Körpertemperatur: Thermoregulation essentiell für den gesamten Organismus

Die Thermoregulation umfasst alle körpereigenen Mechanismen, die daran beteiligt sind die Körpertemperatur auf einem konstanten und für den menschlichen Organismus gesunden Niveau zu halten. Ganz essentielle chemische Abläufe im menschlichen Körper, wie zum Beispiel der Stoffwechsel, der für die Aufrechterhaltung lebensnotwendiger Körperfunktionen und das Wachstum verantwortlich ist, sind von einer gesunden Körpertemperatur abhängig. Auch die Aktivität der Muskeln und Sehnen wird durch die Körpertemperatur beeinflusst.

Im Rahmen der Thermoregulation stehen dem menschlichen Körper verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, mit denen er Einfluss auf die Kerntemperatur nehmen und diese somit regulieren kann. Um das komplexe Themengebiet der Thermoregulation aus verschiedenen Blickwinkeln zu beleuchten, werden verschiedene Artikel und Fachbeiträge exemplarisch erläutert. Folgende Abhandlungen zu themenrelevanten Fachgebieten finden in der Betrachtung der Thermoregulation und ihrer Bedeutung für den menschlichen Organismus Berücksichtigung:

1.    Thermoregulation: Die wichtigsten Funktionen im menschlichen Körper

1.1.  Die Körpertemperatur des Menschen

1.2.  Schilddrüsenhormone steuern die Körpertemperatur

1.3.  Grundlagen der Thermoregulation

1.3.1. Körpertemperatur: Körpereigene Maßnahmen zur Thermoregulation

1.3.2. Thermoregulation bei körperlicher Anstrengung: Optimale Temperatur und Sport

1.4.1.1   Erhöhte Temperatur: Ein Krankheitsanzeichen

 

1. Thermoregulation: Die wichtigsten Funktionen im menschlichen Körper

Im menschlichen Körper spielt die Thermoregulation eine essentielle Rolle, da eine konstante Körperkerntemperatur notwendig ist, um lebenswichtige Prozesse im Organismus ablaufen zu lassen. Die zentralen Prozesse, die von der Körpertemperatur abhängig sind, sind:

a)    Der Stoffwechsel

b)    Der Sauerstofftransport und

c)    Die Muskelaktivität

a) Der Stoffwechsel im menschlichen Körper basiert auf chemischen Reaktionen, die alle temperaturabhängig sind. Experten sprechen in diesem Fall von der RGT-Regel, der so genannten Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel. Diese chemische Grundlage besagt, dass ein Anstieg der Temperatur im Körperkern auch einen Anstieg der Geschwindigkeit der Teilchen mit sich bringt, die an einem chemischen Prozess beteiligt sind. Durch eine erhöhte Körperkerntemperatur wird also auch die Reaktionswahrscheinlichkeit der am Stoffwechsel beteiligten Teilchen, der Proteine, erhöht. Dabei hat die Körpertemperatur im Wesentlichen Einfluss auf folgende Prozesse, die die Proteine im Rahmen des Stoffwechsels durchlaufen:

-       Die Reaktionen einzelner Enzyme als Bestandteile der Proteine

-       Die Durchlässigkeit der Zellmembranen

-       Das Verhalten der Enzyme im Hinblick auf Diffusion und Osmose

All diese Prozesse sind für den Ablauf des menschlichen Stoffwechsels essentiell, weshalb eine konstante und für die Enzymreaktionen optimale Körpertemperatur von enormer Wichtigkeit für den Stoffwechsel ist.

b) Beim Sauerstofftransport hat die Körpertemperatur Auswirkung auf zwei wesentliche Voraussetzungen: Die Diffusion der Sauerstoffmoleküle durch die Zellmembranen und die Bindung der Sauerstoffmoleküle an Hämoglobin, das als Botenstoff im Blut dient. Je stärker die Körpertemperatur ansteigt, desto schlechter verbinden sich die Sauerstoffmoleküle mit dem Botenstoff Hämoglobin. Eine konstante Körpertemperatur sorgt deshalb auch für eine optimale Sauerstoffversorgung im Körper, insbesondere im Gehirn.

c) Auch im Rahmen der Muskelaktivität spielt die Körpertemperatur eine große Rolle. So geht ein Anstieg der Körpertemperatur mit einer besseren Elastizität von Muskeln und Sehnen einher und dadurch mit einer höheren körperlichen Belastbarkeit.

