Po měření času je teplota druhou nejčastěji měřenou fyzikální veličinou. Proto jsou také teploměry snad nejznámějším fyzikálním přístrojem, který běžně používají lidé na celém světě. Většinou je jejich princip založen na tepelné roztažnosti některých pevných látek, kapalin i plynů, jejichž objem je závislý na teplotě (tedy na dodaném teple). Takovým teploměrům říkáme dilatační (skleněné, tlakové, tyčové) a časově jsou nejstarší.
V současnosti však využívá moderní termometrie i řadu dalších metod zjišťování teploty – odporové, termoelektrické, polovodičové či radiační. Přitom před několika staletími bylo exaktní měření teploty, charakterizující tepelný stav látek, úplně neznámé.
Horečku znali, teplotu odhadovali
Teplota se kdysi určovala podle subjektivních tělesných pocitů, při výrobě kovů a keramiky se lidé řídili barvou rozžhavených předmětů nebo roztavením kovů. Platí to samozřejmě také pro oblast medicíny; vždyť nakonec, praktická medicína se bez složitější techniky obešla po staletí.
Nicméně horečku znali lékaři odedávna. Poprvé již významný perský učenec a lékař Abú Bakra Muhammada ibn Zakárijji ar-Rází, známý v západním světě pod jménem Rhazes (asi 865–925 n. l.), popsal vliv horečky jako obrany organismu proti infekci. Při určení diagnózy přihlíželi tehdejší lékaři především k osobnímu pocitu nemocného, ale později si začali všímat nejen srdečního tepu a barvy moči, ale také tělesné teploty.
Určení teploty kladením ruky na kůži, jak to dělal již Hippokrates, přetrvalo po celý středověk a počátek novověku; vlastně vymizelo až v 19. století, tedy dávno po vynalezení teploměru.
Vynálezci prvních „teploměrů“
Nejdříve se začalo používat měření teploty pomocí roztažnosti plynů a kapalin, jejichž objem je závislý na teplotě. První doklady jsou z časů končícího starověku. Matematik a vynálezce Hérón Alexandrijský (10–75 n. l.) popsal zařízení pracující na základě roztažnosti vzduchu (později nazývané vzduchový termoskop), které je nejstarším doloženým přístrojem k indikaci tepelných stavů.
O prvenství ve věci vynálezu teploměru se však dodnes ještě stále vedou diskuse. Roku 1592 sestrojil slavný astronom, filozof a fyzik, profesor univerzity v Padově Galileo Galilei termoskop – jednoduchý přístroj, který však nic neměřil, protože neměl stupnici. Byla to skleněná, asi třiceticentimetrová trubička zakončená baňkou. Vědec baňku zahřál rukou a druhý konec trubičky ponořil do obarvené vody. V baňce byl teplý vzduch, který se postupně ochlazoval, a tudíž smršťoval; a protože na hladinu vody působil okolní tlak, začala voda stoupat do trubičky.
Po Galileiovi experimentovali s podobnými „teploměry“ Otto von Guericke, Gaspar Schott nebo Jean-Baptiste van Helmont, ale především italský lékař a vynálezce Santorio Santorio (1561–1636), který se na univerzitě v Padově zabýval měřením různých tělesných dějů a k tomuto účelu sestrojil řadu důmyslných přístrojů. Při měření váhy přijímané potravy a vyměšovaného odpadu dospěl k rozdílu, který přikládal k tzv. neviditelnému vypařování. Při zkoumání tohoto úkazu použil v roce 1612 otevřený vzduchový teploměr, již vybavený numerickou stupnicí, kterým mohl měřit teplotu vzduchu v ústech. Zjistil, že čím je vyšší tělesná teplota, tím větší je i hodnota zjišťovaného rozdílu. Údaje na tomto teploměru ovšem závisely nejen na teplotě, ale i na tlaku vzduchu, teploměr pravděpodobně neměl pevné body a jeho stupnice byla zcela libovolná.
Teploměr – „kuriozita, která není k ničemu dobrá“
Jeho „teploměr“ měl sice k dnešním daleko, vynálezce Santorio však jako první předpokládal budoucí význam lékařské termometrie. Vyslovil názor, že pokud se zachovávají určité podmínky při měření (opakování vždy v určitý čas a jeho trvání stejnou dobu), stane se teploměr cennou pomůckou k podepření diagnózy a kontrole léčení. Toho svým nedokonalým přístrojem ovšem dosáhnout nemohl.
