A. Werner, H.C. Gunga Wärmehaushalt und Temperaturregulation des Menschen in extremen Umwelten und Physiologie und Pathophysiologie des Individuums

Andreas Werner, Hanns-Christian Gunga

Wärmehaushalts- und Temperaturregulation des Menschen in extremen Umwelten und Physiologie und Pathophysiologie des Individuums

Regulation of Heat Balance and Body Temperature of Humans in Extreme Environments, and the Physiology and Pathophysiology of the Individual

SUMMARY

Heat stress is a significant factor for many activities; the losses originating from it have a high value for all non-military and military organisations. By applications in regions with a strong climatic load (hot/dry, warm/humid) the heat load is an important factor regarding endurance ability and care. The heatstroke is to be equated to a serious wound and can prevent the use of a person for a long period. By the planning of applications a special job comes up concerning clarification of relations, because not only the clinical side (treatment of heat illness), but knowledge of the climatic relations must be considered. Personal losses through heat result from a combination of different conditions (work, clothes, environment, liquid balance etc.) which cannot lead individually, but in the summation to the heat illness. This external influence is complemented with the multiple variables of the individual heat tolerance and the achievement state. The risk of a heat illness can vary depending on the respective situation very strongly. Heavy, impervious protective clothes show an important factor with the origin of a heat load. Studies to the heat load were carried out mostly in healthy, young men of the military in labs, more seldom in young children, women and/or older populations. Furthermore, not only laboratory studies are needed, but those studies have also to be performed in the field. All these studies might be useful to elaborate more precisely a heat strain index

for different ages and gender under various environmental and physical conditions. Easy preventive strategies can eliminate not all hazards through heat, but reduce the negative influence. The physical condition (fitness) can be improved by adequate training (heart circulation function, sweat delivery) to work in hot surroundings decisively. Full mental ability and physical working achievement can be guaranteed by sufficient admission of liquid and electrolytes, the absorption of nutrients in the right composition must attract attention also. The investigation of the complexity of the heat load shows an important job therefore and is very necessary within the scope of the progressive climate change. Keywords: climate change, thermoregulation, double sensor, heat stress, thermal load

ZUSAMMENFASSUNG

Hitzestress ist ein signifikanter Faktor für viele Aktivitäten, die dadurch entstehenden Verluste haben für alle nicht-militärischen und militärischen Organisationen einen hohen Stellenwert. Durch Einsätze in Regionen mit starker klimatischer Belastung (heiß/ trocken, warm/feucht) ist die Hitzebelastung ein wichtiger Faktor bei der Durchhaltefähigkeit und Fürsorge. Der Hitzschlag ist einer ernsthaften Verwundung gleichzusetzen und kann die Verwendung einer Person für einen langen Zeitraum unterbinden. Bei Kontingentplanungen kommt dem medizinischen Dienst eine besondere Aufgabe zu, denn nicht nur die klinische Seite (Behandlung Hitzeerkrankter), sondern Erkenntnisse der klimatischen Verhältnisse müssen aufgeklärt werden. Personalverluste durch Hitze resultieren aus einem Zusammentreffen von verschiedenen Bedingungen (Arbeit, Kleidung, Umwelt, Flüssigkeitsbilanz), die einzeln zum Teil nicht gefährlich, aber in der Summation zur Hitzeerkrankung führen können. Diese äußeren Einflüsse werden durch die multiplen Variablen der individuellen Hitzetoleranz und des Leistungszustandes ergänzt. Das Risiko einer Hitzeerkrankung kann abhängig von der jeweiligen militärischen Situation und dem Auftrag (Heer, Luftwaffe, Marine) sehr stark variieren. Schwere, undurchlässige Schutzkleidung stellt einen wichtigen Faktor bei der Entstehung einer Hitzebelastung dar. Einfache präventive Strategien können nicht alle Belastungen durch Hitze eliminieren, aber die negativen Einflüsse reduzieren. Durch adäquates Training (Herzkreislauffunktion, Schweißabgabe) kann die physische Voraussetzung (Fitness), in heißen Umgebungen zu arbeiten, entscheidend verbessert werden. Volle geistige Fähigkeit und physische Arbeitsleistung kann durch ausreichende Aufnahme von Flüssigkeit und Elektrolyten gewährleistet werden, die Nahrungsaufnahme in der richtigen Zusammensetzung muss dargestellt sein. Studien zur Hitzebelastung wurden zumeist an gesunden, jungen Männern des Militärs in Laboren durchgeführt, kaum jedoch an Kindern, Heranwachsenden, Frauen und/oder