(Quelle: http://flexikon.doccheck.com/de/Thermoregulation)

 

1.1. Die Körpertemperatur des Menschen

Der menschliche Organismus basiert auf komplizierten Prozessen, die am besten im Rahmen einer bestimmten Temperatur ablaufen. Diese liegt bei ungefähr 37°C (Grad Celsius) und unterliegt im Laufe des Tages aufgrund mehrerer Faktoren natürlichen Schwankungen. Gegen Abend ist die Temperatur meist ein wenig höher als am Morgen. Für die Regulation der Körpertemperatur ist ein Areal des Zwischenhirns zuständig, der sogenannte Hypothalamus, der permanent für eine konstante Temperatur um 37°C im Körperinneren sorgt. Im Falle einer Krankheit kann es zur Unterstützung der Immunabwehr sinnvoll sein, die Körpertemperatur um wenige Grad zu erhöhen. Auch diese Anpassung steuert der Hypothalamus. Wenn es um die Messung der Körpertemperatur geht, unterscheiden Experten zwischen der so genannten Körperkerntemperatur und der Oberflächentemperatur.

Unter der Körperkerntemperatur ist die Temperatur im Körperinneren, vor allem im Bereich der inneren Organe, zu verstehen. Im Inneren des Körpers ist die Temperatur vor allem von der Durchblutung und dem Stoffwechsel abhängig. So kommt es, dass wichtige Körperareale wie das Gehirn und die Leber, in denen besonders viele Stoffwechselprozesse ablaufen und die deshalb besonders stark durchblutet sind, etwas wärmer sein können als der Rest des Körperkernes. Die Oberflächentemperatur, auch Schalentemperatur genannt, ist der Wärmegrad der Haut oder der Gliedmaßen, also abseits des Körperkerns. Je nach Entfernung der Körperareale vom Kern kann die Oberflächentemperatur ähnlich einem System sich überlagernder Zwiebelschalen variieren. Die Außentemperatur hat einen starken Einfluss auf die Oberflächentemperatur, was zu stärkeren Schwankungen führen kann als dies bei der Körperkerntemperatur der Fall ist. In der Regel liegt die Oberflächentemperatur merklich unter der Körperkerntemperatur. Unter besonderen Umständen wie zum Beispiel in der Sauna oder bei hohen sommerlichen Temperaturen kann die Oberflächentemperatur aber auch einige Grad über der Körperkerntemperatur liegen.

(Quelle: http://www.onmeda.de/anatomie/koerpertemperatur.html)

 

1.2 Schilddrüsenhormone steuern die Körpertemperatur

Die Schilddrüse übt einen enormen Einfluss auf den gesamten menschlichen Organismus aus. So wirken sich die in der Schilddrüse produzierten körpereigenen Hormone auf fast alle wichtigen Funktionen der einzelnen Organe aus und regulieren außerdem die Geschwindigkeit und Intensität des menschlichen Stoffwechsels. Auch auf die Körpertemperatur wirkt sich die Schilddrüse nachhaltig aus. Produziert das Organ beispielsweise zu viele körpereigene Hormone, kann die Körpertemperatur merklich ansteigen. Die Folge ist vermehrtes Schwitzen, mit dem der Körper versucht den Temperaturanstieg wieder auszugleichen. Eine zu geringe Menge an Schilddrüsenhormonen wiederum führt zu einer Absenkung der Körpertemperatur – ein verstärktes Kälteempfinden bis hin zu dauerhaftem Frieren kann die Folge sein.