Ještě v 17. století se objevily teploměry, v nichž je teploměrnou látkou kapalina. Zřejmě první sestrojil roku 1631 francouzský lékař, fyzik, chemik a profesor medicíny na padovské univerzitě Jean Rey (1583–1645), který použil jako teploměrnou látku obyčejnou vodu. Její malá tepelná roztažnost však k tomuto použití nevyhovovala. První lihový teploměr sestrojil roku 1641 toskánský velkovévoda Ferdinand II. Tento teploměr umožňoval měřit teplotu ve větším rozsahu než teploměr vodní.
Přestože souvislost tělesné teploty s nejrůznějšími chorobnými stavy byla již dávno známa, její měření se prosazovalo jen velmi pomalu. Ještě v roce 1683 se slavný irský přírodovědec a vynálezce Robert Boyle vyjádřil o teploměru jako o „kuriozitě, která není k ničemu dobrá“.
18. století – doba vědecké revoluce a vzniku desítek teploměrů
Významný pokrok přineslo až období probíhající vědecké revoluce v 18. století, vyvolané praktickými potřebami výroby, obchodu a podnikání. Jakoby se uvolnila pomyslná lavina, propukla pravá objevitelská a vynálezecká smršť, nastal nevídaný rozvoj přístrojové a měřicí techniky – lidský důvtip neznal mezí.
Proto také osvícenský reformátor rakouského lékařského vzdělávání a veřejného zdravotnictví, osobní lékař císařovny Marie Terezie Gerard van Swieten, v roce 1778 rozeznával sedm desítek nejrůznějších teploměrů od více než šedesáti vynálezců. Jednalo se již o uzavřené teploměry s různými náplněmi – prověřoval se lněný olej, různě zbarvený vinný líh, rtuť, vzduch a jiné látky. Jako nejvhodnější se ukázaly líh a rtuť.
Máte horečku 100 stupňů
Proto také tyto látky použil pro svoje pokusy sestrojit teploměr holandský foukač skla, fyzik a podnikatel německého původu usazený v Amsterodamu Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736), který vyráběl různé fyzikální přístroje. Roku 1714 zkonstruoval svůj první rtuťový teploměr, který byl přesnější než dosud používané lihové teploměry a mohl se používat pro větší rozsah teplot. Metodu výroby teploměrů však uveřejnil v časopise Royal Society Philosophical Transaction až v roce 1724. Později publikoval ještě další práce (zjistil, že kapaliny mění svůj bod varu se změnou tlaku), za které byl zvolen členem Royal Society.
Pro své rtuťové teploměry používal několik stupnic, z nichž poslední je založena na dvou základních referenčních bodech: její počátek stanovil jako teplotu mrazicí směsi ledu, vody a chloridu amonného (zřejmě ji považoval za nejnižší laboratorně dosažitelnou teplotu) a jako její horní bod vybral zevní teplotu zdravého lidského těla a označil ji jako 96. Jednalo se o velmi dlouhý přístroj a časově náročné bylo i samotné měření.
Později byly referenční body upraveny na 32 °F pro bod tání ledu a 212 °F pro bod varu vody. Tyto referenční body jsou od sebe vzdálené 180 stupňů, tudíž jeden stupeň Fahrenheita odpovídá 5/9 stupně Celsia. Celsiův stupeň je 1,8× větší než Fahrenheitův (180 : 100 = 1,8). Tato stupnice stále přežívá např. v USA, kde se evropští pacienti vždy vyděsí, když jim lékař naměří horečku 100 stupňů.
Co teploměr, to vlastní stupnice
S přibývajícími druhy teploměrů vyvstal problém, který dlouhá léta zůstal nevyřešen. K určení a vymezení teplotní stupnice jsou zapotřebí dva pevné body, na kterých se však vědci nedokázali dohodnout. Jako první navrhl pro jednotné „termometrické měřítko“ padovský matematik, vojenský inženýr a filozof profesor Carlo Rinaldini (1615–1698) použít teploty varu vody a tání ledu (interval mezi nimi rozdělil do dvanácti dílků), ale jeho myšlenka nebyla akceptována. Proto si každý konstruktér teploměrů vytvářel vlastní stupnice.
