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Hitzewelle: Wie heiß ist zu heiß für den menschlichen Körper?

Temperaturen jenseits von 35 Grad sind im Sommer auch in Deutschland keine Seltenheit mehr. Verträgt der Körper das? Gefährlich wird Hitze vor allem dann, wenn eine hohe Luftfeuchtigkeit hinzukommt, zeigt ein Experiment.
Eine Frau kühlt ihre Stirn an einem heißen Sommertag
Ab einer so genannten Feuchtkugeltemperatur von 35 °C kann der menschliche Körper sich mit Schwitzen nicht mehr ausreichend selbst kühlen.

Hitzewellen werden im Zuge des Klimawandels immer heftiger – sie dauern länger, werden häufiger und zunehmend heißer. Wann aber wird es selbst für junge, gesunde Erwachsene zu heiß für alltägliche Aktivitäten, wie wir sie kennen?

Die Antwort reicht über die Temperatur hinaus, die man auf einem Thermometer ablesen kann. Es geht auch um die Luftfeuchtigkeit. Die Experimente der Autoren dieses Textes zeigen: Die Kombination von beidem kann schneller gefährlich werden, als Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher dachten.

Die zunehmende Häufigkeit von extremer Hitze in Verbindung mit hoher Luftfeuchtigkeit, gemessen als Kühlgrenztemperatur oder auch Feuchtkugeltemperatur, ist beunruhigend. Gemeint ist damit die tiefste Temperatur, die sich noch durch direkte Verdunstungskühlung erreichen lässt. Liegt sie zu hoch, können Organismen wie der Mensch keine Wärme mehr in die Umgebung abgeben und es kommt zu einer lebensbedrohlichen Überhitzung. Während der Hitzewellen, die Südasien im Mai und Juni 2022 heimsuchten, wurde in Jacobabad in Pakistan eine maximale Feuchtkugeltemperatur von 33,6 °C gemessen, die in Delhi sogar noch übertroffen wurde – nahe der theoretischen Obergrenze der menschlichen Anpassungsfähigkeit an feuchte Hitze.

Wann kann der Körper sich mit Schwitzen nicht mehr kühlen?

Oft wird dabei auf eine im Jahr 2010 veröffentlichte Studie verwiesen, die davon ausgeht, dass eine Feuchtkugeltemperatur von 35 °C – das entspricht 35 °C bei 100 Prozent Luftfeuchtigkeit oder 46 °C bei 20 Prozent relative Luftfeuchtigkeit – die obere Grenze darstellt, über die hinaus der menschliche Körper nicht mehr in der Lage ist, sich mit Schwitzen selbst zu kühlen und die Körperkerntemperatur stabil zu halten.

Erst in jüngster Zeit wurde dieser Grenzwert an Menschen in Laborversuchen getestet. Die Ergebnisse geben noch mehr Anlass zur Sorge. Um die Frage »Wie heiß ist zu heiß?« zu beantworten, brachten wir junge, gesunde Männer und Frauen in das Noll-Labor der Penn State University, um sie in einer kontrollierten Umgebung einer Hitzebelastung auszusetzen. Die Experimente sollen Aufschluss darüber geben, welche Kombinationen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit selbst für die gesündesten Menschen schädlich sein können.

Jeder Teilnehmer schluckte eine kleine Telemetriepille, die seine Körperkerntemperatur überwachte. Dann wurden sie in eine Klimakammer gesetzt und sollten sich gerade so viel bewegen, dass sie die minimalen Aktivitäten des täglichen Lebens simulierten. Die Probanden bewegten sich dazu entweder auf einem Laufband oder einem Stand-Fahrrad. Die Forscher erhöhten langsam entweder die Temperatur in der Kammer oder die Luftfeuchtigkeit und beobachteten, wann die Kerntemperatur der Versuchspersonen zu steigen begann.

Dieser Moment wird auch als kritische Umgebungsgrenze bezeichnet. Unterhalb dieser Grenze ist der Körper in der Lage, seine Kerntemperatur über einen längeren Zeitraum relativ stabil zu halten. Oberhalb dieser Grenze steigt die Kerntemperatur kontinuierlich an, und das Risiko hitzebedingter Erkrankungen erhöht sich mit zunehmender Expositionsdauer.

