HOHENSTEIN INSTITUT FÜR TEXTILINNOVATION e.v. Function and Care Schloss Hohenstein D Bönnigheim Seite 1 von 8

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1 Bekleidung und Laufsport Der Laufsport kann mit Recht als Ganzjahressport bezeichnet werden. So lassen sich viele Läufer auch nicht von Wind und Wetter abhalten getreu dem Motto Es gibt kein schlechtes Wetter, es gibt nur schlechte Kleidung. 1 Bekleidungsphysiologie Wie genau Kleidung konstruiert sein sollte, um den Sportler optimal zu unterstützen, damit befasst sich die Bekleidungsphysiologie. Diese vergleichsweise junge wissenschaftliche Disziplin wurde und wird in Deutschland maßgeblich von den Hohenstein Instituten geprägt. Dort beschäftigt man sich unter anderem intensiv mit dem Wechselspiel zwischen Textilien und menschlicher Physiologie. Ziel ist es, Bekleidung, Bettwaren, Fahrzeugsitze etc. zu entwickeln, welche insbesondere die Temperaturregelung in Abhängigkeit vom Umgebungsklima und der Tätigkeit optimal unterstützen, das heißt einen hohen Komfort bieten. Bei der Produktentwicklung muss außerdem das Empfinden der Textilien auf der Haut (Hautsensorik) und die Passform (ergonomischer Tragekomfort) berücksichtigt werden. Die Teilbereiche der Bekleidungsphysiologie Thermoregulation des Menschen und Bestimmung der Tragekomforteigenschaften von Bekleidung sollen im Folgenden erläutert werden. 1.1 Thermoregulation Unter dem Begriff Thermoregulation werden alle physiologischen Vorgänge zusammengefasst, die dazu dienen, die Körperkerntemperatur konstant zu halten. Wenn dieser Begriff etwas weiter gefasst wird, dann zählen auch Verhaltensweisen, wie z.b. Schatten aufsuchen oder warme Kleidung anziehen, zur Thermoregulation. Der Mensch ist ein gleichwarmes Lebewesen. Im Gegensatz zu den wechselwarmen Lebewesen (z.b. Reptilien) sind Menschen in der Lage, ihre Körperkerntemperatur auf einem bestimmten Niveau konstant zu halten. Allerdings muss darauf hingewiesen werden, dass der Begriff gleichwarm lediglich für den Körperkern gilt. Dort ist die Temperatur in engen Grenzen konstant. Wird dagegen der gesamte Körper betrachtet, so fällt ein radiales (innen-außen, z.b. Herz-Haut) und axiales (Abstand zur Körpermitte, z.b. Rumpf-Fuß) Temperaturgefälle auf WÄRMEPRODUKTION UND ABGABE Durch die im Körper ablaufenden Stoffwechselvorgänge wird ständig Wärme produziert. Diese ist einerseits nötig um den Körper vor Unterkühlung (Hypothermie) zu schützen, andererseits muss sie abtransportiert werden, um eine Überhitzung (Hyperthermie) zu verhindern. Die Menge der gebildeten Wärme hängt stark von der körperlichen Aktivität und der Außentemperatur ab. Der Großteil der Wärme wird bei Ruhe in den besonders stoffwechselaktiven Organen des Körperkerns (Leber, Niere) gebildet. Dagegen sinkt der Anteil dieser Kernorgane an der Wärmeproduktion von 60% in Ruhe auf weniger als 10% bei Arbeit. Die Muskeln haben bei mechanischer Arbeit nur einen geringen Wirkungsgrad (zwischen 3 und 40%) und produzieren deshalb viel Wärme THERMOREGULATION BEI DROHENDER ÜBERWÄRMUNG Sowohl durch hohe Umgebungstemperaturen, als auch durch körperliche Arbeit kann es zur Überwärmung des Organismus kommen. Um dies zu verhindern, stehen dem menschlichen Körper mehrere Regulationsmechanismen zur Verfügung. Bei Steigerung der Körperkerntemperatur kommt es zur Schweißabgabe. Für die Verdunstung des Schweißes ist viel Energie (580 kcal pro Liter Schweiß) nötig, die der Haut in Form von Wärme entzogen wird. Die Schweißverdunstung ist außerdem die einzige Möglichkeit bei Außentemperaturen über der Körpertemperatur Wärme abzuge- Seite 1 von 8

