Teil 1 und Teil 2
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Sonderdruck aus Band 25, Heft 5, Oktober 2013, S. 286–295 Heft 6, Dezember 2013, S. 349–363 Wärmeanwendungen unter Berücksichtigung der Wärmeregulation – Teil 1 und Teil 2 Otto Pecher, Aying, Deutschland Thomas Zeiger, Vomp, Österreich Wolfgang Schobersberger, Hall in Tirol, Österreich S. Karger Medical and Scientific Publishers Basel · Freiburg · Paris · London · New York · Chennai · New Delhi · Bangkok · Beijing · Shanghai · Tokyo · Kuala Lumpur · Singapore · Sydney Offizielles Mitteilungsorgan Union schweizerischer komplementärmedizinischer Ärzteorganisationen Schweizerische Zeitschrift für Ganzheitsmedizin Swiss Journal of Integrative Medicine Übersichtsarbeit Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 DOI: 10.1159/000355153 Online publiziert: September 16, 2013 Wärmeanwendungen unter Berücksichtigung der Wärmeregulation – Teil 1 Otto Pechera,b Thomas Zeigerc Wolfgang Schobersbergerd,e aGemeinschaftspraxis für Allgemeinmedizin und Naturheilverfahren, CRO, Aying, Deutschland c Abteilung für Forschung und Entwicklung, Physiotherm, Vomp, dInstitut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), Tiroler Landeskrankenanstalten GmbH (TILAK), Innsbruck, eInstitut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), UMIT – Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik GmbH, Hall in Tirol, Österreich bDropcon Schlüsselwörter Keywords Thermoregulation · Thermoneutralzone · Sauna · Infrarotkabine · ­Infrarotstrahlung · Hauttemperatur · Hauttemperaturmessung · ­Erythema ab igne · Verbrennung Thermoregulation · Thermoneutral zone · Sauna · Infrared cabin · ­Infrared rays · Skin temperature · Skin temperature measurement · Erythema ab igne · Burn injury Zusammenfassung Summary Wärmeanwendungen sind in der Krankheitsprävention und zur Linderung vielfältiger Beschwerden ein fester Bestandteil unserer Kultur. Durch die Fortschritte der Medizin wurden Wärmeanwendungen als therapeutisches Verfahren in Randgebiete verdrängt. Mit dem demographischen Wandel, der Zunahme chronischer und vor allem stoffwechselbedingter Erkrankungen sowie durch den Kostendruck im ­Gesundheitswesen wächst jedoch das Interesse an diesen Verfahren bei Betroffenen sowie auch in der Medizin. Neben der Konduktion und Konvektion werden im privaten und medizinischen Umfeld radiative Verfahren genutzt. Die Wirkung der Wärmeapplikation ist unab­hängig vom Medium mit reflektorischen Reaktionen (Muskelentspannung und Schmerzlinderung) sowie Effekten auf Basis der Durchblutungserhöhung und der Temperaturerhöhung im Gewebe erklärbar. Da Wärme im Körper praktisch ausschliesslich mittels Konvektion über das Blut verteilt werden kann, erklärt sich der Einfluss auf das Herzkreislaufsystem. Unter Berücksichtigung der Wärmeregulationsmechanismen lassen sich drei Prinzipien unterscheiden. Die Wärmeapplikation oberhalb, innerhalb und unterhalb der Thermoneutralzone differieren jeweils hinsichtlich der Herzkreislaufbelastung und der Wärmeverteilung. Mit Wärmeanwendungen sind allerdings auch ­Gefahren verbunden – vor allem, wenn die Wärmeregulation durch Erkrankungen oder Medikationen auf zentraler oder lokaler Ebene ­gestört ist. Dies geschieht vor allem in Hinblick auf die Herzkreislaufbelastung und auf thermische Schädigungen der Haut. Daher sind Wärmeapplikationssysteme zu fordern, die den Wärmefluss indivi­ duell an die Wärmeaufnahmefähigkeit des Körpers anpassen. Als ­Regelgrösse kann dazu die kontinuierliche Messung der Hauteigentem­ peratur genutzt werden, um eine effiziente und sichere Wärme­­ anwendung zu ermöglichen. Thermal Therapies, Taking into Account the Human Thermoregulatory System – Part 1 Thermal therapies in health promotion and alleviation of various ­diseases are an essential part of our culture. However, advances in medicine have pushed thermal therapies as a therapeutic method to the periphery. The demographic change, the increase of chronic and metabolic diseases, and the rising costs in healthcare are leading once again to a growing interest among both patients and experts in ­medicine regarding thermal therapies. Beside conduction and convection, the radiative transfer of thermal energy is widely used both in the private and in the medical environment. The effects of heat ­application, however, are independent from their source. Heat application leads to ­reflexive reactions (e.g. muscle relaxation and pain ­relief) as well as effects based on the increasing blood flow and the temperature in the tissue. As heat can only be distributed in the body by convection via the blood, effects on the cardiovascular system can be e ­ asily explained. Regarding the human thermoregulatory system, three principles of heat application can be distinguished. Heat application to a human body can be applied in an environment above, within, or below the thermal neutral zone. In each of those cases, both the heat distribution and the resulting cardiovascular burden differ, especially since diseases or medication affect the thermoregulatory system at a central or local level. This may result in a higher risk of cardiovascular burden and thermal damage to the skin. As a result, heat delivery ­systems should allow an adjustment of the heat flux to the individual heat capacity of the skin and body. As a control variable regarding this aspect, a continuous measurement of skin temperature provides the necessary information to establish an effective and safe thermal ­therapy. Fax 07 07 14 14 Fax+49 +49761 761452 452 [email protected] [email protected] www.karger.com www.karger.com © 2013 S. Karger GmbH, Freiburg 1015-0684/13/0255-0286$38.00/0 Accessible online at: www.karger.com/szg Dr. med. Otto Pecher Dropcon CRO Höhenkirchner Strasse 6f, 85653 Aying, Deutschland [email protected] Mots clés Thermorégulation · Zone thermoneutre · Sauna · Cabine infrarouge · Rayonnement infrarouge · Température corporelle · Mesure de la température corporelle · Érythème ab igne · Brûlure Résumé Applications de chaleur avec régulation thermique – Partie 1 Les applications de chaleur utilisées dans la prévention des maladies et pour soulager diverses douleurs font partie intégrante de notre culture. Avec les progrès de la médecine, les applications de chaleur en tant que procédé thérapeutique ont été tout simplement oubliées. Avec l’évolution démographique, l’augmentation des maladies chroniques et surtout métaboliques, mais aussi en raison de la pression des coûts du système de santé, l’intérêt pour ce procédé croît auprès des personnes concernées et dans la médecine également. En plus de la conduction et de la convection, des procédés de rayonnement sont utilisés dans le milieu privé et médical. Les effets de l’application de chaleur peuvent s’expliquer indépendamment du support avec ­réactions réfléchissantes (détente des muscles et soulagement de la douleur) et des effets basés sur l’augmentation de la circulation ­sanguine et de la température dans les tissus. La chaleur dans le corps peut être diffusée dans le sang presque exclusivement par convection, d’où l’influence sur le système cardiovasculaire. En ­prenant en con­ sidération les mécanismes de régulation thermique, on ­distingue trois principes. L’application de chaleur au-dessus, à l’intérieur et en-dessous de la zone thermoneutre est différente en ­ce qui concerne la charge du système cardiovasculaire et la diffusion de la chaleur. Les applications de chaleur représentent toutefois des risques également, surtout lorsque la régulation thermique est perturbée sur le plan central ou local par des maladies ou des médicaments. Cela se produit surtout compte tenu de la charge du système cardiovasculaire et des dommages thermiques sur la peau. Par conséquent, il faut exiger des systèmes d’application de chaleur qui adaptent le flux de chaleur individuellement à la capacité d’absorption de chaleur du corps. La mesure continue de la température propre de la peau peut être utilisée en tant que grandeur réglée pour permettre une application de chaleur efficace et sûre. z­ urückzuführen ist. Chronische, vor allem gefäss- und stoffwechselbedingte Erkrankungen nehmen massiv zu. Die Kosten im Gesundheitswesen explodieren und den Menschen wird immer mehr Eigenverantwortung in der Gesundheitsvorsorge und Gesunderhaltung abverlangt. Unterstützt durch die Erkenntnis «Alle wollen alt werden, aber keiner will alt sein», hat sich ein breites Angebot an Spa-, Wellness- und Heimanwendungen entwickelt. Viele dieser Anwendungen, die letztlich nur auf eine ­Wärmewirkung zurückzuführen sind, werden mit einem Postulat nichtthermischer Wirkungen verbunden, das ­selten durch klinische Daten belegt werden kann. Der Blick auf das Wesentliche – Wärme als unspezifisches, aber effektives Wirkprinzip – tritt hierbei immer mehr in den Hintergrund. Dabei lassen sich die Effekte von Wärme­ anwendungen hinreichend durch zwei Prinzipien erklären: die Auswirkungen durch eine Temperaturerhöhung im Gewebe und durch die Anregung der Wärmeregulationsmechanismen. Das komplexe Wärmeregulationssystem, das die ­Homöothermie ermöglicht, ist gut untersucht. Dennoch finden sich kaum Überlegungen, dieses Wissen zu nutzen, um dem Körper möglichst belastungsfrei Wärme zuzuführen. Die «Wärmeapplikation» steht dem Bestreben des ­Organismus nach Homöothermie entgegen. Wärmeapplikationen setzen zunächst die Haut einer thermischen Belastung aus – vor allem, wenn die Wärmeregulation beeinträchtigt ist. Die Wärmeabwehrreaktionen werden stufenweise ausgelöst und führen in erster ­Linie zu Belastungen des Herzkreislaufsystems. Die folgende Übersicht soll unterschiedliche Wärme­ anwendungen unter Berücksichtigung der Thermo­ regulationsfähigkeit des menschlichen Körpers beleuchten. Daraus sind mögliche Grundprinzipien über Effekte von Wärmeapplikationen ableitbar. Die physiologischen Grundlagen der Wärmeregulation/Wärmeabwehrreak­ tion zum Schutz der Haut und zur Konstanz der Körperkerntemperatur sollten dabei berücksichtigt werden. Wärmeanwendungen lassen sich so gezielter, effizienter und vor allem sicherer gestalten. Einleitung Die Erkenntnis, dass Wärme zur Linderung unterschiedlichster Beschwerden eingesetzt werden kann, ist vermutlich so alt wie der Mensch selbst. Praktisch jede Hochkultur ersann zahllose Methoden, dem menschlichen Organismus lokal und/oder systemisch Wärme zuzu­ führen. Die Fortschritte der Medizin im letzten Jahrhundert verdrängten dieses Wissen weitgehend in die Randgebiete. Heute gewinnen sie jedoch wieder zunehmend an Bedeutung, was letztlich auf die demographische Entwicklung der Gesellschaft und die veränderten Lebensumstände 287 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 Grundlagen der Wärmeregulation Definition der Wärme Die Physik trennt die Begriffe «Wärme», thermische Energie und Temperatur. Umgangssprachlich verwischt diese Trennung, sodass der Begriff «Wärme» aus physi­ kalischer Sicht oft inkorrekt verwendet wird. In der Thermodynamik ist Wärme auch über Systemgrenzen hinweg transportierte thermische Energie. Wärme ist also wie Arbeit an Transportvorgänge gebunden und somit eine Prozessgrösse. Entsprechend des zweiten Pecher/Zeiger/Schobersberger Abb. 1. Isothermen und KKT (modifiziert nach [1, 4]). Hauptsatzes der Thermodynamik wird zwischen thermisch gekoppelten Systemen Wärme immer von Systemen mit höherer Temperatur