이 기사는 과학과 극심한 더위에 대한 특별 보고서의 일부입니다. 극심한 더위가 신체에 미치는 영향 , 기후 변화가 건강 문제를 심화시키는 방식 , 그레이트 배리어 리프의 기록적인 온난화에 대해 읽어보세요 .

2019년 생리학자 올리 제이는 오늘날과 미래의 더위를 시뮬레이션할 수 있는 챔버를 설계하기 시작했습니다 . 18개월 후, 200만 호주 달러(130만 미국 달러)의 구조물이 지어졌고, 호주 브리즈번에서 포장되어 시드니 대학교까지 1,000km를 운전하여 반짝이는 유리 건물의 최상층으로 들어 올려졌습니다. 이제 제이를 포함한 연구자들은 이를 사용하여 극심한 더위에서 인간이 생존할 수 있는 한계를 테스트하고 있는데 , 이는 놀랍게도 잘 이해되지 않았습니다.

도시는 사람들을 극심한 더위로부터 보호해야 합니다.

시드니 대학교의 열과 건강 연구실을 지휘하는 제이는 "문제는 오늘날 뜨겁게 들리는 이런 조건이 있지만, 그것이 사람들에게 실제로 어떤 영향을 미칠지 모른다는 것입니다."라고 말합니다. 그는 "이러한 조건을 시뮬레이션하고 사람들을 주의 깊은 의학적 감독 하에 노출시키면 사람들이 어떻게 반응하는지에 대한 생리학적 특성을 더 잘 이해할 수 있습니다."라고 말합니다. 제이의 팀은 또한 열 노출의 건강 위험을 줄이는 데 가장 효과적인 냉각 전략이 무엇인지 탐구하고 있습니다.

기후 변화가 지구를 더운 곳으로 만들 면서 , 폭염이 전 세계 날씨 보고서의 정기적인 특징이 되었습니다. 지난달, 세계에서 가장 더운 날의 기록이 두 번이나 깨졌고, 유엔은 취약 계층, 근로자, 경제가 과학을 사용하여 대처할 수 있도록 돕기 위해 극심한 더위에 대한 조치를 취할 것을 전 세계적으로 촉구했습니다. 전 세계 노동력의 약 70%, 즉 24억 명이 현재 극심한 더위에 대한 높은 위험에 처해 있다고 밝혔습니다.

그럼에도 불구하고 고온에 대처하는 방법에 대한 대중의 조언은 부족하고 사람들이 효과적으로 스스로를 식힐 수 있는 방법은 제대로 연구되지 않았습니다. 펜실베이니아 주립 대학교 University Park의 생리학자인 래리 케니는 "미국 질병통제예방센터, 세계보건기구와 같은 존경받는 기관의 열 권고를 살펴보면 인체 생리학에 관한 오류가 가득합니다."라고 말합니다.

시드니 대학의 연구원들은 기후실에서 열이 임산부에게 어떤 영향을 미치는지 모니터링합니다. 출처: 시드니 대학/Stefanie Zingsheim

열의 방

제이의 팀은 최첨단 기후실을 사용하여 열이 생명을 위협하는 조건을 조사하고, 어떻게, 그리고 시원함을 유지하는 실용적이고 증거 기반의 방법은 무엇인지 알아내고 있습니다.

챔버는 4m x 5m 크기의 방입니다. 연구자들은 1분마다 온도를 1°C씩 올리거나 내릴 수 있습니다. 5°C에서 뜨거운 55°C까지, 풍속을 제어하고 적외선 램프를 사용하여 햇빛을 시뮬레이션할 수 있습니다. 또한 신체에 미치는 열의 영향에 영향을 미치는 주요 변수인 습도를 미세 조정할 수도 있습니다. Jay는 "정말 공학적인 업적입니다."라고 말합니다.

극심한 더위는 건강에 해롭습니다. 인체의 한계는 어디까지일까요?

실험 참가자는 챔버 안에서 먹고, 자고, 운동할 수 있습니다. 연구자들은 해치를 통해 음식과 기타 품목을 그들에게 전달합니다. 그들에게 부착된 센서는 인접한 제어실로 정보를 전송하고, 제어실은 심박수, 호흡, 발한 및 체온을 포함한 변수에 대한 데이터를 처리합니다.

인간의 열 역치는 부분적으로 공중 보건 기관이 2010년 에 발표된 이론적 연구에 지나치게 의존했기 때문에 제대로 정의되지 않았다고 Jay는 말합니다. 그 논문에서 연구자들은 수학적 모델을 사용하여 젊고 건강한 사람이 6시간 후에 사망하는 '습구 온도'(WBT)를 정의했습니다. WBT는 과학자들이 열 스트레스를 연구할 때 사용하는 척도로, 열과 습도의 영향을 고려하기 때문입니다.