2 ben. Eine wirksame Kühlung wird dabei jedoch nur erreicht, wenn der Schweiß direkt auf der Haut verdunstet. Eine weitere Möglichkeit zur gesteigerten Wärmeabgabe ist die gleichmäßige Erwärmung des gesamten Körpers. Erreicht wird dies durch eine gesteigerte Durchblutung der Körperschale, insbesondere der Haut. Die verbesserte Durchblutung der Haut wird durch Vasodilatation (Gefäßweitstellung) der Blutgefäße erreicht. Sie führt zu einem geringeren Wärmedurchgangswiderstand. Dieser kann durch Gefäßweit- und Engstellung im Verhältnis 1:7 verändert werden. Besonders stark variiert das Verhältnis der Durchblutung an den Extremitäten- an den Fingern im Verhältnis 1:600. Dabei kann es auch zu einem örtlich beschränkten Überschreiten der Körperkerntemperatur kommen. Dies ist z.b. auf der Haut über arbeitenden/aktiven Muskeln möglich. Die Erwärmung der Körperschale steigert gleichzeitig den Temperaturgradienten von der Haut zur Umgebung und somit die Wärmeabgabe. Schon bei geringen Belastungen im anaeroben Bereich verschlechtert die gesteigerte Hautdurchblutung die Durchblutung von Leber, Niere und Muskeln. Dies führt im Endeffekt zu verminderter körperlicher Leistungsfähigkeit. Damit die Hautdurchblutung- und damit der Leistungsverlustmöglichst klein bleiben, kommt es bei drohender Überwärmung zunächst zu einer stärkeren Schweißabgabe als dies nötig wäre. Lang andauernde Schweißabgabe führt jedoch zu Flüssigkeitsverlust und damit zur Verminderung des Blutvolumens, was ebenfalls einen Leistungsverlust verursacht THERMOREGULATION BEI KÄLTE Die Schutzmechanismen des menschlichen Körpers gegen Unterkühlung sind verglichen mit denen gegen Überwärmung schlecht ausgebildet. Er behilft sich deshalb z.b. durch das Anziehen warmer Kleidung. Aber auch eine Veränderung der Körperhaltung führt zu geringerer Wärmeabgabe durch Verkleinerung der wirksamen Körperoberfläche. Die erste physiologische Reaktion auf drohende Unterkühlung ist die Verringerung der Hautdurchblutung (Vasokonstriktion). Dadurch wird der Wärmedurchgangswiderstand der Haut erhöht. Durch die verminderte Durchblutung sinkt zusätzlich die Hauttemperatur und durch den geringeren Temperaturgradienten von der Haut zur Umgebung die Wärmeabgabe. Des Weiteren kommt es zu einer Steigerung des Stoffwechsels der inneren Organe und der Körper beginnt zu zittern. Zunächst wird lediglich der Muskeltonus gesteigert, was äußerlich aber nicht sichtbar ist. In einem weiteren Schritt kommt es zum sichtbaren Kältezittern. Dies erzeugt zwar eine große Wärmemenge, jedoch ist diese Wärmebildung unökonomisch. Dies liegt vor allem an der gesteigerten Hautdurchblutung über den zitternden Muskeln und damit gesteigerter Wärmeabgabe in diesen Regionen. Außerdem kommt es durch das Kältezittern zu Einschränkungen der Willkürmotorik, was insbesondere beim Sport das Verletzungsrisiko erhöht EINFLUSS VON TRAINING UND AKKLIMATISIERUNG AUF DIE THERMO- REGULATION