Humánní biometeorologie v každodenní praxi


Autoři: Mgr. Novák Martin
Působiště autorů: Český hydrometeorologický ústav, vedoucí Regionálního předpovědního, pracoviště Ústí nad Labem, odborný asistent FŽP UJEP v Ústí nad Labem ;  – Meteorologie a ochrana prostředí ;  Klimatologie a změny klimatu, člen České meteorologické společnosti (od 1991), člen České bioklimatologické společnosti (od 1993), člen International Society of Meteorology (od 2013)
Vyšlo v časopise: Svět praktické medicíny, 2, 2021, č. 3, s. 87-91
Kategorie: Medicína v ČR: přehledový článek

Souhrn

Vliv na zdraví člověka nepopiratelně mají například životní úroveň, stravovací návyky, pravidelnost denního režimu, pohybové aktivity. Mezi faktory, které působí na lidský organismus, ale rozhodně musíme řadit také vliv vnějšího prostředí. Samozřejmě, v dnešní době se velmi často vyskytujeme v prostředí, jehož podmínky si sami vytváříme nebo spoluvytváříme. Regulujeme teplotu prostředí, můžeme upravovat jeho vlhkost, technicky můžeme měnit i jeho chemické složení – od jednoduchého větrání po sofistikované systémy vzduchotechniky. Právě nárůst času, který člověk tráví v umělém prostředí, a také nárůst počtu lidí, kteří k němu mají běžný přístup, zapříčinil v průběhu 20. století významný nárůst meteorosenzitivních lidí, tedy těch, kteří se hůře vyrovnávají s prostředím venkovním, přirozeným a/nebo s jeho změnami. Požadavky na studium tohoto jevu daly právě v minulém století vzniknout novému interdisciplinárnímu oboru – biometeorologii a bioklimatologii.

Podle Elektronického meteorologického slovníku výkladového a terminologického (eMS) je bioklimatologie oborem klimatologie zabývajícím se tzv. bioklimatem, což jsou podle téhož zdroje podnebí „posuzované ve vztahu k živým organismům nebo klima spoluvytvářené živými organismy“. Pojem biometeorologie je pak definován jako obor meteorologie studující vlivy počasí nebo vlivy jednotlivých meteorologických prvků na živé organismy. Oba tyto příbuzné obory pak mají své podobory, které se věnují určitým skupinám živých organismů – proto se setkáme s pojmy jako zoobioklimatologie, fytobioklimatologie, a konečně ta část, které je věnována většina článku – humánní bioklimatologie (s ekvivalenty pro biome­teorologii).

Zbývá ještě sjednotit rozdíl mezi biometeorologií a bioklimatologií. Ten vyplývá z rozdílů mezi samotnými „matkami“ oborů, tedy obecnou meteorologií a obecnou klimatologií. Obě jsou vědami zaměřenými na jevy a děje v atmosféře a interakce mezi atmosférou a jejími „sousedy“ – pevným povrchem, oceánem, kryosférou, hlubšími vrstvami planety, kosmickým prostorem… Zatímco meteorologie se zaměřuje na studium počasí, tedy přesněji okamžitého stavu atmosféry a jeho změn, zejména v kratším časovém rozmezí, klimatologie je zaměřena na podnebí, tedy na dlouhodobé poměry v atmosféře, jejich periodické změny, dlouhodobé trendy. Proto se s humánní bioklimatologií setkáváme spíš v podobě mapování oblastí z hlediska podmínek vhodných pro různé aktivity, včetně třeba lázeňství nebo úvah o dopadech změn klimatu na lidský organismus. Nejviditelnějším výstupem humánní biometeorologie ve veřejném prostoru je pak například biometeorologická předpověď.

Humánní biometeorologie a bioklimatologie v Česku

Stejně jako v jiných evropských zemích se i v Česku začaly biometeorologie a bioklimatologie profilovat jako samostatné vědní obory zejména v poválečném období. Hned po vzniku ČSAV byla ustavena mj. Biometeorologická komise při ČSAV (1953), která začala pořádat i samostatné vědecké konference. Po – z hlediska dějin poměrně krátké – existenci pod křídly Československé meteorologické společnosti vznikla v roce 1965 samostatná Československá bioklimatologická společnost při ČSAV, která se v roce 1968 rozdělila na samostatné společnosti v tehdejších ČSR a SSR.

