Radiation

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 31. Januar 2017
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Die thermoregulatorische Radiation ist ein Mechanismus des Wärmeverlusts, der durch Wärmeabstrahlung gekennzeichnet ist. Bei der Radiation bewegt sich Wärmeenergie als elektromagnetische Welle oder Infrarotstrahlung aus dem Körper heraus. Überhitzung durch Radiation gilt als Therapieschritt bei Krebserkrankungen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Radiation?

Die menschliche Körpertemperatur wird durch unterschiedlichste Mechanismen konstant aufrechterhalten. Die Temperatur von etwa 37 Grad Celsius (von Menschn zu Mensch leicht unterschiedlich) entspricht der idealen Arbeitstemperatur von zahlreichen Enzymen.

Zur Aufrechterhaltung dieses Idealwerts steht der menschliche Organismus permanent im Wärmeaustausch mit der Umwelt. Die Gesamtheit dieser Austauschprozesse und der damit vernetzten Körpervorgänge wird als Thermoregulation des Körpers bezeichnet. Der Hypothalamus ist das Regulationszentrum. Die vier Mechanismen des Wärmeaustauschs sind die Konvektion, die Konduktion, die Evaporation und die Radiation.

Die Medizin unterscheidet zwischen Mechanismen des äußeren und inneren Wärmetransports. Der innere Wärmetransport findet vorwiegend über Konvektion und Konduktion statt. Bei der Konduktion ist kein Trägermedium erforderlich, währen die Konvektion mit einem Trägermedium arbeitet. Die Radiation und die Evaporation werden vorrangig dem äußeren Wärmetransport zugerechnet. Während die Evaporation der Verdunstung entspricht, ist die Radiation die Wärmestrahlung.

Funktion & Aufgabe

Bei der Radiation wird Wärmeenergie in Form einer elektromagnetischen Welle als Infrarotstrahlung bewegt. Anders als zum Beispiel der Transport durch Konvektion ist die Radiation so nicht auf Materie angewiesen, sondern arbeitet ausschließlich mit materieloser Wärmestrahlung.

Ohne Reflexion dringen langwellige Infrarotstrahlen von außen in den menschlichen Körper ein. Diese langwelligen Strahlen können von verschiedenen Quellen des Umfelds ausgehen. Die wichtigste Quelle für langwellige Infrarotstrahlung ist zum Beispiel die Sonne. Auch Gegenstände oder Menschen der unmittelbaren Umgebung können allerdings langwellige Infrarotstrahlen abgeben. Kurzwellige Infrarotstrahlen treten nicht unreflektiert in den Organismus ein, sondern werden in einer Höhe von bis zu 50 Prozent reflektiert. Diese Reflexion findet vorwiegend durch das Hautpigment statt.

Das Stefan-Boltzmann-Gesetz gibt die thermische Abstrahlungsleistung eines ideal Schwarzen Körpers in der Abhängigkeit von der Körpertemperatur an. Es geht auf die Physiker Ludwig und Josef Stefan Boltzmann zurück. Ihr Gesetz bildet den grundlegenden Rahmen der thermoregulatorischen Radiation. Das Stefan-Boltzmann-Gesetz wurde im 19. Jahrhundert mehr oder weniger experimentell entdeckt. Boltzmann orientierte sich bei der Herleitung an den Gesetzen der Thermodynamik und der Maxwellschen Elektrodynamik. Bei der Herleitung setzt er die spektrale Strahlungsdichte Schwarzer Körper voraus und erreicht eine Integration der Strahlungsdichte über alle Frequenzen und in den Halbraum, den das Flächenelement bestrahlt.

Die menschliche Körpertemperatur wird durch unterschiedlichste Mechanismen konstant aufrechterhalten. Die Temperatur von etwa 37 Grad Celsius (von Menschn zu Mensch leicht unterschiedlich) entspricht der idealen Arbeitstemperatur von zahlreichen Enzymen.

