Hitzestress bedeutet, dass Organismen unter Hitze leiden. Ihre Funktionen laufen nicht mehr wie gewohnt ab. Das betrifft Menschen, Tiere und Pflanzen gleichermaßen.
Was passiert physiologisch bei Hitzestress? Bedeutung, Definition, Erklärung
Organismen regulieren ihren Wärmehaushalt. Der menschliche Körper verfügt hierfür über ein fein austariertes System. Er ist gezwungen, seine Körperkerntemperatur (die von inneren Organen und Gehirn) konstant auf knapp unter 37 °C zu halten. Schon bei 38 °C fällt das Leistungsvermögen des Gehirns ab. Die Stoffwechselvorgänge beschleunigen sich bei Hitze, was noch mehr Wärme im Körper produziert. Bei weiter ansteigender Temperatur können die Eiweiße ihre Aufgaben erst nur noch unzureichend und schließlich gar nicht mehr erfüllen.
Die Regularien des Organismus sorgen daher dafür, Hitzestress konsequent zu bekämpfen – zum Beispiel durch Durst, dem Wasserzufuhr und nachfolgendes Schwitzen folgen, um den Körper zu kühlen. Dieser Mechanismus ist uralt: Der Körper des Frühmenschen hat in der afrikanischen Savanne gelernt, mit Hitze umzugehen. Wir empfinden daher auch nur einen sehr kleinen Temperaturbereich von rund einem Kelvin (Temperaturunterschied in °C) unserer Umgebung als behaglich. Dieser ist die sogenannte „Indifferenztemperatur“. Sie liegt unbekleidet zwischen 27 und 28 °C, bekleidet zwischen 21 und 22 °C, bei manchen Menschen auch etwas höher. Bei der Indifferenztemperatur investiert der Körper kaum Energie zur Regulierung des Wärmehaushalts.
Bei Abweichungen reagiert er schnell über ein komplexes sensorisches System. Die Temperaturfühler der Haut und des Körperinneren melden dann dem Hypothalamus, dass die Temperatur auszugleichen ist – bei Kälte durch Bekleidung und Heizen bzw. das Aufsuchen warmer Räume, bei Hitze durch Kühlung, Trinken und Schwitzen. Um zu viel Hitze abzustrahlen, steigt die Durchblutung der oberen Hautschichten (die bei Kälte sinkt), weil geweitete Blutgefäße warmes Blut aus dem Inneren des Organismus nach außen leiten und damit Wärme abführen können.
Die Durchblutung der Haut kann bei diesem Prozess von 10 auf 80 % steigen, was allerdings die inneren Organe belastet. Der Magen-Darm-Trakt hat kaum noch Blut für die Verdauung, weshalb bei Hitze unbedingt leichte Speisen zu bevorzugen sind. Dennoch kann es zu Durchfall kommen, weil fehlendes Blut im Darm das Immunsystem schwächt. Das Herz arbeitet bei Hitze auf Hochtouren, es kann seine Leistung verdreifachen. Damit pumpt es für die Kühlung mehr warmes Blut in die peripheren Gefäße, was wiederum den Organismus belastet. Wenn die Temperatur über mehrere Tage auch nachts nicht unter 21 °C abfällt, kann das für Personen mit kardiovaskulären Problemen tödlich enden.
Gesundheitliche Folgen von Hitzestress beim Menschen
Hitzestress löst beim Menschen zusammen mit hohen bodennahen Ozonkonzentrationen unter Umständen schwerwiegende gesundheitliche Folgen aus. Betroffen sind insbesondere Kinder, ältere und im Freien arbeitende Personen sowie Menschen mit Herz-Kreislauf- und Atemwegserkrankungen. Bei diesen Risikogruppen steigt das Risiko für Krankenhauseinweisungen und unter Umständen den vorzeitigen Tod. Der Lancet Countdown von 2018 befürchtet bis zum Jahr 2030 eine Zunahme hitzebedingter Todesfälle in der EU um 30.000 Personen jährlich. Die meisten Todesfälle seien dabei in den urbanen Wärmeinseln zu befürchten, so die Autoren. Der Beton der Städte mitsamt ihren versiegelten Flächen nimmt die Hitze gut auf und strahlt sie nachts ab, sodass gerade in den Städten die nächtlichen Temperaturen viel zu wenig sinken.
