Die Regulation der Körpertemperatur ist ein entscheidender Faktor für menschliche Leistungsfähigkeit und Überleben in extremen Umgebungen.

Das NASA-Programm zur Core Cooling & Heating Technology entwickelte Methoden, um Astronauten in Weltraummissionen vor Überhitzung oder Unterkühlung zu schützen.

Dabei rückten TRP-Kanäle (transient receptor potential channels) und ihre Rolle bei der Wahrnehmung von Kälte und Wärme in den Fokus.

Besonders wichtig ist die Kopplung dieser Signale an den Vagusnerv, der zentrale vegetative Gegenreaktionen (Herzfrequenz, Blutdruck, Entzündungshemmung) vermittelt.

TRP-Kanäle & Thermosensorik

• TRPM8: aktiviert durch Kälte (~8–25 °C), verantwortlich für Kältereize (Menthol, kalte Luft, Eis).
  
  
• TRPA1: reagiert auf extreme Kälte (<10 °C) und irritative Substanzen.
  
  
• TRPV1: aktiviert durch Hitze >42 °C sowie Capsaicin.
  
  
• TRPV2: reagiert auf extreme Hitze >52 °C, also im Bereich schmerzhafter Verbrennungen.
  
  

Damit ergibt sich ein klarer Bereich:

• Kälterezeptoren feuern deutlich vor Erfrierungsschäden, typischerweise <15 °C.
  
  
• Wärmerezeptoren (TRPV1) aktivieren vor Verbrennungen, etwa ab 42–43 °C.
  
  

Vagusnerv und Gegenreaktionen

Die Aktivierung peripherer TRP-Kanäle moduliert den Vagusnerv:

• Kälteexposition führt zu einer parasympathischen Dominanz (Bradykardie, Blutdruckanstieg) – bis hin zur Tauchreflex-ähnlichen Reaktion.
  
  
• Hitzeexposition aktiviert sympathische Stressantworten, Vasodilatation und Schwitzen, um Wärme abzugeben.
  
  

NASA-Experimente: Optimale Temperaturen

Im Rahmen von NASA-Studien zur Core Cooling & Heating wurden tragbare Systeme entwickelt, die kontrollierte Kühlung des Körpers ermöglichen, ohne Gewebe zu schädigen:

• Kühlung: optimale Temperaturen lagen bei 10–15 °C auf der Hautoberfläche, was eine effektive Wärmeabgabe ohne Kälteschäden erlaubte (Casa et al., 2007).
  
  
• Wärmezufuhr: moderate thermische Reize von 40–42 °C wurden genutzt, um Vasodilatation zu fördern, ohne Verbrennungsrisiko (Mekjavic & Bligh, 1989).
  
  

Grenzen: Erfrierung & Verbrennung

• Erfrierungsschäden treten erst bei Exposition <0 °C auf, sind also weit unterhalb der NASA-optimierten Kühlbereiche.
  
  
• Verbrennungen beginnen histologisch bei Hauttemperaturen >45 °C.
  
  

Fazit

Das NASA-Core-Cooling-Konzept nutzt die Thermosensitivität von TRP-Kanälen optimal: Kühlung bei 10–15 °C und Erwärmung bei 40–42 °C aktivieren vagale Gegenreaktionen und verbessern die Thermoregulation, ohne Gewebeschäden zu riskieren.

Dies macht die Technologie vielversprechend für Raumfahrt, Sportmedizin und auch klinische Anwendungen bei Hyperthermie oder Entzündungskontrolle.

Whitepaper: Avacura™ – NASA Core Cooling & Heating: TRP-Kanäle, Vagusnerv und optimale Temperaturbereiche

Abstract

Die Regulation der Körperkerntemperatur ist sowohl in der Raumfahrt als auch in der klinischen Medizin von zentraler Bedeutung.

Die Avacura™-Technologie baut auf Erkenntnissen der NASA zur Kernkühlung und -erwärmung auf und nutzt dabei die Aktivierung von Temperatursensoren im menschlichen Körper – den Transient Receptor Potential (TRP)-Kanälen – sowie die vagale Steuerung von Kreislauf- und Stoffwechselreaktionen.

Dieses Whitepaper untersucht, bei welchen Temperaturbereichen Kälte- und Wärmereize zu einer Gegenreaktion führen, welche Schwellenwerte für Erfrierungen bzw. Verbrennungen gelten und welche optimalen Temperaturen in NASA-Experimenten identifiziert wurden.