Das Strahlungsgesetz der Radiation gibt demnach an, welche Strahlungsleistung ein Schwarzer Körper einer bestimmten Fläche mit der absoluten Temperatur in die Umgebung aussendet.

Im menschlichen Körper entsteht permanent Wärme, so vor allem durch Stoffwechselprozesse und Muskelarbeit. Diese Wärme wird durch innere Wärmetransportprozesse wie Konduktion und Konvektion an die Oberfläche transportiert. Von der Körperoberfläche strahlt die Wärme im Rahmen der Radiation nach dem beschriebenen Gesetz von Boltzmann ab, sodass Wärmeverluste eintreten. Diese Wärmeverluste schützen den Menschen vor Überhitzung.

Andererseits nimmt der Körper des Menschen Wärme aus der Umgebung über Radiation ebenfalls auf. Damit die konstante Körpertemperatur aufrechterhalten werden kann, werden gegebenenfalls wieder Wärmeverluste initiiert.

Damit schützen thermoregulatorische Prozesse wie die Radiation, die Konvektion, die Evaporation und die Konduktion den menschlichen Körper vor Überhitzung und Unterkühlung. Beide Zustände würden die enzymatische Arbeit und damit Dutzende von Körperprozessen stören oder sogar lahmlegen.

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Krankheiten & Beschwerden

Unter der Hyperthermie wird eine Überwärmung des Körpers verstanden, die gegen das Wärmeregulationszentrum verläuft. Anders als das Fieber wird Hyperthermie nicht durch Pyrogene verursacht. Hyperthermische Sonderformen sind maligne Hyperthermien, die durch Arzneimittelwirkungen oder Drogenkonsum auftreten.

Die Hyperthermie lässt sich über Radiation auch künstlich herbeiführen und entspricht dann einem therapeutischen Schritt, wie er zum Beispiel im Rahmen von Krebsbehandlungen Nutzen zeigt. Chemotherapien werden durch künstliche Hyperthermien oft erfolgreich unterstützt. Verschiedene Arten der künstlichen Hyperthermie werden unterschieden. Neben der Ganzkörperhyperthermie gibt es beispielsweise die Tiefenhyperthermie oder die Prostatahyperthermie. Bei der Ganzkörper-Hyperthermie wird außer dem Kopf der ganze Körper überwärmt.

Diese gezielte Überwärmung findet mithilfe von Infrarotstrahlern statt und bringt die Körpertemperatur auf Werte bis zu 40,5 Grad Celsius. Die Tiefenhyperthermie findet nur am jeweils betroffene Gewebe statt und überwärmt die erkrankte Körperstelle auf bis zu 44 Grad Celsius. Die Prostatahyperthermie wird meist durch eine transurethrale Hyperthermie erzeugt. Zusätzlich zur Wärme wird dabei die Radiation eines elektrischen Feldes aus Radiokurzwellen genutzt.

Der Hyperthermie als medizinischem Terminus steht die Hypothermie gegenüber. Sie bezeichnet eine Unterkühlung durch exzessive Wärmeverluste über Radiation, Konduktion, Konvektion und Evaporation. Hypothermien durch Wärmeverluste werden vor allem von niedriger Lufttemperatur unterstützt. Auch kaltes Wasser oder Wind begünstigen den Wärmeverlust eines Körpers. Typischerweise treten Unterkühlungen daher im Rahmen von Unglücken im Wasser, im Gebirge und in Höhlen auf. Auch der Aufenthalt in generell kalten Umgebunden kann Hypothermien hervorrufen.

Die Medizin unterscheidet zwischen milden, mittelgradigen und schweren Hypothermien. Eine schwere Hypothermie lässt die Körpertemperatur auf unter 28 Grad Celsius sinken und kann tödliche Folgen haben. Neben Bewusstlosigkeit oder Kreislaufstillstand ist diese Hypothermieform durch verminderte Hirnaktivität, Lungenödeme und starre Pupillen gekennzeichnet. Herzrhythmusstörungen treten ein. Häufig kommt es außerdem zu einem Atemstillstand durch Unterkühlung.

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