Temperatur-Regulation Teil 2: Hitzschlag zum Teil genetisch bedingt

Dieser Beitrag hinterfragt und kritisiert die wissenschaftliche Vorgehensweise, dass eine Ursache-Wirkungs-Zusammenhang durch den Beweis einer »Post-hoc-Annahme erfolgt. Ergebnisse aus »Beweisführungen« dieser Art sind letztlich nicht von langer Dauer und Tatsachen hören schnell auf Tatsachen zu sein. Sobald sich der Standpunkt der Beobachtung verändert oder abweicht, erscheinen die noch zuvor als Tatsachen akzeptierten Beobachtungen als falsch.



»Wie extrem die Umweltbedingungen auch sein mögen, der Hitzschlag kommt selten vor. Erstaunlicherweise tritt er unter Bedingungen auf, die uns einen Hitzschlag nie vermuten lassen würden«.

Die Autoren untermauern diese Aussage durch eine mathematische Gleichung. Wegen der zu starken Vereinfachung des Problems sollte sie im wirklichen Leben an wirklichen Personen nicht angewendet werden, so Ross und Jonathan. Die Mathematik zeigt deutlich, dass der Hitzeverlust den der Wärmespeicherung sogar in extremen Situationen wie sie bei Temperaturen über 35 °C, Windstille, hoher Luftfeuchtigkeit, direkter Sonneneinstrahlung und einer geringen Laufleistung vorliegen, überschreitet.

Ein Beispiel:


Läufer: 80 kg, 1.80 m, Laufgeschwindigkeit: 4:30/km (entspricht einer Marathonzeit von 3:10), Wetterverhältnisse: 22 °C, 80 % Luftfeuchtigkeit, windstill, wolkenlos.
Dieser Läufer wird theoretisch keinen Hitzschlag bekommen, nein, er ist sogar in der Lage zu einer erhöhten Schweißabsonderung. Um seine Körpertemperatur exakt konstant zu halten, müsste er 1,5 l Schweiß pro Stunde absondern. Dies bedeutet, dass er kein Problem damit hat, die Wärme, die er erzeugt auch zu verlieren. Es sollte sich somit keinen Hitzschlag entwickeln.

Die Realität sah jedoch anders aus:
Dieser Läufer wurde nach nur 16 Minuten mit einer Rektaltemperatur von 40.8 °C aus dem Rennen genommen! Der Mathematik folgend hätte dieser Läufer diese Wetterbedingungen problemlos tolerieren müssen. Das Ergebnis war ein ganz anderes. Nach weniger als 4 km der Laufstrecke entwickelte er einen Hitzschlag.

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Das Problem Hitzschlag: die Regulationsstörung eines komplexen Gleichgewichts



In den Trainingswissenschaften wird das Thema Überhitzung hauptsächlich als durch die Umwelt verursacht dargestellt: Sonneneinstrahlung mit hohen Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit und Austrocknung. Alle dokumentierten Gutachten weisen jedoch auf andere Ursachen hin. Trotzdem hält sich hartnäckig die Ansicht, dass ein Hitzschlag durch heiße Wetterbedingungen ausgelöst wird. Erst kürzlich, als wir uns bei der Triathlon-Weltmeisterschaft auf Hawaii aufhielten, waren wieder wie jedes Jahr Hitze und Luftfeuchtigkeit das große Thema der psychologischen Kriegsführung.
Niemand wird bezweifeln, dass die Umweltbedingungen dort extrem sind. Jedoch ist der Hitzschlag unter den Athleten dort in der Regel kein Problem. Um Ihre Zweifel an der bestehenden wissenschaftlichen Argumentation des Hitzschlags und der Temperaturregulation noch weiter zu erhöhen, möchte ich Ihre Aufmerksamkeit noch auf eine Beobachtung lenken, nämlich wie unterschiedlich verschiedene Menschen Temperatur wahrnehmen bzw. empfinden.