auf Systeme mit niedrigerer Temperatur übertragen. Dies gilt, bis zwischen den Systemen ein thermisches Gleichgewicht besteht. Wird «thermische Energie» übertragen, so führt dies nicht zwangsläufig zu einer Temperaturerhöhung, sondern vielmehr zu einer Zustandsänderung. Die Wärme­ zufuhr kann zu einer Temperaturerhöhung, einem Phasenübergang (z.B. das Schmelzen von Eis) oder einer Druckänderung (bei einem Gas) führen. Auf molekularer Ebene kann man thermische Energie als ungerichtete Schwingung der Materie, d.h. als Vibra­ tion von Atomen bzw. Molekülen, verstehen (Brown’sche Molekularbewegung). Die Schwingungsenergie verhält sich dabei proportional zur Temperatur der Materie. Grundsätzlich stehen vier physikalische Prinzipien für den Transport thermischer Energien zur Verfügung: – Konduktion: der Wärmetransport in/zwischen festen Körpern durch die Brown’sche Molekularbewegung, – Konvektion: der Wärmetransport durch ein bewegtes Medium (Gase oder Flüssigkeiten), – Radiation: Wärmetransport durch elektromagnetische Strahlung, – Evaporation: der Wärmeverlust durch Verdunstung. Temperaturabhängigkeit des Stoffwechsels Die Stoffwechselprozesse lebender Organismen sind stets mit einer Wärmeproduktion verbunden und folgen thermodynamischen Gesetzmässigkeiten. Die Stoffwechselrate ist dabei selbst temperaturabhängig. Die Reak­ tions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel (RGT-Regel) von van’t Hoff beschreibt diesen Zusammenhang für biochemische Prozesse: Q10 = k(T+10)/k(T) Wärmeanwendungen und Wärmeregulation (1). Der Quotient Q10 gibt das Verhältnis zwischen den Reaktionsgeschwindigkeiten (k) bei 10 °C Temperaturdifferenz an. Für biologische Systeme sind Faktoren von 2–3 typisch. Wird im Gewebe die Temperatur um 10 °C angehoben, steigt der Energieverbrauch (P) um den Faktor 2–3: P1/P2 = Q10(T1–T2)/10(2). Auch die Diffusion im Gewebe nimmt bei einer Temperaturerhöhung um 10 °C um etwa 3% zu [1, 2]. Homöothermie Temperaturveränderungen beeinflussen direkt die ­ eschwindigkeit vor allem biochemischer Reaktionen. G Evolutionsbiologisch bietet die Homöothermie Vorteile, da hinsichtlich des Lebensraums eine grössere Unabhängigkeit von Umweltbedingungen möglich wird. Säugetiere und Vögel haben einen hohen Ruheenergieumsatz mit ­hoher Wärmebildungsrate. Ihre Körpertemperatur liegt in der Regel über der Temperatur der Umgebung. Um temperaturbedingte Änderungen der Leistungs­ fähigkeit zu vermeiden, wird die Körpertemperatur im ­Inneren weitestgehend konstant gehalten. Aus physiolo­ gischer Sicht ist die autonome Steuerung der Körper­ temperatur ein zentraler Aspekt der Homöostase. Die ­Körperkerntemperatur ist dementsprechend «scharf» eingestellt und stellt eine hierarchisch übergeordnete Regelgrösse dar [2, 3]. Konstanz der Körpertemperatur – Körperkern, Körperschale, äussere Körperschale Die Konstanz der Körpertemperatur betrifft nur den Körperkern (Körperkerntemperatur, KKT) mit den in­ neren Organen und dem Zentralnervensystem. Die Tem- Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 2885 peratur der Peripherie oder «Körperschale» (Muskulatur, Binde- und Fettgewebe, Knochen und Gelenke) ist grös­seren Schwankungen unterworfen. Sie ist von der ­Um­gebungstemperatur und der Wärmebildung abhängig. Die Bereiche gleicher Temperatur bezeichnet man als I­so­thermen. Für die Verschiebung der Isothermen in der ­Körperschale ist die wechselnde Durchblutung der ­ ein­ zelnen Körperpartien verantwortlich. Sie ist eine wich­tige temperaturregulatorische Massnahme in beide Richtungen – sowohl gegen Unterkühlung als auch gegen Über­hitzung. Die Körperschale erfüllt damit gewisser­massen die Funktion eines Wärmepufferspeichers (Abb. 1, 2). Die normale KKT wird mit ca. 37 °C angegeben. Sie ist individuellen und physiologischen Schwankungen unterworfen. Die Messung der tatsächlichen KKT ist nicht trivial. Sublinguale und axillare Messungen sind fehlerhaft und geben zu niedrige Werte an. Die Messung der Trommelfelltemperatur erweist sich in der Praxis als unzuverlässig (korrekte Einstellung des Trommelfells, Cerumen usw.). Eine gute Korrelation weist die rektale Messung auf. Sie ist in der ärztlichen Praxis gut umsetzbar, hat eine relativ g­ eringe Fehlerquote und ist nach wie vor Standard. Zum kontinuierlichen Monitoring in der Intensivmedizin haben sich die Ösophagussonde sowie die Messung der Tab. 1. Überblick über die Körperkerntemperaturen und deren physiologische Konsequenzen (modifiziert nach [1, 8]) KKT, °C Physiologische Konsequenzen <20 Asystolie, «Kältetod» 20–27 «Scheintod», lichtstarre Pupillen, extreme Bradykardie 27–30 tiefe Hypothermie, Versagen der Thermoregulation, Kammerflimmern 30–33 Stoffwechselsenkung, Atemdepression, Bewusstseinstrübung 33–36 milde Hypothermie, Kältezittern, Stoffwechselsteigerung 36–38 Normothermie 38–40 Fieber, Hyperthermie 40–44 Versagen der Thermoregulation, Hitzschlag, Krämpfe >44 Denaturierung von Eiweissen, «Hitzetod» Kern­temperatur mittels Rechtsherzkatheter (Swan-Ganz-­ Katheter) durchgesetzt. Eine aktuelle Entwicklung zur nichtinvasiven Messung der KKT ist der sogenannte ­Doppelsensor. Dieser wird an der Stirn platziert und ­korreliert sehr gut mit der rektalen Temperaturmessung [5–7]. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die KKTs und deren physiologische Konsequenzen. Die Angaben hierzu dif­ferieren in der Literatur. Offensichtlich sind KKTs bis knapp unter 14 °C mit dem Leben vereinbar. Allerdings ist es die Summe verschiedenster Umstände, die letztendlich die Überlebensprognose bestimmen, wie­ unter anderem Unterkühlungsform (Lawine, Beinahe-­ Ertrinken), Geschwindigkeit des Auskühlens, Möglich­ keiten der Re­ animationsmassnahmen und Nähe des nächstgelegenen m ­ edizinischen Versorgungszentrums [1, 9]. Thermoregulation Abb. 2. Körpertemperaturen zu den verschiedenen Tageszeiten (modifiziert nach [1, 4]). 289 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 Eine relative Konstanz der KKT erfordert, dass akti­ vitätsbedingte Schwankungen der Thermogenese (eigene Wärmeproduktion) und wechselnde thermische Umgebungsbedingungen ausgeglichen werden müssen. Die stetige Balance zwischen der Thermogenese sowie der Wärmeabgabe an die und der Wärmeaufnahme aus der Umwelt erfordert eine effiziente Thermoregulation. Diese wird durch das Zusammenspiel komplexer und ­untereinander vernetzter Regelkreise, jeweils bestehend aus Regulationszentrum, Rezeptor und Effektor, realisiert. Die Regelzentren sind auf mehreren Ebenen des Zentralnervensystems angelegt (Hypothalamus, Mesencephalon, Rückenmark). Die Fühler der Thermoregulation sind unterteilt in innere und äussere Sensoren. Als äussere ­Sensoren fungieren die Thermorezeptoren der Haut. Die Kältesensoren weisen eine maximale Empfindlichkeit bei Pecher/Zeiger/Schobersberger Abb. 3. Wärmeregulation (modifiziert nach [4]). ca. 30 °C auf, die Wärmesensoren bei ca. 43 °C. Im Körperinneren finden sich thermosensible Strukturen im ­Hypothalamus, im Rückenmark sowie in der Bauchhöhle und im Thorax [2, 4, 10]. Vegetative Effektoren: – Hautgefässe mit sympathischer, vasokonstriktorischer Innervation. – Intestinale Gefässe mit sympathischer, vasokonstriktorischer Innervation. – Schweissdrüsen mit cholinerger, sympathischer Innervation. – Sympathische Innervation der Leber, der Muskulatur, des Fettgewebes und des Nebennierenmarks (Steigerung des Stoffwechsels). –Schilddrüse. Somatomotorische Effektoren: – Skelettmuskulatur einschliesslich der Atemmuskulatur und thermoregulatorischer Verhaltensweisen wie Körperhaltung, Kältezittern, Wärmehyperpnoe und Hechelatmung. Ein wesentliches Merkmal der Thermoregulation ist, dass die verfügbaren Mechanismen je nach Umgebungsbedingung einzeln oder in unterschiedlicher Kombination eingesetzt werden können (Abb. 3). Nur wenn Wärmebildung, Wärmeabgabe (Summe aus Konduktion, Konvektion, Abstrahlung, Evaporation) und Wärmeaufnahme (Summe aus Konduktion, Konvektion, Strahlung) ausgeglichen sind, kann die KKT konstant gehalten werden. Eine Nettowärmeaufnahme führt zwangsläufig zu einem Temperaturanstieg und ist nur äusserst begrenzt tolerierbar. Wärmebildung und innerer Wärmetransport Thermogenese (Wärmebildung) Die Wärmebildung im menschlichen Organismus ist eine Funktion des Energieumsatzes mit einem Wir­ kungsgrad ≤25%. Sie wird unter anderem durch die ­Nahrungsaufnahme, die Muskelaktivität, die Herz- und Atemfunktion sowie die Sekretion verschiedener Hor­ mone (Adrenalin, Thyroxin usw.) beeinflusst. In Ruhe ­beträgt die Wärmeproduktion bei einem 70 kg schweren Erwachsenen etwa 80 Watt; d.h., auch in Ruhe wird ständig Wärme an die Umwelt abgegeben [1, 11]. Körperliche Aktivität erhöht die Körperschalentem­ peratur (KST) und die KKT. In Ruhe werden ca. 16% der Wärme vom Gehirn, 56% von den Brust- und Bauch­ organen sowie 18% von Haut und Muskeln generiert. Bei körperlicher Arbeit verschieben sich die Verhältnisse ­dramatisch, sodass 90% der Wärme von der Muskulatur produziert werden. Während eines Marathonlaufs kann durchaus eine physiologische KKT von 39 °C erreicht ­werden [12]. Wie bei der normalen Muskelarbeit entsteht auch durch Kältezittern Wärme. Beim Zittern wird sie zur Thermo­ genese verwendet. Beim Mensch beträgt die Ausbeute aber nur ca. 11%. Eine «zitterfreie Thermogenese» oder auch «chemische Thermogenese» ermöglicht das «braune Fettgewebe». Es findet sich nur bei Säuglingen und ist auf ­bestimmte Körperregionen beschränkt [3, 13]. Innerer Wärmetransport Unter Ruhebedingungen ist die Temperatur im Kör­ perkern höher als in der Peripherie. Es ist ein stetiger ­«innerer Wärmetransport» von innen nach aussen erfor- Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 2907 Tab. 2. Wärmeleitzahlen [14] Feststoff Wärmeleitzahl Y, W/(m × K) Fettgewebe, stark durchblutet Fettgewebe, wenig durchblutet Epidermis Luft Wasser Vakuum Aluminium Stahl Stahlbeton Hartholz Mineralwolle/Styropor 0,4 0,2 0,3 0,03 0,6 0,4 200 60 2,3 0,2 0,04 derlich, um die Konstanz der KKT zu gewährleisten. Für den «inneren Wärmetransport» kommen die Konduktion und die Konvektion infrage. Konduktion Der Wärmezufluss wird durch die Temperaturdifferenz und die Wärmeleitzahl bestimmt [4, 14]. So wird 60 °C heisses Styropor (Wärmeleitzahl 0,04) bei Kontakt mit der Haut keine Verbrennung verursachen, 60 °C heisses Aluminium (Wärmeleitzahl 200) dagegen schon – immer ­vorausgesetzt, dass die normale Wärmeabwehrreaktion der Haut erhalten ist. Für die Effektivität der Konduktion ist die Wärme­ leitfähigkeit eines Stoffs entscheidend. Diese wird durch die Wärmeleitzahl Y beschrieben (Tab. 2). Das Körpergewebe weist keine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die Konduktion kommt daher in erster Linie bei der Wärmeabgabe aus den Hautblutgefässen zur äusseren Haut zum Tragen. Für den Wärmefluss ist neben der effektiven Diffusionsfläche die Temperaturdifferenz zwischen Blutgefäss und Hautoberfläche sowie der Abstand des Gefässes von der Hautoberfläche massgebend [1, 13, 14]. Konvektion Der «innere Wärmetransport» erfolgt somit fast ausschliesslich durch Konvektion mithilfe des fliessenden Blutes. Die Grösse des Wärmestroms hängt von der ­ D­urchblutung der Körperschale bzw. Haut ab. Diesen ­Zusammenhang veranschaulicht die Wärmedurchgangszahl (U-Wert), die in W/m2K angegeben wird. Der U-Wert von Baustoffen liegt zum Vergleich im ­Bereich von 0,3 (Mauerziegelaussenwand mit Wärme­ dämmung, 30 cm), 0,5 (Massivholzaussenwand, 20,5 cm), 1,5 (Mauerziegelaussenwand 24 cm) und 3,3 (Betonaussenwand 25 cm). Für die Strecke vom Körperkern zur Hautoberfläche wird ein U-Wert-Bereich von ca. 7–50 angegeben. Allein die Vasokonstriktion der peripheren Gefässe kann den U-Wert dabei um 50% variieren [2]. 