Ausgangspunkt für das Konzept Wärmen ist der menschliche Körper. Quelle für nachfolgende Beschreibungen ist das Standardwerk der Medizinstudenten „Physiologie“.
Ohne ein Grundverständnis für den eigenen Körper ist es nur unzureichend möglich professionelle und massentaugliche Lösungen für die Behaglichkeit an allen Stellen des Körpers zu finden.
Thermorezeptoren der menschlichen Haut:
Die Haut- und Körperkerntemperaturen werden durch Kälte- und Wärmerezeptoren in der menschlichen Haut und im Körperkern erfasst. Über Nervenfasern sind die Thermorezeptoren mit dem Rückenmark und dem Hypothalamus verbunden.
Das Kälteempfinden wird von sogenannten Krause-Körperchen (Kälterezeptoren, Kältefühler) ausgelöst, von denen die meisten ca. 0,2 mm unter der Hautoberfläche liegen.
Insgesamt verfügt der menschliche Körper zwischen 10 und 20 Millionen der winzigen Thermorezeptoren, die vollflächig über den gesamten Körper verteilt sind.
Da die 10 bis 20 Millionen Krause-Körperchen ca. 0,2 mm unter der Hautoberfläche sitzen, messen sie alle ausschließlich die Körpertemperatur. Die Lufttemperatur ist ihnen völlig egal.
Damit lässt sich auch die Behaglichkeit der jungen Dame bei ca. 0 Grad Lufttemperatur und Sommerkleidung erklären.
Entscheidend für die Behaglichkeit ist ausschließlich die Körpertemperatur, nicht die Lufttemperatur.
Steuerung und Regelung der Haut- und Körperkerntemperatur
Der Mensch gehört zu den endothermen Organismen, die im Gegensatz zu ektothermen (wechselwarmen) Tieren nicht von der Umgebungstemperatur abhängig sind. Endotherme Organismen können ihre Temperatur innerhalb eines weiten Bereichs unterschiedlicher Umgebungstemperatur konstant halten.
Die autonomen Mechanismen der Temperaturregulation (Hautdurchblutung, Schwitzen) erlauben unter extremen Umweltbedingungen in gewissen Umfang eine Akklimatisation, wenngleich in begrenzten Maße. Wesentlich wichtiger für den Menschen sind verhaltensabhängige Maßnahmen zur Temperaturkontrolle (Kleidung, Behausung, Heizung).
- Autonome Temperaturregulation
Im Hypothalamus werden die Ist-Werte der Körperschale und des Körperkerns mit einem Sollwert verglichen. Weichen die Ist- und Sollwerte voneinander ab, werden durch das autonome Nervensystem verschiedene Stellglieder im Regelkreis verändert. Ein Absinken der Körperkerntemperatur unter dem vom Hypothalamus vorgegebenen Sollwert führt zu:
- einer Gefäßverengung (Vasokonstriktion) der Haut- und Schalengefäße, wodurch die Wärmeabgabe über die Körperschale gedrosselt wird,
- einem Aufrichten der Haare, was die isolierende Grenzschicht über der Haut verbreitert und damit die Wärmeabgabe vermindert,
- einer erhöhten Wärmebildung durch Kältezittern.
Hierbei laufen die verschiedenen Abwehrmaßnahmen reflektorisch ab und sind nicht beeinflussbar (autonome Regelung).
- Verhaltensregelung
Die bewussten Empfindungen zum thermischen Komfort oder Diskomfort werden im sensorischen Kortex erzeugt. Dieser verarbeitet die Erregungen der inneren und äußeren Kälte- und Wärmerezeptoren. Bei einem deutlichen thermischen Diskomfort kommt es nicht nur zur Stimulierung der autonomen Gegenmaßnahmen, sondern auch über den Kortex vermittelt zu Änderungen des Verhaltens, z.B. Auswahl wärmerer Kleidung oder Aufsuchen eines beheizten Raumes bei Kälte.