이 모델은 인간의 생존 한계로 35°C의 WBT를 산출했습니다. 그 한계점에서 신체의 핵심 온도는 통제할 수 없이 상승할 것입니다. 하지만 이 모델은 인간의 신체를 땀을 흘리거나 움직이지 않는 옷을 입지 않은 물체로 취급했기 때문에 그 결과는 현실 세계에 적용하기 어렵습니다.

올리 제이의 연구실은 열이 일상 활동을 모방하는 운동을 하는 사람들에게 어떤 영향을 미치는지 연구하고 있습니다. 출처: 시드니 대학교/스테파니 징샤임

그럼에도 불구하고 수많은 공중 보건 기관이 이를 채택했습니다. 기후 변화에 관한 정부 간 패널도 마찬가지였고, 더 관련성 있는 숫자를 얻으려는 동기를 감소시켰다고 Jay는 말합니다. "이것은 많은 제한이 있는 기본적인 물리적 모델이지만 거의 모든 사람이 이를 사용하고 있습니다."

한도가 낮아짐

2021년 연구에서 케니와 그의 동료들은 더 나은 추정치를 제공했습니다. WBT 생존 한계는 약 31°C입니다. 그들은 사이클링을 하는 동안 다양한 온도와 습도 조합에서 젊고 건강한 사람들의 핵심 체온을 추적하여 이를 계산했습니다.

매사추세츠주 케임브리지에 있는 하버드 대학교의 열과 건강 연구원인 로버트 미드는 "아직도 35°C 습구 온도가 거론되고 있지만, 사람들은 케니 연구실에서 정의한 한계에 도달하기 시작했습니다."라고 말합니다.

케니의 그룹은 또한 기후 챔버와 협력하며, 전 세계적으로 수십 개가 있으며, 그 중 많은 수가 스포츠 과학에 전념하고 있습니다. 하지만 케니는 제이의 그룹을 포함한 몇몇 그룹만이 사람들이 극심한 더위에 어떻게 대처하는지 더 잘 이해하기 위해 기후 챔버를 사용하는 데 앞장서고 있다고 말합니다.

생리학적 모델

Jay의 팀은 현재 신체가 극심한 열에 어떻게 대처하는지에 대한 수학적 모델을 테스트하고 있으며, 작년에 3개를 발표했습니다 . 이 모델은 노령자와 청년의 발한 능력을 측정한 연구의 데이터를 사용하며, 신체와 환경 사이에서 열이 어떻게 전달되는지 예측하기 위해 물리 법칙을 따릅니다.

"그들이 생리학을 통합했다는 사실은, 아주 소수의 모델만이 하고 잘 해내는 것입니다. 저는 이것이 지금 당장 최고의 모델이라고 생각합니다." Jay와 다른 연구에서 협업한 Kenney의 말입니다.

신체의 열 반응에 대한 대부분 모델은 그늘에 있는 젊고 건강한 사람에 초점을 맞춥니다. 하지만 Jay 팀의 모델은 연령에 따라 그늘과 햇빛에서 생존 한계를 추정했고 사람들이 쉬거나 운동하는 동안에도 추정했습니다. 그들의 결과 중에서 그들은 WBT 생존 한계를 젊은 사람의 경우 26°C~34°C, 노인의 경우 21°C~34°C로 추정했습니다.

"이러한 다양한 시나리오를 매우 쉽게 평가할 수 있는 유연성과 능력이 이 모델의 핵심 발전입니다."라고 Meade는 말합니다.

방글라데시의 의류 공장에서 일하는 노동자들. 긴 근무 시간과 더운 날씨는 직원들의 건강에 영향을 미칠 수 있다. 출처: Kazi Salahuddin Razu/NurPhoto/Getty

놀랍지 않게도, 이 모델은 사람들이 그늘에 있을 때보다 햇빛에 노출될 때 생존 한계가 더 낮고, 65세 이상의 사람들은 18~40세의 사람들보다 생존 한계가 더 낮다는 것을 시사합니다. 이 팀은 또한 이 모델을 사용하여 노인과 젊은 사람들이 책상에서 일하기, 걷기, 계단 오르기, 춤추기, 무거운 물건 들어올리기와 같은 작업을 안전하게 수행할 수 있는 조건인 거주 가능 한계를 정의했습니다. 미드는 이 모델의 강점에도 불구하고, 이 모델은 아직 사람들에게 더 테스트되어야 한다고 말합니다.

이를 위해 제이의 팀은 먼저 젊고 건강한 사람들을 기후실에 넣고 온도와 습도의 조합에 노출시킨 다음, 체온, 심박수, 땀흘림 등의 변수를 모니터링합니다. 이 변수는 안전하지 않은 온도 한계를 넘을 때까지 측정됩니다.

논문 읽기: 지구 온난화로 인한 변온동물의 열 실패율의 극심한 증가

향후 실험에서 연구자들은 그늘진 곳과 햇볕이 드는 곳에서, 연령대와 운동 중에 열에 대한 신체 반응을 테스트할 계획입니다. 그들은 이러한 실험의 데이터를 사용하여 모델을 개선할 것이며, 이는 차례로 고온에서 가장 위험에 처한 사람들을 위한 더 나은 건강 조언을 개발하는 데 사용될 수 있습니다.

