaza:

- vasoconstrictia periferica generala, care determina cresterea izolarii termice a zonei cutanate exterioare si reducerea transferului convectiv de caldura metabolica, prin diminuarea vitezei fluxului sanguin interior.

- scaderea volumului sanguin aflat in circulatia sistemica impune modificari circulatorii radicale, prin cresterea hemoconcentratiei si redistribuirea sangelui spre organele termoproductive (ficat, muschi).

- intensificarea productiei de caldura din muschi (cu 50%), ficat (cu 25%) si tesut adipos (cu 10%).

- reducerea activitatii glandelor sudoripare si contractia muschilor piloerectori in vederea micsorarii suprafetei pielii pentru diminuarea pierderilor de energie prin radiatie, conductie si convectie.

- cresterea consumului general de oxigen (35-150% in muschi, 12% in ficat) in vederea intensificarii travaliului oxidativ celular care furnizeaza organismului cantitati suplimentare de caldura.

- intensificare metabolismului energetic (al lipidelor care determina ritmul optim al termoproductiei.

Prin expunerea intr-un mediu hipotermic, organismul uman, dotat cu mecanisme complexe de aparare si control, dezvolta reactii specifice, prin intensificarea termogenezei si sporirea izolarii termice a corpului, in vederea compensarii pierderilor calorice externe.

Termogeneza reprezinta mijlocul cel mai eficient de lupta impotriva frigului, prin sporirea productiei interne de caldura. Ea se realizeaza prin contractia musculara involuntara (frisonul) sau voluntara (exercitiul fizic).

Reactia de termoreglare prin contractia musculara involuntara (frisonul) este reflexa si se desfasoara in doua etape: reflexul de protectie, care consta in contractia reflexa a vaselor sanguine din muschii membrelor si limitarea alimentarii lor cu oxigen si glicogen care, prin reflexul energetic, sunt dirijate spre grupele de muschi aflate in contractie de repaus, pentru a preveni amortirea acestora. In timpul acestor reactii se degaja o putere energetica de numai 400 W, menita sa asigure functionalitatea energetica minimala a principalelor procese fiziologice, in detrimentul componentelor aparatului locomotor, care vor inregistra efecte legate de scaderea generala a acuitatii miscarilor, limitarea vitezei de reactie, diminuarea capacitatii de coordonare a grupelor de muschi si reducerea vitezei de alternare dintre timpii de contractie si cei de repaus. Prin actiunea inhibitiva a frigului, organismul uman este privat de functiile sale locomotoare esentiale, fiind silit sa accepte conditia diminuarii capacitatii sale de lucru.

Pe plan social, acest fapt are o importanta deosebita deoarece grupele de profesii bazate pe activitati fizice in aer liber (constructii) trebuie sa accepte un "calendar termic", in functie de care sa-si dozeze intensitatea efortului si ritmul productivitatii. In activitatea sportiva, masurile de prevenire a efectelor hipotermice se refera la: reglarea temperaturii ambientale in timpul antrenamentului si concursurilor (20-22C pentru alergare pe distante medii si 22-26C pentru alte probe de atletism); incalzirea indelungata a musculaturii prin gradarea intensitatii antrenamentului (gimnastica) si adoptarea unei tinute vestimentare corespunzatoare (trening si ciorapi-pantalon) care sa nu afecteze amplitudinea si viteza miscarilor (sprint, alergari).

Puterea energetica vitala se poate insa mari sensibil prin contractia musculara voluntara (exercitiul fizic). Astfel, daca in stare de repaus, un om de 70 kg poate degaja o putere energetica de 80-100 W, in timpul unui exercitiu fizic cu efort maxim, aceasta poate creste la 1.000 W, din care 80-90% sunt convertite in caldura. Privind lucrurile din acest punct de vedere, observam ca acest procedeu poate imbunatati randamentul uman, motiv pentru care, in conditii de stress hipotermic, se recomanda intensificarea activitatilor fizice grele. Acesta este rationamentul conform caruia sportivii sunt supusi unor antrenamente de 10-14 zile inaintea competitiei, la temperaturi mai mici cu cateva grade decat cele anticipate pentru concurs.

Al doilea mecanism de prevenire a scaderii temperaturii corporale, ca urmare a expunerii a frigore, consta in amplificarea izolarii termice a organismului, prin modificarea sistemului de circulatie a sangelui din tesuturile celulare subcutanate. Pe de o parte, frigul determina vasoconstrictia periferica, prin diminuarea debitului sanguin (de la 20 ml/min./100 gr. tesut pentru temperatura de confort termic de 18,5 sau 22,5C, la 1 ml/min./100 gr. tesut pentru temperatura de -10C), iar pe de alta parte, impune reducerea conductivitatii termice a tesuturilor cutanate (de la 10-13 la 5-6 W/m² de suprafata corporala). In general, indivizii grasi manifesta o toleranta mai mare la frig deoarece greutatea lor corporala mai mare intretine un nivel ridicat de productie calorica, iar tesutul adipos suplimentar amplifica efectul termoizolant.