Eine Übersicht zur Temperaturregulation zeigt die nachfolgende Abbildung:
Die Körpertemperatur
Nach Köhling, Speckmann, Hescheler variieren die Körpertemperaturen in Abhängigkeit von der Lufttemperatur. Während die Temperatur im Inneren von Rumpf und Kopf (Kerntemperatur) weitestgehend konstant bei 37 Grad gehalten wird, kann sie im Bereich der Extremitäten, der Haut und der darunter liegenden Schichten (Schalentemperatur) stärker variieren.
Die Kerntemperatur darf aus gesundheitlichen Gründen nicht dauerhaft unter 35,5 °C absinken. Eine Temperatur < 35,5 °C wird als Hypothermie (Unterkühlung) bezeichnet.
Die 5 Stadien der Hypothermie:
- Milde Hypothermie (I, 35-32 °C)
Die autonomen Kälteabwehrmechanismen werden in Gang gesetzt, um ein weiteres Absinken der Körperkerntemperatur zu verhindern. Dieses Stadium ist durch Kältezittern, Hyperventilation sowie einsetzender Verwirrtheit, Desorientierung und inadäquates Verhalten gekennzeichnet.
- Moderate Hypothermie (II, 32-28 °C)
Das Bewusstsein ist zunehmend gestört, Schläfrigkeit und Apathie treten auf. Unter 30 °C ist die betroffene Person komatös.
- Schwere Hypothermie (III, 28-24 °C)
Muskeln und Gelenke sind starr, eventuell zeigen sich bereits weite, lichtstarre Pupillen.
- Reversibler hypothermer Kreislaufstillstand (IV, < 24 °C)
Stillstand von Atmung und Kreißlauf
- Irreversibler hypothermer Kreislaufstillstand (V, < 24 °C)
Eine dauerhafte operative Raumtemperatur von +12 °C (Heizung aus) ohne weitere verhaltensabhängige Maßnahmen zur Temperarturregulation (zusätzliche Bekleidung, Bewegung) hat eine Hypothermie zur Folge.
Der Wärmestrom:
Es wird unterschieden zwischen dem inneren Wärmestrom, der den Transport von Wärme im Körper vom Entstehungsort bis zur Körperoberfläche beschreibt und dem äußeren Wärmestrom, der den Wärmetausch von der Hautoberfläche an die Umgebung beschreibt.
- Wärmeerzeugung
Im Ruhezustand wird die Körperwärme zu 41 % im Brust- und Bauchgewebe, zu 26 % in den Muskeln und zu 18 % im Gehirn erzeugt. Der Anstieg der Wärmebildung nach Nahrungsaufnahme im Bauchbereich wird als postprandiale Energieumsatzzunahme bezeichnet. Vor allem eine proteinreiche Kost führt zu einer Steigerung der Wärmebildung im Organismus. Die Wärme im Brustbereich entsteht durch die Kontraktion des Herzmuskels.
Im Zustand der Arbeit erzeugen die Muskeln durch Reibung bis zu 90 % der Körperwärme.
- Der innere Wärmestrom
Der innere Wärmetransport erfolgt hauptsächlich mit dem Blutkreislauf mittels Konvektion und für den letzten Abschnitt vom Unterhautgewebe an die Körperoberfläche durch Wärmeleitung.
- Der äußere Wärmestrom
Die Wärmeabgabe des menschlichen Körpers an die Umgebung erfolgt bei einer Umgebungstemperatur kleiner 35 °C nach Köhling, Speckmann, Hescheler zu
– 60 % durch Wärmestrahlung (Infrarot-Strahlung)
– 20 % durch Konvektion und Wärmeleitung und
– 20 % durch Verdunstung
Einfluss von Bekleidung und Bewegung auf die Behaglichkeit:
Die Indifferenztemperatur ist der Temperaturbereich, der als behaglich oder komfortabel empfunden wird. Den Einfluss von körperlicher Arbeit und Kleidung auf die Indifferenztemperatur zeigt die Abbildung oben.
Je höher der Energieumsatz (sitzen – gehen – steigen), desto niedriger die erforderliche Lufttemperatur, um sich behaglich zu fühlen, da die Muskeln über Reibung die erforderliche Körperwärme erzeugen.
Durch eine Erhöhung der Bekleidungsisolation von 0,1 auf 1,5 clo kann die Lufttemperatur weiter abgesenkt werden.