Da gibt es diejenigen, die sich mit kurzen Hosen und ärmelloser Jacke bekleiden, selbst bei einer Temperatur gut unter 10 °C und da gibt es diejenigen, die frieren, wenn das Thermometer angenehme 20 °C und mehr anzeigt. Und mehr noch, es gehört zum allgemeinen Erfahrungsschatz eines jeden von uns, dass das Temperaturgefühl nicht dauerhaft gleichbleibend ist, sondern sich entsprechend des Körperzustands, verändert. Der Körper besitzt die Fähigkeit seine Temperatur in Grenzen konstant zu halten, sie also dauernd zu regulieren. Die Wetterverhältnisse spielen dabei als Variable eine Rolle, aber eine untergeordnete. Dabei ist eher Wärmeverlust bedrohlich, wenn die Temperaturregulation und Wärmeisolation in extremer Kälte versagt. Bei Hitze ist die Wärmeabstrahlung durch Konvektion und Schweißsekretion meist ausreichend, um eine Überhitzung zu unterbinden.
Nichtsdestotrotz kann es natürlich zu einer übermäßigen endogenen Wärmeproduktion und »Hitzschlag« kommen. Die Autoren dieses Beitrags führen den Hitzschlag auf eine genetische Disposition zurück, die eine schwächere Ausprägung der malignen Hyperthermie sein könnte. Die Medizin kennt ein Krankheitsbild, das als maligne Hyperthermie* bezeichnet wird. Es handelt sich dabei um ein sehr akutes Geschehen, dass durch Mittel wie Halothan oder Koffein ausgelöst werden kann.

Temperaturregulation ist somit ein weit aus komplexeres körperliches Phänomen als das einfache Gleichgewicht zwischen Wärmeverlust und Wärmeerzeugung. Die Fälle, die Ross und Jonathan beschreiben, decken Lücken in der gängigen Theorie vom Hitzschlag auf. Nach der Theorie tritt ein Hitzschlag nur dann auf, wenn das Potenzial Wärme zu verlieren kleiner ist, als diese zu erzeugen. Der Athlet sollte keinen Hitzschlag entwickeln, wenn er ausreichend Wärme abgeben kann. Jede der genannten Personen besaß das Potenzial Wärme in einem Maße zu verlieren, die die Menge Wärme durch Bewegung zu erzeugen, deutlich überschritt. Die beschriebenen Fälle von Hitzschlag hätten daher nie vorkommen dürfen, es sei denn, dass andere Parameter bei der Temperaturregulation und der Erhaltung des Gleichgewichts eine Rolle spielen.



Fehler in der Gleichung?
Die Fälle von Hitzschlag: decken sie einen Fehler in der mathematischen Gleichung auf?
Die mathematischen Modelle, den Hitzschlag vorherzusagen, sind offensichtlich für diese Personen nicht geeignet. Die Tatsache, dass diese 16 Läufer und Radfahrer einen Hitzschlag entwickelten, bedeutet, dass entweder die Wärmeerzeugung oder der Wärmeverlust falsch kalkuliert wurden. Ist also die Wärmeerzeugung tatsächlich häufig höher ist als dies durch die Gleichung kalkuliert ist?

Dass die Gleichung nicht auf alle Fälle der realen Welt zutrifft, geschieht nicht, weil die Gleichung an sich falsch wäre. In 99,99 % der Fälle ist die Rechnung relativ präzise. Bei den Personen, die einen Hitzschlag erlitten, ist etwas vorgefallen, was die Gleichung nicht berücksichtigen kann. Vielleicht lag bei diesen Personen ja bereits vor der Bewegung eine vermehrte Wärmeproduktion vor. In ihren kürzlich veröffentlichen Unterlagen in der Medicine and Science in Sports and Exercise, nannten Tucker und Dugas dies eine „exzessive Endothermie“, die hauptsächlich die Wärmeerzeugung von innen meint. Noch ist die Frage, woher die Wärme kommt, mehr eine Vermutung als bewiesen.

• Vielleicht ist die Leistungsfähigkeit des Läufers und seine Fähigkeit zur Wämreabgabe durch einen angeborenen Stoffwechseldefekt bereits a priori reduziert?


• Vielleicht nimmt die Wärmeerzeugung plötzlich zu, weil die Durchgängigkeit Kalzium-Ionenkanäle im Muskel gestört ist? Bei der malignen Hyperthermie bleiben die Kalziumkanäle in den Muskeln offnen. Um dieses in den intrazellulären Raum freigesetzte Kalzium in die Speicher zurück zu transportieren, verbraucht der Körper große Mengen an ATP und erzeugt dadurch ganz enorme Wärmemengen.

