Fizjologia termoregulacji, mechanizmy, typy i zmiany

Termoregulacja Jest to proces, który pozwala organizmom regulować temperaturę ich ciał, modulując straty i przyrost ciepła. W królestwie zwierząt istnieją różne mechanizmy regulacji temperatury, zarówno fizjologiczne, jak i etologiczne.

Regulacja temperatury ciała jest podstawową aktywnością dla każdej żywej istoty, ponieważ parametr ma kluczowe znaczenie dla homeostazy ciała i wpływa na funkcjonalność enzymów i innych białek, płynności błony, przepływu jonów, między innymi.

Ssaki to Homeooterms i endoterms. Źródło: Alan Wilson [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)]

W najprostszej formie sieci termoregulacyjne są aktywowane za pomocą obwodu, który integruje wejścia termoreceptorów znajdujących się w skórze, w wnętrznościach, w mózgu, między innymi.

Główne mechanizmy w obliczu tych bodźców zimnych lub cieplnych obejmują zwężenie naczyń skóry, rozszerzenie naczyń, wytwarzanie ciepła (termogeneza) i pocenie się. Inne mechanizmy obejmują zachowania w celu promowania lub zmniejszenia utraty ciepła.

[TOC]

Podstawowe pojęcia: ciepło i temperatura

Mówić o termoregulacji u zwierząt, konieczne jest znanie dokładnej definicji terminów, które są często zdezorientowane wśród studentów.

Zrozumienie różnicy między ciepłem a temperaturą jest niezbędne do zrozumienia termicznej regulacji zwierząt. Użyjemy ciał nieożywionych, aby zilustrować różnicę: pomyślmy o dwóch kostkach jednego metalu, jeden jest 10 razy większy niż drugi.

Każda z tych kostek znajduje się w pomieszczeniu w temperaturze 25 ° C. Jeśli mierzymy temperaturę każdego bloku, oba będą mieli 25 ° C, chociaż jeden jest duży i mały.

Teraz, jeśli mierzymy ilość ciepła w każdym bloku, wynik między nimi będzie inny. Aby wykonać to zadanie, musimy przenieść bloki do pomieszczenia o temperaturze bezwzględnej zero i określić ilościowo ilość ciepła, którą wydzielają. W takim przypadku zawartość ciepła będzie 10 razy wyższa w największym metalowym wiadrze.

Temperatura

Dzięki poprzedniemu przykładowi możemy stwierdzić, że temperatura jest taka sama dla dwóch i niezależna od ilości materii w każdym bloku. Temperatura jest mierzona jako prędkość lub intensywność ruchu cząsteczek.

W literaturze biologicznej, gdy autorzy wspominają o „temperaturze ciała”, odnoszą się do temperatury centralnych obszarów ciała i peryferyjnych. Temperatura centralnych regionów odzwierciedla temperaturę „głębokich” tkanek ciała - mózgu, serca i wątroby.

Z drugiej strony na temperaturę obszarów peryferyjnych wpływa przejście krwi do skóry i jest mierzona w skórze dłoni i stóp.

Ciepło

Natomiast - i powrót do przykładu bloków - ciepło różni się zarówno w ciałach obojętnych, jak i bezpośrednio proporcjonalne do ilości materii. Jest to forma energii i zależy od liczby atomów i cząsteczek danej substancji.

Rodzaje: Relacje termiczne między zwierzętami

W fizjologii zwierząt istnieje wiele terminów i kategorii używanych do opisania relacji termicznych między organizmami. Każda z tych grup zwierząt ma adaptacje specjalne - fizjologiczne, anatomiczne lub anatomiczne - które pomagają utrzymać temperaturę ciała w odpowiednim zakresie.

W życiu codziennym nazywamy zwierzętami endotermami i homeootermami, takimi jak „gorąca krew” oraz zwierzęta poquilothermalne i ektotermiczne, takie jak „zablokowane przez zimno”.

Endoterma i ektoterma

Pierwszy termin jest endotermia, używane, gdy zwierzę udaje się ogrzewać metaboliczną produkcję ciepła. Przeciwna koncepcja jest Ectototermia, gdzie temperatura zwierzęcia jest nałożona przez otaczające środowisko.

