Fiziologija termoregulacije, mehanizmi, vrste i promjene



termoregulacija To je proces koji omogućuje organizmima da reguliraju temperaturu svojih tijela, modulirajući gubitak i dobitak topline. U životinjskom carstvu postoje različiti mehanizmi regulacije temperature, i fiziološki i etološki.

Reguliranje temperature tijela je osnovna aktivnost za svako živo biće, jer je parametar kritičan za homeostazu tijela i utječe na funkcionalnost enzima i drugih proteina, fluidnost membrana, protok iona, između ostalih..

U svom najjednostavnijem obliku, termoregulacijske mreže se aktiviraju pomoću kruga koji integrira ulaze termoreceptora koji se nalaze u koži, u unutrašnjosti, u mozgu, između ostalih.

Glavni mehanizmi pri ovim hladnim ili toplinskim podražajima uključuju kožnu vazokonstrikciju, vazodilataciju, proizvodnju topline (termogenezu) i znojenje. Drugi mehanizmi uključuju ponašanja za promicanje ili smanjenje gubitka topline.

indeks

  • 1 Osnovni pojmovi: toplina i temperatura
    • 1.1 Temperatura
    • 1.2 Toplina
  • 2 Vrste: toplinski odnosi između životinja
    • 2.1 Endoterma i ektoterma
    • 2.2 Poikilotherm i homeotherm
    • 2.3 Primjeri
    • 2.4 Izmjena prostorne i vremenske endotermije i ektotermije
  • 3 Fiziologija termoregulacije
  • 4 Mehanizmi termoregulacije
    • 4.1 Fiziološki mehanizmi
    • 4.2 Etološki mehanizmi
  • 5 Izmjene termoregulacije
  • 6 Reference

Osnovni pojmovi: toplina i temperatura

Da bi se govorilo o termoregulaciji kod životinja, potrebno je znati točnu definiciju pojmova koji često zbunjuju studente.

Razumijevanje razlike između topline i temperature bitno je za razumijevanje toplinske regulacije životinja. Za ilustraciju razlike koristit ćemo neživu tijela: pomislite na dvije metalne kocke, jedna je 10 puta veća od druge.

Svaka od tih kocki nalazi se u prostoriji na temperaturi od 25 ° C. Ako izmjerimo temperaturu svakog bloka, obje će biti na 25 ° C, iako je jedna velika i druga mala.

Sada, ako izmjerimo količinu topline u svakom bloku, rezultat između njih će biti različit. Da bismo izvršili taj zadatak, moramo pomaknuti blokove u sobu s apsolutnom nultom temperaturom i kvantificirati količinu topline koju ispuštaju. U tom slučaju, sadržaj topline bit će 10 puta veći u većoj metalnoj kocki.

temperatura

Zahvaljujući prethodnom primjeru, možemo zaključiti da je temperatura ista za oba i neovisno o količini tvari svakog bloka. Temperatura se mjeri kao brzina ili intenzitet kretanja molekula.

U biološkoj literaturi, kada autori spominju "tjelesnu temperaturu", oni se odnose na temperaturu središnjih dijelova tijela i perifernih područja. Temperatura središnjih regija odražava temperaturu "dubokih" tkiva tijela - mozga, srca i jetre.

Na temperaturu perifernih područja, s druge strane, utječe prolazak krvi u kožu i mjeri se u koži ruku i stopala..

vrućina

Nasuprot tome - i vraćajući se na primjer blokova - toplina je različita u oba inertna tijela i izravno proporcionalna količini tvari. To je oblik energije i ovisi o broju atoma i molekula tvari o kojoj je riječ.

Vrste: toplinski odnosi između životinja

U životinjskoj fiziologiji postoji niz termina i kategorija koje se koriste za opisivanje toplinskih odnosa između organizama. Svaka od ovih skupina životinja ima posebne prilagodbe - fiziološke, anatomske ili anatomske - koje im pomažu u održavanju tjelesne temperature u odgovarajućem rasponu.

U svakodnevnom životu endotermne i homeotermne životinje nazivamo toplokrvne, a poikilotermne i ektotermne životinje "hladnokrvne"..

Endoterma i ektoterma

Prvi je termin endothermy, koristi se kada se životinja uspije zagrijati s metaboličkom proizvodnjom topline. Suprotan koncept je ektotermija, gdje je temperatura životinje nametnuta okolinom.

Neke životinje ne mogu biti endotermne, jer iako proizvode toplinu, to ne čine dovoljno brzo da bi je zadržale.

Poikilotherm i homeotherm

Drugi način klasificiranja je prema termoregulaciji životinje. Izraz poikilotermički koristi se za označavanje životinja s promjenjivom tjelesnom temperaturom. U tim slučajevima, temperatura tijela je visoka u vrućim sredinama i niska je u hladnim uvjetima.

Poikilotherm životinja može samoregulirati svoju temperaturu pomoću ponašanja. To jest, lociranjem u područjima s visokim sunčevim zračenjem za povećanje temperature ili skrivanje od spomenutog zračenja kako bi se ona smanjila.