Es wird heute zwischen einem Belastungs-Hitzschlag und einer malignen Hyperthermie unterschieden. Diese Unterscheidung erscheint nach den Beobachtungen der Autoren nicht mehr gerechtfertigt, wenn man sich die Personen ansieht, die einen Hitzschlag erleiden. Diese neigen in vielen Fällen dazu, ebenso anfällig für eine maligne Hyperthermie zu sein! In anderen Worten, es gibt wahrscheinlich einen genetischen Zusammenhang, der Menschen für diesen Zustand anfällig macht. So wurde beobachtet, dass Menschen, die einen Hitzschlag entwickelten, eine Skelettmuskel-Anomalie aufweisen, die ähnlich der bei einer malignen Hyperthermie ist.
Ist es möglich, dass ein Hitzschlag, der durch Bewegung ausgelöst wird, einen „verschwenderischen“ Energieverbrauch (ATP) verursacht, um gewissermaßen die Kalzium-Kanalunterbrechung zu korrigieren? Es kann sein, dass eine übermäßige Aktivierung des Sympathikus stattfindet, ausgelöst durch einen Stoffwechselzustand oder eine Muskelmyopathie. Eine andere Möglichkeit wäre eine Krankheit, also eine bakterielle oder virale Infektion, die schon vor der Bewegung zur einer Temperaturerhöhung geführte. Diese Ansicht konnte (aus offensichtlichen Gründen) nie bestätigt werden und beruft sich größtenteils auf die Untersuchung historischer Fälle. Dies ist eine Anmerkung meinerseits. Könnte eine beeinträchtigte Immunität für eine gesteigerte endogene Wärmeerzeugung empfänglich machen.

Sicherlich können heiße Wetterverhältnisse ein Auslöser für einen Hitzschlag sein. Den Autoren geht es jedoch primär um die Frage, ob die Umgebung nicht lediglich die Bühne sein könnte, auf der sich das Drama abspielt. Dort kommt es zum Ablauf von pathologischen Ereignissen, wobei die Umgebung nicht die Ursache für den Hitzschlag ist, sondern lediglich eine Nebenrolle übernimmt.

Abschließend stellen Tucker und Dugas fest:
Es ist wahrscheinlich, dass das Problem eher auf einer überschüssigen Wärmeerzeugung basiert als auf einer eingeschränkten Fähigkeit zur Wärmeabgabe. Oder ist es möglich, dass der Hitzschlag ein Oberbegriff ist, der tatsächlich einen Zustand beschreibt und keine Diagnose? Was als einigermaßen sicher gelten darf, ist, dass der Hitzschlag ein Versagen der »Physiologie der Temperaturregulation« darstellt, denn es ist ein Zustand, der sich eben nicht einfach beim Laufen bei jedem von uns an einem heißen Tag bei mangelnder Flüssigkeitszufuhr entwickeln kann.

Die Argumente dieser Beiträge haben einige Mythen um den Hitzschlag aufgedeckt und helfen Ihnen vielleicht bei Training und Wettkämpfen ohne Angst und psychischen Druck heiße Witterungsverhältnisse anzunehmen. Es gilt nun aufzuklären, ob der Hitzschlag wirklich häufiger auftritt, als dies die Wetterverhältnisse vermuten lassen. Und es gilt zum Schluss nochmals zu betonen, dass der Hitzschlag ganz sicher nicht das Ergebnis von Austrocknung ist, was bedauerlicherweise viele meinen.

Glaubt irgendjemand ernsthaft, dass die 3 Fälle, die in der obigen Tabelle hervorgehoben sind, 16 Minuten nach dem Start bei moderatem Lauftempo austrocknen?

Nein, der Hitzschlag ist ein sehr komplexes Thema, das schwierig vorherzusagen ist, noch schwieriger ist es, diesen Zustand zu erklären. Hoffentlich behielten Sie in dem Labyrinth des Für und Wider den Überblick und verstehen nun, dass ein Hitzschlag ein pathologisches Phänomen ist und nicht einfach physiologisch zu erklären ist und auch nicht einfach so geschieht, weil es draußen heiß ist.«

Die Autoren
Jonathan Dugas and Ross Tucker completed their Ph.D.'s in 2006 in the Exercise Science and Sports Medicine Research Unit at the University of Cape Town.

Jonathan Dugas, Ph.D.
*»Die Reaktionen der Körpertemperatur auf Training und Leistung«

Jonathans Hauptinteresse gilt der Temperaturregulation und Trainingsleistung mit speziellem Augenmerk darauf, wie die Flüssigkeitsaufnahme diese beiden Phänomene beeinflusst. Zur Zeit ist er Gastprofessor in der Abteilung für Kinesiologiend Ernährung an der Universität von Illinois in Chicago.

**Ross Tucker, Ph.D.
»Sportliche Leistung, Müdigkeit und Schrittmacher - wie das Gehirn die Leistung reguliert.«

Ross' Hauptinteresse gilt dem Phänomen der Erschöpfung beim Sport und der Rolle, die das Gehirn dabei spielt, nämlich physiologische Ereignisse zu antizipieren und danach die Schrittmacher (pacing)-Strategien zu gestalten. Zur Zeit arbeitet Ross als Forschungsleiter für Sportmanagement und Sponsorship bei Navitute. Er berät zudem die UCT's Exercise Science Unit und ist wissenschaftlicher Herausgeber von Runner's World SA.