Hitzestress bekämpfen
Kühlung, schwitzen und trinken sind die drei Maßnahmen gegen Hitzestress. Wer zu wenig trinkt, hat zu wenig Schweiß für die Temperaturabführung. Das Wasser im Körper lässt sich durch Wiegen ermitteln.
Wenn eine Person, die normalerweise 75 kg wiegt, während einer Hitzewelle plötzlich nur noch 73 bis 74 kg auf die Waage bringt, sich aber keiner strengen Diät unterzogen hat, beruht die Gewichtsdifferenz auf einem Wasserverlust, der unbedingt auszugleichen ist. Das geschieht am besten abends.
Es ist so viel Wasser zu trinken, wie der Gewichtsverlust beträgt: 1,0 l Wasser wiegt 1,0 kg. Bei 2,0 kg Gewichtsverlust müssen es 2,0 l sein. Der Körper eines erwachsenen Menschen kann ~2,0 l/h ausschwitzen. Trainierte und hitzeadaptierte Körper von jüngeren Sportlern schaffen sogar bis zu 4,0 l/h. Diese Zahlen kennen die meisten Menschen nicht. Sie bedeuten, dass bei großer Hitze und keiner Möglichkeit, einen kühlen Raum aufzusuchen, durchaus 2,0 l/h getrunken werden sollten.
Es folgt dann großes, unangenehmes Schwitzen und auch häufigeres Wasserlassen, doch das ist unumgänglich, um den Hitzestress gesundheitlich unbeschadet zu überstehen. Der Körper passt sich in rund zwei Wochen an die Hitze an, er schwitzt beispielsweise mehr und schneller. Das Schweißprofil ändert sich: Der Schweiß tritt weniger am Rumpf, dafür vermehrt an den Extremitäten aus, auch enthält der Schweiß weniger Elektrolyte, die der Körper benötigt. Ihre Reduktion bewirkt zusätzlich, dass der Schweiß schneller verdunstet, was die Kühlung verbessert. Das Blutplasma nimmt im Volumen zu, wodurch das Herz etwas weniger schlagen muss und somit entlastet wird.
Genetisch programmierte Anpassung des Körpers an Hitzestress
Die beschriebenen Anpassungen tragen wir schon in unseren Genen, weil sich der menschliche Organismus vor Millionen von Jahren in der Hitze Afrikas dementsprechend entwickelt hat. So ändert sich bei Hitze durch ein genetisches Programm die Enzymproduktion. Der Organismus generiert dann Enzyme, welche die Schweißzusammensetzung und die Volumenregulation von Schweiß und Blut steuern können. Der Übergang zur Produktion dieser Enzyme dauert mehrere Tage, was a) mit dem üblicherweise mehrtägigen Temperaturanstieg bis zu einer Hitzewelle zu tun hat und b) den Körper nicht überfordert.
Wann wird Hitzestress für gesunde Menschen kritisch?
Als kritisch gelten für gesunde Menschen dauerhaft heiße Temperaturen ab 35 °C, die im Mittelmeerraum schon immer erreicht werden. Daher gibt es dort die Siesta in den Mittagsstunden. Das erste Symptom dafür, dass der Körper dem Hitzestress nicht mehr gewachsen ist, wäre ein deutlicher und nicht zu kompensierender Leistungsabfall. Dieser beruht geistig auf der nachlassenden Leistungsfähigkeit des Gehirns, wenn die Körperkerntemperatur nicht mehr auf unter 37 °C gekühlt werden kann, sowie auf der vermehrten Durchblutung der Haut. Dieses Blut fehlt wiederum dem Gehirn und auch den Muskeln. Die Folge ist ein physischer Leistungsabfall. Hinzu kommen die prekären Folgen für die Verdauung. Wir können uns bei großer Hitze häufig nicht ausreichend ernähren. Fette, Eiweiße und Kohlenhydrate kann der schlecht durchblutete Darm kaum noch verdauen. Doch diese benötigen wir durchaus für eine angemessene körperliche Leistung.
Hitzestress vermeiden
In den kommenden Jahren und Jahrzehnten sind auch hierzulande längere und stärkere Hitzewellen zu erwarten. Wir müssen also lernen, den Hitzestress zu vermeiden.