راز ۲۵۰ ساله عرق بدن کشف شد؛ چرا تعریق در گرمای شدید همیشه خنککننده نیست؟
پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا دریافتند که در شرایط بسیار گرم، خشک و بدون جریان هوا یک پدیده فیزیکی کمتر مورد توجه میتواند میزان تبخیر عرق از سطح پوست را بیش از ۵۰ درصد کاهش دهد، پدیدهای که میتواند ارزیابی خطر گرما در محیطهایی مانند چادرها، ساختمانهای نیمهکاره و محلهای کار محصور را تغییر دهد.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از ساینس دیلی، این کشف فصل تازهای به پرسشی اضافه میکند که قرنهاست دانشمندان را به خود مشغول کرده است. در سال ۱۷۷۵چارلز برایان بلاگدن، پزشک انگلیسی همراه با چند نفر دیگر وارد اتاقهایی شدند که دمای آنها به بیش از ۲۳۰ درجه فارنهایت معادل حدود ۱۱۰ درجه سانتیگراد رسیده بود. در همان اتاقها گوشت خام پخته میشد، اما دمای مرکزی بدن افراد تقریبا ثابت باقی ماند، زیرا بدن آنها بهشدت عرق میکرد و عرق نیز تبخیر میشد.
با این حال پژوهش جدید محققان دانشگاه ایالتی آریزونا نشان میدهد که حتی در هوای بسیار گرم و خشک نبود جریان هوا میتواند توانایی بدن برای خنکشدن از طریق تعریق را به شکل چشمگیری کاهش دهد.
کنراد ریکاچفسکی، دانشیار مهندسی در دانشگاه ایالتی آریزونا درباره اهمیت این یافته گفت: تاثیر این پدیده بسیار زیاد است و میتواند میزان تبخیر عرق از پوست را بیش از ۵۰ درصد تغییر دهد.
وقتی عرق دیگر بدن را بهخوبی خنک نمیکند
خود عرق کردن بهتنهایی گرمای زیادی از بدن خارج نمیکند؛ فرآیند اصلی خنکشدن زمانی رخ میدهد که عرق از سطح پوست تبخیر شود. در این فرآیند مایع عرق انرژی را از پوست جذب میکند و هنگام تبدیلشدن به بخار آب این انرژی را با خود از بدن خارج میکند.
به همین دلیل عرقی که روی پوست باقی میماند یا بهصورت قطرات از بدن میچکد بسیار کمتر از عرق تبخیرشده به خنکشدن بدن کمک میکند.
اهمیت تبخیر عرق در شرایطی بیشتر میشود که دمای محیط از دمای پوست بالاتر باشد. در چنین شرایطی بدن حتی ممکن است از محیط اطراف گرما دریافت کند و در نتیجه تبخیر عرق به یکی از مهمترین مکانیسمهای دفاعی بدن در برابر افزایش بیش از حد دمای مرکزی تبدیل میشود.
پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا بررسی کردند که دما و رطوبت چگونه جریانهای هوایی رقیبی را در نزدیکی سطح بدن ایجاد میکنند.
هوای گرمی که با پوست خنکتر تماس پیدا میکند متراکمتر شده و به سمت پایین حرکت میکند. از سوی دیگر رطوبتی که در اثر تبخیر عرق وارد هوا میشود باعث ایجاد جریان رو به بالا میشود، زیرا هوای مرطوب سبکتر از هوای خشک است.
محققان دریافتند که در دمای حدود ۱۰۵ درجه فارنهایت، معادل تقریبا ۴۱ درجه سانتیگراد همراه با رطوبت پایین و نبود باد، این دو جریان هوا میتوانند تقریبا یکدیگر را خنثی کنند.
در نتیجه هوای بسیار کمی روی سطح پوست حرکت میکند و سرعت تبخیر عرق کاهش مییابد. در این شرایط، بدن گرمای بیشتری را در خود ذخیره میکند.
مدلسازیهای پژوهشگران نشان داد زمانی که این اثر در محاسبات لحاظ نشود افزایش دمای مرکزی بدن یک فرد در حال استراحت پس از دو ساعت قرار گرفتن در معرض چنین شرایطی، نزدیک به ۲ درجه فارنهایت، معادل حدود ۱.۱ درجه سانتیگراد، کمتر از مقدار واقعی برآورد میشود.
