Wärmebildung, Wärmetransport und Kerntemperatur

Eine 74-jährige Patientin wird nach dreistündiger offener Hemikolektomie in den Aufwachraum gebracht. Das Protokoll verzeichnet zu Beginn eine axilläre Temperatur von 36,4 Grad und danach keine weitere Messung. Im Aufwachraum zittert sie heftig, die Herzfrequenz steigt auf 118 pro Minute, und das tympanale Infrarotthermometer zeigt 35,9 Grad. Die ösophageale Sonde, die kurz vor der Extubation noch lag, hatte 34,8 Grad gemessen. Drei Messwerte an drei Orten erzählen drei verschiedene Geschichten, und nur einer davon beschreibt den Zustand, auf den es ankommt: die Temperatur des Blutes, das Herz, Gehirn und Leber durchströmt. Ein Neugeborenes im Nachbarsaal verliert während der Einleitung in einem zu kühlen Raum rasch an Temperatur, obwohl es selbst Wärme bildet, weil die wichtigste Wärmequelle des Säuglings, das braune Fettgewebe, unter der Narkose weitgehend stillsteht.

Beide Situationen erklären sich aus drei Fragen, die dieses Unterkapitel beantwortet: Wo im Körper entsteht die Wärme, wie gelangt sie vom Ort ihrer Entstehung an die Oberfläche, und an welcher Stelle lässt sich die geregelte Temperatur zuverlässig ablesen? Die Wege, auf denen die Wärme den Körper über die Haut verlässt, stehen im folgenden Unterkapitel zur Wärmeabgabe, die zentrale Regelung mit ihren Schwellen im Unterkapitel zur Thermoregulation. Hier geht es um die Quelle, um das Verteilungsnetz und um das Thermometer.

Wärme ist das Endprodukt nahezu jedes Energieumsatzes. Die chemische Energie der Nährstoffe wird in den Mitochondrien in Adenosintriphosphat überführt, und jede Nutzung dieses Adenosintriphosphats, sei es für Ionenpumpen, Synthese oder Kontraktion, endet am Ende als Wärme; nur der kleine Teil, der als äußere mechanische Arbeit den Körper verlässt, entgeht dieser Bilanz. Wie die Zelle ihre Energie gewinnt, ist in der Kachel Homöostase und Zellfunktion ausgeführt, wie der Gesamtumsatz gemessen wird, im ersten Unterkapitel dieser Kachel. Für die Temperatur heißt das: Die Wärmebildung eines Organs entspricht seinem Stoffwechsel, und ein Mensch in Ruhe ist eine Wärmequelle mit einer recht konstanten Leistung. Beatmete Intensivpatienten setzten in einer kalorimetrischen Untersuchung im Mittel rund 1 800 kcal in 24 Stunden um, also etwa 75 kcal oder gut 300 kJ in jeder Stunde, die vollständig als Wärme anfallen.¹

Diese Wärme entsteht nicht gleichmäßig. In Ruhe liefern die inneren Organe von Brust- und Bauchraum, allen voran Leber, Herz, Nieren und Darm, mehr als die Hälfte der Wärme, obwohl sie nur etwa ein Drittel der Körpermasse ausmachen. Das Gehirn mit einem Anteil von nur rund 2 Prozent an der Körpermasse arbeitet mit einem so hohen spezifischen Umsatz, dass es nach Lehrbuchangaben etwa ein Sechstel der Ruhewärme beisteuert und damit weit mehr, als sein Gewicht vermuten lässt. Skelettmuskulatur und Haut dagegen, die zusammen rund die Hälfte der Körpermasse stellen, tragen in Ruhe gemeinsam nur etwa ein Fünftel bei. Der Kern des Körpers heizt, die Schale wird geheizt.