älteren Personen. Ferner sind nicht nur Laboruntersuchungen notwendig, sondern auch Studien unter realen Feldbedingungen. Diese könnten dazu dienen, bessere Modelle zur „Berechnung“ der Hitzebelastung zu entwickeln. Relativ einfache präventive Maßnahmen können erhebliche positive Effekte bei der Abwendung der Hitzeerkrankung und der Aufrechterhaltung der Einsatzfähigkeit des Soldaten und der Truppe erreichen. Die Erforschung der Komplexität der Hitzebelastung stellt somit eine wichtige Aufgabe dar und ist notwendig. Schlüsselwörter: Klimawandel, Thermoregulation, DoppelSensor, Hitzebelastung

EINLEITUNG

War in den 1970er Jahren die Rede davon, dass es zu einer neuen kleinen Eiszeit kommen könnte, wurde in den letzten Jahrzehnten eine globale Erwärmung der Erdatmosphäre um ca. 0.7° C bis 1° C festgestellt (8, 14, 27), eine weitere Erwärmung wird vorhergesagt. In welche Richtung auch immer sich die klimatischen Verhältnisse ändern, die Einflüsse auf den Menschen sind immens, nicht zuletzt im Hinblick auf die fortschreitende Urbanisierung und damit Isolierung von Oberflächen (4, 17, 20). Ins öffentliche Bewusstsein gerät der Klimawandel durch klimatische Extremereignisse immer mehr in den Fokus und hat ebenso politische Dimensionen erreicht, sei es ganz allgemein in den Medien oder in der medizinischen Fachliteratur (6, 38). Eine Hitzewelle wird definiert, wenn an drei Tagen hintereinander tagsüber Außentemperaturen in den innerstädtischen Ballungsgebieten von 35° C und darüber gemessen werden, die nachts nicht mehr unter 28° C abfallen (26). Raumtemperaturen über 28° C liegen außerhalb des Behaglichkeitsbereichs des Menschen und müssen als extrem belastend angesehen werden und je höher desto stärker. Eine erforderliche erholsame Abkühlung - besonders in urbanen Wohnbereichen - ist dann nicht mehr möglich. Besonders in höher gelegenen Wohngeschossen von Hochhäusern treten solche Verhältnisse bevorzugt auf, was zu erhöhter Morbidität und Mortalität führen kann (5, 9). Die Definition der Hitzewelle wird allerdings nicht einheitlich gehandhabt, die Luftfeuchtigkeit wird beispielsweise in unterschiedlichem Maß oder meist gar nicht berücksichtigt. Die Thermoregulation des Organismus wird dadurch ständig gefordert und belastet nicht nur das Herz-Kreislauf-System, sondern auch andere physiologische Parameter (bspw. Mineral- und Säure-Base-Haushalt) (15). In Klimabeschreibungen werden mit den Temperaturangaben stets die Außentemperaturen gemeint. Die meteorologischen Messwerte berücksichtigen nicht die Wohn- und Aufenthaltsräume. Vor allem in den Industrienationen verbringen aber die Mehrzahl der Menschen bis zu 90% ihrer Lebenszeit in geschlossenen Räumen. Normalerweise passt sich der Organismus an die Außentemperaturen an und kann sich an die jeweilige Umgebungstemperatur akklimatisieren (13). Da jedoch die Lebensräume in einem sehr

engen Bereich (um 21°C ± 1°C) klimatisiert werden, wird auch die Adaptationsbreite für den Organismus sehr schmal (37). Auch in diesem physiologischen Bereich ökonomisiert der Organismus soweit es die Beanspruchung erforderlich macht. Der Regulationsmechanismus zur Aufrechterhaltung der Körperkerntemperatur wird nicht mehr in dem Maße gefordert, wie es bei einer normalen Exposition in der Natur (Außenwelt) erforderlich wäre (Abb. 1). Vergleichbar ist dies mit der Ruhigstellung einer Extremität nach einer Fraktur, wodurch die Muskulatur funktionell abgebaut wird, ähnlich verhält es sich auch mit der Temperaturregulation. Das Außenklima sagt also nur indirekt etwas über das - korrekterweise - als Expositionsklima bezeichnete, den Menschen umgebende Klima aus. Das akut eintretende Expositionsklima kann durch Verhalten (Kleidung) und durch technische Maßnahmen, beispielsweise: Klimaanalagen, Heizungen den Bedürfnissen angepasst werden (19). Erst wenn das Außenklima auf das Expositionsklima durchschlägt und - unter extremen Bedingungen - den Wirkungskreis des Menschen stark einengt, gewinnt dies physiologisch an Bedeutung (39). Der Mensch breitet sich immer weiter in unterschiedliche Bereiche der Erde bis hin

