Wie viel Hitze verträgt der Mensch?

Bleibt dieser Notfall unbehandelt, geraten die Körperfunktionen aus dem Gleichgewicht – ein Hitzschlag droht. Ob jemand einen Hitzschlag erleidet, lässt sich auf die Schnelle zuverlässig nur über die Körpertemperatur erkennen. Steigt sie auf über 40 Grad Celsius, besteht Lebensgefahr. Die häufigsten Hitzschlag-Patienten sind ältere Menschen, die beispielsweise im Dachgeschoss ohne Klimaanlage wohnen. Ein Hitzschlag entwickelt sich bei ihnen meist im Verlauf mehrerer Tage.

Temperatur und Feuchtigkeit

Der Anstieg bei Hitzenotfällen zeigt, dass es für viele Menschen schwieriger wird, mit den steigenden Temperaturen Schritt zu halten – obwohl der Körper hart arbeitet, um die Temperatur konstant zu halten. Der effektivste Mechanismus ist das Schwitzen. Schweiß entzieht der Haut beim Verdunsten viel Wärme und gibt sie an die Umgebungsluft ab. Doch das funktioniert nur dann gut, wenn die Luft trocken genug ist: Bei einer zu 100 Prozent feuchten Luft liegt die Schmerzgrenze schon bei 35 Grad Celsius. Dann kann sich der menschliche Körper nicht mehr durch Verdunsten kühlen.

Diese binnen weniger Stunden tödliche „Kühlgrenztemperatur“ wird auch bei anderen Kombinationen erreicht, beispielsweise bei 45 Grad Celsius und 50 Prozent Luftfeuchtigkeit. Doch schon deutlich unter diesen Extremwerten steigt das gefühlte Unbehagen spürbar. Forschende wie der Physiologe Lewis Halsey wollen wissen, was sich im Körper abspielt, wenn Temperatur und Feuchtigkeit steigen. Der Physiologe von der Londoner Universität Roehampton steckte deshalb mehrere Probanden für ein Experiment in eine kleine weiße Klimakammer.

Erst wurden die Probanden verkabelt und setzten sich Sauerstoffmasken auf, dann drehte ein Doktorand draußen den Temperaturknauf hoch. Ein mit Messgeräten vollgepackter Stoffwechsel-Karren im Inneren der Kammer zeichnete die Vitalfunktionen der Probanden auf, wie viel Sauerstoff sie aufnahmen und wie viel CO₂ sie wieder ausatmeten. Daraus errechnete der Computer den Ruhestoffwechsel, also den Kalorienbedarf des Körpers in Ruhe. Erst bei Temperaturen zwischen 40 und 50 Grad Celsius zeigte sich ein Effekt: Der Energiebedarf im Körper der Probanden stieg um bis zu 40 Prozent an.

Laut Halsey sei der gesteigerte Energiebedarf ein Hinweis darauf, dass Hitze im Körper Abläufe in Gang setze, die noch nicht näher bekannt sind. Die gesteigerte Herzfrequenz bei Hitze erkläre nur einen kleinen Teil der Differenz. Klar sei aber, dass die erhöhte Energieaufnahme gleichzeitig anderswo im Körper wieder Wärme produziert. Das Experiment zeigt auch, dass der Effekt nicht bei allen Menschen gleich ausgeprägt ist.

Das Herz leidet bei Hitze

Herz und Durchblutung spielen schon bei der normalen Wärmeregulierung eine gewichtige Rolle. Wenn sich die Körpertemperatur erhöht, erweitern sich die Blutgefäße, besonders jene in der Haut. Warmes Blut wird dann aus dem Körperinneren an die schweißkühle Hautoberfläche geleitet, wo es die Wärme an die Luft abgibt und kühler wieder zurückfließt. Dabei sinkt allerdings der Blutdruck, und das Herz muss seine Pumpleistung verdoppeln, um alle Organe weiterhin zu versorgen. Für gesunde Herzen ist dieser Stress kein Problem.

Doch wer bei Hitze nicht genug trinkt und dennoch viel schwitzt, verstärkt den Druck auf das Herz zusätzlich. Wie viel genau wir trinken sollen, lässt sich nur individuell beantworten. Die Faustregel, täglich zwei Liter Wasser zu trinken, entbehrt einer soliden wissenschaftlichen Grundlage. Ein guter Indikator bei gesunden und jungen Menschen ist in den meisten Fällen das eigene Durstgefühl. Im Alter lässt es allerdings nach.

