Transcript Thermoregulation - Institut für Physiologie

Wärmehaushalt und
Temperaturregulation
Alexander Stahn
Zentrum für Weltraummedizin Berlin
Institut für Physiologie
Charité Universitätsmedizin Berlin
Thermoregulation|Einführung
Scott Laio
US Open 2010
Thermoregulation|Einführung
Deutschland 2010
Hitzewelle 2003
> 35.000 Hitzetote
in Europa
Thermoregulation |Einleitung
Definition
Unter Thermoregulation versteht man in der Biologie die
mehr oder weniger große Unabhängigkeit der
Körpertemperatur eines Organismus von der Außenwelt.
Homiotherm - Poikilotherm
Endotherm - Ektotherm
Thermoregulation |Einleitung
Homiotherm
Konstante Körpertemperatur
Enge Grenzen
Kaum Toleranz für Abweichungen
Poikilotherm
Anpassung an Umgebungstemperatur
Über weiten Temperaturbereich
lebensfähig
Endotherm - Ektotherm
Sinn
Thermoregulation |Einleitung
Temperaturbereiche
Thermoregulation |Wärmegleichgewicht
Neutralzone
Bereich der Umgebungstemperatur, in dem allein durch
Hautdurchblutung eine ausgeglichene Wärmebilanz erzielt
werden kann.
- Temperatur bei 25 °C bis 30 °C (50% Luftfeuchtigkeit, Windstille)
- Luftfeuchtigkeit (rel. Luftfeuchte %)
- Luftdruck
- Windgeschwindigkeit
- Strahlung
- Bekleidung
- Oberflächen-Volumen-Verhältnis
Thermoregulation | Wärmegleichgewicht
Temperaturbereiche
Organismus
bzw. Körperteil
Mensch
Erwachsener
Rumpf
Hand
Finger
Neugeborenes
(3 kg)
Frühgeborenes
(1,5 kg)
Hund (10 kg)
Zunge
Kaninchen (2 kg)
Ohr
Ratte (0,3 kg)
A/V [cm–1]
Gesa Teil
mt
0,2
0,1
1,0
2,2
0,6
0,8
0,5
3,6
0,7
5,6
1,5
Temperaturbereiche
Thermoregulation | Wärmegleichgewicht
Indifferenztemperatur
Bereich, der als behaglich oder komfortabel empfunden wird.
Sie entspricht für den






gesunden,
unbekleideten,
liegenden und ruhenden Erwachsenen
unter Grundumsatzbedingungen,
bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% und
nahezu unbewegter Luft (Windgeschwindigkeit 0,1 m/s)
einer Lufttemperatur von ca. 27–31 °C.
Temperaturbereiche
Thermoregulation | Wärmegleichgewicht
Maßeinheit für den
thermischen
Widerstand: 1 clo
= 0,155 °C x m2 x s x J–1
Thermoregulation | Wärmegleichgewicht
Schale
Kern
• Variation in Extremitäten, Haut und
darunterliegenden Schichten (poikiloTherm)
• Sinkt mit Entfernung vom Kern
• Zwiebelschalenförmig (Isothermen)
• Wärmeisolation & Wärmeaustausch
mit der Umwelt
• Gewebetemperaturen überwiegend
ca. 37 °C (homiotherm)
• Stoffwechselaktive Organe wie Herz,
Herz, Gehirn, und Leber
• > 37,5 °C: Hyperthermie
• < 35,5 °C Hypothermie
Verhältnisse nicht
konstant!
Temperaturbereiche
Thermoregulation | Wärmegleichgewicht
Isothermen
des ruhenden,
unbekleideten
Menschen
Regelsystem
Und -kreis
Thermoregulation |Regulationssystem
Wärmebildung
Thermoregulation |Regulationsmechanismen
Wärmebildung
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
- Muskelanspannung
- Arbeit
- Kältezittern
Wärmebildung
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Der Wärmeaustausch zwischen 2 Objekten ist proportional
zur Differenz ihrer Temperaturen.
Wärmetransfer vom Körperkern zur Körperschale = innerer
Wärmetransport
Systemisch und lokal
Gegenstromprinzip
Organismus
bzw. Körperteil
Mensch
Erwachsener
Rumpf
Hand
Finger
A/V [cm–1]
Gesa Teil
mt
0,2
0,1
1,0
2,2
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmetransfer vom Körperkern zur Körperschale
= innerer Wärmetransport
Wärmetransfer von der Körperoberfläche an die Umgebung
= äußerer Wärmetransport
Mensch
Rumpf
Hand
Finger
A/V [cm–1]
0,1
1,0
2,2
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
A flame on Earth
(top) and
under micro-g
conditions
(below)
Convective heat transport under terrestrial (left) and
micro-g conditions (right)
Veränderungen nach 120 Tagen im All
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Anforderungen an die Bekleidung
Materialeigenschaften:

Schichtdicke und Anzahl der
Schichten

Dichte des Gewebes, natürliche
und künstliche Fasern

Hygroskopische Eigenschaften
der Materialien

Wind-, Gas-, und
Feuchtigkeitspermeabilität

mechanische Stabilität

Farbstabilität

Thermische Leitfähigkeit der
Materialien
Grenzzone (4-8 mm)
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Bekleidung in der Arktis
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Passiv –
Perspiratio
Schweißdrüsen
pro cm2
insesnisbilits
(extraglandulär)
Rücken
ca. 55
Aktiv 155–250
–
Brust
Perspiratio
sensibilis
Fußsohle
350–400
(glandulär)
Handinnenfläche 375–425
Ellenbeuge bis zu 751
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Wärmeatransport
Thermoregulation | Regulationsmechanismen
Überlebenszeit des Menschen in Wasser
Wassertemperatur Überlebenszeit [min]
[°C]
unbekleidet
bekleidet
0
12
> 12
5
20–30
40–60
10
60
220
15
90–120
240–300
20
900
> 900
Akklimatisation
Und Adaptation
Thermoregulation |Regulationsmechanismen
Akklimatisation
Und Adaptation
Thermoregulation |Regulationssystem
Akklimatisation
Und Adaptation
Thermoregulation |Regulationssystem
Akklimatisation
Und Adaptation
Thermoregulation |Regulationssystem
Regelsystem
Und -kreis
Thermoregulation |Regulationssystem
Temperaturbereiche
Thermoregulation | Wärmegleichgewicht