Bei körperlicher Arbeit kehrt sich dieses Verhältnis um. Die Gesamtwärmebildung steigt auf ein Mehrfaches des Ruhewerts, und der Anteil der Skelettmuskulatur wächst auf bis zu neun Zehntel, weil der Muskel die chemische Energie nur zu einem kleinen Teil in äußere Arbeit und zum weitaus größeren Teil in Wärme umsetzt. Dasselbe Prinzip nutzt der Körper, wenn er sich gegen Kälte wehrt: Kältezittern ist Muskelarbeit ohne äußere Arbeit, deren gesamte Energie als Wärme im Körper verbleibt. Eine zweite, von der Muskulatur unabhängige Quelle ist die zitterfreie Thermogenese im Fettgewebe, die in der folgenden Lektion besprochen wird. Weitere Einflussgrößen verschieben die Wärmebildung über den Gesamtumsatz: Schilddrüsenhormone, Katecholamine, Fieber, Sepsis, Verbrennung und die Nahrungsaufnahme steigern sie, Hunger, Hypothyreose und tiefe Sedierung senken sie.

Die Allgemeinanästhesie greift an fast jeder dieser Quellen gleichzeitig an. Der zerebrale Stoffwechsel sinkt, der Sympathikotonus fällt, der Muskeltonus verschwindet, und das Kältezittern wird erst durch die gesenkte Schwelle und dann durch die Relaxation verhindert. Der Körper produziert in Narkose also merklich weniger Wärme, während er zugleich seine Abwehr gegen Wärmeverlust verliert. In der Praxis heißt das: Erwarten Sie bei jedem ungewärmten Patienten in Allgemeinanästhesie einen Temperaturabfall; typisch sind 1 bis 2 Grad, wobei der erste und größte Teil durch Umverteilung vom Kern in die Peripherie entsteht.² Wenn der Patient nach der Narkose zittert, sehen Sie die zurückkehrende Wärmebildung, nicht ihren Ausfall, und das Zittern zeigt Ihnen, dass die Kerntemperatur unter der Zitterschwelle liegt.

Der Körper hat zwei Wege, die Wärmebildung gezielt zu steigern. Der erste ist das Kältezittern, eine unwillkürliche, rhythmische Aktivierung antagonistischer Muskelgruppen, die sich mechanisch gegenseitig aufheben. Es wird zentral ausgelöst, sobald die Kerntemperatur die Zitterschwelle unterschreitet, und ist die letzte Stufe der Kälteabwehr nach Verhaltensänderung und Vasokonstriktion. Kältezittern ist wirksam, aber teuer: Der Sauerstoffverbrauch steigt mit der Wärmebildung, der Muskel produziert Kohlendioxid und gegebenenfalls Laktat, und der Kreislauf muss das erhöhte Herzzeitvolumen liefern. Die Grundlagen der Muskelkontraktion und ihres Energiebedarfs stehen in der Kachel Erregung, Nerv, Muskel und autonome Regulation; die Schwellen, an denen Zittern einsetzt, im Unterkapitel zur Thermoregulation.

Der zweite Weg ist die zitterfreie Thermogenese. Ihr Ort ist das braune Fettgewebe, dessen Zellen zahlreiche Fetttröpfchen und eine ungewöhnlich große Zahl von Mitochondrien enthalten. Ein Kältereiz führt über sympathische Fasern zur Freisetzung von Noradrenalin, das an Beta-3-Adrenozeptoren der Fettzelle bindet. Die Folgen sind dreifach: Die Lipolyse wird gesteigert, die Lipoproteinlipase stellt zusätzliche Fettsäuren bereit, und die Expression des Thermogenins, auch Entkopplungsprotein 1 genannt, nimmt zu. Thermogenin ist ein Protonenkanal der inneren Mitochondrienmembran. Es lässt die Protonen, die die Atmungskette nach außen gepumpt hat, an der ATP-Synthase vorbei zurückfließen und schließt damit den Protonengradienten kurz. Die Atmungskette läuft auf Hochtouren, ohne Adenosintriphosphat zu bilden, und die gesamte Energie der Substratoxidation wird unmittelbar zu Wärme. Die Chemiosmose, deren Kurzschluss hier physiologisch genutzt wird, ist im Unterkapitel zu den Mitochondrien der Kachel Homöostase und Zellfunktion dargestellt.

Beim Neugeborenen ist dieses System die wichtigste Abwehr gegen Kälte. Das braune Fettgewebe liegt zwischen den Schulterblättern, am Hals, im Mediastinum und um die Nieren, also dort, wo die erzeugte Wärme unmittelbar in das zentrale Blut gelangt. Der Säugling braucht diese Quelle, weil er im Verhältnis zu seinem Volumen eine große Oberfläche besitzt, wenig isolierendes Unterhautfett hat und kaum wirksam zittern kann. Der Preis ist hoch: Die zitterfreie Thermogenese verbraucht Sauerstoff und Glucose, und ein kältegestresstes Neugeborenes kann darüber in Hypoxämie, Hypoglykämie und metabolische Azidose geraten.