Abb. 1: Adaptationsvorgänge des menschlichen Körpers bei unterschiedlichen Barrieren

ins Weltall und in große Wassertiefen aus, es werden „extremere Umwelten“ erreicht. Im Weltall ist der natürliche Luftstrom am Menschen durch die Schwerelosigkeit nicht mehr vorhanden, so dass sich die Temperaturregulation verändert. In Bergwerken mit hohen Gesteinstemperaturen (1500 m ~ bis zu 70° C) kann die Hitze am Arbeitsplatz zu einer Belastungsgröße werden, die eine normale Arbeit extrem beeinflusst. Da mit zunehmender Arbeitsschwere die Menge der abzugebenden Körperwärme größer wird und mit steigenden Klimawerten die Wärmeabgabe für den Körper erschwert wird, kommt es oberhalb bestimmter Grenzen notwendigerweise zu einer Konkurrenz dieser beiden Größen, die sich nicht nur in subjektiv unbehaglichen thermischen Empfindungen, sondern auch in Leistungsminderungen, manchmal sogar in einer Gefährdung des Gesundheitszustandes, äußert. Hitzestress ist ein bedeutender Faktor für viele Tätigkeiten. Durch Arbeitsfelder in Gebieten mit starken klimatischen Belastungen (heiß/trocken, warm/feucht) ist der Hitzestress ein wichtiger Risikofaktor. Die Ausfälle, die daraus entstehen, sollten einen hohen Stellenwert für alle Arbeitgeber, aber ebenso für medizinische Organisationen darstellen. Der Hitzschlag ist einer ernsten Verletzung gleichzusetzen und kann einen Menschen lange Zeit auch im Nachhinein belasten und bleibende Schäden verursachen (v. a. neurologische Schäden). Aus einem Zusammentreffen von verschiedenen Bedingungen (Hitzebelastung, Flüssigkeitsverlust, Leistungsminderung, Kleidung, Arbeit und Umgebung), die einzeln betrachtet möglicherweise ungefährlich sind, entwickeln sich aber in der Summation dann schnell Veränderungen bis zur Hitzekrankheit. Zudem wird durch die individuelle Hitzetoleranz und des individuellen Leistungszustandes eine „per se“ Aussage ungenau.

THERMOPHYSIOLOGISCHE GRUNDLAGEN

Der Mensch gehört zu den endothermen Organismen, die im Gegensatz zu wechselwarmen Lebewesen nicht von der Umgebungstemperatur abhängig sind. Diese Organismen haben einen hohen Energieumsatz und können ihre Körpertemperatur innerhalb eines weiten Bereichs unterschiedlicher Umgebungstemperaturen konstant halten. Wie die meisten Vögel und Säugetiere benötigt der Mensch im Körperkern eine relativ konstant hohe Körpertemperatur zwischen 36,4 und 37,4° C (Normaltemperatur). Abweichungen können nur in einem sehr geringen Schwankungsbereich toleriert werden. Wärmeverluste in kalter Umgebung können durch willkürliche Muskeltätigkeit oder durch Kältezittern ausgeglichen werden, Neugeborene haben zitterfreie Wärmebildung durch das braune Fettgewebe. Unter Ruhebedingungen bei moderater Außentemperatur überwiegen die Wärmeverluste durch Strahlung. In warmer Umgebung oder bei starker Wärmebildung (körperliche Arbeit) muss der Körper überschüssige Wärme an die Umgebung abführen, der Organismus ist auf die Verdunstung von Schweiß angewie-

sen. Zudem wird der sogenannte Körperkern nach außen, also auf die Haut, vergrößert (Abb. 2). Es wird eine thermische Neutralzone (25-30° C) von einer Indifferenztemperatur unterschieden. Die Neutralzone ist ein Bereich der Umgebungstemperatur, in dem durch Anpassung der Hautdurchblutung eine ausgeglichene Wärmebilanz erzielt werden kann. Weitere Parameter wie Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Strahlungstemperaturen wie auch die Art der Bekleidung beeinflussen zusätzlich das „Mikroklima“ in unmittelbarer Nähe der Haut. Die Indifferenztemperatur ist der Bereich, der als behaglich empfunden wird, und entspricht für den gesunden, unbekleideten, liegenden und ruhenden Erwachsenen, unter Grundumsatzbedingungen, bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% und nahezu unbewegter Luft (Windgeschwindigkeit 0,1 m/s) eine Lufttemperatur von 27–31° C und liegt damit an der oberen Grenze der thermischen Neutralzone (Abb. 3). Bei körperlicher Ruhe werden rund 80% der Wärme in den inneren Organen gebildet, während die übrigen Körperteile nur etwa 20% dazu beitragen. Unter Grundumsatzbedingungen Abb. 2: Das Temperaturfeld des Menschen: Körperschale liegen die Organe mit und Körperkern bei unterschiedlichen Außentemperaturen hoher Wärmebildung ausschließlich in der Schädel-, Brust- und Bauchhöhle, also im sogenannten Körperkern. Bei körperlicher Arbeit ändern sich die Anteile der Wärmebildung grundsätzlich. Es können bis zu 90% der gesamten Wärmebildung auf die arbeitende Muskulatur zurückgeführt werden, und die Gewebetemperatur in der Muskulatur kann deutlich über der Körperkerntemperatur liegen. Da die Muskulatur im Wesentlichen in den Extremi-