In cazul in care, cele doua mecanisme specifice de termoreglare impotriva frigului nu au randamentul necesar sau, din cauza unor deficiente fiziologice, se desfasoara defectuos, organismul uman este expus unor riscuri termice cu efecte ireversibile.

In primul rand, datorita alimentarii sanguine deficitare si a intensificarii pierderilor calorice conductive, partile corporale expuse prezinta riscul aparitiei degeraturilor. Acestea apar, cel mai frecvent, in cazurile in care vaporii de apa, acumulati pe suprafata pielii in urma proceselor de transpiratie, condenseaza brusc, determinand scaderea rapida a temperaturii zonei expuse. In studiul efectuat in acest sens de Ove Wilson in timpul expeditiei suedezo-britanica din Antarctica, in 1949-1952, se arata ca degeraturile se datoreaza nu numai temperaturii scazute a aerului, ci si efectului adjuvant produs prin intensificarea vantului si spulberarea zapezii. Dintr-un numar total de 69 de cazuri de degeraturi inregistrate in acest interval, nici unul nu s-a produs la temperaturi exterioare mai mari de -8C, dar la -30C, riscul devine permanent. In intervalul termic dintre cele doua valori, degeraturile se datoreaza, in exclusivitate, valorilor ridicate ale vitezei vantului, care trebuie sa depaseasca pragul de 10 m/sec. Repartitia riscului in timpul unui an austral arata ca acesta este posibil in 30% din numarul total de zile din luna martie si 10% in lunile noiembrie si februarie. In lunile de iarna iunie - iulie, diminuarea activitatilor in aer liber a determinat scaderea numarului de cazuri de degeraturi (Ove Wilson, 1963).

Un caz particular de degerare, care se poate produce la temperaturi exterioare de +0 + 10C, este reprezentat de faimosul sindrom Pojlus (= "rau de transee"). In aceasta situatie nu numai frigul si umezeala accentuata a aerului, ci si compresiunea prelungita a incaltamintei a determinat aparitia degeraturilor, iar starea psihica de disconfort a accentuat nevroza termica, favorizand inghetarea unor extinse portiuni de pe suprafata corpului. Acest sindrom a facut numeroase victime in randul soldatilor care au luptat in timpul campaniilor napoleoniene din Rusia (1812) sau in primul razboi mondial (1914-1918).

Expunerea prelungita la frig poate determina dereglarea ireversibila a bilantului termic al organismului uman, prin instalarea hipotermiei. Daca temperatura corporala scade sub limita pragului intern minim admis (37C), organismul incepe sa reactioneze violent: frisoanele dobandesc intensitate maxima, functiile fiziologice se degradeaza si scade vointa de a supravietui, favorizand instalarea starii de epuizare fizica (de altfel, autopsiile efectuate pe subiectii morti prin inghetare au demonstrat lipsa totala a substantelor energetice din ficat). Majoritatea subiectilor isi pierd constiinta atunci cand temperatura lor interna coboara la 31C, iar la 30C manifesta rigiditate musculara. Din acest moment, prin acumularea dioxidului de carbon in sange, apar tulburari ale ritmului cardiac, in urma carora inima isi inceteaza travaliul. Moartea intervine atunci cand temperatura interna scade sub 24C.

7.2. Comportamentul a calore se refera, in sensul strict al fiziologiei climatice, la aclimatizarea organismului prin expunere intr-un mediu hipertermic. Surplusul de caldura primit de organism poate avea origine externa, cand temperatura aerului creste peste valorile standard de "confort termic", sau cand efectul sau se combina cu cel al altor parametri meteorologici (umezeala aerului, viteza vantului, etc.); sau interna cand excedentul caloric produs in urma efectuarii unui lucru mecanic nu se mai poate evacua eficient in mediul extern. Si intr-un caz, si in celalalt, organismul uman expune adaptari specifice care-i controleaza potentialul caloric.

Mecanismul fiziologic de reactie a calore cuprinde un set de reactii in lant, declansate de impulsurile nervoase emise de centrii nervosi localizati in partea anterioara a hipotalamusului:

- termoconductivitatea tesuturilor cutanate determina destinderea muschilor piloerectori, in vederea maririi suprafetei pielii, pentru intensificarea pierderilor calorice prin radiatie, conductie si convectie.