Unter dem Begriff Akklimatisierung werden die langfristigen Umstellungen des Körpers auf geänderte klimatische Bedingungen zusammengefasst. Den größten Anteil an der Hitzeakklimatisation hat die Umstellung des Schwitzens. Der Hitzeakklimatisierte schwitzt früher, gleichmäßiger und damit insgesamt mehr. Das bewirkt, dass eine größere Schweißmenge direkt auf der Haut verdunstet, die Hauttemperatur sinkt und somit die Wärmeabgabe verbessert wird. Die Hautdurchblutung kann gedrosselt werden und es steht mehr Blut für die Versorgung der Muskeln zur Verfügung. Deshalb führt Hitzeakklimatisation besonders in Ausdauersportarten zu einer Leistungssteigerung. Möglich wird die größere Schweißmenge durch eine Seite 2 von 8

3 erhöhte Zahl aktiver Schweißdrüsen. Damit diese nicht zu Dehydration führt, kommt es ebenfalls zu einem erhöhten Durstgefühl und einem gesteigerten Gesamtblutvolumen. Gleichzeitig sinkt die E- lektrolytkonzentration des Schweißes. Einen ähnlichen Effekt wie Akklimatisation haben körperliche Arbeit und Training. So kommt es durch Training, wie auch bei Akklimatisation, zur Senkung der Schwellentemperatur für Schweißabsonderung und Vasodilatation. Des Weiteren kann eine Hitzeakklimatisation diese Temperaturen noch einmal senken. Seite 3 von 8

4 1.2 Eigenschaften von Bekleidung Die Eigenschaften von Bekleidung werden von einer Vielzahl von Konstruktionsparametern bestimmt. In erster Linie denken wir dabei an das Fasermaterial. Jedoch ist der Tragekomfort nicht nur faser- sondern auch konstruktionsabhängig (d. h. von Dicke, Ausrüstung, Webart, Porenanteil, Luftdichtigkeit der Textilien). Mit Hilfe des von den Hohensteiner Spezialisten entwickelten Hautmodells und der thermischen Gliederpuppe Charlie sowie spezieller hautsensorischer Messmethoden verfügt die Wissenschaft der Bekleidungsphysiologie heute über eine Reihe kleidungsspezifischer Kenngrößen, um den Tragekomfort objektiv zu beurteilen. Dadurch wurde es erstmals in der langen Geschichte der Bekleidung möglich, diese gezielt im Hinblick auf bestimmte Einsatzbereiche und Anforderungen zu bewerten und zu optimieren. Das Hohensteiner Hautmodell (Bild 1) simuliert die Wärmeabgabe der menschlichen Haut. Vereinfacht besteht es aus einer porösen Sintermetallplatte, die elektrisch beheizt werden kann und über ein Wasserzufuhrsystem eine Schweißabgabe realisiert. Um präzise und reproduzierbare Messungen zu ermöglichen, ist es in einen Klimaschrank eingebaut. Klimatisierter Luftstrom Messprobe Messkopf Messprobe Heizung Wasserzufuhr Bild 1: Hohensteiner Hautmodell So können nicht nur die Wärmeisolation und der jeweilige Wasserdampfdurchgangswiderstand ( Atmungsaktivität ) des Textils in normalen Situationen gemessen werden, sondern auch die bei stärkerem bzw. sehr starkem Schwitzen bewirkte Schweißpufferung sowie der Schweißtransport (Bild 2). Dank der grundlegenden Forschungsarbeiten der Hohenstein Institute sind konkrete Anforderungswerte an diese Größen bekannt, die Textilien in Abhängigkeit ihrer Einsatzbedingungen erfüllen müssen, um einen guten Tragekomfort aufzuweisen. Seite 4 von 8