Beim Erwachsenen galt braunes Fettgewebe lange als verschwunden. In einer Auswertung von 3 640 Untersuchungen mit Positronenemissionstomografie an 1 972 Patienten fand sich jedoch stoffwechselaktives, thermogeninpositives Fettgewebe am Hals und oberhalb der Schlüsselbeine, bei 7,5 Prozent der Frauen und 3,1 Prozent der Männer; es war mit steigendem Alter seltener und hing von der Außentemperatur und vom Körpermasseindex ab.³ Hinzu kommt das beige Fettgewebe: Weiße Fettzellen können unter Kälte und körperlicher Arbeit Thermogenin einbauen und zu wärmebildenden Zellen werden. Beteiligt sind das Muskelhormon Irisin, das der arbeitende Muskel freisetzt, und Adenosin, das als Kotransmitter sympathischer Fasern an Purinrezeptoren bindet. Für die Wärmebilanz des erwachsenen Patienten im Operationssaal spielt die zitterfreie Thermogenese dennoch nur eine untergeordnete Rolle; seine Abwehr gegen Kälte stützt sich auf Vasokonstriktion und Zittern.

Am Patienten heißt das: Behandeln Sie das Neugeborene und den jungen Säugling als Patienten ohne wirksame eigene Wärmebildung in Narkose, denn Allgemeinanästhetika unterdrücken die zitterfreie Thermogenese weitgehend. Der Operationssaal wird deshalb vor der Ankunft des Kindes aufgeheizt, Wärmestrahler und Wärmematte sind vor der Einleitung eingeschaltet, und die Temperatur wird von Beginn an gemessen. Das Modul Kinderanästhesie führt dies in der Einheit Monitoring und Temperaturmanagement aus. Beim Erwachsenen erkennen Sie die gesteigerte Wärmebildung am Zittern und an den Begleitzeichen: steigendem Sauerstoffverbrauch, steigendem endexspiratorischem Kohlendioxid und Tachykardie. Bei einem Patienten mit koronarer Herzkrankheit ist das kein harmloses Nachspiel der Narkose, sondern eine Belastung des Myokards.

Der Mensch ist gleichwarm, aber nur im Inneren. Konstant gehalten wird die Temperatur der Körperhöhlen mit Gehirn, Herz, Lunge und den Organen des Bauchraums; dieser Bereich heißt Kern. Normalerweise wird seine Temperatur auf wenige Zehntelgrad genau geregelt, und die Abwehr gegen Abweichungen besteht aus Schwitzen, Vasokonstriktion der arteriovenösen Shunts und Kältezittern.² Wie eng die Regelung ist, zeigt der Abstand zwischen der Schwelle für das Schwitzen und der Schwelle für die Vasokonstriktion, der bei Probandinnen und Probanden nur etwa 0,2 Grad betrug.⁴ Gliedmaßen, Haut und Unterhaut dagegen verhalten sich weitgehend wechselwarm; ihre Temperatur folgt der Umgebung und dem Gefäßtonus. Dieser äußere Bereich heißt Schale. Die Kerntemperatur schwankt im Tagesverlauf um einige Zehntelgrad mit einem Minimum in den frühen Morgenstunden und einem Maximum am späten Nachmittag, und sie ist in der zweiten Zyklushälfte der Frau leicht erhöht; beides sind Verstellungen des Sollwerts, keine Regelfehler.

Die Grenze zwischen Kern und Schale ist keine anatomische Linie, sondern eine funktionelle, und sie verschiebt sich. In warmer Umgebung sind die Hautgefäße weit, warmes Blut erreicht die Peripherie, und der Kern dehnt sich bis in die Gliedmaßen aus; die Schale ist dünn. In kühler Umgebung verengen sich die Gefäße der Haut und der Extremitäten, die Peripherie kühlt ab, und die Schale wächst, bis sie beim frierenden Menschen einen großen Teil der Arme und Beine umfasst. Diese vergrößerte Schale ist kein Versagen, sondern Absicht: Kühles Gewebe mit wenig Durchblutung ist ein guter Isolator, und die Extremitäten werden zu einem Mantel, der den Kern schützt. Der Preis ist ein Wärmedefizit, das in der Schale gespeichert ist und erst wieder aufgefüllt werden muss, bevor sich die Peripherie normalisiert.