Schwedische Forscher haben die Ursache für dieses Phänomen anhand eines Versuches mit Mäusen herausarbeiten können. Die Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) veröffentlicht. Der Forschungsreihe zufolge ist der Einfluss, den die Schilddrüsenhormone auf die Weitung der Gefäße, insbesondere der Hautgefäße, ausüben, für die Temperaturveränderung im menschlichen Körper verantwortlich. Je stärker die menschlichen Gefäße sich weiten, so die Experten, desto mehr Körperwärme kann über die Haut nach außen abgegeben werden. Ein Temperaturverlust im Körperinneren ist die Folge. Weiten die körpereigenen Hautgefäße sich dagegen weniger als üblich, kann ein geringerer Wärmeaustausch über die Haut stattfinden, was zu einem Anstieg der Körpertemperatur führen kann. Der bisher vertretene Ansatz, nach dem die in der Schilddrüse produzierten Hormone sich vor allem auf den menschlichen Stoffwechsel auswirken, ist den Forschern zufolge demnach widerlegt.

Damit die Schilddrüse ihre zahlreichen Aufgaben im Organismus zuverlässig erledigen kann, benötigt sie Jod, das die Prozesse in der Schilddrüse optimal unterstützt. Jod gehört dabei zu den Nährstoffen, die der menschliche Körper nicht selbst herstellen kann und die deshalb über die Nahrung aufgenommen werden müssen. Eine ausreichende Jodzufuhr unterstützt die Leistungsfähigkeit der Schilddrüse und kann so einer Schilddrüsendysfunktion entgegenwirken. Von einer Schilddrüsenüber- oder unterfunktion ist heute jeder dritte Deutsche betroffen. Die Symptome und Auswirkungen können sehr unterschiedlich ausfallen und es gibt ebenso zahlreiche Behandlungsmöglichkeiten im Falle einer Dysfunktion der Schilddrüse.

(Quelle: http://www.aponet.de/aktuelles/forschung/20130917-schilddruesenhormone-steuern-koerpertemperatur.html)

 

1.3  Grundlagen der Thermoregulation

Die Thermoregulation erfüllt im menschlichen Körper einen essentiellen Zweck, da eine konstante Körpertemperatur für den Ablauf verschiedenster Prozesse im menschlichen Organismus wesentlich ist. Die Thermoregulation erfolgt über den Hypothalamus, ein Gehirnareal im Zwischenhirn. Der Hypothalamus nimmt die vorherrschende Temperatur im Körperinneren über Rezeptoren in den Nervenbahnen, die das Gehirn mit den einzelnen Bereichen des Körpers verbinden, auf. Die Oberflächen- oder Schalentemperatur wiederum wird über Rezeptoren an der Hautoberfläche an den Hypothalamus weiter geleitet. So kann das menschliche Gehirn zwischen der Körpertemperatur im Inneren und an der Oberfläche unterscheiden und regulativ tätig werden.

 

Der Hypothalamus
Quelle: commons.wikimedia.org © Arcadian (CC BY-SA 3.0)

 

Entscheidend für die Regulationsmechanismen des Hypothalamus ist die Körperkerntemperatur, da sie die lebenserhaltenden Prozesse im Körper beeinflusst. Weicht die Körperkerntemperatur signifikant von den üblichen zirka 37°C ab, initialisiert der Hypothalamus die verschiedenen körpereigenen Mechanismen zur Regulierung der Körperkerntemperatur.

(Quelle: http://www.uniduesseldorf.de/MathNat/Biologie/Didaktik/Thomas/seiten/thermo/frther1.html)

 

1.3.1.    Körpertemperatur: Körpereigene Maßnahmen zur Thermoregulation

Die Aufrechterhaltung einer möglichst konstanten Körperkerntemperatur ist für zahlreiche lebenswichtige Prozesse im Körper essentiell. Die ideale Körperkerntemperatur von ungefähr 37°C ist deshalb im Hypothalamus gespeichert und wird ständig mit den übermittelten Temperaturen aus den Rezeptoren im menschlichen Körper verglichen. So kann der Hypothalamus schnell und effizient auf Temperaturschwankungen reagieren, die für die lebenswichtigen Stoffwechselprozesse im Organismus gefährlich werden können.