آزمایش گرمای شدید با شبیهساز بدن انسان
از آنجا که قرار دادن افراد در معرض چنین شرایط خطرناکی میتواند سلامت آنها را تهدید کند پژوهشگران برای انجام آزمایشها از دستگاهی موسوم به ANDI استفاده کردند.
ANDI یک مانکن پیشرفته و سفارشی است که برای شبیهسازی تبادل گرما میان بدن انسان و محیط طراحی شده است. حسگرهایی در بخشهای مختلف این مانکن میزان دریافت و از دست دادن گرما را اندازهگیری میکنند و منافذی روی سطح آن نیز امکان آزادسازی عرق شبیهسازیشده را همزمان با افزایش دما فراهم میکنند.
تیم تحقیقاتی دهها آزمایش را با استفاده از این مانکن انجام داد. آنها همچنین یک نسخه رایانهای از ANDI ایجاد کردند و حدود ۱۰۰ شبیهسازی تعریق را در طیف گستردهای از شرایط محیطی اجرا کردند.
این آزمایشها به پژوهشگران اجازه داد تا مسیرهای مختلف انتقال گرما میان بدن و محیط را از یکدیگر تفکیک و اثر هرکدام را بررسی کنند.
ریکاچفسکی در اینباره گفت که چندین مسیر انتقال حرارت بهطور همزمان درگیر هستند و جدا کردن هر یک از آنها، اطمینان از امکان بازتولید محاسباتی آنها و سپس ترکیب همه این عوامل در یک مدل واحد به تلاش قابلتوجهی نیاز داشته است.
نتایج این پژوهش با مشارکت شری ویسواناتان بهعنوان نویسنده نخست و هشت پژوهشگر دیگر از دانشگاه ایالتی آریزونا در مجله Science Advances منتشر شده است.
یک نقطه کور در مدلهای گرمای بدن
به گفته پژوهشگران نیروهای شناوری که باعث ایجاد جریانهای هوای مورد بررسی میشوند برای مهندسانی که انتقال حرارت در تجهیزات الکترونیکی را مطالعه میکنند پدیدهای شناختهشده هستند؛ اما تاکنون نقش آنها در انتقال گرما از بدن انسان کمتر مورد توجه قرار گرفته بود.
ریکاچفسکی معتقد است یکی از دلایل این موضوع ماهیت میانرشتهای مسئله است؛ زیرا بسیاری از پژوهشگران حوزه تنظیم دمای بدن پیشینه مهندسی ندارند. به گفته او این یافته نشان میدهد همکاری میان مهندسان و متخصصان فیزیولوژی تا چه اندازه میتواند به کشفهای جدید منجر شود.
بسیاری از مدلهای موجود برای محاسبه تعادل گرمایی بدن انسان تاثیر رطوبت ناشی از عرق بر حرکت هوا در نزدیکی پوست را در نظر نمیگیرند. در نتیجه این مدلها ممکن است میزان تبخیر عرق را بیش از مقدار واقعی برآورد کنند و سرعت گرمشدن خطرناک بدن را در محیطهای خشک و بدون باد کمتر از واقعیت نشان دهند.
این موضوع بهویژه برای فضاهای داخلی یا محیطهایی که جریان هوا در آنها بسیار محدود است اهمیت دارد. چادرها، محلهای کار نیمهمحصور و ساختمانهای در حال ساخت از جمله محیطهایی هستند که میتوانند تحت تاثیر این پدیده قرار بگیرند.
اهمیت یافته برای ایمنی در برابر گرما
پژوهشگران معتقدند مدلهای دقیقتر میتوانند به بهبود توصیههای ایمنی برای کارگرانی که در معرض گرمای شدید قرار دارند کمک کنند.
همچنین این یافته میتواند در طراحی لباسهای خنککننده و سامانههای مدیریت گرما برای گروههایی مانند نیروهای امدادی، سربازان، ورزشکاران و سایر افرادی که ناچارند در دمای بالا فعالیت کنند کاربرد داشته باشد، اما این پژوهش تنها به جریان هوا در اطراف بدن محدود نمیشود و بخشی از آن به مطالعات پیشین همین تیم درباره نحوه حرکت عرق روی پوست مربوط است.