Das Modell erklärt den ersten und steilsten Temperaturabfall nach der Narkoseeinleitung. Der wache Patient im kühlen Vorbereitungsraum hat eine große, kalte Schale, die sein Kern durch Vasokonstriktion auf Abstand hält. Die Anästhetika heben diese Vasokonstriktion auf, das Tor zwischen Kern und Schale öffnet sich, und Wärme fließt aus dem Kern in die Peripherie. Die Gesamtwärme des Körpers ändert sich dabei zunächst kaum, aber sie wird anders verteilt, und die Kerntemperatur fällt. In einer Untersuchung an Probanden sank die Kerntemperatur in der ersten Stunde nach Einleitung um 1,6 Grad, und 81 Prozent dieses Abfalls gingen auf die Umverteilung von Wärme in die Extremitäten zurück.⁵ Die drei Phasen der perioperativen Hypothermie und die Wirkung der Anästhetika auf die Schwellen stehen im Unterkapitel zur Thermoregulation.

Für die Praxis folgt daraus zweierlei. Erstens: Eine warme Hand und ein warmer Fuß zeigen Ihnen eine kleine Schale und offene Gefäße, kalte Akren eine große Schale und Vasokonstriktion. Das Gefälle zwischen Kern und Peripherie ist deshalb ein brauchbares klinisches Zeichen für den Gefäßtonus, im Schock ebenso wie beim auskühlenden Patienten. Zweitens: Wer die Schale vor der Einleitung auffüllt, nimmt der Umverteilung ihr Gefälle. Das ist die physiologische Begründung des Vorwärmens, dessen Wirksamkeit im Unterkapitel zur Wärmeabgabe belegt wird. Erkennen Sie den Fehler daran, dass ein Patient mit eiskalten Händen in die Einleitung geht und die Kerntemperatur in der ersten halben Stunde deutlich fällt, obwohl der Wärmeverlust nach außen noch gering ist.

Gewebe leitet Wärme schlecht. Muskulatur und besonders Fettgewebe wirken eher wie eine Dämmschicht als wie ein Leiter, und über reine Wärmeleitung würde die im Rumpf gebildete Wärme die Haut nur sehr langsam erreichen. Der innere Wärmestrom vom Kern zur Oberfläche ist deshalb fast vollständig ein Transport durch das strömende Blut. Blut nimmt die Wärme in den Organen auf, in denen sie entsteht, verteilt sie im ganzen Kern und trägt sie in die Haut, wo sie nach außen abgegeben wird. Die transportierte Wärmemenge hängt von drei Größen ab: vom Blutfluss durch die Haut, vom Temperaturunterschied zwischen dem ankommenden Blut und der Haut und von der Wärmekapazität des Blutes. Die dritte Größe ist konstant, die zweite setzt voraus, dass die Haut kühler ist als der Kern, und die erste ist das eigentliche Stellglied. Die Hautdurchblutung lässt sich um ein Vielfaches steigern oder bis auf einen kleinen Rest drosseln, und mit ihr ändert sich der innere Wärmestrom in derselben Größenordnung.

Das wichtigste Werkzeug dieser Steuerung sind die arteriovenösen Anastomosen. Es sind kurze, dickwandige Kurzschlussgefäße zwischen Arteriolen und Venolen, die vor allem in Fingern, Zehen, Ohren, Nase und Lippen liegen. Sie dienen nicht der Ernährung des Gewebes, sondern allein dem Wärmetransport: Offen leiten sie große Mengen warmen Blutes in den dichten venösen Plexus unter der Haut, geschlossen sperren sie diesen Weg fast vollständig. Gesteuert werden sie durch sympathische noradrenerge Fasern über Alpha-1-Rezeptoren, und ihr Verschluss ist die erste autonome Abwehr gegen Kälte. Weil sie in wenigen Minuten öffnen und schließen, sind sie schneller als jede Änderung der Wärmebildung. In der Narkose fällt der sympathische Tonus weg, die Anastomosen öffnen sich, und gerade diese Öffnung ist der Motor der Umverteilung.

