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42. Hitze und Kälte

Kapitel-Editor:  Jean-Jacques Vogt


 

Inhaltsverzeichnis 

Abbildungen und Tabellen

Physiologische Reaktionen auf die thermische Umgebung
W. Larry Kenney

Auswirkungen von Hitzestress und Arbeit in der Hitze
Bodil Nielsen

Hitzestörungen
Tokuo Ogawa

Prävention von Hitzestress
Sarah A. Nunneley

Die physikalischen Grundlagen der Hitzearbeit
Jacques Malchaire

Bewertung von Hitzestress und Hitzestress-Indizes
Kenneth C. Parsons

     Fallstudie: Wärmeindizes: Formeln und Definitionen

Wärmeaustausch durch Kleidung
Wouter A. Lotens

     Formeln und Definitionen

Kalte Umgebungen und kalte Arbeit
Ingvar Holmer, Per-Ola Granberg und Goran Dahlström

Vermeidung von Kältestress bei extremen Außenbedingungen
Jacques Bittel und Gustave Savourey

Kalte Indizes und Standards
Ingvar Holmer

Tische

Klicken Sie unten auf einen Link, um die Tabelle im Artikelkontext anzuzeigen.

1. Elektrolytkonzentration in Blutplasma und Schweiß
2. Hitzestressindex und zulässige Expositionszeiten: Berechnungen
3. Interpretation der Hitzestressindexwerte
4. Anhaltswerte für Kriterien der thermischen Belastung & Dehnung
5. Modell mit Herzfrequenz zur Beurteilung von Hitzestress
6. WBGT-Referenzwerte
7. Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen
8. Berechnung des SWreq-Index & Bewertungsverfahren: Gleichungen
9. Beschreibung der in ISO 7933 (1989b) verwendeten Begriffe
10 WBGT-Werte für vier Arbeitsphasen
11 Basisdaten für die analytische Bewertung nach ISO 7933
12 Analytische Bewertung nach ISO 7933
13 Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen
14 Dauer von unkompensiertem Kältestress und damit verbundenen Reaktionen
15 Hinweis auf zu erwartende Wirkungen bei leichter und schwerer Kälteeinwirkung
16 Körpergewebetemperatur und körperliche Leistungsfähigkeit des Menschen
17 Menschliche Reaktionen auf Abkühlung: Indikative Reaktionen auf Hypothermie
18 Gesundheitsempfehlungen für Personal, das Kältestress ausgesetzt ist
19 Konditionierungsprogramme für kälteexponierte Arbeiter
20 Prävention & Linderung von Kältestress: Strategien
21 Strategien & Maßnahmen bezogen auf spezifische Faktoren & Ausstattung
22 Allgemeine Anpassungsmechanismen an Kälte
23 Anzahl der Tage, an denen die Wassertemperatur unter 15 ºC liegt
24 Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen
25 Schematische Einteilung der Kaltarbeit
26 Klassifizierung der Stoffwechselrate
27 Beispiele für grundlegende Isolationswerte von Kleidung
28 Klassifizierung des thermischen Widerstands gegen Abkühlung von Handschuhen
29 Klassifizierung des thermischen Kontaktwiderstands von Handschuhen
30 Windchill-Index, Temperatur und Gefrierzeit von exponiertem Fleisch
31 Kühlende Kraft des Windes auf exponiertem Fleisch

Zahlen

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Der Mensch lebt sein ganzes Leben in einem sehr kleinen, streng geschützten Bereich der Körpertemperatur. Die maximalen Toleranzgrenzen für lebende Zellen reichen von etwa 0ºC (Eiskristallbildung) bis etwa 45ºC (thermische Koagulation von intrazellulären Proteinen); Menschen können jedoch nur für sehr kurze Zeit Innentemperaturen unter 35 ° C oder über 41 ° C vertragen. Um die Innentemperatur innerhalb dieser Grenzen zu halten, haben Menschen sehr effektive und in einigen Fällen spezialisierte physiologische Reaktionen auf akute thermische Belastungen entwickelt. Diese Reaktionen – die dazu bestimmt sind, die Erhaltung, Produktion oder Abgabe von Körperwärme zu erleichtern – beinhalten die fein kontrollierte Koordination mehrerer Körpersysteme.

Thermisches Gleichgewicht des Menschen

Die mit Abstand größte Wärmequelle, die dem Körper zugeführt wird, resultiert aus der metabolischen Wärmeproduktion (M). Selbst bei maximaler mechanischer Effizienz werden 75 bis 80 % der Energie, die für Muskelarbeit benötigt wird, als Wärme freigesetzt. In Ruhe ist eine Stoffwechselrate von 300 ml O2 pro Minute entsteht eine Wärmebelastung von ca. 100 Watt. Bei stationärer Arbeit bei einem Sauerstoffverbrauch von 1 l/min werden ca. 350 W Wärme erzeugt – abzüglich der Energie für externe Arbeit (B). Selbst bei einer so leichten bis mäßigen Arbeitsintensität würde die Körperkerntemperatur alle 15 min um etwa ein Grad Celsius steigen, wäre da nicht eine effiziente Wärmeableitung. Tatsächlich können sehr fitte Personen Wärme von über 1,200 W für 1 bis 3 Stunden ohne Hitzeschäden erzeugen (Gisolfi und Wenger 1984).

Wärme kann auch über Strahlung aus der Umgebung gewonnen werden (R) und Konvektion (C) wenn die Erdkugeltemperatur (ein Maß für Strahlungswärme) bzw. die Lufttemperatur (Trockentemperatur) die Hauttemperatur übersteigt. Diese Wege des Wärmegewinns sind typischerweise relativ klein M, und werden tatsächlich zu Wegen des Wärmeverlusts, wenn der Wärmegradient von Haut zu Luft umgekehrt wird. Der letzte Weg für Wärmeverlust – Verdunstung (E)– ist typischerweise auch der wichtigste, da die latente Verdampfungswärme von Schweiß hoch ist – etwa 680 Wh/l verdunsteter Schweiß. Diese Beziehungen werden an anderer Stelle in diesem Kapitel erörtert.

Unter kühlen bis thermoneutralen Bedingungen wird der Wärmegewinn durch den Wärmeverlust ausgeglichen, es wird keine Wärme gespeichert und die Körpertemperatur gleicht sich aus; das ist:

M–W ± R ± C–E = 0

Bei stärkerer Hitzeeinwirkung jedoch:

M–W ± R ± C >E

und Wärme wird gespeichert. Insbesondere schwere Arbeit (hoher Energieaufwand, der ansteigt M–W), zu hohe Lufttemperaturen (die ansteigen R+C), hohe Luftfeuchtigkeit (die begrenzt E) und das Tragen von dicker oder relativ undurchlässiger Kleidung (die eine effektive Schweißverdunstung verhindert) schaffen ein solches Szenario. Schließlich, wenn das Training verlängert wird oder die Flüssigkeitszufuhr unzureichend ist, E kann durch die eingeschränkte Fähigkeit des Körpers zur Schweißsekretion (kurzzeitig 1 bis 2 l/h) übertroffen werden.

Körpertemperatur und ihre Kontrolle

Um die physiologischen Reaktionen auf Hitze und Kälte zu beschreiben, wird der Körper in zwei Komponenten unterteilt – den „Kern“ und die „Hülle“. Kerntemperatur (Tc) stellt die innere oder tiefe Körpertemperatur dar und kann oral, rektal oder in Laborumgebungen in der Speiseröhre oder auf dem Trommelfell (Trommelfell) gemessen werden. Die Temperatur der Schale wird durch die mittlere Hauttemperatur (Tsk). Die durchschnittliche Körpertemperatur (Tb) zu jeder Zeit ist ein gewichtetes Gleichgewicht zwischen diesen Temperaturen, das heißt

 

Tb = k Tc + (1– k) Tsk

wo der Gewichtungsfaktor k variiert von etwa 0.67 bis 0.90.

Bei Herausforderungen der thermischen Neutralität (Hitze- oder Kältebelastung) strebt der Körper nach Kontrolle Tc durch physiologische Anpassungen und Tc liefert das wichtigste Feedback an das Gehirn, um diese Kontrolle zu koordinieren. Während die lokale und mittlere Hauttemperatur wichtig sind, um sensorischen Input zu liefern, Tsk variiert stark mit der Umgebungstemperatur, beträgt im Durchschnitt etwa 33 ºC bei Thermoneutralität und erreicht 36 bis 37 ºC unter Bedingungen schwerer Arbeit in der Hitze. Bei Ganzkörper- und lokaler Kälteeinwirkung kann sie stark absinken; Tastsinn tritt zwischen 15 und 20 ºC auf, während die kritische Temperatur für manuelle Geschicklichkeit zwischen 12 und 16 ºC liegt. Die oberen und unteren Schmerzschwellenwerte für Tsk sind ca. 43 ºC bzw. 10 ºC.

Präzise Mapping-Studien haben den Ort der größten thermoregulatorischen Kontrolle in einem Bereich des Gehirns lokalisiert, der als präoptischer/anteriorer Hypothalamus (POAH) bekannt ist. In dieser Region befinden sich Nervenzellen, die sowohl auf Erwärmung (wärmeempfindliche Neuronen) als auch auf Abkühlung (kälteempfindliche Neuronen) reagieren. Dieser Bereich dominiert die Kontrolle der Körpertemperatur, indem er afferente sensorische Informationen über die Körpertemperatur empfängt und über das autonome Nervensystem efferente Signale an die Haut, die Muskeln und andere an der Temperaturregulierung beteiligte Organe sendet. Andere Bereiche des Zentralnervensystems (hinterer Hypothalamus, Formatio reticularis, Pons, Medulla und Rückenmark) bilden aufsteigende und absteigende Verbindungen mit dem POAH und dienen einer Vielzahl von unterstützenden Funktionen.

Das Regelsystem des Körpers ist analog zur thermostatischen Temperaturregelung in einem Haus mit sowohl Heiz- als auch Kühlmöglichkeiten. Wenn die Körpertemperatur über einen theoretischen „Sollwert“ ansteigt, werden Effektorreaktionen in Verbindung mit Abkühlung (Schwitzen, Erhöhung der Hautdurchblutung) eingeschaltet. Wenn die Körpertemperatur unter den Sollwert fällt, werden Wärmegewinnreaktionen (verringerte Hautdurchblutung, Zittern) eingeleitet. Im Gegensatz zu Heiz-/Kühlsystemen für Wohnungen arbeitet das menschliche Thermoregulations-Steuersystem jedoch nicht als einfaches Ein-Aus-System, sondern hat auch proportionale Steuer- und Änderungsraten-Steuereigenschaften. Es sollte beachtet werden, dass eine „Solltemperatur“ nur theoretisch existiert und daher nützlich ist, um diese Konzepte zu visualisieren. Es muss noch viel Arbeit geleistet werden, um die mit dem thermoregulatorischen Sollwert verbundenen Mechanismen vollständig zu verstehen.

Unabhängig von seiner Grundlage ist der Sollwert relativ stabil und wird durch Arbeits- oder Umgebungstemperatur nicht beeinflusst. Tatsächlich ist die einzige akute Störung, von der bekannt ist, dass sie den Sollwert verschiebt, die Gruppe der endogenen Pyrogene, die an der Fieberreaktion beteiligt sind. Die vom Körper eingesetzten Effektorreaktionen zur Aufrechterhaltung des thermischen Gleichgewichts werden als Reaktion auf einen „Belastungsfehler“, d. h. eine Körpertemperatur, die vorübergehend über oder unter dem Sollwert liegt, initiiert und gesteuert (Abbildung 1). Eine Kerntemperatur unter dem Sollwert erzeugt einen negativen Belastungsfehler, was zu einer Wärmezunahme (Zittern, Vasokonstriktion der Haut) führt. Eine Kerntemperatur über dem Sollwert erzeugt einen positiven Belastungsfehler, der dazu führt, dass Wärmeverlusteffektoren (Hautvasodilatation, Schwitzen) eingeschaltet werden. In jedem Fall verringert die resultierende Wärmeübertragung den Belastungsfehler und trägt dazu bei, die Körpertemperatur wieder in einen stabilen Zustand zu bringen.

Abbildung 1. Ein Modell der Thermoregulation im menschlichen Körper.

HEA030F1

Temperaturregulierung in der Hitze

Wie oben erwähnt, geben Menschen Wärme hauptsächlich durch eine Kombination aus Trocken- (Strahlung und Konvektion) und Verdunstungsmitteln an die Umgebung ab. Um diesen Austausch zu erleichtern, werden zwei primäre Effektorsysteme aktiviert und reguliert – Hautvasodilatation und Schwitzen. Während die Vasodilatation der Haut oft zu einem kleinen Anstieg des Trockenwärmeverlusts (Strahlung und Konvektion) führt, dient sie hauptsächlich dazu, Wärme vom Kern auf die Haut zu übertragen (innere Wärmeübertragung), während die Verdunstung von Schweiß ein äußerst wirksames Mittel zur vorherigen Kühlung des Blutes darstellt bis zu seiner Rückkehr in das tiefe Körpergewebe (externe Wärmeübertragung).

Vasodilatation der Haut

Die vom Kern auf die Haut übertragene Wärmemenge ist eine Funktion der Hautdurchblutung (SkBF), des Temperaturgradienten zwischen Kern und Haut und der spezifischen Wärme des Blutes (etwas weniger als 4 kJ/°C pro Liter). Blut). Im Ruhezustand in einer thermoneutralen Umgebung wird die Haut mit etwa 200 bis 500 ml/min durchblutet, was nur 5 bis 10 % des gesamten vom Herzen gepumpten Blutes (Herzzeitvolumen) entspricht. Aufgrund des 4ºC-Gefälles dazwischen Tc (ca. 37ºC) und Tsk (ca. 33 °C unter solchen Bedingungen) wird die vom Körper zur Lebenserhaltung produzierte Stoffwechselwärme ständig zur Ableitung an die Haut konvektiert. Im Gegensatz dazu ist unter Bedingungen starker Hyperthermie, wie hochintensiver Arbeit in heißen Bedingungen, der Kern-zu-Haut-Wärmegradient kleiner, und die notwendige Wärmeübertragung wird durch große Erhöhungen von SkBF erreicht. Unter maximaler Hitzebelastung kann SkBF 7 bis 8 l/min erreichen, etwa ein Drittel des Herzzeitvolumens (Rowell 1983). Dieser hohe Blutfluss wird durch einen kaum verstandenen Mechanismus erreicht, der einzigartig für den Menschen ist und als „aktives Vasodilatatorsystem“ bezeichnet wird. Aktive Vasodilatation beinhaltet sympathische Nervensignale vom Hypothalamus zu den Hautarteriolen, aber der Neurotransmitter wurde nicht bestimmt.

Wie oben erwähnt, reagiert SkBF in erster Linie auf Erhöhungen von Tc und in geringerem Maße Tsk. Tc steigt an, wenn die Muskelarbeit beginnt und die metabolische Wärmeproduktion beginnt, und sobald ein Schwellenwert erreicht ist Tc erreicht ist, beginnt auch SkBF dramatisch anzusteigen. Auf diese grundlegende thermoregulatorische Beziehung wirken auch nicht-thermische Faktoren ein. Diese zweite Kontrollebene ist insofern kritisch, als sie SkBF modifiziert, wenn die kardiovaskuläre Gesamtstabilität bedroht ist. Die Venen in der Haut sind sehr nachgiebig, und ein erheblicher Teil des zirkulierenden Volumens sammelt sich in diesen Gefäßen. Dies unterstützt den Wärmeaustausch, indem die Kapillarzirkulation verlangsamt wird, um die Durchgangszeit zu erhöhen; Diese Ansammlung kann jedoch in Verbindung mit Flüssigkeitsverlusten durch Schwitzen auch die Geschwindigkeit des Blutrückflusses zum Herzen verringern. Zu den nicht-thermischen Faktoren, die SkBF während der Arbeit nachweislich beeinflussen, gehören eine aufrechte Körperhaltung, Dehydrierung und Überdruckatmung (Benutzung eines Atemschutzgeräts). Diese wirken durch Reflexe, die aktiviert werden, wenn der kardiale Füllungsdruck verringert wird und Dehnungsrezeptoren in den großen Venen und im rechten Vorhof entlastet werden, und sind daher am deutlichsten bei längerer aerober Arbeit in aufrechter Haltung. Diese Reflexe dienen dazu, den arteriellen Druck aufrechtzuerhalten und bei der Arbeit einen angemessenen Blutfluss zu den aktiven Muskeln aufrechtzuerhalten. Somit repräsentiert der SkBF-Spiegel zu jedem gegebenen Zeitpunkt die aggregierten Wirkungen von thermoregulatorischen und nicht-thermoregulatorischen Reflexantworten.

Die Notwendigkeit, den Blutfluss zur Haut zu erhöhen, um die Temperaturregulierung zu unterstützen, wirkt sich stark auf die Fähigkeit des kardiovaskulären Systems aus, den Blutdruck zu regulieren. Aus diesem Grund ist eine koordinierte Reaktion des gesamten Herz-Kreislauf-Systems auf Hitzestress notwendig. Welche kardiovaskulären Anpassungen treten auf, die diese Zunahme des Hautflusses und -volumens ermöglichen? Während der Arbeit unter kühlen oder thermoneutralen Bedingungen wird die erforderliche Erhöhung des Herzzeitvolumens gut durch eine Erhöhung der Herzfrequenz (HR) unterstützt, da weitere Erhöhungen des Schlagvolumens (SV) über Belastungsintensitäten von 40 % des Maximums hinaus minimal sind. In der Hitze ist die HR bei jeder gegebenen Arbeitsintensität höher als Ausgleich für das reduzierte zentrale Blutvolumen (CBV) und SV. Bei höheren Belastungsniveaus wird die maximale Herzfrequenz erreicht, und diese Tachykardie ist daher nicht in der Lage, die erforderliche Herzleistung aufrechtzuerhalten. Der zweite Weg, auf dem der Körper einen hohen SkBF liefert, ist die Verteilung des Blutflusses weg von Bereichen wie Leber, Nieren und Darm (Rowell 1983). Diese Umleitung des Flusses kann zusätzliche 800 bis 1,000 ml Blutfluss zur Haut liefern und hilft, die nachteiligen Wirkungen der peripheren Blutansammlung auszugleichen.

Schwitzen

Thermoregulatorischer Schweiß wird beim Menschen von 2 bis 4 Millionen ekkrinen Schweißdrüsen abgesondert, die ungleichmäßig über die Körperoberfläche verteilt sind. Im Gegensatz zu apokrinen Schweißdrüsen, die dazu neigen, gehäuft zu sein (im Gesicht und an den Händen sowie in den axialen und genitalen Regionen) und die Schweiß in die Haarfollikel absondern, sondern die ekkrinen Schweißdrüsen den Schweiß direkt auf die Hautoberfläche ab. Dieser Schweiß ist geruchlos, farblos und relativ verdünnt, da es sich um ein Ultrafiltrat von Plasma handelt. Dadurch hat es eine hohe latente Verdampfungswärme und ist für seinen Kühlzweck bestens geeignet.

Als Beispiel für die Effektivität dieses Kühlsystems produziert ein Mann, der mit Sauerstoffkosten von 2.3 l/min arbeitet, eine Netto-Stoffwechselwärme (M–W) von etwa 640 W. Ohne Schwitzen würde die Körpertemperatur alle 1 bis 6 Minuten um etwa 7 °C ansteigen. Bei einer effizienten Verdunstung von etwa 16 g Schweiß pro Minute (eine vernünftige Rate) kann die Rate des Wärmeverlusts der Rate der Wärmeproduktion entsprechen, und die Körperkerntemperatur kann in einem stabilen Zustand gehalten werden; das ist,

M–W±R±C–E = 0

Ekkrine Drüsen haben eine einfache Struktur und bestehen aus einem gewundenen sekretorischen Teil, einem Gang und einer Hautpore. Das von jeder Drüse produzierte Schweißvolumen hängt sowohl von der Struktur als auch von der Funktion der Drüse ab, und die Gesamtschweißrate wiederum hängt sowohl von der Rekrutierung der Drüsen (aktive Schweißdrüsendichte) als auch von der Schweißdrüsenleistung ab. Dass manche Menschen stärker schwitzen als andere, ist vor allem auf Unterschiede in der Größe der Schweißdrüsen zurückzuführen (Sato und Sato 1983). Die Wärmeakklimatisierung ist ein weiterer wichtiger Faktor für die Schweißproduktion. Mit zunehmendem Alter sind niedrigere Schweißraten nicht auf weniger aktivierte ekkrine Drüsen zurückzuführen, sondern auf eine verringerte Schweißproduktion pro Drüse (Kenney und Fowler 1988). Dieser Rückgang hängt wahrscheinlich mit einer Kombination struktureller und funktioneller Veränderungen zusammen, die mit dem Alterungsprozess einhergehen.

Wie vasomotorische Signale entstehen Nervenimpulse zu den Schweißdrüsen im POAH und steigen durch den Hirnstamm ab. Die Fasern, die die Drüsen innervieren, sind sympathische cholinerge Fasern, eine seltene Kombination im menschlichen Körper. Während Acetylcholin der primäre Neurotransmitter ist, stimulieren adrenerge Botenstoffe (Katecholamine) auch ekkrine Drüsen.

In vielerlei Hinsicht ist die Kontrolle des Schwitzens analog zur Kontrolle der Hautdurchblutung. Beide haben ähnliche Anfangseigenschaften (Schwelle) und lineare Beziehungen zum Anstieg Tc. Der Rücken und die Brust neigen dazu, früher zu schwitzen, und die Hänge hängen mit der lokalen Schweißrate zusammen Tc sind für diese Seiten am steilsten. Wie SkBF wird das Schwitzen durch nicht-thermische Faktoren wie Hypohydratation und Hyperosmolalität modifiziert. Erwähnenswert ist auch ein Phänomen namens „Hidromeiose“, das in sehr feuchten Umgebungen oder auf Hautpartien auftritt, die ständig mit nasser Kleidung bedeckt sind. Solche Hautpartien vermindern aufgrund ihres durchgängig nassen Zustands die Schweißabsonderung. Dies dient als Schutzmechanismus gegen anhaltende Austrocknung, da Schweiß, der auf der Haut bleibt und nicht verdunstet, keine Kühlfunktion hat.

Bei ausreichender Schwitzrate wird die Verdunstungskühlung letztlich durch das Wasserdampfdruckgefälle zwischen der nassen Haut und der sie umgebenden Luft bestimmt. So begrenzen hohe Luftfeuchtigkeit und schwere oder undurchlässige Kleidung die Verdunstungskühlung, während trockene Luft, Luftbewegung um den Körper und minimale, poröse Kleidung die Verdunstung erleichtern. Andererseits kann bei schwerer Arbeit und starkem Schwitzen die Verdunstungskühlung ebenfalls durch die Fähigkeit des Körpers, Schweiß zu produzieren, begrenzt werden (maximal etwa 1 bis 2 l/h).

Temperaturregulierung in der Kälte

Ein wichtiger Unterschied in der Art und Weise, wie Menschen auf Kälte im Vergleich zu Wärme reagieren, besteht darin, dass das Verhalten eine viel größere Rolle bei der thermoregulatorischen Reaktion auf Kälte spielt. Beispielsweise sind das Tragen angemessener Kleidung und Körperhaltungen, die die für Wärmeverluste verfügbare Fläche („Kuscheln“) minimieren, bei kalten Umgebungsbedingungen weitaus wichtiger als bei Hitze. Ein zweiter Unterschied ist die größere Rolle, die Hormone bei Kältestress spielen, einschließlich der erhöhten Ausschüttung von Katecholaminen (Noradrenalin und Epinephrin) und Schilddrüsenhormonen.

Vasokonstriktion der Haut

Eine effektive Strategie gegen den Wärmeverlust des Körpers durch Strahlung und Konvektion besteht darin, die effektive Isolation der Schale zu erhöhen. Beim Menschen wird dies erreicht, indem der Blutfluss zur Haut verringert wird – das heißt, durch Hautvasokonstriktion. Die Verengung der Hautgefäße ist an den Extremitäten stärker ausgeprägt als am Rumpf. Wie die aktive Vasodilatation wird auch die Vasokonstriktion der Haut vom sympathischen Nervensystem gesteuert und beeinflusst TcTsk und lokale Temperaturen.

Die Wirkung der Hautkühlung auf die Herzfrequenz und die Blutdruckreaktion variiert je nach Körperbereich, der gekühlt wird, und je nachdem, ob die Kälte stark genug ist, um Schmerzen zu verursachen. Wenn zum Beispiel die Hände in kaltes Wasser getaucht werden, steigen HF, systolischer Blutdruck (SBP) und diastolischer Blutdruck (DBP). Wenn das Gesicht gekühlt wird, steigen SBP und DBP aufgrund der generalisierten sympathischen Reaktion; die HF sinkt jedoch aufgrund eines parasympathischen Reflexes (LeBlanc 1975). Um die Komplexität der Gesamtreaktion auf Kälte weiter zu verwirren, gibt es eine große Bandbreite an unterschiedlichen Reaktionen von einer Person zur anderen. Wenn der Kältestress groß genug ist, um die Körperkerntemperatur zu senken, kann die HF entweder ansteigen (aufgrund der sympathischen Aktivierung) oder abnehmen (aufgrund des erhöhten zentralen Blutvolumens).

Ein spezifischer Fall von Interesse wird bezeichnet Kälteinduzierte Vasodilatation (CIVD). Wenn die Hände in kaltes Wasser gelegt werden, sinkt SkBF zunächst, um Wärme zu sparen. Wenn die Gewebetemperatur sinkt, steigt SkBF paradoxerweise an, fällt wieder ab und wiederholt dieses zyklische Muster. Es wurde vermutet, dass CIVD vorteilhaft ist, um Gewebeschäden durch Einfrieren zu verhindern, aber dies ist nicht bewiesen. Mechanistisch tritt die vorübergehende Dilatation wahrscheinlich auf, wenn die direkten Wirkungen der Kälte stark genug sind, um die Nervenübertragung zu verringern, was vorübergehend die Wirkung der Kälte auf die sympathischen Rezeptoren der Blutgefäße außer Kraft setzt (vermittelt den Constrictor-Effekt).

Zittern

Während die Körperkühlung fortschreitet, zittert die zweite Verteidigungslinie. Zittern ist die zufällige unwillkürliche Kontraktion oberflächlicher Muskelfasern, die den Wärmeverlust nicht begrenzt, sondern die Wärmeproduktion erhöht. Da solche Kontraktionen keine Arbeit leisten, entsteht Wärme. Ein ruhender Mensch kann seine metabolische Wärmeproduktion bei intensivem Zittern etwa um das Drei- bis Vierfache steigern und sogar noch steigern Tc um 0.5 °C. Die Signale zur Auslösung des Zitterns gehen hauptsächlich von der Haut aus, wobei neben der POAH-Region des Gehirns auch der hintere Hypothalamus maßgeblich beteiligt ist.

Obwohl viele individuelle Faktoren zum Zittern (und zur Kältetoleranz im Allgemeinen) beitragen, ist ein wichtiger Faktor das Körperfett. Ein Mann mit sehr wenig subkutanem Fett (2 bis 3 mm Dicke) beginnt nach 40 Minuten bei 15 °C und 20 Minuten bei 10 °C zu zittern, während ein Mann mit mehr isolierendem Fett (11 mm) bei 15 °C und nach 60 Minuten überhaupt nicht zittert bei 10ºC (LeBlanc 1975).

 

Zurück

Wenn eine Person warmen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, werden die physiologischen Wärmeverlustmechanismen aktiviert, um eine normale Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Wärmeströme zwischen Körper und Umgebung hängen von der Temperaturdifferenz ab zwischen:

  1. die Umgebungsluft und Objekte wie Wände, Fenster, der Himmel usw
  2. die Oberflächentemperatur der Person

 

Die Oberflächentemperatur der Person wird durch physiologische Mechanismen reguliert, wie z. B. Schwankungen in der Durchblutung der Haut und durch Verdunstung von Schweiß, der von den Schweißdrüsen abgesondert wird. Außerdem kann die Person die Kleidung wechseln, um den Wärmeaustausch mit der Umgebung zu variieren. Je wärmer die Umgebungsbedingungen sind, desto geringer ist der Unterschied zwischen Umgebungstemperatur und Haut- oder Kleidungsoberflächentemperatur. Das bedeutet, dass der „trockene Wärmeaustausch“ durch Konvektion und Strahlung bei warmen im Vergleich zu kühlen Bedingungen reduziert ist. Bei Umgebungstemperaturen oberhalb der Oberflächentemperatur wird Wärme aus der Umgebung gewonnen. In diesem Fall muss diese zusätzliche Wärme zusammen mit der durch die Stoffwechselprozesse freigesetzten durch Verdunstung von Schweiß zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur verloren gehen. Somit wird die Verdunstung von Schweiß mit zunehmender Umgebungstemperatur immer kritischer. Angesichts der Bedeutung der Schweißverdunstung überrascht es nicht, dass Windgeschwindigkeit und Luftfeuchtigkeit (Wasserdampfdruck) bei Hitze kritische Umweltfaktoren sind. Bei hoher Luftfeuchtigkeit wird immer noch Schweiß produziert, aber die Verdunstung wird reduziert. Schweiß, der nicht verdunsten kann, hat keine kühlende Wirkung; es tropft ab und ist thermoregulatorisch verschwendet.

Der menschliche Körper enthält etwa 60 % Wasser, etwa 35 bis 40 l bei einem Erwachsenen. Etwa ein Drittel des Wassers im Körper, die extrazelluläre Flüssigkeit, verteilt sich zwischen den Zellen und im Gefäßsystem (dem Blutplasma). Die restlichen zwei Drittel des Körperwassers, die intrazelluläre Flüssigkeit, befinden sich in den Zellen. Die Zusammensetzung und das Volumen der Körperwasserkompartimente wird durch hormonelle und neurale Mechanismen sehr genau gesteuert. Schweiß wird von den Millionen von Schweißdrüsen auf der Hautoberfläche abgesondert, wenn das Thermoregulationszentrum durch eine Erhöhung der Körpertemperatur aktiviert wird. Der Schweiß enthält Salz (NaCl, Natriumchlorid), jedoch in geringerem Maße als die extrazelluläre Flüssigkeit. Somit gehen sowohl Wasser als auch Salz verloren und müssen nach dem Schwitzen ersetzt werden.

Auswirkungen von Schweißverlust

Unter neutralen, angenehmen Umgebungsbedingungen gehen geringe Wassermengen durch Diffusion durch die Haut verloren. Bei harter Arbeit und Hitze können jedoch große Mengen Schweiß durch aktive Schweißdrüsen produziert werden, bis zu mehr als 2 l/h über mehrere Stunden. Bereits ein Schweißverlust von nur 1 % des Körpergewichts (» 600 bis 700 ml) wirkt sich messbar auf die Leistungsfähigkeit aus. Dies zeigt sich durch einen Anstieg der Herzfrequenz (HR) (die Herzfrequenz erhöht sich um etwa fünf Schläge pro Minute für jeden Prozent Verlust an Körperwasser) und einen Anstieg der Körperkerntemperatur. Bei Fortsetzung der Arbeit kommt es zu einem allmählichen Anstieg der Körpertemperatur, die bis zu einem Wert von etwa 40 °C ansteigen kann; Bei dieser Temperatur kann es zu einer Hitzekrankheit kommen. Dies ist teilweise auf den Flüssigkeitsverlust aus dem Gefäßsystem zurückzuführen (Abbildung 1). Ein Wasserverlust aus dem Blutplasma verringert die Blutmenge, die die zentralen Venen und das Herz füllt. Jeder Herzschlag wird daher ein kleineres Schlagvolumen pumpen. Als Folge sinkt tendenziell das Herzzeitvolumen (die Blutmenge, die das Herz pro Minute ausstößt), und die Herzfrequenz muss steigen, um den Kreislauf und den Blutdruck aufrechtzuerhalten.

Abbildung 1. Berechnete Verteilungen von Wasser im extrazellulären Kompartiment (ECW) und intrazellulären Kompartiment (ICW) vor und nach 2 h körperlicher Dehydrierung bei 30 °C Raumtemperatur.

HEA050F1

Ein physiologisches Kontrollsystem, das als Barorezeptorreflexsystem bezeichnet wird, hält das Herzzeitvolumen und den Blutdruck unter allen Bedingungen nahezu normal. An den Reflexen sind Rezeptoren, Sensoren im Herzen und im arteriellen System (Aorta und Halsschlagadern) beteiligt, die den Grad der Dehnung des Herzens und der Gefäße durch das sie füllende Blut überwachen. Von diesen gelangen Impulse über die Nerven zum Zentralnervensystem, von wo aus Anpassungen bei Dehydrierung eine Verengung der Blutgefäße und eine Minderung des Blutflusses zu den Splanchnikus-Organen (Leber, Darm, Nieren) und zur Haut bewirken. Auf diese Weise wird der verfügbare Blutfluss umverteilt, um die Durchblutung der arbeitenden Muskeln und des Gehirns zu fördern (Rowell 1986).

Schwere Dehydrierung kann zu Hitzeerschöpfung und Kreislaufkollaps führen; in diesem Fall kann die Person den Blutdruck nicht halten und Ohnmacht ist die Folge. Symptome bei Hitzeerschöpfung sind körperliche Erschöpfung, oft zusammen mit Kopfschmerzen, Schwindel und Übelkeit. Die Hauptursache für Hitzeerschöpfung ist die Kreislaufbelastung durch Wasserverlust aus dem Gefäßsystem. Der Rückgang des Blutvolumens führt zu Reflexen, die die Durchblutung des Darms und der Haut reduzieren. Die Verringerung der Hautdurchblutung verschlimmert die Situation, da der Wärmeverlust von der Oberfläche abnimmt, sodass die Kerntemperatur weiter ansteigt. Das Subjekt kann aufgrund eines Blutdruckabfalls und der daraus resultierenden geringen Durchblutung des Gehirns ohnmächtig werden. Die Liegeposition verbessert die Durchblutung von Herz und Gehirn, und nach Abkühlung und etwas Wasser zum Trinken stellt sich das Wohlbefinden fast sofort wieder ein.

Wenn die Prozesse, die die Hitzeerschöpfung verursachen, „wild“ laufen, entwickelt sich daraus ein Hitzschlag. Die allmähliche Verringerung der Hautdurchblutung lässt die Temperatur immer stärker ansteigen, was zu einer Verringerung, sogar zum Stoppen des Schwitzens und zu einem noch schnelleren Anstieg der Kerntemperatur führt, was einen Kreislaufkollaps verursacht und zum Tod oder zu irreversiblen Schäden der Haut führen kann Gehirn. Veränderungen im Blut (wie hohe Osmolalität, niedriger pH-Wert, Hypoxie, Zelladhäsion der roten Blutkörperchen, intravasale Gerinnung) und Schädigung des Nervensystems sind Befunde bei Hitzschlagpatienten. Die verminderte Durchblutung des Darms bei Hitzestress kann Gewebeschäden hervorrufen, und es können Substanzen (Endotoxine) freigesetzt werden, die im Zusammenhang mit einem Hitzschlag Fieber auslösen (Hales und Richards 1987). Hitzschlag ist ein akuter, lebensbedrohlicher Notfall, der im Abschnitt „Hitzeerkrankungen“ näher erläutert wird.

Zusammen mit dem Wasserverlust führt das Schwitzen zu einem Verlust an Elektrolyten, hauptsächlich Natrium (Na+) und Chlorid (Cl-), aber auch in geringerem Maße Magnesium (Mg++), Kalium (K.+) und so weiter (siehe Tabelle 1). Der Schweiß enthält weniger Salz als die Körperflüssigkeitskompartimente. Das bedeutet, dass sie nach Schweißverlust salziger werden. Die erhöhte Salzigkeit scheint über Wirkungen auf die glatte Gefäßmuskulatur, die den Öffnungsgrad der Gefäße steuert, eine spezifische Wirkung auf die Zirkulation zu haben. Es wird jedoch von mehreren Forschern gezeigt, dass es die Fähigkeit zum Schwitzen beeinträchtigt, so dass es einer höheren Körpertemperatur bedarf, um die Schweißdrüsen zu stimulieren – die Empfindlichkeit der Schweißdrüsen wird verringert (Nielsen 1984). Wird der Schweißverlust nur durch Wasser ersetzt, kann dies dazu führen, dass der Körper weniger Natriumchlorid enthält als im Normalzustand (hypoosmotisch). Dies führt zu Krämpfen aufgrund einer Fehlfunktion von Nerven und Muskeln, ein Zustand, der früher als „Bergmannskrämpfe“ oder „Heizerkrämpfe“ bekannt war. Es kann durch Zugabe von Salz zur Ernährung verhindert werden (das Trinken von Bier war in den 1920er Jahren im Vereinigten Königreich eine empfohlene vorbeugende Maßnahme!).

Tabelle 1. Elektrolytkonzentration im Blutplasma und im Schweiß

Elektrolyte und andere
Substanzen

Blutplasmakonzentration
rationen (g pro l)

Schweißkonzentrationen
(g pro l)

Natrium (Na+)

3.5

0.2-1.5

Kalium (K.+)

0.15

0.15

Calcium (Ca.++)

0.1

geringe Mengen

Magnesium (Mag++)

0.02

geringe Mengen

Chlorid (Cl-)

3.5

0.2-1.5

Bicarbonat (HCO3-)

1.5

geringe Mengen

Proteine

70

0

Fette, Glukose, kleine Ionen

15-20

geringe Mengen

Adaptiert von Vellar 1969.

Die verminderte Hautdurchblutung und Schweißdrüsenaktivität beeinflussen sowohl die Thermoregulation als auch den Wärmeverlust derart, dass die Kerntemperatur stärker ansteigt als im vollständig hydrierten Zustand.

In vielen verschiedenen Berufen sind Arbeiter äußerem Hitzestress ausgesetzt – zum Beispiel Arbeiter in Stahlwerken, Glasindustrien, Papierfabriken, Bäckereien, Bergbauindustrien. Auch Schornsteinfeger und Feuerwehrleute sind äußerer Hitze ausgesetzt. Menschen, die in geschlossenen Räumen in Fahrzeugen, Schiffen und Flugzeugen arbeiten, können ebenfalls unter Hitze leiden. Es muss jedoch beachtet werden, dass Personen, die in Schutzanzügen oder bei schwerer Arbeit in wasserdichter Kleidung arbeiten, selbst bei gemäßigten und kühlen Umgebungstemperaturen Opfer von Hitzschlag werden können. Unerwünschte Auswirkungen von Hitzestress treten unter Bedingungen auf, bei denen die Kerntemperatur erhöht und der Schweißverlust hoch ist.

Rehydratation

Die Auswirkungen der Dehydrierung aufgrund von Schweißverlust können umgekehrt werden, indem genug getrunken wird, um den Schweiß zu ersetzen. Dies findet normalerweise während der Erholung nach Arbeit und Bewegung statt. Bei längerer Arbeit in heißen Umgebungen wird die Leistung jedoch durch Trinken während der Aktivität verbessert. Der allgemeine Rat lautet daher, bei Durst zu trinken.

Aber es gibt einige sehr wichtige Probleme dabei. Zum einen ist der Trinktrieb nicht stark genug, um den gleichzeitig auftretenden Wasserverlust zu ersetzen; und zweitens ist die Zeit, die benötigt wird, um ein großes Wasserdefizit zu ersetzen, sehr lang, mehr als 12 Stunden. Schließlich gibt es eine Grenze für die Geschwindigkeit, mit der Wasser vom Magen (wo es gespeichert wird) in den Darm (Darm) gelangen kann, wo die Absorption stattfindet. Diese Rate ist niedriger als die beobachtete Schweißrate während des Trainings unter heißen Bedingungen.

Es gibt eine Vielzahl von Studien zu verschiedenen Getränken zur Wiederherstellung des Körperwassers, der Elektrolyte und der Kohlenhydratspeicher von Sportlern bei längerem Training. Die wichtigsten Erkenntnisse sind wie folgt:

    • Die Menge der verwertbaren, dh durch den Magen zum Darm transportierten Flüssigkeit ist durch die "Magenentleerungsrate" begrenzt, die maximal etwa 1,000 ml/h beträgt.
    • Wenn die Flüssigkeit „hyperosmotisch“ ist (enthält Ionen/Moleküle in höheren Konzentrationen als das Blut), wird die Rate verlangsamt. Andererseits werden „iso-osmotische Flüssigkeiten“ (die Wasser und Ionen/Moleküle in der gleichen Konzentration, Osmolalität, wie Blut enthalten) mit der gleichen Geschwindigkeit wie reines Wasser durchgelassen.
    • Die Zugabe kleiner Mengen Salz und Zucker erhöht die Wasseraufnahme aus dem Darm (Maughan 1991).

         

        In diesem Sinne können Sie Ihre eigene „Rehydrierungsflüssigkeit“ herstellen oder aus einer Vielzahl von Handelsprodukten wählen. Normalerweise wird der Wasser- und Elektrolythaushalt durch Trinken zu den Mahlzeiten wiederhergestellt. Arbeiter oder Sportler mit großen Schweißverlusten sollten dazu ermutigt werden, mehr zu trinken, als sie drängen. Schweiß enthält etwa 1 bis 3 g NaCl pro Liter. Dies bedeutet, dass Schweißverluste von über 5 l pro Tag einen Natriumchloridmangel verursachen können, sofern die Ernährung nicht ergänzt wird.

        Arbeitern und Sportlern wird außerdem geraten, ihren Wasserhaushalt durch regelmäßiges Wiegen – zum Beispiel morgens (gleiche Uhrzeit und Kondition) – zu kontrollieren und zu versuchen, ein konstantes Gewicht zu halten. Eine Veränderung des Körpergewichts spiegelt jedoch nicht unbedingt den Grad der Hypohydratation wider. Wasser wird chemisch an Glykogen, den Kohlenhydratspeicher in den Muskeln, gebunden und freigesetzt, wenn Glykogen während des Trainings verwendet wird. Je nach Glykogengehalt des Körpers können Gewichtsveränderungen bis ca. 1 kg auftreten. Auch das Körpergewicht „morgens“ zeigt Veränderungen aufgrund „biologischer Schwankungen“ des Wassergehalts – so können beispielsweise bei Frauen bezogen auf den Menstruationszyklus bis zu 1 bis 2 kg Wasser während der prämenstruellen Phase („prämenstruelle Spannung").

        Die Kontrolle von Wasser und Elektrolyten

        Das Volumen der Körperwasserkompartimente – also die extrazellulären und intrazellulären Flüssigkeitsvolumina – und deren Konzentrationen an Elektrolyten wird durch ein geregeltes Gleichgewicht zwischen Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeit und Stoffen sehr konstant gehalten.

        Wasser wird durch die Aufnahme von Nahrung und Flüssigkeit gewonnen, und ein Teil wird durch Stoffwechselprozesse freigesetzt, einschließlich der Verbrennung von Fett und Kohlenhydraten aus der Nahrung. Der Wasserverlust erfolgt aus der Lunge während des Atmens, wobei die eingeatmete Luft vor dem Ausatmen Wasser in der Lunge von feuchten Oberflächen in den Atemwegen aufnimmt. Wasser diffundiert auch in geringen Mengen unter angenehmen Bedingungen während der Ruhe durch die Haut. Beim Schwitzen kann es jedoch über mehrere Stunden zu einem Wasserverlust von mehr als 1 bis 2 l/h kommen. Der Körperwassergehalt wird kontrolliert. Ein erhöhter Wasserverlust durch Schwitzen wird durch Trinken und durch eine Verringerung der Urinbildung ausgeglichen, während überschüssiges Wasser durch eine erhöhte Urinproduktion ausgeschieden wird.

        Diese Kontrolle sowohl der Aufnahme als auch der Abgabe von Wasser wird durch das vegetative Nervensystem und durch Hormone ausgeübt. Durst erhöht die Wasseraufnahme und der Wasserverlust durch die Nieren wird reguliert; Sowohl das Volumen als auch die Elektrolytzusammensetzung des Urins sind unter Kontrolle. Die Sensoren im Kontrollmechanismus befinden sich im Herzen und reagieren auf die „Fülle“ des Gefäßsystems. Wenn die Füllung des Herzens reduziert ist – zum Beispiel nach einem Schweißverlust – signalisieren die Rezeptoren diese Botschaft an die für das Durstgefühl verantwortlichen Gehirnzentren und an Bereiche, die eine Freisetzung des antidiuretischen Hormons (ADH) induzieren die hintere Hypophyse. Dieses Hormon wirkt, um das Urinvolumen zu reduzieren.

        Ebenso steuern physiologische Mechanismen über Prozesse in den Nieren die Elektrolytzusammensetzung der Körperflüssigkeiten. Das Futter enthält Nährstoffe, Mineralstoffe, Vitamine und Elektrolyte. Im vorliegenden Zusammenhang ist die Aufnahme von Natriumchlorid das wichtige Thema. Die Natriumaufnahme über die Nahrung variiert je nach Ernährungsgewohnheiten zwischen 10 und 20 bis 30 g pro Tag. Dies ist normalerweise viel mehr als nötig, sodass der Überschuss von den Nieren ausgeschieden wird, gesteuert durch die Wirkung mehrerer hormoneller Mechanismen (Angiotensin, Aldosteron, ANF usw.), die durch Stimuli von Osmorezeptoren im Gehirn und in den Nieren gesteuert werden , die auf die Osmolalität von hauptsächlich Na reagiert+ und Cl- im Blut bzw. in der Flüssigkeit in den Nieren.

        Interindividuelle und ethnische Unterschiede

        Unterschiede zwischen Männern und Frauen sowie jüngeren und älteren Personen in der Reaktion auf Hitze sind zu erwarten. Sie unterscheiden sich in bestimmten Eigenschaften, die die Wärmeübertragung beeinflussen können, wie z. B. Oberfläche, Verhältnis von Höhe zu Gewicht, Dicke der isolierenden Hautfettschichten und in der körperlichen Fähigkeit, Arbeit und Wärme zu erzeugen (aerobe Kapazität » maximale Sauerstoffverbrauchsrate). Verfügbare Daten deuten darauf hin, dass die Wärmetoleranz bei älteren Menschen reduziert ist. Sie fangen später an zu schwitzen als junge Menschen und ältere Menschen reagieren mit einer höheren Hautdurchblutung bei Hitzeeinwirkung.

        Im Geschlechtervergleich wurde beobachtet, dass Frauen feuchte Hitze besser vertragen als Männer. In dieser Umgebung wird die Schweißverdunstung reduziert, sodass die etwas größere Oberfläche/Masse bei Frauen zu ihrem Vorteil sein könnte. Die aerobe Kapazität ist jedoch ein wichtiger Faktor, der beim Vergleich von Personen, die Hitze ausgesetzt sind, berücksichtigt werden muss. Unter Laborbedingungen sind die physiologischen Reaktionen auf Hitze ähnlich, wenn Personengruppen mit gleicher körperlicher Leistungsfähigkeit („maximale Sauerstoffaufnahme“ – VO2 max) getestet – zum Beispiel jüngere und ältere Männer oder Männer versus Frauen (Pandolf et al. 1988). In diesem Fall führt eine bestimmte Arbeitsaufgabe (Training auf dem Fahrradergometer) unabhängig von Alter und Geschlecht zu gleicher Kreislaufbelastung, also gleicher Herzfrequenz und gleichem Anstieg der Kerntemperatur.

        Die gleichen Überlegungen gelten für Vergleiche zwischen ethnischen Gruppen. Wenn Unterschiede in Größe und aerober Kapazität berücksichtigt werden, können keine signifikanten Unterschiede aufgrund der Rasse festgestellt werden. Aber im täglichen Leben im Allgemeinen haben ältere Menschen im Durchschnitt eine niedrigere VO2 max als jüngere Personen und Frauen eine niedrigere VO2 max als Männer in der gleichen Altersgruppe.

        Daher wird bei einer bestimmten Aufgabe, die aus einer bestimmten absoluten Arbeitsleistung (gemessen zB in Watt) besteht, die Person mit einer geringeren aeroben Kapazität eine höhere Herzfrequenz und Körpertemperatur haben und mit der zusätzlichen Belastung weniger fertig werden von externer Hitze, als eine mit einer höheren VO2 max.