291 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 Zur Minderung von Wärmeverlusten in der Peripherie dient das Gegenstromprinzip. Abgekühltes venöses Blut aus der Peripherie entzieht dem arteriellen Blut Wärme, sodass das arterielle Blut bereits abgekühlt ist, bevor es die Kapillaren der Haut erreicht. Das Blut in der Arteria radialis kann so bis zu 8 °C kälter sein als das in der Arteria brachialis. Ferner kann Blut, bevor es die Kapillaren der Haut erreicht, über arteriovenöse Anastomosen zu einem grossen Teil wieder direkt zurückgeführt werden. Das Zirkulationssystem der Körperschale, AV-Shunts und Gegenstromprinzip, mindert die Wärmeverluste in der Peripherie. Es kann aber auch dazu genutzt werden, den Anstieg der Körperkerntemperatur in heissen Um­ gebungen hinauszuzögern, was im Umfeld von Wärme­ anwendungen zu berücksichtigen ist. Insgesamt gesehen ist also der konvektive Wärmetransport über das Blut der quantitativ entscheidende Mechanismus. Die Umverteilung des Blutes als aktive und ziel­ gerichtete Leistung spielt daher die zentrale Rolle bei den möglichen Wärmeregulationsreaktionen [1, 2]. Wärmeabgabe an die Umwelt – äusserer Wärmetransport Äussere Körperschale – Haut und Schleimhaut Die Wärmeabgabe an die Umwelt erfolgt über die ä­ ussere Körperschale (Haut) und die Atemwege. Neben Konduktion und Konvektion kommen auch die Wärmeabstrahlung (Radiation im Infrarot-C-Bereich) und die Verdunstung (Evaporation) zum Tragen. Konduktion, Konvektion und Radiation fasst man auch unter dem Begriff der «trockenen Wärmeabgabe» zusammen. Die Wärmeabgabe über die Atemwege hat einen Anteil von ca. 10%. Dem Körper wird Wärme entzogen, da die Inspirationsluft angewärmt und mit Feuchtigkeit gesättigt werden muss. 90% der Wärmeabgabe erfolgt über die Haut (Körperschale) (Tab. 3). Tab. 3. Prozentuale Verteilung der Wärmeabgabe bei Indifferenztemperatur, 50% relativer Luftfeuchtigkeit und Windstille [4] Haut Abstrahlung (IR-C) 45% Konduktion und Konvektion 25% Wasserverdunstung 20% Gesamt: 90% Atemwege Konduktion und Konvektion 2% Wasserverdunstung 8% Gesamt: 10% Pecher/Zeiger/Schobersberger Abb. 4. Thermogenese (modifiziert nach [15]). Körperoberfläche, Kinder und ältere Menschen Mit zunehmender Körpergrösse bei gleichen relativen Körpermassen steigt die Oberfläche im Quadrat und die Körpermasse im Kubik. Bei kleinen Personen, vor allem aber bei Säuglingen und Kleinkindern, ist daher das Verhältnis von Wärme verlierender oder Wärme aufneh­ mender Hautoberfläche zu Wärme generierender Körpermasse gross. Diese Personengruppe ist dement­sprechend eher gefährdet, auszukühlen oder zu überhitzen [2]. Bei älteren Menschen ist zudem zu berücksichtigen, dass häufig eine Einschränkung der Herzkreislauffunk­ tion besteht, Gefässveränderungen vorliegen und nicht ­selten die Flüssigkeitszufuhr zu niedrig ist. Dies sind ­Faktoren, die die Wärmeregulationsfähigkeit beeinträchtigen und schnell zu hohen Belastungen führen (Abb. 4). Transepidermaler Wasserverlust – gesamter täglicher Wasserverlust Der Körper gibt über die Haut und Schleimhäute ­stän­dig Wasser an die Umgebung ab. Dieser Wasserverlust ­erfolgt passiv durch Diffusion, ohne aktive, ekkrine Beteiligung (Perspiratio insensibilis), und beträgt ca. 0,375 l [2]. Der tägliche Wasserverlust eines Menschen addiert sich so zu ca. 2,5 l unter Ruhebedingungen, bei 20 °C Lufttemperatur und bei einer Luftfeuchtigkeit von 40–60% (Urin 1,5 l, Kot 0,15 l, Atemluft 0,375 l, Haut 0,375 l, Schweiss 0,1 l). Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Wärmeabgabemöglichkeiten Konduktion Unter Konduktion versteht man den Wärmetransport in festen Körpern über die Brown’sche Molekularbe­ wegung (Wärmediffusion, Wärmeleitung). Die Wärme­ abgabe durch Konduktion kann durch direkten Kontakt mit einer kälteren Oberfläche erfolgen. Der Wärmefluss wird dann durch die Temperaturdifferenz, die Wärme­ leitfähigkeit des Stoffes und die Grösse der Kontaktfläche bestimmt. Unter normalen Bedingungen entsteht jedoch am Übergang von der Hautoberfläche zur Umgebungsluft eine ­stehende Luftschicht. Sie bildet eine Grenzschicht mit ­guten Isolationseigenschaften; entsprechend geringer ist die Wärmeleitung. Der Wärmefluss hängt von der Temperaturdifferenz zwischen Haut und umgebender Luft ­sowie der Dicke der Grenzschicht über der Haut ab. Konvektion Die Konvektion beschreibt den Wärmetransport durch bewegte Medien (Gase oder Flüssigkeiten). Über der Haut bildet sich eine stehende Luftschicht. Sie dient als Isolation und verringert den Wärmeverlust. Ausserhalb dieser Luftschicht wird der Wärmetransport durch Konvektion mithilfe von zirkulierender Luft er­ möglicht. Diese gewährleistet einen deutlich höheren Wärmefluss. Die Grenzschichtdicke nimmt bei Luftbewegungen (Wind, Ventilator) massiv ab (und damit die Wärme­ Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 2929 abgabe zu). Die Wärmeabgabe ist proportional der Wurzel der Strömungsgeschwindigkeit. Bei starkem Wind steigert die erhöhte Konvektion die Wärmeabgabe und er­ niedrigt die Hauttemperatur. Die strömende Luft wird bei gleicher Temperatur als kälter empfunden. Dieser als Windchill-Faktor bezeichnete Effekt lässt sich nach ­einer vereinfachten Formel (T = Umgebungstemperatur; V = Windgeschwindigkeit in km/h; SQRT = Quadratwurzel) bestimmen: TWC = 33 + (0,487 + 0,237 SQRT (V) – 0,0124 V) × (T-33) (3). Bei einer Lufttemperatur von –8 °C und einer Wind­ geschwindigkeit von 4 Beaufort (im Mittel 24 km/h) errechnet sich beispielsweise eine gefühlte Temperatur von –22 °C [2]. Im Wasser gilt Entsprechendes. Es bildet sich eine Grenzschicht zwischen Hautoberfläche und Wasser. Die Dicke ist aber im Vergleich zur Luft auf 1/10 reduziert. Wasser hat zudem eine 20-fach höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft. Ein Schwimmer ist daher einer 200-fach höheren Wärmeabgabe ausgesetzt. Radiation – Infrarotstrahlung Nach dem Planck’schen Strahlungsgesetz gibt jede Oberfläche ein Spektrum elektromagnetischer Strahlung ab, das durch die Oberflächentemperatur definiert ist. Die Bilanz von Wärmeabgabe und -aufnahme durch Infrarotstrahlung ist eine Funktion der Hauttemperatur sowie der Temperatur Infrarot-abstrahlender Körper (Wände, Gegenstände und Körper im Raum, Sonne). Zu berücksichtigen ist, dass kurzwellige Infrarotstrahlung zu 50% durch die Hautpigmente reflektiert wird (der Anteil trägt nicht zur Erwärmung der Haut bei), während langwellige Infrarotstrahlung von der Haut nahezu vollständig absorbiert wird [16]. Die Bilanz des Wärmeaustauschs über Infrarotstrahlung wird bei kleinen Temperaturgradienten näherungsweise mithilfe des Stefan-Bolzmann-Gesetzes errechnet: Hrad = k * Aeff * (THaut – TWand) (4). Evaporation – Verdunstung Die Evaporation beschreibt den Wasserverlust des Körpers über die Haut und die Schleimhäute durch ­ Schweissbildung bzw. Wasserdampf. Im Gegensatz zur Perspiratio insensibilis ist die Schweisssekretion (Perspiratio sensibilis) ein aktiver, vegetativ-nerval gesteuerter ­Prozess. Die Schweissdrüsen werden durch thermische, körperliche oder emotionale Reize aktiviert (glanduläre 293 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 Abb. 5. Wärmetransport in der Haut (modifiziert nach [4]). Evaporation). Die Verdunstung von Wasser benötigt 2400 kJ/l. Das Verdunsten von 0,5 l Wasser entzieht dem Körper ein Sechstel der Ruhewärmeproduktion eines ­Tages. Die Schweissbildung ist daher ein sehr starker ­Effektor der Thermoregulation [2, 4]. Diese Form des gerichteten Transports thermischer ­Energie nutzt der Körper zur Abgabe überschüssiger Wärme an die Umwelt. Die abgegebene Wärmemenge hängt vom Verhältnis des Wasserdampfdrucks (P) über der ­Hautoberfläche und der Luft ab. Der Dampfdruck hängt wiederum von der Temperatur und der Feuchtigkeit der Hautoberfläche bzw. der Luft ab: HEvaporation = alpha * Aeff * (P H2O Haut – P H2O Umgebung) (5). Wärme kann durch Verdunstung nur dann abgegeben werden, wenn der Wasserdampfdruck der Haut grösser ist als derjenige der Luft. Selbst bei vollständig wasserdampfgesättigter Luft ist das noch möglich, wenn die Hauttemperatur höher ist als die Temperatur der umgebenden Luft. Ist die Umgebungstemperatur höher als die Körper­ schalentemperatur, bleibt dem Organismus nur die Wärmeabgabe über Verdunstung. Mit steigender Luftfeuch­ tigkeit vermindert sich der Wärmefluss. Ist die Luft ­wasserdampfgesättigt, versagt auch die Möglichkeit der evaporativen Wärmeabgabe (z.B. in den Tropen) (Abb. 5). Thermoregulation bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen Je nach Umgebungsbedingung werden vegetative und somatomotorische Effektoren einzeln oder in Kombina­ tion eingesetzt, um die KKT konstant zu halten. Die je­ weilige Einstellung der Mechanismen zur Wärme- und Kälteabwehr erfolgt zentral auf Basis der Informationen der peripheren und zentralen Thermosensoren. Pecher/Zeiger/Schobersberger Thermoneutralzone und Indifferenztemperatur Kann allein durch Vasodilatation oder Vasokonstrik­ tion der Hautblutgefässe eine Balance zwischen Wärmeproduktion und Wärmeabgabe bzw. Wärmeaufnahme ­erreicht werden, spricht man von der Thermoneutralzone (TNZ). In diesem Temperaturbereich fühlt sich ein Mensch behaglich. Es werden keine bewussten Temperaturempfindungen ausgelöst. Abb. 6. Temperatur, Grundumsatz und Energieverbrauch (modifiziert nach [1, 13]). Für einen ruhenden, unbekleideten Menschen wird die TNZ mit einer Lufttemperatur von 27–31 °C angegeben – bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% und Wind­ stille. Jene Temperatur innerhalb der TNZ, bei der ein Minimum an Energie für die Wärmeregulation aufgewendet werden muss, bezeichnet man als Indifferenztemperatur. Bei diesen Bedingungen können Messungen des Grundumsatzes erfolgen (Abb. 6, 7). Der genaue Wert der Indifferenztemperatur bzw. der Bereich der TNZ hängt von der Stoffwechsellage, dem ­Körperbau, der Körperoberfläche und dem Unterhaut­ fettgewebe ab. Diese Werte differieren sowohl inter- als auch intraindividuell. In der Literatur wird die TNZ auch mit 27–35 °C angegeben. Der Bereich der TNZ wird ferner durch Luftbewegungen, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Umgebungsstrahlung beeinflusst. Mit normaler Bekleidung sinkt der Bereich der TNZ auf 18–22 °C. Im Wasser liegt die Indifferenztemperatur für einen ruhenden, unbekleideten Menschen bei 35–36 °C. Thermoregulation oberhalb oder unterhalb der Thermoneutralzone Liegen die Umgebungsbedingungen oberhalb bzw. ­unterhalb der TNZ, werden abgestuft die verschiedenen Thermoregulationsmechanismen aktiviert: – Bei Hitze wird die Hautdurchblutung massiv erhöht. Die erhitze Haut wird gekühlt und gleichzeitig wird der Blutrückstrom zum Körperinnern reduziert, um einen Anstieg der Kerntemperatur zu vermeiden. – Bei Kälte wird die Durchblutung zur Haut hin ge­ drosselt. Der Wärmeverlust an der Haut (z.B. InfrarotC-Abstrahlung) wird begrenzt und der Rückstrom abge­kühlten Blutes vermindert. Sowohl bei kühlen als auch bei warmen Umgebungs­­ bedingungen (unterhalb oder oberhalb der TNZ) ist der Blutrückstrom aus der äusseren Körperschale (Haut, Schleimhaut) zum Körperkern zunehmend ein­geschränkt. Im Hinblick auf Wärmeanwendungen lässt sich für ­beide Situationen folgern, dass der Körperkern durch die Wärmeapplikation zunächst nicht erreicht wird. Disclosure Statement Die Firma Physiotherm ist seit 2006 Mandant von OP. Das Mandat erstreckt sich auf die medizinisch-wissenschaftliche ­Beratung. TZ ist Physiker und seit 2007 Leiter der Abteilung für ­Forschung und Entwicklung der Firma Physiotherm. Das Institut von WS war und ist Kooperationspartner im ­Rahmen klinischer Studien und Forschungsprojekte. Abb. 7. Kerntemperatur, Wärmeaufnahme/-abgabe und Umgebungstemperatur (modifiziert nach [1, 13]). Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 294 11 Literatur 1 Gekle M, Singer D: Thermoregulation und Wärmehaushalt; in Klinke R, Pape HC, Kurtz A, Silbernagel S (Hrsg): Physiologie. Stuttgart, Thieme, 2009, pp 500–515. 2Koralewski HE, Gunga HC, Kirsch KA: Wärmehaushalt und Temperaturregulation. Berlin, Charité, 2010. 3 Ulmer HV: Arbeits- und Umweltphysiologie; in Schmidt RF, Thews G (Hrsg): Phy­ siologie des Menschen. Berlin, Springer, 1987, pp 683–716. 4Vaupel P: Wärmehaushalt; in Thews G, Vaupel P (Hrsg): Vegetative Physiologie. ­ Heidelberg, Springer, 2006, pp 322–343. 5Gunga HC, Sandsund M, Reinertsen RE, Sattler F, Koch J: A non-invasive device to continuously determine heat strain in ­humans. J Therm Biol 2008:297–307. 6 Gunga HC, Werner A, Stahn A, Steinach M, Schlabs T, Koralewski E, Kunz D, Belavy DL, Felsenberg D, Sattler F, Koch J: The double 295 sensor – a non-invasive device to continuously monitor core temperature in humans on earth and in space. Respir Physiol Neu­ robiol 2009;169(suppl 1):S63–68. 7 Opatz O, Stahn A, Werner A, Gunga HC: Determining core body ­ ­ temperature via ­ heat flux – a new promising approach. Resuscitation 2010;81:1588–1589; author reply 1589. 8 Durrer B, Brugger H, Syme D; International Commission for Mountain Emergency ­Medicine: The medical on-site treatment of hypo­t hermia: ICAR-MEDCOM recommendation. High Alt Med Biol 2003;4:99–103. 9 Harries M: Near drowning. BMJ 2003;327: 1336–1338. 10Lang F, Lang P: Energie- und Wärme­ haushalt; in Lang F, Lang P (Hrsg): Basis­ wissen Physiologie. Heidelberg, Springer, 2007, pp 181–190. Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:286–295 11 Ulmer HV: Energiehaushalt; in Schmidt RF, Thews G (Hrsg): Physiologie des Menschen. Berlin, Springer, 1987, pp 650–659. 12 Grissmer S: Arbeits-, Sport- und Leistungs­ physiologie; Physiologie. Stuttgart, Thieme, 2010, pp 534–554. 13Grissmer S: Energie- und Wärmehaushalt; Physiologie. Stuttgart, Thieme, 2010, pp 512–531. 14 Koralewski HE: Energiehaushalt und Temperaturregulation. Berlin, Charité, 2006. 15 Brück K: Wärmehaushalt und Temperaturregulation; in Schmidt RF, Thews G (Hrsg): Physiologie des Menschen. Berlin, Springer, 1987, pp 660–682. 16 Richter WS, Schmidt W: Bemerkungen zur Wirkungsweise von Infrarotkabinen. Dtsch Z Onkologie 2002;34:146–156. Pecher/Zeiger/Schobersberger Schweizerische Zeitschrift für Ganzheitsmedizin Swiss Journal of Integrative Medicine Übersichtsarbeit Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 DOI: 10.1159/000356815 Online publiziert: November 15, 2013 Wärmeanwendungen unter Berücksichtigung der Wärmeregulation – Teil 2 Otto Pechera,b Thomas Zeigerc Wolfgang Schobersbergerd,e aGemeinschaftspraxis für Allgemeinmedizin und Naturheilverfahren, CRO, Aying, Deutschland c Abteilung für Forschung und Entwicklung, Physiotherm, Thaur, dInstitut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), Tiroler Landeskrankenanstalten GmbH (TILAK), Innsbruck, eInstitut für Sport-, Alpinmedizin und Gesundheitstourismus (ISAG), UMIT – Private Universität für Gesundheitswissenschaften, Medizinische Informatik und Technik GmbH, Hall in Tirol, Österreich bDropcon Schlüsselwörter Keywords Thermoregulation · Thermoneutralzone · Sauna · Infrarotkabine · ­Infrarotstrahlung · Hauttemperatur · Hauttemperaturmessung · ­Erythema ab igne · Verbrennung Thermoregulation · Thermoneutral zone · Sauna · Infrared cabin · ­Infrared rays · Skin temperature · Skin temperature measurement · Erythema ab igne · Burn injury Zusammenfassung Summary Wärmeanwendungen sind in der Krankheitsprävention und zur Linderung vielfältiger Beschwerden ein fester Bestandteil unserer Kultur. Durch die Fortschritte der Medizin wurden Wärmeanwendungen als therapeutisches Verfahren in Randgebiete verdrängt. Mit dem demographischen Wandel, der Zunahme chronischer und vor allem stoffwechselbedingter Erkrankungen sowie durch den Kostendruck im Gesundheitswesen wächst jedoch das Interesse an diesen Verfahren bei Betroffenen sowie auch in der Medizin. Neben der Konduktion und Konvektion werden im privaten und medizinischen Umfeld radiative Verfahren genutzt. Die Wirkung der Wärmeapplikation ist unabhängig vom Medium mit reflektorischen Reaktionen (Muskelentspannung und Schmerzlinderung) sowie Effekten auf Basis der Durchblutungserhöhung und der Temperaturerhöhung im Gewebe erklärbar. Da Wärme im Körper praktisch ausschliesslich mittels Konvektion über das Blut verteilt werden kann, erklärt sich der Einfluss auf das Herzkreislaufsystem. Unter Berücksichtigung der Wärmeregulationsmechanismen lassen sich drei Prinzipien unterscheiden. Die Wärmeapplikation oberhalb, innerhalb und unterhalb der Thermoneutralzone differieren jeweils hinsichtlich der Herzkreislaufbelastung und der Wärmeverteilung. Mit Wärmeanwendungen sind allerdings auch ­Gefahren verbunden – vor allem, wenn die Wärmeregulation durch Erkrankungen oder Medikationen auf zentraler oder lokaler Ebene ­gestört ist. Dies geschieht vor allem in Hinblick auf die Herzkreis­ laufbelastung und auf thermische Schädigungen der Haut. Daher sind Wärmeapplikationssysteme zu fordern, die den Wärmefluss ­individuell an die Wärmeaufnahmefähigkeit des Körpers anpassen (SensoCare®). Als Regelgrösse kann dazu die kontinuierliche Messung der Hauteigentemperatur genutzt werden, um eine effiziente und ­sichere Wärmeanwendung zu ermöglichen. Thermal Therapies, Taking into Account the Human Thermoregulatory System – Part 2 Thermal therapies in health promotion and alleviation of various ­diseases are an essential part of our culture. However, advances in ­medicine have pushed thermal therapies as a therapeutic method to the periphery. The demographic change, the increase of chronic and metabolic diseases, and the rising costs in healthcare are leading once again to a growing interest among both patients and experts in ­medicine regarding thermal therapies. Beside conduction and convection, the radiative transfer of thermal energy is widely used both in the private and in the medical environment. The effects of heat application, however, are independent from their source. Heat application leads to reflexive reactions (e.g. muscle relaxation and pain relief) as well as effects based on the increasing blood flow and the temperature in the tissue. As heat can only be distributed in the body by ­convection via the blood, effects on the cardiovascular system can be easily explained. Regarding the human thermoregulatory system, three principles of heat application can be distinguished. Heat application to a human body can be applied in an environment above, within, or below the thermal neutral zone. In each of those cases, both the heat distribution and the resulting cardiovascular burden differ, especially since diseases or medication affect the thermoregulatory system at a central or local level. This may result in a higher risk of cardio­ vascular burden and thermal damage to the skin. As a result, heat ­delivery systems should allow an adjustment of the heat flux to the individual heat capacity of the skin and body (SensoCare®). As a ­control variable r­ egarding this aspect, a continuous measurement of skin temperature provides the necessary information to establish an effective and safe thermal therapy. Fax 07 07 14 14 Fax+49 +49761 761452 452 [email protected] [email protected] www.karger.com www.karger.com © 2013 S. Karger GmbH, Freiburg 1015-0684/13/0256-0349$38.00/0 Accessible online at: www.karger.com/szg Dr. med. Otto Pecher Dropcon CRO Höhenkirchner Strasse 6f, 85653 Aying, Deutschland [email protected] Mots clés Thermorégulation · Zone thermoneutre · Sauna · Cabine infrarouge · Rayonnement infrarouge · Température corporelle · Mesure de la température corporelle · Érythème ab igne · Brûlure Résumé Applications de chaleur avec régulation thermique – Partie 2 Les applications de chaleur utilisées dans la prévention des maladies et pour soulager diverses douleurs font partie intégrante de notre culture. Avec les progrès de la médecine, les applications de chaleur en tant que procédé thérapeutique ont été tout simplement oubliées. Avec l’évolution démographique, l’augmentation des maladies chroniques et surtout métaboliques, mais aussi en raison de la pression des coûts du système de santé, l’intérêt pour ce procédé croît auprès des personnes concernées et dans la médecine également. En plus de la conduction et de la convection, des procédés de rayonnement sont utilisés dans le milieu privé et médical. Les effets de l’application de chaleur peuvent s’expliquer indépendamment du support avec réactions réfléchissantes (détente des muscles et soulagement de la douleur) et des effets basés sur l’augmentation de la circulation sanguine et de la température dans les tissus. La chaleur dans le corps peut être diffusée dans le sang presque exclusivement par convection, d’où l’influence sur le système cardiovasculaire. En prenant en considération les mécanismes de régulation thermique, on distingue trois principes. L’application de chaleur au-dessus, à l’intérieur et en-dessous de la zone thermoneutre est différente en ce qui concerne la charge du système cardiovasculaire et la diffusion de la chaleur. Les applications de chaleur représentent toutefois des risques également, surtout lorsque la régulation thermique est perturbée sur le plan central ou local par des maladies ou des médicaments. Cela se produit surtout compte tenu de la charge du système cardiovasculaire et des dommages thermiques sur la peau. Par conséquent, il faut exiger des systèmes d’application de chaleur qui adaptent le flux de chaleur individuellement à la capacité d’absorption de chaleur du corps (SensoCare®). La mesure continue de la température propre de la peau peut être utilisée en tant que grandeur réglée pour permettre une application de chaleur efficace et sûre. Wärmeanwendungen Wärme kann mit dem Ziel einer lokalen bzw. loko­ regionalen Temperaturerhöhung im Gewebe oder einer Überwärmung des gesamten Körpers (Verschiebung der Isothermen in der Körperschale bzw. im Körperkern) appliziert werden. Bei Ganzkörperanwendungen muss ­ zwischen subfebrilen und febrilen Temperaturen (über 38 °C) unterschieden werden. Künstliches Fieber (Hyperthermie) sollte spezialisierten Einrichtungen vorbehalten bleiben [1–3]. Aus den biochemischen und physiologischen Effekten von Temperaturerhöhungen sowie den komplexen Wärme­ 350 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 regulationsmechanismen und Wärmeabwehrreaktionen lassen sich für die therapeutische Nutzung von Wärme Thesen hinsichtlich der Wirkung, der Einsatzgebiete, der Applikationsform sowie der Effizienz und Sicherheit ab­ leiten. Zu berücksichtigen sind thermische Schädigungen von Haut und Gewebe sowie Herzkreislaufbelastungen. Wärmewirkungen Für die Wärmewirkungen lassen sich vereinfacht und allgemein folgende, teils überschneidende Bereiche zusammenfassen: – Ein Wärmereiz führt reflektorisch zur Tonusmin­ derung der Muskulatur, Erhöhung der lokalen Durchblutung, Schmerzlinderung und psychischen Entspannung. – Über kutiviszerale Reflexe, ausgelöst durch den Wechsel von Wärme- und Kälteanwendungen, können Organe und Muskulatur beeinflusst werden. – Die vielfältigen Effekte einer «Gewebeerwärmung» ­lassen sich kursorisch zusammenfassen: Verbesserung der Durchblutung und Mikrozirkulation, Permeabilitätserhöhung der Zellmembranen, Anregung des Stoffwechsels (van’t Hoff), Verlängerung der Diffusionsstrecken und Verbesserung der Gewebeversorgung, Stabilisierung der Immunfunktion systemisch und ­ ­lokal (Schleimhäute) [1, 4, 5]. Hinsichtlich der unspezifischen lokalen Abwehr sind auch die Effekte auf die lokalen Defensin-Konzentrationen von Interesse [6, 7]. – Der Wärmetransport und die Wärmeverteilung erfordern eine sich aktiv anpassende Durchblutung. Dieser Effekt trainiert das Gefässsystem, wodurch eine Sta­ bilisierung der Blutdruckregulation sowie Stabilisierung und Verbesserung der Wärmeregulation möglich ist [8, 9]. – Aus naturheilkundlicher Sicht [10, 11] werden Ganz­ körperwärmeanwendungen zu den diaphoretischen, ausleitenden Verfahren gerechnet [12]. Die deutliche ­Erhöhung der Gewebeperfusion verbunden mit der Stoffwechselanregung erreicht im Gewebe (Interzellularraum) eine Mobilisierung von Stoffwechselprodukten und eine Alkalisierung auf Blut-pH-Niveau. Über den Schweiss, der in seiner Zusammensetzung dem Harn ähnelt, kann auch die Ausscheidung verschiedener Schadstoffe unterstützt werden [13]. Die Erhöhung von Mikrozirkulation, Diffusionsstrecke und Umsatzrate wirkt sich auf den gesamten Stoffwechsel in der Zielregion aus. Unterhalb des Fieberbereichs (38 °C) können dabei relativ unspezifische Auswirkungen – auf den Stoffwechsel allgemein – angenommen werden, die in Richtung der physiologischen Homöostase arbeiten und so regulierend auf komplexe Stoffwechselsysteme wirken [1, 14, 15]. Pecher/Zeiger/Schobersberger Abb. 1. Hautschäden in Abhängigkeit von der Expositionszeit und Haut­ temperatur (modifiziert nach [28]). Die Höhe der Hauteigentemperatur ist eine Funktion aus dem Wärmezufluss pro Fläche und der Effizienz der lokalen Wärmeabwehrreaktion. Initial kann die zugeführte Wärme nur durch eine Erhöhung der Hautdurchblutung abgeführt werden. Über welchen Übertragungsweg die Temperatur in der Zielregion erreicht wird, ist dabei nicht von Bedeutung. Die Wärmeabwehrreaktion durch Konduktion, Konvektion und Radiation der Haut wird aber in unter­ schiedlichem Ausmass beeinträchtigt. Ferner sind indi­ viduelle Gegebenheiten (chronische oder akute Erkrankungen, Hautveränderungen, Medikamente usw.) beim Patienten zu berücksichtigen. – Kritisch sind Störungen der Wärmeabwehr der Haut auf lokaler und/oder zentraler Ebene, da nicht genügend Wärme abgeführt werden kann. In der Regel unproblematische Wärmeanwendungen können dann zu thermischen Schädigungen der Haut führen. Die wesentliche und initiale Wärmeabwehr der Haut ist ihre direkte Kühlung durch eine Erhöhung der lokalen Durchblutung [29]. Ihre Beeinträchtigung erhöht das Risiko thermischer Schädigung massiv [30]. Zu be­ rücksichtigen sind hier vor allem mechanischer Druck, adrenerge Reize (Kälte, extreme Hitze, Nervosität), ­Medikamente und Drogen (Beeinflussung der Gefässreaktion), gross­f lächige Narben (verminderte Vaskularisierung) sowie Grunderkrankungen mit Polyneuropathie oder Nerven- und Rückenmarksläsionen [31, 32]. Untersuchungen bei Querschnittsverletzungen im oberen BWS-Bereich zeigten, dass die Hauteigentempe­ ratur durch eine Infrarot­bestrahlung (IR-C ca. 70 mW/ cm2 Haut) des Rückens unterhalb der Verletzung schnell auf 48 °C ­ansteigen kann. Oberhalb der Verletzung pendelte sich die Hauteigentemperatur dagegen meist auf 41 °C ein [31]. – Kritisch ist ein zu hoher Wärmezufluss, der die Kapazität der Wärmeabwehrreaktion überlastet. Der Wärmezufluss wird durch die Temperaturdifferenz und die Wärmeleitzahl bzw. durch die Bestrahlungsstärke unter Berücksichtigung von Reflexion und Absorption bestimmt [14, 18]. Für Infrarotexpositionen werden im Arbeitsschutz unabhängig vom Spektrum 355 mW/cm2 Haut als ­ 10-Sekunden-Grenzwert angegeben. Dabei wird vorausgesetzt, dass ein Gesunder eine Reaktionszeit von 10 s hat, um sich aus der Gefahrensituation zu befreien, ohne Verbrennungen zu erleiden. Für längere Bestrahlungszeiten (Wärmeanwendungen) werden Werte von 80–100 mW/cm2 Haut als Grenzwert diskutiert [33]. – Kritisch ist ein initial hoher Wärmezufluss (bzw. hohe Bestrahlungsstärke). Der Aufbau der Hautdurchblutung nimmt Zeit in Anspruch und kann durch starke Hitze (adrenerger Reiz) behindert werden. Erst mit zu- Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 Oberhalb von 38,5 °C treten dagegen zunehmend spezifische Effekte (unterschiedliche Aktivitätsmaxima der Enzymsysteme, Heat-Shock-Proteine usw.) in den Vordergrund. Thermische Belastung der Haut – Wärmeabwehrreaktion Wärme kann dem Körper über Konduktion, Konvektion und/oder Radiation zugeführt werden. Eine strikte Trennung der Übertragungswege ist in der Praxis nicht gegeben. In der Haut erfolgt der Wärmetransport von der äusseren Haut zu den kutanen Blutgefässen und umgekehrt durch direkte Wärmeleitung. Im Körper kommt dagegen praktisch ausschliesslich der konvektive Transport über das Blut zum Tragen [16–18]. Bis auf wenige Ausnahmen (bestimmte Radiowellenfrequenzen) ist also immer die Haut die Applikations- bzw. Austauschfläche für «Wärme», verbunden mit der Gefahr der thermischen Über­ lastung [4, 14, 19–23]. Üblicherweise setzt zwischen 43 und 46 °C der Hitzeschmerz ein. Durch Medikationen (Schmerzmittel, Psychopharmaka, vasoaktive Substanzen usw.), Nervenläsionen, metabolische Erkrankungen, äussere Reize (Reiben der Haut, kalte Haut, Reizanwendungen), psychische ­Affektionen oder Gewöhnung kann die Sensorik beeinträchtigt sein. Chronische oder akute thermische Schädigungen der Haut – unabhängig von der Art der Wärmeanwendung – sind daher auch im Heim- und Wellness­ bereich keine seltene Komplikation [24, 25]. Abbildung 1 zeigt die maximale Expositionszeit in Abhängigkeit von der jeweils erreichten Hauteigentempe­ ratur. 43 °C toleriert die Haut über 8 h. Jede Temperatursteigerung um 0,9 °C halbiert die Toleranzzeit. Eine Eigentemperatur von 50 °C führt schon in weniger als 2 min zu einer thermischen Schädigung. Bei einer Anwendungs­ dauer von 40 min sollte die Hauteigentemperatur daher ca. 46 °C nicht übersteigen [26–28]. 351 nehmender Durchblutung steigt die Wärmeaufnahmefähigkeit der Haut. – Problematisch sind konduktive Wärmeanwendungen, da sie die Wärmeabgabemöglichkeiten (Minderung der Hautdurchblutung durch Druck, Konvektion, Radiation, Evaporation) behindern. Verbrennungen Hautrötungen infolge eines Wärmereizes werden als «flush» bezeichnet, wenn sie innerhalb von 24 h wieder völlig abblassen. Nach dieser Zeit ist ein fliessender Übergang zu Verbrennungen ersten Grades zu beobachten [28]. Es sind bereits Proteinveränderungen, Ödeme und leichtere Immunreaktionen nachweisbar. In der Literatur ­finden sich wenige Hinweise zu Verbrennungen ersten Grades, da diese meist keiner ärztlichen Behandlung ­bedürfen [34, 35]. Akzidentielle Verbrennungen zweiten und dritten Grades werden in der Literatur im Zusam­ menhang mit praktisch allen Formen von Wärmean­ wendung beschrieben [25, 36, 37]. Akute thermische ­Schäden (Verbrennungen) können bei einer Hauteigentemperatur von 48 °C i­nnerhalb von Minuten auftreten [28]. Erythema ab igne Das Erythema ab igne (EAI; Feuermelanose) ist eine verzögerte Hautreaktion auf wiederholte Hitzeexpositionen [24, 38]. Es imponiert als eine fleckige, netzartige, mehr oder minder stark pigmentierte retikuläre Hautzeichnung. Histologisch sind atrophische Veränderungen und immunologische Reaktionen im Sinne einer Photodermatose/Keratose nachweisbar [39]. Das EAI, dessen ­Bedeutung nicht eindeutig geklärt ist, wird in den letzten Jahren wieder häufiger beobachtet. Es besteht der Verdacht, dass eine über Jahre bestehende Feuermelanose zu malignen Veränderungen (Plattenepithelkarzinome, Basaliome) führen kann [40, 41]. Durch die Vermeidung direkter Wärmeexpositionen von betroffenen Hautarealen erfolgt innerhalb von Wochen bis Monaten eine völlige ­Abheilung. Zusätzliche therapeutische Massnahmen sind in der Regel nicht erforderlich. Die Art der Wärmequelle ist von untergeordneter Bedeutung. Beschrieben wurde das EAI im Zusammenhang mit Wärmflaschen [42], Heizkissen [43, 44], Wärmegürteln [45], Popcorn [46], Sitzheizungen [47], Laptops [48], heissen Wasserbädern [49], Sauna [25] sowie natürlicher und artifizieller Infrarotstrahlung [50–52]. Das Auftreten des EAI korreliert mit der Häufigkeit und Dauer der Hitzeexposition [53, 54] sowie der erreichten Hauteigentemperatur [27]. Bei wiederholter Exposition wird die Schwelle schon bei 43 °C gesehen [26, 28, 55]. Eine pathophysiologische Gemeinsamkeit kann eine Beeinträchtigung der Wärmeabwehrreaktion (Durchblutung, Wärmeabgabe) der Haut sein. Gestützt wird diese 352 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 Spekulation durch das deutlich seltenere Vorkommen des EAI im Zusammenhang mit Infrarotbestrahlungen, die die Wärmeabwehrmechanismen der Haut am wenigsten beeinträchtigen. Konduktive Wärmeapplikation Die konduktive Wärmezufuhr erfordert einen direkten Kontakt und kann die Durchblutung der Haut und damit ihre initiale Kühlung behindern. Ferner wird die lokale Wärmeabgabe der Haut (Konduktion, Konvektion, Radia­ tion und Verdunstung) blockiert. Eine Kühlung der Haut kann a­ llein über eine Erhöhung der lokalen Durchblutung ­erfolgen. Bei direkten Wärmeanwendungen (Heizkissen, Wärmflasche, Kirschkernkissen, Lavasandkissen usw.) kann durch eine entsprechende Ausbildung der Oberflächen (Riffelung, Frotteeüberzug) oder Zwischenlagen (z.B. F ­ ango) eine stehende Luftschicht erzeugt werden, die als guter Isolator die Gefahr einer thermischen Schädigung minimiert. Aus Sicherheitsgründen sollte die Temperatur des passiven Mediums 46 °C nicht übersteigen. Selbst wenn die lokalen Wärmeabwehrmechanismen der Haut nicht wirksam werden (mangelnde Hautdurchblutung), ist dann eine thermische Schädigung der Haut bei üblichen Anwendungszeiten nicht anzunehmen. In der Balneo- und Hydrotherapie werden Temperaturen von bis zu 50 °C für feuchte Wärmeanwendungen durch Peloide als tolerabel angegeben. Dies setzt allerdings voraus, dass die verwendeten Medien eine geringe Wärmeleitzahl aufweisen. Je höher die Wärmeleitzahl ist, desto höher ist der Wärmefluss. Die Durchblutung der Haut reicht dann nicht mehr aus, um den Wärmezustrom zu kompensieren. Feuchte Wärmeapplikationen beeinflussen zusätzlich die Permeabilität der Haut. Verschiedene Publikationen weisen darauf hin, dass wesentliche gesundheitliche Effekte über die Inhaltsstoffe des Mediums (z.B. Phythohormone, Mineralstoffe) erzielt werden können. Konvektive Wärmeapplikation Die konvektive Wärmeapplikation (bewegte Luft oder andere gasförmige Medien, bewegtes Wasser, seltener Öle) weist einige Nachteile der Konduktion nicht bzw. in geringerem Umfang auf. Der