Wie viel Wasser jemand benötigt, hängt von vielen Faktoren ab. An heißen Tagen steigt der Wasserbedarf deutlich, und wer in der sengenden Sonne arbeitet oder Sport treibt, muss ständig Wasser nachtanken. Wichtig ist auch die Ernährung. Wer besonders wasserhaltige Speisen wie Suppen oder Melonen isst, nimmt schon mit der Nahrung viel Wasser auf. Salzige Nahrung füllt zudem die Mineralstoffspeicher wieder auf, denn beim Schwitzen geht nicht nur Wasser, sondern es gehen auch Elektrolyte wie Natrium, Magnesium und Kupfer verloren.

Ist der Körper dann doch einmal dehydriert, zeigt sich das am deutlichsten an dunklem Urin, Kopfschmerzen und einer wenig elastischen Haut. Die lässt sich beispielsweise testen, indem man mit zwei Fingern eine Hautfalte auf dem Handrücken hochzupft. Bleibt die Falte stehen, fehlt dem Körper Wasser. Dann verringert sich die Blutmenge, der Blutdruck sinkt noch weiter, und das Herz muss noch stärker pumpen. Wer jetzt noch an einer Vorerkrankung wie arterieller Steifigkeit oder an einer koronaren Herzerkrankung leidet, läuft bei Hitzewellen Gefahr, einen Herzinfarkt zu erleiden. Einer chinesischen Studie zufolge starben allein im Jahr 2019 rund 90.000 Menschen weltweit an hitzebedingten Herzproblemen.

Die schlechtere Durchblutung schädigt zusätzlich die Organe. Erst seit etwa zehn Jahren wissen Forschende, dass der Darm besonders unter der Hitze leidet. Wegen des verlangsamten Blutzuflusses gelangt weniger Sauerstoff in die Darmwände. Das schwächt das Endothel, eine sensible Zellschicht, die den Darm innen auskleidet – wie Futter einen Mantel. Die nun löchrige Schutzschicht lässt Giftstoffe ungehindert in die Blutbahn fließen. Dabei handelt es sich vor allem um Abbauprodukte von Bakterien, sogenannte Endotoxine.

„Diese Stoffe gelangen normalerweise aus dem Darm in die Toilette“, sagt der Physiologe Ollie Jay. „Finden Endotoxine ihren Weg in die Blutbahn, lösen sie dort einen septischen Schock aus. Das Blut verklumpt, und es kommt letztlich zu Multiorganversagen.“ Jay leitet das Klimalabor an der University of Sydney und berät die US-Gesundheitsbehörde CDC und die WHO in den Fragen, wie sich Hitze auf die menschliche Gesundheit auswirkt und was sich gegen Hitzeerkrankungen tun lässt.

„Das ist aber nur eines von vielen Symptomen eines klassischen Hitzschlages“, sagt Jay. Die Endotoxine im Blut lösen beispielsweise auch Entzündungsreaktionen in den Organen aus. Diese lassen sich messen. In einigen kleinen wissenschaftlichen Experimenten wurden dagegen Entzündungshemmer wie Kortison verabreicht. Doch die Entzündungen erst zu messen und dann zu behandeln, erfordert Zeit. Genau die fehlt bei einem akuten Hitzschlag aber.

Zellen nehmen Schaden

Steigt die Körpertemperatur auf über 40 Grad Celsius, so steigt auch die Wahrscheinlichkeit von Zellschäden. Körpereigene Proteine beispielsweise verlieren durch Hitze ihre einzigartige 3D-Faltung – etwa wie eine falsch gefaltete Origamifigur. Dann sind sie entweder wirkungslos, verklumpen oder wirken schlimmstenfalls toxisch auf das umliegende Gewebe. Der Vorgang lässt sich in ähnlicher Form beim Spiegelei in der Pfanne beobachten, wenn flüssiges Eiklar zu gestocktem Eiweiß verklumpt.

Genauso empfindlich reagiert das Gehirn auf Hitzestress. Blutungen, Sauerstoffarmut und entgleiste Proteine sorgen hier für Schwindel, Verwirrung, Krampfanfälle und Koma. Zwar erholen sich viele Patienten bei rascher Abkühlung wieder. Doch in 10 bis 28 Prozent der Fälle bleiben kognitive und motorische Schäden am Hirn zurück, schreibt Physiologe Jay mit weiteren Forschenden in einem Hitzschlag-Leitfaden. Am häufigsten seien das Kleinhirn und der Hippocampus betroffen. Letzterer ist unter anderem für das Gedächtnis zuständig.

Wehrlos ist der Körper dagegen nicht. Bei Hitzestress schüttet er „Aufpasserproteine“ aus, die die geschädigten Proteine wieder neu zusammenfalten und am Verklumpen hindern. Doch das System hat Grenzen. Wenn Hitzestress zu lange andauert und eine rasche Abkühlung fehlt, können die Schäden an Herz, Nieren, Leber und Gehirn gravierend und vor allem bleibend sein. Wer beispielsweise über mehrere Tage starker Hitze ausgesetzt ist und zu wenig trinkt, bleibt möglicherweise lebenslang nierenkrank.