        Für Arbeitsschutzzwecke wurde eine Reihe von Hitzestress-Indizes entwickelt. Dabei werden die großen interindividuellen Schwankungen in Reaktion auf Hitze und Arbeit sowie die spezifischen heißen Umgebungen, für die der Index erstellt wird, berücksichtigt. Diese werden an anderer Stelle in diesem Kapitel behandelt.

        Personen, die wiederholt Hitze ausgesetzt sind, vertragen die Hitze schon nach wenigen Tagen besser. Sie werden akklimatisiert. Die Schwitzrate wird erhöht und die daraus resultierende stärkere Auskühlung der Haut führt zu einer niedrigeren Kerntemperatur und Herzfrequenz bei der Arbeit unter gleichen Bedingungen.

        Daher wird eine künstliche Akklimatisierung von Personal, das voraussichtlich extremer Hitze ausgesetzt sein wird (Feuerwehrleute, Rettungskräfte, Militärpersonal), wahrscheinlich von Vorteil sein, um die Belastung zu reduzieren.

        Zusammenfassend gilt: Je mehr Wärme ein Mensch produziert, desto mehr muss abgeführt werden. In einer heißen Umgebung ist die Verdunstung von Schweiß der begrenzende Faktor für den Wärmeverlust. Die interindividuellen Unterschiede in der Schwitzleistung sind beträchtlich. Während einige Personen überhaupt keine Schweißdrüsen haben, wird in den meisten Fällen durch körperliches Training und wiederholte Hitzeeinwirkung die Schweißmenge in einem Standard-Hitzebelastungstest erhöht. Hitzestress führt zu einem Anstieg der Herzfrequenz und der Kerntemperatur. Die maximale Herzfrequenz und/oder eine Kerntemperatur von etwa 40 °C setzt die absolute physiologische Grenze für die Arbeitsleistung in einer heißen Umgebung (Nielsen 1994).

         

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        Mittwoch, März 16 2011 21: 39

        Hitzestörungen

        Hohe Umgebungstemperatur, hohe Luftfeuchtigkeit, anstrengende körperliche Betätigung oder beeinträchtigte Wärmeableitung können eine Vielzahl von Hitzestörungen verursachen. Dazu gehören Hitzesynkopen, Hitzeödeme, Hitzekrämpfe, Hitzeerschöpfung und Hitzschlag als systemische Störungen und Hautläsionen als lokale Störungen.

        Systemische Störungen

        Hitzekrämpfe, Hitzeerschöpfung und Hitzschlag sind von klinischer Bedeutung. Die Mechanismen, die der Entwicklung dieser systemischen Störungen zugrunde liegen, sind Kreislaufinsuffizienz, Wasser- und Elektrolytungleichgewicht und/oder Hyperthermie (hohe Körpertemperatur). Der schwerste von allen ist der Hitzschlag, der zum Tod führen kann, wenn er nicht umgehend und richtig behandelt wird.

        Zwei unterschiedliche Bevölkerungsgruppen sind gefährdet, Hitzestörungen zu entwickeln, ausgenommen Säuglinge. Die erste und größte Bevölkerungsgruppe sind ältere Menschen, insbesondere die Armen und Menschen mit chronischen Erkrankungen wie Diabetes mellitus, Fettleibigkeit, Unterernährung, kongestiver Herzinsuffizienz, chronischem Alkoholismus, Demenz und der Notwendigkeit, Medikamente zu verwenden, die die Thermoregulation beeinträchtigen. Die zweite Risikogruppe für Hitzestörungen sind gesunde Personen, die sich über längere Zeit körperlich anstrengen oder übermäßigem Hitzestress ausgesetzt sind. Zu den Faktoren, die aktive junge Menschen für Hitzestörungen prädisponieren, gehören neben angeborener und erworbener Schweißdrüsenstörung eine schlechte körperliche Fitness, mangelnde Akklimatisierung, geringe Arbeitseffizienz und ein reduziertes Verhältnis von Hautfläche zu Körpermasse.

        Wärmesynkope

        Synkope ist ein vorübergehender Bewusstseinsverlust, der aus einer Verringerung des zerebralen Blutflusses resultiert, dem häufig Blässe, verschwommenes Sehen, Schwindel und Übelkeit vorausgehen. Es kann bei Personen auftreten, die unter Hitzestress leiden. Der Begriff Hitzekollaps wurde synonym verwendet mit Wärmesynkope. Die Symptome wurden kutaner Vasodilatation, posturaler Blutansammlung mit folglich verringertem venösem Rückfluss zum Herzen und verringertem Herzzeitvolumen zugeschrieben. Eine leichte Dehydratation, die sich bei den meisten Personen entwickelt, die Hitze ausgesetzt sind, trägt zur Wahrscheinlichkeit einer Hitzesynkope bei. Personen, die an Herz-Kreislauf-Erkrankungen leiden oder nicht akklimatisiert sind, neigen zu einem Hitzekollaps. Die Opfer kommen normalerweise schnell wieder zu Bewusstsein, nachdem sie auf den Rücken gelegt wurden.

        Wärmeödem

        Leichte abhängige Ödeme – d. h. Schwellungen der Hände und Füße – können sich bei nicht akklimatisierten Personen entwickeln, die einer heißen Umgebung ausgesetzt sind. Es tritt typischerweise bei Frauen auf und verschwindet mit der Akklimatisierung. Es klingt in einigen Stunden ab, nachdem der Patient an einem kühleren Ort gelegt wurde.

        Hitzekrämpfe

        Hitzekrämpfe können nach starkem Schwitzen aufgrund längerer körperlicher Arbeit auftreten. Schmerzhafte Krämpfe entwickeln sich in Glieder- und Bauchmuskeln, die intensiver Arbeit und Ermüdung ausgesetzt sind, während die Körpertemperatur kaum ansteigt. Diese Krämpfe werden durch den Salzmangel verursacht, der entsteht, wenn der Wasserverlust durch anhaltendes starkes Schwitzen durch klares Wasser ohne Zusatz von Salz ersetzt wird und wenn die Natriumkonzentration im Blut unter einen kritischen Wert gefallen ist. Hitzekrämpfe selbst sind ein relativ harmloser Zustand. Die Attacken treten normalerweise bei körperlich fitten Personen auf, die zu anhaltender körperlicher Anstrengung in der Lage sind, und wurden früher als „Krämpfe des Bergmanns“ oder „Krämpfe des Rohrschneiders“ bezeichnet, weil sie bei solchen Arbeitern häufig auftraten.

        Die Behandlung von Hitzekrämpfen besteht aus Aktivitätseinstellung, Ruhe an einem kühlen Ort und Ersatz von Flüssigkeit und Elektrolyten. Hitzeeinwirkung sollte für mindestens 24 bis 48 Stunden vermieden werden.

        Hitze Erschöpfung

        Hitzeerschöpfung ist die häufigste Hitzestörung, die klinisch auftritt. Es resultiert aus starker Dehydrierung, nachdem eine große Menge Schweiß verloren gegangen ist. Sie tritt typischerweise bei ansonsten gesunden jungen Menschen auf, die sich längerer körperlicher Anstrengung unterziehen (anstrengungsinduzierte Hitzeerschöpfung), wie z. B. Marathonläufer, Outdoor-Sportler, Militärrekruten, Bergleute und Bauarbeiter. Das grundlegende Merkmal dieser Störung ist eine Kreislaufschwäche aufgrund von Wasser- und/oder Salzmangel. Es kann als Anfangsstadium eines Hitzschlags angesehen werden, und wenn es unbehandelt bleibt, kann es schließlich zu einem Hitzschlag fortschreiten. Herkömmlicherweise wurde sie in zwei Typen eingeteilt: Hitzeerschöpfung durch Wasserverarmung und solche durch Salzverarmung; aber viele Fälle sind eine Mischung aus beiden Typen.

        Hitzeerschöpfung durch Wassermangel entsteht durch anhaltendes starkes Schwitzen und unzureichende Wasseraufnahme. Da Schweiß Natriumionen in einer Konzentration von 30 bis 100 Milliäquivalenten pro Liter enthält, was niedriger ist als die im Plasma, führt ein großer Schweißverlust zu Hypohydratation (Verringerung des Körperwassergehalts) und Hypernatriämie (erhöhte Natriumkonzentration im Plasma). Hitzeerschöpfung ist gekennzeichnet durch Durst, Schwäche, Müdigkeit, Schwindel, Angst, Oligurie (schwaches Wasserlassen), Tachykardie (schneller Herzschlag) und mäßige Hyperthermie (39 °C oder darüber). Dehydration führt auch zu einer Abnahme der Schweißaktivität, einem Anstieg der Hauttemperatur und einem Anstieg des Plasmaprotein- und Plasmanatriumspiegels sowie des Hämatokritwerts (das Verhältnis von Blutkörperchenvolumen zu Blutvolumen).

        Die Behandlung besteht darin, das Opfer in einer kühlen Umgebung in liegender Haltung mit angehobenen Knien liegen zu lassen, den Körper mit einem kühlen Handtuch oder Schwamm abzuwischen und den Flüssigkeitsverlust durch Trinken oder, falls eine orale Einnahme nicht möglich ist, durch intravenöse Infusion zu ersetzen. Die Wasser- und Salzzufuhrmengen, die Körpertemperatur und das Körpergewicht sollten sorgfältig überwacht werden. Die Wasseraufnahme sollte nicht nach dem subjektiven Durstgefühl des Opfers reguliert werden, insbesondere wenn der Flüssigkeitsverlust mit reinem Wasser aufgefüllt wird, da die Verdünnung des Blutes leicht zum Verschwinden des Durstes und zur Verdünnungsdiurese führt und somit die Wiederherstellung des Körperflüssigkeitsgleichgewichts verzögert. Dieses Phänomen der unzureichenden Wasseraufnahme wird als freiwillige Dehydration bezeichnet. Darüber hinaus kann eine salzfreie Wasserversorgung Hitzestörungen, wie unten beschrieben, erschweren. Eine Dehydratation von über 3 % des Körpergewichts sollte immer durch Wasser- und Elektrolytersatz behandelt werden.

        Hitzeerschöpfung durch Salzmangel entsteht durch anhaltendes starkes Schwitzen und Ersatz von Wasser und unzureichendem Salz. Ihr Auftreten wird durch unvollständige Akklimatisation, Erbrechen und Durchfall etc. begünstigt. Diese Art der Hitzeerschöpfung entwickelt sich normalerweise einige Tage nach der Entwicklung des Wassermangels. Es tritt am häufigsten bei sitzenden älteren Personen auf, die Hitze ausgesetzt sind und große Mengen Wasser getrunken haben, um ihren Durst zu stillen. Kopfschmerzen, Schwindel, Schwäche, Müdigkeit, Übelkeit, Erbrechen, Durchfall, Anorexie, Muskelkrämpfe und geistige Verwirrtheit sind häufige Symptome. Bei Blutuntersuchungen wird eine Abnahme des Plasmavolumens, ein Anstieg des Hämatokrits und der Plasmaproteinspiegel sowie eine Hyperkalzämie (überschüssiges Calcium im Blut) festgestellt.

        Früherkennung und sofortiges Management sind unerlässlich, wobei letzteres darin besteht, den Patienten in liegender Haltung in einem kühlen Raum zu ruhen und für den Ersatz von Wasser und Elektrolyten zu sorgen. Die Osmolarität oder das spezifische Gewicht des Urins sollten überwacht werden, ebenso wie die Harnstoff-, Natrium- und Chloridspiegel im Plasma, und auch die Körpertemperatur, das Körpergewicht sowie die Wasser- und Salzaufnahme sollten aufgezeichnet werden. Wenn die Erkrankung angemessen behandelt wird, fühlen sich die Betroffenen in der Regel innerhalb weniger Stunden wohl und erholen sich ohne Folgeerscheinungen. Wenn nicht, kann es leicht zu einem Hitzschlag kommen.

        Hitzschlag

        Ein Hitzschlag ist ein ernster medizinischer Notfall, der zum Tod führen kann. Es handelt sich um einen komplexen klinischen Zustand, bei dem eine unkontrollierbare Hyperthermie Gewebeschäden verursacht. Eine solche Erhöhung der Körpertemperatur wird anfangs durch eine schwere Hitzestauung aufgrund einer übermäßigen Wärmebelastung verursacht, und die resultierende Hyperthermie induziert eine Dysfunktion des Zentralnervensystems, einschließlich eines Versagens des normalen Thermoregulationsmechanismus, wodurch die Erhöhung der Körpertemperatur beschleunigt wird. Hitzschlag tritt grundsätzlich in zwei Formen auf: klassischer Hitzschlag und belastungsinduzierter Hitzschlag. Ersteres entwickelt sich bei sehr jungen, älteren, übergewichtigen oder untrainierten Personen, die normalen Aktivitäten nachgehen, wenn sie länger hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, während letzteres insbesondere bei jungen, aktiven Erwachsenen während körperlicher Anstrengung auftritt. Darüber hinaus gibt es eine Mischform des Hitzestoßes, die Merkmale aufweist, die mit beiden der oben genannten Formen übereinstimmen.

        Ältere Menschen, insbesondere solche mit chronischen Grunderkrankungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes mellitus und Alkoholismus, und solche, die bestimmte Medikamente, insbesondere Psychopharmaka, einnehmen, haben ein hohes Risiko für einen klassischen Hitzschlag. Während anhaltender Hitzewellen beispielsweise ist die Sterblichkeitsrate der über 60-Jährigen mehr als zehnmal höher als die der unter 60-Jährigen. Eine ähnlich hohe Sterblichkeit in der älteren Bevölkerung wurde auch unter Muslimen während der Mekka-Pilgerfahrt berichtet, bei der die Mischform des Hitzschlags weit verbreitet war. Zu den Faktoren, die ältere Menschen für einen Hitzschlag prädisponieren, gehören neben den oben erwähnten chronischen Erkrankungen eine verminderte Wärmewahrnehmung, träge vasomotorische und sudomotorische (Schweißreflex) Reaktionen auf Änderungen der thermischen Belastung und eine verringerte Fähigkeit zur Akklimatisierung an Hitze.

        Personen, die in heißen, feuchten Umgebungen intensiv arbeiten oder Sport treiben, sind einem hohen Risiko einer durch Anstrengung verursachten Hitzekrankheit ausgesetzt, unabhängig davon, ob es sich um Hitzeerschöpfung oder einen Hitzschlag handelt. Sportler, die einer hohen körperlichen Belastung ausgesetzt sind, können Opfer einer Hyperthermie werden, indem sie Stoffwechselwärme mit einer hohen Rate produzieren, selbst wenn die Umgebung nicht sehr heiß ist, und haben als Folge davon häufig eine Hitzestresskrankheit erlitten. Relativ untrainierte Nichtsportler sind diesbezüglich weniger gefährdet, solange sie ihre eigene Leistungsfähigkeit erkennen und ihre Belastungen entsprechend einschränken. Wenn sie jedoch aus Spaß Sport treiben und hochmotiviert und enthusiastisch sind, versuchen sie oft, sich mit einer Intensität anzustrengen, die über das hinausgeht, wofür sie trainiert wurden, und können einer Hitzekrankheit (normalerweise Hitzeerschöpfung) erliegen. Schlechte Akklimatisierung, unzureichende Flüssigkeitszufuhr, ungeeignete Kleidung, Alkoholkonsum und Hautkrankheiten, die Anhidrose (Verringerung oder Mangel an Schwitzen) verursachen, insbesondere Hitzepickel (siehe unten), verschlimmern die Symptome.

        Kinder sind anfälliger für Hitzeerschöpfung oder Hitzschlag als Erwachsene. Sie produzieren mehr Stoffwechselwärme pro Masseneinheit und sind weniger in der Lage, Wärme abzuleiten, da sie relativ wenig Schweiß produzieren können.

        Klinische Merkmale des Hitzschlags

        Hitzschlag wird durch drei Kriterien definiert:

        1. Schwere Hyperthermie mit einer Kerntemperatur (Tiefenkörpertemperatur), die gewöhnlich 42 °C übersteigt
        2. Störungen des zentralen Nervensystems
        3. heiße, trockene Haut mit Beendigung des Schwitzens.

         

        Die Diagnose eines Hitzschlags ist einfach zu stellen, wenn diese Trias von Kriterien erfüllt ist. Es kann jedoch verfehlt werden, wenn eines dieser Kriterien fehlt, unklar ist oder übersehen wird. Wenn zum Beispiel die Kerntemperatur nicht richtig und unverzüglich gemessen wird, wird eine schwere Hyperthermie möglicherweise nicht erkannt; oder in einem sehr frühen Stadium eines durch Anstrengung verursachten Hitzschlags kann das Schwitzen noch anhalten oder sogar stark sein und die Haut kann feucht sein.

        Der Beginn eines Hitzschlags ist normalerweise abrupt und ohne vorhergehende Symptome, aber einige Patienten mit drohendem Hitzschlag können Symptome und Anzeichen von Störungen des zentralen Nervensystems haben. Dazu gehören Kopfschmerzen, Übelkeit, Schwindel, Schwäche, Benommenheit, Verwirrtheit, Angst, Orientierungslosigkeit, Apathie, Aggressivität und irrationales Verhalten, Zittern, Zucken und Krämpfe. Sobald ein Hitzschlag eintritt, sind in allen Fällen Störungen des zentralen Nervensystems vorhanden. Die Bewusstseinsebene ist oft deprimiert, wobei tiefes Koma am häufigsten vorkommt. Krampfanfälle treten in den meisten Fällen auf, insbesondere bei körperlich fitten Personen. Anzeichen einer zerebellären Dysfunktion sind auffällig und können bestehen bleiben. Punktgenaue Pupillen sind häufig zu sehen. Bei einigen Überlebenden können zerebelläre Ataxie (Mangel an muskulärer Koordination), Hemiplegie (Lähmung einer Körperseite), Aphasie und emotionale Instabilität bestehen bleiben.

        Häufig treten Erbrechen und Durchfall auf. Tachypnoe (schnelles Atmen) ist normalerweise anfangs vorhanden und der Puls kann schwach und schnell sein. Hypotonie, eine der häufigsten Komplikationen, resultiert aus ausgeprägter Dehydratation, ausgedehnter peripherer Vasodilatation und eventueller Depression des Herzmuskels. Akutes Nierenversagen kann in schweren Fällen beobachtet werden, insbesondere bei einem durch Anstrengung verursachten Hitzschlag.

        Blutungen treten in allen Parenchymorganen, in der Haut (dort Petechien genannt) und in schweren Fällen im Magen-Darm-Trakt auf. Klinische hämorrhagische Manifestationen umfassen Melaena (dunkler, teeriger Kot), Hämatemesis (Bluterbrechen), Hämaturie (blutiger Urin), Hämoptyse (Blutspucken), Epistaxis (Nasenbluten), Purpura (violette Flecken), Ekchymose (schwarze und blaue Flecken). und Bindehautblutung. Häufig tritt eine intravaskuläre Gerinnung auf. Hämorrhagische Diathese (Blutungsneigung) ist normalerweise mit disseminierter intravasaler Gerinnung (DIC) verbunden. DIC tritt überwiegend bei einem durch Anstrengung verursachten Hitzschlag auf, bei dem die fibrinolytische (gerinnselauflösende) Aktivität des Plasmas erhöht ist. Andererseits werden durch die Ganzkörperhyperthermie eine Abnahme der Thrombozytenzahl, eine Verlängerung der Prothrombinzeit, eine Abnahme der Gerinnungsfaktoren und ein erhöhter Spiegel an Fibrinabbauprodukten (FDP) hervorgerufen. Patienten mit Anzeichen von DIC und Blutungen haben eine höhere Kerntemperatur, einen niedrigeren Blutdruck, einen niedrigeren arteriellen Blut-pH und pO2, ein höheres Auftreten von Oligurie oder Anurie und von Schock und eine höhere Sterblichkeitsrate.

        Schock ist auch eine häufige Komplikation. Sie ist einem peripheren Kreislaufversagen zuzuschreiben und wird durch DIC verschlimmert, die eine Verbreitung von Gerinnseln im Mikrozirkulationssystem verursacht.

        Behandlung von Hitzschlag

        Hitzschlag ist ein medizinischer Notfall, der eine sofortige Diagnose und eine schnelle und aggressive Behandlung erfordert, um das Leben des Patienten zu retten. Die richtige Messung der Kerntemperatur ist zwingend erforderlich: Die rektale oder ösophageale Temperatur sollte mit einem Thermometer gemessen werden, das bis zu 45 °C anzeigen kann. Die Messung der oralen und axillären Temperatur sollte vermieden werden, da sie erheblich von der tatsächlichen Kerntemperatur abweichen kann.

        Ziel der Behandlungsmaßnahmen ist die Senkung der Körpertemperatur durch Verringerung der Wärmebelastung und Förderung der Wärmeabfuhr aus der Haut. Die Behandlung umfasst das Verbringen des Patienten an einen sicheren, kühlen, schattigen und gut belüfteten Ort, das Entfernen unnötiger Kleidung und das Fächeln. Das Kühlen von Gesicht und Kopf kann eine wohltuende Gehirnkühlung fördern.

        Die Effizienz einiger Kühltechniken wurde in Frage gestellt. Es wurde argumentiert, dass das Auflegen von Kühlpackungen über große Blutgefäße im Nacken, in der Leistengegend und in den Achselhöhlen und das Eintauchen des Körpers in kaltes Wasser oder das Abdecken mit eisgekühlten Handtüchern das Zittern und die Vasokonstriktion der Haut fördern und somit die Kühleffizienz beeinträchtigen kann. Traditionell wird das Eintauchen in ein Eiswasserbad in Kombination mit einer kräftigen Hautmassage zur Minimierung der kutanen Vasokonstriktion als Behandlung der Wahl empfohlen, sobald der Patient in eine medizinische Einrichtung gebracht wird. Diese Kühlmethode hat mehrere Nachteile: Da sind die pflegerischen Schwierigkeiten, die durch die Notwendigkeit entstehen, Sauerstoff und Flüssigkeiten zu verabreichen und den Blutdruck und das Elektrokardiogramm kontinuierlich zu überwachen, und es gibt die hygienischen Probleme der Kontamination des Bades mit Erbrochenem und komatösem Durchfall Patienten. Ein alternativer Ansatz besteht darin, einen kühlen Nebel über den Körper des Patienten zu sprühen, während er gefächert wird, um die Verdunstung von der Haut zu fördern. Diese Kühlmethode kann die Kerntemperatur um 0.03 bis 0.06 °C/min senken.

        Auch Maßnahmen zur Vorbeugung von Krämpfen, Krampfanfällen und Schüttelfrost sollten sofort eingeleitet werden. Kontinuierliche Herzüberwachung und Bestimmung der Serumelektrolytspiegel sowie arterielle und venöse Blutgasanalysen sind unerlässlich, und die intravenöse Infusion von Elektrolytlösungen bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 10 °C sollte zusammen mit einer kontrollierten Sauerstofftherapie rechtzeitig begonnen werden. Zu den empfohlenen weiteren Maßnahmen gehören auch die Trachealintubation zum Schutz der Atemwege, das Einlegen eines Herzkatheters zur Einschätzung des zentralvenösen Drucks, das Legen einer Magensonde und das Einlegen eines Blasenkatheters.

        Vorbeugung von Hitzschlag

        Zur Vorbeugung eines Hitzschlags sollten verschiedenste menschliche Faktoren berücksichtigt werden, wie z. Vorschriften zur Förderung der öffentlichen Gesundheit.

        Vor körperlicher Anstrengung in einer heißen Umgebung sollten Arbeiter, Sportler oder Pilger über die Arbeitsbelastung und das Ausmaß des Hitzestresses, dem sie möglicherweise ausgesetzt sind, sowie über die Risiken eines Hitzschlags informiert werden. Es wird eine Akklimatisierungsphase empfohlen, bevor eine intensive körperliche Aktivität und/oder eine schwere Exposition riskiert wird. Das Aktivitätsniveau sollte der Umgebungstemperatur angepasst werden und körperliche Anstrengung sollte während der heißesten Stunden des Tages vermieden oder zumindest minimiert werden. Bei körperlicher Anstrengung ist freier Zugang zu Wasser obligatorisch. Da Elektrolyte mit dem Schweiß verloren gehen und die Möglichkeit zur freiwilligen Wasseraufnahme eingeschränkt sein kann, wodurch die Wiederherstellung der thermischen Dehydratation verzögert wird, sollten Elektrolyte auch bei starkem Schwitzen ersetzt werden. Auch die richtige Kleidung ist eine wichtige Maßnahme. Kleidung aus Stoffen, die sowohl wasseraufnehmend als auch luft- und wasserdampfdurchlässig sind, erleichtert die Wärmeableitung.

        Hautkrankheiten

        Behälter ist die häufigste Hauterkrankung im Zusammenhang mit Hitzebelastung. Es tritt auf, wenn die Abgabe von Schweiß an die Hautoberfläche aufgrund einer Verstopfung der Schweißkanäle verhindert wird. Das Schweißretentionssyndrom entsteht, wenn Anhidrose (Unfähigkeit, Schweiß abzugeben) über die Körperoberfläche weit verbreitet ist und den Patienten für einen Hitzschlag prädisponiert.

        Miliaria wird üblicherweise durch körperliche Anstrengung in einer heißen, feuchten Umgebung induziert; durch fieberhafte Erkrankungen; durch Anlegen von feuchten Kompressen, Bandagen, Gipsverbänden oder Heftpflaster; und durch das Tragen von schlecht durchlässiger Kleidung. Miliaria kann je nach Tiefe der Schweißretention in drei Typen eingeteilt werden: Miliaria crystallina, Miliaria rubra und Miliaria profunda.

        Miliaria crystallina wird durch Ansammlung von Schweiß innerhalb oder direkt unter der Hornschicht der Haut verursacht, wo winzige, klare, nicht entzündliche Bläschen zu sehen sind. Sie treten typischerweise in „Pflanzen“ nach einem schweren Sonnenbrand oder während einer fieberhaften Erkrankung auf. Diese Art von Miliaria ist ansonsten symptomlos, am wenigsten belastend und heilt spontan in ein paar Tagen, wenn die Blasen ausbrechen und Schuppen hinterlassen.

        Miliaria rubra tritt auf, wenn intensive Hitzebelastung zu anhaltendem und starkem Schwitzen führt. Es ist die häufigste Art von Miliaria, bei der sich Schweiß in der Epidermis ansammelt. Es bilden sich rote Papeln, Bläschen oder Pusteln, begleitet von brennenden und juckenden Empfindungen (stachelige Hitze). Der Schweißkanal ist am Endabschnitt verschlossen. Die Herstellung des Pfropfens ist auf die Wirkung ansässiger aerober Bakterien zurückzuführen, insbesondere Kokken, deren Population in der Hornschicht stark zunimmt, wenn sie mit Schweiß hydratisiert wird. Sie scheiden ein Toxin aus, das die Hornepithelzellen des Schweißkanals verletzt und eine Entzündungsreaktion hervorruft, die einen Zylinder im Lumen des Schweißkanals auslöst. Durch die Leukozyteninfiltration entsteht eine Stauung, die den Schweißdurchgang für mehrere Wochen vollständig behindert.

        Bei Miliaria profunda wird Schweiß in der Dermis zurückgehalten und erzeugt flache, entzündliche Papeln, Knötchen und Abszesse mit weniger Juckreiz als bei Miliaria rubra. Das Vorkommen dieser Art von Miliaria ist üblicherweise auf die Tropen beschränkt. Sie kann sich in progressiver Folge aus Miliaria rubra nach wiederholten starken Schweißausbrüchen entwickeln, da sich die Entzündungsreaktion von den oberen Hautschichten nach unten ausbreitet.

        Tropische anhidrotische Asthenie. Der Begriff erlangte während des Zweiten Weltkriegs Verbreitung, als Truppen, die in tropischen Theatern stationiert waren, unter Hitzeausschlag und Hitzeunverträglichkeit litten. Es ist eine Modalität des Schweißretentionssyndroms, das in heißen, feuchten tropischen Umgebungen auftritt. Sie ist gekennzeichnet durch Anhidrose und miliariaartige Hautausschläge, begleitet von Hitzestausymptomen wie Herzklopfen, schnellem Pulsieren, Hyperthermie, Kopfschmerzen, Schwäche und allmählich bis schnell fortschreitender Unfähigkeit, körperliche Aktivität in der Hitze zu ertragen. Ihm geht meist eine weit verbreitete Miliaria rubra voraus.

        Behandlung. Die anfängliche und wesentliche Behandlung von Miliaria und Schweißretentionssyndrom besteht darin, die betroffene Person in eine kühle Umgebung zu bringen. Kühle Duschen und sanftes Abtrocknen der Haut sowie das Auftragen von Galmei-Lotion können den Leidensdruck des Patienten lindern. Die Anwendung chemischer Bakteriostatika verhindert wirksam die Ausbreitung der Mikroflora und ist der Verwendung von Antibiotika vorzuziehen, die dazu führen können, dass diese Mikroorganismen Resistenzen erwerben.

        Die Verstopfungen im Schweißkanal lösen sich nach ca. 3 Wochen durch epidermale Erneuerung ab.

         

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        Mittwoch, März 16 2011 21: 41

        Prävention von Hitzestress

        Obwohl Menschen eine beträchtliche Fähigkeit besitzen, natürlich auftretenden Hitzestress zu kompensieren, setzen viele Arbeitsumgebungen und/oder körperliche Aktivitäten Arbeiter Hitzebelastungen aus, die so übermäßig sind, dass sie ihre Gesundheit und Produktivität bedrohen. In diesem Artikel werden verschiedene Techniken beschrieben, die verwendet werden können, um das Auftreten von Hitzestörungen zu minimieren und die Schwere der Fälle zu verringern, wenn sie auftreten. Interventionen lassen sich in fünf Kategorien einteilen: Maximierung der Hitzetoleranz bei exponierten Personen, Sicherstellung des rechtzeitigen Ersatzes verlorener Flüssigkeit und Elektrolyte, Änderung der Arbeitspraktiken zur Verringerung der körperlichen Hitzebelastung, technische Kontrolle der klimatischen Bedingungen und Verwendung von Schutzkleidung.

        Faktoren außerhalb des Arbeitsplatzes, die die thermische Verträglichkeit beeinflussen können, sollten bei der Bewertung des Ausmaßes der Exposition und folglich bei der Ausarbeitung von Präventionsstrategien nicht außer Acht gelassen werden. Beispielsweise sind die physiologische Gesamtbelastung und die potenzielle Anfälligkeit für Hitzeerkrankungen viel höher, wenn der Hitzestress auch außerhalb der Dienstzeiten durch die Arbeit in einem Nebenjob, anstrengende Freizeitaktivitäten oder das Leben in ununterbrochen heißen Vierteln anhält. Darüber hinaus können der Ernährungszustand und die Flüssigkeitszufuhr Ess- und Trinkgewohnheiten widerspiegeln, die sich auch mit der Jahreszeit oder religiösen Bräuchen ändern können.

        Maximierung der individuellen Hitzetoleranz

        Kandidaten für Hot Trades sollten im Allgemeinen gesund sein und über geeignete körperliche Eigenschaften für die auszuführende Arbeit verfügen. Fettleibigkeit und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind Zustände, die die Risiken erhöhen, und Personen mit einer Vorgeschichte unerklärlicher oder sich wiederholender Hitzeerkrankungen sollten nicht mit Aufgaben beauftragt werden, die mit schwerem Hitzestress einhergehen. Verschiedene physikalische und physiologische Eigenschaften, die die Wärmetoleranz beeinflussen können, werden unten diskutiert und fallen in zwei allgemeine Kategorien: inhärente Eigenschaften, die außerhalb der Kontrolle des Individuums liegen, wie etwa Körpergröße, Geschlecht, ethnische Zugehörigkeit und Alter; und erworbene Eigenschaften, die zumindest teilweise der Kontrolle unterliegen und körperliche Fitness, Hitzeakklimatisierung, Fettleibigkeit, Erkrankungen und selbst verursachten Stress umfassen.

        Arbeitnehmer sollten über die Art von Hitzestress und seine nachteiligen Auswirkungen sowie die am Arbeitsplatz vorgesehenen Schutzmaßnahmen informiert werden. Ihnen sollte beigebracht werden, dass die Hitzetoleranz in hohem Maße davon abhängt, ob sie ausreichend Wasser trinken und sich ausgewogen ernähren. Darüber hinaus sollten die Arbeitnehmer über die Anzeichen und Symptome von Hitzestörungen aufgeklärt werden, zu denen Schwindel, Ohnmacht, Atemlosigkeit, Herzklopfen und extremer Durst gehören. Sie sollten auch die Grundlagen der Ersten Hilfe lernen und wissen, wo sie Hilfe rufen können, wenn sie diese Anzeichen bei sich oder anderen erkennen.

        Das Management sollte ein System zur Meldung von hitzebedingten Vorfällen am Arbeitsplatz implementieren. Das Auftreten von Hitzestörungen bei mehr als einer Person – oder wiederholt bei einer einzelnen Person – ist oft eine Warnung vor ernsthaften bevorstehenden Problemen und zeigt die Notwendigkeit einer sofortigen Bewertung der Arbeitsumgebung und einer Überprüfung der Angemessenheit von Präventivmaßnahmen an.

        Menschliche Eigenschaften, die die Anpassung beeinflussen

        Körpermaße. Kinder und sehr kleine Erwachsene sind bei der Arbeit in heißen Umgebungen mit zwei potenziellen Nachteilen konfrontiert. Erstens stellt eine von außen auferlegte Arbeit eine größere relative Belastung für einen Körper mit einer kleinen Muskelmasse dar, was zu einem stärkeren Anstieg der Körperkerntemperatur und einem schnelleren Einsetzen der Ermüdung führt. Außerdem kann das höhere Oberflächen-zu-Masse-Verhältnis bei kleinen Menschen unter extrem heißen Bedingungen nachteilig sein. Diese Faktoren zusammen könnten erklären, warum Männer mit einem Gewicht von weniger als 50 kg bei Tiefbergbauaktivitäten ein erhöhtes Risiko für Hitzschlagerkrankungen aufweisen.

        Geschlecht. Frühe Laborstudien an Frauen schienen zu zeigen, dass sie im Vergleich zu Männern relativ intolerant gegenüber Hitzearbeiten waren. Wir erkennen jedoch jetzt an, dass fast alle Unterschiede in Bezug auf die Körpergröße und das erworbene Maß an körperlicher Fitness und Hitzeakklimatisierung erklärt werden können. Es gibt jedoch geringfügige geschlechtsspezifische Unterschiede bei den Wärmeableitungsmechanismen: Höhere maximale Schweißraten bei Männern können die Toleranz gegenüber extrem heißen, trockenen Umgebungen verbessern, während Frauen besser in der Lage sind, übermäßiges Schwitzen zu unterdrücken und daher Körperwasser und damit Wärme in heißen, feuchten Umgebungen zu sparen . Obwohl der Menstruationszyklus mit einer Verschiebung der Basaltemperatur verbunden ist und die thermoregulatorischen Reaktionen bei Frauen leicht verändert, sind diese physiologischen Anpassungen zu subtil, um die Wärmetoleranz und die thermoregulatorische Effizienz in realen Arbeitssituationen zu beeinflussen.

        Wenn der individuelle Körperbau und die Fitness berücksichtigt werden, sind Männer und Frauen in ihrer Reaktion auf Hitzestress und ihrer Fähigkeit, sich an die Arbeit unter heißen Bedingungen zu gewöhnen, im Wesentlichen gleich. Aus diesem Grund sollte die Auswahl von Arbeitnehmern für heiße Jobs auf der individuellen Gesundheit und körperlichen Leistungsfähigkeit basieren, nicht auf dem Geschlecht. Sehr kleine oder sesshafte Personen beiderlei Geschlechts zeigen eine geringe Verträglichkeit für die Arbeit in der Hitze.

        Die Auswirkung einer Schwangerschaft auf die Hitzetoleranz von Frauen ist nicht klar, aber veränderte Hormonspiegel und die erhöhten Kreislaufanforderungen des Fötus an die Mutter können ihre Anfälligkeit für Ohnmachtsanfälle erhöhen. Schwere mütterliche Hyperthermie (Überhitzung) aufgrund von Krankheit scheint die Inzidenz fötaler Missbildungen zu erhöhen, aber es gibt keine Hinweise auf eine ähnliche Wirkung von berufsbedingtem Hitzestress.

        Ethnizität. Obwohl verschiedene ethnische Gruppen aus unterschiedlichen Klimazonen stammen, gibt es kaum Hinweise auf angeborene oder genetische Unterschiede in der Reaktion auf Hitzestress. Alle Menschen scheinen als tropische Tiere zu fungieren; Ihre Fähigkeit, unter verschiedenen thermischen Bedingungen zu leben und zu arbeiten, spiegelt die Anpassung durch komplexes Verhalten und technologische Entwicklung wider. Scheinbare ethnische Unterschiede in der Reaktion auf Hitzestress beziehen sich wahrscheinlich eher auf die Körpergröße, die individuelle Lebensgeschichte und den Ernährungszustand als auf angeborene Merkmale.

        Alter. Industrielle Bevölkerungen zeigen im Allgemeinen eine allmähliche Abnahme der Hitzetoleranz nach dem 50. Lebensjahr. Es gibt einige Hinweise auf eine obligatorische, altersbedingte Verringerung der kutanen Vasodilatation (Erweiterung der Blutgefäße der Haut) und der maximalen Schweißrate, aber die meisten davon Veränderungen können auf Änderungen des Lebensstils zurückgeführt werden, die die körperliche Aktivität reduzieren und die Ansammlung von Körperfett erhöhen. Das Alter scheint die Hitzetoleranz oder die Akklimatisierungsfähigkeit nicht zu beeinträchtigen, wenn die Person ein hohes Maß an aerober Kondition aufrechterhält. Alternde Bevölkerungen unterliegen jedoch einem zunehmenden Auftreten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder anderen Pathologien, die die individuelle Hitzetoleranz beeinträchtigen können.

        Körperliche Fitness. Maximale aerobe Kapazität (VO2 max) ist wahrscheinlich die stärkste Einzeldeterminante für die Fähigkeit einer Person, unter heißen Bedingungen ausdauernde körperliche Arbeit zu verrichten. Wie oben erwähnt, werden frühe Befunde von Gruppenunterschieden in der Hitzetoleranz, die auf Geschlecht, Rasse oder Alter zurückgeführt wurden, heute als Manifestationen der aeroben Kapazität und Hitzeakklimatisierung angesehen.

        Das Herbeiführen und Aufrechterhalten einer hohen Arbeitskapazität erfordert wiederholte Herausforderungen für das Sauerstofftransportsystem des Körpers durch intensives Training für mindestens 30 bis 40 Minuten an 3 bis 4 Tagen pro Woche. In einigen Fällen kann die Aktivität am Arbeitsplatz das notwendige körperliche Training bieten, aber die meisten Industriejobs sind weniger anstrengend und erfordern eine Ergänzung durch ein regelmäßiges Trainingsprogramm für eine optimale Fitness.

        Der Verlust der aeroben Leistungsfähigkeit (Detraining) erfolgt relativ langsam, sodass Wochenenden oder Ferien von 1 bis 2 Wochen nur minimale Veränderungen bewirken. Schwerwiegende Abnahmen der aeroben Kapazität treten eher über Wochen bis Monate auf, wenn Verletzungen, chronische Krankheiten oder anderer Stress dazu führen, dass die Person ihren Lebensstil ändert.

        Wärmegewöhnung. Die Akklimatisierung an die Arbeit in der Hitze kann die menschliche Toleranz gegenüber solchem ​​Stress erheblich erweitern, so dass eine Aufgabe, die anfänglich die Fähigkeiten der nicht akklimatisierten Person übersteigt, nach einer Zeit der allmählichen Anpassung zu einer einfacheren Arbeit werden kann. Personen mit hoher körperlicher Fitness weisen in der Regel eine partielle Hitzeakklimatisierung auf und können den Prozess schneller und stressfreier absolvieren als Personen mit wenig Bewegung. Die Jahreszeit kann auch die Zeit beeinflussen, die für die Akklimatisierung eingeplant werden muss; Im Sommer eingestellte Arbeitskräfte können bereits teilweise hitzeakklimatisiert sein, während Wintereinstellungen eine längere Eingewöhnungsphase erfordern.

        In den meisten Situationen kann die Akklimatisierung durch allmähliche Einführung des Arbeiters in die heiße Aufgabe herbeigeführt werden. Beispielsweise kann der neue Rekrut in den ersten Tagen nur morgens oder für allmählich zunehmende Zeiträume zu Heißarbeiten eingesetzt werden. Diese Eingewöhnung am Arbeitsplatz sollte unter strenger Aufsicht von erfahrenem Personal erfolgen; Der neue Arbeitnehmer sollte jederzeit die Erlaubnis haben, sich in kühlere Bedingungen zurückzuziehen, wenn Symptome einer Intoleranz auftreten. Extreme Bedingungen können ein formelles Protokoll einer fortschreitenden Hitzeeinwirkung rechtfertigen, wie es für Arbeiter in den südafrikanischen Goldminen verwendet wird.

        Die Aufrechterhaltung der vollständigen Hitzeakklimatisierung erfordert drei- bis viermal pro Woche Arbeit in Hitze; Niedrigere Frequenzen oder passive Hitzeeinwirkung haben eine viel schwächere Wirkung und können ein allmähliches Nachlassen der Hitzetoleranz ermöglichen. Arbeitsfreie Wochenenden haben jedoch keinen messbaren Einfluss auf die Akklimatisierung. Eine Unterbrechung der Exposition für 2 bis 3 Wochen führt zu einem weitgehenden Verlust der Akklimatisierung, obwohl bei Personen, die heißem Wetter und/oder regelmäßigem Aerobic-Training ausgesetzt sind, ein Teil erhalten bleibt.

        Fettleibigkeit. Ein hoher Körperfettanteil hat wenig direkten Einfluss auf die Thermoregulation, da die Wärmeableitung an der Haut Kapillaren und Schweißdrüsen betrifft, die näher an der Hautoberfläche liegen als die subkutane Fettschicht der Haut. Übergewichtige Personen sind jedoch durch ihr zu hohes Körpergewicht behindert, da jede Bewegung eine höhere Muskelanstrengung erfordert und somit mehr Wärme erzeugt als bei einer schlanken Person. Darüber hinaus spiegelt Fettleibigkeit oft einen inaktiven Lebensstil mit daraus resultierender geringerer aerober Kapazität und fehlender Hitzeakklimatisierung wider.

        Erkrankungen und andere Belastungen. Die Hitzetoleranz eines Arbeiters an einem bestimmten Tag kann durch eine Vielzahl von Bedingungen beeinträchtigt werden. Beispiele hierfür sind eine fieberhafte Erkrankung (höhere Körpertemperatur als normal), eine kürzlich erfolgte Impfung oder eine Gastroenteritis mit damit verbundener Störung des Flüssigkeits- und Elektrolythaushalts. Hauterkrankungen wie Sonnenbrand und Hautausschläge können die Fähigkeit zur Schweißabsonderung einschränken. Darüber hinaus kann die Anfälligkeit für Hitzekrankheiten durch verschreibungspflichtige Medikamente, einschließlich Sympathomimetika, Anticholinergika, Diuretika, Phenothiazine, zyklische Antidepressiva und Monoaminoxidase-Hemmer, erhöht werden.

        Alkohol ist ein häufiges und ernstes Problem bei Hitzearbeitern. Alkohol beeinträchtigt nicht nur die Nahrungs- und Wasseraufnahme, sondern wirkt auch harntreibend (vermehrtes Wasserlassen) und stört das Urteilsvermögen. Die nachteiligen Wirkungen von Alkohol erstrecken sich viele Stunden über den Zeitpunkt der Einnahme hinaus. Alkoholiker, die einen Hitzschlag erleiden, haben eine weitaus höhere Sterblichkeitsrate als nicht-alkoholische Patienten.

        Oraler Ersatz von Wasser und Elektrolyten

        Flüssigkeitszufuhr. Die Verdunstung von Schweiß ist der Hauptweg zur Ableitung von Körperwärme und wird zum einzig möglichen Kühlmechanismus, wenn die Lufttemperatur die Körpertemperatur übersteigt. Der Wasserbedarf lässt sich nicht durch Training reduzieren, sondern nur durch eine Senkung der Wärmebelastung des Arbeiters. Der menschliche Wasserverlust und die Rehydrierung wurden in den letzten Jahren ausführlich untersucht, und jetzt sind weitere Informationen verfügbar.

        Ein Mensch mit einem Gewicht von 70 kg kann auf unbestimmte Zeit mit einer Rate von 1.5 bis 2.0 l/h schwitzen, und es ist möglich, dass ein Arbeiter in einer extrem heißen Umgebung mehrere Liter oder bis zu 10 % seines Körpergewichts während eines Tages verliert. Ein solcher Verlust wäre arbeitsunfähig, wenn nicht mindestens ein Teil des Wassers während der Arbeitsschicht ersetzt würde. Da die Wasseraufnahme aus dem Darm während der Arbeit jedoch bei etwa 1.5 l/h gipfelt, führen höhere Schweißraten über den Tag zu einer kumulativen Dehydrierung.

        Trinken, um den Durst zu stillen, reicht nicht aus, um eine Person gut hydriert zu halten. Die meisten Menschen bemerken Durst erst, wenn sie 1 bis 2 l Körperwasser verloren haben, und Personen, die hochmotiviert sind, harte Arbeit zu leisten, können 3 bis 4 l Verluste erleiden, bevor sie der lautstarke Durst zwingt, anzuhalten und zu trinken. Paradoxerweise verringert Dehydrierung die Fähigkeit, Wasser aus dem Darm zu absorbieren. Daher müssen Arbeiter in heißen Gewerken darüber aufgeklärt werden, wie wichtig es ist, während der Arbeit genug Wasser zu trinken und außerhalb der Dienstzeit großzügig zu rehydrieren. Sie sollten auch den Wert der „Prähydrierung“ lernen – einen großen Schluck Wasser unmittelbar vor dem Beginn von starkem Hitzestress trinken – da Hitze und Bewegung den Körper daran hindern, überschüssiges Wasser im Urin auszuscheiden.

        Das Management muss leichten Zugang zu Wasser oder anderen geeigneten Getränken bieten, die die Rehydrierung fördern. Jedes physische oder verfahrenstechnische Hindernis beim Trinken fördert eine „freiwillige“ Dehydrierung, die zu einer Hitzschlagerkrankung prädisponiert. Die folgenden Details sind ein wesentlicher Bestandteil jedes Programms zur Erhaltung der Flüssigkeitszufuhr:

        • Sicheres, wohlschmeckendes Wasser muss sich in unmittelbarer Nähe jedes Arbeiters befinden oder dem Arbeiter stündlich gebracht werden – häufiger unter den stressigsten Bedingungen.
        • Es sollten hygienische Trinkbecher bereitgestellt werden, da es fast unmöglich ist, aus einem Wasserbrunnen zu rehydrieren.
        • Wasserbehälter müssen beschattet oder auf 15 bis 20 °C gekühlt werden (Eisgetränke sind nicht ideal, da sie die Aufnahme hemmen).

         

        Aromastoffe können verwendet werden, um die Akzeptanz von Wasser zu verbessern. Getränke, die beliebt sind, weil sie den Durst „stillen“, werden jedoch nicht empfohlen, da sie die Aufnahme hemmen, bevor die Rehydrierung abgeschlossen ist. Aus diesem Grund ist es besser, Wasser oder verdünnte, aromatisierte Getränke anzubieten und auf Kohlensäure, Koffein und stark zucker- oder salzhaltige Getränke zu verzichten.

