Wärmehaushalt und Temperaturregulation

Alexander Stahn Zentrum für Weltraummedizin BerlinInstitut für PhysiologieCharité Universitätsmedizin Berlin

Thermoregulation|Einführung

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Thermoregulation|Einführung

Deutschland 2010

Hitzewelle 2003

> 35.000 Hitzetote

in Europa

Thermoregulation |Einleitung

DefinitionUnter Thermoregulation versteht man in der Biologie die mehr oder weniger große Unabhängigkeit der Körpertemperatur eines Organismus von der Außenwelt.

Homiotherm - PoikilothermEndotherm - Ektotherm

HomiothermKonstante KörpertemperaturEnge GrenzenKaum Toleranz für Abweichungen

Thermoregulation |Einleitung

PoikilothermAnpassung an UmgebungstemperaturÜber weiten Temperaturbereich lebensfähig

Endotherm - Ektotherm

Thermoregulation |Einleitung

Sin

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Thermoregulation |Wärmegleichgewicht

NeutralzoneBereich der Umgebungstemperatur, in dem allein durch Hautdurchblutung eine ausgeglichene Wärmebilanz erzielt werden kann.

- Temperatur bei 25 °C bis 30 °C (50% Luftfeuchtigkeit, Windstille)

Tem

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- Luftfeuchtigkeit (rel. Luftfeuchte %)- Luftdruck- Windgeschwindigkeit - Strahlung- Bekleidung- Oberflächen-Volumen-Verhältnis

Thermoregulation | WärmegleichgewichtTe

mpera

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Organismus bzw. Körperteil

A/V [cm–1]

Gesamt

Teil

Mensch

Erwachsener 0,2

Rumpf 0,1

Hand 1,0

Finger 2,2

Neugeborenes (3 kg)

0,6

Frühgeborenes (1,5 kg)

0,8

Hund (10 kg) 0,5

Zunge 3,6

Kaninchen (2 kg) 0,7

Ohr 5,6

Ratte (0,3 kg) 1,5

Thermoregulation | Wärmegleichgewicht

IndifferenztemperaturBereich, 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% undnahezu unbewegter Luft (Windgeschwindigkeit 0,1 m/s)

einer Lufttemperatur von ca. 27–31 °C.

Tem

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Thermoregulation | Wärmegleichgewicht

Tem

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Maßeinheit für den thermischen Widerstand: 1 clo = 0,155 °C x m2 x s x J–1

Schale

Thermoregulation | Wärmegleichgewicht

Kern•Gewebetemperaturen überwiegend ca. 37 °C (homiotherm)•Stoffwechselaktive Organe wie Herz,Herz, Gehirn, und Leber•> 37,5 °C: Hyperthermie•< 35,5 °C Hypothermie

•Variation in Extremitäten, Haut und darunterliegenden Schichten (poikilo-Therm)•Sinkt mit Entfernung vom Kern •Zwiebelschalenförmig (Isothermen)•Wärmeisolation & Wärmeaustausch mit der Umwelt

Verhältnisse nicht konstant!

Thermoregulation | Wärmegleichgewicht

Tem

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bere

iche

Isothermen des ruhenden, unbekleideten Menschen

Thermoregulation |RegulationssystemR

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kreis

Thermoregulation |Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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- Muskelanspannung- Arbeit- Kältezittern

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

eatr

ansp

ort Der Wärmeaustausch zwischen 2 Objekten ist proportional

zur Differenz ihrer Temperaturen.

Wärmetransfer vom Körperkern zur Körperschale = innerer Wärmetransport

Systemisch und lokal

Organismus bzw. Körperteil

A/V [cm–1]

Gesamt

Teil

Mensch

Erwachsener 0,2

Rumpf 0,1

Hand 1,0

Finger 2,2

Gegenstromprinzip

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

eatr

ansp

ort Wärmetransfer vom Körperkern zur Körperschale

= innerer Wärmetransport

Wärmetransfer von der Körperoberfläche an die Umgebung = äußerer Wärmetransport

Mensch A/V [cm–1]

Rumpf 0,1

Hand 1,0

Finger 2,2

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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A flame on Earth (top) and under micro-g conditions (below)

Veränderungen nach 120 Tagen im AllVeränderungen nach 120 Tagen im All

Convective heat transport under terrestrial (left) and micro-g conditions

(right)

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

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)Anforderungen an die Bekleidung

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Bekleidung in der Arktis

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Passiv – Perspiratio insesnisbilits(extraglandulär)

Aktiv –Perspiratio sensibilis(glandulär)

Schweißdrüsen pro cm2

Rücken ca. 55

Brust 155–250

Fußsohle 350–400

Handinnenfläche 375–425

Ellenbeuge bis zu 751

Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Thermoregulation | Regulationsmechanismen

Wärm

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Überlebenszeit des Menschen in Wasser

Wassertemperatur [°C]

Überlebenszeit [min]

unbekleidet bekleidet

0 12 > 12

5 20–30 40–60

10 60 220

15 90–120 240–300

20 900 > 900

Thermoregulation |RegulationsmechanismenA

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Thermoregulation |RegulationssystemA

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Thermoregulation |RegulationssystemA

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Thermoregulation |RegulationssystemA

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Thermoregulation |RegulationssystemR

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Thermoregulation | Wärmegleichgewicht

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