5 Mäßiges Schwitzen Wasserdampfdurchgangswiderstand ( Atmungsaktivität ) Wärmeisolation Stärkeres Schwitzen Schweißpufferung Sehr starkes Schwitzen Schweißtransport Schweißaufnahme Trocknungszeit Bild 2: Tragesituationen und zugehörige Messgrößen des Hohensteiner Hautmodells Des Weiteren werden die hautsensorischen Eigenschaften von Textilien ermittelt. Dazu wurden an den Hohenstein Instituten mehrere objektive Messverfahren entwickelt. Mit Hilfe dieser können fünf Indizes abgeleitet werden, die verschiedenen menschlichen Kontaktempfinden entsprechen. Der Klebeindex zeigt, wie stark ein Textil auf schweißfeuchter Haut anklebt. Mit dem Benetzungsindex wird über die Zeit und den Kontaktwinkel gemessen, wie schnell ein Wassertropfen vom Textil aufgenommen wird. Der Oberflächenindex zeigt die Haarigkeit/Glattheit eines Textils. Die Anzahl der Kontaktpunkte zwischen Textil und Haut gibt an, wie schnell sich ein Textil klamm und feucht anfühlen wird. Die Steifigkeit ist wichtig für die Anpassung des Textils an den Körper. Dank der entwickelten Laboruntersuchungen stehen an den Hohenstein Instituten zahlreiche textile Kennzahlen zur Beurteilung des Tragekomforts von textilen Flächengebilden zur Verfügung. Daraus lassen sich von den Spezialisten Einzelaspekte wie z. B. die Atmungsaktivität eines Materials beurteilen und Konstruktionshinweise zu deren Optimierung geben. Ziel ist es in der Folge, die einzelnen Kennzahlen in einer Gesamtaussage zum Tragekomfort eines Textils zusammenzufassen. Auf Basis der mit dem Hautmodell und den hautsensorischen Apparaturen gemessenen Textilkennzahlen werden in Abhängigkeit von Kleidungsart und Tätigkeitsschwere unterschiedliche Tragekomfortnoten berechnet. Wie im deutschen Schulnotensystem reicht diese von 1 (= sehr gut) bis 6 (= ungenügend) und liefert eine quantitative Beurteilung der physiologischen Qualität eines Textilprodukts sowie auch für den textilen Laien beim Kauf direkte Produktvergleiche im Hinblick auf den Tragekomfort ermöglichen. Bei der Entwicklung der unterschiedlichen mathematischen Formeln flossen die gesammelten Erfahrungen der Hohensteiner Spezialisten aus mehreren Jahrzehnten ein. Hersteller und Vertreiber können die Tragekomfortnote mit dem Hohenstein Qualitätslabel auch direkt am Produkt zum Beispiel als Hangtag oder Verpackungsaufdruck ausloben (Bild 3). Seite 5 von 8

6 Bild 3: Das Hohenstein Qualitätslabel Tragekomfortnote zur Auszeichnung der physiologischen Güte von Kleidung am Point of Sale Seite 6 von 8

7 2 Sicher die Sonne genießen - Textiler UV-Schutz Sonnenstrahlung ist wichtig für die menschliche Gesundheit. Der Körper braucht sie zum Beispiel, um das für den Knochenbau wichtige Vitamin D zu bilden. Gleichzeitig stellen die im Sonnenlicht enthaltenen ultravioletten Strahlen aber ein großes Stress- und Gefährdungspotenzial für die Haut dar. So rechnen Experten in Deutschland nach jüngsten Schätzungen mit weit über neuen Hautkrebspatienten pro Jahr. Dermatologen warnen daher vor zu langer Sonnenbestrahlung und fordern eine Prävention u. a. durch geeignete Bekleidung und Sonnenschutz-Textilien. Dies gilt insbesondere für Kinder, aber auch für Menschen, die sich viel im Freien bewegen, wie Bauarbeiter, Gärtner und auch Sportler, ist ein textiler Sonnenschutz sehr wichtig. Denn im Sommer ist man beim Radfahren, in der Leichtathletik oder bei Ausdauerläufen lange der Sonne ausgesetzt. 