S rozvojem fyzikálních věd však vyvstala naléhavá nutnost měřit teplotu shodně, aby byla možnost porovnávat výsledky experimentů. V občanském životě dnes používáme teploměrnou stupnici, kde je teplotní interval mezi základními body – teplotou tání ledu a teplotou varu vody – rozdělen na 100 dílků (°C). Zavedl ji v roce 1742 švédský astronom a fyzik Andreas Celsius (1701–1744). Méně se ví, že jeho původní stupnice byla obrácená (0 °C byl bod varu vody, 100 °C bod tání ledu). Uvádí se, že změnu stupnice do dnešní podoby provedl rok poté další významný vědec, lékař a botanik (udělal pořádek v latinském názvosloví rostlin) Carl Linné (1707–1778), nebo téhož roku 1743 francouzský fyzik Jean Christin (1683–1755). Používáme tedy vlastně stupnici Christinovu, ovšem teplotní interval jednoho stupně zůstává Celsiův.
Další stupnice, která vznikla pouze šest let po publikování Fahrenheitovy stupnice, byla dílem třetího zakladatele teploměrné soustavy, francouzského všestranného učence René-Antoine de Réaumura (1683–1757). Ten v roce 1730 vynalezl teploměr se směsí vody a lihu a navrhl stupnici rozdělenou na osmdesát dílků – podle poznatku, že „líh od mrazu vody do svého varu zvětšuje se o 80 tisícin původního objemu“. Nula zde byla definována jako bod tání ledu a přírůstek jednoho stupně odpovídá zvětšení objemu 80% lihu v teploměru o 1/1000. Dnes se sice již téměř nepoužívá, ale svého času byla velmi rozšířená (zvláště ve Francii) a její uvádění se v českých zemích udrželo až do 30. let minulého století. Ke změně přispěla prosazující se desítková soustava, takže ve většině zemí se ujala stupnice Celsiova, přestože není o nic přesnější nežli měření podle obou stupnic konkurenčních.
Přístroj nahánějící hrůzu – teploměr
Poměrně záhy po seznámení s Fahrenheitovými pokusy si v jeho sklofoukačské dílně nechal vyrobit lihové a rtuťové teploměry proslulý nizozemský lékař, botanik, chemik a lektor teoretického lékařství na univerzitě v Leidenu (díky němu tehdejšímu hlavnímu centru moderní medicíny) Herman Boerhaave (1668–1738), kterému je přisuzováno založení výuky lékařů přímo u lůžka pacienta. Ten je začal využívat při výzkumu nejen u zvířat, ale také k určení teploty u svých pacientů s horečnatými onemocněními. Využití poznatků termometrie také doporučoval při svých přednáškách medikům. Jeden z mnoha jeho žáků, všestranný učenec švýcarského původu, profesor anatomie a chirurgie na univerzitě v Göttingenu Albrecht von Haller (1708–1777), na to vzpomínal: „Často nás náš učitel napomínal, že máme častěji tímto malým přístrojem vyšetřovat horečku. Avšak nezvyklost tohoto pokusu naháněla těm, kdož s tím nebyli seznámeni, velkou hrůzu…“
Další jeho bývalý posluchač, přední klinik a profesor praktické medicíny na univerzitě ve Vídni Anton de Haën (1704–1776), který cíleně usiloval o systematické užívání teploměru, vyslovil již tehdy názor, že návrat teploty k normální hodnotě je známkou uzdravování. Využití rtuťových teploměrů také doporučoval již zmíněný van Swieten. Nejdříve se měla změřit teplota zdravého člověka a tato hodnota na teploměru poznamenat. Pak bylo možné posoudit, oč teplota nemocného překročila normální hodnotu. Teploměr se vkládal pacientovi na několik minut do úst, do podpaží nebo se položil na holou hruď.
Význam měření teploty uznalo až 19. století
Až do poloviny 19. století obecně však lékaři o měření tělesné teploty měli jen malý zájem a stavěli se k této novince rozporuplně. Ještě počátkem století to vyjádřil zastánce zjišťování teploty pouze rukou doktor A. F. Chomel: „Teploměrem sice lze poznat stupeň tělesné teploty, ale je naprosto nevhodný k tomu, aby postihl pravé důvody chorobného stavu – proto nejlepším nástrojem, jehož lékař může užít, zůstává jeho ruka.“
Novátorem se i zde – podobně jako v mnoha jiných oblastech – stal lékař Gabriel Andral (1797–1876). Poté, kdy v roce 1841 publikoval charakteristické teplotní změny u různých onemocnění, našel celou řadu následovníků.