Po celé období dosavadní existence oborové společnosti byla její sekce Humánní bioklimatologie velmi aktivní. Kromě řady výzkumných aktivit v oblasti chronobiologie (která je pevnou součástí bioklimatologie) se skupina řešitelů věnovala podrobně působení atmosféry a heliofyzikálních a geofyzikálních faktorů na lidský organismus. Postupně se začaly jejich výzkumy doplňovat a koordinovat a začaly být vědomě směrovány k možnosti konstrukce biometeorologických předpovědí. Mezi výzkumnými institucemi se v 70. a 80. letech minulého století angažovaly zejména tehdejší Výzkumný ústav balneologický v Mariánských Lázních (RNDr. Květoň, CSc.), Fakultní ne mocnice v Plzni (doc. MUDr. Matoušek, CSc., doc. MUDr. Barcal, CSc.), ASÚ  ČSAV Ondřejov (RNDr. Křivský,  CSc.), Hvězdárna Úpice (RNDr. Marková) a v neposlední řadě Český hydrometeorologický ústav (RNDr. Ing. Dykast,  CSc.). Tyto práce se podařilo zúročit v podobě dnešní biometeorologické předpovědi pro ČR vydávané každodenně pobočkou ČHMÚ v Ústí nad Labem.

Meziresortní spolupráce se od 90. let minulého století zkomplikovala, některé instituce byly dokonce zrušeny (např. VÚB), ale spolupráce jednotlivých odborníků v rámci ČBkS pokračuje. Vývoj pokračuje, mezi institucemi jsou dnes v oblasti humánní biometeorologie aktivní zejména ČHMÚ a Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i. Bohužel se ale v poslední době projevuje malý zájem pracovišť z resortu zdravotnictví.

Nejvýraznější vlivy vnějšího prostředí

Pojďme se nyní podívat podrobněji na to, jaké jsou hlavní mechanismy působení atmosféry (jejího stavu, případně jejích aperiodických změn). Těmi hlavními je asi zaměstnávání termoregulačního systému, zapomínat nemůžeme ani na vliv na ventilaci organismu. Často je také zmiňován vliv tlaku vzduchu – a hlavně jeho rychlejších změn, a to jak v případě jeho poklesů, tak i vzestupů.

Termoregulační systém

Termoregulační systém organismu člověka reaguje na změny vnějších podmínek, které tělo vnímá prostřednictvím svého povrchu. V případě chladu začne tělo prostřednictvím povrchu ztrácet teplo, a to nejen prostým vedením tepla od teplejšího tělesa k chladnějšímu (kondukcí), ale také odvodem tepla proudícím vzduchem (konvekcí). Další teplo ztrácí povrch vyzařováním dlouhovlnného (tepelného) záření, přičemž v chladném prostředí je příjem dlouhovlnného záření z okolí menší (a nestačí tak ztráty vyrovnat). K tomu je nutné započítat i teplo, které člověk ztrácí při dýchání. V reakci na tyto ztráty musí termoregulační systém generovat teplo, které umožňuje udržovat stabilní teplotu těla (nikoliv povrchu, ale jádra). Při výrobě tepla ale vykonává termoregulační systém práci, jež od určité míry (která je ale individuální) začíná organismus zatěžovat. Platí přitom, že zátěž roste v závislosti (nejen!) na rozdílu teplot povrchu těla a okolního prostředí. Při rostoucí zátěži pak klesá schopnost organismu vyrábět dost energie pro všechny své standardní činnosti.

Podobně pak probíhá proces při pobytu člověka v teplejším prostředí, kdy se do výše popsaných dějů ještě výrazně zapojuje pocení a výpar potu spotřebovávající přebytečné teplo z povrchu těla (latentní teplo spotřebovávané při výparu). Každopádně se při velkém rozdílu teplot (nebo při prodlužujícím se pobytu ve výrazněji teplém prostředí) opět zvyšuje spotřeba vnitřní energie organismu samotným termoregulačním systémem, a tak může organismu chybět jinde.