        Nutrition. Obwohl Schweiß im Vergleich zu Blutserum hypoton (geringerer Salzgehalt) ist, gehen hohe Schweißraten mit einem kontinuierlichen Verlust von Natriumchlorid und geringen Mengen Kalium einher, die täglich ersetzt werden müssen. Darüber hinaus beschleunigt die Arbeit in Hitze den Umsatz von Spurenelementen, einschließlich Magnesium und Zink. Alle diese wesentlichen Elemente sollten normalerweise aus der Nahrung gewonnen werden, daher sollten Arbeiter in Heißhandwerken ermutigt werden, ausgewogene Mahlzeiten zu sich zu nehmen und sie nicht durch Schokoriegel oder Snacks zu ersetzen, denen wichtige Nährstoffkomponenten fehlen. Einige Diäten in Industrienationen beinhalten hohe Konzentrationen an Natriumchlorid, und es ist unwahrscheinlich, dass Arbeiter mit solchen Diäten Salzdefizite entwickeln; aber andere, traditionellere Diäten enthalten möglicherweise nicht ausreichend Salz. Unter bestimmten Umständen kann es erforderlich sein, dass der Arbeitgeber während der Arbeitsschicht salzige Snacks oder andere Zusatznahrung bereitstellt.

        „Sportgetränke“ oder „Durstlöscher“, die Natriumchlorid, Kalium und Kohlenhydrate enthalten, werden in den Industrienationen vermehrt angeboten. Der lebenswichtige Bestandteil jedes Getränks ist Wasser, aber Elektrolytgetränke können bei Personen nützlich sein, die bereits eine erhebliche Dehydrierung (Wasserverlust) in Kombination mit Elektrolytmangel (Salzverlust) entwickelt haben. Diese Getränke haben im Allgemeinen einen hohen Salzgehalt und sollten vor dem Verzehr mit gleichen oder größeren Wassermengen gemischt werden. Eine viel sparsamere Mischung zur oralen Rehydrierung kann nach folgendem Rezept hergestellt werden: Auf einen Liter trinkbares Wasser 40 g Zucker (Saccharose) und 6 g Salz (Natriumchlorid) geben. Arbeiter sollten keine Salztabletten erhalten, da sie leicht missbraucht werden können und Überdosierungen zu Magen-Darm-Problemen, erhöhter Urinausscheidung und größerer Anfälligkeit für Hitzekrankheiten führen.

        Modifizierte Arbeitspraktiken

        Das gemeinsame Ziel der Änderung der Arbeitspraktiken besteht darin, die zeitlich gemittelte Hitzebelastung zu verringern und in akzeptable Grenzen zu bringen. Dies kann erreicht werden, indem die körperliche Arbeitsbelastung eines einzelnen Arbeiters reduziert wird oder indem geeignete Pausen zur thermischen Erholung geplant werden. In der Praxis ist die maximale zeitgemittelte metabolische Wärmeproduktion effektiv auf etwa 350 W (5 kcal/min) begrenzt, da härtere Arbeit zu körperlicher Ermüdung und einem Bedarf an entsprechenden Ruhepausen führt.

        Das individuelle Anstrengungsniveau kann gesenkt werden, indem externe Arbeit wie Heben reduziert und die erforderliche Fortbewegung und statische Muskelspannung, wie sie mit einer ungünstigen Körperhaltung verbunden sind, begrenzt werden. Diese Ziele können erreicht werden, indem die Aufgabengestaltung nach ergonomischen Prinzipien optimiert wird, mechanische Hilfsmittel bereitgestellt werden oder die körperliche Anstrengung auf mehrere Personen verteilt wird.

        Die einfachste Form der Zeitplanänderung besteht darin, eine individuelle Selbststeuerung zuzulassen. Industriearbeiter, die eine vertraute Aufgabe in einem milden Klima ausführen, werden sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die eine rektale Temperatur von etwa 38°C erzeugt; Die Auferlegung von Hitzestress führt dazu, dass sie freiwillig das Arbeitstempo verlangsamen oder Pausen einlegen. Diese Fähigkeit, die Arbeitsgeschwindigkeit freiwillig anzupassen, hängt wahrscheinlich vom Bewusstsein für kardiovaskulären Stress und Ermüdung ab. Menschen können Erhöhungen der Körperkerntemperatur nicht bewusst wahrnehmen; sie verlassen sich vielmehr auf Hauttemperatur und Hautbenetzung, um thermisches Unbehagen zu beurteilen.

        Ein alternativer Ansatz zur Änderung des Zeitplans ist die Einführung vorgeschriebener Arbeits- und Ruhezyklen, bei denen das Management die Dauer jeder Arbeitsphase, die Länge der Ruhepausen und die Anzahl der erwarteten Wiederholungen festlegt. Die thermische Erholung dauert viel länger als der Zeitraum, der zum Senken der Atemfrequenz und der arbeitsinduzierten Herzfrequenz erforderlich ist: Das Absenken der Kerntemperatur auf Ruhewerte erfordert 30 bis 40 Minuten in einer kühlen, trockenen Umgebung und dauert länger, wenn die Person unter heißen Bedingungen oder ruhen muss beim Tragen von Schutzkleidung. Wenn ein konstantes Produktionsniveau erforderlich ist, müssen abwechselnde Arbeiterteams nacheinander für heiße Arbeiten und anschließend für die Erholung eingesetzt werden, wobei letztere entweder Ruhe oder sitzende Tätigkeiten an einem kühlen Ort umfasst.

        Climate Control

        Wenn die Kosten keine Rolle spielten, könnten alle Hitzestressprobleme durch Anwendung technischer Techniken gelöst werden, um feindliche Arbeitsumgebungen in gastfreundliche umzuwandeln. Abhängig von den spezifischen Bedingungen des Arbeitsplatzes und den verfügbaren Ressourcen kann eine Vielzahl von Techniken verwendet werden. Herkömmlicherweise lassen sich Heißindustrien in zwei Kategorien einteilen: In Heiß-Trocken-Prozessen wie der Metallschmelze und der Glasherstellung sind die Arbeiter sehr heißer Luft in Kombination mit einer starken Strahlungswärmebelastung ausgesetzt, aber solche Prozesse fügen der Luft nur wenig Feuchtigkeit hinzu. Im Gegensatz dazu kommt es in feuchtwarmen Industrien wie Textilfabriken, Papierherstellung und Bergbau zu weniger extremen Erwärmungen, aber zu sehr hohen Luftfeuchtigkeiten aufgrund von Nassprozessen und entweichendem Dampf.

        Die wirtschaftlichsten Techniken zur Kontrolle der Umgebungsbedingungen umfassen normalerweise die Verringerung der Wärmeübertragung von der Quelle an die Umgebung. Warme Luft kann außerhalb des Arbeitsbereichs abgelassen und durch Frischluft ersetzt werden. Heiße Oberflächen können isoliert oder mit reflektierenden Beschichtungen versehen werden, um die Wärmeabgabe zu reduzieren und gleichzeitig die für den industriellen Prozess benötigte Wärme einzusparen. Eine zweite Verteidigungslinie ist eine großflächige Belüftung des Arbeitsbereichs, um für einen starken Außenluftstrom zu sorgen. Die teuerste Option ist eine Klimaanlage, um die Atmosphäre am Arbeitsplatz zu kühlen und zu trocknen. Obwohl das Absenken der Lufttemperatur die Übertragung von Strahlungswärme nicht beeinflusst, hilft es, die Temperatur der Wände und anderer Oberflächen zu reduzieren, die sekundäre Quellen von Konvektions- und Strahlungswärme sein können.

        Wenn sich die Gesamtumgebungskontrolle als unpraktisch oder unwirtschaftlich erweist, kann es möglich sein, die thermischen Bedingungen in lokalen Arbeitsbereichen zu verbessern. Innerhalb des größeren Arbeitsraums können klimatisierte Umschließungen bereitgestellt werden, oder eine bestimmte Arbeitsstation kann mit einem Kühlluftstrom („Punktkühlung“ oder „Luftdusche“) versorgt werden. Lokale oder sogar tragbare reflektierende Abschirmungen können zwischen dem Arbeiter und einer strahlenden Wärmequelle angeordnet werden. Alternativ können moderne Engineering-Techniken den Bau von Fernsystemen zur Steuerung heißer Prozesse ermöglichen, so dass die Arbeiter nicht routinemäßig stark belastenden Hitzeumgebungen ausgesetzt werden müssen.

        Wenn der Arbeitsplatz mit Außenluft belüftet wird oder die Kapazität der Klimaanlage begrenzt ist, spiegeln die thermischen Bedingungen klimatische Veränderungen wider, und plötzliche Anstiege der Außenlufttemperatur und -feuchtigkeit können den Hitzestress auf ein Niveau erhöhen, das die Hitzetoleranz der Arbeitnehmer überfordert. Beispielsweise kann eine Frühjahrshitzewelle eine Hitzekrankheitsepidemie bei Arbeitern auslösen, die noch nicht wie im Sommer an die Hitze akklimatisiert sind. Das Management sollte daher ein System zur Vorhersage wetterbedingter Änderungen des Hitzestresses implementieren, damit rechtzeitig Vorkehrungen getroffen werden können.

        Schutzkleidung

        Die Arbeit unter extremen thermischen Bedingungen kann einen persönlichen Wärmeschutz in Form von Spezialkleidung erfordern. Passiver Schutz wird durch isolierende und reflektierende Kleidungsstücke geboten; Isolierung allein kann die Haut vor thermischen Transienten schützen. Reflektierende Schürzen können verwendet werden, um Personal zu schützen, das mit einer begrenzten Strahlungsquelle konfrontiert ist. Feuerwehrleute, die mit extrem heißen Brennstoffbränden fertig werden müssen, tragen Anzüge, sogenannte „Bunker“, die eine starke Isolierung gegen heiße Luft mit einer aluminisierten Oberfläche kombinieren, um Strahlungswärme zu reflektieren.

        Eine andere Form des passiven Schutzes ist die Eisweste, die mit Matsch oder gefrorenen Eispaketen (oder Trockeneis) beladen ist und über einem Unterhemd getragen wird, um ein unangenehmes Auskühlen der Haut zu verhindern. Der Phasenwechsel des schmelzenden Eises nimmt einen Teil der metabolischen und umweltbedingten Wärmelast aus der bedeckten Fläche auf, jedoch muss das Eis in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden; Je größer die Wärmebelastung, desto häufiger muss das Eis ausgetauscht werden. Eiswesten haben sich in tiefen Minen, Schiffsmaschinenräumen und anderen sehr heißen, feuchten Umgebungen, in denen Zugang zu Gefrierschränken eingerichtet werden kann, als am nützlichsten erwiesen.

        Aktiver Wärmeschutz wird durch luft- oder flüssigkeitsgekühlte Kleidungsstücke bereitgestellt, die den gesamten Körper oder einen Teil davon bedecken, normalerweise den Oberkörper und manchmal den Kopf.

        Luftkühlung. Die einfachsten Systeme werden mit der Umgebungsluft oder mit Druckluft belüftet, die durch Expansion oder Durchleiten durch eine Wirbelvorrichtung gekühlt wird. Es werden große Luftmengen benötigt; Die minimale Belüftungsrate für einen versiegelten Anzug beträgt etwa 450 l/min. Luftkühlung kann theoretisch durch Konvektion (Temperaturänderung) oder Verdunstung von Schweiß (Phasenänderung) erfolgen. Die Wirksamkeit der Konvektion ist jedoch durch die geringe spezifische Wärme der Luft und die Schwierigkeit, sie bei niedrigen Temperaturen in heiße Umgebungen zu liefern, begrenzt. Die meisten luftgekühlten Kleidungsstücke funktionieren daher durch Verdunstungskühlung. Der Arbeiter erfährt mäßigen Hitzestress und damit verbundene Austrocknung, ist aber in der Lage, durch natürliche Kontrolle der Schweißrate thermoregulierend zu wirken. Die Luftkühlung erhöht auch den Komfort durch ihre Tendenz, die Unterwäsche zu trocknen. Zu den Nachteilen gehören (1) die Notwendigkeit, das Subjekt mit der Luftquelle zu verbinden, (2) die Masse der Luftverteilungskleidung und (3) die Schwierigkeit, Luft an die Gliedmaßen zu liefern.

        Flüssigkeitskühlung. Diese Systeme lassen ein Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch durch ein Netzwerk von Kanälen oder kleinen Rohren zirkulieren und führen dann die erwärmte Flüssigkeit zu einer Wärmesenke zurück, die die während des Durchgangs über den Körper hinzugefügte Wärme abführt. Flüssigkeitszirkulationsraten liegen üblicherweise in der Größenordnung von 1 l/min. Der Kühlkörper kann thermische Energie durch Verdampfung, Schmelzen, Kühlung oder thermoelektrische Prozesse an die Umgebung abgeben. Flüssigkeitsgekühlte Kleidungsstücke bieten ein weitaus größeres Kühlpotenzial als Luftsysteme. Ein vollflächiger Anzug in Verbindung mit einem geeigneten Kühlkörper kann die gesamte Stoffwechselwärme abführen und den thermischen Komfort aufrechterhalten, ohne dass Sie schwitzen müssen. Ein solches System wird von Astronauten verwendet, die außerhalb ihres Raumfahrzeugs arbeiten. Ein solch leistungsstarker Kühlmechanismus erfordert jedoch eine Art Komfortsteuersystem, das normalerweise die manuelle Einstellung eines Ventils beinhaltet, das einen Teil der zirkulierenden Flüssigkeit am Kühlkörper vorbeileitet. Flüssigkeitsgekühlte Systeme können als Rucksack konfiguriert werden, um während der Arbeit eine kontinuierliche Kühlung zu gewährleisten.

        Jede Kühlvorrichtung, die dem menschlichen Körper Gewicht und Masse hinzufügt, kann natürlich die vorliegende Arbeit stören. Beispielsweise erhöht das Gewicht einer Eisweste die Stoffwechselkosten der Fortbewegung erheblich und ist daher am nützlichsten für leichte körperliche Arbeiten wie das Wachstehen in heißen Abteilen. Systeme, die den Arbeiter an einen Kühlkörper fesseln, sind für viele Arten von Arbeiten unpraktisch. Intermittierendes Kühlen kann nützlich sein, wenn Arbeiter schwere Schutzkleidung (z. B. Chemikalienschutzanzüge) tragen müssen und während der Arbeit keinen Kühlkörper tragen oder angebunden sein können. Das Ablegen des Anzugs für jede Ruhepause ist zeitaufwändig und beinhaltet eine mögliche toxische Exposition; Unter diesen Bedingungen ist es einfacher, die Arbeiter ein Kühlkleidungsstück tragen zu lassen, das nur während der Ruhezeit an einem Kühlkörper befestigt ist, was eine Wärmerückgewinnung unter ansonsten nicht akzeptablen Bedingungen ermöglicht.

         

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        Wärmeaustausch

        Der menschliche Körper tauscht Wärme mit seiner Umgebung auf verschiedenen Wegen aus: Wärmeleitung über die mit ihm in Kontakt stehenden Oberflächen, Konvektion und Verdunstung mit der Umgebungsluft und Strahlung mit den benachbarten Oberflächen.

        Konduktion:

        Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme zwischen zwei sich berührenden Festkörpern. Solche Austausche werden zwischen Haut und Kleidung, Schuhen, Druckstellen (Sitz, Griffe), Werkzeugen usw. beobachtet. In der Praxis wird dieser Wärmestrom durch Wärmeleitung bei der mathematischen Berechnung des Wärmehaushalts indirekt als eine Größe angenähert, die gleich dem Wärmestrom durch Konvektion und Strahlung ist, der stattfinden würde, wenn diese Oberflächen nicht in Kontakt mit anderen Materialien wären.

        Konvektion

        Konvektion ist die Übertragung von Wärme zwischen der Haut und der sie umgebenden Luft. Wenn die Hauttemperatur, tsk, in Grad Celsius (°C), ist höher als die Lufttemperatur (ta), wird die mit der Haut in Berührung kommende Luft erwärmt und steigt folglich auf. An der Körperoberfläche entsteht so eine Luftzirkulation, die sogenannte natürliche Konvektion. Dieser Austausch wird größer, wenn die Umgebungsluft mit einer bestimmten Geschwindigkeit über die Haut streicht: Die Konvektion wird erzwungen. Der durch Konvektion ausgetauschte Wärmestrom, C, in Watt pro Quadratmeter (W/m2), kann geschätzt werden durch:

        C = hc FclC (tsk - ta)

        woher hc ist der Konvektionskoeffizient (W/°C m2), was eine Funktion der Differenz zwischen ist tsk und ta bei natürlicher Konvektion und der Luftgeschwindigkeit Va (in m/s) bei erzwungener Konvektion; FclC ist der Faktor, um den die Kleidung den Wärmeaustausch durch Konvektion reduziert.

        Strahlung

        Jeder Körper sendet elektromagnetische Strahlung aus, deren Intensität eine Funktion der vierten Potenz seiner absoluten Temperatur ist T (in Grad Kelvin – K). Die Haut, deren Temperatur zwischen 30 und 35 °C (303 und 308 K) liegen kann, sendet solche Strahlung aus, die im Infrarotbereich liegt. Außerdem empfängt es die von benachbarten Oberflächen emittierte Strahlung. Der durch Strahlung ausgetauschte Wärmestrom, R (in W/m2) zwischen dem Körper und seiner Umgebung kann durch den folgenden Ausdruck beschrieben werden:

        wo:

        s ist die universelle Strahlungskonstante (5.67 × 10-8 W/m2 K4)

        e ist der Emissionsgrad der Haut, der für Infrarotstrahlung unabhängig von der Wellenlänge gleich 0.97 ist und für Sonnenstrahlung etwa 0.5 für die Haut einer weißen Person und 0.85 für die Haut einer schwarzen Person beträgt

        AR/AD ist der Anteil der Körperoberfläche, der an den Austauschvorgängen teilnimmt, der in der Größenordnung von 0.66, 0.70 oder 0.77 liegt, je nachdem, ob die Testperson hockt, sitzt oder steht

        FclR ist der Faktor, um den die Kleidung den Strahlungswärmeaustausch reduziert

        Tsk (in K) ist die mittlere Hauttemperatur

        Tr (in K) ist die mittlere Strahlungstemperatur der Umgebung – das heißt, die gleichmäßige Temperatur einer schwarzen matten Kugel mit großem Durchmesser, die das Objekt umgibt und mit ihm die gleiche Wärmemenge austauscht wie die reale Umgebung.

        Dieser Ausdruck kann durch eine vereinfachte Gleichung des gleichen Typs wie für den Austausch durch Konvektion ersetzt werden:

        R = hr (AR/AD) FclR (tsk - Tr)

        woher hr ist der Austauschkoeffizient durch Strahlung (W/°C m2).

        Verdampfung

        Auf jeder nassen Oberfläche liegt eine mit Wasserdampf gesättigte Luftschicht. Wenn die Atmosphäre selbst nicht gesättigt ist, diffundiert der Dampf aus dieser Schicht in Richtung Atmosphäre. Die Schicht regeneriert sich dann tendenziell durch Entnahme der Verdunstungswärme (0.674 Wattstunden pro Gramm Wasser) an der nassen Oberfläche, die abkühlt. Wenn die Haut vollständig mit Schweiß bedeckt ist, ist die Verdunstung maximal (Emax) und hängt nur von den Umgebungsbedingungen ab, gemäß folgendem Ausdruck:

        Emax =he FPCL (Psk,s - Pa)

        wo:

        he ist der Austauschkoeffizient durch Verdunstung (W/m2kPa)

        Psk,s ist der Sättigungsdruck von Wasserdampf bei Hauttemperatur (ausgedrückt in kPa)

        Pa ist der Umgebungspartialdruck von Wasserdampf (ausgedrückt in kPa)

        FPCL ist der Faktor der Verringerung des Austauschs durch Verdunstung aufgrund von Kleidung.

        Wärmeisolierung von Kleidung

        Bei der Berechnung des Wärmeflusses durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung wirkt ein Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Kleidung. Bei Baumwollbekleidung die beiden Reduktionsfaktoren FclC und FclR kann bestimmt werden durch:

        Fcl = 1/(1+(hc+hr)Icl)

        wo:

        hc ist der Austauschkoeffizient durch Konvektion

        hr ist der Austauschkoeffizient durch Strahlung

        Icl ist die wirksame Wärmedämmung (m2/W) von Kleidung.

        Bezüglich der Verringerung der Wärmeübertragung durch Verdunstung der Korrekturfaktor FPCL ist durch den folgenden Ausdruck gegeben:

        FPCL = 1 / (1+2.22hc Icl)

        Die Wärmeisolierung der Kleidung Icl wird in m ausgedrückt2/W oder in clo. Eine Isolierung von 1 clo entspricht 0.155 m2/W und wird beispielsweise durch die normale Stadtkleidung (Hemd, Krawatte, Hose, Sakko usw.) bereitgestellt.

        Die ISO-Norm 9920 (1994) gibt die Wärmeisolierung an, die verschiedene Kombinationen von Kleidung bieten. Bei spezieller Schutzkleidung, die bei Hitzeeinwirkung Hitze reflektiert oder die Dampfdurchlässigkeit begrenzt bzw. bei Kältebelastung absorbiert und isoliert, müssen individuelle Korrekturfaktoren verwendet werden. Bis heute ist das Problem jedoch kaum verstanden und die mathematischen Vorhersagen bleiben sehr ungefähr.

        Bewertung der Grundparameter der Arbeitssituation

        Wie oben gesehen, ist der Wärmeaustausch durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung eine Funktion von vier klimatischen Parametern – der Lufttemperatur ta in °C, die Feuchtigkeit der Luft, ausgedrückt durch ihren Dampfpartialdruck Pa in kPa, die mittlere Strahlungstemperatur tr in °C und die Luftgeschwindigkeit Va in m/s. Die Geräte und Verfahren zur Messung dieser physikalischen Umgebungsparameter sind Gegenstand der ISO-Norm 7726 (1985), die die verschiedenen zu verwendenden Sensortypen beschreibt, ihren Messbereich und ihre Genauigkeit spezifiziert und bestimmte Messverfahren empfiehlt. Dieser Abschnitt fasst einen Teil der Daten dieser Norm zusammen, mit besonderem Bezug auf die Einsatzbedingungen der gebräuchlichsten Geräte und Apparate.

        Lufttemperatur

        Die Lufttemperatur (ta) muss unabhängig von jeglicher Wärmestrahlung gemessen werden; Die Genauigkeit der Messung sollte innerhalb des Bereichs von 0.2 bis 10 °C ±30 °C und außerhalb dieses Bereichs ±0.5 °C betragen.

        Es gibt zahlreiche Arten von Thermometern auf dem Markt. Am gebräuchlichsten sind Quecksilberthermometer. Ihr Vorteil ist die Genauigkeit, sofern sie ursprünglich korrekt kalibriert wurden. Ihre Hauptnachteile sind ihre lange Reaktionszeit und das Fehlen einer automatischen Aufnahmefähigkeit. Elektronische Thermometer hingegen haben im Allgemeinen eine sehr kurze Ansprechzeit (5 s bis 1 min), können jedoch Kalibrierungsprobleme haben.

        Unabhängig von der Art des Thermometers muss der Sensor vor Strahlung geschützt werden. Dafür sorgt in der Regel ein den Sensor umgebender Hohlzylinder aus glänzendem Aluminium. Dieser Schutz wird durch das Psychrometer gewährleistet, das im nächsten Abschnitt erwähnt wird.

        Partialdruck von Wasserdampf

        Die Luftfeuchtigkeit kann auf vier verschiedene Arten charakterisiert werden:

        1. die Taupunkttemperatur: die Temperatur, auf die die Luft abgekühlt werden muss, um mit Feuchtigkeit gesättigt zu werden (td, °C)

        2. die Partialdruck des Wasserdampfes: der Anteil des atmosphärischen Drucks aufgrund von Wasserdampf (Pa, kPa)

        3. die relative Luftfeuchtigkeit (rechts), die durch den Ausdruck gegeben ist:

        RH = 100· P.a/PS,ta

        wo PS,ta ist der mit der Lufttemperatur verbundene Sättigungsdampfdruck

        4. die Feuchtkugeltemperatur (tw), das ist die niedrigste Temperatur, die von einer strahlungsgeschützten Nassmanschette erreicht wird, die mit mehr als 2 m/s von der Umgebungsluft belüftet wird.

        All diese Werte sind mathematisch miteinander verbunden.

        Der gesättigte Wasserdampfdruck PS,t bei jeder Temperatur t ist gegeben durch:

        während der Partialdruck von Wasserdampf mit der Temperatur verbunden ist durch:

        Pa = PS, zw - (Ta - Tw)/15

        woher PS, zw ist der Sättigungsdampfdruck bei der Feuchtkugeltemperatur.

        Das psychrometrische Diagramm (Abbildung 1) ermöglicht die Kombination all dieser Werte. Es umfaßt:

        Abbildung 1. Psychrometrisches Diagramm.

        HEA010F1

        • der y Achse, die Skala des Partialdrucks von Wasserdampf Pa, ausgedrückt in kPa
        • der x Achse, die Skala der Lufttemperatur
        • die Kurven konstanter relativer Luftfeuchtigkeit
        • die schrägen geraden Linien konstanter Feuchtkugeltemperatur.
        • Die in der Praxis am häufigsten verwendeten Parameter der Feuchtigkeit sind:
        • die relative Luftfeuchtigkeit, gemessen mit Hygrometern oder spezialisierteren elektronischen Geräten
        • die Feuchtkugeltemperatur, gemessen mit dem Psychrometer; daraus wird der Wasserdampfpartialdruck abgeleitet, der am häufigsten verwendete Parameter zur Analyse des Wärmehaushalts

         

        Der Messbereich und die empfohlene Genauigkeit sind 0.5 bis 6 kPa und ±0.15 kPa. Bei der Messung der Feuchtkugeltemperatur erstreckt sich der Bereich von 0 bis 36 °C, mit einer Genauigkeit, die mit der der Lufttemperatur identisch ist. Bei Hygrometern zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit reicht der Bereich von 0 bis 100 % mit einer Genauigkeit von ±5 %.

        Mittlere Strahlungstemperatur

        Die mittlere Strahlungstemperatur (tr) wurde zuvor definiert; Sie kann auf drei verschiedene Arten bestimmt werden:

        1. aus der vom schwarzen Kugelthermometer gemessenen Temperatur

        2. aus der Ebene gemessene Strahlungstemperaturen entlang dreier senkrechter Achsen

        3. rechnerisch unter Integration der Wirkungen der verschiedenen Strahlungsquellen.

        Hier wird nur die erste Technik besprochen.

        Das schwarze Kugelthermometer besteht aus einer thermischen Sonde, deren empfindliches Element in der Mitte einer vollständig geschlossenen Kugel aus einem gut wärmeleitenden Metall (Kupfer) und mattschwarz lackiert ist, um einen Koeffizienten zu haben der Absorption im Infrarotbereich nahe 1.0. Die Kugel wird am Arbeitsplatz aufgestellt und einem Austausch durch Konvektion und Strahlung ausgesetzt. Die Erdtemperatur (tg) hängt dann von der mittleren Strahlungstemperatur, der Lufttemperatur und der Luftgeschwindigkeit ab.

        Für eine schwarze Standardkugel mit 15 cm Durchmesser kann die mittlere Strahlungstemperatur aus der Temperatur der Kugel nach folgendem Ausdruck berechnet werden:

        In der Praxis muss die Notwendigkeit betont werden, den Emissionsgrad der Kugel nahe 1.0 zu halten, indem sie sorgfältig mattschwarz neu gestrichen wird.

        Die Haupteinschränkung dieses Globustyps ist seine lange Reaktionszeit (in der Größenordnung von 20 bis 30 Minuten, abhängig vom verwendeten Globustyp und den Umgebungsbedingungen). Die Messung ist nur gültig, wenn die Strahlungsbedingungen während dieses Zeitraums konstant sind, was in einer industriellen Umgebung nicht immer der Fall ist; die Messung ist dann ungenau. Diese Reaktionszeiten gelten für Kugeln mit einem Durchmesser von 15 cm bei Verwendung von gewöhnlichen Quecksilberthermometern. Sie sind kürzer, wenn Sensoren mit geringerer Wärmekapazität verwendet werden oder wenn der Globusdurchmesser reduziert wird. Die obige Gleichung muss daher modifiziert werden, um diesen Durchmesserunterschied zu berücksichtigen.

        Der WBGT-Index nutzt direkt die Temperatur der schwarzen Kugel. Es ist dann unbedingt eine Kugel mit 15 cm Durchmesser zu verwenden. Andererseits verwenden andere Indizes die mittlere Strahlungstemperatur. Dann kann eine kleinere Kugel gewählt werden, um die Reaktionszeit zu verkürzen, vorausgesetzt, dass die obige Gleichung modifiziert wird, um dies zu berücksichtigen. Die ISO-Norm 7726 (1985) erlaubt eine Genauigkeit von ±2 °C bei der Messung von tr zwischen 10 und 40 ºC und ±5 ºC außerhalb dieses Bereichs.

        Luftgeschwindigkeit

        Die Luftgeschwindigkeit muss unabhängig von der Richtung des Luftstroms gemessen werden. Andernfalls muss die Messung in drei senkrecht zueinander stehenden Achsen erfolgen (x, y und z) und der durch vektorielle Summierung berechneten globalen Geschwindigkeit:

        Der von der ISO-Norm 7726 empfohlene Messbereich reicht von 0.05 bis 2 m/s. Die geforderte Genauigkeit beträgt 5 %. Er sollte als 1- oder 3-Minuten-Durchschnittswert gemessen werden.

        Es gibt zwei Kategorien von Geräten zur Messung der Luftgeschwindigkeit: Anemometer mit Flügeln und thermische Anemometer.

        Flügelradanemometer

        Die Messung wird durchgeführt, indem die Anzahl der Umdrehungen gezählt wird, die von den Flügeln während einer bestimmten Zeitspanne gemacht werden. Auf diese Weise wird die mittlere Geschwindigkeit während dieser Zeitspanne diskontinuierlich erhalten. Diese Anemometer haben zwei Hauptnachteile:

        1. Sie sind sehr gerichtet und müssen streng in Richtung des Luftstroms ausgerichtet werden. Wenn diese vage oder unbekannt ist, müssen Messungen in drei rechtwinkligen Richtungen durchgeführt werden.
        2. Der Messbereich erstreckt sich von ca. 0.3 m/s bis 10 m/s. Diese Beschränkung auf niedrige Geschwindigkeiten ist wichtig, wenn es beispielsweise darum geht, eine thermische Behaglichkeitssituation zu analysieren, bei der allgemein empfohlen wird, eine Geschwindigkeit von 0.25 m/s nicht zu überschreiten. Obwohl der Messbereich über 10 m/s hinausgehen kann, unterschreitet er kaum 0.3 oder gar 0.5 m/s, was die Einsatzmöglichkeiten in komfortnahen Umgebungen stark einschränkt, wo die maximal zulässigen Geschwindigkeiten 0.5 oder sogar 0.25 m/s betragen. s.

        Hitzdrahtanemometer

        Diese Geräte sind in der Tat komplementär zu Flügelrad-Anemometern in dem Sinne, dass sich ihr dynamischer Bereich im Wesentlichen von 0 bis 1 m/s erstreckt. Sie sind Geräte, die eine augenblickliche Schätzung der Geschwindigkeit an einem Punkt des Raums liefern: Es ist daher notwendig, zeitliche und räumliche Mittelwerte zu verwenden. Diese Geräte sind auch oft sehr gerichtet, und die obigen Bemerkungen gelten ebenfalls. Schließlich ist die Messung erst ab dem Moment korrekt, wenn die Temperatur des Gerätes die der zu bewertenden Umgebung erreicht hat.

         

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        Hitzestress tritt auf, wenn die Umgebung einer Person (Lufttemperatur, Strahlungstemperatur, Feuchtigkeit und Luftgeschwindigkeit), Kleidung und Aktivität interagieren, um eine Tendenz zum Anstieg der Körpertemperatur zu erzeugen. Das Thermoregulationssystem des Körpers reagiert dann, um den Wärmeverlust zu erhöhen. Diese Reaktion kann kraftvoll und effektiv sein, aber sie kann auch eine Belastung für den Körper hervorrufen, die zu Unbehagen und schließlich zu Hitzekrankheiten und sogar zum Tod führt. Daher ist es wichtig, heiße Umgebungen zu bewerten, um die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter zu gewährleisten.

        Hitzestressindizes bieten Werkzeuge zur Bewertung heißer Umgebungen und zur Vorhersage einer wahrscheinlichen thermischen Belastung des Körpers. Grenzwerte, die auf Wärmebelastungsindizes basieren, zeigen an, wann diese Belastung voraussichtlich unannehmbar wird.

        Die Mechanismen von Hitzestress sind allgemein bekannt, und Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen sind gut etabliert. Dazu gehören Kenntnisse über die Warnzeichen von Hitzestress, Eingewöhnungsprogramme und Wasserwechsel. Es gibt jedoch immer noch viele Opfer, und diese Lektionen müssen offenbar neu gelernt werden.

        1964 beschrieben Leithead und Lind eine umfangreiche Untersuchung und kamen zu dem Schluss, dass Hitzestörungen aus einem oder mehreren der folgenden drei Gründe auftreten:

        1. das Vorhandensein von Faktoren wie Dehydrierung oder mangelnde Akklimatisierung
        2. das Fehlen einer angemessenen Einschätzung der Hitzegefahren seitens der Aufsichtsbehörde oder der gefährdeten Personen
        3. zufällige oder unvorhersehbare Umstände, die zu einer sehr hohen Hitzebelastung führen.

         

        Sie kamen zu dem Schluss, dass viele Todesfälle auf Vernachlässigung und Rücksichtslosigkeit zurückzuführen sind und dass selbst beim Auftreten von Störungen viel getan werden kann, wenn alle Voraussetzungen für die richtige und zeitnahe Abhilfe vorhanden sind.

        Hitzestress-Indizes

        Ein Hitzestressindex ist eine einzelne Zahl, die die Wirkungen der sechs Grundparameter in jeder menschlichen thermischen Umgebung integriert, so dass ihr Wert mit der thermischen Belastung variiert, die die Person erfährt, die einer heißen Umgebung ausgesetzt ist. Der (gemessene oder berechnete) Indexwert kann in der Konstruktion oder in der Arbeitspraxis verwendet werden, um sichere Grenzwerte festzulegen. Es wurde viel geforscht, um den endgültigen Hitzestressindex zu bestimmen, und es wird diskutiert, welcher der beste ist. Zum Beispiel präsentiert Goldman (1988) 32 Hitzestress-Indizes, und es gibt wahrscheinlich mindestens doppelt so viele, die weltweit verwendet werden. Viele Indizes berücksichtigen nicht alle sechs Grundparameter, obwohl alle diese bei der Anwendung berücksichtigen müssen. Die Verwendung von Indizes hängt von individuellen Kontexten ab, daher die Erstellung so vieler. Einige Indizes sind theoretisch unangemessen, können aber für spezifische Anwendungen basierend auf Erfahrungen in einer bestimmten Branche gerechtfertigt werden.

        Kerslake (1972) merkt an: „Es ist vielleicht selbstverständlich, dass die Art und Weise, wie die Umweltfaktoren kombiniert werden sollten, von den Eigenschaften des Subjekts abhängen muss, das ihnen ausgesetzt ist, aber keiner der derzeit gebräuchlichen Hitzestressindizes berücksichtigt dies formell “. Der jüngste Anstieg der Standardisierung (z. B. ISO 7933 (1989b) und ISO 7243 (1989a)) hat zu einem Druck geführt, weltweit ähnliche Indizes einzuführen. Es wird jedoch notwendig sein, Erfahrungen mit der Verwendung eines neuen Indexes zu sammeln.

        Die meisten Hitzestress-Indizes gehen direkt oder indirekt davon aus, dass die Hauptbelastung des Körpers durch Schwitzen entsteht. Je mehr Schwitzen beispielsweise erforderlich ist, um den Wärmehaushalt und die innere Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, desto größer ist die Belastung für den Körper. Damit ein Hitzestressindex die thermische Umgebung des Menschen darstellt und Hitzebelastung vorhersagen kann, ist ein Mechanismus erforderlich, um die Fähigkeit einer schwitzenden Person abzuschätzen, Wärme in der heißen Umgebung zu verlieren.

        Ein Index, der sich auf die Verdunstung von Schweiß an die Umgebung bezieht, ist nützlich, wenn Personen die innere Körpertemperatur im Wesentlichen durch Schwitzen aufrechterhalten. Diese Bedingungen werden allgemein als in der bezeichnet vorgeschriebene Zone (WHO 1969). Daher bleibt die tiefe Körpertemperatur relativ konstant, während die Herzfrequenz und die Schweißrate bei Hitzestress ansteigen. An der oberen Grenze der vorgeschriebenen Zone (ULPZ) reicht die Thermoregulation nicht aus, um den Wärmehaushalt aufrechtzuerhalten, und die Körpertemperatur steigt. Dies wird als die bezeichnet Umweltorientierte Zone (WHO 1969). In dieser Zone hängt die Wärmespeicherung mit dem Anstieg der Körperinnentemperatur zusammen und kann als Index verwendet werden, um zulässige Expositionszeiten zu bestimmen (z. B. basierend auf einer vorhergesagten Sicherheitsgrenze für die „Kern“-Temperatur von 38 °C; siehe Abbildung 1).

        Abbildung 1. Berechnete Verteilungen von Wasser im extrazellulären Kompartiment (ECW) und intrazellulären Kompartiment (ICW) vor und nach 2 h körperlicher Dehydrierung bei 30 °C Raumtemperatur.

        HEA080F1

        Hitzestressindizes können bequem kategorisiert werden als rational, empirisch or Direkt. Rationale Indizes basieren auf Berechnungen mit der Wärmebilanzgleichung; empirische Indizes basieren auf der Aufstellung von Gleichungen aus den physiologischen Reaktionen menschlicher Probanden (z. B. Schweißverlust); und direkte Indizes basieren auf der Messung (normalerweise Temperatur) von Instrumenten, die verwendet werden, um die Reaktion des menschlichen Körpers zu simulieren. Die einflussreichsten und am weitesten verbreiteten Hitzestress-Indizes werden im Folgenden beschrieben.

        Rationale Indizes

        Der Hitzestressindex (HSI)

        Der Hitzestressindex ist das Verhältnis der Verdunstung, das erforderlich ist, um das Wärmegleichgewicht aufrechtzuerhalten (Ereq) auf die maximal erreichbare Verdunstung in der Umgebung (Emax), ausgedrückt in Prozent (Belding und Hatch 1955). Gleichungen sind in Tabelle 1 angegeben.

         


        Tabelle 1. Bei der Berechnung des Hitzestressindex (HSI) und der zulässigen Expositionszeiten (AET) verwendete Gleichungen

         

         

         

         

        Gekleidet

        Unbekleidet

        (1) Strahlungsverlust (R)

         

        für

        4.4

        7.3

        (2) Konvektionsverlust (C)

         

        für

        4.6

        7.6

         

        (3) Maximaler Verdunstungsverlust ()

         

        (Obergrenze von 390 )

         

        für

        7.0

        11.7

         

        (4) Erforderlicher Verdampfungsverlust ()

         

         

         

         

        (5) Hitzestressindex (HSI)

         

         

         

         

        (6) Zulässige Belichtungszeit (AET)

         

         

         

        wo: M = Stoffwechselleistung; = Lufttemperatur; = Strahlungstemperatur; = Dampfpartialdruck;  v = Luftgeschwindigkeit 


                                 

         

        Der Cavalon Sentinel ist das AutoGyro-Premiummodell mit nebeneinander angeordneten Sitzen, verfügbar mit dem neuen hochmodernen und kraftstoffsparenden Rotax XNUMX iS-Motor. HSI als Index wird daher für Werte zwischen 0 und 100 auf die Belastung bezogen, im Wesentlichen in Bezug auf das Schwitzen des Körpers. At HSI = 100 ist die erforderliche Verdunstung das maximal erreichbare und damit die obere Grenze des Vorgabebereichs. Für HSI>100 liegt eine Körperwärmespeicherung vor und die zulässigen Expositionszeiten werden auf der Grundlage eines Anstiegs der Kerntemperatur um 1.8 °C berechnet (Wärmespeicherung von 264 kJ). Für HSI0 Es gibt eine leichte Kältebelastung – zum Beispiel, wenn sich Arbeiter von einer Hitzebelastung erholen (siehe Tabelle 2).

        Tabelle 2. Interpretation der Hitzestressindex (HSI)-Werte

        HSI

        Wirkung einer achtstündigen Exposition

        -20

        Leichte Kältebelastung (z. B. Erholung nach Hitzeeinwirkung).

        0

        Keine thermische Belastung

        10-30

        Leichte bis mittlere Hitzebelastung. Geringe Auswirkung auf körperliche Arbeit, aber mögliche Auswirkung auf qualifizierte Arbeit

        40-60

        Starke Hitzebelastung, die eine Gesundheitsgefährdung mit sich bringt, es sei denn, Sie sind körperlich fit. Akklimatisierung erforderlich

        70-90

        Sehr starke Hitzebelastung. Das Personal sollte durch ärztliche Untersuchung ausgewählt werden. Achten Sie auf eine ausreichende Wasser- und Salzaufnahme

        100

        Tägliche Höchstbelastung für fitte, akklimatisierte junge Männer

        Über 100

        Expositionszeit begrenzt durch Anstieg der tiefen Körpertemperatur

        Eine Obergrenze von 390 W/m2 ist zugeordnet Emax (Schweißrate von 1 l/h, angenommen als die maximale Schweißrate, die über 8 h aufrechterhalten wird). Es werden einfache Annahmen über die Auswirkungen der Kleidung (langärmliges Hemd und Hose) getroffen und die Hauttemperatur wird als konstant bei 35 °C angenommen.

        Der Index der thermischen Belastung (ITS)

        Givoni (1963, 1976) lieferte den Index of Thermal Stress, der eine verbesserte Version des Heat Stress Index war. Eine wichtige Verbesserung ist die Erkenntnis, dass nicht aller Schweiß verdunstet. (Siehe „I. Index der thermischen Belastung“ in Fallstudie: Wärmeindizes.)

        Erforderliche Schweißrate

        Eine theoretische und praktische Weiterentwicklung des HSI und ITS war die geforderte Schweißrate (SWreq)-Index (Vogt et al. 1981). Dieser Index berechnete das für das Wärmegleichgewicht erforderliche Schwitzen aus einer verbesserten Wärmegleichgewichtsgleichung, stellte aber vor allem auch eine praktische Methode zur Interpretation von Berechnungen bereit, indem das Erforderliche mit dem verglichen wurde, was physiologisch möglich und beim Menschen akzeptabel ist.

        Umfangreiche Diskussionen und Labor- und Industriebewertungen (CEC 1988) dieses Index führten dazu, dass er als Internationaler Standard ISO 7933 (1989b) akzeptiert wurde. Unterschiede zwischen beobachteten und vorhergesagten Reaktionen von Arbeitnehmern führten zur Aufnahme von Warnhinweisen zu Methoden zur Bewertung von Dehydration und Verdunstungswärmeübertragung durch Kleidung in die Annahme als vorgeschlagene Europäische Norm (prEN-12515). (Siehe „II. Erforderliche Schweißrate“ in Fallstudie: Wärmeindizes.)

        Interpretation von SWreq

        Referenzwerte – in Bezug darauf, was akzeptabel ist oder was Personen erreichen können – werden verwendet, um eine praktische Interpretation der berechneten Werte bereitzustellen (siehe Tabelle 3).

        Tabelle 3. Referenzwerte für Kriterien der thermischen Spannung und Dehnung (ISO 7933, 1989b)

        Eigenschaften

        Nicht akklimatisierte Probanden

        Akklimatisierte Themen

         

        Warnung

        Achtung

        Warnung

        Achtung

        Maximale Hautbenetzung

        wmax

        0.85

        0.85

        1.0

        1.0

        Maximale Schweißrate

        Ruhe (M 65 Wm-2 )

        SWmax Wm-2 gh-1

        100

        150

        200

        300

         

        260

        390

        520

        780

        Arbeit (M≥65 Wm-2 )

        SWmax Wm-2 gh-1

        200

        250

        300

        400

         

        520

        650

        780

        1,040

        Maximale Wärmespeicherung

        Qmax

        Wm-2

        50

        60

        50

        60

        Maximaler Wasserverlust

        Dmax

        Wm-2 g

        1,000

        1,250

        1,500

        2,000

         

        2,600

        3,250

        3,900

        5,200

         

        Zunächst eine Vorhersage der Hautbenetzung (Wp), verdunstungsrate (Ep) und Schweißrate (SWp) werden hergestellt. Wenn das, was als erforderlich berechnet wurde, erreicht werden kann, handelt es sich im Wesentlichen um vorhergesagte Werte (z. SWp = SWreq). Wenn sie nicht erreicht werden können, können die Maximalwerte genommen werden (z. B. SWp=SWmax). Weitere Einzelheiten sind in einem Entscheidungsflussdiagramm angegeben (siehe Abbildung 2).

        Abbildung 2. Entscheidungsflussdiagramm für  (erforderliche Schweißrate).

        HEA080F2

        Wenn die erforderliche Schweißrate von Personen erreicht werden kann und kein unannehmbarer Wasserverlust verursacht wird, gibt es keine Begrenzung aufgrund der Hitzeeinwirkung über eine 8-Stunden-Schicht. Wenn nicht, die zeitlich begrenzten Expositionen (DLE) errechnen sich aus:

        Wann Ep = Ereq und SWp = Dmax/8, dann DLE = 480 Minuten und SWreq kann als Hitzestressindex verwendet werden. Wenn die oben genannten Punkte nicht erfüllt sind, dann:

        DLE1 = 60Qmax/( Ereq -Ep)

        DLE2 = 60Dmax/SWp

        DLE ist der untere von DLE1 und DLE2. Ausführlichere Einzelheiten sind in ISO 7933 (1989b) enthalten.

        Andere rationale Indizes

        Der Cavalon Sentinel ist das AutoGyro-Premiummodell mit nebeneinander angeordneten Sitzen, verfügbar mit dem neuen hochmodernen und kraftstoffsparenden Rotax XNUMX iS-Motor. SWreq Index und ISO 7933 (1989) bieten die ausgeklügeltste rationale Methode auf der Grundlage der Wärmebilanzgleichung, und sie waren große Fortschritte. Weitere Entwicklungen mit diesem Ansatz können gemacht werden; Ein alternativer Ansatz besteht jedoch darin, ein thermisches Modell zu verwenden. Im Wesentlichen liefern die Neue Effektive Temperatur (ET*) und die Standard Effektive Temperatur (SET) Indizes, die auf dem Zwei-Knoten-Modell der menschlichen Thermoregulation basieren (Nishi und Gagge 1977). Auch Givoni und Goldman (1972, 1973) liefern empirische Vorhersagemodelle zur Beurteilung von Hitzestress.

        Empirische Indizes

        Effektive Temperatur undkorrigierte effektive Temperatur

        Der effektive Temperaturindex (Houghton und Yaglou 1923) wurde ursprünglich eingeführt, um eine Methode zur Bestimmung der relativen Auswirkungen von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit auf den Komfort bereitzustellen. Drei Probanden beurteilten, welche von zwei Klimakammern wärmer war, indem sie zwischen den beiden hindurchgingen. Unter Verwendung verschiedener Kombinationen von Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit (und später anderer Parameter) wurden Linien gleicher Behaglichkeit ermittelt. Sofortige Abdrücke wurden gemacht, damit die transiente Reaktion aufgezeichnet wurde. Dies hatte zur Folge, dass die Wirkung der Feuchtigkeit bei niedrigen Temperaturen überbetont und bei hohen Temperaturen (im Vergleich zu stationären Reaktionen) unterschätzt wurde. Obwohl ursprünglich ein Komfortindex, lieferte die Verwendung der Schwarzkugeltemperatur als Ersatz für die Trockenkugeltemperatur in den ET-Nomogrammen die korrigierte effektive Temperatur (CET) (Bedford 1940). Die von Macpherson (1960) berichtete Forschung legte nahe, dass die CET die physiologischen Wirkungen einer Erhöhung der mittleren Strahlungstemperatur vorhersagte. ET und CET werden heute selten als Komfortindizes verwendet, wurden jedoch als Hitzestressindizes verwendet. Bedford (1940) schlug CET als Wärmeindex vor, mit Obergrenzen von 34 °C für „angemessene Effizienz“ und 38.6 °C für Toleranz. Weitere Untersuchungen zeigten jedoch, dass ET schwerwiegende Nachteile für die Verwendung als Hitzestressindex hatte, was zum Index der vorhergesagten 4-Stunden-Schweißrate (PXNUMXSR) führte.

