Die biochemischen Reaktionen in Organismen sind stark temperaturabhängig. Eine um 5°C höhere Temperatur verdoppelt die Umsatzrate (Van t‘Hoffsches Gesetz) und erhöht den Perfusionsdruck (Durchsaftung) des Gewebes um 20-30%. Ferner nimmt die Vermehrung vieler Krankheitserreger mit steigender Temperatur ab. Anderseits brechen verschiedene Enzymsysteme bei zu hohen Temperaturen in ihrer Leistungsfähigkeit ein.

Die Fähigkeit, die Körpertemperatur weitgehend unabhängig von Umweltbedingungen selbst zu regulieren und im Körperkern konstant halten zu können (Homöothermie), ist ein entscheidender Überlebensvorteil von Menschen, vielen Tieren und – auch manchen Pflanzen. Dazu ist ein komplexes Zusammenspiel aus Regelzentren, äußeren und inneren Wärmefühlern, der Blutgefäßsteuerung und der Muskulatur erforderlich.

Entscheidend ist der Körperkern (Gehirn, Brust- und Bauchorgane). Hier wird die Temperatur in engen Grenzen (36,5 bis 37,5 °C) konstant gehalten. Muskulatur, Bindegewebe, Fettgewebe, Knochen und Gelenke rechnet man zur Körperschale. Bei einer Umgebungstemperatur von 20°C liegen die Temperaturen hier physiologisch zwischen 20°C (Füße, Hände) und 34°C (Oberschenkel). In gewisser Weise fungiert die Körperschale als Wärmepufferspeicher.

Ca. 60% der Nahrung werden zur Wärmeproduktion genutzt. Unter normalen Bedingungen muss der Mensch daher ständig Wärme abgeben, um nicht zu überhitzen: im Schlaf ca. 80 Watt, bei normaler Tätigkeit ca. 150 bis 200 Watt. Der Austausch von Wärme mit der Umwelt erfolgt zu 90% über die Haut (äußere Körperschale) und zu 10% über die Atemwege.

Im Körper erfolgen Wärmeverteilung und Wärmetransport ausschließlich über das Blut.

Die Wärmeabgabe über die Haut kann über Konduktion (direkte Wärmeleitung, wie Berührung kalter Materialien), über Konvektion (strömende Luft, z. B. Wind, oder strömendes Wasser), über Infrarot-C-Abstrahlung (ca. 40%, was uns mittels Wärmebildkamera nachts gut sichtbar macht) oder durch Verdunstungskälte (Wasser, Schweiß) erfolgen.

Umgekehrt kann Wärme durch Konduktion (z.B. Heizkissen, Moor, heiße Steine), durch „Konvektion“ (bewegte Gase oder Flüssigkeiten) oder Radiation (Infrarotstrahlung, bestimmte Radiofrequenzen) über die Haut in den Körper gebracht werden.

Der Wärmeaustausch über die Haut

Die Wärmeregulation geschieht also in erster Linie durch die Abgabe oder Aufnahme von Wärme über die Haut und die Steuerung des Blutflusses im Körper. Die normale Reaktion der Haut auf einen Wärmereiz ist die Öffnung der Blutgefäße, die Haut erscheint gerötet. Das Blut kühlt die Haut und führt die Wärme ab. Eine gute Hautdurchblutung schützt die Haut vor thermischen Überlastungen und ist ausschlaggebend, um dem Körper Wärme zuführen zu können. Die Haut verträgt eine Eigentemperatur von 43 °C ohne Probleme acht Stunden. Doch schon jede Steigerung um 0,9 °C halbiert die Toleranzzeit. Die Hauthitzesensoren sprechen daher bei 43 bis 46 °C an und schützen uns so vor akuten Verbrennungen.

Welche Eigentemperatur die Haut entwickelt, hängt einerseits vom Wärmefluss und anderseits von der Effizienz ab, mit der der Körper die Haut kühlen und die Wärme abführen kann. Ist die Wärmeregulation lokal oder zentral beeinträchtigt, können schon übliche Wärmeanwendungen Probleme bereiten z. B.:

  • zu hohe Anfangstemperatur (oder Bestrahlungsstärke), da der Aufbau der Durchblutung Zeit erfordert.
  • verminderte Hautdurchblutung oder Steuerungsfähigkeit (Druck, Narben, Kälte, Nervosität, Medikamente, Schädigung der Nerven, Querschnittslähmungen)
  • abgedeckte Stellen (Heizkissen, Wärmflasche)

Infrarotstrahlung überträgt Wärme berührungslos und beeinträchtigt die hauteigene Wärmeregulation (die Durchblutung, die konvektive Wärmeabgabe, die Wärmeabstrahlung und die Kühlung durch die Schweißverdunstung) nicht. Das ist ihr großer Vorteil und macht diese Wärme für uns angenehm.

Wie kommt die Wärme in die Tiefe?

Eine Tiefenwirkung der übertragenen thermischen Energie kann erst mit Hilfe der körpereigenen Wärmeregulation über das Blut erreicht werden. Um Wärmeverluste bei Kälte zu vermeiden, wird die Durchblutung zur Haut gedrosselt und der Rückstrom abgekühlten Blutes zum Körperkern verringert. Das Blut wird nach „Innen“ geholt. In der Körperschale wird nur eine möglichst geringe Versorgungsdurchblutung aufrechterhalten. Gegebenenfalls wird der Stoffwechsel erhöht und das Muskelzittern genutzt, um mehr innere Wärme zu produzieren.

Bei Hitze wird die Hautdurchblutung zur Kühlung dagegen massiv erhöht, um die Haut zu kühlen und gleichzeitig innere Wärme nach außen abzugeben. Nimmt das Blut mehr Wärme auf, als es über die Haut an die Umgebung abgeben kann, erhitzt es sich. Um nun einen Anstieg der Körperkerntemperatur zu vermeiden, muss der Körper den Blutrückstrom aus der Haut zum Körperkern reduzieren. Dennoch wird weiter Blut in die Haut geschickt, um die Haut zu kühlen. Im zentralen Kreislauf kommt es daher zunehmend zu einem Blutmangel (Volumenmangel). Die Herz-Kreislauf-Belastung steigt massiv an.

Egal ob es heiß oder kalt ist: Der Körper muss ständig Energie aufwenden, um seine Temperatur zu regulieren. Nur in der Thermoneutralzone (TNZ) sind Wärmeabgabe und -aufnahme ausgeglichen. In den Lehrbüchern wird die TNZ für einen unbekleideten, ruhenden Menschen mit 27° - 35 °C Lufttemperatur (bei 50% Luftfeuchte) angegeben. In dieser Situation muss der Körper keine aktive Wärmeregulation betreiben, um die Körpertemperatur in allen Bereichen aufrechtzuerhalten.