Konduktion

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 5. März 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Konduktion ist eine Art des Wärmetransports und einer von vier Mechanismen, mit der der Körper im Rahmen der Thermoregulation im Wärmeaustausch mit der Umgebung steht. Der Konduktion liegen die Brown'schen Bewegungen zugrunde. Sie lassen Wärme im isolierten Körper von höhertemperierten in niedrigtemperierte Bereiche wandern.

Was ist die Konduktion?

Die Konduktion ist eine Art des Wärmetransports. Damit kann der Körper im Rahmen der Thermoregulation im Wärmeaustausch mit der Umgebung stehen.

Laut dem Energieerhaltungssatz ist Energie eine Erhaltungsgröße. Demzufolge ändert sich die Gesamtenergie eines isolierten Systems nicht, sondern wandelt sich höchstens in verschiedene Energieformen um. Der Energieerhaltungssatz gilt auch für den Wärmetransport im isolierten System des menschlichen Körpers.

Die Wärmeleitung im menschlichen Organismus wird auch als Konduktion bezeichnet und entspricht dem Wärmefluss in einem Feststoff, der im Rahmen von Temperaturunterschieden stattfindet. Laut des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik fließt Wärme immer in Richtung der geringeren Temperatur. Anders als bei der Konvektion wird bei der Konduktion kein Materialfluss zum thermischen Transport benötigt. Wärmetransport findet im Rahmen der Konduktion also ohne Stofftransport über Gewebe statt. Auch Hautkontakt mit einem Material stellt eine Wärmeleitung her.

Die bei der Konduktion transportierte Menge an Wärme hängt von den Wärmeleitfähigkeiten und den Temperaturdifferenzen ab. Die Konduktion wird auch als Wärmediffusion bezeichnet und ist einer von vier Wärmetransortmechanismen im menschlichen Körper.

Funktion & Aufgabe

Die Evaporation ist ein Wärmeverlust durch Schwitzen im Rahmen der Thermoregulation. Die Radiation bezieht sich auf den Infrarot-Anteil der Wärmestrahlung und ist damit nicht an Materie gebunden. Mit der Konduktion ist der Wärmetransport in einem ruhenden Körper gemeint und die Konvektion ist der Wärmetransport mittels eines bewegten Mediums.

Die Biologie unterscheidet zwischen einem inneren und einem äußeren Wärmetransport. Der äußere Wärmeaustausch ist der permanente Wärmeaustausch, der über die Haut mit der Umgebung stattfindet. Der innere Wärmetransport meint den Transport von Körperwärme angefangen bei dem Ort des Wärmeursprungs bis hin zur Körperoberfläche. Für den inneren Wärmestrom spielen Konvektion und Konduktion eine Rolle.

Bei der Konduktion findet der Wärmetransport über die Brown'sche Molekularbewegung eines Stoffes statt. Als Brown'sche Bewegung sind die ruckartig unregelmäßigen Wärmebewegungen von Teilchen in einem viskosen Medium bekannt. Das Quadrat der zurückgelegten Strecke wächst dabei im Durchschnitt jeweils proportional zur absoluten Temperatur und der Zeitspanne. Umgekehrt proportional verhält es sich zum Teilchenradius und zur Viskosität. Dieses Prinzip liegt jeder biologischen Diffusion zugrunde.

Bei der Wärmeübertragung durch die Brown'sche Molekularbewegung entsteht ein Ausgleich des Wärmegefälles, da sich die Teilchen in Richtung der niedriger temperierten Bereiche bewegen. Die physikalischen Stoffeigenschaften bestimmten dabei die Größe des so entstehenden Wärmestroms. In physiologischen Geweben ist der Wasserhaushalt dabei der leitende Faktor. Die Wärmeleitfähigkeit wird durch die Wärmeleitzahl bestimmt. Wie alle anderen Wärmeaustauschmechanismen verursacht auch die Konduktion permanent Wärmeverluste und zugleich passive Erwärmung.

Der Organismus des Menschen ist für ein ideales Funktionieren aller Stoffwechselprozesse auf eine konstante Körpertemperatur angewiesen. Die Konstanthaltung der Temperatur erfolgt sowohl durch ständige Wärmeproduktion im Sinne der Thermogenese, als auch durch die Isolation gegenüber der Umwelt und die Fähigkeit zur Körpertemperaturabsenkung.

Die Körperwärme ergibt sich aus der Energiewandlung in zwei Systemen. Die Muskulatur und der Stoffwechsel sind daran beteiligt. Die Muskeln machen chemische Energie zu kinetischer Energie. Der Wärmetransport dieser Energien findet vorwiegend durch erzwungene Konvektion über das Blut statt.

Krankheiten & Beschwerden

Lokale Kälteeinwirkungen verursachen Erfrierungen, die das Gewebe dauerhaft schädigen. Hypothermie spielt zum Beispiel im Zusammenhang mit verunglückten Bergsportlern eine Rolle und wird auf Intensivstationen bei entsprechender Anamnese und einem passenden klinischen Bild automatisch in Erwägung gezogen.

Die Medizin unterscheidet verschiedene Stadien der Hypothermie. Eine milde Hypothermie liegt bei einer Körpertemperatur zwischen 32 und 35 Grad Celsius vor. Meist lassen sich bei diesen Temperaturen Muskelzittern, Tachykardien, Tachypnoen und Vasokonstriktionen oder Apathie und Ataxie beobachten.

Bei einer mittelgradigen Hypothermie ist die Temperatur bis auf 28 Grad Celsius abgefallen. Neben Bewusstseinseintrübung, Bradykardien und erweiterten Pupillen liegt bei den Patienten ein verminderter Würgereflex, eine Hyporeflexie oder Kälteidiotie vor.

Von einer schweren Hypothermie ist bei Temperaturen von unter 28 Grad Celsius die Rede, wie sie neben Bewusstlosigkeit einen Kreislaufstillstand, verminderte Hirnaktivität, starre Pupillen und Herzrhythmusstörungen oder Atemstillstand hervorrufen kann.

Hypothermien können sich nach Unfällen zu Wasser, im Gebirgen und Höhlen oder nach Aufenthalten in erheblich kalter Umgebung einstellen. Auch verschiedene Erkrankungen, bewegungsarme Verhaltensweisen durch neurologische Defekte, körperliche Extremanstrengungen oder Schockzustände können Hypothermien auslösen. Dasselbe gilt für übermäßigen Alkoholgenuss und die damit verbundene Blutgefäßerweiterung in der Haut.

An grundsätzlichen und wiederkehrenden Defekten in der Thermoregulation leiden außerdem Patienten des seltenen Shapiro-Syndroms. Als Wärmeregulationszentrum ist ihr Hypothalamus von Störungen betroffen.

Quellen

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