Proceedings zur 6. Fachtagung BIOMET - Deutsche ...

austausch zwischen dem Körper des Menschen und seiner thermischen Umgebung kann in
Form einer Energiebilanzgleichung beschrieben werden, der Anwendung des ersten Hauptsatzes
der Thermodynamik:
[ Q ( Ta,
v)
+ Q*
( Tmrt,
v)
] − [ Q ( e,
v)
+ Q ( e,
v)
] − QRe
( Ta,
e)
± = 0
M SW
−W − H L
S
Gl. 1
M Metabolische Rate (Gesamtaktivität)
W Mechanische Leistung (Art der Aktivität)
S Speicherung (Änderung im Wärmeinhalt des Körpers)
Haut:
QH Turbulenter Fluss sensibler Wärme
Q* Strahlungsbilanz
QL Turbulenter Fluss latenter Wärme (Diffusion von Wasserdampf durch die Haut)
QSW Turbulenter Fluss latenter Wärme (Verdunstung von Schweiß)
Atmung:
QRe Wärmefluss über Atmung (sensibel and latent)
Die meteorologischen Einflussgrößen sind Lufttemperatur Ta, Wasserdampfdruck e, Windgeschwindigkeit
v und mittlere Strahlungstemperatur Tmrt, über die die kurz- und langwelligen
Strahlungsflüsse auf den Menschen bezogen werden. Tmrt ist, bezogen auf einen Menschen
in festgelegter (hier aufrechter) Körperhaltung, gegebenen Werten von Albedo und Emissionskoeffizient
der Bekleidung, definiert als diejenige einheitliche Temperatur einer schwarz
strahlenden Umgebung, bei der der gleiche Strahlungsverlust bzw. –gewinn auftritt, wie unter
den aktuellen Umgebungsbedingungen. Zusätzlich werden die metabolische Rate (entsprechend
der Aktivität und ggf. durch Kältezittern) und die Bekleidungsisolation (Verhaltensanpassung!)
benötigt. In Gl.1 sind die erforderlichen meteorologischen Variablen den relevanten
Wärmeflüssen in Klammern zugeordnet, nicht jedoch die in Wechselwirkung stehenden
internen (physiologischen) Variablen wie Hauttemperatur, Kerntemperatur, Schweißrate,
Hautbenetzungsgrad. Zur Realisierung einer ausgeglichenen Wärmebilanz verfügt der Organismus
über ein komplexes Regulationssystem, dessen zentrales steuerndes System im Hypothalamus
des Gehirns lokalisiert ist.
1.2.1 Thermoregulation
Von einem mathematischen Standpunkt aus kann der Organismus des Menschen in zwei gekoppelte
Thermoregulationssysteme eingeteilt werden: (1) das steuernde aktive System, das
die thermophysiologischen Reaktionen wie die Verteilung des peripheren Blut- (und damit
Wärme-) Flusses von unakklimatisierten Personen, die zusätzliche Wärmeproduktion durch
Kältezittern und Schweißproduktion beinhaltet, und (2) das gesteuerte passive System mit den
anatomischen Eigenschaften und den Wärmetransportphänomenen innerhalb des Organismus
und an seiner Oberfläche (Abb. 1). Damit werden die lokalen Wärmeflüsse von den verschiedenen
Oberflächensegmenten über freie und erzwungene Konvektion, langwelliger Strah-
13