Pojmovi poikilotherm i ectotherm odnose se u osnovi na istu pojavu. Međutim, poikilotherm naglašava varijabilnost tjelesne temperature, dok se u ectotermi odnosi na važnost temperature okoline za određivanje tjelesne temperature..

Suprotni pojam poikiloterme je homeoterm: termoregulacija fiziološkim sredstvima - i to ne samo zahvaljujući primjeni ponašanja. Većina endotermnih životinja može regulirati svoju temperaturu.

Primjeri

riba

Ribe su savršen primjer ektotermnih i poikilotermnih životinja. U slučaju tih plivača kralježnjaka, njihova tkiva ne proizvode toplinu putem metaboličkih puteva, a osim toga, temperatura ribe određena je temperaturom vode u kojoj plivaju..

gmazovi

Gmazovi pokazuju vrlo izražena ponašanja koja im omogućavaju da reguliraju (etološki) svoju temperaturu. Ove životinje traže topla područja - kao što je sjedanje na vrućem kamenu - kako bi povećali temperaturu. Inače, tamo gdje ga žele smanjiti, nastojat će se sakriti od zračenja.

Ptice i sisavci

Sisavci i ptice su primjeri endotermnih i homeotermnih životinja. Oni metabolički proizvode tjelesnu temperaturu i fiziološki ga reguliraju. Neki insekti također pokazuju ovaj fiziološki obrazac.

Sposobnost regulacije temperature dala je prednost tim dvije linije životinja u odnosu na njihove poikilotermne dijelove, budući da mogu uspostaviti toplinsku ravnotežu u njihovim stanicama i organima. To je dovelo do toga da procesi prehrane, metabolizma i izlučivanja postaju robusniji i učinkovitiji.

Ljudsko biće, na primjer, održava temperaturu na 37 ° C, u prilično uskom rasponu - između 33,2 i 38,2 ° C. Održavanje ovog parametra je potpuno kritično za opstanak vrste i posreduje niz fizioloških procesa u tijelu.

Izmjena prostorne i vremenske endotermije i ektotermije

Razlika između ove četiri kategorije često postaje zbunjujuća kada ispitujemo slučajeve životinja koje se mogu izmjenjivati ​​između kategorija, bilo prostorno ili vremenski.

Vremenske varijacije termičke regulacije mogu se navesti na sisavcima koji doživljavaju razdoblja hibernacije. Ove životinje su obično homeotermne tijekom godišnjih doba kada ne hiberniraju i tijekom hibernacije nisu u stanju regulirati tjelesnu temperaturu..

Prostorne varijacije nastaju kada životinja različito regulira temperaturu u dijelovima tijela. Bumbari i drugi insekti mogu regulirati temperaturu svojih torakalnih segmenata i ne mogu regulirati ostale regije. Ovo stanje diferencijalne regulacije naziva se heterothermy.

Fiziologija termoregulacije

Kao i svaki sustav, fiziološka regulacija tjelesne temperature zahtijeva prisutnost aferentnog sustava, kontrolnog centra i eferentnog sustava.

Prvi sustav, aferentni, zadužen je za prikupljanje informacija pomoću kožnih receptora. Nakon toga, informacija se prenosi u centar za termoregulaciju kroz krv putem neurona.

U normalnim uvjetima, organi tijela koji stvaraju toplinu su srce i jetra. Kada tijelo radi fizički rad (vježbanje), skeletni mišić je također struktura koja stvara toplinu.

Hipotalamus je termoregulacijski centar i zadaci su podijeljeni na gubitak topline i dobitak. Funkcionalna zona za posredovanje u održavanju topline nalazi se u stražnjoj zoni hipotalamusa, dok je gubitak posredovan prednjim područjem. Ovaj organ djeluje kao termostat.

Kontrola sustava se javlja dvostruko: pozitivna i negativna, posredovana korteksom mozga. Efektorski odgovori su tipa ponašanja ili posredovani autonomnim živčanim sustavom. Ta dva mehanizma će se proučavati kasnije.

Mehanizmi termoregulacije

Fiziološki mehanizmi

Mehanizmi za reguliranje temperature variraju između vrste primljenog podražaja, tj. Radi li se o povećanju ili smanjenju temperature. Stoga ćemo koristiti ovaj parametar za uspostavljanje klasifikacije mehanizama:

Regulacija za visoke temperature

Da bi se postigla regulacija tjelesne temperature protiv toplinskih podražaja, tijelo mora promicati njegov gubitak. Postoji nekoliko mehanizama:

vazodilatacija

Kod ljudi, jedna od najupečatljivijih obilježja cirkulacije kože je širok raspon krvnih žila koje ima. Cirkulacija krvi kroz kožu ima svojstvo da se znatno razlikuje ovisno o uvjetima okoline i promjeni iz visokih u niske protoke krvi.

Sposobnost vazodilatacije je ključna u termoregulaciji pojedinaca. Visok protok krvi tijekom perioda povišene temperature omogućuje tijelu da poveća prijenos topline, od jezgre tijela do površine kože, da bi se konačno raspršila.