Výše řečené může vyvolat zdání, že pro popis termálního stresu (ať už chladem, nebo teplem) může stačit znát teplotu okolního vzduchu. Ale není tomu tak. Už jsme zmínili výpar nebo třeba odvod tepla prouděním vzduchu, stejně tak dlouhovlnné záření, započítat ale musíme i vliv slunečního (krátkovlnného) záření. Pro úvahy o míře stresu způsobeného zátěží termoregulačního systému (a následně jeho energetickou spotřebou) musíme tedy brát v úvahu kompletní radiační a tepelnou bilanci povrchu lidského těla. Proto se v biometeorologii v průběhu posledních zhruba 100 let objevilo mnoho indexů, které se snažily na základě dostupných vstupních údajů kvantifikovat právě vliv této bilance.

Je zřejmé, že do hry vstupují ještě značně individuální faktory, jakými jsou např. míra oblečení, míra vykonávané fyzické práce, výchozí zdravotní stav organismu apod. Proto musí být všechny výpočty vztaženy na „statisticky průměrného“ jedince, s „normalizovanými“ hodnotami právě těchto faktorů.

Ventilace organismu

Ventilace organismu vstupuje do úvah o vlivu venkovního prostředí hned několika způsoby. Dýchací systém plní i nerespirační funkce, je také (mimo jiné) součástí výše zmíněného termoregulačního systému lidského organismu.

I samotné dýchání je ale ovlivňováno podmínkami vnějšího prostředí. Je vše­obecně známo, že nadmořská výška ovlivňuje energii, kterou organismus vydává na respiraci, protože ta závisí také na hustotě okolního vzduchu a obsahu (zejména) kyslíku. Kromě toho ale existuje závislost vydané energie na teplotě okolního vzduchu (která je určující mj. opět pro hustotu vzduchu). Proto je dýchání velmi studeného vzduchu obtížnější, pro organismus zatěžující. Dalším negativním faktorem dýchání velmi studeného vzduchu je zvýšená zátěž termoregulačního systému, ale také třeba reakce cévní soustavy na vdechovaný velmi studený vzduch.

A zapomínat nemůžeme ani na roli větru, v tomto případě opravdu komplexního chápání větru jako vektoru, protože nejde jen o rychlost proudění vzduchu, ale také o jeho směr, přesněji o vzájemnou orientaci hlavy a směru větru. Při chůzi proti silnému větru je dýchání (vlivem tlaku, kterým proudící vzduch působí) o poznání obtížnější. Nejde jen o regulaci množství vdechovaného vzduchu, ale také o vyšší náročnost vydechování (důležitého kvůli exkreci nežádoucích plynů) proti větru.

Změny tlaku? Jen ukazatel jiných změn

Často diskutovaným potenciálním spouštěčem některých zdravotních problémů jsou změny atmosférického tlaku. Je pravda, že v řadě odborných prací se setkáme se závěry dokazujícími vazbu mezi poklesy tlaku vzduchu a migrénami, nebo naopak vzestupů tlaku vzduchu a zhoršení stavu při některých druzích kardiovaskulárních onemocnění (např. angině pectoris). Důležitou otázkou ale je, zda se jedná o závislosti statistické, nebo příčinné. A tady se musím postavit jednoznačně na stranu těch, kteří o příčinné souvislosti změn tlaku vzduchu a zdravotního stavu u většiny případů přinejmenším pochybují. Neznamená to ale, že by autoři studií upravovali data…

Proč pochybovat? Podívejme se na to, jak velké změny tlaku vzduchu s sebou počasí přináší. Prostor střední Evropy je klimatologicky oblastí, ve které se poměrně často střídají povětrnostní situace s dominantními tlakovými nížemi (tzv. situace cyklonální) a tlakovými výšemi (situace anticyklonální). Současně ale v tomto prostoru jen velmi zřídka dochází k výrazné cyklogenezi (tedy rychlému vzniku hlubších tlakových níží) nebo k přímému přechodu středů hlubokých cyklon přes naše území. Trasa postupu obvyklých frontálních tlakových níží je totiž posunuta ve výrazné většině případů severně, v zimě většinou směřují tyto cyklony z Britských ostrovů nad Balt nebo jižní Skandinávii, v létě je běžná trasa dokonce ještě severněji. Hodnoty tlaku vzduchu přepočteného na hladinu moře tak u nás zřídka klesají pod 990 hPa.