Sport in der Hitze

„Ein klassischer Hitzschlag tritt vor allem bei älteren Menschen oder Kleinkindern auf, weil ihre Fähigkeit zu schwitzen eingeschränkt ist“, sagt Jay. „Wir verzeichnen aber auch immer häufiger junge Patienten, vor allem Sportler und Militärpersonal.“ Diese seien vor allem von einer zweiten Form des Hitzschlags betroffen. Er wird nicht allein durch Hitze ausgelöst, sondern auch durch Anstrengung. Von außen kaum zu unterscheiden, laufen im Körper jedoch andere Prozesse ab.

Wer sich bei Hitze körperlich anstrengt, etwa bei einem Marathonlauf oder bei Straßenarbeiten in der prallen Sonne, dessen Skelettmuskeln erhitzen sich deutlich. Sie sind am Knochen fixiert und können die Hitze mitunter nur schlecht an die Oberfläche abführen. Wird der Hitzestress zu groß, stirbt das Muskelgewebe ab. Eines der Abbauprodukte ist rotes Myoglobin, ein Eiweiß, das Sauerstoff in den Muskeln speichert. Gelangt es in die Blutbahn und in die Nieren, löst es akutes Nierenversagen aus und bringt Patienten in Lebensgefahr.

Wer wie manche Sportler häufig Hitze ausgesetzt ist, dessen Körper könne sich erstaunlich gut anpassen, sagt Claus-Martin Muth, Leiter der Notfallmedizin am Universitätsklinikum Ulm. Notfälle passieren dennoch immer wieder. „Die Eiswasserbad-Methode stammt ursprünglich von US-Sportstätten“, sagt Muth, der auch mit dem Fallbeispiel der alten Dame aus Kalifornien vertraut ist. In Deutschland ist die Methode zu seinem Bedauern noch nicht so verbreitet. „Im Eiswasser kühlen die Patienten so schnell ab, dass sie oft nicht einmal ins Krankenhaus müssen.“ Vorausgesetzt, ein Patient wird fachgerecht ins Eiswasserbad gesteckt.

Denn um einen Kälteschock zu vermeiden, sei es wichtig, dass die Patienten in der Horizontale liegen. „Beim Eintauchen in das Wasser wird ansonsten ein ganzer Liter Blut aus den Gliedmaßen in den Rumpf gedrückt“, sagt Muth. „Ist das Herz vorbelastet, verkraftet es das womöglich nicht.“ Auch der Kopf darf nicht unter das kalte Wasser geraten. Sonst löst der sogenannte Tauchreflex aus: Dabei wird der Vagusnerv stimuliert, sodass sich Atmung und Herzschlag verlangsamen. Schlimmstenfalls kommt es dann zum Atemstillstand.

Methoden zur Abkühlung

Damit es gar nicht erst so weit kommt, ist die Prävention von Hitzeschäden wichtig. Eine der effektivsten Methoden sind Klimaanlagen, die die Umgebungsluft kühlen. Doch nicht jeder Mensch kann sich eine Klimaanlage und die damit verbundenen Stromkosten leisten. Deshalb erleiden ältere Menschen mit am häufigsten einen klassischen Hitzschlag. Dazu kommt der hohe Stromverbrauch der Anlagen, der zu Netzüberlastungen führt. Allein in der Gegend um Mailand gab es aus diesem Grund im Juni 2023 fast 500 Stromausfälle.

Forschende versuchen deshalb, Low-cost-Methoden für eine rasche Abkühlung zu finden. Jay setzte für eine 2019 erschienene Studie 16 Probanden in sein Klimalabor und führte gemeinsam mit Kollegen der Technischen Universität München mehrere Dutzend Experimente durch. Bei 30 Grad Celsius und 70 Prozent Luftfeuchte mühten sich die Probanden an einem Fitnessgerät ab – zunächst bei völliger Windstille. Dann bliesen ihnen eine Klimaanlage und ein elektrischer Ventilator in den Nacken. Das Resultat: Sowohl die Klimaanlage als auch der Ventilator senkten die gefühlte Temperatur um 7 Grad Celsius.