Abb. 3: Einflüsse auf die Wärmebilanz des menschlichen Körpers

täten liegt, kann ein Teil der anfallenden Wärmemenge gleich vor Ort an die Umgebung abgegeben werden. Die hohe Durchblutung des arbeitenden Muskels dient auch dem Transport von überschüssiger Wärme. Da die thermische Leitfähigkeit von nicht durchblutetem Gewebe in der gleichen Größenordnung wie die von Fett liegt (einem sehr guten Isolator), ist die Wärmeabgabe an die Umgebung vor allem auf die gleichzeitig gesteigerte Durchblutung und Öffnung von arteriovenösen Anastomosen in Haut und Akren zurückzuführen („thermal windows“). Der Wärmetransport zwischen zwei Objekten ist proportional zur Differenz ihrer Temperaturen. Als inneren Wärmetransport bezeichnet die Wärmeabgabe vom Körperkern zur Köperschale. Die im Körper in den verschiedenen Geweben und Organen gebildete Wärme wird an die kühlere Körperoberfläche transportiert und abgegeben. Dieser konvektive Wärmeaustausch zwischen Körperoberfläche und Umwelt spielt sich hauptsächlich in einer nur wenige Millimeter dicken Luftschicht (Grenzschicht), die über der Haut lagert, ab. Hierbei sind die Formen - natürliche und erzwungene - voneinander zu unterscheiden. Befindet sich ein warmer Körper in einem kühleren Medium (Luft, Wasser) kommt es entlang dem Körper zu einer Massenbewegung von kühleren Anteilen im Medium (unten) zu wärmeren Anteilen nach oben (kühlere Luft ist schwerer als warme). Das Medium nimmt dabei konvektiv Wärme auf. Dieser konvektive Massentransport beträgt beim unbekleideten Menschen ca. 600 l/min. Unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit, z. B. bei Astronauten im All, fällt dieser Massentransport weg und trägt zum thermischen Diskomfort bei. Die erzwungene Konvektion bedeutet, dass

ein Körper in ein bewegtes Medium gebracht wird (Wind, Wasserströmung) oder sich selbst in diesem Medium bewegt. Dabei spielen die Form und Größe des Objektes für die Wärmeabgabe eine wichtige Rolle. Bei kleinen Organismen kann erzwungene Konvektion rasch zu Störungen des Wärmehaushalts und der Temperaturregulation führen (Hypothermie), insbesondere dann, wenn sich die Dicke der Grenzschicht verringert und eine laminare Strömung in der Grenzschicht in eine turbulente übergeht. Der direkte Wärmetransport zwischen zwei festen Stoffen, die in physischem Kontakt stehen, wird als Konduktion bezeichnet. Der Wärmestrom fließt von dem Stoff mit einer höheren zu jenem mit der niedrigeren Temperatur. Im Gegensatz zum konvektiven Wärmetransport wird also keine Masse transportiert. Die konduktive Wärmetransportrate zwischen zwei Objekten hängt ab von deren Temperaturdifferenz, der effektiven Austauschfläche, den Materialeigenschaften sowie ihrer speziellen thermischen Leitfähigkeit. Die mit dem Blut aus dem Körperinneren an die Hautoberfläche transportierte

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Abb. 4: Die Physiologie der Wärmebildung und Abgabemechanismen an die Umgebung