konvektive Wärmeübertrag ist von der Bewegung des verwendeten Mediums und seiner Wärmeleitzahl abhängig. Im Gegensatz zur Luft erreicht die Hauteigentemperatur im umströmenden Wasser näherungsweise die Wassertemperatur. Eine Mischform zwischen konduk­ tivem und konvektivem Wärmetransport ist das Bad in Pecher/Zeiger/Schobersberger stehendem Wasser. Die Wärmeabwehrmechanismen sind bis auf den Kopf (Vollbad) blockiert. Der konvektive Wärmeübertrag durch erhitzte Luft hängt wesentlich von der Luftfeuchte und dem Luftdruck ab. Letzteres ist aber nur im Umfeld hyperbarer Anwendungen zu berücksichtigen. Je höher die Luftfeuchtigkeit, desto höher ist der Wärmeeintrag aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit des Wasserdampfs. Zudem steigt mit der Lufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit der Dampfdruck, sodass zunehmend die Wärmeabgabe durch Evaporation blockiert wird. Radiation – Elektromagnetische Strahlung Bei Wärmeapplikationen über elektromagnetische Strahlung bleiben die Wärmeabwehrreaktionen (Durchblutung) und die Wärmeabgabemechanismen (Kon­duk­ tion, Konvektion, Infrarot-C-Abstrahlung, Evapora­ tion) weitgehend unbeeinflusst. Geeignet sind die Wel­ lenlängen des Infrarotbereichs und bestimmter An­teile des ­Radiowellenbereichs [19, 56]. Während das ge­samte Infrarotspektrum in der Haut absorbiert und in Wärme um­gewandelt wird, erreichen bestimmte Radio­frequenzen ­ Eindringtiefen von mehreren Zentimetern. Diese Radiofrequenzen bergen jedoch höhere Risiken einer ­ ­t hermischen Gewebeschädigung, da dem Menschen im Gewebe das natürliche Sensorium für Hitze fehlt [20]. Elektromagnetische Strahlung entsteht auf vielfältige Weise, z.B. infolge von Kernreaktionen, Quantensprüngen von Elektronen, bewegten elektrischen Ladungen oder ­beliebigen Fluktuationen in einem elektromagnetischen Feld. Ihre Eigenschaften werden durch das Wellen- und das Teilchenmodell beschrieben, die in der Quantenphysik zusammengeführt werden. Die Wellen bzw. Photonen bewegen sich definitions­ gemäss mit Lichtgeschwindigkeit und haben keine Ruhemasse. Die Energie ist proportional der Schwingungsfrequenz. Je höher die Frequenz, desto energiereicher ist die Strahlung (Tab. 1). Tab. 1. Unterteilung der elektromagnetischen Strahlung (modifiziert nach [57]) Ionisierende Strahlung Kosmische Strahlung Gammastrahlung Röntgenstrahlung Kurzwellige UV-Strahlung Optische Strahlung Mittel- und langwellige UV-Strahlung Sichtbares Licht Infrarotstrahlung Hochfrequenzstrahlung Terahertz-Wellen (300 GHz – 10 THz) Mikrowellen (300 MHz bis 300 GHz), Radartechnik, Mikrowellenherd, Mobilfunk, Satellitenfernsehen, Funk, WLAN, Bluetooth Radiowellen 10–16 bis 10–12 m 10–14 bis 10–12 m 10–12 bis 10–7 m 10–7 bis 1,8 × 10–7 m 1,8 × 10–7 bis 3,8 × 10–7 m 3,8 × 10–7 bis 7,8 × 10–7 m 7,8 × 10–7 bis 10–5 m 10–5 bis 10–3 m 10–3 bis 10–1 m 10–1 bis 106 m Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Wechselwirkung mit Materie In Abhängigkeit von ihrer Energie tritt elektromagnetische Strahlung auf unterschiedliche Weise in Erscheinung und entfaltet unterschiedliche Wirkungen auf ­Materie und Leben. Ist die Energie grösser als die Bindungsenergie in den Atomen (im Allgemeinen >5 Elektronenvolt (eV)), spricht man von ionisierender elektromagnetischer Strahlung. Diese Photonen können Elektronen aus den Atomschalen schlagen und z.B. das Genom direkt verändern. Ferner ­entstehen Ionen, die weitere Reaktionen auslösen und so Zellorganellen und Genom schädigen ­können. Unterhalb von 5 eV reicht die Energie für eine Ioni­ sierung im Allgemeinen nicht mehr aus. Die physio­ logischen Wirkungen der «nicht ionisierenden» elektro­ magnetischen Strahlung (langwellige UV-Strahlung, sichtbares Licht, Infrarot, Terahertz-Wellen, M ­ ­ ikrowelle, Radar, Wechselstrom usw.) auf den Menschen – ­abhängig von der Bestrahlungsstärke und der Häufigkeit der Ex­position – werden teilweise kontrovers diskutiert [58]. Weisses sichtbares Licht wird zur Behandlung der ­saisonal bedingten Depression und auch von endogenen Formen eingesetzt [59]. Kurzwelliges sichtbares Licht (blau) hemmt, langwelliges rotes Licht fördert dagegen die Melatonin-Produktion mit den entsprechenden Auswirkungen auf den Schlaf [60]. Blaues Licht hemmt entzündliche Reaktionen, rotes Licht erhöht die Mikrozirkulation [61, 62]. Die Mobilfunkstrahlung wurde als potenziell ­kanzerogener Faktor eingestuft [63]. Auch bezüglich Radarstrahlung wird eine Promotion von Krebserkrankungen diskutiert [64, 65]. Die Anwendung elektromagnetischer Strahlung zur Wärmeapplikation ist weit verbreitet. Neben der Hoch­ frequenzstrahlung wird im medizinischen Umfeld, aber vor allem im Heim-, Spa,- und Wellnessbereich überwiegend Infrarotstrahlung eingesetzt. Hochfrequenzstrahlung zur Wärmeapplikation Elektromagnetische Strahlung im Megahertz(MHz)und Gigahertz(GHz)-Bereich wird vor allem zur lokalen bzw. regionalen Wärmeapplikation eingesetzt. Dadurch soll die thermische Belastung der Haut sowie des Unterhautfettgewebes gering gehalten und eine direkte Tiefenerwärmung erreicht werden [66, 67]. Kurzwellen bzw. Radiowellen mit Frequenzen von 8–30 MHz werden zur Überwärmung tiefer liegender ­Tumoren, aber auch in der Physiotherapie zur Erwärmung von Muskelgewebe eingesetzt. Die Strahlung dringt mit 5–10 cm tiefer als höherfrequente Wellen in das Gewebe ein. Gewebe mit niedrigerem Wassergehalt wird weniger stark erwärmt [68]. Mit dieser Technik kann im behandelten Gebiet eine relativ gleichmässige Wärmeverteilung erreicht werden. Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 353 Vor allem in Hinblick auf die regionale Hyperthermie zur Behandlung von Tumoren werden «nicht thermische» – direkt zytostatische – Effekte bestimmter Frequenzen diskutiert. Als Grund hierfür wird angegeben, dass die ­Dielektrizitätskonstante im Tumorgewebe 10- bis 30-mal höher liegt, die elektrische Leitfähigkeit sogar um den ­Faktor 100. Zur regionalen Hyperthermie mittels Dezimeterwellen wird mit Frequenzen von 400–920 MHz gearbeitet. Dabei werden mehrere Applikatoren so geschaltet, dass die ­Temperatur im Tumorgewebe durch Phasenverschiebungen gezielt erhöht (Fokussierung) werden kann. Mit steigender Frequenz verringert sich die Eindringtiefe und die Inhomogenität der Temperaturverteilung im Gewebe nimmt zu. Die Gefahr von Hotspots steigt. Auch zur gezielten Tiefenerwärmung der Muskeln wird elektromagnetische Strahlung im MHz-Bereich verwendet. Bei 433,92 MHz/69 cm soll dabei im wasserreichen Muskelgewebe die stärkste Absorption möglich sein. Der Mikrowellenbereich wird wiederum vor allem in der Onkologie zur thermischen Behandlung oberfläch­ licher Tumoren eingesetzt. Die Frequenzen liegen im GHzBereich, mit einer geringen Eindringtiefe. Aufgrund der inhomogenen Feldverteilung und unspezifischen Kopplungen ist die Gefahr der Erzeugung von Hotspots gross. Infrarotstrahlung Jeder Körper gibt entsprechend seiner Oberflächen­ temperatur ein Spektrum elektromagnetischer Strahlung ab, das je nach Höhe der Temperatur von der Gammastrahlung bis zum Radiowellenbereich reichen kann. Infrarotstrahlung ist somit nur ein kleiner Teil des ­gesamten elektromagnetischen Spektrums. Die heute gebräuchlichen Einteilungen des Infrarotspektrums sind nicht einheitlich und basieren nicht auf physiologischen Wirkungen am Menschen [57]: – Infrarot A: Kurzwellige Infrarotstrahlung (780–1400 nm); – Infrarot B: Mittelwellige Infrarotstrahlung (1400–3000 nm); – Infrarot C: Langwellige Infrarotstrahlung (3000 bis 1 Million nm); – Terahertzstrahlung (neu): (30 000 bis 1 Million nm). In Publikationen findet sich häufig auch die Unter­ teilung in «nahe» (750–3000 nm), «mittlere» (3000– 30 000 nm) und «ferne» (30 000 bis 1 Million nm) Infrarotstrahlung [69]. Die unterschiedlichen Einteilungen ­erschweren häufig den Vergleich publizierter Daten. Bei einer Wellenlänge von 780 nm liegt die Energie der Photonen (1,59 eV) weit unterhalb der Ionisierungsenergie. Das Besondere des Frequenzbereichs der Infrarotstrahlung ist, dass er energetisch mit den Eigenschwingungen von Materie korrespondiert. Bei korrespondierenden Wellenlängen erfolgt der Energieübertrag effizienter. Das 354 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 charakteristische Absorptions- und Reflexionsspektrum im I­ nfrarotbereich lässt sich für chemische Analysen [57] und möglicherweise auch in der Diagnostik [70] nutzen. Die absorbierte Energie der Infrarotstrahlung wird in Schwingungsenergie der Materie – als Wärme «spürbar» – umgewandelt. Die Begriffe «Infrarotstrahlung» und «Wärmestrahlung» werden umgangssprachlich daher ­synonym verwendet. Grenzwerte für Infrarotbestrahlungen: Bezüglich der ­Bestrahlungsgrenzwerte für Anwendungen am Menschen unterscheiden weder die International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) [33] noch die 2010 in Kraft getretene ÖNORM [71, 71a] zwischen den Spektralbereichen. Für die Anwendung am Menschen ­liegen die Grenzwerte bei 100 mW/cm2 (Haut) und 10 mW/ cm2 (Auge) [33]. Strahler: Mit Ausnahme von Lasern und Dioden emittieren Oberflächen immer ein breites Spektrum an elek­ tromagnetischer Strahlung. Die Verteilung der Wellen­ längen und deren Intensität werden in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur durch das Strahlungsgesetz von Planck beschrieben. Das Wiensche Verschiebungs­ gesetz beschreibt die Lage des Maximums im jeweils ab­ gegebenen Spektrum. Der Aufbau des Strahlers und das Oberflächenmaterial sind dabei sekundär. Für den Einsatz als Wärmequelle sind die physikalischen Zusammenhänge zwischen Oberflächentemperatur und Bestrahlungsstärke sowie Abstand und Bestrahlungsstärke entscheidend. Der «schwarze Strahler», ein theoretisch-physikalisches Modell, ist das Bezugssystem. Durch eine Verdopplung der Oberflächentemperatur (basierend auf der physikalischen Temperatureinheit «Kelvin») erhöht sich die Bestrahlungsstärke um den Faktor 16. Ferner gilt, dass aus der Verdopplung des Abstands zum Strahler bei gleicher Leistung und gleicher bestrahlter Fläche eine um das Vierfache niedrigere Bestrahlungsstärke resultiert. Wird die Leistung eines Strahlers reduziert, sinkt dessen Oberflächentemperatur, das abgegebene Spektrum verschiebt sich in den langwelligen Bereich und die Bestrahlungsstärke nimmt deutlich ab. Ein praktisches Beispiel für diesen Zusammenhang ist das Dimmen einer ­einfachen Glühbirne. Mit Ausnahme von Lasern und Dioden gibt es daher keine reinen Infrarot-A- oder -B-Strahler. Natürliche Infrarotstrahlung: Infrarotstrahlung umgibt den Menschen zu jeder Zeit, ubiquitär. Das Abstrahlspektrum der Sonne (Oberflächentemperatur ca. 5500 °C) umfasst Gammastrahlung, UV-Strahlung, sichtbares Licht und Infrarotstrahlung bis hin zu den Radiowellen. Das Maximum liegt im grünen, sichtbaren Lichtbereich. Die Feuchtigkeit der Erdatmosphäre absorbiert grosse Anteile von Infrarot B und C. Auf die Erdoberfläche trifft daher ein relativ hoher Infrarot-A-Anteil, der die Materie erwärmt. Pecher/Zeiger/Schobersberger Unsere Umwelt, warme Luft und Objekte, weist in der Regel deutlich niedrigere Oberflächentemperaturen auf. Unterhalb von ca. 300 °C werden keine Infrarot-A- oder B-Anteile emittiert. Der Mensch ist also die weit über­ wiegende Zeit Infrarot-C-Strahlung ausgesetzt, die er auch selbst abstrahlt. Nicht thermische Wirkungen der Infrarotstrahlung: Trotz der geringen Energie der Infrarotstrahlung werden direkte, «nicht thermische» Effekte auf lebende Zellen diskutiert. Verschiedene Autoren sehen Wellenlängen ­ ­unter 850 nm als ausreichend an, um photochemische ­Reaktionen in den Zellen auszulösen [72, 73]. Auch für die «ferne» Infrarotstrahlung werden «nicht thermische» Effekte diskutiert [74]. Hier ist der molekulare Mechanismus noch spekulativ. Arbeiten, die eine Hautkrebspromotion (Basaliome, Plattenepithelkarzinome) und beschleunigte Hautalterung durch kurzwellige Infrarot-A-Strahlung zu belegen scheinen, werden kontrovers diskutiert, konnten bisher aber nicht widerlegt werden [51, 53, 69, 75, 76]. Die beschriebenen Effekte, negative wie positive [77], können allerdings auch durch Temperaturerhöhungen (Radikalbildung, Durchblutung, Stoffwechsel, Perfusion) grösstenteils erklärt werden [26, 27, 55]. Eindringtiefen der Infrarotphotonen: Um eine «Tiefenwirkung» (Wärmeeintrag, Laserakupunktur) zu begründen, wird vielfach über die Hauteindringtiefe bestimmter Frequenzbereiche der Infrarotstrahlung diskutiert. Das Infrarotspektrum weist Absorptionsminima – gerne als «biologische Fenster» bezeichnet – für Wasser auf. Diese «Fenster» findet man vor allem im kurzwelligen A-, in wesentlich geringerem Umfang aber auch im B- und CBereich. Da die menschliche Haut eine hohe Hydratation aufweist, wird die Strahlung aus diesen Spektralbereichen erst in tieferen Hautschichten ­absorbiert. 