U tlakových výší je situace trochu jiná, ale silné tlakové výše se nad střední Evropou etablují spíš postupně, v případech propadu arktických vzduchových hmot do mírných zeměpisných šířek kombinovaného s následným radiačním prochlazováním. Ve studeném vzduchu, který má vyšší hustotu, pak atmosférický tlak stoupá, ve zřídka se vyskytujících případech i na hodnoty kolem 1050 hPa (po přepočtu na hladinu moře).

V meteorologii se uvádí tlakové tendence většinou ve formě změn tlaku vzduchu za tři hodiny. Běžné hodnoty se pak u nás pohybují do 2 hPa (oběma směry), výjimečně dosáhnou na 5 hPa, jen vzácně jsou změny výraznější.

A teď si představme, že se vydáme na výlet, nikoliv extrémní. Půjdeme třeba na místo, které si velmi oblíbil známý cestovatel Alexander von Humboldt – na Milešovku (podle von Humboldta je prý z královny Českého středohoří třetí nejkrásnější výhled na světě – nebo ales­ poň byl v roce 1819, kdy ji navštívil). Vrchol Milešovky má výšku 837 m n. m. Častým výchozím bodem pro túru je Milešov s nadmořskou výškou těsně pod 400 m  n.  m. Během výstupu se – při běžné hodnotě změny taku vzduchu s výškou, která činí asi 12,5 hPa na 100 metrů převýšení – sníží atmosférický tlak o více než 50 hPa. A to jste nahoře za hodinu. Jiným častým příkladem jsou cesty výtahem. Osm pater nahoru znamená pokles tlaku vzduchu zhruba o 4 hPa. Za minutu!

Je tedy zjevné, že lidé trpící problémy při změnách atmosférického tlaku nereagují na změnu tlaku vzduchu jako takovou. To by si museli nechat ujít výše zmíněné radovánky. Tomu také nasvědčuje fakt, že reakce lidí trpících některými chorobami se liší (v situacích se stejnou hodnotou tlakové tendence) v případech změny např. při poklesu tlaku vzduchu na zadní straně tlakové výše, a naopak při blížící se tlakové níži. Klíčovou otázkou tak je, co se vlastně děje v atmosféře (přesněji její spodní části) v situacích, kdy ke změně atmosférického tlaku dochází.

Poklesy tlaku vzduchu na předních stranách tlakových níží jsou spojeny s blížící se teplou nebo okluzní frontou. To jsou situace, kdy ve vyšších hladinách troposféry se už nasouvá teplá vzduchová hmota, v přízemní vrstvě ale zůstáváme ještě pořád v té studené. Vytváří se tedy frontální teplotní inverze, která zabraňuje promíchávání vzduchu mezi oběma vrstvami. Začíná se objevovat oblačnost, nejprve ve výškách kolem 6–7 km, postupně ale klesá a její vertikální mohutnost roste. S oběma jevy je spojena změna elektrického pole. Zvyšuje se koncentrace iontů, postupně se zvyšuje také intenzita elektrického pole, a to až o celý řád. A právě tyto procesy jsou pravděpodobně nejsilnějším faktorem, který v těchto případech ovlivňuje zdravotní stav citlivých osob. Protože ale koncentrace iontů ani intenzitu elektrického pole běžně neměříme, je sledování tlakových tendencí (společně s analýzou synoptické situace) dobrým prekurzorem probíhajících změn.

