A venit gerul! Cum se adaptează corpul omenesc la frig și ce hormon „este de fapt un termostat al corpului uman”

La începutul acestui an, o furtună de zăpadă s-a abătut asupra zonei nord-estice a Americii de Nord, făcând ca în New York să ningă cel mai mult în ultimii doi ani.

Evident, temperaturile au scăzut, iar majoritatea locuitorilor New York-ului s-au declarat deloc încântați de troienii care le-au acoperit orașul.

„Este normal”, scrie Wired, „pentru că de obicei oamenii preferă căldura, nu frigul”. Cara Ocobock, antrolopog-biolog la Universitatea Notre Dame este unul dintre oamenii de știință care încearcă să înțeleagă exact cum trupul omenesc se adaptează la frigul extrem.

Schimbările climatice accelerate vor da peste cap procesele de adaptare la zonele reci ale globului

Ocobock, dar și alți cercetători, au dezvăluit câteva modificări fiziologice datorate frigului - schimbări anatomice și metabolice, care se nasc din selecția naturală care a modelat mai multe generații sau, pur și simplu, din efectele pe termen scurt ale aclimatizării.

Cele mai importante modificări fiziologice ne spun la ce ar trebui să ne așteptăm din partea unei clime capricioase și în continuă și dramatică schimbare, cu cicloane care aduc perioade de frig extrem în locuri calde de pe glob, dar și valuri de căldură extremă acolo unde locuitorii sunt obișnuiți cu gheața și zăpada.

Un exemplu ar fi cel la orașului Denver, Colorado. Pe 8 septembrie 2020, acolo s-a înregistrat primul val de frig al sezonului la nici 24 de ore de la cele 33 de grade record înregistrate, o adevărată arșiță în acel loc de pe pământ.

În februarie 2021, texanii au suferit preț de 9 zile de un ger extrem - prima furtună de zăpadă din acest stat american în 132 de ani.

Discuțiile despre schimbarea drastică a vremii se rotesc în jurul curenților din Oceanul Atlantic, care se vor schimba și vor determina scăderea dramatică a temperaturilor și în Europa, dar nu toți cercetătorii sunt de acord cu acest deznodâmânt.

Temperaturile-record din timpul verilor siberiene ale ultimilor ani proiectează în viitor modificări fiziologice majore la locuitorii de aici

Între timp, unele lucruri sunt cât se poate de limpezi: verile au devenit din ce în ce mai fierbinți, chiar și în cele mai reci locuri de la Pământ, cum ar fi Siberia, unde s-au consemnat temperaturi record în 2021 și 2023.

„Există oameni care trăiesc în aceste zone climatice de generații întregi, iar acum străbatem niște schimbări foarte rapide pe care omenirea nu le-a mai experimentat”, a spus cercetătoarea.

„Deci trebuie să ne întrebăm cum reacționează trupurile noastre la această situație nouă pentru memoria genetică? Există o limită fiziologică până la care aceste organisme pot reacționa?”

Tot schimbările climatice sunt cele care amplifică substanțial crizele refugiaților - milioane de oameni ajung în locuri cu condiții meteo cu care nu sunt obișnuiți.

„Oamenii migrează în medii de viață în care ei nu au mai fost niciodată”, explică Ocobock, dând exemplul prezenței refugiaților sudanezi în Finlanda.

Studiile efectuate de Ocobock au debutat acum 10 ani, când a trebuit să efectueze niște deplasări în îndepărtatul și frigurosul stat Wyoming, pentru practica studențească.

Acolo, în sălbăticie, a studiat parametrii fizici ai unor elevi care făceau excursii în aerul geros al iernii - zilnic le înregistra greutatea, colecta mostre de urină și le monitoriza semnele vitale, ținând un fel de jurnal științific.

Scopul Carei era ca aceste măsurători să poate clarifica datele necunoscute pe care știința le avea până acum în privința energiei pe care trupul uman o consumă în locurile reci.

„Oamenii fac excursii în zone friguroase și apoi se întorc constatând că au slăbit considerabil. În unele cazuri, acest lucru este OK. În altele, oamenii pierd o bună parte a masei musculare și se simt îngrozitor la revenirea din zonele reci și înzăpezite”, spune cercetătoarea.

Corpul uman funcționează, în condiții de frig extrem, după tipare specifice

În lucrarea ei de disertație, Cara Ocobock a demonstrat că excursioniștii hibernali nu cheltuie extrem de multe calorii pentru a se încălzi. La început, acest lucru a părut cumva împotriva logicii.

„Cei care fac drumeții prin zăpadă nu au multe surse externe de căldură. Se adăpostesc în corturi și au cu ei doar haine. Sunt foarte expuși intemperiilor și frigului în fiecare zi”, a mai explicat Cara Ocobock.

Aceste condiții potrivnice ar trebui să determine mușchii să tremure (ceea ce numim dârdâit), pentru că organismul celor aflați în această situație depune un efort în plus pentru a rezista.