- vasodilatatia periferica determina cresterea volumului circulant al sangelui la nivelul pielii (atingand 12% din debitul cardiac).

- cresterea debitului circulator periferic impune modificari circulatorii sistemice: cresterea frecventei cardiace (150-180 batai/min. in loc de 100-120/min.); scaderea presiunii arteriale (cu 10-20 mm Hg fata de starea de repaus).

- intensificarea circulatiei sistemice favorizeaza accelerarea transportului de caldura spre zona interna, provocand vasoconstrictia viscerala (pulmonara, hepatica) pentru limitarea productiei calorice.

- hipertermia centrala determina sporirea activitatii glandelor sudoripare, in vederea intensificarii pierderilor calorice prin evaporare.

- la nivelul sistemului nervos central se inregistreaza un efect sedativ.

Pentru a preveni efectele hazardante ale expunerii a calore, organismul uman dispune de doua eficiente modalitati de adaptare termica. Primul procedeu fiziologic de diminuare a productiei calorice metabolice este termoliza care, pe de o parte, prin intermediul sistemului endocrin, limiteaza productia energetica a organelor interne specializate in acest scop (ficat, plamani, muschi). Din aceasta cauza, ritmul reactiilor metabolice scade constant pana cand excedentul caloric acumulat in organism este eliminat, prin evaporare, in mediul extern. Prin urmare, solicitarea prin hipertermie scade vizibil capacitatea de efort a organismului, care nu mai este apt pentru a depune un efort fizic de durata.

In activitatea sportiva, aceste elemente "termice" de conduita stau la baza planificarii tipului de efort ce urmeaza a fi depus in cadrul competitiilor. Astfel, daca valorile ridicate ale temperaturii aerului favorizeaza probele in regim de viteza sau forta exploziva (sprint, aruncari, sarituri etc.), ele impun restrictii severe celor de rezistenta (maraton), prin intensificarea sudatiei (3-4 l/ora). Efectele inhibitive nu pot fi anulate decat printr-o aclimatizare prealabila de 5-7 zile, cand sportivii sunt supusi unor antrenamente gradate, desfasurate la temperaturi superioare celor anticipate pentru perioada competitiei.

Transpiratia (sudatia) constituie al doilea mijloc de combatere a incalzirii excesive a corpului. Aproximativ doua milioane de glande specializate asigura o productie sudorifica de 600-800 gr./ora care, pentru mentinerea echilibrului termic al organismului, intretine ritmul activ al proceselor de evaporatie. In stare de repaus complet, transpiratia se evapora eficient chiar si la temperaturi ambientale de 45C, cu conditia ca viteza vantului sa depaseasca 1 m/sec.; dar in cazul unei activitati fizice, eficienta ei scade la pragul termic de 27C. In acelasi timp, prin intensificarea proceselor de evaporare a transpiratiei, organismul uman va resimti, prin deshidratare, si o pierdere hidrica si minerala corespunzatoare (Fig. 31). Astfel, la temperaturi ambientale de peste 30C gradul de deshidratare a organismului creste in functie de intensitatea lucrului mecanic efectuat de acesta, existand riscul producerii unor grave dezechilibre electrolitice si calorice.

Fig. 31. Nevoile cotidiene de apa ale organismului uman.

In ansamblu, amploarea consecintelor hipertermiei depinde, in exclusivitate, de durata expunerii a calore si de gradientul schimbului caloric dintre organismul uman si mediul inconjurator.

Mai intai, sincopa de caldura, datorata cresterii afluxului sanguin spre zona cutanata periferica, in detrimentul circulatiei cerebrale, se manifesta prin ameteli, greturi, lesin; dar efectul ei poate fi anulat daca subiectul doarme intr-o incapere climatizata sau efectueaza bai reci.

Deshidratarea excesiva se instaleaza ca urmare a pierderii, prin evaporare, a unei cantitati insemnate de apa din organismul uman. Gravitatea acesteia este evaluata in functie de pierderea in greutate (%) a corpului, astfel incat o deshidratare de 2% este tolerata, dar mentine senzatia de sete nepotolita; o deshidratare de 4% determina o oboseala accentuata, cu semne de iritabilitate emotionala prin apatie sau agresivitate; la o deshidratare de 6% apare senzatia de epuizare fiziologica; iar la 8% se produc confuzii mentale. Pragul fiziologic maxim admis corespunde unei deshidratari de 15% care provoaca moartea. In conditiile unei totale lipse de apa, acesta poate fi atins dupa 10 zile in regiunile temperate si 15 ore in cele desertice.

