Mensen zijn slecht toegerust om in de koude-omstandigheden te overleven. We hebben maar beperkte fysiologische middelen om warm te blijven en zijn dus afhankelijk van bescherming vanuit de omgeving, van kleding en van externe warmtebronnen. Ik schreef al eerder over de mogelijke risico’s van werken (en recreëren) in de kou, waarbij ik een overzicht gaf van de verschillende koudeletsels. Zie daarvoor deze artikelen

• Risico’s van de kou: koudeletsels
• Koude letsels met en zonder bevriezing nader bekeken

Recent is een uitgebreide review verschenen waarin koudestress en koudeletsels worden besproken en wordt ingegaan op de aanpassing van de mens aan koude en de manieren waarop we veilig kunnen leven en werken in de kou. Er is daarbij speciale aandacht besteed aan individuele verschillen in risicofactoren, waarbij lichaamsgewicht en perifere doorbloeding een rol spelen. Er blijkt een grote individuele variabiliteit in bouw, isolatie en metabolisme te bestaan. Hiermee zal rekening gehouden worden bij de te nemen beschermende maatregelen.

Bevriezing

Zelfs bij militaire operaties in een koud klimaat blijkt een grote interindividuele diversiteit in bouw, fysiologie en ook psychologische factoren te bestaan en komen koudeletsels veel voor. Zo trad in 2016 bij een gezamenlijke oefening van Canadese en Amerikaanse troepen 215 medische problemen op, waarvan circa 20% gevallen van bevriezing bij een gemiddelde wind chill van −44° C. Het nauwkeuriger identificeren van bij koude-blootstelling kwetsbare mensen kan een middel zijn om de risico’s te verminderen en de inzetbaarheid te vergroten.

Koudestress

Koudestress en de daarbij behorende fysiologische gevolgen zijn zeer variabel en hangen af van waaraan men is blootgesteld (lucht, water), de temperatuur en relatieve vochtigheid en de duur (minuten, uren, dagen). Koudestress kan worden gezien als elke omgevingsblootstelling dat de warmteafgifte verhoogt en onze beschermingsmechanismen in werking zet om de kerntemperatuur op circa 37 °C te houden.

Warmteverlies treedt op als de warmteafgifte hoger is dan de door het lichaam geproduceerde warmte. Afgifte van warmte aan de omgeving treedt op door verdamping, straling, geleiding en stroming. Dit wordt sterk beïnvloed door de omgevingscondities, maar ook door wat we aan het doen zijn en de beschermende kleding die we daarbij dragen.

Maar daarnaast spelen ook de individuele verschillen in bouw, fysiologie en metabolisme een rol. Dat betekent dat onder dezelfde omgevingscondities met dezelfde beschermende kleding en het uitvoeren van dezelfde taken er toch verschillen in koudestress zijn door de individuele factoren. Het artikel geeft een uitgebreid overzicht van alle factoren die een rol spelen.

Warmteproductie

Een van de eerste reacties of kou is het verminderen van de bloeddoorstroming aan de oppervlakte door het samenknijpen van de bloedvaten (vasoconstrictie). Als dit onvoldoende is om warmteverlies tegen te gaan neemt het metabolisme toe. Als dit voldoende is om de kerntemperatuur op peil te houden, noemen we de koudeblootstelling compensabel. De capaciteit om te compenseren verschilt per individu en het is nog niet echt duidelijk waardoor dit wordt bepaald.

Volgens de onderzoekers hangt het niet samen met de beschikbare hoeveelheid glycogeen of vetzuren zoals dat wel het geval is voor fysieke inspanning. Mensen hebben verschillende mechanismen voor warmteproductie beschikbaar die elkaar aanvullen. Deze grote flexibiliteit hangt waarschijnlijk samen met de lage stofwisselingsniveaus die nodig zijn voor maximale warmteproductie: deze zijn circa 60% lager dan de niveaus die we zien bij inspanning. Dit gaat echter wel ten koste van de capaciteit om voldoende warmte te produceren als het kouder wordt. Dat maakt dat we maar een beperkte mate van koudeblootstelling kunnen compenseren.

Water versus Lucht

Als de warmteproductie tekort schiet om het warmteverlies te compenseren belanden we in het niet-compensabele gebied van koudeblootstelling en daalt onze kerntemperatuur. Wanneer deze onder de 35 °C daalt, heeft dat invloed op onze cognitieve functies en kunnen organen en systemen gaan uitvallen. Dit treedt vooral op in het water kouder dan 20 °C, dat warmte vier keer beter geleid dan lucht.

Hypothermie treedt vooral en ook snel op bij onderdompeling in water van minder dan 18 °C. In koude lucht is dit veel minder het geval en vaak het gevolg van onvoorziene omstandigheden of niet passende beslissingen. Met name omdat over een langere termijn de systemen om warmte te produceren in het lichaam vermoeid raken. Mensen moet dan andere maatregelen nemen om warm te blijven.