Eine zweite, stille Anpassung liegt in der Anordnung der Gefäße selbst. In den Extremitäten verlaufen die großen Arterien eng neben ihren tiefen Begleitvenen. Das warme arterielle Blut, das zur Hand oder zum Fuß strömt, gibt auf seinem Weg einen Teil seiner Wärme an das kalte venöse Blut ab, das in der Gegenrichtung zum Herzen zurückfließt. Das arterielle Blut erreicht die Peripherie deshalb bereits vorgekühlt und verliert dort weniger Wärme, während das venöse Blut vorgewärmt in den Rumpf zurückkehrt. Die Wärme bleibt so im proximalen Teil der Extremität gefangen, und das Temperaturgefälle entlang des Armes oder Beines wird steiler. Dieser Gegenstromaustausch ist bei niedriger Durchblutung besonders wirksam, weil das langsam fließende Blut mehr Zeit für den Austausch hat.

Bei Wärmebelastung schaltet der Körper diesen Austauscher gezielt ab. Mit der Vasodilatation steigt die Flussgeschwindigkeit, und die Kontaktzeit für den Austausch sinkt; zusätzlich wird der venöse Rückstrom aus den tiefen Begleitvenen in die oberflächlichen Hautvenen umgeleitet, die fern von den Arterien direkt unter der Haut liegen. Das warme Blut kehrt dann über die Oberfläche zurück und gibt auf dem ganzen Weg Wärme ab. Die sichtbar gefüllten Hautvenen am Unterarm nach körperlicher Anstrengung sind das äußere Zeichen dieser Umschaltung.

Praktisch bedeutet das: Die Peripherie eines vasokonstringierten Patienten ist thermisch weitgehend vom Kern abgekoppelt. Eine Wärmedecke auf kalter Haut erwärmt dann zunächst die Schale, und die Wärme erreicht den Kern erst, wenn sich die Gefäße öffnen; bei einem zentralisierten Patienten im Schock oder in tiefer Hypothermie ist aktive Oberflächenwärmung deshalb langsam. Rechnen Sie außerdem damit, dass kalte, vasokonstringierte Finger das Signal der Pulsoxymetrie verschlechtern, und wählen Sie bei unzuverlässiger Kurve einen zentraleren Messort wie Ohrläppchen oder Stirn, statt die Kurve als Messwert zu übernehmen.

Die Haut ist nur eines von mehreren Organen, die um das Herzzeitvolumen konkurrieren, und ihr Anspruch ist ein besonderer: Sie braucht Blut nicht für den eigenen Stoffwechsel, sondern für den Wärmetransport. In Ruhe erhält die Haut nur einen kleinen Teil des Herzzeitvolumens, während Magen-Darm-Trakt, Nieren, Skelettmuskulatur und Gehirn die größten Anteile beanspruchen. Unter körperlicher Belastung steigt das Herzzeitvolumen auf ein Mehrfaches, der größte Teil fließt in die arbeitende Muskulatur, Magen-Darm-Trakt und Nieren werden durch sympathische Vasokonstriktion gedrosselt, und die absolute Hirndurchblutung bleibt annähernd gleich. Die Hautdurchblutung nimmt mit der steigenden Kerntemperatur zu, denn die im Muskel gebildete Wärme muss den Körper wieder verlassen.

Aus dieser Konkurrenz entsteht ein Konflikt, sobald Leistung und Wärme gleichzeitig verlangt werden. Bei Arbeit in heißer Umgebung brauchen Muskulatur und Haut zugleich große Blutmengen; das Herzzeitvolumen muss beide versorgen, und die weit gestellten Hautvenen nehmen dabei ein erhebliches Blutvolumen auf, das dem zentralen Kreislauf als Vorlast fehlt. Kommt ein Volumenverlust durch Schwitzen hinzu, sinkt das Schlagvolumen, und der Körper muss wählen: Hält er den Blutdruck, drosselt er die Hautdurchblutung und riskiert die Überhitzung; hält er die Wärmeabgabe, riskiert er den Kreislaufkollaps. Der Hitzekollaps beim Stehen in der Wärme und der Hitzschlag bei Anstrengung sind die beiden Enden dieses Konflikts. Beim Hitzschlag liegt die Kerntemperatur über 40 Grad bei neurologischen Zeichen, und die Behandlung besteht in rascher Kühlung bis unter 39 Grad, am wirksamsten im Kalt- oder Eiswasserbad vom Hals abwärts.⁶