Może ci służyć: cytochemia: historia, obiekt studiów, użyteczności i technik

Niektóre zwierzęta nie są w stanie być endotermami, ponieważ chociaż wytwarzają ciepło, nie robią tego wystarczająco szybko, aby to zachować.

Poquilotherm i homeotherm

Innym sposobem ich klasyfikacji jest termoregulacja zwierząt. Termin Poquilotherm służy w odniesieniu do zwierząt o zmiennych temperaturach ciała. W takich przypadkach temperatura ciała jest wysoka w gorących środowiskach i jest niska w zimnych środowiskach.

Zwierzę z poquilotherm może samowystarczalne regulacja jego temperatury za pomocą zachowań. Oznacza to, że znajdują się na obszarach o wysokim promieniowaniu słonecznym w celu zwiększenia temperatury lub ukrycia się przed wspomnianym promieniowaniem, aby go zmniejszyć.

Warunki poquilothermy i ektotermicznej odnoszą się do zasadniczo tego samego zjawiska. Jednak Poquilothermo podkreśla zmienność temperatury ciała, podczas gdy w ektotermice odnosi się do znaczenia temperatury otoczenia w celu ustalenia temperatury ciała.

Termin przeciwny Poquilotherm to homeothermus: termoregulacja za pomocą środków fizjologicznych - i nie tylko dzięki wyświetlaniu zachowań. Większość endotermów jest w stanie regulować swoją temperaturę.

Przykłady

Ryba

Ryby są doskonałym przykładem zwierząt ektotermów i poquilotermos. W przypadku tych kręgowców pływaków ich tkanki nie wytwarzają ciepła przez szlaki metaboliczne, a także temperatura ryb jest określana przez temperaturę zbiornika wodnego, w którym pływają.

Gady

Gady wykazują bardzo wyraźne zachowania, które pozwalają im regulować (etyologicznie) ich temperaturę. Zwierzęta te szukają ciepłych regionów - jak siedzieć na gorącym kamieniu - aby zwiększyć temperaturę. W przeciwnym razie, gdzie chcą to zmniejszyć, będą starać się ukryć przed promieniowaniem.

Ptaki i ssaki

Ssaki i ptaki to przykłady endotermów i homeotermów. Wytwarzają one temperaturę ciała i regulują ją fizjologicznie. Niektóre owady również wykazują ten wzór fizjologiczny.

Zdolność do regulacji jego temperatury dała tym dwóm linii zwierząt przewagę nad ich odpowiednikami poquilotermów, ponieważ mogą one ustalić równowagę termiczną w swoich komórkach i narządach. Doprowadziło to do procesów żywienia, metabolizmu i wydalania były bardziej solidne i wydajne.

Na przykład istota ludzka utrzymuje swoją temperaturę w 37 ° C, w dość wąskim zakresie - między 33,2 a 38,2 ° C. Utrzymanie tego parametru jest całkowicie kluczowe dla przetrwania gatunku i pół serii procesów fizjologicznych w ciele.

Przestrzeń i czasowa naprzemiennie endotermii i ektotermii

Rozróżnienie między tymi czterema kategoriami zwykle staje się mylące, gdy badamy przypadki zwierząt, które są zdolne do naprzemiennie kategorii, przestrzennie lub tymczasowo.

Tymczasową zmienność regulacji termicznej można zilustrować ssakami, które doświadczają okresów hibernacji. Zwierzęta te są na ogół dożywotni w porach roku, w których nie hibernają, a podczas hibernacji nie są w stanie regulować temperatury ciała.

Zmienność przestrzeni występuje, gdy zwierzę w różny sposób reguluje temperaturę w obszarach ciała. Abejorros i inne owady mogą regulować temperaturę swoich segmentów klatki piersiowej i nie są w stanie regulować reszty regionów. Ten warunek regulacji różnicowej nazywany jest heterotermią.