Podobné je to se vzestupy tlaku vzduchu, ke kterým dochází (mimo jiné) za studenými nebo okluzními frontami, tedy na zadní straně tlakových níží (a následně často na přední straně tlakových výší nebo výběžků vyššího tlaku vzduchu). Zde je se vzestupem atmosférického tlaku vzduchu často spojené i ochlazení, ale hlavní změnou bývá zesílení větru, výrazně vyšší turbulentnost proudění vzduchu. Ochlazení a vítr přitom výrazněji ovlivňují termoregulační systém, ale také dýchání a kardiovaskulární systém.

Biometeorologická předpověď (BMP)

Pro účely primordiální a primární prevence vydává ČHMÚ již od roku 1994 pro celé území ČR biometeorologickou předpověď (založenou na výzkumech popsaných již výše). Tato předpověď je založena na předpokládaném výskytu vybraných jevů (teplotní inverze, bouřky) nebo dosažení limitů vybraných meteorologických charakteristik (teploty vzduchu ve výšce 2 m i na horní hranici mezní vrstvy atmosféry, tlakové tendence, rychlosti větru v nárazech, relativní vlhkosti vzduchu) (Tab. 1 a 2). Podrobnější informace o modelu biometeo­rologické předpovědi (včetně archivu předpovědí samotných) najde chtivý čtenář na internetu [ČHMÚ].

Tab. 1. Biometerologická zátěž
Biometerologická zátěž
*Index biotropie je tvořen součtem vah jednotlivých bodů modelu (viz tabulka 2). Váha zohledňuje význam daného bodu pro celkovou zátěž – detailní přehled na http://biometeorologie.chmuul.org/?stranka=model). Čím vyšší je index biotropie, tím výraznější je pravděpodobný vliv na organismus. Hodnota indexu biotropie je pak určující pro výsledný stupeň zátěže.

Tab. 2. Váhy jednotlivých bodů modelu
Váhy jednotlivých bodů modelu
Reálně se vyskytující rizikové faktory (seřazené podle vah) a rizikové skupiny obsažené v textové části biometeorologické předpovědi (dostupné např. na webu ČHMÚ, v mobilní aplikaci ČHMÚ…).

Je zřejmé, že ani tak malý stát, jakým je Česko, nemá často počasí (ani jeho vývoj) natolik homogenní, aby bylo možné popsat očekávanou zátěž jednou jedinou charakteristikou pro celé území. Proto je Česká republika pro účely BMP rozdělena na sedm oblastí, které byly stanoveny na základě kombinovaných synopticko-klimatologických vlastností území, přičemž byla pro snadnější komunikaci stanovena jako nejmenší územní jednotka okres (Obr. 1). Samotná předpověď je od počátku vydávána prostřednictvím Regionálního předpovědního pracoviště ČHMÚ v Ústí nad Labem, vzhledem k nutnosti zabezpečit co nejlépe meteorologické vstupy pro všechny regiony probíhají pravidelné konzultace se všemi ostatními předpovědními pracovišti ČHMÚ. Vstupy tedy pochází z podrobných krajských předpovědí.

Rozdělení území České republiky pro účely biometeorologické předpovědi ČHMÚ.
Obr. 1. Rozdělení území České republiky pro účely biometeorologické předpovědi ČHMÚ.

Od roku 1994 byly v modelu BMP provedeny jen některé malé změny, které nenarušily kontinuitu dat (a které tedy umožňují zpracování časové řady předpovědí). Je ale zřejmé, že s vývojem meteorologie i humánní biometeorologie se stále více projevuje potřeba dalších změn. Většinu z potřebných změn ale nelze provést formou zásahu do stávajícího modelu, protože by se narušila jeho rovnováha, která je nutnou podmínkou jeho provozu. Proto v současné době v rámci projektů DKRVO ČHMÚ na roky 2018–22 a PERUN probíhají výzkumné aktivity s cílem konstruovat zcela nový systém BMP využívající nejnovější poznatky humánní biometeorologie.

Kudy dál?