        Vorhergesagte Vier-Stunden-Schweißrate

        Der Index der vorhergesagten 4-Stunden-Schweißrate (P1947SR) wurde in London von McArdle et al. (7) und in Singapur in 1960 Jahren Arbeit ausgewertet, zusammengefasst von Macpherson (4). Es ist die Menge an Schweiß, die von fitten, akklimatisierten jungen Männern abgesondert wird, die XNUMX Stunden lang der Umgebung ausgesetzt sind, während sie während eines Seegefechts Waffen mit Munition laden. Die einzelne Zahl (Indexwert), die die Auswirkungen der sechs Grundparameter zusammenfasst, ist eine Schweißmenge der spezifischen Bevölkerung, sollte jedoch als Indexwert und nicht als Hinweis auf eine Schweißmenge in einer einzelnen Gruppe verwendet werden Interesse.

        Es wurde anerkannt, dass außerhalb der vorgeschriebenen Zone (z. B. P4SR>5 l) Schweißrate war kein guter Indikator für Belastung. Die P4SR-Nomogramme (Abbildung 3) wurden angepasst, um dies zu berücksichtigen. Der P4SR scheint unter den Bedingungen, für die er entwickelt wurde, nützlich gewesen zu sein; Die Auswirkungen von Kleidung werden jedoch zu stark vereinfacht und sind als Wärmespeicherindex am nützlichsten. McArdleet al. (1947) schlugen einen P4SR von 4.5 l als Grenze vor, bei der keine Behinderung fitter, akklimatisierter junger Männer auftritt.

        Abbildung 3. Nomogramm zur Vorhersage der „vorhergesagten 4-Stunden-Schweißrate“ (P4SR).

        HEA080F3

        Herzfrequenzvorhersage als Index

        Fuller und Brouha (1966) schlugen einen einfachen Index vor, der auf der Vorhersage der Herzfrequenz (HR) in Schlägen pro Minute basiert. Die ursprünglich formulierte Beziehung mit Stoffwechselrate in BTU/h und Dampfpartialdruck in mmHg lieferte eine einfache Vorhersage der Herzfrequenz aus (T + p), daher die T + p Index.

        Givoni und Goldman (1973) liefern auch Gleichungen für die Änderung der Herzfrequenz mit der Zeit und auch Korrekturen für den Akklimatisierungsgrad von Probanden, die angegeben sind Fallstudie" Wärmeindizes unter „IV. Pulsschlag".

        Eine Methode der Arbeits- und Erholungsherzfrequenz wird von NIOSH (1986) (aus Brouha 1960 und Fuller und Smith 1980, 1981) beschrieben. Körpertemperatur und Pulsfrequenz werden während der Erholung nach einem Arbeitszyklus oder zu bestimmten Zeiten während des Arbeitstages gemessen. Am Ende eines Arbeitszyklus sitzt der Arbeiter auf einem Hocker, es wird die orale Temperatur gemessen und die folgenden drei Pulsfrequenzen aufgezeichnet:

        P1—Pulsfrequenz von 30 Sekunden bis 1 Minute gezählt

        P2—Pulsfrequenz von 1.5 bis 2 Minuten gezählt

        P3—Pulsfrequenz von 2.5 bis 3 Minuten gezählt

        Das ultimative Kriterium in Bezug auf die Hitzebelastung ist eine orale Temperatur von 37.5 ºC.

        If P3≤90 bpm und P3-P1 = 10 bpm, dies zeigt an, dass das Arbeitsniveau hoch ist, aber die Körpertemperatur nur wenig ansteigt. Wenn P3>90 bpm und P3-P110 bpm ist die Belastung (Hitze + Arbeit) zu hoch und es besteht Handlungsbedarf, um die Arbeit neu zu gestalten.

        Vogtet al. (1981) und ISO 9886 (1992) stellen ein Modell (Tabelle 4) zur Verfügung, das die Herzfrequenz zur Bewertung thermischer Umgebungen verwendet:

        Tabelle 4. Modell mit Herzfrequenz zur Beurteilung von Hitzestress

        Gesamtherzfrequenz

        Aktivitätslevel

        HR0

        Ruhe (thermische Neutralität)

        HR0 + PersonalwesenM

        Arbeiten

        HR0 + PersonalwesenS

        Statische Anstrengung

        HR0 + Personalwesent

        Thermische Belastung

        HR0 + PersonalwesenN

        Emotion (psychologisch)

        HR0 + Personalwesene

        Restwert

        Basierend auf Vogt et al. (1981) und ISO 9886 (1992).

        Der Anteil der thermischen Dehnung (möglicher Wärmespannungsindex) errechnet sich aus:

        HRt = HRr-HR0

        woher HRr ist die Herzfrequenz nach Erholung und HR0 ist die Ruheherzfrequenz in einer thermisch neutralen Umgebung.

        Indizes für direkten Hitzestress

        Der Feuchtkugel-Globustemperaturindex

        Der WBGT-Index (Wet Bulb Globe Temperature) ist weltweit der mit Abstand am weitesten verbreitete. Es wurde in einer US-Navy-Untersuchung über Hitzeverluste während des Trainings (Yaglou und Minard 1957) als Annäherung an die umständlichere korrigierte effektive Temperatur (CET) entwickelt, die modifiziert wurde, um die Sonnenabsorption grüner Militärkleidung zu berücksichtigen.

        WBGT-Grenzwerte wurden verwendet, um anzuzeigen, wann Militärrekruten trainieren konnten. Es wurde festgestellt, dass durch die Verwendung des WBGT-Index anstelle der Lufttemperatur allein Hitzeverluste und Zeitverluste aufgrund der Beendigung des Trainings in der Hitze reduziert wurden. Der WBGT-Index wurde von NIOSH (1972), ACGIH (1990) und ISO 7243 (1989a) übernommen und wird noch heute vorgeschlagen. ISO 7243 (1989a), basierend auf dem WBGT-Index, bietet eine Methode, die in einer heißen Umgebung einfach anzuwenden ist, um eine „schnelle“ Diagnose zu stellen. Die Spezifikation der Messgeräte ist in der Norm enthalten, ebenso WBGT-Grenzwerte für akklimatisierte oder nicht akklimatisierte Personen (siehe Tabelle 5). Beispielsweise beträgt der Grenzwert für eine ruhende, akklimatisierte Person in 0.6 clo 33ºC WBGT. Die Grenzwerte in ISO 7243 (1989a) und NIOSH 1972 sind nahezu identisch. Die Berechnung des WBGT-Index ist in Abschnitt V des Anhangs angegeben Fallstudie: Hitzeindizes.

        Tabelle 5. WBGT-Referenzwerte aus ISO 7243 (1989a)

        Stoffwechselrate M (Wm-2 )

        Referenzwert des WBGT

         

        Person akklimatisiert
        Hitze (°C)

        Person nicht akklimatisiert
        Hitze (°C)

        0. Ruhe M≤65

        33

         

        32

         

        1. 65 M ≤ 130

        30

         

        29

         

        2. 130 M ≤ 200

        28

         

        26

         
         

        Keine spürbare Luftbewegung

        Sensible Luftbewegung

        Keine spürbare Luftbewegung

        Sensible Luftbewegung

        3. 200M260

        25

        26

        22

        23

        4. M>260

        23

        25

        18

        20

        Hinweis: Die angegebenen Werte wurden unter Berücksichtigung einer maximalen Rektaltemperatur von 38 °C für die betreffenden Personen ermittelt.

        Die Einfachheit des Index und seine Verwendung durch einflussreiche Gremien haben zu seiner weit verbreiteten Akzeptanz geführt. Wie alle direkten Indizes hat es Einschränkungen, wenn es zur Simulation menschlicher Reaktionen verwendet wird, und sollte in praktischen Anwendungen mit Vorsicht verwendet werden. Es ist möglich, tragbare Instrumente zu kaufen, die den WBGT-Index bestimmen (z. B. Olesen 1985).

        Physiologischer Wärmebelastungsgrenzwert (PHEL)

        Dasler (1974, 1977) liefert WBGT-Grenzwerte, die auf einer Vorhersage der Überschreitung beliebiger zweier physiologischer Grenzen (aus experimentellen Daten) unzulässiger Belastung basieren. Die Grenzen sind gegeben durch:

        PHEL=(17.25 × 108-12.97M× 106+18.61M2 × 103) ×WBGT-5.36

        Dieser Index verwendet daher den WBGT-Direktindex in der umweltgetriebenen Zone (siehe Abbildung 4), in der Wärmespeicherung auftreten kann.

        Wet Globe Temperature (WGT)-Index

        Die Temperatur einer nassen schwarzen Kugel geeigneter Größe kann als Index für Hitzestress verwendet werden. Das Prinzip ist, dass es sowohl durch trockene als auch durch Verdunstungswärmeübertragung beeinflusst wird, wie es bei einem schwitzenden Mann der Fall ist, und die Temperatur kann dann mit Erfahrung als Hitzestressindex verwendet werden. Olesen (1985) beschreibt WGT als die Temperatur einer schwarzen Kugel mit einem Durchmesser von 2.5 mm (63.5 Zoll), die mit einem feuchten schwarzen Tuch bedeckt ist. Die Temperatur wird abgelesen, wenn das Gleichgewicht nach etwa 10 bis 15 Minuten Exposition erreicht ist. NIOSH (1986) beschreibt den Botsball (Botsford 1971) als das einfachste und am leichtesten ablesbare Instrument. Es ist eine 3 Zoll (76.2 mm) große Kupferkugel, die von einem schwarzen Tuch bedeckt ist, das zu 100 % aus einem sich selbst versorgenden Wasserreservoir benetzt wird. Das Messelement eines Thermometers befindet sich in der Mitte der Kugel, und die Temperatur wird auf einem (farbcodierten) Zifferblatt abgelesen.

        Eine einfache Gleichung, die WGT mit WBGT in Beziehung setzt, lautet:

         

        WBGT = WGT + 2 °C

        für Bedingungen mit mäßiger Strahlungswärme und Feuchtigkeit (NIOSH 1986), aber natürlich kann diese Beziehung nicht für einen weiten Bereich von Bedingungen gelten.

        Der Oxford-Index

        Lind (1957) schlug einen einfachen, direkten Index vor, der für die lagerungsbegrenzte Wärmeeinwirkung verwendet wird und auf einer gewichteten Summe der angesaugten Feuchtkugeltemperatur (Twb) und Trockenkugeltemperatur (Tdb):

        WD = 0.85 Twb + 0.15 Tdb

        Anhand dieses Index wurden die zulässigen Expositionszeiten für Grubenwehren zugrunde gelegt. Es ist weit verbreitet, aber nicht geeignet, wenn eine signifikante Wärmestrahlung vorhanden ist.

        Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen

        NIOSH (1986) bietet eine umfassende Beschreibung der Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen, einschließlich präventiver medizinischer Praktiken. Ein Vorschlag für die medizinische Überwachung von Personen, die heißen oder kalten Umgebungen ausgesetzt sind, ist in ISO CD 12894 (1993) enthalten. Es sollte immer daran erinnert werden, dass es sich um ein grundlegendes Menschenrecht handelt, das 1985 bekräftigt wurde Deklaration von Helsinki, dass sich Personen, wenn möglich, jeder extremen Umgebung ohne Erklärungsbedarf entziehen können. Wo eine Exposition stattfindet, werden definierte Arbeitspraktiken die Sicherheit erheblich verbessern.

        Es ist ein vernünftiger Grundsatz in der Umweltergonomie und in der Arbeitshygiene, dass der Umweltstressor, wo immer möglich, an der Quelle reduziert werden sollte. NIOSH (1986) unterteilt Kontrollmethoden in fünf Typen. Diese sind in Tabelle 6 dargestellt.

        Tabelle 6. Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen

        A. Technische Kontrollen

        Beispiel

        1. Wärmequelle reduzieren

        Entfernen Sie sich von Arbeitern oder reduzieren Sie die Temperatur. Nicht immer praktikabel.

        2. Konvektionswärmekontrolle

        Lufttemperatur und Luftbewegungen ändern. Punktkühler können nützlich sein.

        3. Strahlungswärmesteuerung

        Reduzieren Sie die Oberflächentemperaturen oder platzieren Sie eine reflektierende Abschirmung zwischen Strahlungsquelle und Arbeitern. Emissionsgrad der Oberfläche ändern. Verwenden Sie Türen, die sich nur öffnen, wenn der Zugang erforderlich ist.

        4. Verdunstungswärmeregelung

        Luftbewegung erhöhen, Wasserdampfdruck verringern. Verwenden Sie Ventilatoren oder Klimaanlagen. Kleidung nass machen und Luft über die Person blasen.

        B. Arbeits- und Hygienepraktiken
        und Verwaltungskontrollen

        Beispiel

        1. Begrenzung der Belichtungszeit und/oder
        Temperatur

        Arbeiten Sie zu kühleren Tages- und Jahreszeiten. Sorgen Sie für kühle Bereiche zum Ausruhen und Erholen. Zusätzliches Personal, die Freiheit der Arbeitnehmer, die Arbeit zu unterbrechen, die Wasseraufnahme zu erhöhen.

        2. Reduzieren Sie die metabolische Wärmebelastung

        Mechanisierung. Auftrag neu gestalten. Arbeitszeit reduzieren. Belegschaft erhöhen.

        3. Erhöhen Sie die Toleranzzeit

        Wärmeakklimatisierungsprogramm. Mitarbeiter körperlich fit halten. Stellen Sie sicher, dass der Wasserverlust ersetzt wird, und halten Sie bei Bedarf das Elektrolytgleichgewicht aufrecht.

        4. Gesundheits- und Sicherheitstraining

        Betreuer, die im Erkennen von Anzeichen einer Hitzekrankheit und in Erster Hilfe geschult sind. Grundlegende Unterweisung des gesamten Personals über persönliche Vorsichtsmaßnahmen, Gebrauch von Schutzausrüstung und Auswirkungen nichtberuflicher Faktoren (z. B. Alkohol). Nutzung eines „Buddy“-Systems. Notfallpläne für die Behandlung sollten vorhanden sein.

        5. Screening auf Hitzeintoleranz

        Vorgeschichte früherer Hitzeerkrankungen. Körperlich untauglich.

        C. Hitzewarnprogramm

        Beispiel

        1. Im Frühjahr Hitzealarm einrichten
        Ausschuss (Arbeitsarzt
        oder Krankenpfleger, Arbeitshygieniker,
        Sicherheitsingenieur, Betrieb
        Ingenieur, hochrangiger Manager)

        Lehrgang vereinbaren. Memos an Vorgesetzte zur Überprüfung von Trinkbrunnen usw. Überprüfung von Einrichtungen, Praktiken, Bereitschaft usw.

        2. Erklären Sie Hitzealarm in vorhergesagt
        Heißwetterzauber

        Verschieben Sie nicht dringende Aufgaben. Erhöhen Sie die Arbeiter, erhöhen Sie die Ruhe. Erinnern Sie die Arbeiter daran, zu trinken. Arbeitspraktiken verbessern.

        D. Zusätzliche Körperkühlung und Schutzkleidung

        Verwenden Sie es, wenn es nicht möglich ist, Arbeiter, Arbeit oder Umgebung zu ändern, und die Hitzebelastung immer noch grenzenlos ist. Personen sollten vollständig hitzeakklimatisiert und in Gebrauch und Praxis des Tragens der Schutzkleidung gut geschult sein. Beispiele sind wassergekühlte Kleidungsstücke, luftgekühlte Kleidungsstücke, Eisbeutelwesten und benetzte Oberbekleidung.

        E. Leistungsabfall

        Es muss daran erinnert werden, dass das Tragen von Schutzkleidung, die vor toxischen Stoffen schützt, die Hitzebelastung erhöht. Jegliche Kleidung beeinträchtigt Aktivitäten und kann die Leistung beeinträchtigen (z. B. Verringerung der Fähigkeit, sensorische Informationen aufzunehmen, wodurch beispielsweise Hör- und Sehvermögen beeinträchtigt werden).

        Quelle: NIOSH 1986.

        Es wurde viel militärische Forschung zu sogenannter ABC-Schutzkleidung (nuklear, biologisch, chemisch) betrieben. In heißen Umgebungen ist es nicht möglich, die Kleidung auszuziehen, und die Arbeitspraktiken sind sehr wichtig. Ein ähnliches Problem tritt bei Arbeitern in Kernkraftwerken auf. Zu den Methoden zum schnellen Abkühlen der Arbeiter, damit sie wieder leistungsfähig sind, gehört es, die äußere Oberfläche der Kleidung mit Wasser abzutupfen und trockene Luft darüber zu blasen. Andere Techniken umfassen aktive Kühlvorrichtungen und Verfahren zum Kühlen lokaler Bereiche des Körpers. Die Übertragung von Militärbekleidungstechnologie auf industrielle Situationen ist eine neue Innovation, aber vieles ist bekannt, und angemessene Arbeitspraktiken können das Risiko erheblich reduzieren.

         

        Tabelle 7. Bei der Berechnung des Index und Bewertungsverfahren von ISO 7933 (1989b) verwendete Gleichungen

        für natürliche Konvektion

        or  , für eine Annäherung oder wenn Werte außerhalb der Grenzen liegen, für die die Gleichung abgeleitet wurde.

        ____________________________________________________________________________________

        Tabelle 8. Beschreibung der in ISO 7933 (1989b) verwendeten Begriffe

        Symbol

        Bedingungen

        Einheit

        Anteil der Hautoberfläche, der am Wärmeaustausch durch Strahlung beteiligt ist

        ND

        C

        Wärmeaustausch auf der Haut durch Konvektion  

        Wm-2

        Atemwärmeverlust durch Konvektion

        Wm-2

        E

        Wärmefluss durch Verdunstung an der Hautoberfläche

        Wm-2

        maximale Verdunstungsrate, die bei vollständig nasser Haut erreicht werden kann

        Wm-2

        erforderliche Verdunstung für das thermische Gleichgewicht

        Wm-2

        Atemwärmeverlust durch Verdunstung

        Wm-2

        Hautemissionsgrad (0.97)

        ND

        Reduktionsfaktor für sensiblen Wärmeaustausch durch Kleidung

        ND

        Reduktionsfaktor für latenten Wärmeaustausch

        ND

        Verhältnis der bekleideten zur unbekleideten Oberfläche des Probanden

        ND

        Konvektiver Wärmedurchgangskoeffizient

        Verdunstungswärmeübertragungskoeffizient

        Strahlungswärmeübertragungskoeffizient

        grundlegende trockene Wärmeisolierung von Kleidung

        K

        Wärmeaustausch auf der Haut durch Leitung

        Wm-2

        M

        Stoffwechselleistung

        Wm-2

        partieller Dampfdruck

        kPa

        Sättigungsdampfdruck bei Hauttemperatur

        kPa

        R

        Wärmeaustausch auf der Haut durch Strahlung

        Wm-2

        Gesamtverdunstungswiderstand der Grenzschicht von Luft und Kleidung

        Verdunstungseffizienz bei erforderlicher Schweißrate

        ND

        erforderliche Schweißrate für das thermische Gleichgewicht

        Wm-2

        Stefan-Boltzman-Konstante, 

        Lufttemperatur

        mittlere Strahlungstemperatur

        mittlere Hauttemperatur

        Luftgeschwindigkeit für ein stationäres Objekt

        relative Luftgeschwindigkeit

        W

        mechanische Kraft

        Wm-2

        Hautbenetzung

        ND

        Hautbenetzung erforderlich

        ND

        ND = dimensionslos.

        Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen

        NIOSH (1986) bietet eine umfassende Beschreibung der Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen, einschließlich präventiver medizinischer Praktiken. Ein Vorschlag für die medizinische Überwachung von Personen, die heißen oder kalten Umgebungen ausgesetzt sind, ist in ISO CD 12894 (1993) enthalten. Es sollte immer daran erinnert werden, dass es sich um ein grundlegendes Menschenrecht handelt, das 1985 bekräftigt wurdeDeklaration von Helsinki, dass sich Personen, wenn möglich, jeder extremen Umgebung ohne Erklärungsbedarf entziehen können. Wo eine Exposition stattfindet, werden definierte Arbeitspraktiken die Sicherheit erheblich verbessern.

        Es ist ein vernünftiger Grundsatz in der Umweltergonomie und in der Arbeitshygiene, dass der Umweltstressor, wo immer möglich, an der Quelle reduziert werden sollte. NIOSH (1986) unterteilt Kontrollmethoden in fünf Typen. Diese sind in Tabelle 7 dargestellt. Es wurde viel militärische Forschung zu sogenannter ABC-Schutzkleidung (nuklear, biologisch, chemisch) betrieben. In heißen Umgebungen ist es nicht möglich, die Kleidung auszuziehen, und die Arbeitspraktiken sind sehr wichtig. Ein ähnliches Problem tritt bei Arbeitern in Kernkraftwerken auf. Zu den Methoden zum schnellen Abkühlen der Arbeiter, damit sie wieder leistungsfähig sind, gehört es, die äußere Oberfläche der Kleidung mit Wasser abzutupfen und trockene Luft darüber zu blasen. Andere Techniken umfassen aktive Kühlvorrichtungen und Verfahren zum Kühlen lokaler Bereiche des Körpers. Die Übertragung von Militärbekleidungstechnologie auf industrielle Situationen ist eine neue Innovation, aber vieles ist bekannt, und angemessene Arbeitspraktiken können das Risiko erheblich reduzieren.

        Bewertung einer heißen Umgebung unter Verwendung von ISO-Normen

        Das folgende hypothetische Beispiel zeigt, wie ISO-Normen bei der Bewertung heißer Umgebungen verwendet werden können (Parsons 1993):

        Arbeiter in einem Stahlwerk verrichten Arbeit in vier Phasen. Sie ziehen Kleidung an und verrichten 1 Stunde lang leichte Arbeiten in einer heißen, strahlenden Umgebung. Sie ruhen sich 1 Stunde lang aus und verrichten dann eine Stunde lang dieselbe leichte Arbeit, abgeschirmt von der Strahlungswärme. Anschließend verrichten sie 30 Minuten lang eine Arbeit mit mäßiger körperlicher Aktivität in einer heißen Strahlungsumgebung.

        ISO 7243 bietet eine einfache Methode zur Überwachung der Umgebung mithilfe des WBGT-Index. Liegen die berechneten WBGT-Werte unter den in der Norm angegebenen WBGT-Referenzwerten, sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Überschreiten die Werte die Referenzwerte (Tabelle 6), muss die Belastung der Beschäftigten reduziert werden. Dies kann durch technische Kontrollen und Arbeitspraktiken erreicht werden. Eine ergänzende oder alternative Maßnahme ist die Durchführung einer analytischen Bewertung nach ISO 7933.

        Die WBGT-Werte für die Arbeiten sind in Tabelle 9 dargestellt und wurden gemäß den Angaben in ISO 7243 und ISO 7726 gemessen. Die Umwelt- und Personenfaktoren in Bezug auf die vier Arbeitsphasen sind in Tabelle 10 dargestellt.

        Tabelle 9. WBGT-Werte (°C) für vier Arbeitsphasen

        Arbeitsphase (Minuten)

        WBGT = WBGTank + 2 WBGTabd + WBGThd

        WBGT-Referenz

        0-60

        25

        30

        60-90

        23

        33

        90-150

        23

        30

        150-180

        30

        28

         

        Tabelle 10. Basisdaten für die analytische Bewertung nach ISO 7933

        Arbeitsphase (Minuten)

        ta (° C)

        tr (° C)

        Pa (Kpa)

        v

        (Frau-1 )

        clo

        (clo)

        Handlung

        (Wm-2 )

        0-60

        30

        50

        3

        0.15

        0.6

        100

        60-90

        30

        30

        3

        0.05

        0.6

        58

        90-150

        30

        30

        3

        0.20

        0.6

        100

        150-180

        30

        60

        3

        0.30

        1.0

        150

         

        Es ist ersichtlich, dass für einen Teil der Arbeiten die WBGT-Werte die Referenzwerte übersteigen. Es wird der Schluss gezogen, dass eine detailliertere Analyse erforderlich ist.

        Das in ISO 7933 dargestellte analytische Bewertungsverfahren wurde unter Verwendung der in Tabelle 10 dargestellten Daten und des im Anhang der Norm aufgeführten Computerprogramms durchgeführt. Die Ergebnisse für akklimatisierte Arbeiter in Bezug auf die Alarmstufe sind in Tabelle 11 dargestellt.

        Tabelle 11. Analytische Bewertung nach ISO 7933

        Arbeitsphase
        (Protokoll)

        Voraussichtliche Werte

        Dauer
        begrenzt
        Belichtung
        (Protokoll)

        Grund für
        begrenzen

         

        tsk (° C)

        W (ND)

        SW (gh-1 )

         

        0-60

        35.5

        0.93

        553

        423

        Wasserverlust

        60-90

        34.6

        0.30

        83

        480

        Keine Begrenzung

        90-150

        34.6

        0.57

        213

        480

        Keine Begrenzung

        150-180

        35.7

        1.00

        566

        45

        Körpertemperatur

        Insgesamt:

        -

        0.82

        382

        480

        Keine Begrenzung

         

        Eine Gesamtbetrachtung geht daher davon aus, dass für die Arbeit geeignete nicht akklimatisierte Arbeiter eine 8-Stunden-Schicht ohne unzumutbare (thermische) physiologische Belastung durchführen könnten. Wenn eine größere Genauigkeit erforderlich ist oder einzelne Arbeitnehmer bewertet werden sollen, bieten ISO 8996 und ISO 9920 detaillierte Informationen zur metabolischen Wärmeerzeugung und zur Isolierung von Kleidung. ISO 9886 beschreibt Methoden zur Messung der physiologischen Belastung von Arbeitnehmern und kann zur Gestaltung und Bewertung von Umgebungen für bestimmte Arbeitskräfte verwendet werden. In diesem Beispiel sind die mittlere Hauttemperatur, die Körperinnentemperatur, die Herzfrequenz und der Masseverlust von Interesse. ISO CD 12894 enthält Leitlinien zur ärztlichen Überwachung einer Untersuchung.

         

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        Donnerstag, März 17 2011 00: 35

        Wärmeaustausch durch Kleidung

        Um unter kälteren oder heißeren Bedingungen zu überleben und zu arbeiten, muss durch Kleidung sowie künstliche Heizung oder Kühlung für ein warmes Klima an der Hautoberfläche gesorgt werden. Ein Verständnis der Mechanismen des Wärmeaustauschs durch Kleidung ist notwendig, um die effektivsten Kleidungsensembles für die Arbeit bei extremen Temperaturen zu entwerfen.

        Wärmeübertragungsmechanismen für Kleidung

        Die Art der Kleidungsisolierung

        Die Wärmeübertragung durch die Kleidung oder umgekehrt die Isolierung der Kleidung hängt maßgeblich von der Luft ab, die in und an der Kleidung eingeschlossen ist. Bekleidung besteht in erster Näherung aus jeglichem Material, das Luftschichten Halt bietet. Diese Aussage ist ungefähr, da einige Materialeigenschaften noch relevant sind. Diese beziehen sich auf die mechanische Konstruktion der Stoffe (z. B. Windfestigkeit und die Fähigkeit von Fasern, dicke Stoffe zu tragen) und auf intrinsische Eigenschaften von Fasern (z. B. Absorption und Reflexion von Wärmestrahlung, Absorption von Wasserdampf, Schweißtransport). ). Bei nicht zu extremen Umgebungsbedingungen werden die Vorzüge verschiedener Fasertypen oft überschätzt.

        Luftschichten und Luftbewegung

        Die Vorstellung, dass Luft und insbesondere ruhende Luft für die Isolierung sorgt, legt nahe, dass dicke Luftschichten für die Isolierung von Vorteil sind. Das stimmt, aber die Dicke der Luftschichten ist physikalisch begrenzt. Luftschichten entstehen durch Adhäsion von Gasmolekülen an einer beliebigen Oberfläche, durch Kohäsion einer zweiten Molekülschicht an der ersten und so weiter. Allerdings werden die Bindungskräfte zwischen aufeinander folgenden Schichten immer geringer, was zur Folge hat, dass die äußeren Moleküle schon durch kleinste äußere Luftbewegungen bewegt werden. In ruhiger Luft können Luftschichten eine Dicke von bis zu 12 mm haben, bei heftiger Luftbewegung, wie bei einem Sturm, sinkt die Dicke jedoch auf weniger als 1 mm. Im Allgemeinen gibt es eine Quadratwurzelbeziehung zwischen Dicke und Luftbewegung (vgl „Formeln und Definitionen“). Die genaue Funktion hängt von der Größe und Form der Oberfläche ab.

        Wärmeleitung von ruhender und bewegter Luft

        Unbewegte Luft wirkt als Isolierschicht mit konstanter Leitfähigkeit, unabhängig von der Form des Materials. Die Störung der Luftschichten führt zum Verlust der effektiven Dicke; dazu gehören Störungen nicht nur durch Wind, sondern auch durch Bewegungen des Trägers der Kleidung – Verschiebung des Körpers (eine Komponente des Windes) und Bewegungen von Körperteilen. Die natürliche Konvektion verstärkt diesen Effekt. Ein Diagramm, das die Auswirkung der Luftgeschwindigkeit auf die Isolierfähigkeit einer Luftschicht zeigt, finden Sie in Abbildung 1.

        Abbildung 1. Einfluss der Luftgeschwindigkeit auf die Isolierfähigkeit einer Luftschicht.

        HEA020F1

        Wärmeübertragung durch Strahlung

        Strahlung ist ein weiterer wichtiger Mechanismus für die Wärmeübertragung. Jede Oberfläche strahlt Wärme ab und absorbiert Wärme, die von anderen Oberflächen abgestrahlt wird. Der Strahlungswärmestrom ist ungefähr proportional zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Austauschflächen. Eine Bekleidungsschicht zwischen den Oberflächen stört die Strahlungswärmeübertragung, indem sie den Energiefluss unterbricht; Die Kleidung erreicht eine Temperatur, die ungefähr dem Durchschnitt der Temperaturen der beiden Oberflächen entspricht, wodurch die Temperaturdifferenz zwischen ihnen halbiert wird, und daher wird der Strahlungsfluss um den Faktor zwei verringert. Wenn die Anzahl der Abfangschichten erhöht wird, wird die Wärmeübertragungsrate verringert.

        Mehrere Schichten sind somit wirksam beim Reduzieren der Strahlungswärmeübertragung. In Watten und Faservliesen wird die Strahlung nicht durch eine Gewebeschicht, sondern durch verteilte Fasern abgefangen. Die Dichte des Fasermaterials (bzw. die Gesamtfläche an Fasermaterial pro Gewebevolumen) ist eine entscheidende Größe für die Strahlungsübertragung innerhalb solcher Faservliese. Feine Fasern bieten bei einem gegebenen Gewicht mehr Oberfläche als grobe Fasern.

        Stoffisolierung

        Als Ergebnis der Leitfähigkeit eingeschlossener Luft und der Strahlungsübertragung ist die Stoffleitfähigkeit effektiv eine Konstante für Stoffe mit verschiedenen Dicken und Bindungen. Die Wärmedämmung ist also proportional zur Dicke.

        Dampfwiderstand von Luft und Stoffen

        Luftschichten schaffen auch einen Widerstand gegen die Diffusion von verdunstetem Schweiß von feuchter Haut in die Umgebung. Dieser Widerstand ist ungefähr proportional zur Dicke des Kleidungsensembles. Bei Stoffen ist der Dampfwiderstand abhängig von der eingeschlossenen Luft und der Dichte der Konstruktion. Bei echten Stoffen passen hohe Dichte und große Dicke nie zusammen. Aufgrund dieser Einschränkung ist es möglich, das Luftäquivalent von Stoffen abzuschätzen, die keine Folien oder Beschichtungen enthalten (siehe Abbildung 8). Beschichtete Stoffe oder mit Folien laminierte Stoffe können einen unvorhersehbaren Dampfwiderstand haben, der durch Messung bestimmt werden sollte.

        Abbildung 2. Beziehung zwischen Dicke und Dampfwiderstand (deq) für Stoffe ohne Beschichtungen.

        HEA020F2

        Von Stoff- und Luftschichten bis hin zu Kleidung

        Mehrere Lagen Stoff

        Einige wichtige Schlussfolgerungen aus den Wärmeübertragungsmechanismen sind, dass stark isolierende Kleidung zwangsläufig dick sein muss, dass eine hohe Isolierung durch Kleidungsensembles mit mehreren dünnen Schichten erreicht werden kann, dass eine lockere Passform mehr Isolierung bietet als eine enge Passform und dass die Isolierung eine untere Grenze hat , die durch die auf der Haut haftende Luftschicht eingestellt wird.

        Bei Kaltwetterkleidung ist es oft schwierig, Dicke zu erreichen, indem nur dünne Stoffe verwendet werden. Eine Lösung besteht darin, dicke Stoffe herzustellen, indem zwei dünne Schalenstoffe an einer Watte befestigt werden. Der Zweck der Watte besteht darin, die Luftschicht zu erzeugen und die Luft im Inneren so ruhig wie möglich zu halten. Dicke Stoffe haben auch einen Nachteil: Je mehr Schichten miteinander verbunden sind, desto steifer wird die Kleidung und schränkt die Bewegung ein.

        Kleidervielfalt

        Die Isolation eines Bekleidungsensembles hängt zu einem großen Teil vom Design der Bekleidung ab. Designparameter, die die Isolierung beeinflussen, sind Anzahl der Schichten, Öffnungen, Passform, Verteilung der Isolierung über den Körper und freiliegende Haut. Einige Materialeigenschaften wie Luftdurchlässigkeit, Reflexionsvermögen und Beschichtungen sind ebenfalls wichtig. Außerdem verändern Wind und Aktivität die Isolierung. Ist es möglich, eine angemessene Beschreibung der Kleidung zu geben, um den Komfort und die Verträglichkeit des Trägers vorherzusagen? Auf der Grundlage unterschiedlicher Techniken wurden verschiedene Versuche unternommen. Die meisten Abschätzungen der vollständigen Isolierung von Ensembles wurden für statische Bedingungen (keine Bewegung, kein Wind) an Indoor-Ensembles vorgenommen, da die verfügbaren Daten von thermischen Mannequins erhalten wurden (McCullough, Jones und Huck 1985). Messungen am Menschen sind mühsam und die Ergebnisse variieren stark. Seit Mitte der 1980er Jahre wurden zuverlässige Bewegungspuppen entwickelt und eingesetzt (Olesen et al. 1982; Nielsen, Olesen und Fanger 1985). Außerdem ermöglichten verbesserte Messtechniken genauere menschliche Experimente. Ein noch nicht vollständig gelöstes Problem ist die korrekte Einbeziehung der Schweißverdunstung in die Bewertung. Schwitzende Mannequins sind selten und keines hat eine realistische Verteilung der Schweißrate über den Körper. Menschen schwitzen realistisch, aber unbeständig.

        Definition von Kleidungsisolierung

        Kleidungsisolierung (Icl in Einheiten von m2K/W) für stationäre Bedingungen, ohne Strahlungsquellen oder Kondensation in der Kleidung, ist definiert in "Formeln und Definitionen." Häufig I wird in der Einheit clo ausgedrückt (keine internationale Standardeinheit). Ein Clo entspricht 0.155 m2K/W. Die Verwendung der Einheit clo bedeutet implizit, dass sie sich auf den ganzen Körper bezieht und somit die Wärmeübertragung durch exponierte Körperteile einschließt.

        I wird durch Bewegung und Wind modifiziert, wie zuvor erklärt, und nach der Korrektur wird das Ergebnis aufgerufen resultierende Dämmung. Dies ist ein häufig verwendeter, aber nicht allgemein akzeptierter Begriff.

        Verteilung der Kleidung über den Körper

        Die gesamte Wärmeübertragung vom Körper umfasst die Wärme, die von der exponierten Haut (normalerweise Kopf und Hände) übertragen wird, und die Wärme, die durch die Kleidung gelangt. Eigenisolierung (sehen "Formeln und Definitionen") wird über die gesamte Hautfläche berechnet, nicht nur über den bedeckten Teil. Offene Haut überträgt mehr Wärme als bedeckte Haut und hat somit einen starken Einfluss auf die Eigendämmung. Dieser Effekt wird durch zunehmende Windgeschwindigkeit verstärkt. Abbildung 3 zeigt, wie die Eigenisolierung sukzessive abnimmt aufgrund von Krümmungen der Körperformen (äußere Schichten weniger effektiv als innere), exponierten Körperteilen (zusätzlicher Weg für die Wärmeübertragung) und erhöhter Windgeschwindigkeit (weniger Isolierung, insbesondere für exponierte Haut) (Lotens 1989). Bei dicken Ensembles ist die Reduzierung der Isolierung dramatisch.

        Abbildung 3. Eigenisolierung, wie sie durch Körperkrümmung, nackte Haut und Windgeschwindigkeit beeinflusst wird.

        HEA020F3

        Typische Ensemble-Dicke und Abdeckung

        Offenbar sind sowohl die Dämmstärke als auch die Hautbedeckung wichtige Determinanten des Wärmeverlustes. Im wirklichen Leben korrelieren beide in dem Sinne, dass Winterkleidung nicht nur dicker ist, sondern auch einen größeren Teil des Körpers bedeckt als Sommerkleidung. Abbildung 4 zeigt, wie diese Effekte zusammen zu einer nahezu linearen Beziehung zwischen der Kleidungsdicke (ausgedrückt als Volumen des Isolationsmaterials pro Einheit der Kleidungsfläche) und der Isolierung führen (Lotens 1989). Die untere Grenze wird durch die Isolierung der angrenzenden Luft und die obere Grenze durch die Gebrauchstauglichkeit der Kleidung gesetzt. Eine gleichmäßige Verteilung bietet möglicherweise die beste Isolierung bei Kälte, aber es ist unpraktisch, viel Gewicht und Masse auf den Gliedmaßen zu haben. Daher liegt die Betonung oft auf dem Rumpf, und die Kälteempfindlichkeit der lokalen Haut ist dieser Praxis angepasst. Die Gliedmaßen spielen eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des menschlichen Wärmehaushalts, und eine hohe Isolierung der Gliedmaßen schränkt die Wirksamkeit dieser Regulierung ein.

        Abbildung 4. Gesamtisolation, die sich aus der Kleidungsdicke und der Verteilung über den Körper ergibt.

        HEA020F4

        Belüftung von Kleidung

        Eingeschlossene Luftschichten im Bekleidungsensemble sind Bewegung und Wind ausgesetzt, jedoch in einem anderen Maße als die angrenzende Luftschicht. Wind erzeugt Belüftung in der Kleidung, sowohl wenn Luft in den Stoff eindringt als auch durch Öffnungen strömt, während Bewegung die innere Zirkulation erhöht. Havenith, Heus und Lotens (1990) fanden heraus, dass Bewegung innerhalb der Kleidung ein stärkerer Faktor ist als in der angrenzenden Luftschicht. Dieser Schluss ist jedoch abhängig von der Luftdurchlässigkeit des Gewebes. Bei stark luftdurchlässigen Stoffen ist die Belüftung durch Wind erheblich. Lotens (1993) zeigte, dass die Belüftung als Funktion der effektiven Windgeschwindigkeit und der Luftdurchlässigkeit ausgedrückt werden kann.

        Schätzungen der Kleidungsisolierung und Dampfbeständigkeit

        Physikalische Schätzungen der Kleidungsisolierung

        Die Dicke eines Kleidungsstücks liefert eine erste Einschätzung der Isolierung. Die typische Leitfähigkeit eines Ensembles beträgt 0.08 W/mK. Bei einer durchschnittlichen Dicke von 20 mm ergibt das eine Icl von 0.25 m2K/W, oder 1.6 clo. Locker sitzende Teile wie Hosen oder Ärmel haben jedoch eine viel höhere Leitfähigkeit, eher in der Größenordnung von 0.15, während dicht gepackte Kleidungsschichten eine Leitfähigkeit von 0.04 haben, die berühmten 4 clo pro Zoll, die von Burton und Edholm (1955) berichtet wurden ).

        Schätzungen aus Tabellen

        Andere Methoden verwenden Tabellenwerte für Kleidungsstücke. Diese Gegenstände wurden zuvor an einer Schaufensterpuppe gemessen. Ein zu untersuchendes Ensemble muss in seine Bestandteile zerlegt und diese in der Tabelle nachgeschlagen werden. Eine falsche Auswahl des ähnlichsten tabellarischen Kleidungsstücks kann zu Fehlern führen. Um die Eigendämmung des Ensembles zu erhalten, müssen die einzelnen Dämmwerte in eine Summengleichung eingesetzt werden (McCullough, Jones und Huck 1985).

        Faktor der Kleidungsoberfläche

        Um die Gesamtdämmung zu berechnen, fcl muss geschätzt werden (siehe "Formeln und Definitionen"). Eine praktische experimentelle Schätzung besteht darin, die Kleidungsoberfläche zu messen, Korrekturen für überlappende Teile vorzunehmen und durch die gesamte Hautfläche zu dividieren (DuBois und DuBois 1916). Das zeigen andere Schätzungen aus verschiedenen Studien fcl steigt linear mit der Eigenisolation an.

        Schätzung des Dampfwiderstands

        Bei einem Kleidungsensemble ist der Dampfwiderstand die Summe des Widerstands von Luftschichten und Kleidungsschichten. Normalerweise variiert die Anzahl der Schichten über den Körper hinweg, und die beste Schätzung ist der flächengewichtete Durchschnitt, einschließlich freiliegender Haut.

        Relativer Dampfwiderstand

        Verdunstungsbeständigkeit wird seltener verwendet als I, weil wenige Messungen von Ccl (oder Pcl) stehen zur Verfügung. Woodcock (1962) umging dieses Problem, indem er den Wasserdampfdurchlässigkeitsindex definierte im als Verhältnis von I und R, bezogen auf das gleiche Verhältnis für eine einzelne Luftschicht (letzteres Verhältnis ist nahezu konstant und bekannt als psychrometrische Konstante S, 0.0165 K/Pa, 2.34 km3/g oder 2.2 K/Torr); im= I/(R·S). Typische Werte für im für nicht beschichtete Kleidung, bestimmt an Mannequins, betragen 0.3 bis 0.4 (McCullough, Jones und Tamura 1989). Werte für im für Stoffverbunde und deren Umgebungsluft kann relativ einfach auf einem Gerät mit nasser Heizplatte gemessen werden, aber der Wert hängt tatsächlich von der Luftströmung über dem Gerät und dem Reflexionsvermögen des Schranks ab, in dem es montiert ist. Hochrechnung des Verhältnisses von R und I für bekleidete Menschen von Messungen an Stoffen bis hin zu Bekleidungsstücken (DIN 7943-2 1992) wird teilweise versucht. Das ist eine technisch komplizierte Angelegenheit. Ein Grund ist das R ist nur proportional zum konvektiven Anteil I, so dass für die Strahlungswärmeübertragung sorgfältige Korrekturen vorgenommen werden müssen. Ein weiterer Grund ist, dass eingeschlossene Luft zwischen Stoffverbunden und Kleidungsensembles unterschiedlich sein kann. Tatsächlich können Dampfdiffusion und Wärmeübertragung besser separat behandelt werden.

        Schätzungen durch artikulierte Modelle

        Zur Berechnung der Isolierung und des Wasserdampfwiderstands stehen anspruchsvollere Modelle als die oben erläuterten Methoden zur Verfügung. Diese Modelle berechnen auf Basis physikalischer Gesetzmäßigkeiten die lokale Isolation für eine Vielzahl von Körperteilen und integrieren diese zur Eigenisolation der gesamten menschlichen Gestalt. Dazu wird die menschliche Gestalt durch Zylinder angenähert (Bild ). Das Modell von McCullough, Jones und Tamura (1989) erfordert Kleidungsdaten für alle Schichten im Ensemble, spezifiziert pro Körpersegment. Das CLOMAN-Modell von Lotens und Havenith (1991) erfordert weniger Eingabewerte. Diese Modelle haben eine ähnliche Genauigkeit, die besser ist als alle anderen genannten Methoden, mit Ausnahme der experimentellen Bestimmung. Leider und zwangsläufig sind die Modelle komplexer, als es in einem weithin akzeptierten Standard wünschenswert wäre.

        Abbildung 5. Artikulation der menschlichen Gestalt in Zylindern.

        HEA020F5

        Wirkung von Aktivität und Wind

        Lotens und Havenith (1991) liefern auch auf Literaturdaten basierende Modifikationen der Isolierung und des Dampfwiderstands aufgrund von Aktivität und Wind. Die Isolierung ist im Sitzen geringer als im Stehen, und dieser Effekt ist bei stark isolierender Kleidung größer. Allerdings verringert Bewegung die Isolation stärker als die Körperhaltung, abhängig von der Kraft der Bewegungen. Beim Gehen bewegen sich beide Arme und Beine, und die Reduktion ist größer als beim Radfahren, wenn sich nur die Beine bewegen. Auch in diesem Fall ist die Reduzierung für dicke Kleidungsensembles größer. Wind verringert die Isolierung am stärksten bei leichter Kleidung und weniger bei schwerer Kleidung. Dieser Effekt könnte mit der Luftdurchlässigkeit des Außenmaterials zusammenhängen, die bei Kaltwetterausrüstung normalerweise geringer ist.

        Abbildung 8 zeigt einige typische Auswirkungen von Wind und Bewegung auf die Dampfbeständigkeit von Regenbekleidung. In der Literatur gibt es keine eindeutige Einigung über die Größe von Bewegung oder Windeffekten. Die Bedeutung dieses Themas wird durch die Tatsache unterstrichen, dass einige Normen, wie z. B. ISO 7730 (1994), eine resultierende Isolierung als Input fordern, wenn sie für aktive Personen oder Personen, die erheblichen Luftbewegungen ausgesetzt sind, angewendet werden. Diese Anforderung wird oft übersehen.

        Abbildung 6. Abnahme des Dampfwiderstands bei Wind und Gehen für verschiedene Regenbekleidung.

        HEA020F6

        Feuchtigkeitsmanagement

        Auswirkungen der Feuchtigkeitsaufnahme

        Wenn Stoffe Wasserdampf absorbieren können, wie es die meisten Naturfasern tun, fungiert Kleidung als Puffer für Wasserdampf. Dies ändert die Wärmeübertragung während Übergängen von einer Umgebung in eine andere. Wenn eine Person in nicht absorbierender Kleidung von einer trockenen in eine feuchte Umgebung wechselt, nimmt die Schweißverdunstung schlagartig ab. Bei hygroskopischer Kleidung absorbiert der Stoff Dampf, und die Änderung der Verdunstung ist nur allmählich. Gleichzeitig wird durch den Absorptionsprozess Wärme im Gewebe freigesetzt und dessen Temperatur erhöht. Dies reduziert die trockene Wärmeübertragung von der Haut. In erster Näherung heben sich beide Effekte auf, sodass der gesamte Wärmeübergang unverändert bleibt. Der Unterschied zu nicht hygroskopischer Kleidung besteht in der allmählicheren Änderung der Verdunstung von der Haut mit einem geringeren Risiko einer Schweißansammlung.

        Dampfaufnahmefähigkeit

        Die Aufnahmekapazität des Gewebes hängt von der Faserart und der Gewebemasse ab. Die absorbierte Masse ist ungefähr proportional zur relativen Luftfeuchtigkeit, liegt aber über 90 % höher. Die Aufnahmekapazität (sog wiedergewinnen) wird als die Menge an Wasserdampf ausgedrückt, die in 100 g Trockenfaser bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % absorbiert wird. Stoffe können wie folgt klassifiziert werden:

          • geringe Absorption—Acryl, Polyester (1 bis 2 g pro 100 g)
          • Zwischenabsorption—Nylon, Baumwolle, Acetat (6 bis 9 g pro 100 g)
          • hohe Absorption—Seide, Flachs, Hanf, Kunstseide, Jute, Wolle (11 bis 15 g pro 100 g).