Derselbe Konflikt hat eine klinische Spiegelseite. Ein fiebernder Patient mit Sepsis braucht mehr Herzzeitvolumen für den gesteigerten Stoffwechsel und zugleich mehr Hautdurchblutung für die Wärmeabgabe, während Vasoplegie und Kapillarleck die Vorlast mindern. Ein Patient, der nach langer Hypothermie wiedererwärmt wird, öffnet seine Hautgefäße und verlagert Volumen in die Peripherie; der Blutdruck fällt, obwohl kein Blut verloren gegangen ist. Und ein Patient mit eingeschränkter kardialer Reserve verträgt beides schlechter, weil er das zusätzlich geforderte Herzzeitvolumen nicht aufbringen kann. Die Regelung des Kreislaufs mit ihren Stellgrößen ist in der Kachel Physiologie von Atmung und Kreislauf dargestellt.

Am Patienten heißt das: Behandeln Sie Wärme und Kreislauf als ein gekoppeltes System. Wenn Sie einen hypothermen Patienten aktiv wiedererwärmen, halten Sie Volumen und Vasopressor bereit, denn mit der Öffnung der Hautgefäße sinkt die Vorlast. Wenn ein Patient mit Fieber tachykard und hypoton wird, bedenken Sie, dass ein Teil des Herzzeitvolumens der Wärmeabgabe dient. Den Fehler erkennen Sie daran, dass der Blutdruck während einer scheinbar erfolgreichen Wiedererwärmung fällt und dies als neue Komplikation gedeutet wird, obwohl es die erwartete Folge der Vasodilatation ist.

Eine Temperatur ist nur so gut wie der Ort, an dem sie gemessen wird. Der Bezugswert für die Kerntemperatur ist die Temperatur des Blutes in der Pulmonalarterie, in der sich das venöse Blut aller Körperregionen mischt. Diesen Ort erreichen Sie nur mit einem Pulmonaliskatheter, im Alltag also fast nie, und alle anderen Messorte sind Näherungen an diesen Wert. Eine gute Näherung liegt dort, wo ein gut durchbluteter Teil des Kerns nahe an der Sonde liegt und wenig äußere Störgrößen einwirken. Als zuverlässige Messorte der Kerntemperatur gelten der Ösophagus, der Nasopharynx, der Mund und die Harnblase.² Bei Allgemeinanästhesien über 30 Minuten soll die Temperatur gemessen werden.⁷

Die deutsche Leitlinie zur Vermeidung perioperativer Hypothermie legt die Orte fest: Gemessen werden soll sublingual, oro- oder nasopharyngeal, ösophageal, in der Harnblase, mit einem Kontaktsensor am Trommelfell oder mit einem Zero-Heat-Flux-Sensor an der Stirn, und zwar kontinuierlich oder mindestens alle 15 Minuten; die rektale Messung ist perioperativ ungeeignet, und Infrarotmessungen im Ohr sowie die Messung in der Achsel sollen nicht verwendet werden.⁸ Die ösophageale Sonde liegt am besten im unteren Drittel des Ösophagus hinter dem linken Vorhof, wo sie das Blut des Herzens misst; liegt sie zu hoch, erfasst sie die Temperatur der Atemgase. Die nasopharyngeale Sonde misst die Temperatur nahe der Arteria carotis interna, die Blasensonde die Temperatur des Urins, und sie wird träge, wenn die Diurese versiegt. Die rektale Temperatur folgt raschen Änderungen mit Verzögerung und wird durch Stuhl und Darmflora verfälscht.