Hlavní změnou by měl být ústup od koncepce popisu vývoje jednotlivých meteorologických charakteristik ovlivňujících zejména termoregulační systém a zavedení moderního pojetí jejich komplexního působení na organismus. Právě za tímto účelem byly vyvinuty dnes už doslova stovky různých indexů, které kombinují současný vliv teploty a vlhkosti vzduchu, větru a záření (nebo alespoň některých z nich). Ty nejjednodušší koncepty pracují většinou jen se dvěma charakteristikami. Mezi nimi jsou asi nejrozšířenější indexy WCTI (Wind Chill Temperature Index), který kombinuje teplotu vzduchu a rychlost větru a je vhodný hlavně na chladné období roku, a HSI (Heat Stress Index), jenž je použitelný především v letních měsících a počítá s kombinovaným působením dvojice teplota a vlhkost vzduchu. HSI tak umožňuje detekovat nejen vedro, ale také dusno, přičemž dusno může nastávat i při relativně nízkých teplotách vzduchu (známý pocit „prádelny“ i při teplotách kolem 20 °C a vysokých vlhkostech).

V prvním desetiletí 21. století byl pod záštitou Mezinárodní biometeorologické společnosti (ISB) vyvíjen zcela nový index – Universal Thermal Climate Index (UTCI). Na rozdíl od těch jednodušších je založen na společném působení všech výše jmenovaných faktorů, tedy včetně záření popsaného pomocí tzv. střední radiační teploty (mean radiant temperature, MRT). Tento index je možné po­užívat i v operativním režimu, v současné době jsou už jeho hodnoty rutinně počítány i některými meteorologickými numerickými předpovědními modely (model ALADIN počítaný ČHMÚ byl v únoru 2019 jedním z prvních). Právě hodnoty tohoto indexu by měly být základem nové BMP.

Biometeorologův sen

Dovolím si malý stručný exkurz do světa humánní biometeorologie uzavřít malým zasněním. Na začátku 90. let 20.  století formuloval RNDr. Ing. Jaroslav Dykast, CSc., myšlenku medicínsko-meteorologického pracoviště v České republice [Dykast, Novák, 2015]. Tuto ideu připomínám proto, že právě systematická, dlouhodobá spolupráce mezi meteorology na straně jedné a lékaři na straně druhé výrazně chybí pro další posun humánní biometeorologie v Česku. A také třeba k posunu BMP na další úroveň, k jejímu „povýšení“ na přímého pomocníka v medicínské praxi. Ať už v oblasti praktického lékařství, ordinacích některých specialistů, nebo třeba při plánování operativních výkonů. Příklad z Německa ukazuje, že by to nemusel být jen nedosažitelný sen. Tak snad, po konsolidaci zdravotnictví, která bude jistě v „pokoronavirové“ době potřeba, nastane čas i na tyto úvahy.


Zdroje

1. Česká meteorologická společnost [online]: Elektronický meteorologický slovník výkladový a terminologický (eMS). [cit 24.02.2021]. Dostupné z: http://slovnik.cmes.cz/.

2. ČHMÚ [online]: Biometeorologie.cz. [cit 27.02.2021]. Dostupné z: http://www.biometeorologie.cz/.

3. UTCI [online]: utci.org. [cit. 27.02.2021]. Dostupné z: http://utci.org/.

4. Dykast J, Novák M. Medicínsko-meteorologické pracoviště – oživení idey po 25 letech. In: Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice, 2015:90–92. ISBN 978-80-86303-44-4.

5. Novák M. UTCI jako výstup modelu ALADIN, možnosti využití pro biometeorologickou předpověď. In: Rožnovský J, Litschmann T. (eds): Extrémy počasí, jejich dopady a bezpečnostní rizika. Broumov, 2019. ISBN 978-80-87577-96-7 (CD).

6. Novák M. Use of the UTCI in the Czech Republic. Geographia Polonica 2013;86(1):21–28. ISSN 0016-7282.

7. Novák M. Porovnání předpovídané zátěže se zátěží skutečnou (podle modelu III-C BMP ČHMÚ). In: Člověk ve svém pozemském a kosmickém prostředí. Úpice, 2013:78– 83. ISBN 978-80-86303-38-3.

Štítky
Praktické lékařství pro děti a dorost Praktické lékařství pro dospělé

Článek vyšel v časopise

Svět praktické medicíny

Číslo 3

2021 Číslo 3

Nejčtenější v tomto čísle
Kurzy Podcasty Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se