1. Hintergrund

Astronauten sind extremen Temperaturbedingungen ausgesetzt, die eine präzise Steuerung der Körpertemperatur notwendig machen. Die NASA entwickelte hierfür Core Cooling & Heating-Systeme, die über Wärme- und Kältezufuhr den Körperkern stabilisieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der Aktivierung neuronaler Thermorezeptoren, die über den Vagusnerv vegetative Anpassungen vermitteln und so Kreislauf, Atmung und Stoffwechsel beeinflussen.

2. TRP-Kanäle als Sensoren

TRP-Kanäle (Transient Receptor Potential) sind Ionenkanäle, die thermische Reize in neuronale Signale umwandeln. Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Thermoregulation und Schmerzempfindung. Wichtige Vertreter sind:

• TRPM8 – aktiviert bei Temperaturen von 8–22 °C (Kälteempfindung).

• TRPA1 – aktiviert durch extreme Kälte (<15 °C) und chemische Reize.

• TRPV1 – aktiviert ab ~42 °C, vermittelt Hitzeschmerz und Verbrennungswarnung.

• TRPV2 – reagiert bei Temperaturen >52 °C, Gefahr schwerer Gewebeschäden.

3. Vagusnerv und Gegenreaktionen

Über den Vagusnerv werden die Signale der TRP-Kanäle an das autonome Nervensystem weitergeleitet. Dies löst unterschiedliche physiologische Gegenreaktionen aus:

• Kältereize → Vasokonstriktion, erhöhte Herzfrequenz, Zittern zur Wärmeproduktion.

• Wärmereize → Vasodilatation, Schwitzen, Aktivierung von Hitzeschutzmechanismen.

4. NASA-Experimente und optimale Temperaturen

In Experimenten zur Core Cooling & Heating-Technologie konnte gezeigt werden, dass moderate Kälte- und Wärmereize optimale physiologische Anpassungen induzieren, ohne Gewebe zu schädigen. Die optimalen Temperaturbereiche lagen bei:

• Kühlung: 10–15 °C (sicher, ohne Erfrierungsrisiko).

• Erwärmung: 40–42 °C (sicher, ohne Verbrennungsgefahr).

5. Grenzen: Erfrierung und Verbrennung

Physiologische Schutzreaktionen stoßen an Grenzen, wenn Temperaturen zu extrem werden:

• Erfrierungsgefahr ab <0 °C bei längerer Exposition.

• Verbrennungsgefahr ab >45 °C, irreversible Gewebeschäden ab ~52 °C.

6. Anwendungen von Avacura™

Die Avacura™-Technologie hat Anwendungen in verschiedenen Bereichen:

• Raumfahrt: Stabilisierung der Kerntemperatur bei extremen Umweltbedingungen.

• Medizin: Einsatz bei Schlaganfall, Fiebermanagement, Reha-Therapie, Longevity.

• Sport: Leistungssteigerung und beschleunigte Regeneration durch gezielte Thermostimulation.

7. Fazit

Die Aktivierung von TRP-Kanälen über definierte Kälte- und Wärmereize erlaubt eine präzise Steuerung der Körperreaktionen. NASA-Experimente zeigen, dass Kühlung bei 10–15 °C und Erwärmung bei 40–42 °C sicher und effektiv sind. Die Avacura™-Technologie überträgt diese Prinzipien auf praktische Anwendungen, die sowohl für Astronauten als auch für Patienten und Sportler relevant sind.

Literatur

Caterina, M. J., et al. (1997). The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature.

Peier, A. M., et al. (2002). A TRP channel that senses cold stimuli and menthol. Cell.

Patapoutian, A., et al. (2003). ThermoTRPs and beyond: mechanisms of temperature sensation. Nature Reviews Neuroscience.

Charkoudian, N. (2003). Skin blood flow in adult human thermoregulation: how it works, when it does not, and why. Mayo Clinic Proceedings.

NASA Human Research Program (2019). Core body temperature regulation in spaceflight.

Dr. Hans-Ulrich Jabs, MD, PhD, MACP-ASIM,
Facharzt für Innere Medizin, Geriatrie & Biochemiker,
American College of Physicians – American Society of Internal Medicine
KZAR – Kompetenzzentrum Autonome Regulationsmedizin
©2025, Dr. HU Jabs