               

              Wasseraufnahme

              Wassereinlagerungen in Stoffen, die oft mit Dampfabsorption verwechselt werden, gehorchen anderen Regeln. Freies Wasser wird locker an den Stoff gebunden und breitet sich gut seitlich entlang der Kapillaren aus. Dies wird als Dochtwirkung bezeichnet. Der Flüssigkeitstransfer von einer Schicht zur anderen findet nur bei nassen Stoffen und unter Druck statt. Kleidung kann durch nicht verdunsteten (überflüssigen) Schweiß, der von der Haut aufgenommen wird, benetzt werden. Der Flüssigkeitsgehalt des Gewebes kann hoch sein und dessen Verdunstung zu einem späteren Zeitpunkt den Wärmehaushalt gefährden. Dies geschieht typischerweise während der Ruhephase nach harter Arbeit und wird als bekannt Nachkühlen. Die Fähigkeit von Stoffen, Flüssigkeit zu halten, hängt mehr mit der Stoffkonstruktion als mit der Faserabsorptionskapazität zusammen und reicht für praktische Zwecke normalerweise aus, um den gesamten überflüssigen Schweiß aufzunehmen.

              Kondensation

              Kleidung kann durch Kondensation von verdunstetem Schweiß an einer bestimmten Schicht nass werden. Kondensation tritt auf, wenn die Luftfeuchtigkeit höher ist, als es die lokale Temperatur zulässt. Bei kaltem Wetter ist das oft an der Innenseite des Oberstoffs der Fall, bei extremer Kälte sogar in tieferen Schichten. Wo Kondensation stattfindet, sammelt sich Feuchtigkeit an, aber die Temperatur steigt, wie es bei der Absorption der Fall ist. Der Unterschied zwischen Kondensation und Absorption besteht jedoch darin, dass die Absorption ein vorübergehender Prozess ist, während die Kondensation längere Zeit andauern kann. Latente Wärmeübertragung während der Kondensation kann sehr signifikant zum Wärmeverlust beitragen, was wünschenswert sein kann oder nicht. Die Ansammlung von Feuchtigkeit ist meist ein Nachteil, wegen Unbehagen und Gefahr des Nachkühlens. Bei starker Kondensation kann die Flüssigkeit zur Haut zurücktransportiert werden, um erneut zu verdunsten. Dieser Kreislauf funktioniert wie ein Wärmerohr und kann die Isolierung der Unterwäsche stark reduzieren.

              Dynamische Simulation

              Seit den frühen 1900er Jahren wurden viele Standards und Indizes entwickelt, um Kleidung und Klima zu klassifizieren. Fast ausnahmslos handelte es sich dabei um Steady States – Bedingungen, bei denen das Klima und die Arbeit lange genug aufrechterhalten wurden, damit eine Person eine konstante Körpertemperatur entwickeln konnte. Diese Art von Arbeit ist aufgrund verbesserter Gesundheits- und Arbeitsbedingungen selten geworden. Der Schwerpunkt hat sich auf die kurzzeitige Exposition gegenüber rauen Bedingungen verlagert, die häufig mit dem Katastrophenmanagement in Schutzkleidung zusammenhängen.

              Es besteht daher Bedarf an dynamischen Simulationen, die die Wärmeübertragung der Kleidung und die thermische Belastung des Trägers beinhalten (Gagge, Fobelets und Berglund 1986). Solche Simulationen können mittels dynamischer Computermodelle durchgeführt werden, die ein vorgegebenes Szenario durchlaufen. Zu den bisher ausgereiftesten Kleidungsmodellen gehört THDYN (Lotens 1993), das eine Vielzahl von Kleidungsspezifikationen zulässt und um individuelle Merkmale der simulierten Person erweitert wurde (Abbildung 9). Weitere Modelle sind zu erwarten. Es besteht jedoch Bedarf an erweiterter experimenteller Auswertung, und der Betrieb solcher Modelle ist eher die Arbeit von Experten als von intelligenten Laien. Dynamische Modelle, die auf der Physik der Wärme- und Stoffübertragung basieren, umfassen alle Wärmeübertragungsmechanismen und ihre Wechselwirkungen – Dampfabsorption, Wärme von Strahlungsquellen, Kondensation, Belüftung, Feuchtigkeitsansammlung usw. Arbeits- und Schutzkleidung.

              Abbildung 7. Allgemeine Beschreibung eines dynamischen thermischen Modells.

              HEA020F7

               

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              Montag, März 21 2011 22: 24

              Kalte Umgebung und kalte Arbeit

              Eine kalte Umgebung wird durch Bedingungen definiert, die größere als normale Körperwärmeverluste verursachen. „Normal“ bezieht sich in diesem Zusammenhang auf das, was Menschen im Alltag unter angenehmen, oft Innenraumbedingungen erleben, was jedoch aufgrund sozialer, wirtschaftlicher oder natürlicher klimatischer Bedingungen variieren kann. Für die Zwecke dieses Artikels gelten Umgebungen mit einer Lufttemperatur unter 18 bis 20 °C als kalt.

              Kaltarbeit umfasst eine Vielzahl industrieller und beruflicher Tätigkeiten unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen (siehe Tabelle 1). In den meisten Ländern erfordert die Lebensmittelindustrie Arbeiten unter kalten Bedingungen – normalerweise 2 bis 8 °C für frische Lebensmittel und unter –25 °C für Tiefkühlkost. In solchen künstlichen kalten Umgebungen sind die Bedingungen relativ gut definiert und die Exposition ist von Tag zu Tag ungefähr gleich.

              Tabelle 1. Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen

              –120 °C

              Klimakammer für die menschliche Kryotherapie

              –90 °C

              Niedrigste Temperatur an der Südpolbasis Vostock

              –55 °C

              Kühlhaus für Fischfleisch und Herstellung von tiefgefrorenen, getrockneten Produkten

              –40 °C

              „Normale“ Temperatur an der Polarbasis

              –28 °C

              Kühlhaus für Tiefkühlprodukte

              +2 bis +12 °C

              Lagerung, Zubereitung und Transport von frischen Lebensmitteln

              –50 bis –20 °C

              Durchschnittliche Januartemperatur in Nordkanada und Sibirien

              –20 bis –10 °C

              Durchschnittliche Januartemperatur in Südkanada, Nordskandinavien und Zentralrussland

              –10 bis 0 ºC

              Durchschnittliche Januartemperatur im Norden der USA, Südskandinaviens, Mitteleuropas, Teilen des Nahen und Fernen Ostens, Mittel- und Nordjapans

              Quelle: Modifiziert nach Holmér 1993.

              In vielen Ländern führen die saisonalen klimatischen Veränderungen dazu, dass Arbeiten im Freien und Arbeiten in unbeheizten Gebäuden über kürzere oder längere Zeiträume unter kalten Bedingungen durchgeführt werden müssen. Die Kältebelastung kann je nach Ort auf der Erde und Art der Arbeit stark variieren (siehe Tabelle 1). Kaltes Wasser stellt eine weitere Gefahr dar, der Menschen ausgesetzt sind, die beispielsweise bei Offshore-Arbeiten beschäftigt sind. Dieser Artikel befasst sich mit Reaktionen auf Kältestress und vorbeugenden Maßnahmen. Methoden zur Bewertung der Kältebelastung und akzeptable Temperaturgrenzen gemäß kürzlich verabschiedeter internationaler Normen werden an anderer Stelle in diesem Kapitel behandelt.

              Kältestress und Arbeit in der Kälte

              Kältestress kann in vielen verschiedenen Formen auftreten und den Wärmehaushalt des ganzen Körpers sowie den lokalen Wärmehaushalt von Extremitäten, Haut und Lunge beeinflussen. Die Art und Beschaffenheit von Kältestress wird an anderer Stelle in diesem Kapitel ausführlich beschrieben. Das natürliche Mittel zur Bewältigung von Kältestress sind Verhaltenshandlungen – insbesondere das Wechseln und Anpassen der Kleidung. Ausreichender Schutz verhindert das Auskühlen. Der Schutz selbst kann jedoch unerwünschte, nachteilige Auswirkungen haben. Das Problem ist in Abbildung 1 dargestellt.

              Abbildung 1. Beispiele für Kälteeffekte.

              HEA090F1

              Das Abkühlen des ganzen Körpers oder von Körperteilen führt zu Unbehagen, beeinträchtigter sensorischer und neuromuskulärer Funktion und schließlich zu Kälteschäden. Kaltes Unbehagen ist in der Regel ein starker Stimulus für Verhaltenshandlungen, der die Wirkung verringert oder beseitigt. Die Vermeidung von Auskühlung durch das Anlegen von Kälteschutzkleidung, Schuhen, Handschuhen und Kopfbedeckungen beeinträchtigt die Beweglichkeit und Geschicklichkeit des Arbeiters. Es gibt einen „Kosten des Schutzes“ in dem Sinne, dass Bewegungen und Bewegungen eingeschränkt und anstrengender werden. Die kontinuierliche Anpassung der Ausrüstung zur Aufrechterhaltung eines hohen Schutzniveaus erfordert Aufmerksamkeit und Urteilsvermögen und kann Faktoren wie Wachsamkeit und Reaktionszeit beeinträchtigen. Eines der wichtigsten Ziele der Ergonomieforschung ist die Verbesserung der Funktionalität von Bekleidung unter Beibehaltung des Kälteschutzes.

               

               

               

               

              Dementsprechend sind die Auswirkungen der Arbeit in der Kälte zu unterteilen in:

              • Auswirkungen der Gewebekühlung
              • Auswirkungen von Schutzmaßnahmen („Kosten des Schutzes“).

               

              Bei Kälteeinwirkung reduzieren Verhaltensmaßnahmen den Kühleffekt und ermöglichen schließlich die Aufrechterhaltung eines normalen thermischen Gleichgewichts und Komforts. Unzureichende Maßnahmen rufen thermoregulatorische, physiologisch kompensatorische Reaktionen (Vasokonstriktion und Schüttelfrost) hervor. Die kombinierte Wirkung von Verhaltens- und physiologischen Anpassungen bestimmt die resultierende Wirkung eines gegebenen Kältestresses.

              In den folgenden Abschnitten werden diese Effekte beschrieben. Sie werden in akute Wirkungen (die innerhalb von Minuten oder Stunden auftreten), langfristige Wirkungen (Tage oder sogar Jahre) und andere Wirkungen (die nicht direkt mit Abkühlungsreaktionen zusammenhängen) unterteilt an sich). Tabelle 2 zeigt Beispiele für Reaktionen im Zusammenhang mit der Dauer der Kälteeinwirkung. Natürlich hängen die Arten von Reaktionen und ihr Ausmaß stark vom Stresslevel ab. Lange Expositionen (Tage und länger) beinhalten jedoch kaum die extremen Werte, die für kurze Zeit erreicht werden können.

              Tabelle 2. Dauer von unkompensiertem Kältestress und damit verbundene Reaktionen

              Uhrzeit

              Physiologische Wirkungen

              Psychologische Wirkung

              Sekunden

              Einatmendes Keuchen
              Hyperventilation
              Erhöhung der Herzfrequenz
              Periphere Vasokonstriktion
              Blutdruckanstieg

              Hautgefühl, Unbehagen

              Minuten

              Gewebekühlung
              Extremitätenkühlung
              Neuromuskuläre Verschlechterung
              Zittern
              Kontakt- und Konvektionsfrostnip

              Leistungsminderung
              Schmerzen durch lokale Abkühlung

              Stunden

              Eingeschränkte körperliche Leistungsfähigkeit
              Unterkühlung
              Kälteverletzung

              Beeinträchtigte geistige Funktion

              Tage/Monate

              Verletzung durch nicht einfrierende Kälte
              Akklimatisierung

              Gewöhnung
              Reduziertes Unbehagen

              Jahre

              Chronische Gewebewirkungen (?)

               

               

              Akute Auswirkungen der Kühlung

              Die offensichtlichste und direkteste Wirkung von Kältestress ist die sofortige Abkühlung der Haut und der oberen Atemwege. Thermorezeptoren reagieren und eine Folge thermoregulatorischer Reaktionen wird initiiert. Art und Ausmaß der Reaktion werden in erster Linie durch Art und Stärke der Kühlung bestimmt. Wie bereits erwähnt, sind periphere Vasokonstriktion und Schüttelfrost die wichtigsten Abwehrmechanismen. Beide tragen dazu bei, die Körperwärme und die Kerntemperatur zu erhalten, beeinträchtigen jedoch die kardiovaskulären und neuromuskulären Funktionen.

              Die psychologischen Wirkungen der Kälteeinwirkung verändern jedoch auch die physiologischen Reaktionen auf komplexe und teilweise unbekannte Weise. Die kalte Umgebung wirkt ablenkend in dem Sinne, dass es einer erhöhten mentalen Anstrengung bedarf, um mit den neuen Stressfaktoren umzugehen (Auskühlung vermeiden, Schutzmaßnahmen treffen etc.). Andererseits bewirkt die Kälte auch Erregung, in dem Sinne, dass der erhöhte Stresslevel die Aktivität des Sympathikus und damit die Handlungsbereitschaft erhöht. Unter normalen Bedingungen verwenden Menschen nur geringe Teile ihrer Kapazität, wodurch eine große Pufferkapazität für unerwartete oder anspruchsvolle Bedingungen erhalten bleibt.

              Kältewahrnehmung und thermischer Komfort

              Die meisten Menschen empfinden bei einer Betriebstemperatur zwischen 20 und 26 °C bei sehr leichter, sitzender Arbeit (Büroarbeit bei 70 W/m) ein Gefühl thermischer Neutralität2) in angemessener Kleidung (Isolationswerte zwischen 0.6 und 1.0 clo). In diesem Zustand und ohne lokale thermische Ungleichgewichte wie Zugluft befinden sich die Menschen in thermischer Behaglichkeit. Diese Bedingungen sind gut dokumentiert und in Normen wie ISO 7730 spezifiziert (siehe Kapitel Steuerung des Raumklimas in diesem Enzyklopädie).

              Das menschliche Kühlempfinden steht in engem Zusammenhang mit dem Wärmehaushalt des ganzen Körpers sowie dem lokalen Wärmehaushalt des Gewebes. Kälte-Thermo-Beschwerden entstehen, wenn das Körperwärmegleichgewicht durch falsche Abstimmung von Aktivität (Stoffwechselwärmeproduktion) und Kleidung nicht aufrechterhalten werden kann. Für Temperaturen zwischen +10 und +30 °C kann das Ausmaß des „Kälteunwohlseins“ in einer Bevölkerung durch die in ISO 7730 beschriebene Komfortgleichung von Fanger vorhergesagt werden.

              Eine vereinfachte und ziemlich genaue Formel zur Berechnung der thermoneutralen Temperatur (T) für den Durchschnittsmenschen ist:

               

              t = 33.5 – 3·Icl – (0.08 + 0.05·Icl) ·M

              woher M ist die Stoffwechselwärme, gemessen in W/m2 und Icl der Isolationswert von Kleidung gemessen in Clo.

              Die erforderliche Kleidungsisolierung (clo-Wert) ist bei +10 °C höher als die mit der IREQ-Methode berechnete (berechnete erforderliche Isolierungswert) (ISO TR 11079, 1993). Der Grund für diese Diskrepanz liegt in der Anwendung unterschiedlicher „Komfort“-Kriterien in den beiden Methoden. ISO 7730 konzentriert sich stark auf thermischen Komfort und lässt erhebliches Schwitzen zu, während ISO TR 11079 nur „kontrolliertes“ Schwitzen in minimalem Maße zulässt – eine Notwendigkeit bei Kälte. Abbildung 2 zeigt die Beziehung zwischen Kleidungsisolation, Aktivitätsgrad (Wärmeproduktion) und Lufttemperatur gemäß der obigen Gleichung und der IREQ-Methode. Die gefüllten Bereiche sollten die erwartete Variation der erforderlichen Kleidungsisolierung aufgrund unterschiedlicher „Komfort“-Niveaus darstellen.

              Abbildung 2. Optimale Temperatur für thermischen "Komfort" als Funktion von Kleidung und Aktivitätsniveau ().

              HEA090F2

              Die Informationen in Abbildung 2 sind nur ein Leitfaden zur Herstellung optimaler thermischer Bedingungen in Innenräumen. Es gibt erhebliche individuelle Unterschiede in der Wahrnehmung des thermischen Komforts und des Unbehagens durch Kälte. Diese Variation entsteht durch Unterschiede in Kleidung und Aktivitätsmustern, aber auch subjektive Vorlieben und Gewöhnung tragen dazu bei.

              Insbesondere Menschen, die einer sehr leichten, sitzenden Tätigkeit nachgehen, werden zunehmend anfällig für lokale Abkühlung, wenn die Lufttemperatur unter 20 bis 22 °C fällt. Unter solchen Bedingungen muss die Luftgeschwindigkeit niedrig gehalten werden (unter 0.2 m/s) und zusätzliche isolierende Kleidung muss ausgewählt werden, um empfindliche Körperteile (z. B. Kopf, Nacken, Rücken und Knöchel) zu bedecken. Sitzende Arbeiten bei Temperaturen unter 20 °C erfordern isolierte Sitzflächen und Rückenlehnen, um die lokale Auskühlung durch Kompression der Kleidung zu reduzieren.

              Wenn die Umgebungstemperatur unter 10 °C fällt, wird das Komfortkonzept schwieriger anzuwenden. Thermische Asymmetrien werden „normal“ (z. B. kaltes Gesicht und Einatmen kalter Luft). Trotz eines optimalen Wärmehaushalts des Körpers können solche Asymmetrien als unangenehm empfunden werden und erfordern zusätzliche Wärme, um sie zu beseitigen. Thermische Behaglichkeit in der Kälte geht, anders als unter normalen Innenraumbedingungen, wahrscheinlich mit einem leichten Wärmegefühl einher. Dies sollte beachtet werden, wenn der Kältestress mit dem IREQ-Index bewertet wird.

               

              Performance

              Kälteexposition und die damit verbundenen Verhaltens- und physiologischen Reaktionen wirken sich auf verschiedenen Komplexitätsebenen auf die menschliche Leistungsfähigkeit aus. Tabelle 3 gibt einen schematischen Überblick über verschiedene Arten von Leistungseffekten, die bei milder und extremer Kälteeinwirkung zu erwarten sind.

              Tabelle 3. Angaben zu erwarteten Wirkungen bei leichter und schwerer Kälteeinwirkung

              Performance

              Leichte Kälteeinwirkung

              Starke Kälteeinwirkung

              Manuelle Leistung

              0 -

              - -

              Muskelleistung

              0

              -

              Aerobe Leistung

              0

              -

              Einfache Reaktionszeit

              0

              -

              Wahl Reaktionszeit

              -

              - -

              Verfolgung, Wachsamkeit

              0 -

              -

              Kognitive, mentale Aufgaben

              0 -

              - -

              0 zeigt keine Wirkung an; – weist auf eine Beeinträchtigung hin; – – weist auf eine starke Beeinträchtigung hin; 0 – zeigt einen widersprüchlichen Befund an.

               

              Eine leichte Exposition bedeutet in diesem Zusammenhang keine oder vernachlässigbare Kühlung des Körperkerns und eine mäßige Kühlung der Haut und der Extremitäten. Bei starker Belastung kommt es zu einer negativen Wärmebilanz, einem Absinken der Kerntemperatur und einer damit einhergehenden ausgeprägten Temperaturerniedrigung der Extremitäten.

              Die körperlichen Eigenschaften leichter und starker Kälteeinwirkung hängen stark vom Gleichgewicht zwischen körpereigener Wärmeerzeugung (als Ergebnis körperlicher Arbeit) und Wärmeverlusten ab. Schutzkleidung und klimatische Umgebungsbedingungen bestimmen die Höhe des Wärmeverlusts.

              Wie bereits erwähnt, verursacht Kälteeinwirkung Ablenkung und Abkühlung (Abbildung 1). Beide wirken sich auf die Leistung aus, obwohl das Ausmaß der Auswirkungen je nach Art der Aufgabe variiert.

              Verhalten und mentale Funktion sind anfälliger für den Ablenkungseffekt, während die körperliche Leistungsfähigkeit stärker durch Abkühlung beeinträchtigt wird. Das komplexe Zusammenspiel von physiologischen und psychologischen Reaktionen (Ablenkung, Erregung) auf Kälteeinwirkung ist noch nicht vollständig verstanden und erfordert weitere Forschungsarbeiten.

              Tabelle 4 zeigt berichtete Beziehungen zwischen körperlicher Leistungsfähigkeit und Körpertemperaturen. Es wird angenommen, dass die körperliche Leistungsfähigkeit stark von der Gewebetemperatur abhängt und sich verschlechtert, wenn die Temperatur lebenswichtiger Gewebe und Organteile sinkt. Typischerweise hängt die manuelle Geschicklichkeit entscheidend von der Finger- und Handtemperatur sowie der Muskeltemperatur der Vorhand ab. Die Gesamtmuskelaktivität wird wenig von der lokalen Oberflächentemperatur beeinflusst, ist aber sehr empfindlich gegenüber der Muskeltemperatur. Da einige dieser Temperaturen miteinander in Beziehung stehen (z. B. Kern- und Muskeltemperatur), ist es schwierig, direkte Beziehungen zu bestimmen.

              Tabelle 4. Bedeutung der Körpergewebetemperatur für die körperliche Leistungsfähigkeit des Menschen

              Performance

              Hauttemperatur der Hand/Finger

              Mittlere Hauttemperatur

              Muskeltemperatur

              Kerntemperatur

              Einfache Anleitung

              -

              0

              -

              0

              Komplexes Handbuch

              - -

              (-)

              - -

              -

              Muskulös

              0

              0 -

              - -

              0 -

              aerob

              0

              0

              -

              - -

              0 zeigt keine Wirkung an; – zeigt eine Beeinträchtigung bei niedriger Temperatur an; – – weist auf eine starke Beeinträchtigung hin; 0 – zeigt widersprüchliche Befunde an; (–) weist auf einen möglichen geringfügigen Effekt hin.

               

              Die Übersicht der Leistungseffekte in Tabelle 3 und 4 ist zwangsläufig sehr schematisch. Die Informationen sollten als Signal zum Handeln dienen, wobei Handeln eine detaillierte Beurteilung der Bedingungen oder das Ergreifen von vorbeugenden Maßnahmen bedeutet.

              Ein wichtiger Faktor, der zu Leistungsminderungen beiträgt, ist die Belichtungszeit. Je länger die Kälte ausgesetzt wird, desto größer ist die Wirkung auf das tiefere Gewebe und die neuromuskuläre Funktion. Andererseits modifizieren Faktoren wie Gewöhnung und Erfahrung die nachteiligen Auswirkungen und stellen einen Teil der Leistungsfähigkeit wieder her.

              Manuelle Leistung

              Die Handfunktion ist sehr anfällig für Kälteeinwirkung. Aufgrund ihrer geringen Masse und großen Oberfläche verlieren Hände und Finger viel Wärme, während sie gleichzeitig hohe Gewebetemperaturen (30 bis 35 °C) aufrechterhalten. Dementsprechend können solche hohen Temperaturen nur mit einem hohen Maß an innerer Wärmeerzeugung aufrechterhalten werden, was einen anhaltend hohen Blutfluss zu den Extremitäten ermöglicht.

              Der Wärmeverlust der Hände kann bei Kälte durch das Tragen geeigneter Handbekleidung reduziert werden. Gute Handbekleidung für kaltes Wetter bedeutet jedoch Dicke und Volumen und folglich eine Beeinträchtigung der Fingerfertigkeit und der manuellen Funktion. Daher kann die manuelle Leistung in der Kälte nicht durch passive Maßnahmen erhalten werden. Durch einen ausgewogenen Kompromiss zwischen Wahl der funktionellen Handbekleidung, Arbeitsverhalten und Expositionsschema lässt sich die Leistungsminderung allenfalls begrenzen.

              Die Hand- und Fingerfunktion hängt stark von der lokalen Gewebetemperatur ab (Abbildung 3). Feine, zarte und schnelle Fingerbewegungen verschlechtern sich, wenn die Gewebetemperatur um einige Grad sinkt. Bei stärkerer Abkühlung und Temperaturabfall werden auch grobe Handfunktionen beeinträchtigt. Eine signifikante Beeinträchtigung der Handfunktion wird bei Hauttemperaturen der Hand um 15 ºC festgestellt, und schwere Beeinträchtigungen treten bei Hauttemperaturen um 6 bis 8 ºC aufgrund der Blockierung der Funktion von sensorischen und thermischen Hautrezeptoren auf. Je nach Aufgabenstellung kann es erforderlich sein, die Hauttemperatur an mehreren Stellen an Hand und Fingern zu messen. Die Temperatur der Fingerkuppe kann unter bestimmten Expositionsbedingungen um mehr als zehn Grad niedriger sein als auf dem Handrücken.

              Abbildung 3. Beziehung zwischen Fingerfertigkeit und Fingerhauttemperatur.

              HEA090F3

              Abbildung 4 zeigt kritische Temperaturen für verschiedene Arten von Auswirkungen auf die manuelle Funktion.

              Abbildung 4. Geschätzte grobe Auswirkungen auf die manuelle Leistung bei unterschiedlichen Hand-/Fingertemperaturen.

              HEA090T4

              Neuromuskuläre Leistungsfähigkeit

              Aus den Abbildungen 3 und 4 geht hervor, dass Kälte einen ausgeprägten Einfluss auf die Muskelfunktion und -leistung hat. Die Kühlung des Muskelgewebes reduziert die Durchblutung und verlangsamt neurale Prozesse wie die Übertragung von Nervensignalen und die Synapsenfunktion. Darüber hinaus erhöht sich die Viskosität des Gewebes, was zu einer höheren inneren Reibung während der Bewegung führt.

              Die isometrische Kraftabgabe wird um 2 % pro ºC gesenkter Muskeltemperatur reduziert. Die dynamische Kraftabgabe wird um 2 bis 4 % pro ºC gesenkter Muskeltemperatur reduziert. Mit anderen Worten, die Kühlung reduziert die Kraftabgabe der Muskeln und wirkt sich noch stärker auf dynamische Kontraktionen aus.

              Körperliche Arbeitsfähigkeit

              Wie bereits erwähnt, lässt die Muskelleistung bei Kälte nach. Bei eingeschränkter Muskelfunktion kommt es zu einer allgemeinen Beeinträchtigung der körperlichen Leistungsfähigkeit. Ein Faktor, der zur Verringerung der aeroben Arbeitskapazität beiträgt, ist der erhöhte periphere Widerstand des Körperkreislaufs. Eine ausgeprägte Vasokonstriktion erhöht die zentrale Zirkulation, was schließlich zu Kältediurese und erhöhtem Blutdruck führt. Die Kühlung des Kerns kann sich auch direkt auf die Kontraktilität des Herzmuskels auswirken.

              Die Leistungsfähigkeit, gemessen an der maximalen aeroben Kapazität, nimmt um 5 bis 6 % pro ºC gesenkter Kerntemperatur ab. So kann sich die Ausdauer als praktische Folge der verringerten Maximalleistung und mit einem erhöhten Energiebedarf der Muskelarbeit schnell verschlechtern.

              Andere Kälteeffekte

              Körpertemperaturen

              Bei sinkender Temperatur ist die Körperoberfläche am stärksten betroffen (und auch am tolerantesten). Die Hauttemperatur kann innerhalb weniger Sekunden unter 0 °C fallen, wenn die Haut mit sehr kalten Metalloberflächen in Kontakt kommt. Ebenso kann die Hand- und Fingertemperatur bei Vasokonstriktion und schlechtem Schutz um mehrere Grad pro Minute sinken. Arme und Hände sind bei normaler Hauttemperatur durch periphere arteriovenöse Shunts superdurchblutet. Das schafft Wärme und fördert die Fingerfertigkeit. Das Abkühlen der Haut schließt diese Shunts und verringert die Durchblutung in Händen und Füßen auf ein Zehntel. Die Extremitäten machen 50 % der Körperoberfläche und 30 % seines Volumens aus. Der Blutrückfluss erfolgt über tiefe Venen parallel zu den Arterien, wodurch der Wärmeverlust nach dem Gegenstromprinzip reduziert wird.

              Im Kopf-Hals-Bereich tritt keine adrenerge Vasokonstriktion auf, was in Notfallsituationen zur Vermeidung einer Unterkühlung zu beachten ist. Eine Person ohne Kopfbedeckung kann bei Minustemperaturen 50 % oder mehr ihrer Ruhewärmeproduktion verlieren.

              Für die Entwicklung einer Hypothermie (Senkung der Kerntemperatur) ist ein hoher und anhaltender Wärmeverlust des ganzen Körpers erforderlich (Maclean und Emslie-Smith 1977). Das Gleichgewicht zwischen Wärmeproduktion und Wärmeverlust bestimmt die resultierende Abkühlungsrate, sei es eine Ganzkörperkühlung oder eine lokale Abkühlung eines Körperteils. Anhand des IREQ-Index können die Bedingungen für den Wärmehaushalt analysiert und bewertet werden. Eine bemerkenswerte Reaktion auf lokales Abkühlen hervorstehender Teile des menschlichen Körpers (z. B. Finger, Zehen und Ohren) ist das Jagdphänomen (Lewis-Reaktion). Nach einem anfänglichen Absinken auf einen niedrigen Wert steigt die Fingertemperatur um mehrere Grad an (Abbildung 5). Diese Reaktion wird zyklisch wiederholt. Die Reaktion ist sehr lokal – ausgeprägter an der Fingerspitze als an der Basis. Es fehlt in der Hand. Die Reaktion auf der Handfläche spiegelt höchstwahrscheinlich die Temperaturänderung des Blutflusses wider, der die Finger versorgt. Die Reaktion kann durch wiederholte Expositionen modifiziert (verstärkt) werden, wird aber in Verbindung mit Ganzkörperkühlung mehr oder weniger aufgehoben.

              Abbildung 5. Kälteinduzierte Vasodilatation der Fingergefäße, die zu einem zyklischen Anstieg der Gewebetemperatur führt.

              HEA090F4

              Die fortschreitende Abkühlung des Körpers hat eine Reihe von physiologischen und mentalen Effekten zur Folge. Tabelle 16 zeigt einige typische Reaktionen, die mit unterschiedlichen Kerntemperaturen verbunden sind.

              Tabelle 5. Menschliche Reaktionen auf Abkühlung: Indikative Reaktionen auf unterschiedliche Unterkühlungsgrade

              Phase

              Kernbereich
              Temperatur
              (°C)

              Physiologisch
              Reaktionen

              Psychologisch
              Reaktionen

              Normal

              37

              36

              Normale Körpertemperatur

              Vasokonstriktion, kalte Hände und Füße

              Thermoneutrales Gefühl

              Unbehagen

              Leichte Unterkühlung

              35

              34

              33

              Starkes Zittern, verminderte Arbeitsfähigkeit

              Ermüden

              Fummeln und Stolpern

              Beeinträchtigtes Urteilsvermögen, Orientierungslosigkeit, Apathie

              Bewusst u
              ansprechbar

              Konservativ
              Unterkühlung

              32

              31

              30

              29

              Muskelsteifheit

              Schwaches Atmen

              Keine Nervenreflexe, Herzfrequenz langsam und fast unbemerkt

              progressiv
              Bewusstlosigkeit,
              Halluzinationen

              Bewusstseinswolken

              Stuporös

              Schwer
              Unterkühlung

              28

              27

              25

              Herzrhythmusstörungen (atrial
              und/oder ventrikulär)

              Schüler reagieren nicht auf
              leichte, tiefe Sehne u
              oberflächliche Reflexe
              abwesend

              Tod durch Kammerflimmern oder Asystolie

               

               

              Herz und Kreislauf

              Das Abkühlen der Stirn und des Kopfes führt zu einer akuten Erhöhung des systolischen Blutdrucks und schließlich zu einer erhöhten Herzfrequenz. Eine ähnliche Reaktion kann beobachtet werden, wenn die bloßen Hände in sehr kaltes Wasser getaucht werden. Die Reaktion ist von kurzer Dauer und normale oder leicht erhöhte Werte werden nach Sekunden oder Minuten erreicht.

              Übermäßiger Körperwärmeverlust verursacht eine periphere Vasokonstriktion. Insbesondere während der Übergangsphase führt der erhöhte periphere Widerstand zu einer Erhöhung des systolischen Blutdrucks und einer erhöhten Herzfrequenz. Die Herzarbeit ist größer als bei ähnlichen Aktivitäten bei normalen Temperaturen, ein Phänomen, das Personen mit Angina pectoris schmerzhaft erfahren.

              Wie bereits erwähnt, verlangsamt eine tiefere Gewebekühlung im Allgemeinen die physiologischen Prozesse von Zellen und Organen. Kühlung schwächt den Innervationsprozess und unterdrückt Herzkontraktionen. Die Kontraktionskraft wird reduziert und zusätzlich zur Erhöhung des peripheren Widerstands der Blutgefäße wird das Herzzeitvolumen reduziert. Bei mäßiger und schwerer Hypothermie nimmt die Herz-Kreislauf-Funktion jedoch im Verhältnis zur allgemeinen Reduktion des Stoffwechsels ab.

              Lunge und Atemwege

              Das Einatmen mäßiger Mengen kalter, trockener Luft bereitet gesunden Personen begrenzte Probleme. Sehr kalte Luft kann insbesondere bei der Nasenatmung zu Beschwerden führen. Hohe Belüftungsvolumina sehr kalter Luft können auch Mikroentzündungen der Schleimhaut der oberen Atemwege verursachen.

              Mit fortschreitender Hypothermie wird die Lungenfunktion gleichzeitig mit der allgemeinen Verringerung des Körperstoffwechsels herabgesetzt.

              Funktionale Aspekte (Arbeitsfähigkeit)

              Grundvoraussetzung für die Funktion in kalter Umgebung ist ein ausreichender Schutz vor Auskühlung. Der Schutz selbst kann jedoch die Leistungsbedingungen ernsthaft beeinträchtigen. Der Humpeleffekt von Kleidung ist bekannt. Kopfbedeckungen und Helme beeinträchtigen das Sprechen und Sehen und Handschuhe beeinträchtigen die manuelle Funktion. Während der Schutz für die Erhaltung gesunder und angenehmer Arbeitsbedingungen erforderlich ist, müssen die Folgen in Bezug auf die Leistungsbeeinträchtigung vollständig erkannt werden. Aufgaben dauern länger und erfordern mehr Aufwand.

              Kälteschutzkleidung kann inklusive Stiefel und Kopfbedeckung leicht 3 bis 6 kg wiegen. Dieses Gewicht erhöht die Arbeitsbelastung, insbesondere während der ambulanten Arbeit. Außerdem führt die Reibung zwischen Schichten in mehrschichtiger Kleidung zu Bewegungswiderstand. Das Gewicht der Stiefel sollte niedrig gehalten werden, da zusätzliches Gewicht an den Beinen relativ mehr zur Arbeitsbelastung beiträgt.

              Arbeitsorganisation, Arbeitsplatz und Ausstattung sollten den spezifischen Anforderungen einer Kaltarbeitsaufgabe angepasst sein. Für Aufgaben muss mehr Zeit eingeplant werden, und häufige Erholungs- und Aufwärmpausen sind erforderlich. Der Arbeitsplatz muss trotz sperriger Kleidung leichte Bewegungen zulassen. Ebenso müssen die Geräte so konstruiert sein, dass sie mit Handschuhen bedient oder bei bloßen Händen isoliert werden können.

              Erkältungsverletzungen

              Schwere Verletzungen durch kalte Luft sind in den meisten Fällen vermeidbar und treten im zivilen Leben nur sporadisch auf. Andererseits sind diese Verletzungen im Krieg und bei Katastrophen oft von großer Bedeutung. Viele Arbeiter laufen jedoch Gefahr, sich bei ihren Routinetätigkeiten Erkältungsverletzungen zuzuziehen. Arbeiten im Freien in rauem Klima (wie in arktischen und subarktischen Gebieten – z. B. Fischerei, Landwirtschaft, Bauwesen, Gas- und Ölexploration und Rentierzucht) sowie Arbeiten in Innenräumen in kalten Umgebungen (wie in der Lebensmittel- oder Lagerindustrie) können alle durchgeführt werden birgt die Gefahr von Kälteverletzungen.

              Kälteschäden können entweder systemisch oder lokalisiert sein. Die lokalen Verletzungen, die am häufigsten einer systemischen Hypothermie vorausgehen, stellen zwei klinisch unterschiedliche Entitäten dar: Verletzungen durch eiskalte Kälte (FCI) und Verletzungen durch nicht frierende Kälte (NFCI).

              Eiskalte Verletzungen

              Pathophysiologie

              Diese Art von lokaler Verletzung tritt auf, wenn der Wärmeverlust ausreichend ist, um ein echtes Einfrieren des Gewebes zu ermöglichen. Neben einer direkten kryogenen Schädigung der Zellen tragen Gefäßschädigungen mit verminderter Durchblutung und Gewebehypoxie zu pathogenen Mechanismen bei.

              Die Vasokonstriktion der Hautgefäße ist für die Entstehung einer Erfrierung von großer Bedeutung. Durch weite arteriovenöse Shunts werden periphere Strukturen wie Hände, Füße, Nase und Ohren in warmer Umgebung superperfundiert. Beispielsweise wird nur etwa ein Zehntel der Durchblutung der Hände für die Sauerstoffversorgung des Gewebes benötigt. Der Rest erzeugt Wärme und erleichtert so die Fingerfertigkeit. Selbst wenn die Kerntemperatur nicht abfällt, verschließt die lokale Abkühlung der Haut diese Shunts.

              Um die Lebensfähigkeit der peripheren Extremitätenanteile bei Kälteeinwirkung zu schützen, findet eine intermittierende kälteinduzierte Vasodilatation (CIVD) statt. Diese Vasodilatation ist ein Ergebnis der Öffnung der arteriovenösen Anastomosen und tritt alle 5 bis 10 Minuten auf. Das Phänomen ist ein Kompromiss im menschlichen physiologischen Plan, um Wärme zu sparen und dennoch die Funktion von Händen und Füßen zeitweise aufrechtzuerhalten. Die Vasodilatation wird von der Person als Perioden prickelnder Hitze wahrgenommen. CIVD wird weniger ausgeprägt, wenn die Körpertemperatur sinkt. Individuelle Variationen im Grad der CIVD könnten eine unterschiedliche Anfälligkeit für lokale Kälteschäden erklären. Menschen, die in einem kalten Klima heimisch sind, weisen eine ausgeprägtere CIVD auf.

              Im Gegensatz zur Kryokonservierung von lebendem Gewebe, bei der die Eiskristallisation sowohl intra- als auch extrazellulär auftritt, produziert die klinische FCI mit einer viel langsameren Gefriergeschwindigkeit nur extrazelluläre Eiskristalle. Der Prozess ist ein exothermer Prozess, der Wärme freisetzt, und daher bleibt die Gewebetemperatur auf dem Gefrierpunkt, bis das Gefrieren vollständig ist.

              Wenn die extrazellulären Eiskristalle wachsen, kondensieren extrazelluläre Lösungen, wodurch dieser Raum zu einem hyperosmolaren Milieu wird, was zu einer passiven Diffusion von Wasser aus dem intrazellulären Kompartiment führt; dass Wasser wiederum gefriert. Dieser Prozess schreitet fort, bis das gesamte „verfügbare“ Wasser (das nicht anderweitig an Proteine, Zucker und andere Moleküle gebunden ist) kristallisiert ist. Die Zelldehydration verändert Proteinstrukturen, Membranlipide und den zellulären pH-Wert, was zu einer Zerstörung führt, die mit dem Überleben der Zelle nicht vereinbar ist. Die Resistenz gegenüber FCI variiert in verschiedenen Geweben. Die Haut ist beispielsweise widerstandsfähiger als Muskeln und Nerven, was an einem geringeren Wassergehalt sowohl intra- als auch interzellulär in der Epidermis liegen könnte.

              Die Rolle indirekter hämorheologischer Faktoren wurde früher als ähnlich interpretiert wie bei Verletzungen durch nicht einfrierende Kälte. Jüngste Studien an Tieren haben jedoch gezeigt, dass das Einfrieren Läsionen in der Intima von Arteriolen, Venolen und Kapillaren verursacht, bevor irgendwelche Anzeichen einer Schädigung anderer Hautelemente auftreten. Somit ist es offensichtlich, dass der rheologische Teil der Pathogenese von FCI auch ein kryobiologischer Effekt ist.

              Wenn eine Erfrierung wieder aufgewärmt wird, beginnt das Wasser wieder in die dehydrierten Zellen zu diffundieren, was zu einer intrazellulären Schwellung führt. Das Auftauen induziert eine maximale Gefäßerweiterung, wodurch Ödeme und Blasenbildung aufgrund der Schädigung der Endothelzellen (innere Hautschicht) entstehen. Die Zerstörung der Endothelzellen legt die Basalmembran frei, was die Blutplättchenadhäsion initiiert und die Gerinnungskaskade startet. Die folgende Blutstagnation und Thrombose induzieren Anoxie.

              Da der Wärmeverlust des exponierten Bereichs das Erfrierungsrisiko bestimmt, ist Windchill ein wichtiger Faktor in dieser Hinsicht, und damit ist nicht nur der Wind gemeint, der bläst, sondern auch jede Luftbewegung am Körper vorbei. Laufen, Skifahren, Skijöring und das Fahren in offenen Fahrzeugen sind in diesem Zusammenhang zu berücksichtigen. Das freigelegte Fleisch gefriert jedoch nicht, solange die Umgebungstemperatur über dem Gefrierpunkt liegt, selbst bei hohen Windgeschwindigkeiten.

              Der Konsum von Alkohol und Tabakprodukten sowie Unterernährung und Müdigkeit sind prädisponierende Faktoren für FCI. Eine frühere Erkältungsverletzung erhöht das Risiko einer nachfolgenden FCI aufgrund einer abnormalen posttraumatischen sympathischen Reaktion.

              Kaltes Metall kann beim Anfassen mit der bloßen Hand schnell zu Erfrierungen führen. Die meisten Menschen sind sich dessen bewusst, erkennen aber oft nicht das Risiko beim Umgang mit unterkühlten Flüssigkeiten. Auf –30 °C gekühltes Benzin friert freiliegendes Fleisch fast augenblicklich ein, da Verdunstungswärmeverlust mit Leitungsverlust kombiniert wird. Ein solches schnelles Einfrieren verursacht eine extra- sowie intrazelluläre Kristallisation mit Zerstörung von Zellmembranen hauptsächlich auf mechanischer Basis. Eine ähnliche Art von FCI tritt auf, wenn flüssiges Propan direkt auf die Haut verschüttet wird.

              Krankheitsbild

              Kälteschäden werden in oberflächliche und tiefe Erfrierungen unterteilt. Die oberflächliche Verletzung ist auf die Haut und das unmittelbar darunter liegende subkutane Gewebe beschränkt. In den meisten Fällen ist die Verletzung an Nase, Ohrläppchen, Fingern und Zehen lokalisiert. Stechende, stechende Schmerzen sind oft die ersten Anzeichen. Der betroffene Teil der Haut wird blass oder wachsweiß. Es ist taub und wird auf Druck eindrücken, da das darunter liegende Gewebe lebensfähig und biegsam ist. Wenn sich die FCI in eine tiefe Verletzung ausdehnt, wird die Haut weiß und marmorartig, fühlt sich hart an und haftet bei Berührung.

              Behandlung

              Eine Erfrierung sollte sofort behandelt werden, um zu verhindern, dass aus einer oberflächlichen Verletzung eine tiefe wird. Versuchen Sie, das Opfer ins Haus zu bringen; ansonsten durch Kameradenschutz, Windsack oder ähnliches vor Wind schützen. Der erfrorene Bereich sollte durch passive Wärmeübertragung von einem wärmeren Körperteil aufgetaut werden. Legen Sie die warme Hand gegen das Gesicht und die kalte Hand in die Achselhöhle oder in die Leiste. Da die erfrorene Person unter Kältestress mit peripherer Vasokonstriktion steht, ist ein warmer Begleiter ein viel besserer Therapeut. Massieren und Reiben des erfrorenen Teils mit Schnee- oder Wollschalldämpfer ist kontraindiziert. Eine solche mechanische Behandlung würde die Verletzung nur verschlimmern, da das Gewebe mit Eiskristallen gefüllt ist. Auch an das Auftauen vor einem Lagerfeuer oder einem Campingkocher sollte nicht gedacht werden. Diese Hitze dringt nicht in die Tiefe ein, und da der Bereich teilweise betäubt ist, kann die Behandlung sogar zu einer Brandverletzung führen.

              Die Schmerzsignale eines erfrorenen Fußes verschwinden, bevor das eigentliche Erfrieren eintritt, da die Nervenleitfähigkeit bei etwa +8 °C aufgehoben wird. Das Paradoxe ist, dass die letzte Empfindung, die man fühlt, darin besteht, dass man überhaupt nichts fühlt! Unter extremen Bedingungen, wenn die Evakuierung Fußwege erfordert, sollte das Auftauen vermieden werden. Das Gehen auf erfrorenen Füßen scheint das Risiko eines Gewebeverlustes nicht zu erhöhen, während das Wiedererfrieren einer Erfrierung dies im höchsten Maße tut.

              Die beste Behandlung für eine Erfrierung ist das Auftauen in warmem Wasser bei 40 bis 42 ° C. Der Auftauvorgang sollte bei dieser Wassertemperatur fortgesetzt werden, bis Gefühl, Farbe und Weichheit des Gewebes zurückkehren. Diese Form des Auftauens endet oft nicht in einem rosa, sondern in einem burgunderroten Farbton aufgrund von venösen Stauungen.

              Unter Feldbedingungen muss man sich darüber im Klaren sein, dass die Behandlung mehr erfordert als lokales Auftauen. Der ganze Mensch muss versorgt werden, denn Erfrierungen sind oft das erste Anzeichen einer schleichenden Unterkühlung. Ziehen Sie mehr Kleidung an und geben Sie warme, nahrhafte Getränke. Das Opfer ist meist apathisch und muss zur Kooperation gezwungen werden. Fordern Sie das Opfer auf, Muskelaktivitäten auszuführen, wie z. B. mit den Armen gegen die Seiten zu schlagen. Solche Manöver öffnen periphere arteriovenöse Shunts in den Extremitäten.

              Eine tiefe Erfrierung liegt vor, wenn ein Auftauen mit passiver Wärmeübertragung für 20 bis 30 Minuten ohne Erfolg ist. In diesem Fall sollte das Opfer in das nächstgelegene Krankenhaus gebracht werden. Wenn ein solcher Transport jedoch Stunden dauern kann, ist es vorzuziehen, die Person in die nächste Unterkunft zu bringen und ihre Verletzungen in warmem Wasser aufzutauen. Nach dem vollständigen Auftauen sollte der Patient mit hochgelagertem verletztem Bereich ins Bett gebracht werden und ein sofortiger Transport zum nächstgelegenen Krankenhaus arrangiert werden.

              Eine schnelle Wiedererwärmung verursacht mäßige bis starke Schmerzen, und der Patient benötigt häufig ein Analgetikum. Die Kapillarschädigung führt in den ersten 6 bis 18 Stunden zu Serumaustritt mit lokaler Schwellung und Blasenbildung. Blasen sollten intakt gehalten werden, um eine Infektion zu verhindern.

              Nicht frierende Kälteverletzungen

              Pathophysiologie

              Längere Einwirkung von Kälte und Nässe über dem Gefrierpunkt in Kombination mit Immobilisierung, die eine venöse Stagnation verursacht, sind die Voraussetzungen für NFCI. Dehydrierung, unzureichende Ernährung, Stress, interkurrente Erkrankungen oder Verletzungen und Müdigkeit sind Faktoren, die dazu beitragen. NFCI betrifft fast ausschließlich Beine und Füße. Schwere Verletzungen dieser Art kommen im zivilen Leben sehr selten vor, aber in Kriegszeiten und Katastrophen waren und sind sie immer ein ernstes Problem, das meistens durch Unkenntnis des Zustands aufgrund des langsamen und undeutlichen ersten Auftretens von Symptomen verursacht wird.