진정해야 해

실험실의 또 다른 초점은 효과적인 냉각 전략을 찾는 것으로, 열이 근로자의 건강에 영향을 미칠 수 있는 환경의 조건을 모방하는 것입니다. 한 실험에서 Jay의 팀은 방글라데시의 의류 공장 근로자에게 도움이 될 수 있는 냉각 전략을 테스트하고 있습니다. 방글라데시의 사람들은 일반적으로 더운 기후에서 장시간 일하고 에어컨을 거의 사용할 수 없습니다.

연구원들은 이전에 수도 다카에 있는 의류 공장의 3개 층에 걸쳐 열과 습도를 측정했습니다. "우리는 챔버에서 그 조건을 재현했고, 사람들이 하는 일, 즉 여성은 재봉하고 남성은 다림질을 했습니다."라고 그는 말합니다. 실험 참가자들은 일반적으로 공장에서 일하는 사람들이 입는 옷을 입었습니다.

Jay의 연구실 참여자들은 기후실에서 의류 공장의 조건을 재현하여 효과적인 냉각 방법을 조사했습니다. 출처: University of Sydney/Stefanie Zingsheim

Jay는 약 240개의 기후 챔버 실험을 통해 이 팀은 사람들의 신체 기능과 업무 생산성을 측정했다고 말합니다. "문제 중 하나는 사람들이 더워지면 속도가 느려지기 때문입니다." 과학자들은 선풍기 사용과 정기적인 물 마시기와 같은 냉각 방법을 테스트하고 공장 지붕의 색상을 변경하는 효과를 시뮬레이션했습니다. 연구자들은 결과를 저널에 제출할 계획입니다.

Jay의 팀은 또한 전기 선풍기와 피부 적심이 열과 습도의 다양한 조합에서 노인의 심장 부담에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 연구자들은 습한 환경에서 선풍기를 사용하면 기온이 최소 38˚C까지 심장 부담이 줄어든다는 것을 발견했습니다. 하지만 건조한 열에서는 선풍기를 사용하면 심장 부담이 증가했습니다. 피부를 적시는 것은 건조한 열과 습한 열 모두에서 유익했습니다.

미드는 "팬 사용 및 피부에 물 뿌리기와 같은 일반적인 냉각 전략이 가장 효과적인 상황을 파악하는 것은 공중 보건을 보호하는 데 필수적입니다."라고 말합니다.

로우테크 냉각

Jay와 그의 동료들은 이미 유모차에 탄 아기를 식히는 방법을 대중화했습니다. 그는 "더운 날에는 사람들이 유모차를 이 흰색 모슬린 천으로 덮습니다. 하지만 그것이 좋은지 나쁜지에 대한 논쟁이 있습니다."라고 말합니다. 2023년 연구 4 에서 연구팀은 마른 흰색 모슬린 천이 유모차를 2.5°C 이상 가열할 수 있지만 축축한 천이 가장 좋은 냉각 효과를 낸다는 것을 발견했습니다. 그는 "유모차 내부의 잠열 에너지를 추출하여 약 5°C 정도 더 시원하게 유지합니다."라고 말합니다.

5월부터 극심한 더위를 겪고 있는 인도 바라나시에서 한 남자가 열사병 치료를 받고 있다.

이 연구는 언론의 주목을 끌었습니다. "꽤 멋진 점은 2주 후에 제가 사는 곳을 걷다가 부모들이 스프레이 병으로 하얀 모슬린 천을 밀고 가는 것을 보는 것입니다."라고 그는 말합니다.

이 팀은 또한 전 세계 사용자를 위해 Google Chrome 브라우저에서 출시한 글로벌 열 경보 시스템을 형성하는 데 도움을 주었습니다. "만약 브라우저가 사용자의 위치를 ​​알고 있고 열이 특정 임계값을 초과하면 극심한 열 경보를 받게 됩니다."라고 그는 말합니다. 이 경보는 시간당 물 한 컵을 마시고 피부와 옷을 적시는 것과 같은 냉각 팁을 제공합니다.

내년에 Jay의 연구실은 방글라데시 임산부의 출산 결과와 산모 건강에 열이 어떤 영향을 미치는지 추적할 것입니다. 그는 더운 계절에 인도에서 냉각 전략에 대한 무작위 대조 시험을 실시하기 위한 자금을 모으고 있습니다.

Jay의 궁극적인 목표는 점점 더 적대적인 세상에서 사람들의 건강을 보호하는 것입니다. Jay는 "처음 시드니에 왔을 때 저는 기본적으로 큰 강등을 받았습니다. 제대로 작동하지 않는 오래된 상공 회의소가 있었고, 저는 약 16,500호주 달러의 창업 자금을 가지고 있었습니다."라고 말합니다. "우리는 운좋게도 좋은 자금을 유치하고 이 분야에서 좋은 추진력을 얻을 수 있었습니다."