Însă Ocobock a remarcat faptul că exercițiul fizic a înlăturat acest stres asupra trupului. Simplul fapt că excursioniștii se deplasează într-un mediu înzăpezit, pe schiuri și cu clăpari, schimbă cu totul toate procesele fiziologice.

„Partea frumoasă la mușchi este tocmai ineficiența lor”, își expune cercetătoarea americană descoperirea paradoxală.

Doar 20-30 la sută dintre caloriile „arse” de mușchii noștri sunt consumate pe acțiun concrete. Restul sunt transformate în căldură. Iar în mediile friguroase, căldura produsă de propriul corp e foarte prețioasă.

Crescătorii de reni din Finlanda - cei mai potriviți subiecți pentru studiile în privința frigului

Studiile realizate de Ocobock în natură, pe timp de iarnă, s-au născut din curiozitatea ei față de climatele reci. „Voiam să studiez populațiile care trăiesc acolo de mii de ani, nu elevii sau studenții care fac drumeții iarna în Munții Stâncoși”, a spus ea.

Așa că după proiectul din Wyoming, Ocobock și-a început cercetările în Finlanda, printre crescătorii de reni. Și-a concentrat atenția asupra grupului indigen Sámi.

Acolo, americanca și-a petrecut trei ani, consolidându-și relațiile cu grupul etnic și stabilind raporturi de încredere reciprocă, înainte de a trece la colectarea propriu-zisă a datelor științifice.

„În anii recenți, nu au existat studii despre reacțiile fiziologice la frig”, a declarat Ocobock, motivându-și dorința de a actualiza acest domeniu. ”Multe detalii ne rămăseseră din anii '30, ba chiar și mai din spate”.

Trei reguli ale frigului: corp mai mare, membre mai scurte, nări mai mici

Vechile studii în privința fiziologiei în zonele reci se ghidau după trei principii, destul de sărace, dar aplicabile animalelor cu sânge rece: regula lui Bergmann, regula lui Allen și regula lui Thomson.

Carl Bergmann, expert în anatomie, afirma în 1847 că animalele din specii similare tind să fie mai mari în climatele reci. De exemplu, urșii polari sunt cu câteva zeci de centimetri mai înalți și cu câeva zecide kilograme mai grei decât urșii grizzly.

La treizeci de ani după teoriile lui Bergmann, ornitologul american Asaph Allen a stabilit că animalele din zonele geroase au membre și organe externe mai mici. Cu alte cuvinte, aceiași urși polari au picioare mai scurte și urechi mai mici decât urșii bruni.

Prin 1920, antropologul britanic Arthur Thomson susținea că, în zonele friguroase, oamenii au nasuri mai lungi și mai înguste.

Teoriile emise de Bergmann și de Allen vorbeau, de fapt, despre importanța faptului că organismele sunt capabile să rețină căldura. Regula lui Thomson se traducea astfel: nările ajustează temperatra aerului înainte ca acesta să ajungă în plămâni. Aerul rece poate irita căile respiratorii și ne poate slăbi simțul mirosului.

De fapt, regula lui Thomson simplifică o parte de altfel complexă a evoluției umane care poate fi influențată de alți factori. Dar, în ultimii zece ani, cercetătorii au găsit dovezi bazate de studiul populațiilor din nordul Europei, vestul Africii și sudul și estul Asiei care arată că nările mai mari apar mai frecvent în cazurile oamenilor din zonele reci, lucru care sugerează o adaptare la mediu.

Teoriile științifice din trecut încep să fie contrazise

Regulile lui Bergmann și Allen au rămas în picioare când au fost comparate cu cercetările legate de dimensiunile corporale ale oamenilor din climatele calde față de populațiile Sámi, Inuit și Yuit.

Însă un studiu din 2013 a dezvăluit faptul că regula lui Bergmann se aplică doar dacă grupurile studiate se află la o distanță de 50 de grade latitudine sau locuiesc în părți ale globului între care se înregistrează o diferență de temperatură de 10 grade.

Atunci când distanțele și temperaturile nu sunt atât de diferite, nici dimensiunile corporale nu mai tind să fie atât de diferite.

În zilele noastre, fiziologii și antropologii încearcă să stabilească procesele care se întâmplă în interiorul organismelor obișnuite cu frigul. Corpul omenesc produce singur vitamina D, cea care absoarbe razele UV-B din lumina solară.

Oamenii de la ecuator, unde nu e niciodată lipsă de soare, nu se plâng de lipsa vitaminei D. Dimpotrivă, au mai multă melanină, substanța care dă culoare ochilor, pielii și părului mamiferelor.

Corpul oamenilor din zonele reci riscă să producă mai puțină vitamina D. Cercetătorii cred că oamenii din antichitate care locuiau în nord aveau pielea mai deschisă la culoare - cu capacitatea de a a sintetiza mai ușor vitamina D. Un exemplu al adaptării la viața departe de ecuator.