Periphere Thermometer sind bequem, aber für Entscheidungen zu ungenau. Eine Metaanalyse aus 75 Studien mit 8 682 Patienten fand für Infrarotmessung am Trommelfell, Schläfenarterienthermometer, Achsel und Mund Übereinstimmungsgrenzen außerhalb des klinisch Akzeptablen, besonders bei Fieber und bei Hypothermie; die Sensitivität für Fieber betrug nur 64 Prozent bei einer Spezifität von 96 Prozent.⁹ Ein normaler Wert mit einem peripheren Thermometer schließt Fieber oder Hypothermie also nicht aus. Auch der Zero-Heat-Flux-Sensor, der an der Stirn durch eine beheizte Messfläche einen isothermen Kanal zum Kern erzeugt, ist kein Ersatz für eine Referenzmessung: Im Mittel wich er in einer Metaanalyse aus 16 Studien mit 952 Patienten nur um 0,03 Grad ab, aber die Übereinstimmungsgrenzen reichten von minus 0,93 bis plus 0,98 Grad, also etwa plus minus ein Grad im Einzelfall.¹⁰

Außerhalb des Operationssaals verschiebt sich die Wahl. Beim spontan atmenden Patienten mit akzidenteller Hypothermie empfiehlt die Reanimationsleitlinie die tympanale Messung mit geeigneter Sonde, beim intubierten die ösophageale.⁶ Auf der Intensivstation ist die Blasentemperatur beim katheterisierten Patienten mit erhaltener Diurese der praktische Standard. Am Patienten heißt das: Legen Sie bei jeder Allgemeinanästhesie über 30 Minuten eine Sonde an einen Kernmessort und dokumentieren Sie den Wert fortlaufend. Wählen Sie bei Regionalanästhesie, wo keine Sonde im Ösophagus liegen kann, einen Zero-Heat-Flux-Sensor oder die sublinguale Messung, und wiederholen Sie die Messung, bevor Sie auf einen einzelnen Grenzwert hin handeln. Den Fehler erkennen Sie an der Diskrepanz zwischen einem normalen Messwert und einem zitternden, vasokonstringierten Patienten; in dieser Lage misst das Thermometer die Schale, nicht den Kern.

Stellen Sie sich den Körper als Heizkraftwerk mit einem Fernwärmenetz vor. Das Kraftwerk steht im Rumpf und im Kopf: Leber, Herz, Nieren, Darm und Gehirn laufen ununterbrochen und liefern die Grundlast. Bei Bedarf schaltet ein Zusatzkessel zu, das Kältezittern der Muskulatur, und beim Neugeborenen ein zweiter, das braune Fettgewebe. Das Wasser im Netz ist das Blut; es nimmt die Wärme im Kraftwerk auf und trägt sie zu den Heizkörpern der Haut. Die arteriovenösen Anastomosen sind die Ventile vor diesen Heizkörpern, und der Gegenstromaustausch zwischen Arterie und Begleitvene ist ein Wärmetauscher in der Leitung, der die Wärme im Netz hält, solange der Durchfluss gering ist.

In diesem Bild ist der Kern das Netz, dessen Temperatur konstant sein soll, und die Schale ist das, was hinter geschlossenen Ventilen liegt und auskühlen darf. Die Allgemeinanästhesie drosselt das Kraftwerk, schaltet die Zusatzkessel ab und reißt gleichzeitig alle Ventile auf. Heißes Wasser strömt in die kalten Heizkörper der Peripherie, die Vorlauftemperatur fällt, und zwar lange bevor nennenswert Wärme das Gebäude verlassen hat. Das ist die Umverteilung. Erst danach bestimmen die Wärmeverluste nach außen den weiteren Verlauf.

Das Thermometer schließlich gehört in den Vorlauf und nicht an einen Heizkörper. Eine Sonde im Ösophagus, im Nasopharynx oder in der Pulmonalarterie misst die Temperatur des Netzes; ein Infrarotthermometer am Ohr oder ein Fühler in der Achsel misst einen Heizkörper, dessen Temperatur vom Ventil abhängt. Wer das Modell im Kopf hat, fragt bei jedem Temperaturwert zuerst, wo er gemessen wurde, und bei jeder kalten Hand, ob das Ventil geschlossen ist oder das Netz kalt.

Was verändert die Anästhesie?