Sinkt die Körperkerntemperatur unter 35°C ab, sprechen Fachleute von einer so genannten Hypothermie, es droht eine Unterkühlung. Eine Körperkerntemperatur von 30°C oder weniger kann für den menschlichen Organismus lebensgefährlich sein. Erreicht die Körperkerntemperatur einen Wert, der deutlich unter dem Soll-Wert liegt, der im Hypothalamus als Idealzustand für die körpereigenen Prozesse gespeichert ist, schüttet das Gehirn spezielle Hormone aus, die die verschiedenen Maßnahmen zur Temperaturregulation steuern. Typische Mechanismen, mit denen einer Hypothermie entgegengewirkt werden kann sind:

• Muskelbewegungen: Wenn die Muskeln im Körper aktiv sind, wird dabei Energie erzeugt, die sich in Wärme äußert. Im Falle einer Hypothermie regt der Hypothalamus die Muskulatur zu bestimmten Bewegungen an, die sich in Form des typischen Kältezitterns äußern. Der Körper produziert auf diese Weise Wärme, die die Körperkerntemperatur wieder anheben kann.
• Gänsehaut: Ebenso typisch wie das Kältezittern ist die Gänsehaut. Durch das Aufstellen der Härchen auf der Haut und die kleinen Wölbungen in der Haut kann der Körper ein Luftpolster schaffen, mit dem er den Körper ein wenig gegen äußere Kälte abschirmen kann. So können die Auswirkungen einer niedrigen Außentemperatur auf das Körperinnere verringert werden.
• Verengung der Blutgefäße: Über die Blutgefäße, insbesondere die in der Haut, wird Körperwärme in einem natürlichen Austausch an die Außenwelt abgegeben. Sinkt die Körperkerntemperatur zu stark ab, werden die Blutgefäße enger gestellt, um so die Wärmeabgabe nach außen so gering wie möglich zu halten.
• Verlangsamung der Atmung: Auch über die Atmung gibt der Körper Wärme nach außen ab. Registriert der Hypothalamus allerdings ein merkliches Absinken der Körperkerntemperatur, wird die Atmung verlangsamt, um den Wärmeaustausch zu verringern und mehr Wärme im Körperinneren zu halten.

 

Der Austausch von Wärme im menschlichen Organismus
Quelle: commons.wikimedia.org © J.W.Dietrich (CC BY-SA 3.0)

 

Das Gegenstück zu einer Hypothermie ist die so genannte Hyperthermie, bei der die Körperkerntemperatur deutlich über den idealen Sollwert ansteigt. In diesem Fall regt der Hypothalamus den Körper zu Maßnahmen an, die die Körpertemperatur natürlich absenken. Dies geschieht über:

• Schwitzen: Beim Schwitzen sondert der Körper Flüssigkeit über die Haut nach außen ab. Der auf der Haut sitzende Schweiß wiederum verdunstet und schafft so eine Verdunstungskälte, die den Körper ganz natürlich kühlt.
• Beschleunigte Atmung: Da beim Atmen warme Luft aus dem Körperinneren nach außen abgeleitet wird, regt der Hypothalamus im Falle einer drohenden Überhitzung die Atemgeschwindigkeit an, damit die warme Luft schneller und in größerer Menge nach außen abgeleitet werden kann.
• Erweiterung der Blutgefäße: Äquivalent zur Verengung der Blutgefäße im Falle einer Unterkühlung werden die Gefäße der Haut bei einer zu hohen Körperkerntemperatur weiter gestellt, um einen stärkeren Wärmeaustausch zu ermöglichen. So kann auch mehr Schweiß an die Hautoberfläche gelangen, wodurch der Effekt der Verdunstungskälte verstärkt wird.
• Kühlung von außen: Auch die Zuführung kühler Temperaturen von außen kann dabei helfen, die Körperkerntemperatur abzusenken. Dies kann über kühle Luft, kaltes Wasser oder andere gekühlte Materialien erfolgen. Steigt die Körperkerntemperatur dramatisch an, kann eine schnelle Kühlung, zum Beispiel durch Eisbeutel oder eine kalte Dusche, erforderlich sein.
  

