Über die Beziehungen zwischen Körperkerntemperatur und Pulsfrequenz des Menschen bei körperlicher Arbeit unter warmen Klimabedingungen

Summary

A young healthy man, nearly nude and adapted to heavy work in heat, performed different physical work on a treadmill in 105 working experiments, each work session lasting 2 to 51/2 h in the morning after rest in bed in normal room temperature. For each work experiment work level (metabolic rate about 170 to 450 kcal/h), room temperature (18 to 50 °C, air temperature ≈ wall temperature) and relative humidity (11 to 97%) were combined in different ways, air speed always being 0.3 m/s. Before and during work rectal temperature, ear temperature in the external acoustic duct, and heart rate were measured.

Rectal temperature was higher than ear temperature during rest before work as well as at the end of each session. The heavier the performed work, the greater was the difference between both the final temperatures. It did not depend upon the combination of surrounding temperature and air humidity during work. Under warm climatic conditions ear temperature regularly increased at the beginning of work faster than rectal temperature and exceeded the latter by some 1/10 °C for some time under the heaviest climatic conditions which were combined with light work only.

The heart rate reached at given work level under different climatic conditions at different times was usually the higher, the higher the rectal temperature was and the faster the rectal temperature increased at the same time. At given behaviour of rectal temperature during work at different levels, the heart rate was the higher, the heavier the work was. The relationship between heart rate and ear temperature was qualitatively similar, but quantitatively different. It is supposed that the relationships between heart rate and rectal resp. ear temperature reflect a relationship between heart rate and the temperature of the working muscles. Such a relationship may be independent of work activity and the physical environment at least under steady state conditions. It seems possible that the temperature of working muscles has some importance for the adjustment of heart rate.

According to the combination of work level, room temperature, and air humidity either heart rate, rectal temperature, and ear temperature together reached steady levels during the experiments or they did not. The highest values of heart rate and rectal temperature which just remained constant with time depended upon work level, but not upon the combination of surrounding temperature and air humidity during work. These limiting values were 98 beats/min and 37.7 °C for light work (metabolic rate about 170 kcal/h), 113 beats/min and 38.0 °C for heavy work (320 kcal/h). The respective limiting values of ear temperature were similar for all the investigated work levels in the range 37.4 ° to 37.5 °C.

The different relationships between metabolic rate and body temperatures found under normal and warm climatic conditions led to the assumption that at physical work above the endurance limit under normal climatic conditions body temperatures do not reach steady states, so that heat accumulation plays a part in the limitation of physical endurance efficiency.

Zusammenfassung

Ein junger, gesunder Mann, der weitgehend unbekleidet und an schwere Hitzearbeit gewöhnt war, leistete bei 105 Arbeitsversuchen, jeweils nach einer morgendlichen Bettruhe in normaler Raumtemperatur, auf einer Tretbahn verschieden schwere Geharbeit von 2–51/2 Std Dauer. Von Versuch zu Versuch waren Arbeitsschwere (Stoffwechselgröße etwa 170–450 kcal/Std), Baumtemperatur (18–50 °C bei Lufttemperatur ≈ Wandtemperatur) und relative Luftfeuchtigkeit (11–97%) bei stets gleicher Windgeschwindigkeit von 0,3 m/s verschieden miteinander kombiniert. Vor und während der Arbeit wurden die Rectaltemperatur, die Temperatur im äußeren Gehörgang und die Pulsfrequenz gemessen.

Die Rectaltemperatur lag sowohl bei Bettruhe vor der Arbeit als auch am Ende der Arbeiten höher als die Ohrtemperatur. Die Differenz beider Temperaturen war bei Versuchsende um so größer, je schwerer die verrichtete Arbeit war. Sie hing nicht von der Art der Kombination von Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit, bei der gearbeitet wurde, ab. Unter warmen Klimabedingungen stieg die Ohrtemperatur zu Beginn der Arbeit regelmäßig schneller an als die Rectaltemperatur und überschritt diese unter den schwersten Klimabedingungen, die nur bei leichten Arbeiten vorkamen, zeitweise um mehrere 1/10 °C.

Die Pulsfrequenz, die bei Verrichtung gleicher Arbeit unter verschiedenen Klimabedingungen zu verschiedenen Zeiten vorlag, war im allgemeinen um so höher, je höher gleichzeitig die Rectaltemperatur lag und je schneller die Rectaltemperatur gleichzeitig anstieg. Bei gleichem Verhalten der Rectaltemperatur während verschieden schwerer Arbeit lag die Pulsfrequenz um so höher, je schwerer die Arbeit war. Eine qualitativ gleiche, quantitativ verschiedene Beziehung bestand zwischen der Pulsfrequenz und dem Verhalten der Ohrtemperatur. Es wird angenommen, daß sich in den Beziehungen, die die Pulsfrequenz zur Rectal- bzw. Ohrtemperatur hatte, die Beziehung widerspiegelt, die zwischen der Pulsfrequenz und dem Verhalten der Temperatur in der arbeitenden Beinmuskulatur bestand und daß zwischen der Höhe der Pulsfrequenz und der Temperatur der arbeitenden Muskulatur zum mindesten im steady state der Körpertemperaturen eine enge Beziehung bestanden hat, die unabhängig davon war, wie Arbeitsschwere und Umgebungsklima miteinander kombiniert waren. Es ist möglich, daß die Temperatur der arbeitenden Muskulatur für die Einstellung der Pulsfrequenz bei der Hitzearbeit von Bedeutung war.

Im Verlauf der Versuche erreichten je nach Kombination von Arbeitsschwere, Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit entweder Pulsfrequenz, Rectaltemperatur und Ohrtemperatur gemeinsam zeitlich konstant bleibende Werte oder keine von ihnen. Die Höchstwerte, auf die sich Pulsfrequenz und Reotaltemperatur unter warmen Klimabedingungen noch konstant einstellten, hingen von der Arbeitsschwere, jedoch nicht von der Art der Kombination von Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit, die während der Arbeit vorlag, ab. Diese Grenzwerte betrugen bei leichter Arbeit (Stoffwechselgröße etwa 170 kcal/Std) 98 min⁻¹ bzw. 37,7 ° C, bei schwerer Arbeit (320 kcal/Std) 113 min⁻¹ bzw. 38,0 °C. Die entsprechenden Grenzwerte der Ohrtemperatur lagen bei den untersuchten Arbeiten gleich hoch im Bereich von 37,4–37,5 °C.

Die unterschiedlichen Beziehungen, die die Körpertemperaturen unter normalen und unter warmen Klimabedingungen zur Stoffwechselgröße hatten, legten die Annahme nahe, daß sich bei Verrichtung körperlicher Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze unter normalen Klimabedingungen die Körpertemperaturen nicht mehr konstant einstellen und an der Begrenzung der Dauerleistungsfähigkeit eine Wärmestauung beteiligt ist.