Fizjologia termoregulacji

Jak każdy system, fizjologiczna regulacja temperatury ciała wymaga obecności systemu aferentnego, centrum kontrolnego i systemu emocjonalnego.

Pierwszy system, aferent, jest odpowiedzialny za przechwytywanie informacji przez receptory skóry. Następnie informacje są przekazywane do centrum termoregulatora przez krew przez krew.

Może ci służyć: immunoglobulina D

W normalnych warunkach organy ciała wytwarzające ciepło to serce i wątroba. Kiedy ciało wykonuje pracę fizyczną (ćwiczenia), mięsień szkieletowy jest również strukturą wytwarzającą ciepło.

Podwzgórze to centrum termoregulacyjne, a zadania są podzielone na straty i przyrost ciepła. Strefa funkcjonalna w celu pośredniczenia w utrzymaniu ciepła znajduje się w tylnej części podwzgórza, podczas gdy w straty pośredniczy przednia obszar. Ten organ działa jak termostat.

Kontrola systemu występuje podwójnie: pozytywne i ujemne, za pośrednictwem kory mózgu. Odpowiedzi efektorowe są typu behawioralnego lub pośredniczą w autonomicznym układzie nerwowym. Te dwa mechanizmy zostaną badane później.

Mechanizmy termoregulacyjne

Mechanizmy fizjologiczne

Mechanizmy regulacji temperatury różnią się między rodzajem otrzymanego bodźca, to znaczy, jeśli jest to wzrost lub spadek temperatury. Użyjemy więc tego parametru do ustalenia klasyfikacji mechanizmów:

Regulacja dla wysokich temperatur

Aby osiągnąć regulację temperatury ciała w stosunku do bodźców cieplnych, ciało musi promować jej utratę. Istnieje kilka mechanizmów:

Rozszerzenie naczyń

U ludzi jedną z najbardziej uderzających cech krążenia skórnego jest szeroki zakres naczyń krwionośnych, które posiada. Krążenie krwi przez skórę ma właściwość różni się znacznie w zależności od warunków środowiska i modyfikujących od wysokich do niskich przepływów krwi.

Zdolność rozszerzania naczyń jest kluczowa w termoregulacji jednostek. Wysoki przepływ krwi w okresach wzrostu temperatury pozwala ciału zwiększyć przenoszenie ciepła, od rdzenia ciała do powierzchni skóry, aby ostatecznie rozproszyć.

Gdy przepływ krwi rośnie, objętość skóry krwi wzrasta z kolei. Zatem większa ilość krwi jest przenoszona z rdzenia ciała na powierzchnię skóry, gdzie następuje przenoszenie ciepła. Krew, teraz chłodniej, jest ponownie przenoszona do rdzenia lub środka ciała.

Pot

Razem z rozszerzeniem naczyń, produkcja potu jest kluczowa dla termoregulacji, ponieważ pomaga rozproszyć nadmierne ciepło. W rzeczywistości produkcja i odparowanie potu są głównymi mechanizmami ciała do utraty ciepła. Działają również podczas aktywności fizycznej.

Pot jest płynem wytwarzanym przez gruczoły potowe zwane ekrinami, rozmieszczone w całym ciele w ważnej gęstości.Parowanie potu udaje się przenieść ciepło ciała do środowiska jako pary wodne.

Regulacja dla niskich temperatur

W przeciwieństwie do mechanizmów wymienionych w poprzednim rozdziale, w sytuacjach spadku temperatury ciało musi promować ochronę i produkcję ciepła w następujący sposób:

Zwężenie naczyń

Ten system jest zgodny z odwrotną logiką opisaną w rozszerzeniu naczyń, więc nie rozszerzymy zbyt wiele w wyjaśnieniu. Zimno stymuluje skurcz naczyń skóry, unikając w ten sposób rozpraszania ciepła.  

Piloerecion

Czy zastanawiałeś się, dlaczego „skóra kurczaka” pojawia się, gdy mamy do czynienia z niskimi temperaturami? Jest to mechanizm unikania utraty ciepła zwanego pionacją. Ponieważ jednak ludzie mają stosunkowo małe włosy w naszym ciele, jest to uważane za nieco skuteczny i podstawowy system.

