Regulation der Körpertemperatur

Der menschliche Organismus arbeitet bekanntlich am besten bei einer optimalen Temperatur von 37 °C. Der Körper ist jedoch ständig damit beschäftigt, diese Temperatur aufrechtzuerhalten, und zwar sowohl durch interne Prozesse (aktiver Stoffwechsel erzeugt Wärme, z. B. beim Sport) als auch durch externe Bedingungen (die Umgebungstemperatur schwankt im Laufe des Tages ständig).

Um ein solches thermisches Gleichgewicht aufrechtzuerhalten, reagiert der menschliche Körper mit homöostatischen Prozessen auf Reize.

Eine Veränderung der Körperkerntemperatur wird in der Regel durch Thermorezeptoren in der Haut festgestellt. Diese Thermorezeptoren sind spezialisierte Nervenzellen, die sich in Wärme- und Kältedetektoren unterteilen. Sie sind überall auf der Haut vorhanden, an bestimmten Stellen wie den Handflächen allerdings in höheren Konzentrationen. Es gibt etwa 3 bis 4 Mal mehr Kälterezeptoren als Wärmerezeptoren, allerdings befinden sie sich tiefer in der Dermis, während die Wärmerezeptoren näher an der Oberfläche liegen. Sobald diese Rezeptoren eine Veränderung der Körpertemperatur um mehr als 0,5 °C feststellen (der Toleranzwert beim Menschen liegt im Bereich von 36,5 bis 37,5 °C), senden sie über ihre Axone ein Signal an den Hypothalamus, das Kontrollzentrum für die Körpertemperatur im Gehirn.

Je nachdem, ob der Körper abkühlt oder sich erwärmt, reagieren verschiedene Teile des Hypothalamus auf dieses Signal der Sensoren und verhalten sich entsprechend in entgegengesetzter Weise. Bei übermäßig hohen Temperaturen löst der vordere Hypothalamus eine thermolytische Reaktion aus: Er sendet Signale, um den Körper abzukühlen. Bei kühlen Temperaturen setzt der hintere Hypothalamus Prozesse in Gang, die den Körper aufwärmen. Diese beiden Prozesse lösen unterschiedliche Reaktionsketten im Körper aus, die an verschiedene Effektoren oder an dieselben Effektoren, aber mit entgegengesetzten Botschaften, weitergeleitet werden.

Wenn sich der Körper aufheizt, kommuniziert der vordere Hypothalamus mit den ekkrinen Schweißdrüsen, um das Wasser aus der Haut (insbesondere aus der Dermis) freizusetzen, wodurch gleichzeitig ein Teil der Wärme abgegeben wird. Dieses Phänomen nennt sich Transpiration, man schwitzt. Die ekkrinen Schweißdrüsen befinden sich überall auf der menschlichen Haut, sind aber an Stellen wie den Handflächen und den Fußsohlen besonders konzentriert. Sie sind nicht mit den apokrinen Schweißdrüsen, z. B. in den Achselhöhlen, zu verwechseln. Letztere geben nämlich kein Wasser, sondern eine ölige Substanz mit unerwünschten Stoffwechselprodukten und bakteriellen Ablagerungen ab. Der vordere Hypothalamus löst auch die Gefäßerweiterung der Blutgefäße in der Nähe der Hautoberfläche aus. Durch die Vergrößerung dieser Gefäße vergrößert sich die Oberfläche der Grenzfläche zwischen Blut und Haut, wodurch mehr Wärme vom Blut an die Haut und dann an die äußere Umgebung abgegeben wird. Deshalb hat man manchmal beim Sport einen roten Kopf.

Wenn der Körper abkühlt, veranlasst der hintere Hypothalamus die Blutgefäße, sich stattdessen zu verengen. Diese Gefäßverengung begrenzt die Grenzfläche zwischen Blut und Haut und bewahrt so einen Teil der Wärme im Blutkreislauf. Der hintere Hypothalamus kontaktiert jedoch auch einen anderen Effektor, nämlich die Muskeln, damit diese sich wiederholt mit hoher Geschwindigkeit zusammenziehen und entspannen: Der Körper zittert. Der Stoffwechsel der schnellen Kontraktionen führt zu einer begleitenden Wärmeproduktion, die dann das umliegende Gewebe erwärmt.

In der Regel erreicht der Körper durch die Reaktion der Effektoren in beiden Fällen einen stabilen Zustand und ein aktives thermisches Gleichgewicht, um den Schaden für den Körper zu begrenzen. Wenn die Situation jedoch andauert, ist der Körper möglicherweise langfristig nicht in der Lage, damit umzugehen, was beispielsweise zu einem tödlichen Hitzeschlag oder einer Unterkühlung führen kann.