De afkoelingssnelheid neemt toe naarmate het water kouder is: Is dit bij water van 18 °C ongeveer een halve graad per uur, bij water van 7 °C als 2,5 graad per uur. In het laatste geval is de overlevingstijd bij licht geklede drenkelingen slechts ongeveer een uur. Wanneer de kerntemperatuur zakt naar 31 °C, kan het lichaam zichzelf niet meer opwarmen en is warmtetoevoer van buiten nodig. Mensen zijn zeer kwetsbaar voor koude-blootstelling in vergelijking met even grote zoogdieren.

In de koude klimaatkamer

Bij een experiment van Haman et al. verbleven aan de koude gewende mannen met een lichaamsgewicht van circa 100 kg in een klimaatkamer van 7,5 °C. Slechts de helft van hen slaagde erin daar de 24 uur vol te maken. Ondanks dat ze als kleding een dikke katoenen overall, schoenen, wanten, muts hadden. Ook hadden ze gezelschap, kregen eten en werden ze bezig gehouden werden met verschillende taken. Gemiddeld daalde hun huidtemperatuur circa 6 °C en bleef de kerntemperatuur constant circa 0.8 °C onder normaal.

De koudestress zorgde voor een toename in de warmteproductie van het lichaam met 50% in de eerste zes uur en dit bleef zo tot het eind van de blootstelling. De uitval van deze ervaren mannen was opvallend omdat de omstandigheden afwijkend en moeilijk waren, maar nog ver weg bleven van de fysiologische grenswaarden. Het toont aan dat overleven in de koud zelf met ervaring een probleem is. Bron: Haman F, Mantha OL, Cheung SS, et al. Oxidative fuel selection and shivering thermogenesis during a 12- and 24-h cold-survival simulation. J Appl Physiol. 2016;120(6):640–648.

Lichaamsvorm en -samenstelling

In het artikel wordt uitgebreid ingegaan op de invloed van lichaamsvorm en lichaamssamenstelling op de warmtebalans en op het risico op koudeletsels. Het vetpercentage van het lichaam speelt daarbij een rol, maar wellicht op een andere manier dan vaak wordt gedacht. Het gaat niet zozeer om een isolerende subcutaan vetlaag, maar eerder hoe de hoeveelheid vet zich verhoudt tot het lichaamsoppervlak.

Ook blijkt uit vergelijkend onderzoek tussen mannen en vrouwen die zijn ondergedompeld in koud water, dat er ondanks correctie voor lichaamsvet grote variaties zijn in de mate van warmteverlies. Dat kan te maken hebben met lichaamsvorm, vetverdeling, maar ook met tot nu toe onbekende factoren. De invloed van bepaalde hormonen zoals oestrogeen en progesteron kan eveneens een rol spelen.

Algemeen wordt wel aangenomen dat mensen die een grotere massa/volume hebben, een relatief klein lichaamsoppervlak en een hoog vetpercentage het best bestand zijn tegen afkoeling in koud water. In hoeverre dit ook opgaat voor afkoeling in lucht is minder goed onderzocht. Het is ook van belang te weten dat een hogere spiermassa niet alleen de productie van warmte vergemakkelijkt, maar ook werkt als een isolerende laag.

Genetische variatie en gedragsaanpassing

Er bestaat grote genetische variatie in de fysiologische respons op omgevingstemperatuur zoals vernauwen of verwijden van de bloedvaten, de hoeveelheid zweetklieren, dikte van de huid, huidskleur en lichaamsvorm, gewicht en samenstelling etc. Het is te verwachten dat bepaalde populaties mensen zich aanpassen aan hun omgevingstemperatuur, zoals bijvoorbeeld mensen die binnen de poolcirkel wonen. Maar hoewel deze volken veel kennis hebben over hun omgeving en weten hoe in extreem koude-omstandigheden te overleven, zijn ze fysiologisch nauwelijks beter aan koude aangepast dan mensen die rond de evenaar wonen.

Ze hebben wel een iets hoger basaal metabolisme, een hogere temperatuur in handen en voeten en wat meer bloeddoorstroming van armen en handen. Gaan deze enigszins aan de kou aangepaste mensen verhuizen naar een warmer klimaat, dan verdwijnen deze aanpassingen weer. Uit allerlei onderzoek blijkt dat gedragsmatige aanpak van de warmtebalans een zeer belangrijke factor is in de aanpassing aan koude-omstandigheden. Hierbij moet je denken aan het dragen van goede kleding, het bouwen schuilplaatsen en het gebruik van warmtebronnen als vuur.

In de afgelopen jaren is verschillende keren onderzocht op welke manier ras invloed heeft de aanpassing aan koude-omstandigheden. De uitkomsten daarvan waren niet eenduidig, waarbij interindividuele verschillen mogelijk van groter belang zijn dan etnische afkomst.

Wordt vervolgd

In deel twee aandacht aan ideeën over koude regulatie mechanismen. In deel drie komen de maatregelen om koudeletsels te voorkomen aan bod.

Bron

Haman, F., Souza, S. C., Castellani, J. W., Dupuis, M. P., Friedl, K. E., Sullivan-Kwantes, W., & Kingma, B. R. (2022). Human vulnerability and variability in the cold: Establishing individual risks for cold weather injuries. Temperature, 1-38.

Series Navigation

Koudeletsels en regulatiemechanismen (2) >>