Wärmemenge wird dort in der ruhenden Grenzschicht konduktiv aufgenommen und konvektiv mit dem Luftstrom abgeführt. Unter Ruhebedingungen bei einer Lufttemperatur von 20-25° C, geringer relativer Luftfeuchtigkeit und geringer Windgeschwindigkeit gibt der Mensch ca. 50-60% seiner gesamten Wärmeproduktion über Infrarotstrahlung an die Umgebung ab - Strahlung. Die restlichen Anteile verteilen sich zu etwa gleichen Teilen auf Konduktion, Konvektion und Evaporation (Abb. 4). Passiv verliert der Organismus unmerklich Wasser durch Diffusion über die Haut und die Schleimhäute der Atemwege, aktiv kann der Mensch über Schweißdrüsen Flüssigkeit ausscheiden. Durch die Verdunstung von Schweiß (Evaporation) wird dem Organismus eine erhebliche Wärmemenge entzogen. Bei vollständiger Verdunstung reicht eine Schweißmenge von rund 2 g/min aus, um die gesamte beim Grundumsatz entstehende Wärme des Erwachsenen abzuführen. Je höher der Wasserdampfdruck in der Umgebungsluft ist (schwüle Luft, Tropen), umso schwieriger wird die Wärmeabgabe durch Evaporation. Ist die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft jedoch gering (trockenes Wüstenklima), kann der Mensch kurzfristig durch den hohen Gradienten auch extrem hohe Lufttemperaturen tolerieren [31].

METHODEN ZUR MESSUNG DER KÖRPERKERNTEMPERATUR

Physiologisch betrachtet ist von klinischem Interesse besonders die Körperkerntemperatur von Bedeutung. Der „Goldstandard“ für die Körperkerntemperatur ist die zentrale Bluttemperatur in der Aorta, die jedoch nur massiv invasiv (Herzkatheter) zu erfassen ist. Der semi-invasive Goldstandard ist die rektale Messung, die allerdings nicht sehr angenehm zu tragen ist und an sich nur für Laboruntersuchungen praktikabel ist. Aus diesem Grund hat man alternative Messmethoden zur Bestimmung der Körperkerntemperatur gewählt, wobei „Fehler“ hingenommen werden. Die allgemeinen klinischen Messmethoden sind z. B. die tympanale Messung oder die axillare Messung. Für beide Messungen gilt, dass sie einfach durchzuführen sind und eine hohe Compliance beim Patienten haben. Allerdings sind Temperaturmessfehler bereits bei geringfügig falscher Platzierung des Messkopfes (tympanal) erheblich, axillare Messungen weisen die größten Fehlerquellen auf und müssten korrekterweise 30–40 Minuten fest angepresst in der Achselhöhle platziert sein(!). Eine neue, nichtinvasive Methode stellt die Messung über die Haut dar. Dabei wird die Qualität der Messung durch die Kombination von zwei Messfühlern, die den Wärmefluss („heat flux“) erfassen (DoubleSensor) und mit Hilfe bestimmter Programme auf die Körperkerntemperatur zurückrechnen lassen, genutzt (11, 12). Diese Methode ist zudem sehr schnell, angenehm zu tragen und vor allem mobil, so dass auch bei Tätigkeiten im Feld eine Messung ermöglicht wird (z. B. bei Piloten oder Feuerwehrleuten) (Abb. 5).

Abb. 5: Der neue nicht-invasive DoppelSensor (Draeger Werke, Lübeck) zur Messung der Körperkerntemperatur und die Platzierung an der Stirn [12]

AKTUALITÄT

Hitzestress ist ein signifikanter Faktor für viele Aktivitäten, und besonders für Kinder, Kranke und ältere Personen stellt das Expositionsklima eine besondere Gefahr dar, die sich in erhöhter Krankheitshäufigkeit (Morbidität) und erhöhter (Über-) Sterblichkeit (Mortalität) widerspiegelt (24, 33, 34). Sie führte sowohl in der Vergangenheit aber auch heute noch zu vielen Problemen mit steigender Inzidenz und bereits 24 Stunden nach Einsetzen einer Hitzewelle ist mit einer Risikoerhöhung zu rechnen. Die Hitzewelle 2003 in Europa hat geschätzt zwischen 25000 bis 40000 Tote gefordert, die Dunkelziffer ist dabei nicht bekannt (7), wahrscheinlich ist jedoch von einer wesentlich höheren Sterblichkeit auszugehen. Die ärztliche Feststellung des Todes berücksichtigt im Allgemeinen aber den kausalen Zusammenhang zwischen den Folgen einer Überhitzung und dem eintretenden Tod nicht, da bei der Leichenschau gewöhnlich eine Abkühlung schon so weit vorangeschritten ist, dass eine Überwärmung des Körpers nicht mehr nachweisbar sein kann (37). Aufgrund des weiterhin steigenden Tourismus aber auch vieler Einsätze in Regionen mit starken klimatischen Belastungen (Katastrophenschutz, Militär etc.) in Verbindung mit der globalen Erwärmung ist die Hitzebelastung ein zunehmend zu betrachtender Faktor. Sowohl die Verhältnisse in wüstenähnlichen Regionen (heiß und trocken), als auch die tropischen Klimaten (warm und feucht) stellen eine große Herausforderung an den Menschen dar. Hitzebelastung hat ein breites Spektrum von Effekten. Der Hitzeschlag ist einer ernsthaften Verwundung gleichzusetzen, die eine Person für einen längeren Zeitraum belasten und sogar tödliche Ausgänge haben kann. Im Gegensatz hierzu ist die Hitzeerschöpfung und vergleichbare Syndrome (Kopfschmerz, Ermüdung etc.) meist nur ein temporärer Zustand. Diese werden zumeist nicht dokumentiert, weil die Symptome eher mit anderen Befindlichkeitsstörungen in Verbindung gebracht werden. Die Menschen werden durch eine hohe umweltbedingte Hitzebelastung beeinträchtigt, wenn im Freien auf gepflasterten Flächen gearbeitet (Isolation der Städte) oder am