2.1 UV-Schutzfaktor UPF Der UV-Schutzfaktor (UPF) gibt an, wieviel länger der Nutzer von Sonnenschutztextilien oder der Träger von UV-Schutzkleidung sich in der Sonne aufhalten kann, ohne Hautschäden davonzutragen. Er ist vergleichbar mit dem Sonnen- bzw. Lichtschutzfaktor von Sonnencremes (SPF). Berechnungsgrundlage ist bei beiden Angaben die so genannte Eigenschutzzeit der Haut, die allerdings je nach individuellem Hauttyp stark variiert. Die Haut einer Person vom Hauttyp I etwa, mit roten o- der blonden Haaren, blauen Augen und sehr hellem Teint, hat eine Eigenschutzzeit von ungefähr fünf bis zehn Minuten. Setzt diese Person sich länger ungeschützt der prallen Sonne aus, riskiert sie einen gefährlichen Sonnenbrand. Geschützt von einem textilen Material mit UPF 20 kann diese Person ihre Verweildauer in der Sonne um das Zwanzigfache verlängern, ohne Hautschädigungen zu provozieren, d. h. auf maximal 3 bis 6 Stunden (20 x 5 min = 100 min bis 20 x 10 min = 200 min). Textilien sind als UV-Schutz geradezu prädestiniert, da sie bei Verwendung geeigneter Materialien und Konstruktionen einen besonders guten Schutz vor zu intensiver Bestrahlung bieten. Hierbei werden UV-Schutzfaktoren (UPF) erreicht, die weit über denen der stärksten Sonnencremes (Sunblocker) liegen. 2.2 Messmethoden zur Bestimmung des UV-Schutzfaktors UPF Es ist allerdings nicht möglich, allein durch Anschauen und Befühlen eines textilen Materials festzustellen, wie viel UV-Strahlung ein Textil auf die Haut durchlässt. Zur Feststellung des UV- Schutzfaktors bedarf es deshalb normierter Messverfahren und einer fachkundigen Prüfung, wie sie von den Mitgliedsinstituten der Internationalen Prüfgemeinschaft für angewandten UV-Schutz, zu denen die Hohenstein Institute gehören, durchgeführt werden. Um einen für den Verbraucher verlässlichen UPF (UV Protection Factor) zu ermitteln, müssen die besonderen Anforderungen berücksichtigt werden, denen ein Sonnenschutztextil beim Gebrauch ausgesetzt ist. Bei Kleidung beeinträchtigen die Dehnung des Gewebes beim Tragen, Feuchtigkeit durch Schweiß oder Meerwasser sowie die Abnutzung beim Gebrauch den Sonnenschutzfaktor. Die Schutzzeit wird durch diese Gebrauchsbedingungen durchschnittlich um etwa ein Drittel reduziert, was sich, um Beeinträchtigungen beim Träger zu vermeiden, auch beim ausgewiesenen UPF widerspiegeln muss. Entsprechend empfehlen die Hohenstein Institute, als Mitglied der Internationalen Prüfgemeinschaft für angewandten UV-Schutz, für alle Arten von Bekleidung die Messung des UV-Schutzfaktors nach dem UV Standard 801, der die ungünstigsten Tragebedingungen zugrunde legt (worst case szenario). So wird das textile Material im Rahmen der Prüfung gewaschen sowie bei der Messung angefeuchtet und in definierter Weise gedehnt. Bei der Bestimmung des UPF wird von einer maximalen Strahlungsintensität mit dem Sonnenspektrum in Melbourne, Australien, am 1. Januar eines Seite 7 von 8

8 Jahres (also auf dem Höhepunkt des australischen Sommers) und dem empfindlichsten Hauttyp beim Träger ausgegangen. Bild 4: Für den UV-Standard 801 wird das Textil unter realen Bedingungen getestet. Hier die Messung im gedehnten Zustand mit Hilfe einer Spannvorrichtung vorbereitet. Bild 5: Label zur Auszeichnung des textilen UV-Schutzes (UV-Standard 801) Seite 8 von 8