              NFCI kann unter allen Bedingungen auftreten, bei denen die Umgebungstemperatur niedriger als die Körpertemperatur ist. Wie bei FCI induzieren sympathische Constrictor-Fasern zusammen mit der Kälte selbst eine verlängerte Vasokonstriktion. Das anfängliche Ereignis ist rheologischer Natur und ähnelt dem, das bei ischämischer Reperfusionsverletzung beobachtet wird. Neben der Dauer der Kälte scheint auch die Anfälligkeit des Opfers von Bedeutung zu sein.

              Die pathologische Veränderung aufgrund der ischämischen Verletzung betrifft viele Gewebe. Muskeln degenerieren, unterliegen Nekrose, Fibrose und Atrophie; Knochen zeigen frühe Osteoporose. Von besonderem Interesse sind die Auswirkungen auf die Nerven, da Nervenschäden für die Schmerzen, anhaltende Dysästhesie und Hyperhidrose verantwortlich sind, die häufig als Folge dieser Verletzungen auftreten.

              Krankheitsbild

              Bei einer nicht eiskalten Verletzung erkennt das Opfer die drohende Gefahr zu spät, weil die ersten Symptome so vage sind. Die Füße werden kalt und schwellen an. Sie fühlen sich schwer, holzig und taub an. Die Füße werden als kühl, schmerzhaft, zart dargestellt, oft mit faltigen Sohlen. Die erste ischämische Phase dauert Stunden bis zu einigen Tagen. Es folgt eine hyperämische Phase von 2 bis 6 Wochen, in der die Füße warm sind, mit hüpfenden Pulsen und vermehrten Ödemen. Blasenbildung und Ulzerationen sind nicht ungewöhnlich, und in schweren Fällen kann Gangrän entstehen.

              Behandlung

              Die Behandlung ist vor allem unterstützend. Auf der Baustelle sollten die Füße sorgfältig getrocknet, aber kühl gehalten werden. Andererseits soll der ganze Körper gewärmt werden. Reichlich warme Getränke sollten gegeben werden. Im Gegensatz zu eiskalten Verletzungen sollte NFCI niemals aktiv gewärmt werden. Eine Warmwasserbehandlung bei lokalen Erkältungsverletzungen ist nur erlaubt, wenn Eiskristalle im Gewebe vorhanden sind. Die weitere Behandlung sollte in der Regel konservativ sein. Fieber, Anzeichen einer disseminierten intravaskulären Gerinnung und Verflüssigung des betroffenen Gewebes erfordern jedoch einen chirurgischen Eingriff, der gelegentlich mit einer Amputation endet.

              Nichtfrierende Kälteverletzungen können verhindert werden. Die Expositionszeit sollte minimiert werden. Eine ausreichende Fußpflege mit Zeit zum Abtrocknen der Füße ist ebenso wichtig wie eine Möglichkeit zum Wechseln in trockene Socken. Das Ruhen mit hochgelagerten Füßen sowie die Verabreichung heißer Getränke, wann immer möglich, mag lächerlich erscheinen, ist aber oft von entscheidender Bedeutung.

              Unterkühlung

              Hypothermie bedeutet Untertemperatur des Körpers. Thermisch gesehen besteht der Körper jedoch aus zwei Zonen – der Schale und dem Kern. Ersteres ist oberflächlich und seine Temperatur variiert beträchtlich je nach äußerer Umgebung. Der Kern besteht aus tieferen Geweben (z. B. Gehirn, Herz und Lunge sowie Oberbauch), und der Körper strebt danach, eine Kerntemperatur von 37 ± 2 °C aufrechtzuerhalten. Wenn die Thermoregulation beeinträchtigt ist und die Kerntemperatur zu sinken beginnt, leidet die Person unter Kältestress, aber erst wenn die zentrale Temperatur 35 ° C erreicht, wird davon ausgegangen, dass sich das Opfer in einem unterkühlten Zustand befindet. Zwischen 35 und 32 °C wird die Unterkühlung als leicht eingestuft; zwischen 32 und 28 ºC ist es mäßig und unter 28 ºC schwer (Tabelle 16).

              Physiologische Auswirkungen einer erniedrigten Kerntemperatur

              Wenn die Kerntemperatur zu sinken beginnt, leitet eine intensive Vasokonstriktion das Blut von der Hülle zum Kern um, wodurch die Wärmeleitung vom Kern zur Haut verhindert wird. Um die Temperatur zu halten, wird Schüttelfrost ausgelöst, dem oft ein erhöhter Muskeltonus vorausgeht. Maximales Zittern kann die Stoffwechselrate um das Vier- bis Sechsfache erhöhen, aber da die unwillkürlichen Kontraktionen oszillieren, wird das Nettoergebnis oft nicht mehr als verdoppelt. Herzfrequenz, Blutdruck, Herzzeitvolumen und Atemfrequenz steigen. Die Zentralisierung des Blutvolumens verursacht eine osmolale Diurese mit Natrium und Chlorid als Hauptbestandteilen.

              Atriale Reizbarkeit bei früher Hypothermie führt häufig zu Vorhofflimmern. Bei niedrigeren Temperaturen sind ventrikuläre Extrasystolen üblich. Der Tod tritt bei oder unter 28 °C ein, meist als Folge von Kammerflimmern; Asystolie kann auch hinzukommen.

              Hypothermie dämpft das zentrale Nervensystem. Abgeschlagenheit und Apathie sind frühe Anzeichen einer sinkenden Kerntemperatur. Solche Effekte beeinträchtigen das Urteilsvermögen, verursachen bizarres Verhalten und Ataxie und enden zwischen 30 und 28 °C in Lethargie und Koma.

              Die Nervenleitgeschwindigkeit nimmt mit sinkender Temperatur ab. Dysarthrie, Fummeln und Stolpern sind klinische Manifestationen dieses Phänomens. Kälte wirkt sich auch auf Muskeln und Gelenke aus und beeinträchtigt die manuelle Leistungsfähigkeit. Es verlangsamt die Reaktionszeit und Koordination und erhöht die Fehlerhäufigkeit. Muskelstarre wird sogar bei leichter Hypothermie beobachtet. Bei einer Kerntemperatur unter 30 °C ist körperliche Aktivität unmöglich.

              Die Exposition gegenüber einer ungewöhnlich kalten Umgebung ist die Grundvoraussetzung für das Auftreten von Unterkühlung. Extremes Alter sind Risikofaktoren. Ältere Personen mit eingeschränkter thermoregulatorischer Funktion oder Personen, deren Muskelmasse und isolierende Fettschicht reduziert sind, haben ein höheres Risiko, an einer Unterkühlung zu erkranken.

              Klassifikation

              Aus praktischer Sicht ist folgende Unterteilung der Hypothermie sinnvoll (siehe auch Tabelle 16):

                • versehentliche Unterkühlung
                • akute Immersionshypothermie
                • subakute Erschöpfung Hypothermie
                • Unterkühlung bei Trauma
                • subklinische chronische Hypothermie.

                         

                        Akute Immersionshypothermie tritt auf, wenn eine Person in kaltes Wasser fällt. Wasser hat eine etwa 25-fache Wärmeleitfähigkeit von Luft. Der Kältestress wird so groß, dass die Kerntemperatur trotz maximaler Wärmeproduktion des Körpers nach unten gedrückt wird. Unterkühlung setzt ein, bevor das Opfer erschöpft ist.

                        Subakute Erschöpfungshypothermie kann jedem Arbeiter in einer kalten Umgebung sowie Skifahrern, Kletterern und Wanderern in den Bergen passieren. Bei dieser Form der Hypothermie hält die Muskelaktivität die Körpertemperatur aufrecht, solange Energiequellen zur Verfügung stehen. Dann stellt jedoch eine Hypoglykämie sicher, dass das Opfer gefährdet ist. Sogar ein relativ geringer Kälteeinwirkungsgrad kann ausreichen, um die Kühlung fortzusetzen und eine gefährliche Situation zu verursachen.

                        Unterkühlung mit schwerem Trauma ist ein ominöses Zeichen. Die verletzte Person ist oft nicht in der Lage, die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, und der Wärmeverlust kann durch die Infusion kalter Flüssigkeiten und durch das Entfernen der Kleidung verschlimmert werden. Patienten im Schock, die unterkühlt werden, haben eine viel höhere Sterblichkeit als normotherme Opfer.

                        Subklinische chronische Hypothermie tritt häufig bei älteren Menschen auf, oft in Verbindung mit Mangelernährung, unzureichender Kleidung und eingeschränkter Mobilität. Alkoholismus, Drogenmissbrauch und chronische Stoffwechselerkrankungen sowie psychiatrische Störungen sind mitverantwortlich für diese Form der Unterkühlung.

                        Präklinisches Management

                        Das Hauptprinzip der primären Versorgung eines Arbeiters, der an Unterkühlung leidet, besteht darin, weiteren Wärmeverlust zu verhindern. Ein bei Bewusstsein befindliches Opfer sollte nach drinnen oder zumindest in eine Notunterkunft gebracht werden. Entfernen Sie nasse Kleidung und versuchen Sie, die Person so gut wie möglich zu isolieren. Es ist obligatorisch, das Opfer in einer liegenden Position mit bedecktem Kopf zu halten.

                        Patienten mit akuter Immersionshypothermie benötigen eine ganz andere Behandlung als Patienten mit subakuter Erschöpfungshypothermie. Das Immersionsopfer ist oft in einer günstigeren Situation. Die abgesenkte Kerntemperatur tritt lange vor Erschöpfung des Körpers ein und die Wärmeerzeugungskapazität bleibt unbeeinträchtigt. Der Wasser- und Elektrolythaushalt ist nicht gestört. Daher kann eine solche Person mit schnellem Eintauchen in ein Bad behandelt werden. Wenn keine Wanne verfügbar ist, legen Sie die Füße und Hände des Patienten in warmes Wasser. Die lokale Wärme öffnet die arteriovenösen Shunts, erhöht die Durchblutung der Extremitäten schnell und verstärkt den Erwärmungsprozess.

                        Bei der Erschöpfungsunterkühlung hingegen befindet sich das Opfer in einer viel ernsteren Situation. Die Kalorienreserven sind aufgebraucht, der Elektrolythaushalt ist gestört und vor allem dehydriert. Die Kältediurese setzt unmittelbar nach Kälteeinwirkung ein; der Kampf gegen Kälte und Wind übertreibt das Schwitzen, was aber in der kalten und trockenen Umgebung nicht wahrgenommen wird; und schließlich verspürt das Opfer keinen Durst. Ein Patient, der an Erschöpfungshypothermie leidet, sollte aufgrund des Risikos eines hypovolämischen Schocks niemals schnell im Feld wieder aufgewärmt werden. In der Regel ist es besser, den Patienten im Feld oder während des Transports ins Krankenhaus nicht aktiv wieder aufzuwärmen. Ein anhaltender Zustand nicht fortschreitender Hypothermie ist weitaus besser als enthusiastische Bemühungen, den Patienten unter Umständen zu wärmen, in denen auftretende Komplikationen nicht bewältigt werden können. Es ist zwingend erforderlich, den Patienten schonend zu behandeln, um das Risiko eines möglichen Kammerflimmerns zu minimieren.

                        Selbst für geschultes medizinisches Personal ist es oft schwierig festzustellen, ob eine unterkühlte Person lebt oder nicht. Ein scheinbarer kardiovaskulärer Kollaps kann tatsächlich nur eine verminderte Herzleistung sein. Palpation oder Auskultation für mindestens eine Minute, um spontane Pulse zu erkennen, ist oft notwendig.

                        Die Entscheidung, ob eine Herz-Lungen-Wiederbelebung (HLW) durchgeführt werden soll oder nicht, ist im Feld schwierig. Wenn überhaupt ein Lebenszeichen vorhanden ist, ist eine HLW kontraindiziert. Vorzeitig durchgeführte Thoraxkompressionen können Kammerflimmern hervorrufen. Die Wiederbelebung sollte jedoch sofort nach einem beobachteten Herzstillstand eingeleitet werden und wenn die Situation eine vernünftige und kontinuierliche Durchführung der Verfahren zulässt.

                        Gesundheit und Kälte

                        Ein gesunder Mensch mit angemessener Kleidung und Ausrüstung, der in einer für die Aufgabe geeigneten Organisation arbeitet, befindet sich auch bei großer Kälte nicht in einer gesundheitlichen Risikosituation. Ob eine langfristige Kälteeinwirkung während des Lebens in Gebieten mit kaltem Klima Gesundheitsrisiken mit sich bringt oder nicht, ist umstritten. Für Personen mit Gesundheitsproblemen ist die Situation ganz anders, und Kälteeinwirkung könnte ein Problem darstellen. In einer bestimmten Situation können Kälteexposition oder Exposition gegenüber kältebezogenen Faktoren oder Kombinationen von Kälte mit anderen Risiken Gesundheitsrisiken hervorrufen, insbesondere in einer Notfall- oder Unfallsituation. In abgelegenen Gebieten, wenn die Kommunikation mit einem Vorgesetzten schwierig oder nicht vorhanden ist, müssen die Mitarbeiter selbst entscheiden können, ob eine gesundheitliche Risikosituation vorliegt oder nicht. In diesen Situationen müssen sie die notwendigen Vorkehrungen treffen, um die Situation sicher zu machen, oder die Arbeit einstellen.

                        In arktischen Regionen können das Klima und andere Faktoren so hart sein, dass andere Überlegungen angestellt werden müssen.

                        Infektionskrankheiten. Infektionskrankheiten haben nichts mit Erkältung zu tun. Endemische Krankheiten treten in arktischen und subarktischen Regionen auf. Akute oder chronische Infektionskrankheiten bei einer Person erfordern die Beendigung der Exposition gegenüber Kälte und harter Arbeit.

                        Die Erkältung, ohne Fieber oder allgemeine Symptome, macht die Arbeit in der Kälte nicht schädlich. Bei Personen mit komplizierenden Erkrankungen wie Asthma, Bronchitis oder Herz-Kreislauf-Problemen sieht die Situation jedoch anders aus und es empfiehlt sich, in der kalten Jahreszeit im Innenbereich bei warmen Bedingungen zu arbeiten. Dies gilt auch bei einer Erkältung mit Fieber, tiefem Husten, Muskelschmerzen und beeinträchtigtem Allgemeinbefinden.

                        Asthma und Bronchitis treten häufiger in kalten Regionen auf. Kalte Luft verschlimmert oft die Symptome. Ein Medikamentenwechsel reduziert manchmal die Symptome während der kalten Jahreszeit. Einigen Personen kann auch durch die Verwendung medizinischer Inhalatoren geholfen werden.

                        Menschen mit Asthma oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen können auf das Einatmen kalter Luft mit Bronchokonstriktion und Vasospasmus reagieren. Es hat sich gezeigt, dass Sportler, die in kalten Klimazonen mehrere Stunden mit hoher Intensität trainieren, asthmatische Symptome entwickeln. Ob eine weitgehende Kühlung des Lungentrakts die primäre Erklärung ist oder nicht, ist noch nicht klar. Inzwischen sind spezielle, leichte Masken auf dem Markt, die eine Art Wärmetauscherfunktion haben und dadurch Energie und Feuchtigkeit sparen.

                        Eine endemische Art chronischer Krankheit ist die „Eskimo-Lunge“, typisch für Eskimo-Jäger und Fallensteller, die über lange Zeiträume extremer Kälte und harter Arbeit ausgesetzt sind. Eine fortschreitende pulmonale Hypertonie endet häufig in einer Rechtsherzinsuffizienz.

                        Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Kälteeinwirkung wirkt sich in höherem Maße auf das Herz-Kreislauf-System aus. Das von den sympathischen Nervenenden freigesetzte Noradrenalin erhöht das Herzzeitvolumen und die Herzfrequenz. Brustschmerzen aufgrund von Angina pectoris verschlimmern sich oft in einer kalten Umgebung. Das Risiko, einen Infarkt zu bekommen, steigt bei Kälteeinwirkung, insbesondere in Kombination mit schwerer Arbeit. Kälte erhöht den Blutdruck mit einem erhöhten Risiko für Hirnblutungen. Gefährdete Personen sollten daher gewarnt werden und ihre Belastung durch harte Arbeit in der Kälte reduzieren.

                        Erhöhte Sterblichkeit während der Wintersaison ist eine häufige Beobachtung. Ein Grund könnte die bereits erwähnte Zunahme der Herzarbeit sein, die bei empfindlichen Personen Herzrhythmusstörungen fördert. Eine weitere Beobachtung ist, dass der Hämatokrit während der kalten Jahreszeit erhöht ist, was zu einer erhöhten Viskosität des Blutes und einem erhöhten Fließwiderstand führt. Eine plausible Erklärung ist, dass kaltes Wetter Menschen plötzlichen, sehr schweren Arbeitsbelastungen aussetzen kann, wie z. B. Schneeräumen, Gehen im Tiefschnee, Ausrutschen und so weiter.

                        Stoffwechselstörungen. Diabetes mellitus ist auch in den kälteren Gegenden der Welt häufiger anzutreffen. Auch ein unkomplizierter Diabetes, vor allem wenn er mit Insulin behandelt wird, kann kaltes Outdoor-Arbeiten in entlegeneren Gegenden unmöglich machen. Eine frühe periphere Arteriosklerose macht diese Personen kälteempfindlicher und erhöht das Risiko lokaler Erfrierungen.

                        Personen mit eingeschränkter Schilddrüsenfunktion können aufgrund des Mangels des thermogenen Hormons leicht eine Unterkühlung entwickeln, während Personen mit Schilddrüsenüberfunktion Kälte selbst in leichter Kleidung vertragen.

                        Patienten mit diesen Diagnosen sollten von medizinischem Fachpersonal besonders betreut und über ihr Problem informiert werden.

                        Muskel-Skelett-Probleme. Kälte selbst soll keine Erkrankungen des Bewegungsapparates verursachen, nicht einmal Rheuma. Andererseits sind Arbeiten bei Kälte aufgrund der oft hohen Belastung für Muskeln, Sehnen, Gelenke und Wirbelsäule oft sehr belastend. Die Temperatur in den Gelenken sinkt schneller als die Temperatur der Muskeln. Kalte Gelenke sind aufgrund des zunehmenden Bewegungswiderstandes aufgrund der erhöhten Viskosität der Synovialflüssigkeit steife Gelenke. Kälte verringert die Kraft und Dauer der Muskelkontraktion. In Kombination mit schwerer Arbeit oder lokaler Überlastung steigt das Verletzungsrisiko. Darüber hinaus kann Schutzkleidung die Fähigkeit beeinträchtigen, Bewegungen von Körperteilen zu kontrollieren, und somit zum Risiko beitragen.

                        Arthritis in der Hand ist ein besonderes Problem. Es wird vermutet, dass häufige Kälteeinwirkung Arthritis verursachen kann, aber bisher sind die wissenschaftlichen Beweise schlecht. Eine bestehende Arthrose der Hand reduziert die Handfunktion bei Kälte und verursacht Schmerzen und Beschwerden.

                        Kryopathien. Kryopathien sind Erkrankungen, bei denen die Person überempfindlich auf Kälte reagiert. Die Symptome variieren, einschließlich derjenigen, die das Gefäßsystem, Blut, Bindegewebe, „Allergie“ und andere betreffen.

                        Manche Menschen leiden unter weißen Fingern. Weiße Flecken auf der Haut, Kältegefühl, Funktionsminderung und Schmerzen sind Symptome, wenn Finger Kälte ausgesetzt sind. Die Probleme treten häufiger bei Frauen auf, vor allem aber bei Rauchern und Arbeitern, die vibrierende Werkzeuge benutzen oder Schneemobile fahren. Die Symptome können so lästig sein, dass ein Arbeiten selbst bei leichter Kälteeinwirkung unmöglich ist. Bestimmte Arten von Medikamenten können die Symptome auch verschlimmern.

                        Kälteurtikaria, B. durch sensibilisierte Mastzellen, erscheint als juckendes Erythem kälteexponierter Hautpartien. Wenn die Exposition beendet wird, verschwinden die Symptome normalerweise innerhalb einer Stunde. Selten ist die Krankheit mit allgemeinen und bedrohlicheren Symptomen kompliziert. Wenn dies der Fall ist oder wenn die Urtikaria selbst sehr unangenehm ist, sollte die Person jede Art von Erkältung vermeiden.

                        Akrocyanose äußert sich durch Veränderungen der Hautfarbe in Richtung Zyanose nach Kälteeinwirkung. Andere Symptome können Funktionsstörungen von Hand und Fingern im akrozyanotischen Bereich sein. Die Symptome sind sehr häufig und können oft durch reduzierte Kälteexposition (z. B. angemessene Kleidung) oder reduzierten Nikotinkonsum akzeptabel reduziert werden.

                        Psychologischer Stress. Kälteexposition, insbesondere in Kombination mit kältebedingten Faktoren und Abgeschiedenheit, belastet das Individuum nicht nur physiologisch, sondern auch psychisch. Während der Arbeit in kaltem Klima, bei schlechtem Wetter, über große Entfernungen und möglicherweise in potenziell gefährlichen Situationen kann der psychische Stress die psychische Funktion des Einzelnen so sehr stören oder sogar verschlechtern, dass die Arbeit nicht sicher durchgeführt werden kann.

                        Rauchen und Schnupfen. Die ungesunden Langzeitfolgen des Rauchens und teilweise des Schnupfens sind hinlänglich bekannt. Nikotin erhöht die periphere Vasokonstriktion, verringert die Geschicklichkeit und erhöht das Risiko von Kälteverletzungen.

                        Alkohol. Das Trinken von Alkohol gibt ein angenehmes Wärmegefühl, und es wird allgemein angenommen, dass der Alkohol die kälteinduzierte Vasokonstriktion hemmt. Experimentelle Studien am Menschen bei relativ kurzen Kälteeinwirkungen haben jedoch gezeigt, dass Alkohol den Wärmehaushalt nicht stärker stört. Das Zittern wird jedoch beeinträchtigt und in Kombination mit anstrengendem Training wird der Wärmeverlust offensichtlich. Alkohol ist bekanntlich eine dominante Todesursache bei städtischer Hypothermie. Es vermittelt ein Gefühl von Tapferkeit und beeinflusst das Urteilsvermögen, was dazu führt, dass prophylaktische Maßnahmen ignoriert werden.

                        Schwangerschaft. Während der Schwangerschaft sind Frauen nicht kälteempfindlicher. Im Gegenteil, sie können aufgrund des erhöhten Stoffwechsels weniger empfindlich sein. Risikofaktoren während der Schwangerschaft werden mit den kältebedingten Faktoren wie Unfallrisiken, Ungeschicklichkeit durch Kleidung, schweres Heben, Ausrutschen und extreme Arbeitshaltungen kombiniert. Das Gesundheitssystem, die Gesellschaft und der Arbeitgeber sollten daher der Schwangeren bei der Kaltarbeit besondere Aufmerksamkeit schenken.

                        Pharmakologie und Kälte

                        Negative Nebenwirkungen von Medikamenten während der Kälteexposition können thermoregulatorisch (allgemein oder lokal) sein oder die Wirkung des Medikaments kann verändert werden. Solange der Arbeiter seine normale Körpertemperatur beibehält, beeinträchtigen die meisten verschriebenen Medikamente die Leistung nicht. Beruhigungsmittel (z. B. Barbiturate, Benzodiazepine, Phentothiazide sowie zyklische Antidepressiva) können jedoch die Wachsamkeit stören. In einer bedrohlichen Situation können die Abwehrmechanismen gegen Unterkühlung beeinträchtigt und das Bewusstsein für die Gefahrensituation reduziert werden.

                        Betablocker induzieren eine periphere Vasokonstriktion und verringern die Kältetoleranz. Wenn eine Person Medikamente benötigt und in ihrer Arbeitssituation Kälte ausgesetzt ist, sollte auf negative Nebenwirkungen dieser Medikamente geachtet werden.

                        Andererseits hat sich gezeigt, dass kein Medikament oder irgendetwas anderes, das getrunken, gegessen oder dem Körper auf andere Weise verabreicht wird, die normale Wärmeproduktion erhöhen kann, beispielsweise in einer Notfallsituation, wenn eine Unterkühlung oder eine Kälteverletzung droht.

                        Gesundheitskontrollprogramm

                        Gesundheitsrisiken im Zusammenhang mit Kältestress, kältebedingten Faktoren und Unfällen oder Traumata sind nur begrenzt bekannt. Es gibt große individuelle Unterschiede in den Fähigkeiten und im Gesundheitszustand, und dies erfordert eine sorgfältige Abwägung. Wie bereits erwähnt, können spezielle Krankheiten, Medikamente und einige andere Faktoren eine Person anfälliger für die Auswirkungen von Kälteeinwirkung machen. Ein Gesundheitskontrollprogramm sollte Teil des Einstellungsverfahrens sein, ebenso wie eine wiederholte Aktivität für das Personal. Tabelle 6 gibt Faktoren an, die bei verschiedenen Arten von Kaltbearbeitung zu kontrollieren sind.

                        Tabelle 6. Empfohlene Bestandteile von Gesundheitskontrollprogrammen für Personal, das Kältestress und kältebedingten Faktoren ausgesetzt ist

                        Faktor

                        Arbeiten im Freien

                        Arbeit im Kühlhaus

                        Arbeiten in der Arktis und Subarktis

                        Infektionskrankheiten

                        **

                        **

                        ***

                        Herz-Kreislauf-Erkrankungen

                        ***

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                        Metabolische Erkrankungen

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                        Muskel-Skelett-Probleme

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                        Kryopathien

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                        Psychologischer Stress

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                        ***

                        Rauchen und Schnupfen

                        **

                        **

                        **

                        Alkohol

                        ***

                        **

                        ***

                        Schwangerschaft

                        **

                        **

                        ***

                        Medikamente

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                        *= Routinekontrolle, **= wichtiger zu berücksichtigender Faktor, ***= sehr wichtiger Faktor zu berücksichtigen.

                         

                        Prävention von Kältestress

                        Menschliche Anpassung

                        Bei wiederholter Exposition gegenüber Kälte empfinden Menschen weniger Unbehagen und lernen, sich auf individuelle und effizientere Weise an die Bedingungen anzupassen und damit umzugehen als zu Beginn der Exposition. Diese Gewöhnung reduziert einen Teil des Erregungs- und Ablenkungseffekts und verbessert das Urteilsvermögen und die Vorsorge.

                        Verhalten

                        Die offensichtlichste und natürlichste Strategie zur Vorbeugung und Kontrolle von Kältestress ist die der Vorsorge und des absichtlichen Verhaltens. Physiologische Reaktionen sind nicht sehr wirksam bei der Verhinderung von Wärmeverlusten. Der Mensch ist daher in hohem Maße auf äußere Maßnahmen wie Kleidung, Unterkunft und externe Wärmezufuhr angewiesen. Die kontinuierliche Verbesserung und Verfeinerung von Kleidung und Ausrüstung ist eine Grundlage für erfolgreiche und sichere Kälteexpositionen. Es ist jedoch unerlässlich, dass Produkte gemäß internationalen Standards angemessen getestet werden.

                        Maßnahmen zur Vorbeugung und Bekämpfung von Kälteeinwirkung liegen häufig in der Verantwortung des Arbeitgebers oder des Vorgesetzten. Die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen hängt jedoch in erheblichem Maße vom Wissen, der Erfahrung, der Motivation und der Fähigkeit des einzelnen Arbeitnehmers ab, die erforderlichen Anpassungen an seine Anforderungen, Bedürfnisse und Präferenzen vorzunehmen. Bildung, Information und Schulung sind daher wichtige Elemente von Gesundheitskontrollprogrammen.

                        Akklimatisierung

                        Es gibt Hinweise auf unterschiedliche Arten der Akklimatisierung bei längerfristiger Kälteeinwirkung. Eine verbesserte Hand- und Fingerdurchblutung ermöglicht die Aufrechterhaltung einer höheren Gewebetemperatur und erzeugt eine stärkere kälteinduzierte Vasodilatation (siehe Abbildung 18). Die manuelle Leistungsfähigkeit bleibt nach wiederholter Kälteeinwirkung der Hand besser erhalten.

                        Wiederholtes Ganzkörperkühlen scheint die periphere Vasokonstriktion zu verstärken, wodurch die Isolierung des Oberflächengewebes erhöht wird. Koreanische Perlentaucherinnen zeigten während der Wintersaison eine deutliche Zunahme der Hautisolation. Neuere Untersuchungen haben ergeben, dass die Einführung und Verwendung von Neoprenanzügen den Kältestress so stark reduziert, dass sich die Gewebeisolation nicht verändert.

                        Drei Arten möglicher Anpassungen wurden vorgeschlagen:

                          • erhöhte Gewebeisolierung (wie bereits erwähnt)
                          • unterkühlte Reaktion („kontrolliertes“ Absinken der Kerntemperatur)
                          • Stoffwechselreaktion (erhöhter Stoffwechsel).

                               

                              Die ausgeprägtesten Anpassungen dürften bei Ureinwohnern in kalten Regionen zu finden sein. Moderne Technologie und Lebensgewohnheiten haben jedoch die meisten extremen Arten der Kälteexposition reduziert. Kleidung, beheizte Unterkünfte und bewusstes Verhalten ermöglichen es den meisten Menschen, ein fast tropisches Klima an der Hautoberfläche (Mikroklima) aufrechtzuerhalten und dadurch Kältestress zu reduzieren. Die Reize zur physiologischen Anpassung werden schwächer.

                              Die wohl am stärksten kälteexponierten Gruppen gehören heute zu Polarexpeditionen und Industriebetrieben in arktischen und subarktischen Regionen. Es gibt mehrere Hinweise darauf, dass jede mögliche Anpassung, die bei starker Kälteeinwirkung (Luft oder kaltes Wasser) gefunden wird, vom isolierenden Typ ist. Mit anderen Worten können höhere Kerntemperaturen bei reduziertem oder unverändertem Wärmeverlust gehalten werden.

                              Ernährung und Wasserhaushalt

                              In vielen Fällen ist Kaltarbeit mit energieintensiven Tätigkeiten verbunden. Zudem erfordert der Schutz vor Kälte mehrere Kilogramm schwere Kleidung und Ausrüstung. Der Humpeleffekt der Kleidung erhöht die Muskelanstrengung. Daher erfordern bestimmte Arbeitsaufgaben unter kalten Bedingungen mehr Energie (und mehr Zeit). Die Kalorienzufuhr über die Nahrung muss dies kompensieren. Eine Erhöhung des Fettanteils an Kalorien sollte Outdoor-Arbeitern empfohlen werden.

                              Die während des Kaltbetriebs bereitgestellten Mahlzeiten müssen ausreichend Energie liefern. Es müssen genügend Kohlenhydrate enthalten sein, um einen stabilen und sicheren Blutzuckerspiegel für schwer arbeitende Arbeiter zu gewährleisten. Kürzlich wurden Lebensmittelprodukte mit dem Anspruch auf den Markt gebracht, dass sie die Körperwärmeproduktion bei Kälte stimulieren und steigern. Normalerweise bestehen solche Produkte nur aus Kohlenhydraten und haben in Tests bisher nicht besser abgeschnitten als ähnliche Produkte (Schokolade) oder besser als vom Energiegehalt erwartet.

                              Der Wasserverlust kann während der Kälteeinwirkung erheblich sein. Erstens bewirkt die Gewebekühlung eine Umverteilung des Blutvolumens, was eine „kalte Diurese“ induziert. Aufgaben und Kleidung müssen dies berücksichtigen, da es sich schnell entwickeln kann und eine dringende Ausführung erfordert. Die fast trockene Luft bei Minusgraden ermöglicht eine kontinuierliche Verdunstung von Haut und Atemwegen, die nicht ohne weiteres wahrgenommen wird. Schwitzen trägt zum Wasserverlust bei und sollte aufgrund seiner nachteiligen Wirkung auf die Isolierung, wenn es von der Kleidung absorbiert wird, sorgfältig kontrolliert und vorzugsweise vermieden werden. Wasser ist bei Minusgraden nicht immer leicht verfügbar. Im Freien muss es zugeführt oder durch Schmelzen von Schnee oder Eis erzeugt werden. Da es zu einer Durstdepression kommt, ist es obligatorisch, dass Arbeiter in der Kälte häufig Wasser trinken, um die allmähliche Entwicklung der Dehydration zu beseitigen. Wassermangel kann zu einer verminderten Arbeitsfähigkeit und einem erhöhten Risiko für Kälteverletzungen führen.

                              Konditionierung der Arbeiter für die Arbeit in der Kälte

                              Die bei weitem effektivsten und geeignetsten Maßnahmen zur Anpassung des Menschen an die Kältearbeit sind die Konditionierung – Bildung, Training und Übung. Wie bereits erwähnt, hängt ein Großteil des Erfolgs von Anpassungen an Kälteeinwirkung von Verhaltenshandlungen ab. Erfahrung und Wissen sind wichtige Elemente dieses Verhaltensprozesses.

                              Personen, die in der Kältearbeit tätig sind, sollten eine grundlegende Einführung in die spezifische Kälteproblematik erhalten. Sie müssen Informationen über physiologische und subjektive Reaktionen, gesundheitliche Aspekte, Unfallgefahren und Schutzmaßnahmen einschließlich Kleidung und Erste Hilfe erhalten. Sie sollten schrittweise für die erforderlichen Aufgaben geschult werden. Erst nach einer bestimmten Zeit (Tage bis Wochen) sollten sie unter den extremen Bedingungen volle Stunden arbeiten. Tabelle 7 enthält Empfehlungen zum Inhalt von Konditionierungsprogrammen für verschiedene Arten von Kaltarbeit.

                              Tabelle 7. Komponenten von Konditionierungsprogrammen für Arbeiter, die Kälte ausgesetzt sind

                              Element

                              Arbeiten im Freien

                              Arbeit im Kühlhaus

                              Arbeiten in der Arktis und Subarktis

                              Gesundheitskontrolle

                              ***

                              **

                              ***

                              Grundlegende Einführung

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                              **

                              ***

                              Unfallverhütung

                              ***

                              **

                              ***

                              Grundlegende Erste Hilfe

                              ***

                              ***

                              ***

                              Erweiterte Erste Hilfe

                              **

                              *

                              ***

                              Schutzmaßnahmen

                              ***

                              **

                              ***

                              Überlebenstraining

                              siehe Text

                              *

                              ***

                              *= Routineniveau,  **= wichtiger zu berücksichtigender Faktor,  ***= sehr wichtiger Faktor zu berücksichtigen.

                               

                              Basiseinführung bedeutet Aufklärung und Information über die spezifischen Erkältungsprobleme. Die Registrierung und Analyse von Unfällen/Verletzungen ist die beste Grundlage für vorbeugende Maßnahmen. Die Ausbildung in Erster Hilfe sollte als Grundkurs für alle Mitarbeiter durchgeführt werden, und bestimmte Gruppen sollten einen erweiterten Kurs erhalten. Schutzmaßnahmen sind selbstverständliche Bestandteile eines Konditionierungsprogramms und werden im folgenden Abschnitt behandelt. Überlebenstraining ist wichtig für arktische und subarktische Gebiete und auch für die Arbeit im Freien in anderen abgelegenen Gebieten.

                              Technische Kontrolle

                              Allgemeine Grundsätze

                              Aufgrund der vielen komplexen Faktoren, die den Wärmehaushalt des Menschen beeinflussen, und der erheblichen individuellen Schwankungen ist es schwierig, kritische Temperaturen für dauerhaftes Arbeiten zu definieren. Die in Bild 6 angegebenen Temperaturen sind als Aktionsschwellenwerte für eine Zustandsverbesserung durch verschiedene Maßnahmen anzusehen. Bei Temperaturen unter den in Abbildung 6 angegebenen Temperaturen sollten die Expositionen kontrolliert und bewertet werden. Techniken zur Bewertung von Kältestress und Empfehlungen für zeitlich begrenzte Expositionen werden an anderer Stelle in diesem Kapitel behandelt. Es wird davon ausgegangen, dass der beste Schutz für Hände, Füße und Körper (Kleidung) vorhanden ist. Bei ungeeignetem Schutz ist bei deutlich höheren Temperaturen mit Abkühlung zu rechnen.

                              Abbildung 6. Geschätzte Temperaturen, bei denen sich bestimmte thermische Ungleichgewichte des Körpers entwickeln können.*

                              HEA090T8

                              In den Tabellen 8 und 9 sind verschiedene Präventiv- und Schutzmaßnahmen aufgeführt, die bei den meisten Arten von Kaltarbeit angewendet werden können. Mit sorgfältiger Planung und Voraussicht wird viel Aufwand gespart. Bei den aufgeführten Beispielen handelt es sich um Empfehlungen. Es muss betont werden, dass die endgültige Anpassung von Kleidung, Ausrüstung und Arbeitsverhalten dem Einzelnen überlassen bleiben muss. Nur durch eine behutsame und intelligente Integration des Verhaltens mit den Anforderungen der realen Umweltbedingungen kann eine sichere und effiziente Exposition geschaffen werden.

                              Tab. 8. Strategien und Maßnahmen in verschiedenen Arbeitsphasen zur Vorbeugung und Linderung von Kältestress

                              Phase/Faktor

                              Was ist zu tun

                              Planungsphase

                              Planen Sie die Arbeit für eine wärmere Jahreszeit (für Arbeiten im Freien).

                              Prüfen Sie, ob Arbeiten im Innenbereich (bei Außenarbeiten) durchgeführt werden können.

                              Planen Sie mehr Zeit pro Aufgabe mit Kaltarbeit und Schutzkleidung ein.

                              Analysieren Sie die Eignung von Werkzeugen und Geräten für die Arbeit.

                              Organisieren Sie die Arbeit in geeigneten Arbeits- und Ruhezeiten unter Berücksichtigung von Aufgabe, Belastung und Schutzniveau.

                              Beheizten Raum oder beheizten Unterstand zur Genesung bereitstellen.

                              Unter normalen Bedingungen für komplexe Arbeitsaufgaben schulen.

                              Überprüfen Sie die Krankenakten des Personals.

                              Ermitteln Sie das angemessene Wissen und die Kompetenz des Personals.

                              Informieren Sie über Risiken, Probleme, Symptome und vorbeugende Maßnahmen.

                              Waren- und Arbeiterlinie trennen und unterschiedliche Temperaturzonen einhalten.

                              Achten Sie auf geringe Geschwindigkeit, geringe Luftfeuchtigkeit und geringen Geräuschpegel der Luft-
                              Klimaanlage.

                              Stellen Sie zusätzliches Personal bereit, um die Exposition zu verkürzen.

                              Wählen Sie angemessene Schutzkleidung und andere Schutzausrüstung.

                              Vor der Arbeitsschicht

                              Klimabedingungen bei Arbeitsbeginn prüfen.

                              Planen Sie angemessene Arbeits- und Ruhezeiten ein.

                              Ermöglicht eine individuelle Steuerung von Arbeitsintensität und Kleidung.

                              Wählen Sie angemessene Kleidung und andere persönliche Ausrüstung.

                              Überprüfen Sie das Wetter und die Wettervorhersage (im Freien).

                              Fahrplan und Leitstellen (im Freien) vorbereiten.

                              Kommunikationssystem organisieren (draußen).

                              Während der Arbeitsschicht

                              Für Pausen und Ruhezeiten in beheizten Unterständen sorgen.

                              Sorgen Sie für häufige Pausen für heiße Getränke und Speisen.

                              Sorgen Sie für Flexibilität in Bezug auf Intensität und Dauer der Arbeit.

                              Für Ersatz von Kleidungsstücken (Socken, Handschuhe etc.) sorgen.

                              Vor Wärmeverlust an kalten Oberflächen schützen.

                              Minimieren Sie die Luftgeschwindigkeit in den Arbeitsbereichen.

                              Arbeitsplatz frei von Wasser, Eis und Schnee halten.

                              Bei ortsfesten Steharbeitsplätzen Masse isolieren.

                              Bieten Sie Zugang zu zusätzlicher Kleidung für Wärme.

                              Überwachen Sie subjektive Reaktionen (Buddy-System) (im Freien).

                              Regelmäßig beim Vorarbeiter oder Stützpunkt (im Freien) melden.

                              Nach schweren Belastungen (im Freien) für ausreichende Erholungszeit sorgen.

                              Vor Windeinwirkung und Niederschlag schützen (im Freien).

                              Überwachen Sie die klimatischen Bedingungen und antizipieren Sie Wetteränderungen (im Freien).

                              Quelle: Modifiziert nach Holmér 1994.

                               

                              Tabelle 9. Strategien und Maßnahmen in Bezug auf spezifische Faktoren und Ausrüstung

                              Verhalten

                              Nehmen Sie sich Zeit, um die Kleidung anzupassen.

                              Verhindern Sie Schwitzen und Auskühlen, indem Sie die Kleidung rechtzeitig anpassen, bevor Sie die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder die Exposition ändern.

                              Arbeitsgeschwindigkeit anpassen (minimal schwitzen).

                              Vermeiden Sie schnelle Änderungen der Arbeitsintensität.

                              Achten Sie auf eine ausreichende Zufuhr von heißer Flüssigkeit und warmen Mahlzeiten.

                              Zeit für die Rückkehr in geschützte Bereiche (Unterstand, Wärmeraum) (im Freien) einplanen.

                              Benetzung der Kleidung durch Wasser oder Schnee verhindern.

                              Im geschützten Bereich (im Freien) für ausreichende Erholung sorgen.

                              Arbeitsfortschritt an Vorarbeiter oder Stützpunkt (im Freien) melden.

                              Melden Sie größere Plan- und Zeitplanabweichungen (im Freien).

                              Bekleidung

                              Wählen Sie Kleidung, mit der Sie bereits Erfahrung haben.

                              Wählen Sie bei neuer Kleidung geprüfte Kleidungsstücke aus.

                              Wählen Sie die Isolationsstufe auf der Grundlage des erwarteten Klimas und der erwarteten Aktivität.

                              Achten Sie auf Flexibilität im Kleidungssystem, um eine gute Anpassung der Isolierung zu ermöglichen.

                              Die Kleidung muss sich leicht an- und ausziehen lassen.

                              Reduzieren Sie die innere Reibung zwischen den Schichten durch die richtige Auswahl der Stoffe.

                              Wählen Sie die Größe der äußeren Schichten, um Platz für die inneren Schichten zu schaffen.

                              Verwenden Sie mehrschichtiges System: —innere Schicht für die Mikroklimatisierung —mittlere Schicht für die Isolationskontrolle —äußere Schicht für den Umweltschutz.

                              Die innere Schicht sollte wasserundurchlässig sein, wenn das Schwitzen nicht ausreichend kontrolliert werden kann.

                              Die innere Schicht kann saugfähig sein, wenn kein oder nur geringes Schwitzen zu erwarten ist.

                              Die innere Schicht kann aus Stoffen mit doppelter Funktion bestehen, in dem Sinne, dass Fasern in Kontakt mit der Haut nicht absorbieren und Fasern neben der mittleren Schicht Wasser oder Feuchtigkeit absorbieren.

                              Die mittlere Schicht sollte Loft bieten, um stagnierende Luftschichten zu ermöglichen.

                              Mittelschicht sollte formstabil und belastbar sein.

                              Die mittlere Schicht kann durch Dampfsperrschichten geschützt werden.

                              Kleidungsstücke sollten im Taillen- und Rückenbereich ausreichend überlappen.

                              Die äußere Schicht muss nach zusätzlichen Schutzanforderungen wie Wind, Wasser, Öl, Feuer, Reißen oder Abrieb ausgewählt werden.

                              Das Design der Oberbekleidung muss eine einfache und umfassende Kontrolle der Öffnungen an Hals, Ärmeln, Handgelenken usw. ermöglichen, um die Belüftung des Innenraums zu regulieren.

                              Reißverschlüsse und andere Verschlüsse müssen auch bei Schnee und Wind funktionieren.

                              Knöpfe sollten vermieden werden.

                              Die Kleidung muss eine Bedienung auch mit kalten, ungeschickten Fingern ermöglichen.

                              Das Design muss gebeugte Haltungen ohne Kompression der Schichten und Isolationsverlust zulassen.

                              Vermeiden Sie unnötige Einschnürungen.

                              Tragen Sie zusätzliche winddichte Decken (HINWEIS! Die aluminisierte „Astronautendecke“ schützt nicht mehr als erwartet vor Winddichtheit. Ein großer Polyethylen-Müllsack hat den gleichen Effekt).

                              Bildung Ausbildung

                              Aufklären und Informieren über die besonderen Probleme der Erkältung.

                              Bereitstellung von Informationen und Schulungen in Erster Hilfe und Behandlung von Kälteverletzungen.

                              Testen Sie Maschinen, Werkzeuge und Ausrüstung unter kontrollierten kalten Bedingungen.

                              Geprüfte Ware auswählen, falls vorhanden.

                              Trainieren Sie komplexe Operationen unter kontrollierten kalten Bedingungen.

                              Informieren Sie über Unfälle und Unfallverhütung.

                              Handschuhe

                              Fäustlinge bieten die beste Gesamtisolierung.

                              Fäustlinge sollten es ermöglichen, feine Handschuhe darunter zu tragen.

                              Längere Belastungen, die feine Handarbeit erfordern, müssen durch häufige Aufwärmpausen unterbrochen werden.

                              Taschenwärmer oder andere externe Wärmequellen können das Abkühlen der Hand verhindern oder verzögern.

                              Ärmel der Kleidung müssen leicht Teile von Handschuhen oder Fäustlingen aufnehmen – darunter oder darüber.

                              Die Oberbekleidung muss beim Ausziehen eine einfache Aufbewahrung oder Fixierung der Handbekleidung ermöglichen.

                              Schuhe

                              Stiefel müssen eine hohe Isolation zum Boden (Sohle) bieten.

                              Die Sohle muss aus einem flexiblen Material bestehen und ein rutschfestes Muster haben.

                              Wählen Sie die Größe des Stiefels so aus, dass er mehrere Schichten Socken und eine Einlegesohle aufnehmen kann.

                              Die Belüftung der meisten Schuhe ist schlecht, daher sollte die Feuchtigkeit durch häufiges Austauschen von Socken und Einlegesohlen kontrolliert werden.

                              Kontrolle der Feuchtigkeit durch Dampfsperre zwischen Innen- und Außenschicht.

                              Lassen Sie die Stiefel zwischen den Schichten vollständig trocknen.

                              Die Hosenbeine müssen problemlos Teile von Stiefeln aufnehmen – darunter oder darüber.

                              Kopfbedeckung

                              Flexible Kopfbedeckungen sind ein wichtiges Instrument zur Kontrolle von Wärme- und Ganzkörperwärmeverlusten.

                              Die Kopfbedeckung sollte winddicht sein.

                              Das Design sollte einen ausreichenden Schutz von Ohren und Hals ermöglichen.

                              Das Design muss andere Arten von Schutzausrüstung (z. B. Ohrenschützer, Schutzbrillen) berücksichtigen.

                              Gesicht

                              Die Gesichtsmaske sollte winddicht und isolierend sein.

                              Keine metallischen Details sollten mit der Haut in Berührung kommen.

                              Durch spezielle Atemmasken oder Mundstücke kann eine deutliche Erwärmung und Befeuchtung der eingeatmeten Luft erreicht werden.

                              Verwenden Sie im Freien eine Schutzbrille, insbesondere bei Graupel und Schnee.

                              Augenschutz gegen UV-Strahlung und Blendung verwenden.

                              Ausrüstungswerkzeuge

                              Wählen Sie Werkzeuge und Ausrüstung aus, die für kalte Bedingungen bestimmt und getestet sind.

                              Wählen Sie ein Design, das die Bedienung mit Handschuhen ermöglicht.

                              Werkzeuge und Geräte vorwärmen.