Un caz particular de deshidratare il reprezinta sindromul de declorurare care se datoreaza pierderilor minerale excesive din timpul transpiratiei. Acesta are efecte reversibile in cazul refacerii fondului hidric al organismului, prin ingerarea unor cantitati suplimentare de lichide (4-8 l/zi). In cazul nerespectarii acestei conditii, echilibrul hidrosalin al organismului va fi grav afectat prin eliminarea excesiva a sarurilor de Na, K, Ca, Mg care au fost extrase din circuitul functional. Tradat de aparitia crampelor musculare, procesul de declorurare evolueaza fulgerator prin intensificarea ritmului varsaturilor, care determina scaderea generala a apetitului, favorizand pierderea in greutate si, in ultima instanta, moartea. Efectele sale negative nu pot fi prevenite decat prin administrarea fortata a unei doze suplimentare de sare (10-15 gr./zi) care va remedia dezechilibrul electrolitic bazal metabolic).

In sfarsit, socul de caldura (hipertermia) se dezvolta atunci cand organismul uman nu mai este capabil sa-si mentina echilibrul caloric, datorita cresterii excesive a temperaturii aerului. Dereglarea sistemelor fiziologice de control termic determina cresterea neobisnuita a temperaturii interne, blocand pierderile calorice prin evaporatie. In acest stadiu, subiectul devine inconstient, iar daca nu se iau masuri eficiente de racire a corpului sau prin aplicarea de bai reci sau administrarea de droguri, temperatura sa interna poate creste pana la 42C, cand intervine moartea.

7.3. Stressul termic exprima o suma de reactii psihologice prin care indivizii reactioneaza, in functie de factori subiectivi (cum ar fi varsta, sexul, experienta climatica anterioara), la actiunea temperaturilor extreme. O ipoteza indrazneata sustine ca nivelul stressului termic ar putea fi determinat nu numai de suma conditiilor obiective care impun o anumita stare fiziologica, ci si de tipul personalitatii. In acest sens, trebuie sa invocam ineditul experiment efectuat, in 1958, pe un lot de 70 militari americani, prin care B.J. Fine si H.F. Gaydes demonstreaza ca capacitatea de reactie termica a omului este influentata a priori de tipul sau temperamental. Dupa ce au fost supusi unor teste de personalitate, cei 70 de soldati au fost inchisi, timp de 30 de minute, intr-o camera in care temperatura ambientala nu depasea 21,5 C, iar viteza simulata a vantului era de 5 m/sec. La sfarsitul experimentului s-a masurat timpul in care temperatura interna a subiectilor a revenit la normal (35C pentru suprafata cutanata), constatandu-se ca timpul de reactie al indivizilor cu personalitati extreme a fost mult mai lung decat al celor cu personalitate echilibrata.

Desi nu are valoarea unei axiome biologice, acest comportament psihologic a constituit deseori baza stabilirii criteriilor de selectie a voluntarilor pentru misiunile din zonele climatice de risc. De exemplu, avand in vedere starea nevrotica permanenta datorata nivelului extrem de solicitare climatica a desertului african, Maresalul Erwin Rommel a gasit de cuviinta ca toti soldatii germani inrolati in Afrikakorps, in timpul celui de-al doilea razboi mondial, sa detina o personalitate defensiva si un body-build mediu, pentru a minimaliza efectele "psihozei termice".

Constatand ca orice insusire psihica exagerata descreste reactivitatea termica a omului, Manfred Curry a distins doua tipuri psihologice: K (kalt = rece (germ.), caracteristic indivizilor introvertiti, cu personalitate defensiva si predispozitii spre activitati intelectuale; si tipul W (warm = cald (germ.), caracteristic indivizilor extrovertiti, superficiali, cu un comportament impulsiv si preferinte pentru o viata sociala eterogena. Majoritatea acestora din urma sunt meteorolabili, hipersensibili la schimbarile de temperatura, irascibili etc., manifestand frecvente schimbari de dispozitie. Uneori, datorita solicitarilor climatice extreme, acestia pot manifesta comportamente agresive, reprezentate prin sinucideri, infanticide, crime, violuri etc., care isi pierd baza de argumentare rationala, atribuindu-se "crizei hormonale" cu etiologie termica. Studiile efectuate in acest sens in tarile scandinave au aratat, de exemplu, ca la sfarsitul iernii, datorita epuizarii fiziologice din timpul lungii ierni polare, cea mai mare parte a populatiei manifesta semne de labilitate psihica, sau inconsecventa comportamentala, asigurand fondul favorabil cresterii fenomenelor infractionale. De asemenea, in tarile Europei mediteraneene, numarul accidentelor rutiere creste considerabil in timpul perioadelor cu vreme caniculara, datorita efectelor psihice divergente produse de starea hipertermica.