Johtuminen

Johtuminen on lämmönsiirron tyyppi ja yksi neljästä mekanismista, joiden avulla vartalo vaihtaa lämpöä ympäristön kanssa termoregulaation puitteissa. Johtavuus perustuu Brownin liikkeisiin. Ne antavat lämmön eristetyssä rungossa siirtyä alueilta, joissa on korkeampi lämpötila, alueisiin, joissa on alhaisempi lämpötila.

Mikä on johtavuus?

Energiansäästölain mukaan energia on säästömäärä. Seurauksena on, että eristetyn järjestelmän kokonaisenergia ei muutu, vaan muuttuu korkeintaan energiamuotoiksi. Energiansäästölakia sovelletaan myös lämmönsiirtoon ihmiskehon eristetyssä järjestelmässä.

Lämmön johtamista ihmisen organismissa kutsutaan myös johtavuudeksi ja se vastaa lämpövirtausta kiinteässä aineessa, joka tapahtuu lämpötilaerojen puitteissa. Termodynamiikan toisen lain mukaan lämpö virtaa aina alemman lämpötilan suuntaan. Toisin kuin konvektio, johtavuus ei vaadi mitään materiaalivirtaa lämpökuljetukseen. Lämmönsiirto tapahtuu johtavuuden puitteissa, ts. Ilman materiaalin kuljetusta kudoksen läpi. Ihokosketus materiaalin kanssa luo myös lämmönjohtavuuden.

Johtamisen aikana kuljetetun lämmön määrä riippuu lämmönjohtavuuksista ja lämpötilaeroista. Johtavuutta kutsutaan myös Lämmön diffuusio ja on yksi neljästä ihmisen kehon lämmönsiirtomekanismista.

Toiminto ja tehtävä

Neljä fyysistä mekanismia lämmön kuljettamiseksi ihmiskehossa ovat säteily, konvektio, haihtuminen ja johtavuus.

Höyrystyminen on lämmön menetystä hikoilemalla osana lämmön säätelyä. Säteily tarkoittaa termisen säteilyn infrapunaosaa, joten se ei ole sidottu aineeseen. Johtavuudella tarkoitetaan lämmönkuljetusta lepokehossa ja konvektiota lämmönsiirtoon liikkuvan väliaineen avulla.

Biologia erottaa sisäisen ja ulkoisen lämmönsiirron. Ulkoinen lämmönvaihto on pysyvä lämmönvaihto, joka tapahtuu ihon läpi ympäristön kanssa. Sisäisellä lämmönsiirrolla tarkoitetaan kehonlämmön kuljetusta lämmönlähteen paikasta kehon pintaan asti. Konvektiolla ja johtavuudella on merkitys sisäisessä lämpövirtauksessa.

Johtavuudessa lämpö kuljetetaan aineen Brownin molekyyliliikkeen kautta. Hiukkasten nykiminen, epäsäännöllinen lämpöliike viskoosissa väliaineessa tunnetaan nimellä Brownin liike. Kuljetun matkan neliö kasvaa keskimäärin suhteessa absoluuttiseen lämpötilaan ja ajanjaksoon. Se on kääntäen verrannollinen hiukkasen säteen ja viskositeetin kanssa. Tämä periaate perustuu jokaiseen biologiseen diffuusioon.

Kun lämpö siirretään Brownin molekyylin liikkeen kautta, lämpögradientti kompensoidaan, koska hiukkaset liikkuvat alemman lämpötilan alueiden suuntaan. Materiaalin fysikaaliset ominaisuudet määräävät syntyvän lämpövirtauksen koon. Fysiologisissa kudoksissa vesitasapaino on johtava tekijä. Lämmönjohtavuus määritetään lämmönjohtavuuskertoimen avulla. Kuten kaikki muutkin lämmönvaihtomekanismit, johtavuus aiheuttaa pysyviä lämpöhäviöitä ja samalla passiivista lämmitystä.

Ihmisen organismi on riippuvainen kehon jatkuvasta lämpötilasta, jotta kaikki aineenvaihduntaprosessit toimivat täydellisesti. Lämpötila pidetään vakiona jatkuvan lämmöntuotannon kautta termogeneesin merkityksessä, samoin kuin eristämällä ympäristöstä ja kyvyllä alentaa kehon lämpötilaa.

Kehon lämpö johtuu energian muuntamisesta kahdessa järjestelmässä. Lihakset ja aineenvaihdunta ovat mukana. Lihakset muuttavat kemiallisen energian kineettiseksi energiaksi. Näiden energioiden lämmönkuljetus tapahtuu pääasiassa veren kautta tapahtuvan pakkokonvektion kautta.

Löydät lääkkeesi täältä

Sairaudet ja vaivat

Häiriintynyt termoregulaatio voi aiheuttaa lukuisia elimen toimintahäiriöitä ihmiskehossa ja olla siten systeeminen sairaus. Koska johtavuus on yksi monista lämmön menetyksen syistä, se voi liittyä hypotermiaan. Hypotermia on hypotermia, joka ilmenee kylmäaltistuksen jälkeen. Kehon lämmöntuotanto on vähemmän kuin lämmön vapautuminen tietyn ajanjakson ajan. Ääritapauksissa hypotermia voi olla tappava.

Paikallinen altistuminen kylmälle aiheuttaa paleltumista, joka vahingoittaa pysyvästi kudosta. Hypotermialla on merkitystä esimerkiksi vuoristourheilijoiden yhteydessä, joille on sattunut onnettomuus, ja se otetaan automaattisesti huomioon tehohoitoyksiköissä, joilla on vastaava anamneesi ja sopiva kliininen kuva.

Lääketiede erottaa hypotermian eri vaiheet. Lievää hypotermiaa esiintyy ruumiinlämpötilassa, joka on välillä 32–35 celsiusastetta. Näissä lämpötiloissa voidaan yleensä havaita lihasten vapina, takykardiat, takypneat ja verisuonten supistumat tai apatia ja ataksia.

Kohtalaisessa hypotermiassa lämpötila on laskenut 28 asteeseen. Tietoisuuden heikentymisen, bradykardian ja laajentuneiden oppilaiden lisäksi potilaalla on vähentynyt gag-refleksi, hyporefleksia tai kylmä idiocy.

Vakavalle hypotermialle viitataan lämpötiloissa, jotka ovat alle 28 celsiusastetta, mikä tajuttomuuden lisäksi voi aiheuttaa sydämen pysähtymisen, heikentyneen aivojen toiminnan, jäykät pupillit ja sydämen rytmihäiriöt tai hengityksen pysähtymisen.

Hypotermia voi tapahtua onnettomuuksien jälkeen vesillä, vuorilla ja luolissa tai pysytellen huomattavasti kylmässä ympäristössä. Erilaiset sairaudet, neurologisista virheistä johtuva istuva käyttäytyminen, äärimmäinen fyysinen rasitus tai sokkitilat voivat laukaista hypotermian. Sama koskee liiallista alkoholinkulutusta ja siihen liittyvää ihon verisuonten laajentumista.

Potilaat, joilla on harvinainen Shapiro-oireyhtymä, kärsivät myös termoregulaation perusteellisista ja toistuvista virheistä. Lämpösäätelykeskuksena hypotalamukseen vaikuttavat häiriöt.