Table Of ContentARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR FORSCHUNG
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
NATUR-. INGENIEUR- UND GE SELLSCHAFTSWI S SEN SCHAFTEN
135. SITZUNG
AM 3. JUNI 1964
IN DüSSELDORF
ARBEITSGEMEINSCHAFT FÜR FORSCHUNG
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
NATUR-, INGENIEUR- UND GESELLSCHAFTSWISSENSCHAFTEN
HEFT 144
GUNTHERLEHMANN
Die Arbeitsfähigkeit des Menschen
im tropischen Klima
HELMUT J. JUSATZ
Die Bedeutung der Seuchenlage
für die Entwicklung der Tropenländer
HERAUSGEGEBEN
IM AUFTRAGE DES MINISTERPRASIDENTEN Dr. FRANZ MEYERS
VON STAATS SEKRETAR PROFESSOR Dr.h.c., Dr. E. h. LEO BRANDT
GUNTHER LEHMANN
Die Arbeitsfähigkeit des Menschen
im tropischen Klima
HELMUT J.JUSATZ
Die Bedeutung der Seuchenlage
für die Entwicklung der Tropenländer
WESTDEUTSCHER VERLAG· KÖLN UND OPLADEN
ISBN 978-3-322-98078-6 ISBN 978-3-322-98717-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-98717-4
© 1965 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladcn
Gesamtherstellung : Westdeutscher Verlag •
Reprint of the original edition 1965
INHALT
Gunther Lehmann, Dortmund
Die Arbeitsfähigkeit des Menschen im tropischen Klima
1. Das Wärmegleichgewicht im arbeitenden Muskel ........... 7
H. Das Wärmegleichgewicht im ganzen Körper bei Arbeit und
Wärmebelastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
IH. Die Anpassung des Körpers an schwere Muskelarbeit und das
Ertragen eines warmen Klimas ......................... 16
IV. Die Bedeutung dieser Gegebenheiten für das Leben in den
Tropen................................................ 27
Diskussionsbeiträge
Professor Dr. med. Walter Kikuth; Professor Dr. med. Gunther Leh
mann; Professor Dr.-Ing. Friedrich Seewald; Staatssekretär Professor
Dr. h. c., Dr.-Ing. E. h. Leo Brandt; Professor Dr. med. Werner Forß
mann; Professor Dr. phil., Dr. phil. h. c. Bernhard Rensch; Professor
Dr. phil. Theodor Kraus; Professor Dr. phil. Lothar Szidat; Professor
Dr. rer. nato Günther Otto Schenck; Professor Dr. med. Otto Fischer 37
Helmut J. Jusatz, Heidelberg
Die Bedeutung der Seuchenlage für die Entwicklung der
Tropenländer
Einleitung ................................................. 49
I. Die Seuchenlage in den Tropenländern als Ausgangspunkt für
eine Verschleppung von Seuchen auf den Wegen des Verkehrs 50
H. Die Tropenländer als Seuchenreservoir .................... 60
IH. Veränderungen der Seuchenlage und neue Gefahren . . . . . . . .. 62
IV. Die Bedeutung der Malaria .............................. 66
6 Inhalt
V. Zunahme der kosmopolitischen Seuchen in den Tropenländern 71
VI. Notwendigkeit und Möglichkeit einer Verbesserung der
Seuchenlage ........................................... 72
VII. Bedeutung und Aufbau eines Gesundheitsdienstes für die
Seuchenbekämpfung in den Entwicklungsländern . . . . . . . . . .. 77
Schluß ..................................................... 82
Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86
Diskussionsbeiträge
Professor Dr. med. Walter Kikuth; Professor Dr. med. Otto Fischer;
J.
Professor Dr. med. Helmut fusatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 93
Die Arbeitsfähigkeit des Menschen
im tropischen Klima
Von Gunther Lehmann, Dortmund
I.
Das Wärmegleichgewicht im arbeitenden Muskel
Zur Beurteilung der Wärmebilanz im Muskel betrachten wir zunächst
vergleichsweise die Verhältnisse bei Körperruhe und bei Arbeit verschiede
ner Schweregrade (Abb. 1). Eine Arbeit von 5 kcaljmin kann ein durch
schnittlicher Mann, wenn er trainiert ist, am Tage 8 Stunden lang ohne
Schwierigkeit ausführen. Sie fällt ihm allerdings schon recht schwer, wenn
er völlig untrainiert ist.
In der nächsten Stufe ist die Arbeit doppelt so schwer, nämlich 10 kcaljmin.
Diese Belastung kann ein untrainierter Mann kaum länger als 5 Minuten
durchhalten, ein gut trainierter dagegen etwa 3 Stunden.
Schließlich zeigt die letzte Stufe das Maximum dessen, was überhaupt
noch möglich ist. Wir nehmen an, daß es bei 30 kcaljmin liegt. Eine solche
Arbeitsbelastung ist einem untrainierten Menschen nicht mehr möglich,
einem hochtrainierten Mann aber noch etwa 3 Minuten lang. Derartige
Leistungen finden sich natürlich nicht bei Arbeitern. Sie sind bei Tänzern
gemessen worden, die sogenannte Nationaltänze aufführten, wie sie in man
chen Opern vorkommen. Daß derartige Intermezzi nicht länger als 3 Minu
ten, bei leichteren Tänzen 4 oder 5 Minuten sein dürfen, scheint den Opern
komponisten von jeher gut bekannt gewesen zu sein.