Mai sunt și alte mecanisme care păstrează cald trupul mamiferelor. Vasele de sânge se contractă când e frig, limitând aportul de sânge către extremități. De aceea mâinile și picioarele ne îngheață primele. Nu e deloc plăcut, dar acest proces reduce riscul de pierdere a căldurii corporale.

Când temperatura scade suficient, corpul simte asta și se autoreglează - lăsând sângele să irige din nou extremitățile - degetele de la mâini și picioare, urechile și nasul.

Țesutul adipos brun, grăsimea „bună”, îi favorizează pe cei din zonele reci

Locuitorii din părțile reci ale lumii au cicluri mai rapide între vasoconstricție și vasodilatare, lucru care le asigură o reglare mai echilibrată a temperaturii în condiții de temperatură extremă.

Grăsimea și mușchii se răspândesc în tot trupul, iar oamenii din regiunile friguroase au și mai multă grăsime, și mai mulți mușchi decât restul.

În zonele reci, rolul grăsimii corporale la animale e deosebit de important - mai ales cel al țesutului adipos brun. Până nu demult, oamenii de știință credeau că trupurile animalelor trebuie să tremure ca să genereze căldură. Azi, se știe deja că țesutul adipos brun produce căldură fără să mai aibă nevoie de tremurat.

Acum vreo două decenii, fiziologii au descoperit că și adulții din specia Homo sapiens au țesut adipos brun, însă nu în cantități foarte mari. Oamenii au maximum 100 de grame din acest fel de grăsime, distribuită mai ales în zona gâtului, spatelui, umerilor, inimii și rinichilor.

Antropologii au ajuns la concluzia că acest soi de grăsime se găsește predominant în rândurile oamenilor din zonele reci. Țesutul adipos brun a devenit aproape sinonim cu adaptarea la frig - arde calorii, reduce obezitatea și nivelul glicemiei.

Cara Ocobock a dezvăluit că acest tip de grăsime accelerează metabolismul crescătorilor finlandezi de reni cu 9 procente când acestora le este frig.

Cantitatea țesutului adipos brun variază însă de la om la om. În acest proces, contează foarte mult expunerea la frig în prima parte a vieții, spune Stephanie Levy, antropolog la Hunter College.

Însă autorii unui studiu spun că au descoperit acest tip de grăsime benefică și la membrii unui trib samoan, la tropice, ceea ce reprezintă un mister științific.

Deși oamenii cu țesut adipos brun ard mai multe calorii când sunt expuși la frig, această grăsime nu explică diferența. Asta înseamnă că țesutul joacă un rol indirect în încălzirea corporală.

Arderea caloriilor în stare repaus - mai intensă la populațiile din regiuni reci

Cara Ocobock a mai observat că finlandezii studiați ard mai multe calorii când sunt în repaus decât populațiile din zonele mai calde ale globului. Metabolismul oamenilor aflați în repaus e mai rapid la frig și, de obicei, bărbații au rate mai accelerate ale metabolismului, pentru că au trupuri mai solide.

Dar în grupul cercetat numai femeile aveau metabolism aaccelerat. „Acest lucru nu a mai fost întâlnit”, spune cercetătoarea.

Ocobock crede că această ciudățenie metabolică vine dintr-o altă parte importantă pentru fiziologia frigului: hormonul tiroidian. Este cel care stabilește ritmul metabolismului fiecăruia dintre noi și-și sporește activitatea când simte că ne e frig.

„Acest hormon este de fapt un termostat al corpului uman”, explică Ocobock. „Este esențial și pentru menținerea unei sarcini, mai ales în primele săptămâni de viață intrauterină”.

Avertismentul e unul neprevăzut până acum: totuși, același model genetic creat pentru a proteja persoanele care-și duc viața la frig - adică indexul masei corporale crescut și metabolism rapid - poate deveni principalul adversar ai celor din zonele reci, din cauza schimbărilor climatice.

Conceptul „fat but fit,” - „gras, dar în formă” -, foarte bun în zonele geroase, „se poate prăbuși cu totul din cauza schimbărilor climatice și poate duce la o înrăutățire a stării generale de sănătate a populațiilor arctice și subarctice”, spune Cara Ocobock.

Dacă dieta și nivelul de activitate al acestor oameni rămân, dar metabolismul lor încetinește odată cu încălzirea globală, va crește riscul de obezitate.

De altfel, Cara a observat pe pielea ei începutul schimbărilor climatice, în călătoriile ei în Finlanda. De obicei, în februarie, cea mai geroasă lună, maxima era de minus 10 grade. În 2023, în aceeași lună maxima a cresct până la 5 grade.

„Au existat zile în care nu mi-am mai pus haina groasă la Cercul Polar. E un lucru foarte aiurea”, spune Cara, care-și continuă studiile asupra adaptării la frig a corpului omenesc.