Akklimatisation

Erster Bericht mit Mitgliederliste der Acclimatisation Society von Großbritannien (1861), eine private Gesellschaft, die zur Einbürgerung nicht ansässiger Arten zur Bereicherung der Artenvielfalt aufrief

Unter einer Akklimatisation oder auch Akklimatisierung versteht man die individuelle physiologische Anpassung eines Organismus innerhalb seiner genetischen Vorgaben an sich verändernde Umweltfaktoren, wobei diese Anpassung selbst reversibel (umkehrbar) ist.

Klimaumstellung

Mensch und Tiere

Die Anpassung an eine andere Klimazone, insbesondere an ungewohnte Temperatur, Luftfeuchte oder UV-Index, bedeutet eine Akklimatisation an das Klima (woher der Begriff „Akklimatisation“ stammt). Zur Vorbereitung kann regelmäßiges körperliches Training helfen.[1] Die wichtigste Maßnahme vor Ort ist eine zweckmäßige Kleidung und reduzierte körperliche Belastung. Vor Ort unterstützen verlängerte Aufenthalte in temperierten Räumen die Umstellungsphase der ersten ein bis zwei Wochen. Besondere Klimazonen erfordern sehr unterschiedliche Vorkehrungen: Regelmäßiges Trinken ist in ariden Klimaten wichtig und gebietet, über das Trinkbedürfnis hinausgehende Aufmerksamkeit auf die Flüssigkeitsaufnahme,[2] während in polarem Klima auf gut isolierende Kleidung geachtet werden muss. Besonders schwierig fällt die Umstellung von gemäßigter Zone auf eine feuchttropische Klimazone.

Die Akklimatisation an höhere Temperaturen erfolgt physiologisch durch abgesenkten Puls, verminderte Rektaltemperatur, dem Empfinden von Überanstrengung, erhöhtem Plasmavolumen und gesteigerter Schweißbildung[2] sowie vermehrtem Einbau von Proteinen in Zellmembranen, darunter auch Hitzeschockproteine.[3] Eine verstärkte Pigmentbildung ist eine Akklimationsleistung an einen höheren UV-Index. Trotzdem empfehlen Dermatologen und Krebsmediziner einen ständigen Schutz durch Sonnencremen.[4][5]

Das Problem der Klimaumstellung betrifft nicht allein den mobilen Menschen. Gerade sessile Lebensformen stehen vor der Herausforderung, Klimaänderungen durch Akklimatisationen (und evtl. auch durch evolutionäre Anpassungen) zu kompensieren, etwa Korallen, wenn sie höheren Wassertemperaturen ausgesetzt sind.[6] Ebenso sind Fische Temperaturwechseln ausgesetzt und haben entsprechende Anpassungsmechanismen entwickelt.[7]

Aber auch Haustiere, die lebend in entfernte Gebiete exportiert werden, müssen sich akklimatisieren. Nach Überführen vom gemäßigten Klima Mitteleuropas in das semiaride Tropenklima Nordost-Brasiliens wurden Kühe bei Temperaturen über 30 °C stündlich für 10 Minuten mit Wasser bespritzt und zwei Mal täglich gefüttert. Unter diesen Bedingungen dauerte ihre Klimaumstellung etwa eineinhalb Jahre.[8]

Pflanzen

Ebenso besitzen Pflanzen Mechanismen der Klimaanpassung, insbesondere der saisonalen Anpassung, schließlich müssen sie mit den Bedingungen an ihrem Standort bedingungslos zurechtkommen.[9][10]

Höhenakklimatisation bei Lungenatmern

Der Luftdruck sinkt mit zunehmender Höhe ab und damit auch der Sauerstoff-Partialdruck.[11] Ein geringerer Sauerstoffpartialdruck hat eine geringere Sauerstoffsättigung des Blutes zur Folge.

Die frühen Veränderungen in ungewohnter Höhenlage äußern sich in:

Ohne Akklimatisation kann sich der Zustand zu einer Höhenkrankheit entwickeln. Als Gegenmaßnahme bei leichten Beschwerden kann pausiert werden oder ein (vorübergehender) Abstieg erforderlich sein. Bei ernsthaften Beschwerden ist ein rascher dauerhafter Abstieg nötig.

Zur Vorbereitung auf größere Höhen kann ein Höhentraining in moderater Höhenlage sinnvoll sein.[12] Für die Steigerung der Leistungsfähigkeit in größeren Höhen kann auch ein spezielles Trainingsprogramm in größeren Höhen absolviert werden.[13] Allerdings rührt die Effektivität eines Trainings in größerer Höhenlage primär aus der Akklimatisation während der Trainingszeit her.[14]

