Thermoregulation und Flüssigkeitshaushalt während des Trainings

Beim Training wird der größte Teil der chemischen Energie, die durch die arbeitende Muskulatur freigesetzt wird, in Wärme und nicht in mechanische Arbeit umgewandelt. Daher belastet anhaltende Aktivität den Körper kontinuierlich mit Wärme, die an die Umgebung abgegeben werden muss, um die Kerntemperatur in einem tolerierbaren Bereich zu halten. Dieser Bereich untersucht, wie der trainierende Mensch die Wärmeproduktion mit dem Wärmeverlust in Einklang bringt und wie der daraus resultierende evaporative Wasserverlust mit der Regulation des Körperflüssigkeitsvolumens interagiert.

Definition

Thermoregulation während des Trainings ist die Gesamtheit der autonomen und Verhaltensprozesse, die die Körperkerntemperatur innerhalb enger Grenzen halten, während die metabolische Wärmeproduktion ansteigt, und Flüssigkeitshaushalt ist die Aufrechterhaltung des Körperwasser- und Elektrolytgehalts gegenüber den Schweißverlusten, die die evaporative Kühlung mit sich bringt.

Scope

Der Bereich führt den Leser in vier miteinander verbundene Themen ein: die Produktion und Ableitung von Stoffwechselwärme während des Trainings, die neurale Kontrolle der Thermoregulation und des Hautkreislaufs, die Schweißreaktion und die evaporative Kühlung sowie den Verlust, das Defizit und den Ersatz von Körperwasser. Diese werden als integrative Physiologie – das koordinierte Zusammenspiel von Stoffwechsel, Herz-Kreislauf-System, Haut und Nieren – und nicht als klinische oder Trainingsvorschriften dargestellt.

Sub-topics

• Flüssigkeitsverlust, Dehydration und Rehydration
• Wärmeproduktion und -ableitung während des Trainings
• Schwitzen und Verdunstungskühlung
• Thermoregulatorische Kontrolle und Hautdurchblutung

Core questions

• Wie leitet der Körper die große Wärmebelastung ab, die durch die trainierende Muskulatur erzeugt wird?
• Wie wird die Kerntemperatur erfasst und reguliert, und wie wird die Durchblutung der Haut gesteuert?
• Wie erzeugt Schwitzen evaporative Kühlung, und was begrenzt sie?
• Wie wirken sich schweißbedingte Flüssigkeits- und Elektrolytverluste auf die physiologische Funktion aus, und wie wird Körperwasser wiederhergestellt?

Key concepts

• Metabolische Wärmeproduktion und die Wärmebilanzgleichung
• Wege des Wärmeverlusts: Strahlung, Konvektion, Konduktion, Evaporation
• Kern- und Hauttemperatur
• Thermoregulatorischer Sollwert und Rückkopplungsregelung
• Hautdurchblutung (kutan) und aktive Vasodilatation
• Schwitzen und evaporative Kühlung
• Kardiovaskulärer Drift und Konkurrenz um das Blutvolumen
• Dehydration, Hypohydration und Flüssigkeitsersatz
• Hitzeakklimatisierung

Mechanisms

Während des Trainings setzt die aktive Muskulatur Wärme frei, die über den Kreislauf zur Körperoberfläche transportiert wird; der Hypothalamus integriert die Signale der Kern- und Hauttemperatur und steuert zwei Haupt-Effektoren – die kutane Vasodilatation, die den Hautdurchblutung und den konvektiven Wärmetransport zur Oberfläche erhöht, und das Schwitzen, das Wärme durch Evaporation abführt. Diese Reaktionen teilen sich das begrenzte Herzzeitvolumen und Blutvolumen mit der trainierenden Muskulatur, sodass Hitzestress und der progressive Flüssigkeitsverlust durch Schwitzen einen kardiovaskulären Preis fordern: Das Plasmavolumen sinkt, Haut und Muskulatur konkurrieren um die Perfusion, und die Herzfrequenz steigt an, um das Herzzeitvolumen aufrechtzuerhalten. Wenn die evaporative Kühlung nicht mit der Wärmeproduktion Schritt halten kann, steigt die Kerntemperatur, und ein sich ansammelndes Wasserdefizit (Hypohydration) verstärkt die kardiovaskuläre und thermische Belastung. Flüssigkeitsersatz und, über Tage, Hitzeakklimatisierung stellen einen Großteil der Regulationskapazität wieder her.

Clinical relevance

Das Verständnis der Wärme- und Flüssigkeitsregulation beim Training ist die Grundlage für die Erkennung von anstrengungsbedingten Hitzekrankheiten und trainingsassoziierten Störungen des Körperwasser- und Natriumhaushalts und informiert darüber, wie die Physiologie hinter Hydratation und Hitzetoleranz beschrieben wird. Dieser Eintrag ist eine Referenzorientierung zur integrativen Physiologie; er beschreibt Mechanismen und ist keine Quelle für individuelle Hydratations-, Kühlungs- oder Behandlungsempfehlungen.

Evidence & guidelines

Die hier zusammengefasste integrative Physiologie basiert auf klassischen und zeitgenössischen Übersichten zur kardiovaskulären Anpassung an Hitze und Bewegung (Rowell, 1974), zur Kontrolle des Hautblutflusses (Charkoudian, 2003), zu Dehydration und Leistung (Cheuvront & Kenefick, 2014) und zu hyperthermieinduzierter Ermüdung (Nybo et al., 2014). Fachgesellschaften haben Stellungnahmen zu Bewegung und Flüssigkeitsersatz veröffentlicht (Sawka et al., 2007); solche Dokumente beschreiben die Konsenspraxis und werden hier als Referenzen und nicht als Richtlinien zitiert.

History

Die systematische Untersuchung der Trainings-Thermoregulation entwickelte sich aus der Umwelt- und Herz-Kreislauf-Physiologie der Mitte des 20. Jahrhunderts, wobei Rowells Synthese von 1974 etablierte, wie der Kreislauf die konkurrierenden Anforderungen von Muskelperfusion und Wärmeableitung in Einklang bringt. Die folgenden Jahrzehnte verfeinerten das Bild der kutanen Gefäßkontrolle, der Schweißdrüsenfunktion und der Folgen des Flüssigkeitsverlusts und integrierten sie in die moderne Darstellung, wie Menschen Training in der Hitze tolerieren und sich daran anpassen.

Key figures

• Loring B. Rowell
• Nina Charkoudian
• Michael N. Sawka
• Samuel N. Cheuvront
• Lars Nybo

Seminal works

• rowell-1974
• charkoudian-2003
• cheuvront-2014

Frequently asked questions

Warum erzeugt Sport so viel Wärme?

Die Muskelkontraktion ist nur mäßig effizient, sodass der größte Teil der durch den Stoffwechsel freigesetzten Energie als Wärme und nicht als mechanische Arbeit anfällt; bei intensivem Training kann diese Wärmebelastung um ein Vielfaches höher sein als die Ruheleistung und muss abgeführt werden, um die Kerntemperatur stabil zu halten.

Wie sind Temperaturregulierung und Flüssigkeitshaushalt miteinander verbunden?

Die Hauptmethode, mit der der trainierende Körper Wärme abgibt, ist die Verdunstung von Schweiß, und Schwitzen entzieht dem Körper Wasser; anhaltender Wärmeverlust führt daher zu Flüssigkeits- und Elektrolytverlust, wodurch die Thermoregulation direkt mit der Regulierung des Körperflüssigkeitsvolumens verbunden ist.