عرق چگونه یک لایه خنککننده روی پوست ایجاد میکند؟
پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا در مطالعهای که سال گذشته انجام دادند با استفاده از داوطلبانی که لباسهای مخصوص مجهز به لولههای حامل آب گرم یا سرد پوشیده بودند، نحوه شکلگیری و حرکت عرق روی پوست را بررسی کردند.
آنها با گرم و سرد کردن بدن داوطلبان توانستند روند خروج عرق و گسترش آن روی سطح پوست را مشاهده کنند.
نتایج نشان داد عرق در ابتدا خارجیترین لایه پوست را اشباع میکند. سپس در اطراف هر منفذ پوستی در قالب حوضچههای کمعمق جمع میشود و در ادامه این حوضچهها به یکدیگر متصل شده و یک لایه نازک و پیوسته از مایع روی پوست تشکیل میدهند.
پس از تبخیر اولیه عرق، مقدار اندکی نمک روی پوست باقی میماند. زمانی که داوطلبان دوباره گرم شدند، این نمک به عرق تازه کمک کرد تا سریعتر روی سطح پوست حرکت کند و بدون آنکه مرحله تجمع اولیه در اطراف منافذ دوباره تکرار شود، یک لایه عرق شکل بگیرد.
تشکیل یک لایه پیوسته از عرق میتواند سطح بیشتری از مایع را در معرض هوا قرار دهد و در نتیجه احتمالا فرآیند تبخیر را کارآمدتر کند.
این یافتهها همچنین نشان میدهد رفتار عرق در بخشهای مختلف بدن یکسان نیست و عواملی مانند میزان پوشش مو، تراکم غدد عرق و ساختار پوست میتواند بر نحوه حرکت و تبخیر آن تأثیر بگذارد.
طراحی لباسهایی برای تبخیر بهتر عرق
با وجود این یافتهها، هنوز پرسشهای مهمی درباره تعریق و خنکشدن بدن باقی مانده است. یکی از پرسشهای اصلی این است که چه عواملی تعیین میکنند عرق روی پوست باقی بماند و تبخیر شود یا پیش از آنکه بتواند بدن را بهخوبی خنک کند، از سطح بدن جاری شود.
تیم دانشگاه ایالتی آریزونا قصد دارد در ادامه بررسی کند که پوست، عرق و الیاف و بافتهای مورد استفاده در لباس چگونه با یکدیگر تعامل دارند و این تعامل در شرایط مختلف محیطی چه تغییری میکند.
ریکاچفسکی میگوید پرسش بزرگتر این است که چگونه میتوان عرق را مدیریت کرد و چه نوع موادی را میتوان در مجاورت پوست قرار داد تا فرآیند خنکشدن بدن به بهترین شکل ممکن انجام شود.
نتایج این تحقیقات در آینده میتواند به طراحی لباسهایی منجر شود که عرق را روی سطح وسیعتری از پوست پخش کنند، آن را نزدیک پوست نگه دارند و شرایط را برای تبخیر موثرتر فراهم کنند.
پژوهشگران در ایالت آریزونا همچنین در حال ترکیب حسگرهای پیشرفته محیطی با مدلهای بهبودیافته تعریق و تنظیم دمای بدن هستند تا بررسی کنند گروههای مختلف مردم چگونه گرمای شدید را تجربه میکنند.
به گفته محققان نتایج این مطالعات میتواند در تدوین راهبردهای سازگاری با گرما و همچنین طراحی ساختمانها و فضاهای بیرونی ایمنتر مورد استفاده قرار گیرد.
ریکاچفسکی که در ابتدای فعالیت حرفهای خود تصور نمیکرد روزی پژوهش درباره تعریق به یکی از موضوعات اصلی کارش تبدیل شود میگوید ترکیب فیزیک پیچیده و ارتباط مستقیم این موضوع با زندگی همه انسانها او را به این حوزه جذب کرده است.
او با اشاره به ماهیت نهچندان خوشایند اما جذاب موضوع تعریق میگوید یک پژوهشگر ممکن است تمام دوران حرفهای خود را روی موضوعی بسیار تخصصی کار کند که تنها تعداد محدودی از متخصصان به آن علاقهمند باشند اما تعریق موضوعی است که همه انسانها آن را تجربه میکنند.
انتهای پیام/