Wenn der Körper überhitzt, muss das Herz stärker arbeiten, um das Blut durch die Haut zu pumpen, damit die Wärme abgeleitet werden kann. Wenn man außerdem schwitzt, verringert sich die Körperflüssigkeit. Im schlimmsten Fall kann es bei längerer Hitzeeinwirkung zu einem Sonnenstich kommen, einem lebensbedrohlichen Zustand, der eine sofortige und schnelle Kühlung und medizinische Behandlung erfordert.

Unsere Studie an jungen, gesunden Männern und Frauen zeigt, dass die obere Grenze, ab der lebensbedrohliche Hitzeschäden möglich sind, sogar noch niedriger ist als die theoretisch angenommenen 35 °C. Sie liegt eher bei einer Feuchtkugeltemperatur von 31 °C. Die derzeitigen Hitzewellen rund um den Globus nähern sich diesen Grenzwerten an, wenn sie sie nicht sogar mancherorts bereits überschreiten.

In heißen, trockenen Umgebungen wird die kritische Umgebungsgrenze nicht durch die Feuchtkugeltemperatur bestimmt, da fast der gesamte produzierte Schweiß verdunstet und der Körper dadurch gekühlt wird. Die Flüssigkeitsmenge, die der Mensch ausschwitzen kann, ist jedoch begrenzt, und die hohen Lufttemperaturen heizen den Körper zusätzlich auf.

Diese Grenzwerte sollen lediglich veranschaulichen, wann ein übermäßiger Anstieg der Körperkerntemperatur wahrscheinlich ist. Auch niedrigere Temperaturen und Feuchtigkeit können das Herz und andere Körpersysteme belasten. Und selbst wenn die Überschreitung dieser Grenzwerte nicht unbedingt ein Worst-Case-Szenario darstellt, kann eine längere Hitzeeinwirkung für gefährdete Bevölkerungsgruppen wie ältere Menschen und solche mit chronischen Krankheiten dennoch bedrohlich werden.

Vor allem ältere Menschen leiden unter Hitze

Denn selbst wer gesund altert, hat eine geringere Hitzetoleranz als in jungen Jahren. Wenn dann noch Herzkrankheiten, Atemwegsprobleme und andere Gesundheitsprobleme sowie bestimmte Medikamente hinzukommen, kann das Risiko sich noch erhöhen. Etwa 80 bis 90 Prozent der Opfer von Hitzeperioden sind Menschen über 65 Jahre.

Bei großer Hitze ist es wichtig, ausreichend Flüssigkeit zu sich zu nehmen und Bereiche aufzusuchen, in denen man sich abkühlen kann – auch für kurze Zeit. Zwar richten immer mehr Städte in den Vereinigten Staaten öffentlich zugängliche, klimatisierte Räume ein, um den Menschen dabei zu helfen, der Hitze zu entkommen, aber es wird immer noch viele Personen geben, die den gefährlichen Bedingungen ausgesetzt sind und keine Möglichkeit haben, sich abzukühlen.

Selbst diejenigen, die Zugang zu einer Klimaanlage haben, schalten diese möglicherweise nicht ein, weil die Energiekosten zu hoch sind oder weil es bei Hitzewellen oder Waldbränden zu großflächigen Stromausfällen kommt.

Eine kürzlich veröffentlichte Studie über Hitzestress in Afrika hat ergeben, dass das künftige Klima selbst für kostengünstige Kühlsysteme wie »Sumpfkühler« nicht geeignet sein wird, da die tropischen und küstennahen Teile Afrikas immer feuchter werden. Diese Geräte, die weit weniger Energie verbrauchen als Klimaanlagen, arbeiten mit einem Ventilator, der die Luft über ein kühles, feuchtes Kissen zirkulieren lässt, um die Lufttemperatur zu senken, aber sie werden bei Feuchtkugeltemperaturen über 21 °C unwirksam.

Insgesamt verdichten sich die Hinweise darauf, dass der Klimawandel nicht nur ein Problem der Zukunft ist. Es ist eine Gefahr, mit der die Menschheit bereits heute konfrontiert ist und die sie direkt angehen muss.

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