Neben der Herzfrequenz maß Jays deutsch-australisches Team zudem, wie viel die Probanden schwitzten. Mit dem Ventilator verdunstete etwas mehr Wasser über die Haut als mit der Klimaanlage. Jay empfiehlt deshalb, ein Glas Wasser extra für jede Stunde im Luftstrom zu trinken. „So banal es klingt, ein Ventilator leistet an heißen Tagen gute Dienste – besonders, wenn keine Klimaanlage in Reichweite ist“, sagt Jay. „Auch außerhalb des Labors können Sie so mindestens eine Senkung von etwa 5 Grad Celsius erreichen.“

Doch die Methode hat Grenzen. Die bisherige Empfehlung der WHO warnte vor der Verwendung von Ventilatoren bei mehr als 35 Grad Celsius. Bläst man heiße Luft auf den Körper, heizt sie die Haut zusätzlich auf und der Kühleffekt dreht sich um. Mittlerweile hat die Weltgesundheitsbehörde diesen Wert aber auf 40 Grad Celsius korrigiert – basierend auf den Experimenten und Simulationen von Jays Team.

Nicht alle Forschenden sind mit diesem neuen Grenzwert einverstanden. Eine kanadische Review-Studie kommt zum Schluss, dass ein Ventilator schon ab 35 Grad Celsius keine nennenswerte Abkühlung bringt. Für Menschen, die wenig schwitzen, kann ein Ventilator demnach auch schon unter 35 Grad Celsius gefährlich werden. Das betrifft vor allem ältere Menschen. Sie schwitzen weniger, weil die Haut dünner wird. Das presst die Schweißdrüsen gegen die Hautoberfläche. Dabei wird der Kanal, der den Schweiß von der Drüse zur Oberfläche leitet, geknickt und verbogen, was den Schweißfluss verringert. Das zeigt eine japanische Studie aus dem Jahr 2021.

Doch fehlende Schweißperlen lassen sich teilweise ersetzen, indem man die Haut einfach von außen mit Wasser benetzt. Im einfachsten Fall kann dazu ein in Leitungswasser getränkter Schwamm dienen. Die feuchte Haut erzeugt dann dieselbe Verdunstungskälte wie beim Schwitzen. Ein Vorteil: Man belastet den Organismus nicht mit der Produktion von Schweiß, denn auch die produziert Wärme.

Forschende der University of South Australia, Adelaide haben dieses als „Dousing“ (Englisch für „Übergießen“) bezeichnete Verfahren bereits an professionellen Läufern getestet. Bei 30 Grad Celsius und einem einstündigen Lauf hatten diejenigen einen niedrigeren Puls, die sich zwischendrin immer wieder mit Wasser benetzten. Die „Dousing“-Gruppe hatte außerdem eine niedrigere Hauttemperatur und gab eine niedrigere gefühlte Temperatur an, fühlte sich also wohler. Die tatsächliche Körperkerntemperatur war aber genauso hoch wie in der Kontrollgruppe.

Badewanne oder Leichensack

Im Notfall taugen Dousing, Ventilatoren und Klimaanlagen allerdings nur wenig. Bis sie wirken, dauert es zu lange – auch in einem gekühlten Raum sinkt die Körpertemperatur nur langsam. Erleidet jemand einen Hitzschlag, muss es schnell gehen, sonst drohen irreversible Schäden an den Organen und schlimmstenfalls der Tod. Die Fachwelt ist sich einig: Um die Körpertemperatur eines Menschen schnell zu senken, muss dieser bis zum Kopf flach in eiskaltes Wasser gesteckt werden, beispielsweise in einer Badewanne. Das kann eine Hitzschlag-Temperatur von über 40 Grad Celsius in wenigen Minuten auf unter 38 Grad Celsius senken.

Manchmal ist auch Improvisieren angesagt, so wie im Fall der alten Dame in Palo Alto, die der Notfallmediziner Grant Lipman in einen Leichensack samt Eiswürfeln und Wasser packen ließ. Innerhalb von zehn Minuten sank ihre Körpertemperatur von 40 auf 38 Grad Celsius. Die Wunden vom Sturz versorgten die Mediziner der Stanford-Notaufnahme problemlos. Blutdruck und Puls normalisierten sich. Nach dem Vorfall hätte die Patientin eigentlich über Nacht im Krankenhaus bleiben müssen. „Doch sie lehnte ab“, sagt Lipman lachend. „Einer meiner Mitarbeiter rief sie ein paar Tage später an, und ihr ging es blendend.“

Mittlerweile haben mehrere US-Krankenhäuser Lipmans Methode mit dem Leichensack übernommen. Sogar Feuerwehrleute in Arizona ließen sich 2023 davon inspirieren. Bei einem Hitzschlag-Einsatz hatten sie zwar keinen Leichensack dabei, schnappten sich dafür aber kurzerhand einen Einkaufswagen, breiteten eine Plane darin aus und füllten sie mit Eis und Wasser aus einem Supermarkt. Auch dieser Patient überlebte.