Może ci służyć: jaka jest naturalna różnorodność ziemi?

Gdy nastąpi wzniesienie każdego włosów, zwiększa się warstwa powietrza, która wchodzi w kontakt ze skórą, co zmniejsza konwekcję powietrza. To zmniejsza utratę ciepła.

Produkcja ciepła

Najbardziej intuicyjnym sposobem przeciwdziałania niskiej temperaturze jest produkcja ciepła. Może się to zdarzyć na dwa sposoby: poprzez dreszcz i niezbywającą termogenezę.

W pierwszym przypadku ciało wytwarza szybkie i mimowolne skurcze mięśni (dlatego drżesz), które prowadzą do produkcji ciepła. Pokazowa produkcja jest droga - energetycznie - więc ciało ucieka się do niej, jeśli wyżej wymienione systemy nie zawiodą.

Drugi mechanizm jest prowadzony przez tkaninę o nazwie brązowy tłuszcz (lub brązowa tkanka tłuszczowa, w literaturze angielskiej jest zwykle podsumowana pod nietoperzem akrononicznym przez Brązowa tkanka tłuszczowa).

Ten system jest odpowiedzialny za oddzielenie produkcji energii w metabolizmie: zamiast tworzenia ATP prowadzi do produkcji ciepła. Jest to szczególnie ważny mechanizm u dzieci i małych ssaków, chociaż najnowsze dowody zauważyły, że są również istotne u dorosłych.

Mechanizmy etologiczne

Mechanizmy etologiczne składają się ze wszystkich zachowań, które zwierzęta wykazują, aby regulować ich temperaturę. Jak wspomnieliśmy w przykładzie gadów, organizmy można umieścić w pomyślnym środowisku, aby promować lub uniknąć utraty ciepła.

Różne części mózgu są zaangażowane w przetwarzanie tej odpowiedzi. U ludzi zachowania te są skuteczne, chociaż nie są drobno regulowane jako fizjologiczne.

Zmiany termoregulacyjne

Ciało doświadcza małych i delikatnych zmian temperatury w ciągu dnia, w zależności od niektórych zmiennych, takich jak rytm okołodobowy, cykl hormonalny, między innymi aspekty fizjologiczne.

Jak wspomnieliśmy, orkiestra temperatury ciała.

Obie skrajności termiczne - zarówno wysokie, jak i niskie - negatywnie wpływają na organizmy. Bardzo wysokie temperatury, powyżej 42 ° C u ludzi, bardzo wyraźnie wpływają na białka, promując ich denaturacja. Ponadto wpływa na syntezę DNA. Narządy i neurony są również uszkodzone.

Podobnie temperatury niższe niż 27 ° C prowadzą do ciężkiej hipotermii. Zmiany aktywności nerwowo -mięśniowej, sercowo -naczyniowej i oddechowej mają śmiertelne konsekwencje.

Wpływa na wiele narządów, gdy termoregulacja nie działa we właściwy sposób. Wśród nich serce, mózg, przewód pokarmowy, płuca, nerki i wątroba.

Bibliografia

1. Arellano, J. L. P., I del Pozo, s. D. C. (2013). Podręcznik patologii ogólnej. Elsevier.
2. Argyropoulos, g., & Harper, m. I. (2002). Zaproszony recenzja: Niekwestionowane białka i themoregulacja. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian n. (2010). Mechanizmy i modyfikatory reflematu. Journal of Applied Physiology (Bethesda, MD. : 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, r. W. (1979). Porównawcza fizjologia zwierząt: podejście środowiskowe. Odwróciłem się.
5. Hill, r. W., Wyse, g. DO., Anderson, m., & Anderson, m. (2004). Zwierzę z fizjologii. Sinauer Associates.
6. Liedtke w. B. (2017). Dekonstruowanie themoregulacji ssaków. Materiały z National Academy of Sciences of the United States of America, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison s. F. (2016). Centralna kontrola temperatury ciała. F1000Resarch, 5, F1000 Wydział REV-880.