5% dieser Photo- Abb. 3. Spektralverteilung bei verschiedenen Oberflächentemperaturen nach Planck. Da eine Verdopplung der Temperatur näherungsweise eine 16-fach höhere Bestrahlungsstärke ergibt, musste der Graph des Spektrums mit 1700 °C bei dieser Darstellung unterbrochen werden. Abb. 2. Hauteindringtiefe (modifiziert nach [81]). nen können bis zu 4–5 mm in die Haut eindringen. 95% der Photonen werden in den o ­ beren Hautschichten absorbiert – 75% innerhalb der ­ersten 0,75 mm [78–80]. Abbildung 2 zeigt die Hauteindringtiefen in Abhängigkeit von der Wellenlänge [81]. Diese Darstellung wird von verschiedenen Autoren allerdings angezweifelt [82]. Da jede Materie ein Infrarotspektrum abstrahlt, stellt die Bestimmung der Eindringtiefe in lebendes Gewebe bisher teils unlösbare Anforderungen an den Versuchsaufbau. Einfacher ist die Messung der Eindringtiefe bestimmter Infrarotwellenlängen (800 und 850 nm), die von von Lasern bzw. Dioden emittiert werden. Die eindeutige Zu­ ordenbarkeit der Frequenz erleichtert die Detektion der Infrarotstrahlung im Gewebe. Verschiedene Autoren konnten nur geringe Eindringtiefen feststellen – die Hauptabsorption fand in den Bereichen von 0,4–0,8 mm statt. Eine «Tiefenwirkung» der Infrarotstrahlung wurde daher infrage gestellt [78, 79] (Abb. 3). Auch unabhängig davon müssen die Auswirkungen für die Praxis kritisch hinterfragt werden. Bei einer Abstrahltemperatur (Oberflächentemperatur) von 1700 °C (hell leuchtend) werden ca. 23% der Leistung im Infrarot-A-Bereich abgestrahlt. Die restlichen Anteile verteilen sich auf das sichtbare Licht sowie Infrarot B und Infrarot C. Für den Energie- bzw. Wärmeübertrag auf die Haut ist allerdings der gesamte Infrarotbereich entscheidend. Eine Berechnung der Fläche unter der Kurve (Area under the curve (AUC)) zeigt, dass jener Photonenanteil von 5% aus dem «biologischen Fenster» für den Wärmeübertrag zu vernachlässigen ist. Zudem werden kurz­ wellige Infrarotanteile (A- und kurzwelliger B-Bereich) durch die Hautpigmente bis zu 50% reflektiert [83]; die Absorption langwelliger Infrarot-C-Strahlung erfolgt zu nahezu 100%. Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 355 Das Reflexions- und Absorptionsverhalten der Infrarotstrahlung – und damit auch die Eindringtiefe bestimmter Frequenzen – ändert sich entsprechend den molekularen Komponenten der Haut [84]. Weder die Hydratation der Haut noch deren molekulare Komponenten sind konstant [84–86]. Eine direkte Erwärmung tiefer liegender Gewebe­ schichten ist mit Infrarotstrahlung nicht zu erreichen [87, 88]. Folgerichtig weisen sowohl die ICNIRP als auch die ÖNORM darauf hin, dass Implantate durch Infrarotstrahlung nicht direkt erhitzt oder anderweitig beeinflusst ­werden können. Auch in der Onkologie werden zur direkten Erhitzung von tiefer liegendem Tumorgewebe Radiowellen statt Infrarotstrahlen eingesetzt. Häufig kolpor­ tierte Bezeichnungen wie z.B. «Tiefenwärme-, Arthrose-, Bronchial- und Prostatastrahler» sind daher irreführend. Ungeachtet dessen kann die wassergefilterte Infrarotstrahlung deutliche Vorteile bei der Bestrahlung offener und nässender Wunden aufweisen, da ein geringerer Anteil der applizierten Strahlung die Wundflüssigkeit erhitzt und die Konduktion so vermindert wird. Direkte Wärmeleitung in das Gewebe: Die Bestimmung eines Gewebetemperaturgradienten oder einer Durch­ blutungserhöhung unter Infrarotbestrahlung stösst im Versuchsaufbau ebenfalls an Grenzen. Die Ergebnisse der artifiziellen Situation lassen sich kaum auf die Praxis übertragen [32, 89, 89a]. Die Untersuchungen mussten zwangs­ läufig am tiefnarkotisierten Tier durchgeführt ­werden. Tiefe Narkosen setzen die normale Wärmeregulation ­ausser Kraft, ­sodass die Daten zu den gemessenen Tem­peraturgradienten nicht auf den «normalen Anwender» übertragbar sind. Die Wärmeleitung in der Haut – von den Blutgefässen zur äusseren Haut (Abgabe) und umgekehrt (Aufnahme) – erfolgt mittels Konduktion. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Wärmeleitzahl verschiedener Gewebe um den Faktor 2–3 differiert [4]. Der Körperbereich der Wärmeapplikation ist für die Konduktion entscheidend. Der funktionierenden Wärmeabwehrreaktion der Haut durch eine Veränderung der Durchblutungssituation kommt eine ­weitere, massgebliche Bedeutung zu. Bei erhaltener Wärmeregulation wird der Hauptanteil der Wärme über das Blut abgeführt. Der Aufbau eines Temperaturgradienten in die Tiefe wird dadurch massiv behindert. Diesen Zusammenhang bestätigen Untersuchungen mit Patienten, die unter einer hohen Querschnittsver­ letzung leiden. Identische Bestrahlungsstärken (330 °C ­Abstrahltemperatur, 80 mW/cm2 Haut) führten im innervierten Hautbereich, oberhalb der Verletzung, zu einer ­tolerablen Hauteigentemperatur von 41 °C. Im nicht in­ nervierten B ­ ereich, unterhalb der Verletzung, stieg die Hauteigen­temperatur dagegen innerhalb von Minuten auf 48 °C an, was einen Abbruch der Untersuchung zur Folge hatte [31]. 356 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 Sicherheitsentwicklung zur Wärmeapplikation Jede Wärmeapplikation bietet grundsätzlich die Gefahr einer thermischen Schädigung der Haut. Infrarotbestrahlungen bieten den Vorteil, dass der Wärmeübertrag berührungslos erfolgt und so die Abwehrreaktion am wenigsten beeinträchtigt wird. Die teils kontroversen Ergebnisse verschiedener Autoren zu Infrarotbestrahlungen erfordern neue Unter­ suchungen auf Basis eines breiten Konsenses hinsichtlich der Untersuchungsbedingungen und Definitionen [82]. Unabhängig davon muss die Frage gestellt werden, ob ­Untersuchungen zu Eindringtiefen und nicht thermischen Effekten im Hinblick auf das Ziel «Wärmeapplikation» nur von akademischem Interesse sind. In der Haut erfolgt die Wärmeleitung durch Konduk­ tion. Unabhängig von den Spektralanteilen kommt es zu einem Temperaturausgleich in der Haut. Die thermische Belastung der Haut ist der limitierende Faktor [28]. Diese sollte während einer Wärmeanwendung zur sicheren ­Vermeidung akuter (Verbrennung) und chronischer (EAI) thermischer Schädigungen 43 °C dauerhaft und/oder wiederholt nicht übersteigen. Die übliche Hitzeschmerzreaktion ist – vor allem bei Medikationen sowie akuten und chronischen Erkrankungen – kein zuverlässiger Parameter, um thermische Schäden zu vermeiden. Zur Einhaltung der Temperaturgrenzwerte ist das Zusammenspiel zwischen Wärmefluss (Bestrahlungsstärke) und Wärmeabwehrreaktion (Hautdurchblutung und Wärmeregulation) entscheidend. Der Aufbau einer adäquaten Durchblutung erfordert Zeit und kann durch eine Vielzahl von Faktoren auf lokaler und/oder zentraler Ebene individuell beeinträchtigt sein [71]. Selbst bei einer üblicherweise unproblematischen Wärmeapplikation können daher Hauttemperaturen von deutlich über 46 °C auftreten, ohne dass der Betroffene adäquat reagieren kann. Die zu fordernde Sicherheit kann nur durch Wärme­ applikationssysteme erreicht werden, welche die Haut­ temperatur im bestrahlten Hautareal kontinuierlich und berührungslos erfassen und den Wärmezufluss auf Basis dieser Werte automatisch regulieren [31]. Entsprechende Systeme, die die Hauttemperatur je nach Anwendung mittels 2–6 Sensoren überwachen und über computergesteuerte Berechnungen (Steigung, Maximalwert) die Bestrahlungsstärke (Infrarot-C) individuell anpassen, stehen seit 2010 zur Verfügung (SensoCare®). Die ersten Untersuchungen zeigen, wie unterschiedlich selbst bei jungen, gesunden Probanden die Wärmeaufnahmefähigkeit der Haut ist und zudem tagesabhängig variiert. Die Funktionsfähigkeit und Sicherheit des Systems übertraf in seiner Effizienz und Regelgenauigkeit die Erwartungen. Die folgenden Grafiken (Abb. 4) veranschaulichen, wie stark die Wärmeabwehrreaktion bei einem Menschen Pecher/Zeiger/Schobersberger mit Rückenmarksverletzung variieren kann. Als Ziel­ temperatur wurden 43 °C vorgegeben, die einmal bereits mit ca. 30 mW erreicht wurden, während an einem anderen Tag dagegen deutlich höhere (bis 90 mW) Bestrahlungsstärken appliziert werden konnten. Mit derartigen Systemen können thermische Über­ lastungen der Haut unabhängig von der Art der Beein- trächtigung der Wärmeabwehrreaktion ausgeschlossen werden. Die Nutzung der maximalen Wärmeaufnahme­ fähigkeit gewährleistet gleichzeitig auch einen maximalen Wärmeeintrag bei höchster Anwendungssicherheit (Hautbelastung, Herzkreislaufsystem). Da das System auto­ matisiert arbeitet und weder eine Vorbereitung noch in der Regel eine Begleitung benötigt, ergeben sich im praktischen Einsatz zudem deutliche Kostenvorteile. ­ ­Daher sollten derartige Systeme generell zum Einsatz ­kommen [31]. Herzkreislaufbelastungen Da Ganzkörperwärmeanwendungen mit dem Ziel erfolgen, im gesamten Körper die Temperatur kontrolliert zu erhöhen, müssen die Wärmeabwehrreaktionen stufenweise überwunden werden. Daher ist der Ablauf der physiologischen Wärmeregulation und die daraus resultie­ rende Herzkreislaufbelastung besonders zu beachten [4, 17, 68, 90]. Grundsätzlich zu unterscheiden sind Ganzkörperwärmeanwendungen innerhalb oder oberhalb der Thermoneutralzone (TNZ). Bei Hitze wird die Hautdurchblutung massiv erhöht, um die Haut zu kühlen und gleichzeitig innere Wärme nach aussen abgeben zu können. Nimmt das Blut mehr Wärme auf, als es über die Haut an die Umgebung abgeben kann, erhitzt es sich. Um nun einen schnellen Anstieg der Körperkerntemperatur (KKT) zu vermeiden, muss der Körper den Blutrückstrom aus der Haut zum Körperkern reduzieren [4, 18, 91, 91a]. Dennoch wird weiter Blut in die Haut transferiert, um die Hautkühlung zu gewähr­ leisten. Im zentralen Kreislauf kommt es zunehmend zu einem Volumenmangel. Die Herzkreislaufbelastung steigt massiv an. In heissen Umgebungen wirkt die Wärmeregulation also einer beabsichtigten, zentralen Wärmezufuhr ent­ gegen. Vor allem für Ganzkörperwärmeanwendungen gilt: Je massiver gegen die Thermoregulation gearbeitet wird, desto höher sind zwangsläufig die Belastungen für den ­Organismus [17, 68, 92]. In der TNZ (27–37 °C Lufttemperatur bei 50% Luftfeuchtigkeit) sind dagegen Wärmeabgabe und -aufnahme ausgeglichen. In dieser Situation muss der Körper keine aktive Wärmeregulation betreiben, um die Körpertem­ peratur in allen Bereichen aufrechtzuerhalten. Wärmeanwendungen oberhalb der Thermoneutralzone Abb. 4. Hauteigentemperatur in Abhängigkeit von Bestrahlungsstärke und Effektivität der Wärmeregulation (modifiziert nach [31]). a Medium Juni 2010. b Medium August 2010. c Medium September 2010. Saunaanwendungen Saunaanwendungen (80–100 °C Lufttemperatur) finden oberhalb der TNZ statt. Die Erwärmung der Haut erfolgt Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 357 bei der finnischen Sauna je nach Bauart zu 60–70% über die erhitzte Luft und zu 30–40% über Infrarotstrahlung. Über Konvektion und Infrarotstrahlung wird mehr Wärme aufgenommen, als abgegeben werden kann (siehe oben). Trotz der in der Regel trockenen Luft ist der Dampfdruck höher als jener, den die Haut aufbauen kann. Der abtropfende Schweiss trägt nicht zur Kühlung bei. Um die thermische Belastung der Haut zu reduzieren, wird die Durchblutung massiv erhöht. Der Blutrückstrom zum Körperinnern wird dagegen reduziert, um einen ­Anstieg der KKT zu verhindern. Das Herzminutenvolumen steigt massiv an. Bei Saunaanwendungen beobachtet man anfänglich keine Erhöhung der KKT, gegebenenfalls initial sogar ­einen leichten Abfall [1, 91, 93–98]. Erst nach einer längeren Expositionszeit (8–15 min) muss der Blutrückstrom aufgrund des relativen, zentralen Volumenmangels wieder etabliert werden. Es kommt zu einem schnellen Anstieg der KKT auf bis zu 39 °C. Diese Situation ist für Menschen mit Herzkreislauferkrankungen und/oder nach Alkoholkonsum ein gesundheitliches ­R isiko [25, 99]. Verschiedene Autoren sehen daher eine 10-minütige Exposition in der finnischen Sauna als Limit, gefolgt von einer Kaltwasseranwendung und einer Ruhephase. Wird die Anwendung rechtzeitig verlassen, bleibt die KKT konstant. Diese Anwendung wird im Sinne einer Kneipp-­ Anwendung gesehen [97]. Problematisch ist, dass die ­verträgliche Expositionsdauer individuell und interindi­ viduell deutlich variieren kann. Eine fixe Zeitvorgabe ­erscheint im Hinblick auf die vorliegenden Daten wenig zielführend. Biosauna oder Infrarotwärmekabine (50–60 °C) mit/ohne grossflächige Infrarotbestrahlungen Ganzkörperwärmeanwendungen bei niedrigeren Temperaturen (50–60 °C) unterschieden sich hinsichtlich der Wärmeregulation nicht prinzipiell von der «Sauna». Die Herzkreislaufbelastung ist aber deutlich geringer. Die Evaporation kann zur Wärmeabgabe genutzt werden. Im Unterschied zur Biosauna kann bei Infrarotwärmekabinen je nach Bauart (Plattenkabine, Strahler) der Anteil des Wärmeübertrags mittels Infrarotstrahlung auf 60– 80% erhöht werden. Die «Strahlungswärme» wird als angenehmer empfunden. Wird die Anwendung rechtzeitig verlassen, kühlt das Blut in der Haut ab und wird schrittweise dem Kreislauf wieder zur Verfügung gestellt. Die KKT bleibt wiederum auf konstantem Niveau. Korrekt durchgeführt bieten diese «Reizanwendungen» im Kneipp’schen Sinne einen starken vegetativen ­Stimulus auf verschiedene Organe, ein Gefässtraining sowie eine gute Haut- und Schleimhautdurchblutung ­ 358 Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 mit positiven Auswirkungen (z.B. Erkältungsprophylaxe). Die Schweissbildung unterstützt die Entgiftung vor allem im Bereich der äusseren Körperschale [97, 100, 101]. Eine gleichmässige Durchwärmung der inneren Körperschale wird nicht erreicht. Saunaanwendungen eignen sich daher auch nicht zum passiven Aufwärmen im Zusammenhang mit Sport vor Trainings- oder Wettkampfsituationen. Eine belastungsarme Durchwärmung der Körperschale – ein Ausgleich der Isothermen auf 37 °C – ist nicht das Ziel von Saunaanwendungen. Infrarotkabinen – Durchwärmungsanwendungen Mithilfe von Durchwärmungsanwendungen soll auch in der Körperschale (Muskulatur, Binde- und Fettgewebe, Knochen, Gelenke, Sehnen) eine Temperatur von 36–37 °C erreicht werden, ohne im Körperkern künstliches Fieber zu er­zeugen. Ausgehend von der Gewebe­ temperatur (25–34 °C) ist in der Körperschale damit eine Tempera­tursteigerung um 5–10 °C möglich. Der ­Stoffwechsel wird um den Faktor 2–3 gesteigert und die Gewebever­sorgung verbessert. Im Verbund mit der ge­ steigerten Durchblutung werden Effekte erreicht, die man mit den Begriffen «­ Entschlackung» und «Entgiftung» des Gewebes umschreiben kann. Die Schweissbildung ­unterstützt die Entgiftung des Organismus in grösserem Umfang. Die Erkenntnis, dass mit Wärmeanwendungen oberhalb der TNZ eine belastungsarme Durchwärmung kaum zu erreichen ist, hat in Japan und Korea zur Entwicklung der sogenannten Waon-Therapie geführt [102–108]. Zur Waon-Therapie kommen Infrarotwärmekabinen mit Lufttemperaturen von 50–60 °C zum Einsatz. Die ­Patienten werden jedoch nur für 10–15 min exponiert und anschliessend für weitere 30–40 min mit einer Wärmestaudecke versorgt. Dadurch wird im Anschluss an die ­initiale, kurze Wärmeexposition ein Temperaturausgleich über den Körperkern, die Körperschale und die äussere Körperschale erreicht. Wärmeanwendungen innerhalb der Thermoneutralzone Eine andere Möglichkeit besteht in der Nutzung der TNZ. Wird unter diesen Bedingungen (27–37 °C) ein Hautareal (z.B. Rückenbereich) von nicht mehr als ca. 10–12% der Hautoberfläche erwärmt, so vermischt sich im zentralen Kreislauf 90% thermoneutrales mit 10% erwärmtem Blut. Der Schwellenwert der thermosensiblen Strukturen im Thorax wird nicht erreicht. Der Zustrom des erwärmten Blutes zum Körperinnern wird zugelassen, da die ­Wärme zur Erhaltung der Kerntemperatur schrittweise (Verschiebung der Isothermen) über das Blut von «innen Pecher/Zeiger/Schobersberger Abb. 5. Änderungen der Körperkerntemperatur in Abhängigkeit von der Expositionsdauer (links: TNZ-Prinzip; rechts: konventionelle IR-Kabine. heraus» in der Körperschale transferiert werden kann [4, 109]. Die Herzkreislaufbelastung bleibt gering. In der Praxis bedeutet dies, dass mit dem Einsetzen der Wärmeapplikation der Zustrom von erwärmtem Blut in den Kern aufrechterhalten bleibt. Die KKT steigt leicht und kontinuierlich von Beginn an sowie über einen Zeitraum von 30 min um 0,2–0,3 °C. Im Gegensatz dazu bleibt die KKT in der Anwendung, die dem Saunaprinzip folgt, ­konstant. Die unterschiedlichen Ausgangstemperaturen in beiden Gruppen sind zufällig [110, 111] (Abb. 5). Dieser Prozess der Zufuhr und Verteilung thermischer Energie kann mit dem Begriff «Tiefenwärme» charakterisiert werden. «Tiefenwärme» ist somit nicht dem Medium des Wärmeübertrags geschuldet, sondern der Ausnutzung physiologischer Wärmeregulationsreaktionen. Infrarotstrahlung ist dabei das geeignete Medium, dem Körper Wärme zuzuführen, da die Wärmeabwehrreaktion der Haut erhalten bleibt – sofern die beschriebenen Grenzen (Hauteigentemperatur) berücksichtigt werden. Im Folgenden liegt der Fokus auf Ganzkörperwärmeanwendungen mit geringer Herzkreislaufbelastung, deren Ziel nicht die Implementierung eines künstlichen Fiebers ist. Bei der Literaturrecherche fällt auf, dass sich bis dato keine einheitliche Terminologie zu Ganzkörperwärme­ anwendungen etabliert hat. Der Begriff «Sauna» sub­ sumiert Anwendungen mit unterschiedlichen und nicht vergleichbaren Ausgangs- und Verlaufsparametern. Weitere Begriffe sind unter anderem «Thermal Therapy», «Infrared Cabin», «Infrared Rays» und «Hot Temperature». Obwohl die Wärmeeffekte bei Gewebetemperaturen von unter 38,5 °C als unspezifisch anzusehen sind, lassen sich dennoch bei verschiedenen Krankheitsbildern lindernde Effekte durch den Wärmeeinsatz zeigen. Beschränkt man sich auf jene Publikationen, die eine Ganzkörperwärmeanwendung mit geringer Herzkreislaufbelastung (unter 60 °C Lufttemperatur) untersuchen, können als beispielhafte Auswahl folgende Indikationen genannt werden: chronische Schmerzen [113], chro­ nisches Müdigkeitssyndrom (chronic fatigue) [114, 115], Depres­sion [113], Fibro­myalgie [103, 116, 117], rheumatoide Arthritis [118–120], Osteoarthritis [121, 122], Kreuzschmerzen [123–126], Herzkreislauferkrankungen [106, 108, 127–131], arterielle Erkrankungen [132], Ulcera [132a], Bluthochdruck [106, 133–135], arte­rielle Verschlusskrankheit [132], Sjögren-Syndrom [136], Sklerodermie [137], ­Diabetes [138–141], Hauterkrankungen [142–145], Asthma [146], allergische Rhinitis [147], Sport [148–150], mit dem Lebensstil verbundene Erkrankungen [151], Infektionen [152], Leishmaniose [153] und Mikrozirkulation [154]. Eine wesentliche Differenzierung der Ganzkörper­ wärmeanwendungen, ihrer Wirkbereiche und den daraus resultierenden Belastungen ergibt sich aus der Wärme­ regulationsreaktion, die durch sie jeweils angestossen wird. Eine Tiefenwirkung der übertragenen thermischen Energie kann erst mithilfe der körpereigenen Wärmeregulation über das Blut erreicht werden. Schlussfolgerungen Verschiedene Indikationen der Ganzkörperwärmeanwendungen Auf Basis der eingangs beschriebenen Effekte lassen sich grob drei Zielrichtungen der Wärmeanwendung ­zusammenfassen: die Temperaturerhöhung im Gewebe, kutiviszerale Reflexe im Wechsel mit Kälte und Applikation von Wirksubstanzen über die erwärmte Haut [5, 19, 112]. Bei lokalen oder lokoregionalen Anwendungen ist in erster Linie die thermische Hautbelastung zu berücksichtigen. Die Nutzung von Permeabilitätsänderungen zur transdermalen Applikation von Substanzen muss Bestandteil einer eigenen Übersicht bleiben. Ganzkörperwärmeanwendungen wie die Waon-Therapie oder das TNZ-Prinzip, die auch eine Durchwärmung der Körperschale bei geringer Herzkreislaufbelastung erreichen, scheinen in diesem Zusammenhang hinsichtlich ihrer Wirkung und Verträglichkeit den Ganzkörper­ wärmeanwendungen oberhalb der TNZ überlegen zu sein. Um dem Körper effizient Wärme über Haut und Schleimhäute zuführen zu können, ist eine gute lokale Hautdurchblutung und funktionierende Wärmeregulation essenziell. Die Art der Wärmeapplikation sollte die ­Hautdurchblutung und die Wärmeabgabemechanismen möglichst wenig behindern. Infrarotbestrahlungen sind daher zur Wärmeapplikation vorteilhaft. Um während­ Wärmeanwendungen und Wärmeregulation Schweiz Z Ganzheitsmed 2013;25:349–363 359 der Anwendung die Einhaltung der maximalen Bestrahlungsstärken sicherzustellen, muss der Abstand zum ­Strahler definiert sein (gegebenenfalls Sitzplatz vorgeben). Die geltenden Grenzwerte der Bestrahlungsstärke von 100 mW/cm2 (Haut) und 10 mW/cm2 (Auge) [33] sind in der Praxis – vor allem bei Menschen mit Einschrän­ kungen der Wärmeregulation – vielfach zu hoch. Die Bestrahlungsstärke sollte laufend der Wärmeaufnahme­ fähigkeit – also der Durchblutungssituation – der Haut angepasst werden [110, 111]. Der Wärmezufluss sollte nur langsam, mit steigender Durchblutung (Wärmeaufnahmefähigkeit der Haut), erhöht werden. Diesen For­derungen werden vor allem Systeme gerecht, die die Bestrahlungs- stärke auf Basis der aktuellen Hauttemperatur laufend automatisch anpassen. Disclosure Statement Die Firma Physiotherm ist seit 2006 Mandant von OP. Das Mandat erstreckt sich auf die medizinisch-wissenschaftliche ­Beratung. TZ ist Physiker und seit 2007 Leiter der Abteilung für Forschung und Entwicklung der Firma Physiotherm. Das Institut von WS war und ist Kooperationspartner im ­Rahmen klinischer Studien und Forschungsprojekte. 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