Die Annahme, daß sich die Belastung bei all diesen Leistungen gleich
mäßig auf die gesamte Muskulatur verteilt, ist natürlich nicht ganz zu
treffend, und es ist mit Sicherheit anzunehmen, daß bei allen drei Arbeits
stufen gewisse Muskeln über den jeweils zu errechnenden Durchschnitt
belastet sind.
Auch bei Körperruhe haben die Muskeln naturgemäß einen gewissen
Umsatz, der sich in Grammkalorien je Minute und je cm3 Muskelmasse
leicht ausrechnen läßt, wenn man den minütlichen Grundumsatz von etwa
1,2 kcal durch das Körpergewicht von 60 kp teilt und davon den tausend
sten Teil nimmt. So erhält man 0,02 Grammkalorien je cm3 Muskelmasse.
8 Gunther Lehrnann
Ruhe 5 kcal/min 10 kcal/min 30 kcal/min
untrainiert - 8 Stunden kaum 5 Min. möglich nicht
möglich möglich
00
Q hochtrainiert - 8 Stunden gut 3 Stunden 3 Min.
::l
möglich möglich möglich
~
"8..... cal/ccm/min 0,02 0,15 0,3 1,0
~
Temperaturzunahme
ohne Abfluß 0 C 0,02 0,15 0,3 1,0
~ 1:: bei 10 Differenz
88.- erforderlich:
:.(.'.d. 't":: ccm Blut/ 0,02 0,15 0,3 1,0
~~ ccm Muskel/min
02 ccm/ccm/min 0,004 0,03 0,06 0,20
Blut max.O,6 1,2 4,0
= ccm/ccm/min 0,08 (untrainiert)
min.O,3 0,6 2,0
(trainiert)
Abb. 1: Wärmebildung des Muskels
Für die Berechnung der Arbeitsleistung geht man am einfachsten von dem
höchsten Wert aus. 30 kcal werden von etwa 30 kg Muskelmasse auf
gebracht, je kg Muskel also eine Kilokalorie pro Minute, je cm3 eine
Grammkalorie je Minute. Daraus abgeleitet ergeben sich die Werte für die
beiden leichteren Arbeitsstufen.
Nehmen wir zunächst einmal an, daß die Wärme überhaupt nicht abfließt,
so können wir aus diesen Zahlen die eintretende Temperatursteigerung im
Muskel berechnen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Energie nicht zu
100% in Wärme umgesetzt wird, sondern nur zu etwa 80%; der Rest ent
fällt auf die nach außen abgegebene mechanische Energie. Weiter ist aber
auch zu berücksichtigen, daß die spezifische Wärme der Gewebe nicht wie
bei Wasser 1 beträgt, sondern etwa 0,8. Wir können also ohne wesentlichen
Fehler die Zahlen, die wir eben für Grammkalorien je Minute und cm3
Muskel errechnet haben, als Grad Celsius Temperatursteigerung pro Minute
einsetzen.
Direkte Messungen dieser Temperatursteigerung sind nicht ganz einfach
durchzuführen. Man kann zwar leicht eine Thermonadel, also ein Thermo
element, in den ruhenden Muskel einstechen, läßt man ihn nun aber maximal
Die Arbeitsfähigkeit des Menschen im tropischen Klima 9
arbeiten, so kommt es zu sehr schmerzhaften Zerreißungen innerhalb des
Muskels. Ein japanischer Mitarbeiter, der vor einigen Jahren in meinem
Institut tätig war, Herr Nukada, nahm es auf sich, derartige recht unan
genehme Selbstversuche zu machen. Er konnte bei maximaler Kontraktion
in seinen Muskeln sogar Temperatursteigerungen beobachten, die über 1
0
pro Minute noch hinausgingen.
Nun zur Frage des Wärmeabtransports aus dem Muskel. Die Wärme
leitfähigkeit der tierischen Gewebe ist außerordentlich gering. Wie die
Isolationswirkung unserer Kleidungsstoffe darauf beruht, daß diese ein
großes, aber vielfach unterteiltes Luftvolumen enthalten, so beruht die
schlechte Wärmeleitung der tierischen Gewebe darauf, daß die flüssige, aber
schlecht wärmeleitende Phase durch zahlreiche Membranen und andere
morphologische Gebilde unterteilt ist. Praktisch spielt die Wärmeleitung
für den Abtransport der Wärme aus dem Muskel überhaupt keine Rolle;
dieser erfolgt allein durch die Wätmeabgabe an das strömende Blut. Das
Blut dient also nicht nur für Sauerstoff, CO2, Nährstoffe, Hormone usw.
als Transportmittel, sondern auch für Wärme. Das Blut fließt im Muskel in
den sehr zahlreichen Blutkapillaren, die aber nur einen Durchmesser von
etwa 7/1000 mm haben, ungefähr 1 mm lang sind und in etwa einer Sekunde
durchflossen werden. Diese Zeit genügt angesichts des geringen Blut
volumens in einer Kapillare völlig, um das Blut, das mit der Durchschnitts
körpertemperatur in den Muskel hereinfließt, auf die Temperatur des
Muskelinnern zu erwärmen. Das Blut ist demnach in der Lage, eine seinem
Minutenvolumen und der Temperaturdifferenz entsprechende Wärmemenge
abzutransportieren. Beträgt diese Differenz z. B. 10, so ist 1 cm3 Blut er
forderlich, um 1 Grammkalorie Wärme aus 1 cm3 abzutransportieren.