(Quelle: http://www.pflegewiki.de/wiki/K%C3%B6rpertemperatur)

 

1.3.2.    Thermoregulation bei körperlicher Anstrengung: Optimale Temperatur und Sport

Bei körperlicher Anstrengung, zum Beispiel beim Sport, setzt der Körper viel Energie um, wodurch Wärme entsteht. Eine Erhöhung der Körperkerntemperatur ist die Folge. Da die leistungsbestimmenden Stoffwechselprozesse in den Muskelzellen erst bei einer Körperkerntemperatur von 38,5 bis 39°C optimal ablaufen, ist diese Erwärmung für Sportler ein willkommener Effekt. Das typische Aufwärmen vor sportlicher Aktivität dient deshalb nicht nur der Dehnung von Sehnen und Muskeln, sondern auch einer erhöhten Wärmebereitstellung für den Leistungsprozess. Ideale Aufwärmübungen für jede Sportart und ihre Auswirkungen auf die ideale Trainingstemperatur werden beispielweise unter www.peak.ag vorgestellt. Zu stark sollte sich die Körperkerntemperatur allerdings auch beim Sport nicht steigern, denn ab ungefähr 41°C sinkt die Leistungsbereitschaft im Körper wieder stark ab und die für die Aktivität erforderlichen Stoffwechselprozesse verlangsamen sich merklich. So verringert eine zu hohe Körperkerntemperatur beispielsweise die Bindung von Sauerstoff an den Botenstoff Hämoglobin. So kann weniger Sauerstoff durch den Körper transportiert werden und die Ausdauer sinkt ab.

 

Die Thermoregulation im menschlichen Körper
Quelle: Peak.ag

 

Um die Körperkerntemperatur auf einem für das Training effektiven Level zu halten, setzt der Körper beim Sport verschiedene Methoden ein. Besonders typisch ist vermehrtes Schwitzen. Da der Körper beim Sport große Mengen Flüssigkeit zur Temperaturregulation verbraucht, sollten Sportler immer drauf achten ausreichend zu trinken, wie der Deutsche Olympische SportBund empfiehlt. Am besten geeignet sind elektrolythaltige Getränke, die den Elektrolythaushalt im Körper ausgleichen und so eine gleichbleibende Versorgung gewährleisten. Neben dem Schwitzen reguliert der Körper die Kerntemperatur beim Sport auch über eine gesteigerte Durchblutung, die die Gefäße weitet. So kann Wärme freier im Körper zirkulieren und auch leichter über die Haut nach außen abgegeben werden. Der dritte typische Mechanismus zur Regulierung der Körperkerntemperatur beim Sport ist die beschleunigte Atmung, die mit fortschreitendem Training und steigender Temperatur einsetzt. So kann ein schnellerer und stärkerer Wärmeaustausch zwischen dem Körperinneren und der Außenwelt stattfinden.

Reichen diese Maßnahmen nicht aus, um die Körperkerntemperatur auf einem für die Stoffwechselprozesse optimalen Level zu halten, kann der Körper auch einzelne stark beanspruchte Muskelpartien gezielt ausschalten, um sie von der Wärmeerzeugung im Körperinneren abzukoppeln. Insbesondere bei intensivem und ausdauerndem Training ist es für Sportler deshalb wichtig auf die Signale des eigenen Körpers zu hören und die Aktivität dem körperlichen Befinden anzupassen.