Strand lange Zeit (Tourismus) ungeschützt verblieben wird. Abgeschlossene Räume können ihrerseits zusätzlich eine starke Hitzebelastung bedeuten, wenn sie nicht gut klimatisiert sind, hier sind auch schlecht belüftete Fahrzeuge, Flugzeuge oder Schiffsabteile zu nennen. Besonders bei humanitären Einsätzen (Militär, THW, Polizei, Feuerwehr etc.) ist die Hitzebelastung unter solchen Bedingungen eine Bedrohung, da lagebedingt lange Einsatzzeiten resultieren können. Zusätzlich ist die schwere, undurchlässige Schutzkleidung (bsp. ABC-Schutzkleidung) ein wichtiger Faktor bei der Entstehung einer Hitzebelastung (21). Diese äußeren Einflüsse werden zusätzlich durch die multiplen Variablen des Individuums bei der individuellen Hitzetoleranz ergänzt. Bestimmte physiologische und medizinische Voraussetzungen sind mit einem ansteigenden Risiko an einer Hitzeerkrankung assoziiert. Gerade erst in heiße Gebiete eintreffende Personen sind stark gefährdet eine Hitzeerkrankung zu erleiden. Zusätzliche Faktoren sind Reisemüdigkeit, Jetlag, Defizite in der Flüssigkeits- und Nahrungsaufnahme und Schlafdefizit. Weitere Risiken entstehen durch kürzlich erfolgte Impfungen oder durch virale Infekte kurz vor oder während der Anreise. Personen, die aus kälteren Regionen anreisen, sind zum einen nicht an die Gegebenheiten der heißen Regionen akklimatisiert und sollten darauf achten, dass sie den bereits Akklimatisierten nicht alles nachmachen können. Sie müssen sich zunächst mit der Umgebung und den klimatischen Verhältnissen auseinandersetzen oder vorher sich entsprechend vorbereiten (Sauna). Die Hitzetoleranz ist bei vielen verschiedenen Bedingungen deutlich reduziert. Viele banale Infekte, Erkältungen und andere Erkrankungen, die mit Fieber einhergehen, sowie Durchfälle und Erbrechen oder Fehler bei der Nahrungsaufnahme beeinflussen sie. Große Sonnenbrände oder Hautausschläge, sowie Malaria reduzieren die thermoregulatorische Kapazität durch Verminderung der Hautdurchblutung und der Schweißsekretion. Es ist zu beachten, dass eine Ausheilung einer Erkrankung eine größtmögliche Wiederherstellung auch der thermoregulatorischen Kapazität bewirkt. In zunehmendem Maße sind auch ernährungsbedingte Zusammenhänge von Bedeutung. Die mittlerweile exponentiell zunehmende Adipositas in der Bevölkerung und hier insbesondere bei den Kindern wirken sich leistungsmindernd aus (10, 36). Das metabolische Syndrom hat an sich schon einen negativen Einfluss auf die Temperaturregulation des Menschen. Die Zunahme der chronischen Erkrankungen aus dem Formenkreis des metabolischen Syndroms (s. u.) zwingen zusehends dazu, Medikamente einzunehmen, welche die Mechanismen des Organismus - die auch zur Abwehr der Hitzeeinwirkungen notwendig sind - beeinträchtigen, mitunter werden sie gar durch Einflüsse in die physiologischen und biochemischen Abläufe des Menschen unterbunden. Dies sind vor allem Medikamente zur Behandlung des Diabetes mellitus, der Schilddrüse, von Nieren- und kardiovaskulären Erkrankungen (Bluthochdruck).