Aufgrund der unterschiedlichen Fähigkeit zum hypoxischen Atemantrieb verläuft eine Anpassung individuell. Der Anpassungsprozess, der in verschiedenen Stufen abläuft, ist noch nicht vollständig verstanden. Zunächst erhöhen sich Atem- und Herzminutenvolumen, um dem gesunkenen O2-Partialdruck entgegenzuwirken. Dadurch bedingt, entsteht eine respiratorische Alkalose, die der trainierte Körper in der Regel kompensieren kann. Mit dem alveolo-vaskulären Reflex wird der Sauerstoffaustausch von Alveolen und Lungenkapillaren verbessert. Im Blut kommt es zu einer Linksverschiebung der Hämoglobin-Bindungskurve, induziert durch die respiratorische Alkalose. Bei anhaltendem Sauerstoffmangel wird nach einigen Tagen Aufenthalt in ungewohnter Höhe vermehrt Erythropoietin an das Plasma abgegeben.[15] Die so intensivierte Erythropoese (Blutbildung) führt zur Produktion von mehr Erythrozyten.[16] Durch die höhere Anzahl roter Blutkörperchen wird die Sauerstoffaufnahme- und -transportkapazität des Blutes effektiv verbessert.[16] So steigt der Hämatokrit stark an, was die Fließeigenschaften des Blutes verschlechtert und eine höhere Thromboseneigung mit sich bringt. Gleichzeitig erfolgen andere Anpassungen, wie eine Erhöhung des Testosteronwerts.[17]

Der Organismus der meisten Säugetiere kann sich aufgrund der Senkung des kritischen Sauerstoffpartialdrucks durch chemosensorisch aktivierte Atemzeitvolumen-Erhöhung trotz vermehrt produzierter Erythrozyten dauerhaft meist nur unterhalb 5000 m anpassen, in größeren Höhen setzt langfristig der Abbau mehrerer Körperfunktionen ein,[18] soweit nicht auch hereditäre Höhenanpassungen vorliegen.[19]

Merkmale für eine erfolgreich verlaufene Akklimatisation sind:

  • ein auf Normalwert zurückgekehrter Ruhepuls
  • trainingsgemäße Ausdauerleistung
  • vertiefte Atmung in Ruhe und unter Belastung
  • vermehrtes Urinieren
  • ausreichende Sauerstoffsättigung des Blutes.

Akklimatisation im Leistungssport

Spätestens seit der Vorbereitung auf die Olympischen Sommerspiele 1968 in Mexiko-Stadt (2200 m) weiß man, dass sich Höhentraining bei Sportarten mit Ausdauerelementen positiv auf die Leistungen gerade auch im Spitzenbereich auswirkt. Seit dieser Zeit wird systematisch an der Höhenakklimatisierung vor allem unter dem Gesichtspunkt des Trainings unter Höhenbedingungen und Leistung im Flachland geforscht.[20] Da der Verlust der Höhenanpassung gerade bei Wettkämpfen im Turnier schneller verläuft, als es für den Wettkampf wünschenswert ist, wird inzwischen auch die künstliche Akklimatisierung durch Räume und/oder Zelte verwendet, um die Anpassung trotz Wettkämpfe im Flachland möglichst lang zu konservieren. Die ersten solcher Räume wurden in der ehemaligen DDR in der Sportschule Kienbaum verwendet.

Anpassung an wechselnden Salzgehalt bei Knochenfischen

Sessile wie mobile wasserlebende Organismen sind manchmal, insbesondere im Bereich abflussloser Binnenseen oder Ästuaren, besonders in gezeitengeprägten Deltas, dazu gezwungen, sich an wechselnde Temperaturbedingungen und Salzkonzentrationen anzupassen, oft sehr rasch. Dazu sind insbesondere Brackwasserbewohner befähigt. Die Osmoregulation stellt hohe Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit.[21]

Angehende Astronauten der NASA akklimatisieren sich unter der Anleitung des kanadischen Weltraummediziner Douglas Watt (oben links) an die Schwerelosigkeit in einem KC-135-Flugzeug während kurzer Parabolflügen.

Anpassung an die Schwerelosigkeit

Eine Anpassung an den Zustand der Schwerelosigkeit ist vielen nicht im Wasser lebenden Organismen möglich, obgleich eine evolutionär herausgebildete Bereitschaft dazu wohl kaum entwickelt wurde. Eine mangelnde Akklimatisation an die Bedingungen der Schwerelosigkeit, mit Unwohlsein verbunden, ist die Raumkrankheit, die ähnlich der Seekrankheit durch eine Störung des Gleichgewichtsorgans verursacht ist.