(Quelle: http://www.peak.ag/blog/thermoregulation)

 

1.4 Erhöhte Temperatur: Ein Krankheitsanzeichen

Nicht immer ist eine erhöhte Körperkerntemperatur auf äußere Einflüsse oder körperliche Anstrengung zurückzuführen. Auch im Falle einer körperlichen Erkrankung kommt es häufig zu erhöhter Temperatur oder Fieber. Dabei definieren Ärzte eine Körperkerntemperatur von 37,5 bis 38°C als erhöhte Temperatur und jeden Wert darüber als Fieber. Eine Temperatur von bis zu 42°C kann für den menschlichen Körper gefährliche gesundheitliche Risiken mit sich bringen, da die Stoffwechselprozesse deutlich verlangsamt werden. Erreicht die Körperkerntemperatur 42,6 °C kommt es zu einer irreversiblen Gerinnung der Eiweiße, die im Körper für die lebensnotwendigen Prozesse verantwortlich sind, was häufig zum Tode führt.

 

Typische Fieberkurve
Quelle: commons.wikimedia.org © DooFi (CC BY-SA 3.0)

 

Das Fieber selbst stellt keine Erkrankung dar, sondern ist lediglich ein Symptom. Typische Auslöser für Fieber können folgende körperlichen Besonderheiten sein:

-       Eine bakterielle oder virale Infektion, die das Immunsystem angreift

-       Ein Sonnenstich oder ein Hitzschlag

-       Flüssigkeitsmangel, zum Beispiel bei starker Anstrengung

-       Eine erhöhte Stoffwechselaktivität

-       Ein operativer Eingriff, der das körperliche Gleichgewicht durcheinander bringt

Bei Fieber ist es wichtig, die Ursache für das Ansteigen der Körperkerntemperatur herauszufinden, um entsprechende medizinische Maßnahmen einleiten zu können. Häufig geht das Fieber je nach Ursache mit weiteren körperlichen Symptomen einher. Steigt die Körperkerntemperatur nicht zu stark an, ist Fieber zwar behandlungsbedürftig aber nicht unbedingt ein gesundheitliches Risiko.

(Quelle: http://symptomat.de/Erh%C3%B6hte_Temperatur)

Die Thermoregulation im menschlichen Organismus ist ein essentieller und lebensnotwendiger Mechanismus. Eine konstante Körperkerntemperatur ist die Voraussetzung für den reibungslosen Ablauf von wichtigen Stoffwechselprozessen. Neben äußeren Einflüssen und der allgemeinen körperlichen Verfassung im Hinblick auf die körperliche Gesundheit und Aktivität hat auch die Schilddrüse einen starken Einfluss auf die Körpertemperatur.

Die Regulation der Körpertemperatur obliegt dem Hypothalamus, einem Gehirnareal im Zwischenhirn. Über Thermorezeptoren überprüft dieses Gehirnareal die Temperatur im Körperinneren und auf der Haut und greift mithilfe von Hormonen regulativ ein, sobald die Körperkerntemperatur signifikant vom Sollwert abweicht. Kann der Körper die Temperaturschwankungen nicht mehr selbst ausgleichen, beispielsweise bei hohem Fieber, sind medizinische Maßnahmen zur Regulation notwendig.

Literaturliste:

1.    Thermoregulation: Die wichtigsten Funktionen im menschlichen Körper
http://flexikon.doccheck.com/de/Thermoregulation

2.    Die Körpertemperatur des Menschen
http://www.onmeda.de/anatomie/koerpertemperatur.html

3.    Schilddrüsenhormone steuern die Körpertemperatur
http://www.aponet.de/aktuelles/forschung/20130917-schilddruesenhormone-steuern-koerpertemperatur.html

4.    Grundlagen der Thermoregulation
http://www.uni-duesseldorf.de/MathNat/Biologie/Didaktik/Thomas/seiten/thermo/frther1.html

5.    Körpertemperatur: Körpereigene Maßnahmen zur Thermoregulation
http://www.pflegewiki.de/wiki/K%C3%B6rpertemperatur

6.    Thermoregulation bei körperlicher Anstrengung: Optimale Temperatur und Sport
http://www.peak.ag/blog/thermoregulation

7.    Erhöhte Temperatur: Ein Krankheitsanzeichen
http://symptomat.de/Erh%C3%B6hte_Temperatur

 

Bildquelle:

Video: http://www.youtube.com/watch?v=GS2WiwVQkaQ