Konvektion

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 24. Januar 2017
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Die Konvektion spielt in der Thermoregulation des Körpers eine große Rolle. Sie kennzeichnet den Wärmetransport im Körper und die Wärmeabgabe an die Außenwelt. Störungen des Wärmeaustauschs können durch Krankheiten verursacht werden und den Wärmehaushalt des Körpers stark beeinträchtigen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Konvektion?

Die Konvektion stellt in der Thermoregulation der Organismen eine bestimmte Transportform der Wärme beim Wärmeaustausch dar. Der Wärmeaustausch erfolgt hier über ein stoffliches Medium. So kann die Wärme über eine Flüssigkeit wie Wasser transportiert werden und dabei auf ein gasförmiges Medium, die Luft, übergehen.

Im Falle der Regulierung der Körpertemperatur handelt es sich bei dem flüssigen Medium um das Blut im Blutkreislauf und bei dem gasförmigen Medium um die Außenluft. Im Rahmen der Thermoregulation ist der Körper bemüht, möglichst immer seine physiologische Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Sie beträgt beim Menschen etwa 37 Grad.

Wärme bildet sich primär durch Stoffwechselprozesse und sekundär durch die Reibung bei Muskelarbeit. Dabei wird die mechanische Energie der Muskelarbeit ursprünglich auch aus den Stoffwechselaktivitäten gewonnen.

Bei der Konvektion wird die Wärmeenergie von der Wärmequelle durch das fließende Blut in den Blutgefäßen an alle Stellen des Körpers transportiert. So findet ständig ein Wärmetransport zum Ausgleich der Körpertemperatur statt, welcher jedoch durch hormonelle Prozesse reguliert werden muss.

Des Weiteren findet noch ein Wärmeaustausch zwischen Körper und Außenwelt statt, wobei der Körper Wärme an die Umwelt abgibt. Dieser Wärmetransport wird über die Thermoregulation bei starkem Wärmeverlust durch niedrige Außentemperaturen eingeschränkt oder bei zu starker Wärmeproduktion im Körper gefördert.

Funktion & Aufgabe

Der Wärmeaustausch durch Konvektion soll dazu beitragen, die Körpertemperatur konstant zu halten. Neben der Konvektion findet noch ein Wärmeaustausch über Evaporation (Verdunstung) oder Radiation (Strahlung) statt.

Über Regulationsmechanismen steuert der Körper den Wärmeaustausch so, dass die Körpertemperatur sowohl nicht überschritten als auch nicht unterschritten wird. Alle physiologischen Prozesse sind temperaturabhängig und laufen nur bei Körpertemperatur optimal ab. Durch eine zu niedrige Körpertemperatur werden die Stoffwechselvorgänge verlangsamt. Zu hohe Temperaturen haben große Auswirkungen auf die Struktur der Biomoleküle. So beginnt ab einer Temperatur über 40 Grad die Denaturierung von körpereigenen Proteinen. Dabei werden die Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen der Eiweiße unter Einbüßung ihrer biologischen Wirksamkeit zerstört. Besonders Enzyme werden dabei in ihrer Funktionalität beeinträchtigt.

Des Weiteren ändern sich die Fluidität, das Diffusionsverhalten und das Osmoseverhalten der Zellmembranen. Bei höheren Temperaturen nimmt weiterhin die Bindungsaffinität des Hämoglobins zum Sauerstoff ab, sodass die Sauerstoffversorgung nicht mehr ausreichend gewährleistet wäre.

Bei der Konvektion wird die Wärmeenergie von der Wärmequelle durch das fließende Blut in den Blutgefäßen an alle Stellen des Körpers transportiert.

Um eine konstante Körpertemperatur zu gewährleisten, ist der abgestimmte Ablauf mehrerer Prozesse notwendig. Das betrifft unter anderem die ständige Wärmeproduktion, die Wärmeisolierung und die Fähigkeit des Körpers zur verstärkten Wärmeabgabe bei Wärmeüberproduktion.

Wenn eine Überwärmung des Körpers stattfindet, veranlasst der Hypothalamus die Absenkung des Sympathikotonus. Es findet eine periphere Vasodilatation und verstärkte Schweißbildung statt. Die Schweißbildung verursacht eine Verstärkung des Wärmeverlustes durch Verdunstung (Evaporation) und die Vasodilation erhöht die Wärmeabgabe durch Konvektion.

Bei der Vasodilatation handelt es sich um die Erweiterung der Blutgefäße zur Vergrößerung ihrer Oberfläche. Dadurch wird die Wärmeabgabe effektiver. Die Konvektion ist zudem noch für die gleichmäßige Erwärmung des Körpers notwendig. So wird der Körperkern bestehend aus Bauchraum und Schädel durch den Stoffwechsel stärker erwärmt als die Akren und Extremitäten. Über den Blutkreislauf werden die Unterschiede durch erzwungene Konvektion ausgeglichen.

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Krankheiten & Beschwerden

Die Konvektion in der Thermoregulation ist maßgeblich von der Funktionsfähigkeit der Blutgefäße abhängig. Bei Durchblutungsstörungen funktioniert auch die gleichmäßige Erwärmung aller Körperteile nicht mehr optimal. Besonders Körperteile, welche schnell abkühlen und gleichzeitig nicht so stark erwärmt werden, bleiben kühler als die Nachbarregionen. So treten beispielsweise bei Arteriosklerose häufig kalte Hände oder Füße auf. Auch durch eine passive Erwärmung von außen lassen sie sich nicht so schnell auf Körpertemperatur bringen. Es erfolgt immer wieder eine schnelle Abkühlung.

Durch körperliche Aktivität kann die Durchblutung verbessert werden. In schweren Fällen droht jedoch die Unterversorgung mit Sauerstoff und im Extremfall die Nekrose der entsprechenden Gliedmaßen. Besonders Diabetespatienten leiden häufig an Durchblutungsstörungen, die mit dem Verlust von bestimmten Gliedmaßen enden können.

Eine Minderdurchblutung (Ischämie) hat auch Einfluss auf das Ausmaß einer Vasodilatation. Innerhalb der Blutgefäße werden die Scherkräfte durch eine Ischämie verändert. Die Scherkräfte vermitteln die Erweiterung der Blutgefäße. Ein verminderter Blutfluss senkt jedoch die Scherkräfte, sodass es auch zu einer geringeren Vasodilatation kommt. Besonders ältere Menschen leiden oft an einem gestörten Wärmehaushalt. Die Regelungsmechanismen funktionieren nicht mehr optimal. Zum einen ist die allgemeine Wärmeproduktion herabgesetzt und zum anderen der Wärmetransport durch Konvektionsprozesse eingeschränkt, da vielfach eine Minderdurchblutung besteht. Dabei kühlt der Körper besonders an den minderdurchbluteten Stellen stärker aus.

Der Regulationsmechanismus kann jedoch auch bei einer Überhitzung des Körpers zusammenbrechen. Eine Überhitzung kann unter anderem durch eine erhöhte Wärmeproduktion bei starker körperlicher Belastung während schwüler Witterungsverhältnisse entstehen. Wenn die Kerntemperatur über 41 Grad ansteigt, wird gleichzeitig die Schweißproduktion eingestellt. Dabei wird der Körper versuchen, durch eine verstärkte Schalendurchblutung der Gliedmaßen und Akren die Wärme abzugeben und damit die Kerntemperatur zu senken. Als Folge kann ein Kreislaufzusammenbruch drohen. Dieser Zustand wird als Hitzschlag bezeichnet. Auch bei starkem Fieber kann die Wärmeregulation des Körpers außer Kraft gesetzt werden.

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