V polovině 19. století shromáždili němečtí lékaři F. W. F. von Bärensprung (1822–1864) a Ludwig Traube (1818–1876) všechny tehdy dostupné záznamy o pacientech tak, že mohli vyslovit jednoznačný závěr – právě tělesná teplota je klíčovým indikátorem jak pro diagnostiku, tak pro terapii.
Klasické se ovšem stalo až dílo Carla Wunderlicha (1815–1877) Das Verhalten der Eigenwärme in Krankheiten (Měření tělesné teploty v nemoci) z roku 1868, ve kterém autor shromáždil data od více než 25 000 pacientů, analyzoval charakteristické změny tělesné teploty při dvaatřiceti různých onemocněních a prokázal, že jejich vyhodnocením lze tato onemocnění rozlišit. Aby bylo možno posoudit průběh nemoci, bylo ovšem nutno měřit tělesnou teplotu dostatečně často, minimálně dvakrát denně a v přesných intervalech; proto doporučoval, aby teplotu měřili i příbuzní nebo zdravotní sestry.
Teplota (poprvé vyjadřovaná také graficky) v rámci normálních hodnot reprezentovala zdraví, výkyvy teplotních křivek naopak nemoc, přičemž pro jednotlivé chorobné stavy byly charakteristické různé typy křivek teplotních změn. V klinické praxi se začaly zapisovat naměřené hodnoty teploty do tabulek, umístěných v hlavách lůžek nemocných. V určitém ohledu se tedy začalo usuzovat na patologické změny z grafických záznamů vitálních funkcí, pořízených přístroji. Zatímco mezi privátními lékaři byla nová metoda přijímána se střídavými úspěchy, nemocnice se jí chopily s mimořádným nadšením.
Jedno měření trvalo dvacet minut
Až někdy do třicátých let 19. století vyráběli teploměry proslulí pařížští foukači skla. Později se začaly lékařské teploměry se rtuťovou nebo lihovou náplní a sloupcovým indexem vyrábět průmyslově; od roku 1885 se začala používat speciální chemicky a tepelně odolná sklovina (Duran, Pyrex, Simax aj.).
Na první skutečně rychlý a spolehlivý lékařský teploměr si muselo lidstvo počkat až do roku 1866, kdy anglický fyzik Sir Thomas Clifford (1836–1925) dokázal zmenšit velikost dosud používaných skleněných přístrojů (okolo 30 cm dlouhých), se kterými trvalo měření asi dvacet minut. Více jak sto let se pak běžně používá skleněný teploměr se stupnicí (35 až 42 °C), využívající roztažnost rtuti. Kapilára nad její nádobkou je zúžena, takže se v tomto místě při poklesu teploty rtuťový sloupec přetrhne a teploměr tak stále ukazuje maximální naměřenou teplotu (před dalším použitím se musí „sklepnout“).
V současné době slouží k měření tělesné teploty klasické či také bezdotykové teploměry digitální nebo nejnověji také infračervené (čelní a ušní). Oproti dřívějším rtuťovým (nařízením EU zakázané vyrábět od poloviny roku 2009) a dnešním s obsahem galia jsou přesnější a měření je rychlejší, ale méně spolehlivé (často se naměří různé hodnoty). Některé teploměry mají kromě klasického měření teploty i další funkce, jako je paměť pro měření, automatické vypínání nebo indikátor zvýšené teploty.
Vzhledem k tomu, že teploměr měří teplotu, a ne teplo, měl by korektní český název přístroje být teplotoměr, nicméně označení teploměr je zažité a běžné. Jako dnešní využívání tohoto kdysi raritního přístroje.
Literatura:
Junas, J.: Průkopníci medicíny. Avicenum, Praha 1977
Namer, É.: Případ Galilei. Mladá fronta, Praha 1982
Porter, R.: Dějiny medicíny. Prostor, Praha 2013
Štoll, I.: Dějiny fyziky. Prometheus, Praha 2009
ČLÁNKY DO MAILU