Es ist bekannt, daß die Durchblutungsgröße eines tätigen Organs durch
einen Regelkreis gesteuert wird, dessen Rezeptoren auf die beim Eintreten
von Sauerstoffmangel erfolgende Erhöhung der Wasserstoffionenkonzentra
tion reagieren. Es ist möglich, daß der Sauerstoffmangel auch direkt über
einen entsprechenden Rezeptor auf diesen Regelkreis einwirkt.
Man braucht die Zahlen, die wir oben für die im Muskel frei werdende
Wärmemenge gefunden haben, nur durch 5 zu dividieren und erhält die
cm3 Sauerstoff, die pro Minute jeweils verbraucht werden. Die Rechnung
basiert darauf, daß bei den im Muskel stattfindenden Stoffwechselumsetzun
gen bei einem mittleren respiratorischen Quotienten je Liter Sauerstoff
4,85 kcal, also rund 5 kcal, frei werden. Wir müssen also nur noch wissen,
wieviel Blut erforderlich ist, um 1 cm3 Sauerstoff zu transportieren.
10 Gunther Lehmann
Zu beachten ist, daß der gut Trainierte für den Transport der gleichen
Sauerstoffm enge weniger Blut braucht als der nicht Trainierte, weil er den
Blutsauerstoff besser ausnutzt. Entsprechend der durchschnittlichen Sauer
stoffausnutzung im Körper hätte man die Sauerstoffzahlen mit 20 zu multi
plizieren, um auf die erforderlichen Blutmengen zu kommen. Für hoch
trainierte Menschen dürfte höchstens aber ein Faktor von 10 in Frage
kommen.
Die Ergebnisse der Multiplikation mit beiden Faktoren sind in der Tabelle
(Abb. 1, unten) eingetragen. Die Zahlen bedeuten cm3 Blut pro cm3 Muskel
und Minute. Hierzu ist zu sagen, daß Werte von 4, aber auch schon von 2
unglaubhaft sind. Wenn man sich - ausgehend von dem Minutenvolumen
des Gesamtkreislaufes - überlegt, wieviel bei gleichmäßig starker Durch
blutung vieler Muskeln auf den einzelnen cm3 Muskel entfallen kann, so
muß man zu der Auffassung kommen, daß 1 cm3 Blut je cm3 Muskel und
Minute schon das Äußerste darstellt, was möglich ist.
Diese Feststellung steht nicht in Widerspruch zu unseren Zahlen, sondern
besagt nur, daß eine derartige Belastung, wie sie unser Höchstwert zeigt,
der einem Kalorienverbrauch von 30 kcaljmin entspricht, eben nicht lange
durchgehalten werden kann. Bei einer so schweren Arbeit wird ein erheb
licher Teil der Arbeit zunächst anaerob geleistet. Die Sauerstoffa ufnahme
hinkt also erheblich nach und erfolgt weitgehend nach der Arbeitsleistung.
Der höchste Wert, den wir hier betrachten können, ist also etwa der, der
von einer Arbeit von 10 kcaljmin ausgeht, die aber ein nicht trainierter
Mensch auch nur wenige Minuten ausführen kann. Das stimmt gut mit den
Zahlen überein, die zeigen, daß nur bei sehr hoher Sauerstoffa usnützung,
wie sie für hochtrainierte Menschen charakteristisch ist, die notwendige
Sauerstoffzufuhr mit einer Durchblutungsmenge von weniger als 1 cm3 Blut
je cm3 Muskel und Minute durchgeführt werden kann. Eine Durchblutung
von 1 cm3 je cm3 Muskel und Minute bedeutet in bezug auf den Ab
transport der Wärme, daß bei einer Wärmebildung von 1 caljmin dieser
Betrag in derselben Zeit abtransportiert werden kann, wenn zwischen dem
in den Muskel einströmenden Blut und dem Muskelinnern eine Temperatur
differenz von 1° C besteht.
Die Rechnung ergibt, daß beim Untrainierten die Blutmenge viermal so
groß ist, wie erforderlich ist, um eine Differenz von 1° zwischen dem ein
und ausströmenden Blut aufrechtzuerhalten. Es wird sich also in Wirklich
keit nicht eine Temperaturdifferenz von 1° einstellen, sondern nur von
0,25°. Beim Trainierten dagegen, bei dem die erforderliche Blutmenge halb