                              Lagern Sie Werkzeuge und Geräte in beheizten Räumen.

                              Griffe von Werkzeugen und Geräten isolieren.

                              Maschinen

                              Wählen Sie Maschinen aus, die für den Betrieb in kalten Umgebungen vorgesehen sind.

                              Maschinen geschützt lagern.

                              Maschine vor Gebrauch vorwärmen.

                              Griffe und Bedienelemente isolieren.

                              Entwerfen Sie Griffe und Bedienelemente für die Bedienung mit behandschuhten Händen.

                              Bereiten Sie sich auf eine einfache Reparatur und Wartung unter widrigen Bedingungen vor.

                              Arbeitsplatz

                              Halten Sie die Luftgeschwindigkeit so niedrig wie möglich.

                              Verwenden Sie windbrechende Schilde oder winddichte Kleidung.

                              Bei längerer Arbeit im Stehen, Knien oder Liegen für Isolierung zum Boden sorgen.

                              Bei leichten, stationären Arbeiten Standheizung vorsehen.

                              Quelle: Modifiziert nach Holmér 1994.

                               

                              Einige Empfehlungen hinsichtlich der klimatischen Bedingungen, unter denen bestimmte Maßnahmen ergriffen werden sollten, wurden von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH 1992) gegeben. Die grundlegenden Anforderungen sind:

                                • Arbeitnehmer mit ausreichender und angemessener Schutzkleidung ausgestattet werden
                                • Bei älteren Arbeitnehmern oder Arbeitnehmern mit Kreislaufproblemen sollten besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

                                  Im Folgenden werden weitere Empfehlungen zur Ausstattung mit Handschutz, zur Arbeitsplatzgestaltung und zur Arbeitspraxis gegeben.

                                  Handschutz

                                  Feine Arbeiten mit bloßen Händen unter 16 ° C erfordern Vorkehrungen zum Erwärmen der Hände. Metallgriffe von Werkzeugen und Stangen sollten bei Temperaturen unter –1 °C mit Isoliermaterial abgedeckt werden. Antikontakt-Handschuhe sollten getragen werden, wenn Oberflächen mit einer Temperatur von –7 °C oder niedriger in Reichweite sind. Bei –17 °C müssen isolierende Fäustlinge getragen werden. Verdunstende Flüssigkeiten bei Temperaturen unter 4 °C sollten so gehandhabt werden, dass Spritzer auf bloße oder schlecht geschützte Hautpartien vermieden werden.

                                  Arbeitserfahrung

                                  Unter –12 °C äquivalenter Kältetemperatur sollten Arbeiter unter ständiger Aufsicht stehen (Buddy-System). Viele der in Tabelle 18 angegebenen Maßnahmen gelten. Bei niedrigeren Temperaturen wird es immer wichtiger, dass Arbeiter in Sicherheits- und Gesundheitsverfahren eingewiesen werden.

                                  Arbeitsplatzgestaltung

                                  Arbeitsplätze müssen windgeschützt sein und Luftgeschwindigkeiten unter 1 m/s gehalten werden. Gegebenenfalls sollte Windschutzkleidung getragen werden. Bei besonderen Außenbedingungen mit Sonnenschein und schneebedecktem Untergrund muss ein Augenschutz mitgeführt werden. Eine medizinische Untersuchung wird für Personen empfohlen, die routinemäßig bei Kälte unter –18 °C arbeiten. Zu den Empfehlungen zur Arbeitsplatzüberwachung gehören:

                                    • Wenn die Temperatur unter 16 °C liegt, sollte eine geeignete Temperaturmessung eingerichtet werden.
                                    • Die Windgeschwindigkeiten in Innenräumen sollten mindestens alle 4 Stunden überwacht werden.
                                    • Arbeiten im Freien erfordern die Messung der Windgeschwindigkeit und Lufttemperaturen unter –1 °C.
                                    • Die äquivalente Kältetemperatur sollte für Kombinationen aus Wind und Lufttemperatur bestimmt werden.

                                           

                                          Die meisten Empfehlungen in den Tabellen 8 und 9 sind pragmatisch und unkompliziert.

                                          Kleidung ist die wichtigste Maßnahme zur individuellen Steuerung. Der mehrschichtige Ansatz ermöglicht flexiblere Lösungen als einzelne Kleidungsstücke, die die Funktion mehrerer Schichten beinhalten. Letztendlich sollten jedoch die spezifischen Bedürfnisse des Arbeitnehmers der entscheidende Faktor dafür sein, welches System am besten funktioniert. Kleidung schützt vor Auskühlung. Andererseits ist Überkleidung in der Kälte ein häufiges Problem, das auch von den extremen Belastungen bei Arktisexpeditionen berichtet wird. Bei Überkleidung kann es schnell zu großen Schweißmengen kommen, die sich in den Kleidungsschichten ansammeln. In Zeiten geringer Aktivität erhöht das Trocknen feuchter Kleidung den Wärmeverlust des Körpers. Die offensichtliche vorbeugende Maßnahme besteht darin, das Schwitzen durch geeignete Auswahl der Kleidung und frühzeitige Anpassungen an Änderungen des Arbeitstempos und der klimatischen Bedingungen zu kontrollieren und zu reduzieren. Es gibt keinen Bekleidungsstoff, der große Mengen Schweiß aufnehmen kann und gleichzeitig guten Tragekomfort und isolierende Eigenschaften bewahrt. Wolle bleibt trotz Aufnahme von etwas Wasser (Feuchtigkeitsaufnahme) bauschig und scheinbar trocken, aber große Schweißmengen kondensieren und verursachen ähnliche Probleme wie bei anderen Stoffen. Die Feuchtigkeit führt zu einer gewissen Wärmefreisetzung und kann zur Erhaltung der Wärme beitragen. Wenn jedoch das Wollkleidungsstück auf dem Körper trocknet, kehrt sich der Vorgang wie oben beschrieben um und die Person wird unvermeidlich gekühlt.

                                          Die moderne Fasertechnologie hat viele neue Materialien und Stoffe für die Bekleidungsherstellung hervorgebracht. Es sind jetzt Kleidungsstücke erhältlich, die Wasserdichtigkeit mit guter Wasserdampfdurchlässigkeit oder eine hohe Isolierung mit reduziertem Gewicht und geringer Dicke kombinieren. Entscheidend ist jedoch die Auswahl von Kleidungsstücken mit garantiert geprüften Eigenschaften und Funktionen. Es sind viele Produkte erhältlich, die versuchen, die teureren Originalprodukte nachzuahmen. Einige von ihnen stellen eine so schlechte Qualität dar, dass ihre Verwendung sogar gefährlich sein kann.

                                          Der Kälteschutz wird in erster Linie durch den Wärmeisolationswert des gesamten Bekleidungsensembles (clo-Wert) bestimmt. Für den Kälteschutz sind jedoch Eigenschaften wie Luftdurchlässigkeit, Dampfdurchlässigkeit und Wasserdichtigkeit insbesondere der Außenschicht essenziell. Zur Messung und Klassifizierung dieser Eigenschaften stehen internationale Normen und Prüfverfahren zur Verfügung. Ebenso können Handschuhe und Schuhe anhand internationaler Standards wie den europäischen Normen EN 511 und EN 344 (CEN 1992, 1993) auf ihre Kälteschutzeigenschaften geprüft werden.

                                          Kalte Arbeit im Freien

                                          Spezifische Probleme der Kältearbeit im Freien sind die Summe der klimatischen Faktoren, die zu Kältestress führen können. Die Kombination aus Wind und niedriger Lufttemperatur erhöht die Kühlkraft der Umgebung deutlich, was bei Arbeitsorganisation, Arbeitsplatzabschirmung und Bekleidung berücksichtigt werden muss. Niederschlag, entweder in der Luft als Schnee oder Regen oder am Boden, erfordert Anpassungen. Aufgrund der unterschiedlichen Wetterbedingungen müssen die Arbeiter zusätzliche Kleidung und Ausrüstung einplanen, mitbringen und verwenden.

                                          Ein Großteil der Probleme bei der Arbeit im Freien hängt mit den manchmal großen Aktivitäts- und Klimaschwankungen während einer Arbeitsschicht zusammen. Es ist kein Bekleidungssystem verfügbar, das derart große Variationen aufnehmen kann. Folglich muss die Kleidung häufig gewechselt und angepasst werden. Andernfalls kann es zu Auskühlung durch unzureichenden Schutz oder zu Schwitzen und Überhitzung durch zu viel Kleidung kommen. Im letzteren Fall kondensiert der meiste Schweiß oder wird von der Kleidung aufgenommen. In Zeiten der Ruhe und geringer Aktivität stellt nasse Kleidung eine potenzielle Gefahr dar, da ihr Austrocknen dem Körper Wärme entzieht.

                                          Schutzmaßnahmen für Arbeiten im Freien umfassen angemessene Arbeits- und Ruhezeiten mit Ruhepausen in beheizten Unterständen oder Kabinen. Stationäre Arbeitsaufgaben können durch Zelte mit oder ohne Zusatzheizung vor Wind und Niederschlag geschützt werden. Für bestimmte Arbeitsaufgaben kann eine punktuelle Erwärmung durch Infrarot- oder Gasstrahler eingesetzt werden. Die Vorfertigung von Teilen oder Komponenten kann im Innenbereich erfolgen. Bei Minusgraden sollten die Arbeitsplatzbedingungen einschließlich des Wetters regelmäßig überwacht werden. Es muss klare Regeln geben, welche Verfahren anzuwenden sind, wenn sich die Bedingungen verschlechtern. Temperaturniveaus, gegebenenfalls um Wind korrigiert (Windchill-Index), sollten vereinbart und mit einem Aktionsprogramm verknüpft werden.

                                          Arbeiten im Kühlhaus

                                          Gefrorene Lebensmittel müssen bei niedrigen Umgebungstemperaturen (–20 °C) gelagert und transportiert werden. Arbeit in Kühlhäusern findet man in den meisten Teilen der Welt. Diese Art der künstlichen Kälteeinwirkung zeichnet sich durch ein konstantes, kontrolliertes Klima aus. Die Arbeiter können ununterbrochen arbeiten oder, was am häufigsten vorkommt, intermittierende Arbeiten verrichten, indem sie außerhalb des Lagerhauses zwischen kaltem und gemäßigtem oder warmem Klima wechseln.

                                          Solange die Arbeit eine gewisse körperliche Anstrengung erfordert, kann durch die Auswahl geeigneter Schutzkleidung ein Wärmeausgleich erreicht werden. Die speziellen Hand- und Fußprobleme erfordern oft regelmäßige Pausen alle 1.5 bis 2 Stunden. Die Pause muss lang genug sein, um sich wieder aufzuwärmen (20 Minuten).

                                          Beim manuellen Umgang mit Tiefkühlware sind Schutzhandschuhe mit ausreichender Isolierung (insbesondere der Handinnenfläche) erforderlich. Anforderungen und Prüfverfahren für Kälteschutzhandschuhe sind in der europäischen Norm EN 511 angegeben, die im Artikel „Kälteindizes und Normen“ in diesem Kapitel näher beschrieben wird. Lokale Heizgeräte (z. B. Infrarotstrahler), platziert an Arbeitsplätzen mit stationären Tätigkeiten, verbessern den Wärmehaushalt.

                                          Viele Arbeiten in Kühlhäusern werden mit Gabelstaplern durchgeführt. Die meisten dieser Fahrzeuge sind offen. Beim Fahren entsteht eine relative Windgeschwindigkeit, die in Kombination mit der niedrigen Temperatur die Körperkühlung erhöht. Zudem ist die Arbeit selbst eher leicht und die damit verbundene Stoffwechselwärmeproduktion gering. Dementsprechend ist die erforderliche Kleidungsisolation ziemlich hoch (ungefähr 4 clo) und kann mit den meisten verwendeten Arten von Overalls nicht erreicht werden. Dem Fahrer wird kalt, beginnend mit Füßen und Händen, und die Exposition muss zeitlich begrenzt werden. Je nach verfügbarer Schutzkleidung sollten angemessene Arbeitspläne in Bezug auf Arbeiten in Kälte und Arbeiten oder Ruhen in normalen Umgebungen organisiert werden. Eine einfache Maßnahme zur Verbesserung des Wärmehaushalts ist der Einbau einer Sitzheizung im Lkw. Dies kann die Arbeitszeit in der Kälte verlängern und eine lokale Auskühlung von Sitz und Rücken verhindern. Anspruchsvollere und teurere Lösungen umfassen die Verwendung von beheizten Kabinen.

                                          Besondere Probleme treten in heißen Ländern auf, wo der Kühlhausarbeiter, normalerweise der LKW-Fahrer, zeitweise Kälte (–30 °C) und Hitze (30 °C) ausgesetzt ist. Kurze Expositionen (1 bis 5 min) bei jeder Bedingung erschweren das Anziehen geeigneter Kleidung – es kann für die Zeit im Freien zu warm und für die Kühlhausarbeit zu kalt sein. LKW-Fahrerhäuser können eine Lösung sein, sobald das Problem der Kondensation an den Fenstern gelöst ist. Angemessene Arbeits- und Ruhezeiten müssen ausgearbeitet werden und auf Arbeitsaufgaben und verfügbarem Schutz basieren.

                                          Kühle Arbeitsplätze, wie sie beispielsweise in der Frischeindustrie anzutreffen sind, weisen je nach Typ klimatische Bedingungen mit Lufttemperaturen von +2 bis +16 °C auf. Die Bedingungen sind manchmal durch hohe relative Luftfeuchtigkeit gekennzeichnet, was zu Kondensation von Wasser an kalten Stellen und feuchten oder mit Wasser bedeckten Böden führt. An solchen Arbeitsplätzen ist die Rutschgefahr erhöht. Probleme können durch eine gute Arbeitsplatzhygiene und Reinigungsroutinen gelöst werden, die zur Reduzierung der relativen Luftfeuchtigkeit beitragen.

                                          Die örtliche Luftgeschwindigkeit an Arbeitsplätzen ist oft zu hoch, was zu Beschwerden über Zugluft führt. Die Probleme lassen sich oft lösen, indem die Kaltlufteinlässe geändert oder angepasst oder Arbeitsplätze neu angeordnet werden. Puffer von Tiefkühl- oder Kühlwaren in der Nähe von Arbeitsplätzen können aufgrund des erhöhten Strahlungswärmeaustauschs zu Zugluftgefühlen beitragen. Die Auswahl der Kleidung muss auf Basis einer Bedarfsanalyse erfolgen. Es sollte die IREQ-Methode verwendet werden. Darüber hinaus sollte die Kleidung so gestaltet sein, dass sie vor lokaler Zugluft, Feuchtigkeit und Wasser schützt. Spezielle hygienische Anforderungen für den Umgang mit Lebensmitteln setzen einige Einschränkungen bei Design und Art der Kleidung (dh der äußeren Schicht). Ein entsprechendes Bekleidungssystem muss Unterwäsche, isolierende Mittelschichten und die äußere Schicht zu einem funktionellen und ausreichenden Schutzsystem integrieren. Aufgrund hygienischer Anforderungen ist häufig eine Kopfbedeckung erforderlich. Bisherige Kopfbedeckungen für diesen Zweck sind jedoch häufig Papiermützen, die keinen Kälteschutz bieten. In ähnlicher Weise umfasst Schuhwerk oft Clogs oder leichte Schuhe mit schlechten Isolationseigenschaften. Die Auswahl geeigneter Kopfbedeckungen und Schuhe soll die Wärme dieser Körperteile besser bewahren und zu einem verbesserten allgemeinen Wärmehaushalt beitragen.

                                          Ein besonderes Problem an vielen coolen Arbeitsplätzen ist die Erhaltung der handwerklichen Geschicklichkeit. Hände und Finger kühlen schnell ab, wenn die Muskelaktivität gering oder mäßig ist. Handschuhe verbessern den Schutz, beeinträchtigen aber die Fingerfertigkeit. Zwischen diesen beiden Forderungen muss ein empfindliches Gleichgewicht gefunden werden. Das Schneiden von Fleisch erfordert oft einen Metallhandschuh. Ein darunter getragener dünner Textilhandschuh kann die Kühlwirkung verringern und den Tragekomfort verbessern. Dünne Handschuhe können für viele Zwecke ausreichend sein. Zusätzliche Maßnahmen zur Verhinderung des Auskühlens der Hände sind das Bereitstellen isolierter Griffe von Werkzeugen und Geräten oder das punktuelle Erhitzen, z. B. durch Infrarotstrahler. Elektrisch beheizte Handschuhe sind auf dem Markt, leiden jedoch oft unter schlechter Ergonomie und unzureichender Heiz- oder Batteriekapazität.

                                          Kontakt mit kaltem Wasser

                                          Während des Eintauchens des Körpers in Wasser ist das Potenzial für große Wärmeverluste in kurzer Zeit groß und stellt eine offensichtliche Gefahr dar. Die Wärmeleitfähigkeit von Wasser ist mehr als 25-mal höher als die von Luft, und in vielen Expositionssituationen ist die Fähigkeit des umgebenden Wassers, Wärme zu absorbieren, praktisch unendlich.

                                          Die thermoneutrale Wassertemperatur liegt bei etwa 32 bis 33 °C, und bei niedrigeren Temperaturen reagiert der Körper mit kalter Vasokonstriktion und Zittern. Lange Expositionen im Wasser bei Temperaturen zwischen 25 und 30 °C bewirken eine Abkühlung des Körpers und eine fortschreitende Entwicklung einer Unterkühlung. Diese Reaktion wird natürlich stärker und schwerwiegender, wenn die Wassertemperatur gesenkt wird.

                                          Der Kontakt mit kaltem Wasser ist bei Unfällen auf See und in Verbindung mit Wassersportarten verschiedener Art üblich. Aber auch bei beruflichen Tätigkeiten sind Arbeiter dem Risiko einer Immersionsunterkühlung ausgesetzt (z. B. Tauchen, Fischen, Schifffahrt und andere Offshore-Arbeiten).

                                          Opfer von Schiffbrüchen müssen möglicherweise in kaltes Wasser. Ihr Schutz variiert von dünnen Kleidungsstücken bis hin zu Tauchanzügen. Rettungswesten sind Pflichtausrüstung an Bord von Schiffen. Sie sollten mit einem Kragen ausgestattet sein, um den Wärmeverlust vom Kopf bewusstloser Opfer zu reduzieren. Die Ausrüstung des Schiffes, die Effizienz der Notfallmaßnahmen und das Verhalten von Besatzung und Passagieren sind wichtige Determinanten für den Erfolg des Einsatzes und die anschließenden Expositionsbedingungen.

                                          Taucher betreten regelmäßig kalte Gewässer. Die Temperatur der meisten Gewässer beim kommerziellen Tauchen, insbesondere in einigen Tiefen, ist niedrig – oft unter 10 °C. Jeder längere Aufenthalt in solch kaltem Wasser erfordert wärmeisolierte Taucheranzüge.

                                          Hitzeverlust. Der Wärmeaustausch im Wasser kann einfach als ein Wärmefluss entlang zweier Temperaturgradienten angesehen werden – ein interner, vom Kern zur Haut, und ein externer, von der Hautoberfläche zum umgebenden Wasser. Der Wärmeverlust an der Körperoberfläche kann einfach beschrieben werden durch:

                                          Cw = hc· (()Tsk-Tw) ·AD

                                          woher Cw lernen muss die Rate des konvektiven Wärmeverlusts (W), hc ist der konvektive Wärmeübergangskoeffizient (W/°Cm2), Tsk ist die durchschnittliche Hauttemperatur (°C), Tw ist die Wassertemperatur (°C) und AD ist die Körperoberfläche. Die kleinen Komponenten des Wärmeverlusts durch Atmung und von nicht eingetauchten Teilen (z. B. Kopf) können vernachlässigt werden (siehe den Abschnitt zum Tauchen weiter unten).

                                          Der Wert der hc liegt im Bereich von 100 bis 600 W/°Cm2. Der niedrigste Wert gilt für stilles Wasser. Turbulenzen, sei es durch Schwimmbewegungen oder fließendes Wasser, verdoppeln oder verdreifachen den Konvektionskoeffizienten. Es ist leicht zu verstehen, dass der ungeschützte Körper einen beträchtlichen Wärmeverlust an das kalte Wasser erleiden kann – der schließlich das übersteigt, was selbst bei starker Anstrengung erzeugt werden kann. Tatsächlich spart eine Person (bekleidet oder unbekleidet), die in kaltes Wasser fällt, in den meisten Fällen mehr Wärme, wenn sie still im Wasser liegt, als wenn sie schwimmt.

                                          Durch das Tragen spezieller Schutzanzüge kann der Wärmeverlust an das Wasser deutlich reduziert werden.

                                          Tauchen. Tauchgänge mehrere hundert Meter unter dem Meeresspiegel müssen den Taucher vor Druckeinwirkung (ein ATA oder 0.1 MPa/10 m) und Kälte schützen. Das Einatmen kalter Luft (oder eines kalten Gasgemisches aus Helium und Sauerstoff) entzieht dem Lungengewebe Körperwärme. Dieser direkte Wärmeverlust aus dem Körperkern ist bei hohen Drücken groß und kann leicht höhere Werte erreichen als die metabolische Ruhewärmeproduktion des Körpers. Es wird vom menschlichen Organismus schlecht wahrgenommen. Wenn die Körperoberfläche warm ist, können sich gefährlich niedrige Innentemperaturen entwickeln, ohne dass es zu einem Zittern kommt. Moderne Offshore-Arbeiten erfordern, dass der Taucher sowohl dem Anzug als auch dem Atemgerät zusätzliche Wärme zuführt, um große konvektive Wärmeverluste auszugleichen. Beim Tiefseetauchen ist die Komfortzone enger und wärmer als auf Meereshöhe: 30 bis 32 °C bei 20 bis 30 ATA (2 bis 3 MPa) und ansteigend auf 32 bis 34 °C bis 50 ATA (5 MPa).

                                          Physiologische Faktoren: Kaltes Eintauchen löst einen starken, akuten Atemantrieb aus. Die anfänglichen Reaktionen umfassen ein „inspiratorisches Keuchen“, Hyperventilation, Tachykardie, periphere Vasokonstriktion und Bluthochdruck. Auf eine inspiratorische Apnoe für einige Sekunden folgt eine verstärkte Beatmung. Die Reaktion ist fast unmöglich freiwillig zu kontrollieren. Daher kann eine Person leicht Wasser einatmen, wenn das Meer rau ist und der Körper untergetaucht wird. Die ersten Sekunden des Kontakts mit sehr kaltem Wasser sind dementsprechend gefährlich und es kann zu einem plötzlichen Ertrinken kommen. Langsames Eintauchen und angemessener Schutz des Körpers verringern die Reaktion und ermöglichen eine bessere Kontrolle der Atmung. Die Reaktion lässt allmählich nach und eine normale Atmung wird normalerweise innerhalb weniger Minuten erreicht.

                                          Die schnelle Rate des Wärmeverlusts an der Hautoberfläche betont die Bedeutung interner (physiologischer oder konstitutioneller) Mechanismen zur Reduzierung des Kern-Haut-Wärmeflusses. Die Vasokonstriktion reduziert die Durchblutung der Extremitäten und bewahrt die zentrale Wärme. Übung erhöht die Durchblutung der Extremitäten und kann in Verbindung mit der erhöhten externen Konvektion den Wärmeverlust trotz der erhöhten Wärmeproduktion tatsächlich beschleunigen.

                                          Nach 5 bis 10 Minuten in sehr kaltem Wasser fällt die Extremitätentemperatur schnell ab. Die neuromuskuläre Funktion verschlechtert sich und die Fähigkeit, die Muskelleistung zu koordinieren und zu kontrollieren, lässt nach. Die Schwimmleistung kann stark reduziert sein und die Person in offenen Gewässern schnell gefährden.

                                          Die Körpergröße ist ein weiterer wichtiger Faktor. Eine große Person hat eine größere Körperoberfläche und verliert bei gegebenen Umgebungsbedingungen mehr Wärme als eine kleine Person. Die relativ größere Körpermasse gleicht dies jedoch auf zwei Arten aus. Die metabolische Wärmeproduktionsrate steigt im Verhältnis zur größeren Oberfläche, und der Wärmeinhalt bei einer gegebenen Körpertemperatur ist größer. Letzterer Faktor umfasst einen größeren Puffer für Wärmeverluste und eine langsamere Abnahme der Kerntemperatur. Kinder sind stärker gefährdet als Erwachsene.

                                          Der bei weitem wichtigste Faktor ist der Körperfettgehalt – insbesondere die Dicke des Unterhautfettgewebes. Fettgewebe ist isolierender als andere Gewebe und wird von einem Großteil der peripheren Zirkulation umgangen. Sobald eine Vasokonstriktion aufgetreten ist, wirkt die subkutane Fettschicht als zusätzliche Schicht. Die Isolationswirkung hängt nahezu linear von der Schichtdicke ab. Dementsprechend haben Frauen im Allgemeinen mehr Hautfett als Männer und verlieren unter den gleichen Bedingungen weniger Wärme. Genauso geht es dicken Menschen besser als schlanken.

                                          Persönlicher Schutz. Wie bereits erwähnt, erfordert ein längerer Aufenthalt in kalten und gemäßigten Gewässern eine zusätzliche äußere Isolierung in Form von Taucheranzügen, Tauchanzügen oder ähnlicher Ausrüstung. Der Neoprenanzug aus geschäumtem Neopren isoliert durch die Dicke des Materials (geschlossene Schaumzellen) und durch das relativ kontrollierte „Durchsickern“ von Wasser zum Hautmikroklima. Das letztere Phänomen führt zur Erwärmung dieses Wassers und zur Bildung einer höheren Hauttemperatur. Anzüge sind in verschiedenen Dicken erhältlich und bieten mehr oder weniger Isolierung. Ein Neoprenanzug komprimiert sich in der Tiefe und verliert dadurch einen Großteil seiner Isolierung.

                                          Bei Temperaturen unter 10°C ist der Trockenanzug zum Standard geworden. Es ermöglicht die Aufrechterhaltung einer höheren Hauttemperatur, abhängig von der Menge an zusätzlicher Isolierung, die unter dem Anzug getragen wird. Es ist eine Grundvoraussetzung, dass der Anzug nicht undicht ist, da geringe Wassermengen (0.5 bis 1 l) die Isolationsleistung stark herabsetzen. Obwohl der Trockentauchanzug auch in der Tiefe komprimiert, wird automatisch oder manuell trockene Luft aus der Tauchflasche hinzugefügt, um das verringerte Volumen auszugleichen. Daher kann eine mikroklimatische Luftschicht von einiger Dicke aufrechterhalten werden, die eine gute Isolierung bietet.

                                          Wie bereits erwähnt, erfordert das Tiefseetauchen eine Zusatzheizung. Durch das Spülen von warmem Wasser von der Oberfläche oder der Taucherglocke wird das Atemgas vorgewärmt und der Anzug erwärmt. Neuere Erwärmungstechniken beruhen auf elektrisch beheizter Unterwäsche oder mit warmer Flüssigkeit gefüllten Röhrchen mit geschlossenem Kreislauf.

                                          Hände sind besonders anfällig für Auskühlung und erfordern möglicherweise zusätzlichen Schutz in Form von isolierenden oder beheizbaren Handschuhen.

                                          Sichere Expositionen. Die schnelle Entwicklung von Hypothermie und die unmittelbare Todesgefahr durch Kaltwasserexposition erfordern eine Art Vorhersage von sicheren und unsicheren Expositionsbedingungen.

                                          Abbildung 7 zeigt vorhergesagte Überlebenszeiten für typische Offshore-Bedingungen in der Nordsee. Das angewandte Kriterium ist ein Absinken der Kerntemperatur auf 34 °C für das zehnte Perzentil der Bevölkerung. Es wird davon ausgegangen, dass diese Ebene mit einer bewussten und kontrollierbaren Person assoziiert ist. Das richtige Tragen, Verwenden und Funktionieren eines Trockentauchanzugs verdoppelt die prognostizierte Überlebenszeit. Die untere Kurve bezieht sich auf die ungeschützte Person in normaler Kleidung. Da die Kleidung vollständig mit Wasser vollgesogen wird, ist die effektive Isolierung sehr gering, was zu kurzen Überlebenszeiten führt (modifiziert nach Wissler 1988).

                                          Abbildung 7. Vorhergesagte Überlebenszeiten für typische Offshore-Szenarien in der Nordsee.

                                          HEA090F5

                                          Arbeiten in arktischen und subarktischen Regionen

                                          Arktische und subarktische Regionen der Welt weisen zusätzliche Probleme zu denen der normalen Kaltarbeit auf. Die kalte Jahreszeit fällt mit der Dunkelheit zusammen. Tage mit Sonnenlicht sind kurz. Diese Regionen umfassen riesige, unbesiedelte oder dünn besiedelte Gebiete wie Nordkanada, Sibirien und Nordskandinavien. Außerdem ist die Natur rau. Der Transport erfolgt über große Entfernungen und dauert lange. Die Kombination aus Kälte, Dunkelheit und Abgeschiedenheit erfordert eine besondere Berücksichtigung in der Arbeitsorganisation, -vorbereitung und -ausstattung. Insbesondere müssen Überlebens- und Erste-Hilfe-Schulungen angeboten und die entsprechende Ausrüstung bereitgestellt und am Arbeitsplatz leicht verfügbar gemacht werden.

                                          Für die arbeitende Bevölkerung in den arktischen Regionen bestehen, wie bereits an anderer Stelle erwähnt, viele gesundheitsgefährdende Gefahren. Die Unfall- und Verletzungsrisiken sind hoch, Drogenmissbrauch ist weit verbreitet, kulturelle Muster verursachen Probleme, ebenso wie die Konfrontation zwischen lokaler/einheimischer Kultur und modernen westlichen industriellen Anforderungen. Schneemobilfahren ist ein Beispiel für die Exposition gegenüber mehreren Risiken unter typischen arktischen Bedingungen (siehe unten). Es wird angenommen, dass Kältestress einer der Risikofaktoren ist, der zu einer höheren Häufigkeit bestimmter Krankheiten führt. Die geografische Isolation ist ein weiterer Faktor, der in einigen einheimischen Gebieten verschiedene Arten von genetischen Defekten hervorruft. Auch endemische Krankheiten – zum Beispiel bestimmte Infektionskrankheiten – sind von lokaler oder regionaler Bedeutung. Siedler und Gastarbeiter sind auch einem höheren Risiko für verschiedene Arten von psychischen Stressreaktionen ausgesetzt, die auf die neue Umgebung, Abgeschiedenheit, raue Klimabedingungen, Isolation und Bewusstsein zurückzuführen sind.

                                          Spezifische Maßnahmen für diese Art von Arbeit müssen in Erwägung gezogen werden. Die Arbeit muss in Dreiergruppen durchgeführt werden, damit im Notfall eine Person Hilfe holen kann, während sich eine andere beispielsweise um das Opfer eines Unfalls kümmert. Die jahreszeitlichen Schwankungen von Tageslicht und Klima müssen berücksichtigt und Arbeitsaufgaben entsprechend geplant werden. Arbeiter müssen auf gesundheitliche Probleme untersucht werden. Falls erforderlich, muss zusätzliche Ausrüstung für Not- oder Überlebenssituationen verfügbar sein. Fahrzeuge wie Autos, Lastwagen oder Schneemobile müssen spezielle Ausrüstung für Reparatur- und Notfallsituationen mitführen.

                                          Ein spezifisches Arbeitsproblem in diesen Regionen ist das Schneemobil. Seit den sechziger Jahren hat sich das Schneemobil von einem primitiven, technisch anspruchslosen Fahrzeug zu einem schnellen und technisch hochentwickelten Fahrzeug entwickelt. Es wird am häufigsten für Freizeitaktivitäten, aber auch für die Arbeit genutzt (10 bis 20 %). Typische Berufe, in denen Schneemobile eingesetzt werden, sind Polizei, Militär, Rentierzüchter, Holzfäller, Landwirte, Tourismusbranche, Fallensteller sowie Such- und Rettungsteams.

                                          Die Vibrationsbelastung durch ein Schneemobil bedeutet ein stark erhöhtes Risiko für vibrationsinduzierte Verletzungen des Fahrers. Fahrer und Beifahrer sind ungereinigten Abgasen ausgesetzt. Das vom Motor erzeugte Geräusch kann zu Hörverlust führen. Aufgrund hoher Geschwindigkeit, Geländeunebenheiten und mangelndem Schutz für Fahrer und Mitfahrer ist die Unfallgefahr hoch.

                                          Gerade bei Fahrten in unwegsamem Gelände oder an Hängen ist der Bewegungsapparat Vibrationen und extremen Arbeitshaltungen und Belastungen ausgesetzt. Wenn Sie stecken bleiben, führt der Umgang mit dem schweren Motor zu Schweißausbrüchen und häufig zu Problemen mit dem Bewegungsapparat (z. B. Hexenschuss).

                                          Kälteverletzungen sind bei Schneemobilarbeitern weit verbreitet. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verstärkt die Kälteeinwirkung. Typische verletzte Körperstellen sind vor allem das Gesicht (im Extremfall auch Hornhaut), Ohren, Hände und Füße.

                                          Schneemobile werden normalerweise in abgelegenen Gebieten eingesetzt, in denen Klima, Gelände und andere Bedingungen zu den Risiken beitragen.

                                          Der Schneemobilhelm muss für die Arbeitssituation auf dem Schneemobil unter Berücksichtigung der spezifischen Expositionsrisiken durch das Fahrzeug selbst, die Geländebedingungen und das Klima entwickelt werden. Die Kleidung muss warm, winddicht und flexibel sein. Die beim Schneemobilfahren auftretenden Aktivitätstransienten lassen sich nur schwer in einem Bekleidungssystem unterbringen und erfordern eine besondere Berücksichtigung.

                                          Auch der Schneemobilverkehr in abgelegenen Gebieten stellt ein Kommunikationsproblem dar. Die Arbeitsorganisation und -ausrüstung sollte eine sichere Kommunikation mit der Heimatbasis gewährleisten. Zusätzliche Ausrüstung muss mitgeführt werden, um Notfallsituationen zu bewältigen und einen ausreichend langen Schutz für das Rettungsteam zu gewährleisten. Dazu gehören zum Beispiel Windsack, Ersatzkleidung, Erste-Hilfe-Ausrüstung, Schneeschaufel, Flickzeug und Kochutensilien.

                                           

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                                          Die Prävention der physiopathologischen Wirkungen einer Kälteeinwirkung muss unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden: Der erste betrifft die physiopathologischen Wirkungen, die bei allgemeiner Kälteeinwirkung (d. h. des gesamten Körpers) beobachtet werden, und der zweite betrifft diejenigen, die bei lokaler Kälteeinwirkung beobachtet werden Erkältung, die hauptsächlich die Extremitäten (Hände und Füße) betrifft. Vorbeugende Maßnahmen in diesem Zusammenhang zielen darauf ab, das Auftreten der beiden Hauptarten von Kältestress – versehentliche Unterkühlung und Erfrierungen der Extremitäten – zu reduzieren. Ein zweifacher Ansatz ist erforderlich: physiologische Methoden (z. B. angemessene Ernährung und Flüssigkeitszufuhr, Entwicklung von Anpassungsmechanismen) und pharmakologische und technologische Maßnahmen (z. B. Unterkunft, Kleidung). Letztendlich zielen all diese Methoden darauf ab, die Kältetoleranz sowohl auf allgemeiner als auch auf lokaler Ebene zu erhöhen. Darüber hinaus ist es wichtig, dass Arbeitnehmer, die Kälte ausgesetzt sind, über die Informationen und das Verständnis für solche Verletzungen verfügen, die erforderlich sind, um eine wirksame Prävention zu gewährleisten.

                                          Physiologische Methoden zur Vorbeugung von Kälteschäden

                                          Die Kälteexposition des Menschen in Ruhe wird von einer peripheren Vasokonstriktion begleitet, die den Wärmeverlust der Haut begrenzt, und von einer metabolischen Wärmeproduktion (im Wesentlichen durch die Aktivität des Zitterns), was die Notwendigkeit der Nahrungsaufnahme impliziert. Der Kraftaufwand aller körperlichen Aktivitäten in der Kälte wird durch das erschwerte Gehen im Schnee oder auf Eis und den häufigen Umgang mit schwerem Gerät erhöht. Darüber hinaus kann der Wasserverlust aufgrund des mit dieser körperlichen Aktivität verbundenen Schwitzens erheblich sein. Wird dieser Wasserverlust nicht ausgeglichen, kann es zu Austrocknung kommen, was die Anfälligkeit für Erfrierungen erhöht. Die Dehydrierung wird oft nicht nur durch die freiwillige Einschränkung der Wasseraufnahme aufgrund der Schwierigkeit, ausreichend Flüssigkeit aufzunehmen (verfügbares Wasser kann gefroren sein oder man muss Schnee schmelzen), sondern auch durch die Tendenz verstärkt, ausreichend häufiges Wasserlassen (Urinieren) zu vermeiden. , was das Verlassen des Tierheims erfordert. Der Wasserbedarf bei Kälte ist schwer einzuschätzen, da er von der individuellen Arbeitsbelastung und der Isolierung der Kleidung abhängt. In jedem Fall muss aber reichlich und in Form von Heißgetränken (5 bis 6 l pro Tag bei körperlicher Aktivität) Flüssigkeit aufgenommen werden. Die Beobachtung der Farbe des Urins, der klar bleiben muss, gibt einen guten Hinweis auf den Verlauf der Flüssigkeitsaufnahme.

                                          Hinsichtlich der Kalorienaufnahme kann davon ausgegangen werden, dass in kaltem Klima eine Steigerung von 25 bis 50 % gegenüber gemäßigtem oder heißem Klima erforderlich ist. Eine Formel erlaubt die Berechnung der für das Energiegleichgewicht in der Kälte notwendigen Kalorienzufuhr (in kcal) pro Person und Tag: kcal/Person und Tag = 4,151–28.62Ta, Wobei Ta ist die Umgebungstemperatur in °C (1 kcal = 4.18 Joule). Also für a Ta von –20 °C, ein Bedarf von etwa 4,723 kcal (2.0 x 104 J) muss vorweggenommen werden. Die Nahrungsaufnahme scheint qualitativ nicht verändert werden zu müssen, um Verdauungsbeschwerden vom Typ Durchfall zu vermeiden. Beispielsweise besteht die Kaltwetterration (RCW) der United States Army aus 4,568 kcal (1.9 x 104 J), in dehydrierter Form, pro Tag und pro Person, und teilt sich qualitativ wie folgt auf: 58 % Kohlenhydrate, 11 % Protein und 31 % Fett (Edwards, Roberts und Mutter 1992). Dehydrierte Lebensmittel haben den Vorteil, dass sie leicht und einfach zuzubereiten sind, aber sie müssen vor dem Verzehr rehydriert werden.

                                          Die Mahlzeiten sind möglichst warm einzunehmen und in üblicher Menge auf Frühstück und Mittagessen aufzuteilen. Eine Ergänzung bieten über den Tag verteilt warme Suppen, trockene Kekse und Müsliriegel sowie eine Erhöhung der Kalorienzufuhr beim Abendessen. Dieses letztgenannte Mittel verstärkt die diätinduzierte Thermogenese und hilft dem Patienten beim Einschlafen. Der Konsum von Alkohol ist in einem kalten Klima äußerst unratsam, da Alkohol die Hautgefäße erweitert (eine Quelle für Wärmeverlust) und die Diurese erhöht (eine Quelle für Wasserverlust), während er die Empfindlichkeit der Haut verändert und das Urteilsvermögen beeinträchtigt (was grundlegende Faktoren sind daran beteiligt, die ersten Anzeichen einer Kälteverletzung zu erkennen). Auch der übermäßige Konsum von koffeinhaltigen Getränken ist schädlich, da dieser Stoff peripher vasokonstriktorisch (erhöhte Erfrierungsgefahr) und harntreibend wirkt.

                                          Zusätzlich zu angemessener Ernährung kann die Entwicklung sowohl allgemeiner als auch lokaler Anpassungsmechanismen das Auftreten von Kälteschäden verringern und die psychische und physische Leistungsfähigkeit verbessern, indem der durch eine kalte Umgebung verursachte Stress reduziert wird. Es ist jedoch notwendig, die Konzepte von zu definieren Anpassung, Akklimatisierung und Gewöhnung zu kalt, die drei Begriffe variieren in ihren Implikationen je nach Verwendung verschiedener Theoretiker.

                                          Nach Ansicht von Eagan (1963) ist der Begriff Anpassung an Kälte ist ein Oberbegriff. Unter dem Begriff der Anpassung fasst er die Begriffe genetische Anpassung, Akklimatisierung und Gewöhnung zusammen. Genetische Anpassung bezieht sich auf genetisch übertragene physiologische Veränderungen, die das Überleben in einer feindlichen Umgebung begünstigen. Bligh und Johnson (1973) unterscheiden zwischen genetischer Anpassung und phänotypischer Anpassung und definieren das Konzept der Anpassung als „Änderungen, die die physiologische Belastung verringern, die durch eine belastende Komponente der gesamten Umwelt erzeugt wird“.

                                          Akklimatisierung kann als funktionelle Kompensation definiert werden, die sich über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis zu mehreren Wochen als Reaktion entweder auf komplexe Faktoren der Umgebung, wie klimatische Schwankungen in einer natürlichen Umgebung, oder auf einen einzigartigen Faktor in der Umgebung, wie z. B. im Labor, einstellt (die „künstliche Akklimatisierung“ oder „Akklimatisierung“ dieser Schriftsteller) (Eagan 1963).

                                          Gewöhnung ist das Ergebnis einer Veränderung der physiologischen Reaktionen, die aus einer Verringerung der Reaktionen des Zentralnervensystems auf bestimmte Reize resultiert (Eagan 1963). Diese Gewöhnung kann spezifisch oder allgemein sein. Spezifische Gewöhnung ist der Prozess, der involviert ist, wenn sich ein bestimmter Teil des Körpers an einen wiederholten Reiz gewöhnt, während allgemeine Gewöhnung der Prozess ist, durch den sich der gesamte Körper an einen wiederholten Reiz gewöhnt. Lokale oder allgemeine Anpassung an Kälte wird im Allgemeinen durch Gewöhnung erworben.

                                          Sowohl im Labor als auch in der Natur wurden verschiedene Arten der allgemeinen Anpassung an Kälte beobachtet. Hammel (1963) hat eine Klassifikation dieser verschiedenen Anpassungstypen aufgestellt. Die metabolische Art der Anpassung zeigt sich durch Aufrechterhaltung der Innentemperatur verbunden mit einer größeren Produktion von Stoffwechselwärme, wie bei den Alacalufs von Feuerland oder den Indianern der Arktis. Die Anpassung des isolierenden Typs zeigt sich auch durch Aufrechterhaltung der Innentemperatur, jedoch mit einer Verringerung der mittleren Hauttemperatur (Ureinwohner der tropischen Küste Australiens). Die Anpassung des hypothermalen Typs zeigt sich in einem mehr oder weniger starken Absinken der Innentemperatur (Stamm der Kalahari-Wüste, Quechua-Indianer von Peru). Schließlich gibt es eine Anpassung des isolierten und hypothermalen Typs (Ureinwohner Zentralaustraliens, Lappen, Amas, koreanische Taucher).

                                          In Wirklichkeit hat diese Klassifizierung lediglich qualitativen Charakter und berücksichtigt nicht alle Komponenten des thermischen Gleichgewichts. Wir haben daher kürzlich eine Klassifizierung vorgeschlagen, die nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ ist (siehe Tabelle 1). Eine Änderung der Körpertemperatur allein weist nicht notwendigerweise auf das Vorhandensein einer allgemeinen Anpassung an Kälte hin. Tatsächlich ist eine Änderung der Verzögerung des Beginns des Zitterns ein guter Hinweis auf die Empfindlichkeit des Thermoregulationssystems. Bittel (1987) hat auch eine Verringerung der thermischen Schuld als Indikator für die Anpassung an Kälte vorgeschlagen. Darüber hinaus demonstrierte dieser Autor die Bedeutung der Kalorienaufnahme bei der Entwicklung von Anpassungsmechanismen. Wir haben diese Beobachtung in unserem Labor bestätigt: Probanden, die im Labor bei 1 °C für 1 Monat diskontinuierlich an Kälte akklimatisiert wurden, entwickelten eine Anpassung vom hypothermalen Typ (Savourey et al. 1994, 1996). Die Hypothermie steht in direktem Zusammenhang mit der Verringerung des Prozentsatzes der Körperfettmasse. Das Niveau der aeroben körperlichen Leistungsfähigkeit (VO2max) scheint an der Entwicklung dieser Art der Kälteanpassung nicht beteiligt zu sein (Bittel et al. 1988; Savourey, Vallerand und Bittel 1992). Am vorteilhaftesten erscheint die Anpassung des hypothermischen Typs, da sie die Energiereserven erhält, indem sie das Einsetzen des Schüttelfrosts verzögert, ohne dass die Hypothermie gefährlich wird (Bittel et al. 1989). Jüngste Arbeiten im Labor haben gezeigt, dass es möglich ist, diese Art der Anpassung zu induzieren, indem Menschen einem intermittierenden, lokalisierten Eintauchen der unteren Gliedmaßen in Eiswasser ausgesetzt werden. Darüber hinaus hat diese Art der Akklimatisierung ein „polares Tri-Jodthyronin-Syndrom“ entwickelt, das von Reed und Mitarbeitern 1990 bei Personen beschrieben wurde, die längere Zeit in der Polarregion verbracht hatten. Dieses komplexe Syndrom bleibt unvollkommen verstanden und zeigt sich hauptsächlich durch eine Verringerung des Gesamt-Triiodthyronin-Pools sowohl in thermisch neutraler Umgebung als auch bei akuter Kälteeinwirkung. Die Beziehung zwischen diesem Syndrom und der Anpassung des hypothermischen Typs muss jedoch noch definiert werden (Savourey et al. 1996).

                                          Tabelle 1. Allgemeine Anpassungsmechanismen an Kälte, die während eines Standard-Kältetests untersucht wurden, der vor und nach einer Akklimatisierungsphase durchgeführt wurde.

                                          Messen

                                          Verwendung der Maßnahme als Indikator
                                          der Anpassung

                                          Verändern in
                                          Indikator

                                          Art der Anpassung

                                          Rektal
                                          Temperatur tre(° C)

                                          Unterschied zwischen tre am Ende des Kältetests und tre bei thermischer Neutralität nach Akklimatisierung

                                          + oder =
                                          -

                                          normothermisch
                                          hypotherm


                                          Mittlere Hauttemperatur tsk(° C)


                                          ~tsk°C nach/‾tsk°C vorher,
                                          woher `tsk ist das Niveau von
                                          am Ende des Kältetests


                                          <1
                                          =1
                                          >1


                                          isolierend
                                          iso-isolierend
                                          hypoisolierend


                                          Bedeuten
                                          Stoffwechsel ‾M (W/m2)


                                          Verhältnis von ‾M nach Akklimatisierung
                                          bis ‾M vor der Akklimatisierung


                                          <1
                                          =
                                          >1


                                          Stoffwechsel-
                                          isometabolisch
                                          hypometabolisch

                                           

                                          Die lokale Anpassung der Extremitäten ist gut dokumentiert (LeBlanc 1975). Es wurde sowohl bei einheimischen Stämmen oder Berufsgruppen untersucht, die natürlicherweise der Kälte in den Extremitäten ausgesetzt sind (Eskimos, Lappen, Fischer auf der Insel Gaspé, englische Fischschnitzer, Briefträger in Quebec), als auch bei im Labor künstlich angepassten Probanden. Alle diese Studien haben gezeigt, dass sich diese Anpassung in höheren Hauttemperaturen, weniger Schmerzen und einer früheren paradoxen Vasodilatation zeigt, die bei höheren Hauttemperaturen auftritt, wodurch Erfrierungen verhindert werden können. Diese Veränderungen sind im Wesentlichen mit einer Erhöhung der peripheren Hautdurchblutung verbunden und nicht mit einer lokalen Wärmeproduktion auf muskulärer Ebene, wie wir kürzlich gezeigt haben (Savourey, Vallerand und Bittel 1992). Ein mehrwöchiges Eintauchen der Extremitäten in kaltes Wasser (5°C) über mehrere Wochen reicht aus, um die Etablierung dieser lokalen Anpassungsmechanismen zu induzieren. Andererseits gibt es nur wenige wissenschaftliche Daten zur Persistenz dieser unterschiedlichen Anpassungsarten.

