Thermoregulation
 
Bei poikilothermen (wechselwarmen, exothermen) Tieren sinkt der Energieumsatz durch die mit der Aussentemperatur sinkenden Körpertemperatur. Exotherme Organismen sind nicht in der Lage, ihre Körpertemperatur konstant zu halten. Der Vorteil dieser Lebensweise ist ein viel geringerer Energieumsatz.
Mit Hilfe der RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel, auch van't Hoffsche Regel genannt) kann man die geringe Aktivität von wechselwarmen Tieren, zum Beispiel Reptilien, bei niedrigen Temperaturen erklären und die blitzartige Reaktion derselben Tiere bei höheren Temperaturen. Es handelt sich dabei um eine Faustregel, die besagt, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppelt, wenn die Temperatur um 10 K (10 °C) erhöht wird. Der Q10-Wert, also der Wert für die Beschleunigung der Reaktion bei einer Erhöhung der Temperatur um 10 °C ist also annähernd gleich 2. Eine Eidechse kann demnach bei 30 °C etwa doppelt so schnell reagieren wie bei 20 Grad.

Der Körper der homoiothermen, also gleichwarmen, Tiere und (dazu gehört auch der Mensch) hält unter Energieaufwand eine bestimmte Temperatur relativ konstant. Grund dafür ist, dass die Enzyme dieser Lebewesen ein Temperaturoptimum haben, bei dem sie am effektivsten Arbeiten. Ab einer bestimmten Temperaturabweichung werden Enzyme irreversibel geschädigt. Um also die Körpertemperatur möglichst gleich zu erhalten und Abweichungen zu vermeiden, gibt es verschiedene Mechanismen.
Bei Hitze bzw. Überhitzen des Organismus schwitzen und bei Kälte zittern wir. Zittern entsteht durch schnelle, kurze Muskelkontraktionen als Reaktion auf den Kältereiz; dadurch wird Wärme erzeugt. Für dieMuskelkontraktionen wird ATP (das Energiespeichermolekül der Zelle) verbraucht; Energie wird also benötigt um Wärme zu erzeugen. Bei homoiothermen (gleichwarmen, endothermen) Organismen wird dauernd ein ziemlich großer Energiebetrag für die aktive Wärmeproduktion benötigt.

Grafik 1 zeigt einen einfachen Temperatur-Regelkreis, in dem durch Schwitzen die Körpertemperatur verringert wird:

 

Abb. 1.:
vereinfachter Temperatur-Regelkreis
Das Schwitzen bewirkt eine bessere Wärmeableitung, da die durchfeuchtete Haut die Wärmeleitung zwischen Blut und Haut begünstigt. Auf der Hautoberfläche entsteht Verdampfungskälte durch das Verdampfen des Wassers. Andere Reaktionen auf zu hohe Körpertemperatur sind zum Beispiel Hecheln (Verdampfen über die Zungenoberfläche) oder das Aufstellen der Haare bei Tieren, so dass der Wind über die Haut streichen und damit die Wärme von der Hautoberfläche besser forttragen kann.
Bei Kälte folgen Reaktionen wie Zittern und Einrollen zu einer möglichst kugelförmigen Oberfläche (Verringerung der Oberfläche). Diese Mechanismen bezeichnet man auch als Kurzzeitmechanismen der Temperaturregelung.

Menschen und Tiere suchen zum Temperaturausgleich häufig einen kühleren oder wärmeren Ort auf (Verhaltensregulation). Der Mensch wechselt die Bekleidung, ein Tier das Fell (Sommer- und Winterfell bei Tieren). Auch eine Schicht an Speicherfett, wie zum Beispiel beim Igel vor dem Winterschlaf, wirkt wärmespeichernd und schützt vor Kälte. Ein Fellwechsel und das Anlegen einer Speckschicht gehören zu den Langzeitmechanismen. Für den Menschen sind Einrichtungen, wie der Ventilator, die Klimaanlage oder eine Heizung selbstverständlicher Bestandteil des Alltags, so dass auch ohne körperliches Zutun eine einigermaßen konstante Temperatur gewährleistet wird. Es gilt aber auch hier: Je größer die Temperaturunterschiede, die zu bewältigen sind (siehe Beispiel Eskimo, unter "Mensch" im Winterprojekt), desto mehr Energie wird benötigt und desto mehr Nahrung muss der Mensch aufnehmen. Umgekehrt: Wer immer nur im warmen Zimmer sitzt, verbraucht bedeutend weniger Kalorien und muss also auch weniger essen. Abb. 2: Ventilator (mit dem Mauszeiger anschalten)  

 

 

 

Ein Regelkreisschema zur Thermoregulation beim Menschen, beschrieben mit den Begriffen aus der Regelungslehre, finden Sie hier.

Abb. 3: Eskimo
 
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