• Allgemeinanästhetika senken die Wärmebildung über den geringeren zerebralen Umsatz, den gedämpften Sympathikus und den Wegfall des Muskeltonus; Muskelrelaxanzien verhindern zusätzlich jedes Kältezittern.
• Die Aufhebung der Vasokonstriktion öffnet die arteriovenösen Anastomosen und leitet Wärme aus dem Kern in die Schale; der erste und größte Teil des Temperaturabfalls entsteht so durch Umverteilung und nicht durch Verlust nach außen.⁵
• Beim Neugeborenen und Säugling unterdrücken Anästhetika die zitterfreie Thermogenese im braunen Fettgewebe und nehmen damit die wichtigste eigene Wärmequelle.
• Neuraxiale Verfahren heben Vasokonstriktion und Zittern im blockierten Gebiet auf; die Schale der unteren Körperhälfte wird zum Wärmespeicher, der den Kern entleert, während das Thermometer oft gar nicht liegt.
• Nach der Narkose kehren Vasokonstriktion und Zittern zurück; Zittern steigert den Sauerstoffverbrauch und das Herzzeitvolumen und belastet Patienten mit geringer kardialer Reserve.

Wann wird diese Physiologie klinisch sichtbar?

• Temperaturabfall in der ersten Stunde nach Einleitung trotz geringer äußerer Verluste, besonders bei Patienten, die mit kalten Händen und Füßen in den Operationssaal kommen.
• Diskrepanz der Messwerte zwischen Achsel oder Infrarotohrthermometer und einer ösophagealen oder nasopharyngealen Sonde, typisch bei Vasokonstriktion und bei Hypothermie.
• Auskühlung des Neugeborenen in kühler Umgebung während Einleitung und Lagerung, mit Hypoglykämie und metabolischer Azidose als Folgen des Kältestresses.
• Blutdruckabfall bei Wiedererwärmung nach Hypothermie, wenn sich die Hautgefäße öffnen und Volumen in die Peripherie verlagern.
• Hitzschlag und Hitzekollaps bei Arbeit in Wärme, wenn Muskulatur und Haut zugleich Herzzeitvolumen verlangen und der Kreislauf zwischen Druck und Wärmeabgabe wählen muss.
• Kalte Akren im Schock als Zeichen der Vasokonstriktion, bei denen die Pulsoxymetrie an den Fingern unzuverlässig wird und die Oberflächenwärmung den Kern nur langsam erreicht.

• Die Wärme komme vor allem aus der Muskulatur. In Ruhe liefern die inneren Organe und das Gehirn den weitaus größten Teil; die Muskulatur dominiert nur bei Arbeit und beim Kältezittern.
• Der Temperaturabfall nach Einleitung sei ein Wärmeverlust nach außen. Der erste und größte Teil ist Umverteilung vom Kern in die Schale bei nahezu unveränderter Gesamtwärme; der Verlust nach außen bestimmt erst den späteren Verlauf.
• Braunes Fettgewebe spiele beim Erwachsenen keine Rolle, beim Kind sei es unter Narkose ein verlässlicher Schutz. Beim Erwachsenen ist es in geringer Menge nachweisbar, beim Säugling ist es die wichtigste Quelle, wird aber gerade von den Anästhetika unterdrückt.
• Eine warme Decke erwärme den Kern unmittelbar. Solange die Gefäße eng sind, erwärmt sie zunächst die Schale; die Wärme erreicht den Kern erst über geöffnete Anastomosen und steigende Hautdurchblutung.
• Jedes Thermometer messe die Körpertemperatur. Periphere Thermometer messen die Schale und liegen im Einzelfall so weit daneben, dass Fieber und Hypothermie übersehen werden; nur Kernmessorte eignen sich für Entscheidungen.

Merksätze

• In Ruhe heizen Rumpforgane und Gehirn, bei Arbeit und beim Zittern die Muskulatur. Die Narkose drosselt beides.
• Der Kern wird auf wenige Zehntelgrad genau geregelt, die Schale darf auskühlen. Ihre Größe hängt vom Gefäßtonus ab.
• Wärme wandert mit dem Blut. Arteriovenöse Anastomosen und Gegenstromaustausch entscheiden, wie viel davon die Haut erreicht.
• Der erste Temperaturabfall nach Einleitung ist Umverteilung, nicht Verlust. Wer die Schale vorher füllt, verhindert ihn.
• Gemessen wird am Kern: Ösophagus, Nasopharynx, Harnblase, sublingual oder Zero-Heat-Flux; Achsel und Infrarotohr sind für Entscheidungen ungeeignet.

Aufgaben