Insbesondere sind Dosisänderungen oder kurzfristige Medikamentenumstellungen zu berücksichtigen, die sich negativ auf die Hitzeadaptation auswirken können. Darüber hinaus gilt es, die Selbstmedikation, über dessen Einnahme man selten etwas erfährt, einzubeziehen. Acetylsalicylsäure oder andere nicht-steroidale anti-inflammatorische Medikamente sollten mit Vorsicht eingenommen werden, da sie den renalen Blutfluss negativ beeinflussen und damit zur Entstehung einer renalen Dysfunktion bis hin zum Nierenversagen beitragen können. Sedativa, Narkotika und vor allem Alkohol können die natürlichen thermoregulatorischen Mechanismen negativ beeinflussen. Einhergehend mit der Adipositas ist auch eine geringe Muskelmasse und eine geringe Fitness, die für Personen beider Geschlechter Risikofaktoren sind, die eine Gefahr für die Hitzeerkrankung darstellen (3, 22). Weitere Risikogruppen sind Kinder im ersten Lebensjahr, bettlägerige Patienten, Alkoholiker, Drogenabhängige und Obdachlose, da diese Personenkreise zu einem den Anforderungen entsprechenden Verhalten häufig auch nicht oder nicht mehr in der Lage sind. All das ist insofern von besonderer Bedeutung, als die Thermoregulation des Menschen zu 90% durch sein Verhalten gesteuert wird. Körpereigene Abwehrmechanismen sind zwar stark kompensationsfähig, können aber verhaltensbedingte Defizite nicht ausgleichen und werden bei verminderter Aktivierung reduziert. Hohes Alter ist ein Risikofaktor, weil mit dessen Zunahme physiologischerweise die Fähigkeit zur Thermoregulation vermindert ist (16).

PRÄVENTIONSMASSNAHMEN

Die Prävention des Hitzestress ist ein wichtiger Faktor in vielen Bereichen des Menschen, sei es bei der Arbeit aber auch in der Freizeit und beim Sport, sowie bei Reiseaktivitäten (35). Durch relativ einfache präventive Maßnahmen können erhebliche positive Effekte bei der Abwendung der Hitzeerkrankung erreicht werden. Erkrankungen resultieren aus einem Zusammentreffen von verschiedenen Bedingungen, die einzeln betrachtet zum Teil nicht gefährlich sind, jedoch in der Summation wozu führen können. Es sind folgende Determinanten zu betrachten: Tätigkeit (Arbeit), Kleidung, Umwelteinflüsse und Flüssigkeitsbilanz (Aufnahme und Abgabe), um nur einige zu nennen, des Menschen. Die jeweilige individuelle Toleranz und der Leistungszustand einer jeden Person sind ebenfalls einzubeziehen. Vorbeugende Maßnahmen setzen sowohl in der Bevölkerung als auch bei Verantwortlichen des Gesundheitssystems ein Problembewusstsein für diese Gefahren voraus und beeinflussen die Aufklärung. Hier sind alle Personen gefordert, die sich um gesundheitliche Aufklärung bemühen inclusive der Ärzteschaft. Die Möglichkeit, den Lebensstil gefährdeter Bevölkerungsteile durch diätetische Maßnahmen zu verändern – ausreichende Flüssigkeitszufuhr und adäquate, dem Klima und Bedarf angepasste Ernährung, stellt einen wesentlichen Aspekt dar (26). Die derzeit empfohlene Ernährung – kohlenhydratreich, fettarm, kaum