Kada se protok krvi poveća, volumen krvi se povećava. Stoga se veća količina krvi prenosi iz jezgre tijela na površinu kože, gdje se odvija prijenos topline. Krv, sada hladnija, prenosi se natrag u jezgru ili u središte tijela.

znoj

Uz vazodilataciju, proizvodnja znoja je ključna za termoregulaciju, jer pomaže rasipanju prekomjerne topline. Ustvari, proizvodnja i naknadno isparavanje znoja glavni su mehanizmi u tijelu da izgube toplinu. Oni također djeluju tijekom fizičke aktivnosti.

Znoj je tekućina koju stvaraju žlijezde znoj, nazvane ekrine, raspoređene u tijelu u značajnoj gustoći, dok isparavanje znoja prenosi toplinu tijela na okoliš kao vodenu paru.

Regulacija za niske temperature

Za razliku od mehanizama spomenutih u prethodnom odjeljku, u situacijama pada temperature tijelo mora promicati očuvanje i proizvodnju topline na sljedeći način:

vazokonstrikciju

Ovaj sustav slijedi suprotnu logiku opisanu u vazodilataciji, tako da u objašnjenju nećemo mnogo proširiti. Hladnoća potiče kontrakciju kožnih žila, čime se izbjegava rasipanje topline.  

piloerection

Jeste li se ikada zapitali zašto se "guske" pojavljuju kada se suočavamo s niskim temperaturama? To je mehanizam kojim se izbjegava gubitak topline nazvan piloerekcija. Međutim, kako ljudi imaju relativno malu kosu u našem tijelu, to se smatra slabo rudimentarnim sustavom.

Kada se pojavi visina svake kose, povećava se sloj zraka koji dolazi u dodir s kožom, što smanjuje konvekciju zraka. Time se smanjuje gubitak topline.

Proizvodnja topline

Najintuitivniji način za suzbijanje niskih temperatura je proizvodnja topline. To se može dogoditi na dva načina: drhtanjem i ne-drhtavom termogenezom.

U prvom slučaju tijelo proizvodi brze i nenamjerne mišićne kontrakcije (zato drhtite kada ste hladni) što dovodi do stvaranja topline. Drhteća proizvodnja je skupa - energetski gledano - tako da će joj tijelo pribeći ako gore spomenuti sustavi ne uspiju..

Drugi mehanizam je tkivo koje se naziva smeđa masnoća (ili smeđe masno tkivo, u engleskoj literaturi se obično sumira pod kraticom BAT smeđe masno tkivo).

Ovaj je sustav odgovoran za razdvajanje proizvodnje energije u metabolizmu: umjesto formiranja ATP-a, dovodi do proizvodnje topline. To je posebno važan mehanizam u djece i malih sisavaca, iako je najnovija evidencija pokazala da je ona također relevantna u odraslih.

Etološki mehanizmi

Etološki mehanizmi sastoje se od svih ponašanja životinja koje reguliraju temperaturu. Kao što smo spomenuli u primjeru gmazova, organizmi se mogu smjestiti u pogodnu okolinu kako bi promicali ili izbjegli gubitak topline.

Različiti dijelovi mozga su uključeni u obradu ovog odgovora. Kod ljudi su takva ponašanja učinkovita, iako nisu fino regulirana kao fiziološka.

Izmjene termoregulacije

Tijelo doživljava male i osjetljive promjene temperature tijekom dana, ovisno o nekim varijablama, kao što su cirkadijanski ritam, hormonski ciklus, između ostalih fizioloških aspekata..

Kao što je spomenuto, tjelesna temperatura organizira veliki raspon fizioloških procesa, a gubitak regulacije može dovesti do razornih uvjeta u zahvaćenom organizmu..

Oba termalna ekstrema - i visoka i niska - negativno utječu na organizme. Vrlo visoke temperature, iznad 42 ° C kod ljudi, snažno djeluju na proteine, potičući njihovu denaturaciju. Osim toga, utječe se na sintezu DNA. Organi i neuroni su također oštećeni.

Slično tome, temperature ispod 27 ° C dovode do teške hipotermije. Promjene u živčano-mišićnoj, kardiovaskularnoj i respiratornoj aktivnosti imaju fatalne posljedice.

Više organa je zahvaćeno kada termoregulacija ne funkcionira na pravi način. Među njima, srce, mozak, gastrointestinalni trakt, pluća, bubrezi i jetra.

reference

  1. Arellano, J.L.P., & del Pozo, S.D.C. (2013). Priručnik opće patologije. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M.E. (2002). Pozvani pregled: razdvajanje proteina i termoregulacija. Časopis primijenjene fiziologije, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mehanizmi i modifikatori refleksa izazvali su vazodilataciju kože i vazokonstrikciju kod ljudi. Časopis primijenjene fiziologije (Bethesda, Md: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R.W. (1979). Usporedba fiziologije životinja: ekološki pristup. Preokrenuo sam.
  5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija životinja. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Dekonstrukcija termoregulacije sisavaca. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S.F. (2016). Središnja kontrola tjelesne temperature. F1000Research, 5, F1000 Fakultet Rev-880.