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ K. B. Pandolf, R. L. Burse, R. F. Goldman: Role of physical fitness in heat acclimatisation, decay and reinduction. In: Ergonomics, Bd. 20, Nr. 4, April 1977, S. 399–408, doi:10.1080/00140137708931642.
  2. ↑ a b Lawrence E. Armstrong, Carl M. Maresh: The induction and decay of heat acclimatisation in trained athletes. In: Sports Medicine, Bd. 12, Nr. 5, November 1991, S. 302–312.
  3. ↑ DocCheck Flexikon: Akklimatisation, abgerufen am 23. November 2019.
  4. ↑ Thomas Schwarz: Neueste Erkenntnisse zu Photoprotektoren. In: Hautnah Dermatologie, Bd. 34, Supplement 1, Februar 2018, S. 6–11.
  5. ↑ Anna Wilm, Mark Berneburg: Sonnenschutz. In: ästhetische dermatologie & kosmetologie, Bd. 8, Nr. 4, August 2016, S. 34–40.
  6. ↑ Barbara E. Brown, Andrew R. Cossins: The potential for temperature acclimatisation of reef corals in the face of climate change. In: Z. Dubinsky, N. Stambler (Hrsg.): Coral Reefs: An Ecosystem in Transition, Springer, Dordrecht 2010, S. 421–433, doi:10.1007/978-94-007-0114-4_24, ISBN 978-94-007-0114-4.
  7. ↑ Ian A. Johnston, Jeff Dunn: Temperature acclimatisation and metabolism in ectoderms with particular reference to Teleost fish. In: Symposia of the Society for Experimental Biology, Bd. 41, Februar 1987, S. 67–93.
  8. ↑ B. Bényei, A. Gáspárdy, W.C. Barros: Changes in embryo production results and ovarian recrudescence during the acclimatisation to the semiarid tropics of embryo donor Holstein–Friesian cows raised in a temperate climate. In: Animal Reproduction Science, Bd. 68, Nr. 1, Oktober 2001, S. 57–68, doi:10.1016/S0378-4320(01)00144-0.
  9. ↑ Owen K.Atkin, Mark G.Tjoelker: Thermal acclimation and the dynamic response of plant respiration to temperature. In: Trends in Plant Science, Bd. 8, Nr. 7, Juli 2003, S. 343–351, doi:10.1016/S1360-1385(03)00136-5.
  10. ↑ D. Graham, B. D. Patterson: Responses of plants to low, nonfreezing temperatures: Proteins, metabolism, and acclimation. In: Annual Review of Plant Physiology, Bd. 33, Juni 1982, S. 347–-372, doi:10.1146/annurev.pp.33.060182.002023.
  11. ↑ J. S. Haldane, A. M. Kellas, E. L. Kennaway: Experiments on acclimatisation to reduced atmospheric pressure. In: The Journal of Physiology, Bd. 53, Nr. 3–4, 3. Dezember 1919, S. 181–206, doi:10.1113/jphysiol.1919.sp001870.
  12. ↑ Benjamin D. Levine, James Stray-Gundersen: “Living high-training low”: effect of moderate-altitude acclimatization with low-altitude training on performance. In: J. Appl. Physiol., Bd. 83, Nr. 1, Juli 1997, S. 102–122, doi:10.1152/jappl.1997.83.1.102
  13. ↑ Bo Berglund: High-altitude training. In: Sports Medicine, Bd. 14, Nr. 5, November 1992, S. 289–303.
  14. ↑ Benjamin D. Levine, James Stray-Gundersen: The effects of altitude training are mediated primarily by acclimatization, rather than by hypoxic exercise. In: Robert C. Roach, Peter D. Wagner, Peter H. Hackett: Hypoxia: From Genes to the Bedside, Kluwer Academic / Plenum Publishers, New York 2001, Kapitel 7, S. 75–88 (PDF).
  15. ↑ Peter H. Albrecht, Judith K. Littell: Plasma erythropoietin in men and mice during acclimatization to different altitudes. In: J. Appl. Physiol., Bd. 72, Nr. 1, Januar 1972, doi:10.1152/jappl.1972.32.1.54.
  16. ↑ a b Ferran Rodríguez, Héctor Casas, Mireia Casas, Teresa Pagés, Ramón Rama, Antoni Ricart, Josep Ventura, Jordi Ibáñez, Ginés Viscor: Intermittent hypobaric hypoxia stimulates erythropoiesis and improves aerobic capacity. In: Med. Sci. Sports Exerc., Bd. 31, Nr. 2, 1999, S. 264–268, doi:10.1097/00005768-199902000-00010.
  17. ↑ G. F. Gonzales: [Hemoglobin and testosterone: importance on high altitude acclimatization and adaptation]. In: Revista Peruana de Medicina Experimental y Salud Publica, Bd. 28, Nr. 1, März 2011, S. 92–100, doi:10.1590/s1726-46342011000100015 (in Spanisch).
  18. ↑ J. P. Richalet, J. C. Souberbielle, A. M. Antezana, M. Dechaux, J. L. Le Trong, A. Bienvenu, F. Daniel, C. Blanchot, J. Zittoun: Control of erythropoiesis in humans during prolonged exposure to the altitude of 6,542 m. In: American Journal of Physiology, Bd. 266, Nr. 3, März 1994, doi:10.1152/ajpregu.1994.266.3.R756.
  19. ↑ J. L. Rupert, P. W. Hochachka: Genetic approaches to understanding human adaptation to altitude in the Andes. In: Journal of Experimental Biology Bd. 204, 2001, S. 3151–3160, (PDF).
  20. ↑ Arnd Krüger (2020): Höhentraining. Leistungssport 50, 1, 25–27.
  21. ↑ Das Lexikon der Erde: Brackwasser

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Acclimatisation society of UK, members in 1861
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Astronauts and Canadian space medicine researcher Douglas Watt (top left) acclimating themselves to space adaptation syndrome in a KC-135 airplane that flies parabolic arcs to create short periods of weightlessness.