Proteine – führt zwangsläufig zu einem Übergewicht. Die derzeitig vermittelte Ernährungsphysiologie kann dem nicht gerecht werden und es müssen dringend veränderte Ernährungskonzepte zur Beherrschung des Übergewichts und der Adipositas beachtet werden. Nach Umstellung der Ernährung und der damit einsetzenden Gewichtsnormalisierung kann im Anschluss die Mobilität gefördert werden und entsprechende, die Fitness fördernde, sportliche Aktivität betrieben werden. In Bezug auf die Hitzebelastung sollten Personen in allen Altersgruppen darauf aufmerksam gemacht werden, dass bei sportlicher Betätigung an Hitzetagen akute Schäden wie Hitzeerschöpfung oder gar der Hitzschlag drohen können, besonders in der Mittagszeit. Zusätzliche medikamentöse Maßnahmen zur Prophylaxe von Hitzeerkrankungen sind nicht angebracht, im Gegenteil: man sollte die tägliche Medikation chronisch Kranker überprüfen, ob sie den veränderten Klimabedingungen angepasst werden müssen. So wäre zum Beispiel die Gabe von Diuretika zu überdenken, da durch verstärktes Schwitzen mit der Flüssigkeit ebenso v. a. zu Beginn vermehrt Salz verloren geht; eine zusätzliche Gefahrenquelle. Die Luft kann in sehr trockenen Gebieten so heiß sein, dass der Schweiß so schnell verdunstet, dass die Mensch den Wasserverbrauch nicht einschätzen kann. Während starker physischer Beanspruchung in heiß-trockener oder warm-feuchter Region kann die Schweißrate bis zu 4 l/h betragen. Ist die Wasserabgabe größer als die Wasseraufnahme resultiert zwangsläufig die Dehydratation. Volle geistige Fähigkeit und physische Arbeitsleistung in der Hitze kann nur gewährleistet werden, wenn adäquate Aufnahme von Flüssigkeit und Elektrolyten bereitgestellt wird (1), wobei man sich ständig daran erinnern muss zu trinken. Mineralisiertes Wasser ist das Wichtigste, welches stündlich aufgenommen werden soll, denn schon ein geringes Defizit an Körperwasser führt zu Müdigkeit und Konzentrationsverlust und ist neben den thermischen auch mit anderen Erkrankungen und Verletzungen assoziiert (13, 18). Dehydratation ist vergesellschaftet mit einem stetigen Anstieg der Körperkerntemperatur, reduziertem Plasmavolumen und Tachykardie, die klinisch von der Synkope bis hin zum Hitzschlag reichen können. Der Salzgehalt der Flüssigkeit darf nicht zu gering sein, sonst besteht die Gefahr von Durchfällen, die zu einer weiteren Dehydratation des Organismus führen. Darüber hinaus vermindert ein zu geringer Salzgehalt das Durstgefühl, was durch Studien bei Soldaten in Wüstenregionen belegt werden kann. Diese begannen erst zu trinken, nachdem sie 1 bis 3% des Körpergewichts verloren hatten (auch „voluntary dehydration“ genannt). Dem unter Umständen ansteigenden Defizit kann nur dadurch begegnet werden, dass der Wasserverlust schon während der Arbeit ausgeglichen wird. Eine Prähydratation ist oftmals diskutiert, ein Vorteil jedoch nicht eruiert worden. Generell ist die Aufnahme häufigerer kleiner Mengen Wasser sinnvoll, als eine seltene große Menge Wasser zu trinken. Präventive Strategien können nicht alle Belastungen durch Hitze eliminieren, aber

die negativen Einflüsse auf den Menschen reduzieren. Techniken der Primärprävention können überall angewendet werden, hier sei auch auf den positiven Einfluss von Fitnesssteigerung hingewiesen (30). Einbezogen werden müssen die administrativen Planungen und Abläufe, die Gestaltung der Ausstattung und Ausrüstung, der angemessene Gebrauch der Ausrüstung sowie eine kontinuierliche medizinische Kontrolle von Personen, damit gefährdete Personen identifiziert und aus dem Gefahrenbereich frühzeitig herausgeführt werden können. Allgemeine zivile Strategien, die eine Arbeitserleichterung in extremer Hitze durch Anzugserleichterung, Arbeitszeitverkürzung etc. vorsehen (42). Geeignete Maßnahmen, diesen Gegebenheiten gerecht zu werden, sind die Nahrungsaufnahme und Flüssigkeitszufuhr, Pausen, Freizeit und Erholung (Recreation) und Adaptationszeiten. Ein Nachteil stellt die derzeitige Datenlage zu Hitzebelastungen dar. Die meisten Studien zur Hitzebelastung sind an gesunden, jungen Männern zumeist im militärischen Bereich, vornehmlich in Laboren durchgeführt worden. Zumeist fehlen die Daten, die die Frauen betrachten und ältere Personen einbeziehen. Neben diesen Laborstudien fehlen Untersuchungen unter Feldbedingungen, die die Gesamtheit von Einflüssen darstellen und die unter Laborbedingungen gemachten Aussagen überprüfen lässt. Es fehlen Daten, die den Bezug auf Vorerkrankungen und Dauermedikationen berücksichtigen, die die Hitzetoleranz nachhaltig beeinträchtigen könnten. Daher sollten die Bestrebungen in Forschung und Medizin in diese Richtung ausgebaut werden, damit sich die derzeitig anbahnende klimatische Veränderung nicht negativ auf unser Leben auswirkt (25, 28, 29, 41, 42).

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