                                          Pharmakologische Methoden zur Vorbeugung von Kälteschäden

                                          Die Verwendung von Arzneimitteln zur Verbesserung der Kältetoleranz war Gegenstand einer Reihe von Studien. Die allgemeine Kältetoleranz kann durch die Begünstigung der Thermogenese mit Medikamenten verbessert werden. Tatsächlich wurde bei menschlichen Probanden gezeigt, dass die Aktivität des Zitterns insbesondere von einer erhöhten Oxidation von Kohlenhydraten begleitet wird, kombiniert mit einem erhöhten Verbrauch von Muskelglykogen (Martineau und Jacob 1988). Methylxanthinverbindungen üben ihre Wirkung aus, indem sie das sympathische System stimulieren, genau wie Kälte, wodurch die Oxidation von Kohlenhydraten erhöht wird. Wang, Man und Bel Castro (1987) haben jedoch gezeigt, dass Theophyllin bei der Verhinderung des Abfalls der Körpertemperatur bei ruhenden menschlichen Probanden in der Kälte unwirksam war. Andererseits ermöglicht die Kombination von Koffein mit Ephedrin unter gleichen Bedingungen eine bessere Aufrechterhaltung der Körpertemperatur (Vallerand, Jacob und Kavanagh 1989), während die Einnahme von Koffein allein weder die Körpertemperatur noch die Stoffwechselreaktion verändert (Kenneth et al . 1990). Die pharmakologische Prävention von Kälteeinwirkungen auf allgemeiner Ebene ist noch Gegenstand der Forschung. Auf lokaler Ebene wurden nur wenige Studien zur pharmakologischen Vorbeugung von Erfrierungen durchgeführt. Unter Verwendung eines Tiermodells für Erfrierungen wurde eine bestimmte Anzahl von Arzneimitteln getestet. Thrombozytenaggregationshemmer, Kortikoide und auch verschiedene andere Substanzen hatten eine protektive Wirkung, sofern sie vor der Wiedererwärmungsperiode verabreicht wurden. Unseres Wissens wurde zu diesem Thema keine Studie am Menschen durchgeführt.

                                          Technische Methoden zur Verhinderung von Kälteverletzungen

                                          Diese Methoden sind ein grundlegendes Element in der Prävention von Kälteschäden, und ohne ihre Anwendung wäre der Mensch nicht in der Lage, in kalten Klimazonen zu leben. Der Bau von Unterkünften, die Nutzung einer Wärmequelle und auch die Verwendung von Kleidung ermöglichen es den Menschen, in sehr kalten Regionen zu leben, indem sie ein günstiges Umgebungsmikroklima schaffen. Die Vorteile der Zivilisation stehen jedoch manchmal nicht zur Verfügung (bei zivilen und militärischen Expeditionen, Schiffbrüchigen, Verletzten, Landstreichern, Lawinenopfern etc.). Diese Gruppen sind daher besonders anfällig für Kälteschäden.

                                          Vorsichtsmaßnahmen für die Arbeit in der Kälte

                                          Das Problem der Konditionierung für Kältearbeit betrifft vor allem Menschen, die nicht an Kältearbeit gewöhnt sind und/oder aus gemäßigten Klimazonen stammen. Informationen über Verletzungen, die durch Kälte verursacht werden können, sind von grundlegender Bedeutung, aber es ist auch notwendig, Informationen über eine bestimmte Anzahl von Verhaltensweisen zu erhalten. Jeder Arbeiter in einer Kältezone muss mit den ersten Verletzungszeichen vertraut sein, insbesondere mit lokalen Verletzungen (Hautfarbe, Schmerzen). Das Kleidungsverhalten ist entscheidend: Mehrere Kleidungsschichten ermöglichen es dem Träger, die Isolierung der Kleidung dem aktuellen Energieaufwand und äußeren Belastungen anzupassen. Nasse Kleidungsstücke (Regen, Schweiß) müssen getrocknet werden. Auf den Schutz der Hände und Füße ist unbedingt zu achten (keine engen Verbände, auf ausreichende Bedeckung achten, rechtzeitiges Wechseln der Socken – etwa zwei- bis dreimal täglich – wegen Schwitzen). Direkter Kontakt mit allen kalten metallischen Gegenständen ist zu vermeiden (Gefahr sofortiger Erfrierungen). Die Kleidung muss gegen Kälte geschützt und vor jeder Kälteeinwirkung getestet werden. Fütterungsregeln sollten beachtet werden (unter Berücksichtigung der Kalorienaufnahme und des Flüssigkeitsbedarfs). Der Missbrauch von Alkohol, Koffein und Nikotin muss verboten sein. Zubehör (Unterkunft, Zelte, Schlafsäcke) muss überprüft werden. Kondenswasser in Zelten und Schlafsäcken muss entfernt werden, um Eisbildung zu vermeiden. Die Arbeiter dürfen nicht in ihre Handschuhe blasen, um sie zu erwärmen, da dies ebenfalls zur Eisbildung führt. Abschließend sollten Empfehlungen zur Verbesserung der körperlichen Fitness gegeben werden. In der Tat ermöglicht eine gute aerobe körperliche Fitness eine größere Thermogenese bei starker Kälte (Bittel et al. 1988), sorgt aber auch für eine bessere körperliche Ausdauer, ein günstiger Faktor wegen des zusätzlichen Energieverlusts durch körperliche Aktivität in der Kälte.

                                          Personen mittleren Alters müssen sorgfältig überwacht werden, da sie aufgrund ihrer eingeschränkteren Gefäßreaktion anfälliger für Kälteschäden sind als jüngere Personen. Übermäßige Ermüdung und eine sitzende Tätigkeit erhöhen das Verletzungsrisiko. Personen mit bestimmten Erkrankungen (Kälteurtikaria, Raynaud-Syndrom, Angina pectoris, frühere Erfrierungen) müssen intensive Kälteeinwirkung vermeiden. Einige zusätzliche Ratschläge können nützlich sein: Schützen Sie exponierte Haut vor Sonneneinstrahlung, schützen Sie die Lippen mit speziellen Cremes und schützen Sie die Augen mit einer Sonnenbrille vor UV-Strahlung.

                                          Wenn ein Problem auftritt, müssen Arbeiter in einer kalten Zone ruhig bleiben, dürfen sich nicht von der Gruppe trennen und müssen ihre Körperwärme aufrechterhalten, indem sie Löcher graben und sich aneinander drängen. Auf Verpflegung und Hilferufmittel (Funk, Notraketen, Signalspiegel etc.) ist zu achten. Wo die Gefahr des Eintauchens in kaltes Wasser besteht, müssen Rettungsboote sowie wasserdichte und gut wärmeisolierende Ausrüstung bereitgestellt werden. Im Falle eines Schiffbruchs ohne Rettungsboot muss der Einzelne versuchen, den Wärmeverlust auf das Maximum zu begrenzen, indem er sich an schwimmenden Materialien festhält, sich zusammenrollt und möglichst mit der Brust aus dem Wasser schwimmt, da die durch das Schwimmen erzeugte Konvektion erheblich zunimmt Hitzeverlust. Das Trinken von Meerwasser ist wegen seines hohen Salzgehalts schädlich.

                                          Änderung der Aufgaben in der Kälte

                                          In einer kalten Zone werden die Arbeitsaufgaben erheblich modifiziert. Das Gewicht der Kleidung, das Tragen von Lasten (Zelte, Verpflegung usw.) und die Notwendigkeit, schwieriges Gelände zu überwinden, erhöhen den Energieaufwand für körperliche Aktivität. Außerdem werden Bewegung, Koordination und Fingerfertigkeit durch Kleidung behindert. Durch das Tragen einer Sonnenbrille wird das Sichtfeld oft eingeschränkt. Darüber hinaus wird die Wahrnehmung des Hintergrunds verändert und auf 6 m reduziert, wenn die Temperatur trockener Luft unter –18 ° C liegt oder wenn Wind weht. Bei Schneefall oder Nebel kann die Sicht Null sein. Das Vorhandensein von Handschuhen erschwert bestimmte Aufgaben, die Feinarbeit erfordern. Aufgrund von Kondenswasser sind Werkzeuge oft mit Eis überzogen, und das Anfassen mit bloßen Händen birgt ein gewisses Risiko von Erfrierungen. Die physikalische Struktur der Kleidung wird durch extreme Kälte verändert, und das Eis, das sich durch Gefrieren in Kombination mit Kondensation bilden kann, blockiert häufig Reißverschlüsse. Schließlich müssen Kraftstoffe durch den Einsatz von Frostschutzmitteln vor dem Einfrieren geschützt werden.

                                          Für eine optimale Aufgabenerfüllung in einem kalten Klima müssen daher mehrere Kleidungsschichten vorhanden sein; ausreichender Schutz der Extremitäten; Maßnahmen gegen Kondenswasser in der Kleidung, an Werkzeugen und in Zelten; und regelmäßige Erwärmung in einem beheizten Unterstand. Arbeitsaufgaben sind als Abfolge einfacher Aufgaben zu erledigen, möglichst in zwei Arbeitsteams, wobei das eine arbeitet, während das andere sich aufwärmt. Untätigkeit in der Kälte ist ebenso zu vermeiden wie Einzelarbeit abseits befahrener Wege. Für den Schutz und die Unfallverhütung kann eine befähigte Person benannt werden.

                                          Zusammenfassend zeigt sich, dass eine gute Kenntnis des Kälteschadens, Kenntnis der Umgebung, gute Vorbereitung (körperliche Fitness, Ernährung, Induktion von Anpassungsmechanismen), angemessene Kleidung und geeignete Aufgabenverteilung einem Kälteschaden vorbeugen können. Kommt es doch zu Verletzungen, kann durch schnelle Hilfe und sofortige Behandlung das Schlimmste verhindert werden.

                                          Schutzkleidung: Wasserdichte Kleidung

                                          Das Tragen von wasserdichter Kleidung dient dem Schutz vor den Folgen eines versehentlichen Untertauchens und betrifft daher nicht nur alle Arbeiter, die solchen Unfällen ausgesetzt sind (Segler, Piloten), sondern auch diejenigen, die in kaltem Wasser arbeiten (Berufstaucher). Tabelle 2, extrahiert aus der Ozeanographischer Atlas des nordamerikanischen Ozeans, zeigt, dass selbst im westlichen Mittelmeer die Wassertemperatur selten 15 °C übersteigt. Unter Eintauchbedingungen wurde die Überlebenszeit für eine bekleidete Person mit Rettungsring, aber ohne Eintauchschutzausrüstung im Januar auf 1.5 Stunden in der Ostsee und 6 Stunden im Mittelmeer geschätzt, während sie im August in der Ostsee 12 Stunden beträgt ist nur durch Erschöpfung im Mittelmeer begrenzt. Das Tragen von Schutzausrüstung ist daher eine Notwendigkeit für Arbeiter auf See, insbesondere für diejenigen, die ohne sofortige Hilfe untergetaucht werden können.

                                          Tabelle 2. Monatlicher und jährlicher Mittelwert der Anzahl der Tage, an denen die Wassertemperatur unter 15 °C liegt.

                                          Monat

                                          Westliche Ostsee

                                          Deutscher Golf

                                          Atlantik
                                          (vor Brest)

                                          Westliches Mittelmeer

                                          Januar

                                          31

                                          31

                                          31

                                          31

                                          Februar

                                          28

                                          28

                                          28

                                          28

                                          März

                                          31

                                          31

                                          31

                                          31

                                          April

                                          30

                                          30

                                          30

                                          26 bis 30

                                          Mai

                                          31

                                          31

                                          31

                                          8

                                          Juni

                                          25

                                          25

                                          25

                                          manchmal

                                          Juli

                                          4

                                          6

                                          manchmal

                                          manchmal

                                          August

                                          4

                                          manchmal

                                          manchmal

                                          0

                                          September

                                          19

                                          3

                                          manchmal

                                          manchmal

                                          Oktober

                                          31

                                          22

                                          20

                                          2

                                          November

                                          30

                                          30

                                          30

                                          30

                                          Dezember

                                          31

                                          31

                                          31

                                          31

                                          Gesamt

                                          295

                                          268

                                          257

                                          187

                                           

                                          Die Schwierigkeiten bei der Herstellung derartiger Geräte sind komplex, da mehrere, oft widersprüchliche Anforderungen berücksichtigt werden müssen. Zu diesen Einschränkungen gehören: (1) die Tatsache, dass der Wärmeschutz sowohl in der Luft als auch im Wasser wirksam sein muss, ohne die Verdunstung von Schweiß zu behindern, (2) die Notwendigkeit, das Objekt an der Wasseroberfläche zu halten, und (3) die auszuführenden Aufgaben aus. Außerdem müssen die Geräte risikogerecht ausgelegt sein. Dies erfordert eine genaue Definition der zu erwartenden Bedürfnisse: thermische Umgebung (Temperatur von Wasser, Luft, Wind), Zeit bis zum Eintreffen der Hilfe und Vorhandensein oder Fehlen eines Rettungsbootes zum Beispiel. Die Isolationseigenschaften der Kleidung sind abhängig von den verwendeten Materialien, den Körperkonturen, der Kompressibilität des Schutzgewebes (das durch den Wasserdruck die Dicke der in der Kleidung eingeschlossenen Luftschicht bestimmt) und die Feuchtigkeit, die in der Kleidung vorhanden sein kann. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit in dieser Art von Kleidung hängt hauptsächlich davon ab, wie wasserdicht sie ist. Die Bewertung solcher Geräte muss die Wirksamkeit des Wärmeschutzes nicht nur im Wasser, sondern auch in kalter Luft berücksichtigen und Schätzungen sowohl der wahrscheinlichen Überlebenszeit in Bezug auf die Wasser- und Lufttemperaturen als auch der erwarteten Wärmebelastung und der mögliche mechanische Behinderung der Kleidung (Boutelier 1979). Schließlich ermöglichen Wasserdichtheitstests, die an einem sich bewegenden Objekt durchgeführt werden, mögliche diesbezügliche Mängel aufzudecken. Letztendlich muss eine Anti-Immersions-Ausrüstung drei Anforderungen erfüllen:

                                          • Es muss sowohl in Wasser als auch in der Luft einen wirksamen Wärmeschutz bieten.
                                          • Es muss bequem sein.
                                          • Es darf weder zu restriktiv noch zu schwer sein.

                                           

                                          Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat man sich zwei Prinzipien zu eigen gemacht: Entweder ein Material zu verwenden, das nicht wasserdicht ist, aber seine isolierenden Eigenschaften im Wasser beibehält (wie im Fall des sogenannten „Nassanzugs“), oder die vollständige Wasserdichtigkeit mit Materialien zu gewährleisten, die dies tun sind zusätzlich isolierend („Trockenanzug“). Derzeit findet das Prinzip des nassen Kleidungsstücks vor allem in der Luftfahrt immer weniger Anwendung. Während des letzten Jahrzehnts hat die Internationale Seeschifffahrtsorganisation die Verwendung eines Tauchschutz- oder Überlebensanzugs empfohlen, der die Kriterien des 1974 verabschiedeten Internationalen Übereinkommens zum Schutz des menschlichen Lebens auf See (SOLAS) erfüllt. Diese Kriterien betreffen insbesondere Isolierung, minimales Eindringen von Wasser in den Anzug, die Größe des Anzugs, Ergonomie, Kompatibilität mit Schwimmhilfen und Testverfahren. Die Anwendung dieser Kriterien wirft jedoch eine Reihe von Problemen auf (insbesondere im Zusammenhang mit der Definition der anzuwendenden Tests).

                                          Obwohl sie seit sehr langer Zeit bekannt sind, da die Eskimos Robbenhaut oder zusammengenähte Robbendärme verwendeten, sind Tauchschutzanzüge schwer zu perfektionieren und die Kriterien für eine Standardisierung werden wahrscheinlich in den kommenden Jahren überprüft.

                                           

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                                          Dienstag, 22 März 2011 20: 34

                                          Kalte Indizes und Standards

                                          Kältestress ist definiert als eine thermische Belastung des Körpers, unter der größere Wärmeverluste als normal zu erwarten sind und kompensierende thermoregulatorische Maßnahmen erforderlich sind, um den Körper thermisch neutral zu halten. Normale Wärmeverluste beziehen sich daher auf das, was Menschen normalerweise unter Wohnbedingungen in Innenräumen erfahren (Lufttemperatur 20 bis 25 ° C).

                                          Im Gegensatz zu Bedingungen in der Hitze sind Kleidung und Aktivität positive Faktoren in dem Sinne, dass mehr Kleidung den Wärmeverlust reduziert und mehr Aktivität eine höhere interne Wärmeproduktion und ein größeres Potenzial zum Ausgleich von Wärmeverlusten bedeutet. Dementsprechend konzentrieren sich Bewertungsmethoden auf die Bestimmung des erforderlichen Schutzes (Kleidung) bei bestimmten Aktivitätsniveaus, erforderlichen Aktivitätsniveaus für bestimmten Schutz oder „Temperatur“-Werte für bestimmte Kombinationen der beiden (Burton und Edholm 1955; Holmér 1988; Parsons 1993).

                                          Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass es Grenzen gibt, wie viel Kleidung getragen werden kann und wie hoch ein Aktivitätsniveau über längere Zeiträume aufrechterhalten werden kann. Kälteschutzkleidung neigt dazu, voluminös und humpelnd zu sein. Für Bewegung und Bewegungen wird mehr Platz benötigt. Das Aktivitätsniveau kann durch Tempoarbeit bestimmt werden, sollte aber vorzugsweise von der Person kontrolliert werden. Für jedes Individuum gibt es eine bestimmte höchste Energieproduktionsrate, abhängig von der körperlichen Leistungsfähigkeit, die über längere Zeiträume aufrechterhalten werden kann. Daher kann eine hohe körperliche Belastbarkeit bei längeren, extremen Belastungen von Vorteil sein.

                                          Dieser Artikel befasst sich mit Methoden zur Bewertung und Kontrolle von Kältestress. Probleme in organisatorischer, psychologischer, medizinischer und ergonomischer Hinsicht werden an anderer Stelle behandelt.

                                          Kalte Arbeit

                                          Kaltarbeit umfasst eine Vielzahl von Bedingungen unter natürlichen sowie künstlichen Bedingungen. Die extremste Kältebelastung ist mit Missionen im Weltraum verbunden. Kaltarbeitsbedingungen an der Erdoberfläche decken jedoch einen Temperaturbereich von mehr als 100 °C ab (Tabelle 1). Natürlich wird erwartet, dass das Ausmaß und die Schwere der Kältebelastung mit sinkender Umgebungstemperatur zunehmen.

                                          Tabelle 1. Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen

                                          –120 °C

                                          Klimakammer für die menschliche Kryotherapie

                                          –90 °C

                                          Niedrigste Temperatur an der Südpolbasis Vostock

                                          –55 °C

                                          Kühlhaus für Fischfleisch und Herstellung von tiefgefrorenen, getrockneten Produkten

                                          –40 °C

                                          „Normale“ Temperatur an der Polarbasis

                                          –28 °C

                                          Kühlhaus für Tiefkühlprodukte

                                          +2 bis +12 °C

                                          Lagerung, Zubereitung und Transport von frischen Lebensmitteln

                                          –50 bis –20 °C

                                          Durchschnittliche Januartemperatur in Nordkanada und Sibirien

                                          –20 bis –10 °C

                                          Durchschnittliche Januartemperatur in Südkanada, Nordskandinavien und Zentralrussland

                                          –10 bis 0 ºC

                                          Durchschnittliche Januartemperatur im Norden der USA, Südskandinaviens, Mitteleuropas, Teilen des Nahen und Fernen Ostens, Mittel- und Nordjapans

                                          Quelle: Modifiziert nach Holmér 1993.

                                          Aus Tabelle 1 geht hervor, dass große Populationen von Outdoor-Arbeitern in vielen Ländern mehr oder weniger starkem Kältestress ausgesetzt sind. Darüber hinaus finden in allen Teilen der Welt Kühlhausarbeiten statt. Umfragen in skandinavischen Ländern zeigen, dass ca. 10 % der gesamten Arbeitnehmerschaft Kälte als einen großen Belästigungsfaktor am Arbeitsplatz betrachten.

                                          Arten von Kältestress

                                          Folgende Arten von Kältestress können definiert werden:

                                            • Ganzkörperkühlung
                                            • lokale Kühlung, einschließlich Extremitätenkühlung, konvektive Hautkühlung (Windchill), konduktive Hautkühlung (Kontaktkühlung) und Kühlung der Atemwege.

                                               

                                              Höchstwahrscheinlich können mehrere, wenn nicht alle von diesen gleichzeitig vorhanden sein.

                                              Bei der Beurteilung von Kältestress geht es um die Feststellung eines Risikos für eine oder mehrere der genannten Wirkungen. Typischerweise kann Tabelle 2 als erste grobe Einteilung verwendet werden. Generell nimmt Kältestress zu, je geringer die körperliche Aktivität und je weniger Schutz vorhanden ist.

                                              Tabelle 2. Schematische Einteilung der Kaltarbeit

                                              Temperaturen

                                              Art von Arbeit

                                              Art von Kältestress

                                              10 bis 20 ºC

                                              Sitzende, leichte Arbeit, feine Handarbeit

                                              Ganzkörperkühlung, Extremitätenkühlung

                                              0 bis 10 ºC

                                              Sitzende und stationäre, leichte Arbeit

                                              Ganzkörperkühlung, Extremitätenkühlung

                                              –10 bis 0 ºC

                                              Leichte körperliche Arbeit, Umgang mit Werkzeugen und Materialien

                                              Ganzkörperkühlung, Extremitätenkühlung, Kontaktkühlung

                                              –20 bis –10 °C

                                              Mäßige Aktivität, Umgang mit Metallen und Flüssigkeiten (Benzin usw.), windige Bedingungen

                                              Ganzkörperkühlung, Extremitätenkühlung, Kontaktkühlung, Konvektionskühlung

                                              Unter –20 ºC

                                              Alle Arten von Arbeiten

                                              Alle Arten von Kältestress

                                               

                                              Die Angaben in der Tabelle sollten als Signal zum Handeln interpretiert werden. Das heißt, die jeweilige Art der Kältebelastung sollte bewertet und ggf. kontrolliert werden. Bei moderaten Temperaturen überwiegen Probleme mit Beschwerden und Funktionseinbußen durch lokale Abkühlung. Bei niedrigeren Temperaturen ist die drohende Gefahr eines Kälteschadens als Folge der anderen Effekte der entscheidende Faktor. Für viele der Wirkungen existieren noch keine diskreten Zusammenhänge zwischen Stresslevel und Wirkung. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass ein bestimmtes Kälteproblem auch außerhalb des in der Tabelle angegebenen Temperaturbereichs bestehen bleibt.

                                              Bewertungsmethoden

                                              Methoden zur Bewertung der Kältebelastung sind im ISO Technical Report 11079 (ISO TR 11079, 1993) dargestellt. Andere Standards zur Bestimmung der metabolischen Wärmeproduktion (ISO 8996, 1988), zur Schätzung der thermischen Eigenschaften von Kleidung (ISO 9920, 1993) und zu physiologischen Messungen (ISO DIS 9886, 1989c) liefern ergänzende Informationen, die für die Bewertung von Kältestress nützlich sind.

                                              Abbildung 1 skizziert die Beziehungen zwischen Klimafaktoren, erwartetem Kühleffekt und empfohlener Bewertungsmethode. Weitere Einzelheiten zu Methoden und Datenerhebung sind unten angegeben.

                                              Abbildung 1. Bewertung von Kältestress in Bezug auf klimatische Faktoren und Abkühlungseffekte.

                                              HEA110F1

                                              Ganzkörperkühlung

                                              Das Risiko einer Ganzkörperauskühlung wird durch die Analyse der Bedingungen für den Wärmehaushalt des Körpers ermittelt. Mit einer mathematischen Wärmebilanzgleichung wird der für den Wärmehaushalt bei definierter physiologischer Belastung erforderliche Isolationsgrad der Bekleidung berechnet. Der errechnete erforderliche Isolationswert IREQ kann als Kältespannungsindex angesehen werden. Der Wert gibt eine Schutzstufe an (ausgedrückt in Clo). Je höher der Wert, desto größer das Risiko eines Ungleichgewichts der Körperwärme. Die beiden Belastungsstufen entsprechen einer niedrigen Stufe (neutrales oder „Komfort“-Empfinden) und einer hohen Stufe (leicht kaltes bis kaltes Gefühl).

                                              Die Verwendung von IREQ umfasst drei Bewertungsschritte:

                                                • Bestimmung von IREQ für gegebene Expositionsbedingungen
                                                • Vergleich des IREQ mit dem Schutzniveau der Kleidung
                                                • Bestimmung der Expositionszeit, wenn das Schutzniveau einen geringeren Wert als IREQ hat

                                                     

                                                    Abbildung 2 zeigt IREQ-Werte für geringe physiologische Belastung (neutrales Wärmeempfinden). Es werden Werte für verschiedene Aktivitätsniveaus angegeben.

                                                    Abbildung 2. IREQ-Werte, die erforderlich sind, um eine niedrige physiologische Belastung (neutrales thermisches Empfinden) bei unterschiedlichen Temperaturen aufrechtzuerhalten.

                                                    HEA110F2

                                                    Methoden zur Abschätzung der Aktivitätsniveaus sind in ISO 7243 (Tabelle 3) beschrieben.

                                                    Tabelle 3. Klassifikation der Stoffwechselraten

                                                    Klasse

                                                    Stoffwechselratenbereich, M

                                                    Für die Berechnung der mittleren Stoffwechselrate zu verwendender Wert

                                                    Beispiele

                                                     

                                                    Bezüglich
                                                    eine Einheit Hautoberfläche (W/m2)

                                                    Für eine mittlere Hautoberfläche
                                                    von 1.8 m2
                                                    (B)




                                                    (W / m2)




                                                    (B)

                                                     

                                                    0
                                                    Ausruhen

                                                    M≤65

                                                    M≥117

                                                    65

                                                    117

                                                    Ausruhen

                                                    1
                                                    Niedrig
                                                    Stoffwechsel

                                                    65M ≤ 130

                                                    117M ≤ 234

                                                    100

                                                    180

                                                    Bequemes Sitzen: Leichte Handarbeit (Schreiben, Tippen, Zeichnen, Nähen, Buchführung); Hand- und Armarbeit (kleine Tischwerkzeuge, Inspektion, Montage oder Sortierung von Leichtmaterial); Arm- und Beinarbeit (Fahren des Fahrzeugs unter normalen Bedingungen, Betätigen von Fußschaltern oder Pedalen).

                                                    Stehend: Bohrer (Kleinteile); Fräsmaschine (Kleinteile); Spulenwicklung; kleine Ankerwicklung; Bearbeitung mit Werkzeugen mit geringer Leistung; gemütliches Gehen (Geschwindigkeit bis zu 3.5 km/h).

                                                    2
                                                    Konservativ
                                                    Stoffwechsel

                                                    130M ≤ 200

                                                    234M ≤ 360

                                                    165

                                                    297

                                                    Ausdauernde Hand- und Armarbeit (Nägel einschlagen, spachteln); Arm- und Beinarbeit (Geländebetrieb von Lastkraftwagen, Traktoren oder Baumaschinen); Arm- und Rumpfarbeiten (Arbeiten mit Presslufthammer, Traktormontage, Verputzen, zeitweiliges Hantieren mit mittelschwerem Material, Jäten, Hacken, Obst- oder Gemüsepflücken); leichte Karren oder Schubkarren schieben oder ziehen; Gehen mit einer Geschwindigkeit von 3.5 km/h; Schmieden.

                                                    3
                                                    Hoch
                                                    Stoffwechsel

                                                    200M ≤ 260

                                                    360M ≤ 468

                                                    230

                                                    414

                                                    Intensive Arm- und Rumpfarbeit: schweres Material tragen; Schaufeln; Vorschlaghammerarbeiten; Sägen, Hobeln oder Meißeln von Hartholz; Mähen von Hand; Graben; Gehen mit einer Geschwindigkeit von 5.5 km/h bis 7 km/h.

                                                    Schieben oder Ziehen von schwer beladenen Handkarren oder Schubkarren; Absplittern von Gussteilen; Verlegung von Betonsteinen.

                                                    4
                                                    Sehr hohe
                                                    Stoffwechsel

                                                    M> 260

                                                    M> 468

                                                    290

                                                    522

                                                    Sehr intensive Aktivität in schnellem bis maximalem Tempo; mit einer Axt arbeiten; intensives Schaufeln oder Graben; Treppen, Rampen oder Leitern steigen; schnelles Gehen mit kleinen Schritten, Laufen, Gehen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 7 km/h.

                                                    Quelle: ISO 7243 1989a

                                                    Sobald der IREQ für gegebene Bedingungen bestimmt ist, wird der Wert mit dem Schutzniveau der Kleidung verglichen. Der Schutzgrad eines Bekleidungsensembles wird durch seinen resultierenden Isolationswert („clo-Wert“) bestimmt. Diese Eigenschaft wird gemäß dem Entwurf der europäischen Norm prEN-342 (1992) gemessen. Sie kann auch aus tabellarischen Grunddämmwerten (ISO 9920) abgeleitet werden.

                                                    Tabelle 4. enthält Beispiele für grundlegende Isolationswerte für typische Ensembles. Die Werte müssen um die vermutete Reduktion durch Körperbewegung und Belüftung korrigiert werden. Typischerweise wird keine Korrektur für das Ruheniveau vorgenommen. Die Werte werden bei leichter Arbeit um 10 % und bei höherer Aktivität um 20 % reduziert.

                                                    Tabelle 4. Beispiele für grundlegende Isolationswerte (Icl) von Kleidung*

                                                    Kleidungs-Ensemble

                                                    Icl (m2 °C/W)

                                                    Icl (clo)

                                                    Slip, Kurzarmhemd, eng anliegende Hose, Wadenstrümpfe, Schuhe

                                                    0.08

                                                    0.5

                                                    Unterhose, Hemd, tailliert, Hose, Socken, Schuhe

                                                    0.10

                                                    0.6

                                                    Unterhose, Overall, Socken, Schuhe

                                                    0.11

                                                    0.7

                                                    Unterhose, Hemd, Overall, Socken, Schuhe

                                                    0.13

                                                    0.8

                                                    Unterhose, Hemd, Hose, Kittel, Socken, Schuhe

                                                    0.14

                                                    0.9

                                                    Slip, Unterhemd, Unterhose, Hemd, Overall, Wadenstrümpfe, Schuhe

                                                    0.16

                                                    1.0

                                                    Unterhose, Unterhemd, Hemd, Hose, Jacke, Weste, Socken, Schuhe

                                                    0.17

                                                    1.1

                                                    Unterhose, Hemd, Hose, Jacke, Overall, Socken, Schuhe

                                                    0.19

                                                    1.3

                                                    Unterhemd, Unterhose, Isolierhose, Isolierjacke, Socken, Schuhe

                                                    0.22

                                                    1.4

                                                    Slips, T-Shirt, Hemd, eng anliegende Hosen, isolierte Overalls, wadenlange Socken, Schuhe

                                                    0.23

                                                    1.5

                                                    Unterhosen, Unterhemden, Hemden, Hosen, Jacken, Überjacken, Mützen, Handschuhe, Socken, Schuhe

                                                    0.25

                                                    1.6

                                                    Unterhosen, Unterhemden, Hemden, Hosen, Jacken, Überjacken, Überhosen, Socken, Schuhe

                                                    0.29

                                                    1.9

                                                    Unterhosen, Unterhemden, Hemden, Hosen, Jacken, Überjacken, Überhosen, Socken, Schuhe, Mützen, Handschuhe

                                                    0.31

                                                    2.0

                                                    Unterhemd, Unterhose, Thermohose, Thermojacke, Überhose, Überjacke, Socken, Schuhe

                                                    0.34

                                                    2.2

                                                    Unterhemd, Unterhose, Thermohose, Thermojacke, Überhose, Socken, Schuhe, Mütze, Handschuhe

                                                    0.40

                                                    2.6

                                                    Unterhemd, Unterhose, isolierte Hose, isolierte Jacke, Überhose und Parka mit Futter, Socken, Schuhe, Mütze, Fäustlinge

                                                    0.40-0.52

                                                    2.6-3.4

                                                    Arktische Bekleidungssysteme

                                                    0.46-0.70

                                                    3-4.5

                                                    Schlafsäcke

                                                    0.46-1.1

                                                    3-8

                                                    *Die nominelle Schutzstufe gilt nur für statische, windstille Bedingungen (Ruhe). Bei erhöhtem Aktivitätsniveau müssen die Werte reduziert werden.

                                                    Quelle: Geändert von ISO/TR-11079 1993.

                                                    Das Schutzniveau der besten verfügbaren Bekleidungssysteme entspricht 3 bis 4 Clos. Wenn das verfügbare Kleidungssystem keine ausreichende Isolierung bietet, wird eine Frist für die tatsächlichen Bedingungen berechnet. Diese Frist hängt von der Differenz zwischen der erforderlichen und der verfügbaren Kleidungsisolierung ab. Da ein vollständiger Schutz vor Auskühlung nicht mehr gegeben ist, wird die Frist anhand einer zu erwartenden Reduzierung des Körperwärmegehalts berechnet. Ebenso kann eine Erholungszeit berechnet werden, um die gleiche Wärmemenge wiederherzustellen.

                                                    Abbildung 3 zeigt Beispiele für Zeitlimits für leichte und mittelschwere Arbeiten mit zwei Isolationsstufen der Kleidung. Zeitgrenzen für andere Kombinationen können durch Interpolation geschätzt werden. Abbildung 4 kann als Richtlinie zur Beurteilung der Expositionszeit verwendet werden, wenn die beste Kälteschutzkleidung verfügbar ist.

                                                    Abbildung 3. Zeitgrenzen für leichte und mittelschwere Arbeiten mit Kleidung mit zwei Isolationsstufen.

                                                    HEA110F3

                                                    Abbildung 4. Zeitgewichtete IREQ-Werte für intermittierende und kontinuierliche Kälteeinwirkung.

                                                    HEA110F4

                                                    Intermittierende Expositionen umfassen typischerweise Arbeitsperioden, die durch Aufwärmpausen oder durch Arbeitsperioden in einer wärmeren Umgebung unterbrochen werden. Unter den meisten Bedingungen findet wenig oder kein Ersatz von Kleidung statt (meistens aus praktischen Gründen). IREQ kann dann für die kombinierte Risikoposition als zeitlich gewichteter Durchschnitt bestimmt werden. Der Mittelungszeitraum darf nicht länger als ein bis zwei Stunden sein. Zeitgewichtete IREQ-Werte für einige Arten intermittierender Exposition sind in Abbildung 4 angegeben.

                                                    IREQ-Werte und Fristen sollten eher indikativ als normativ sein. Sie beziehen sich auf die durchschnittliche Person. Die individuelle Variation in Bezug auf Eigenschaften, Ansprüche und Vorlieben ist groß. Viele dieser Schwankungen müssen durch die Auswahl von Bekleidungsensembles mit großer Flexibilität in Bezug auf beispielsweise die Anpassung des Schutzniveaus gehandhabt werden.

                                                     

                                                    Extremitätenkühlung

                                                    Die Extremitäten – insbesondere Finger und Zehen – sind anfällig für Auskühlung. Wenn keine ausreichende Wärmezufuhr durch warmes Blut aufrechterhalten werden kann, fällt die Gewebetemperatur fortschreitend. Die Durchblutung der Extremitäten wird durch energetische (für die Muskelaktivität erforderliche) sowie thermoregulatorische Bedürfnisse bestimmt. Wenn das Wärmegleichgewicht des ganzen Körpers in Frage gestellt wird, hilft die periphere Vasokonstriktion, die Kernwärmeverluste auf Kosten des peripheren Gewebes zu reduzieren. Bei hoher Aktivität steht mehr Wärme zur Verfügung und die Durchblutung der Extremitäten kann leichter aufrechterhalten werden.

                                                    Der Schutz, den Handbekleidung und Schuhe hinsichtlich der Reduzierung von Wärmeverlusten bieten, ist begrenzt. Bei geringer Wärmeeinbringung in die Extremität (z. B. bei Ruhe oder geringer Aktivität) ist die Isolierung, die erforderlich ist, um Hände und Füße warm zu halten, sehr groß (van Dilla, Day und Siple 1949). Der von Handschuhen und Fäustlingen gebotene Schutz sorgt nur für eine Verzögerung der Abkühlgeschwindigkeit und dementsprechend für längere Zeiten bis zum Erreichen einer kritischen Temperatur. Bei höheren Aktivitätsniveaus ermöglicht ein verbesserter Schutz warme Hände und Füße bei niedrigeren Umgebungstemperaturen.

                                                    Für die Beurteilung der Extremitätenkühlung steht keine Standardmethode zur Verfügung. ISO TR 11079 empfiehlt jedoch 24 °C und 15 °C als kritische Handtemperaturen für niedrige bzw. hohe Belastungen. Die Fingerspitzentemperatur kann leicht 5 bis 10 °C niedriger sein als die durchschnittliche Handhauttemperatur oder einfach die Temperatur des Handrückens.

                                                    Die Informationen in Abbildung 5 sind hilfreich, um akzeptable Expositionszeiten und den erforderlichen Schutz zu bestimmen. Die beiden Kurven beziehen sich auf Zustände mit und ohne Vasokonstriktion (hohes und niedriges Aktivitätsniveau). Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Finger isoliert sind (zwei Clos) und angemessene Kleidung getragen wird.

                                                    Abbildung 5. Fingerschutz.

                                                    HEA110F5

                                                    Ein ähnlicher Kurvensatz sollte für die Zehen gelten. Zum Schutz der Füße kann jedoch mehr Clo verfügbar sein, was zu längeren Expositionszeiten führt. Dennoch folgt aus den Abbildungen 3 und 5, dass die Extremitätenkühlung höchstwahrscheinlich kritischer für die Expositionszeit ist als die Ganzkörperkühlung.

                                                     

                                                     

                                                     

                                                     

                                                     

                                                     

                                                    Der durch Handschuhe gebotene Schutz wird anhand von Methoden bewertet, die in der europäischen Norm EN-511 (1993) beschrieben sind. Die Wärmedämmung der gesamten Handbekleidung wird mit einem elektrisch beheizten Handmodell gemessen. Eine Windgeschwindigkeit von 4 m/s wird verwendet, um realistische Verschleißbedingungen zu simulieren. Die Leistung wird in vier Klassen erbracht (Tabelle 5).

                                                    Tabelle 5. Klassifizierung des thermischen Widerstands (I) zur Konvektionskühlung von Handschuhen

                                                    Klasse

                                                    I (m2 °C/W)

                                                    1

                                                    0.10 ≤ I 0.15

                                                    2

                                                    0.15 ≤ I 0.22

                                                    3

                                                    0.22 ≤ I 0.30

                                                    4

                                                    I ≤ 0.30

                                                    Quelle: Basierend auf EN 511 (1993).

                                                    Wenden Sie sich an Kalt

                                                    Der Kontakt zwischen bloßer Hand und kalten Oberflächen kann die Hauttemperatur schnell senken und zu Erfrierungsverletzungen führen. Bei Oberflächentemperaturen von bis zu 15 °C können Probleme auftreten. Insbesondere Metalloberflächen bieten hervorragende Leitfähigkeitseigenschaften und können Hautkontaktbereiche schnell kühlen.

                                                    Zur allgemeinen Bewertung der Kontaktkühlung existiert derzeit kein Standardverfahren. Folgende Empfehlungen können gegeben werden (ACGIH 1990; Chen, Nilsson und Holmér 1994; Enander 1987):

                                                      • Längerer Kontakt mit Metalloberflächen unter 15 °C kann die Fingerfertigkeit beeinträchtigen.
                                                      • Längerer Kontakt mit Metalloberflächen unter 7 °C kann zu Taubheitsgefühlen führen.
                                                      • Längerer Kontakt mit Metalloberflächen unter 0 °C kann Erfrierungen oder Erfrierungen hervorrufen.
                                                      • Kurzzeitiger Kontakt mit Metalloberflächen unter –7 °C kann Erfrierungen oder Erfrierungen hervorrufen.
                                                      • Jeglicher Kontakt mit Flüssigkeiten bei Minustemperaturen muss vermieden werden.

                                                               

                                                              Andere Materialien stellen eine ähnliche Abfolge von Gefahren dar, aber die Temperaturen sind bei weniger leitfähigem Material (Kunststoff, Holz, Schaum) niedriger.

                                                              Der Schutz vor Kontaktkühlung durch Handschuhe kann anhand der europäischen Norm EN 511 bestimmt werden. Es werden vier Leistungsklassen angegeben (Tabelle 6).

                                                              Tabelle 6. Klassifizierung des thermischen Kontaktwiderstands von Handschuhen (I)

                                                              Klasse

                                                              I (m2 °C/W)

                                                              1

                                                              0.025 ≤ I 0.05

                                                              2

                                                              0.05 ≤ I 0.10

                                                              3

                                                              0.10 ≤ I 0.15

                                                              4

                                                              I ≤ 0.15

                                                              Quelle: Basierend auf EN 511 (1993).

                                                              Konvektive Hautkühlung

                                                              Der Windchill-Index (WCI) stellt eine einfache, empirische Methode zur Bewertung der Auskühlung ungeschützter Haut (Gesicht) dar (ISO TR 11079). Das Verfahren prognostiziert den Wärmeverlust des Gewebes auf der Grundlage von Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit.

                                                              Antworten, die mit unterschiedlichen WCI-Werten verbunden sind, sind in Tabelle 7 angegeben.

                                                              Tabelle 7. Windchill-Index (WCI), äquivalente Kühltemperatur (Teq ) und Einfrierzeit von exponiertem Fleisch

                                                              WCI (W/m2)

                                                              Teq (°C)

                                                              Bewirken

                                                              1,200

                                                              -14

                                                              Sehr kalt

                                                              1,400

                                                              -22

                                                              Bitterkalt

                                                              1,600

                                                              -30

                                                              Freiliegendes Fleisch gefriert

                                                              1,800

                                                              -38

                                                              innerhalb von 1 Stunden

                                                              2,000

                                                              -45

                                                              Freiliegendes Fleisch gefriert

                                                              2,200

                                                              -53

                                                              innerhalb von 1 Minute

                                                              2,400

                                                              -61

                                                              Freiliegendes Fleisch gefriert

                                                              2,600

                                                              -69

                                                              innerhalb von 30 Sekunden

                                                               

                                                              Eine häufig verwendete Interpretation von WCI ist die äquivalente Kühltemperatur. Diese Temperatur bei Windstille (1.8 m/s) stellt den gleichen WCI-Wert dar wie die tatsächliche Kombination aus Temperatur und Wind. Tabelle 8 enthält äquivalente Kühltemperaturen für Kombinationen aus Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit. Die Tabelle gilt für aktive, gut gekleidete Personen. Ein Risiko besteht, wenn die entsprechende Temperatur unter –30 °C fällt, und die Haut kann innerhalb von 1 bis 2 Minuten unter –60 °C erfrieren.

                                                              Tabelle 8. Kühlkraft des Windes auf exponiertes Fleisch, ausgedrückt als äquivalente Kühltemperatur unter nahezu ruhigen Bedingungen (Windgeschwindigkeit 1.8 m/s)

                                                              Windgeschwindigkeit (m / s)

                                                              Tatsächlicher Thermometerwert (ºC)

                                                               

                                                              0

                                                              -5

                                                              -10

                                                              -15

                                                              -20

                                                              -25

                                                              -30

                                                              -35

                                                              -40

                                                              -45

                                                              -50

                                                               

                                                              Äquivalente Kühltemperatur (ºC)

                                                              1.8

                                                              0

                                                              -5

                                                              -10

                                                              -15

                                                              -20

                                                              -25

                                                              -30

                                                              -35

                                                              -40

                                                              -45

                                                              -50

                                                              2

                                                              -1

                                                              -6

                                                              -11

                                                              -16

                                                              -21

                                                              -27

                                                              -32

                                                              -37

                                                              -42

                                                              -47

                                                              -52

                                                              3

                                                              -4

                                                              -10

                                                              -15

                                                              -21

                                                              -27

                                                              -32

                                                              -38

                                                              -44

                                                              -49

                                                              -55

                                                              -60

                                                              5

                                                              -9

                                                              -15

                                                              -21

                                                              -28

                                                              -34

                                                              -40

                                                              -47

                                                              -53

                                                              -59

                                                              -66

                                                              -72

                                                              8

                                                              -13

                                                              -20

                                                              -27

                                                              -34

                                                              -41

                                                              -48

                                                              -55

                                                              -62

                                                              -69

                                                              -76

                                                              -83

                                                              11

                                                              -16

                                                              -23

                                                              -31

                                                              -38

                                                              -46

                                                              -53

                                                              -60

                                                              -68

                                                              -75

                                                              -83

                                                              -90

                                                              15

                                                              -18

                                                              -26

                                                              -34

                                                              -42

                                                              -49

                                                              -57

                                                              -65

                                                              -73

                                                              -80

                                                              -88

                                                              -96

                                                              20

                                                              -20

                                                              -28

                                                              -36

                                                              -44

                                                              -52

                                                              -60

                                                              -68

                                                              -76

                                                              -84

                                                              -92

                                                              -100

                                                              Unterstrichene Werte stellen ein Risiko für Erfrierungen oder Erfrierungen dar.

                                                              Kühlung der Atemwege

                                                              Das Einatmen kalter, trockener Luft kann bei empfindlichen Personen bei +10 bis 15 °C zu Problemen führen. Gesunde Personen, die leichte bis mittelschwere Arbeiten verrichten, benötigen bis –30 °C keinen besonderen Schutz der Atemwege. Sehr schwere Arbeiten bei längerer Exposition (z. B. sportliche Ausdauerveranstaltungen) sollten nicht bei Temperaturen unter –20 °C durchgeführt werden.

                                                              Ähnliche Empfehlungen gelten für die Kühlung des Auges. In der Praxis erfordern die mit der Augenkühlung verbundenen großen Beschwerden und Sehbehinderungen normalerweise die Verwendung einer Schutzbrille oder eines anderen Schutzes, lange bevor die Exposition gefährlich wird.

                                                              Messungen

                                                              Je nach Art des zu erwartenden Risikos sind unterschiedliche Messreihen erforderlich (Abbildung 6). Verfahren zur Datenerfassung und Genauigkeit der Messungen hängen vom Zweck der Messungen ab. Über den zeitlichen Verlauf der klimatischen Parameter sowie über Aktivitätsgrad und/oder Bekleidung sind entsprechende Informationen einzuholen. Es sollten einfache Zeitgewichtungsverfahren angewendet werden (ISO 7726).

                                                              Abbildung 6. Das Verhältnis des erwarteten Kältestressrisikos zu den erforderlichen Messverfahren.

                                                              HEA110F6

                                                              Präventive Maßnahmen zur Linderung von Kältestress

                                                              Aktionen und Maßnahmen zur Kontrolle und Reduzierung von Kältestress implizieren eine Reihe von Überlegungen während der Planungs- und Vorbereitungsphase von Arbeitsschichten sowie während der Arbeit, die an anderer Stelle in diesem und diesem Kapitel behandelt werden Enzyklopädie.

                                                               

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                                                              HAFTUNGSAUSSCHLUSS: Die ILO übernimmt keine Verantwortung für auf diesem Webportal präsentierte Inhalte, die in einer anderen Sprache als Englisch präsentiert werden, der Sprache, die für die Erstproduktion und Peer-Review von Originalinhalten verwendet wird. Bestimmte Statistiken wurden seitdem nicht aktualisiert die Produktion der 4. Auflage der Encyclopaedia (1998)."

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