Termoreguleringsfysiologi, mekanismer, typer og ændringer

1580
Charles McCarthy

Det termoregulering det er processen, der gør det muligt for organismer at regulere temperaturen i deres kroppe og modulere varmetab og gevinst. I dyreriget er der forskellige mekanismer til temperaturregulering, både fysiologiske og etologiske.

Regulering af kropstemperatur er en grundlæggende aktivitet for ethvert levende væsen, fordi parameteren er kritisk for kroppens homøostase og påvirker funktionaliteten af ​​enzymer og andre proteiner, væskeformen i membranen, strømmen af ​​ioner, blandt andre..

Pattedyr er homeotermiske og endotermiske. Kilde: Alan Wilson [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

I sin enkleste form aktiveres termoreguleringsnetværk ved hjælp af et kredsløb, der integrerer indgangene fra blandt andet termoreceptorer i huden, i indvolde, i hjernen..

De vigtigste mekanismer til disse varme eller kolde stimuli inkluderer kutan vasokonstriktion, vasodilatation, varmeproduktion (termogenese) og sved. Andre mekanismer inkluderer adfærd for at fremme eller reducere varmetab.

Artikelindeks

  • 1 Grundlæggende: varme og temperatur
    • 1.1 Temperatur
    • 1.2 Varme
  • 2 Typer: termiske forhold mellem dyr
    • 2.1 Endoterm og ektoterm
    • 2.2 Poikilotherm og homeotherm
    • 2.3 Eksempler
    • 2.4 Rumlig og tidsmæssig veksling mellem endotermi og ektotermi
  • 3 Fysiologi ved termoregulering
  • 4 Termoreguleringsmekanismer
    • 4.1 Fysiologiske mekanismer
    • 4.2 Etologiske mekanismer
  • 5 Ændringer i termoregulering
  • 6 Referencer

Grundlæggende: varme og temperatur

For at tale om termoregulering hos dyr er det nødvendigt at kende den nøjagtige definition af termer, der ofte er forvirrende blandt studerende.

Det er vigtigt at forstå forskellen mellem varme og temperatur for at forstå dyrets termiske regulering. Vi vil bruge livløse kroppe til at illustrere forskellen: lad os tænke på to kuber af et metal, den ene er 10 gange større end den anden.

Hver af disse terninger er i et rum ved en temperatur på 25 ° C. Hvis vi måler temperaturen på hver blok, vil begge være ved 25 ° C, selvom den ene er stor og den anden lille.

Nu, hvis vi måler mængden af ​​varme i hver blok, vil resultatet mellem de to være forskelligt. For at udføre denne opgave skal vi flytte blokke til et rum med en temperatur på absolut nul og kvantificere mængden af ​​varme, de afgiver. I dette tilfælde vil varmeindholdet være 10 gange højere i den største metalterning..

Temperatur

Takket være det foregående eksempel kan vi konkludere, at temperaturen er den samme for begge og uafhængig af mængden af ​​stof i hver blok. Temperatur måles som hastigheden eller intensiteten af ​​molekylers bevægelse.

Når forfatterne i den biologiske litteratur nævner ”kropstemperatur”, henviser de til temperaturen i kroppens centrale og perifere regioner. Temperaturen i de centrale regioner afspejler temperaturen i de "dybe" væv i kroppen - hjerne, hjerte og lever..

Temperaturen i de perifere regioner påvirkes derimod af blodets passage til huden og måles i huden på hænder og fødder..

Hed

I modsætning hertil - og tilbage til eksemplet med blokke - er varmen forskellig i begge inerte kroppe og direkte proportional med mængden af ​​stof. Det er en form for energi og afhænger af antallet af atomer og molekyler af det pågældende stof..

Typer: termiske forhold mellem dyr

I dyrefysiologi er der en række udtryk og kategorier, der bruges til at beskrive de termiske forhold mellem organismer. Hver af disse dyregrupper har specielle tilpasninger - fysiologiske, anatomiske eller anatomiske - som hjælper dem med at opretholde deres kropstemperatur i et passende område..

I hverdagen kalder vi endotermiske og homeotermiske dyr som "varmblodede" og poikilotermiske og ektotermiske dyr som "koldblodige"..

Endoterm og ektoterm

Den første periode er endoterm, brugt når dyret formår at varme sig selv ved at formidle metabolisk varmeproduktion. Det modsatte koncept er ektotermi, hvor dyrets temperatur dikteres af det omgivende miljø.

Nogle dyr er ude af stand til at være endotermiske, for selvom de producerer varme, gør de det ikke hurtigt nok til at fastholde det.

Poikiloterm og homeotermisk

En anden måde at klassificere dem på er i henhold til dyrets termoregulering. Begrebet poikilotermisk Det bruges til at henvise til dyr med forskellige kropstemperaturer. I disse tilfælde er kropstemperaturen høj i varme omgivelser og lav i kolde omgivelser..

Et poikilotermt dyr kan selvregulere sin temperatur gennem adfærd. Det vil sige at lokalisere i områder med høj solstråling for at øge temperaturen eller skjule sig for nævnte stråling for at mindske den..

Udtrykkene poikilotherm og ectotherm henviser stort set til det samme fænomen. Dog poikilotherm understreger variationen i kropstemperatur, mens ektoterm henviser til vigtigheden af ​​miljøtemperatur for at bestemme kropstemperaturen..

Det modsatte udtryk for poikilotherm er homeotermisk: termoregulering med fysiologiske midler - og ikke kun takket være udvisningen af ​​adfærd. De fleste endotermiske dyr er i stand til at regulere deres temperatur.

Eksempler

Fisk

Fisk er det perfekte eksempel på ektotermiske og poikilotermiske dyr. I tilfælde af disse svømmende hvirveldyr producerer deres væv ikke varme gennem metaboliske veje, og desuden bestemmes fiskens temperatur af temperaturen i vandmassen, hvor de svømmer..

Krybdyr

Reptiler udviser meget markant adfærd, der gør det muligt for dem at regulere (etologisk) deres temperatur. Disse dyr søger varme områder - såsom at sidde på en varm sten - for at øge temperaturen. Ellers, hvor de ønsker at reducere det, vil de søge at skjule sig for stråling.

Fugle og pattedyr

Pattedyr og fugle er eksempler på endotermiske og homeotermiske dyr. Disse producerer metabolisk din kropstemperatur og regulerer den fysiologisk. Nogle insekter udviser også dette fysiologiske mønster..

Evnen til at regulere deres temperatur gav disse to dyrelinjer en fordel i forhold til deres poikilotermiske modstykker, da de kan etablere termisk ligevægt i deres celler og organer. Dette førte til mere robust og effektiv ernæring, stofskifte og udskillelsesprocesser..

Mennesket opretholder for eksempel sin temperatur på 37 ° C inden for et ret snævert interval - mellem 33,2 og 38,2 ° C. Vedligeholdelsen af ​​denne parameter er helt kritisk for artens overlevelse og formidler en række fysiologiske processer i kroppen..

Rumlig og tidsmæssig veksling mellem endotermi og ektotermi

Sondringen mellem disse fire kategorier forveksles ofte, når vi undersøger tilfælde af dyr, der er i stand til at skifte mellem kategorierne enten rumligt eller temporalt..

Den tidsmæssige variation af termisk regulering kan eksemplificeres med pattedyr, der gennemgår perioder med dvale. Disse dyr er generelt homeotermiske i de tider af året, hvor de ikke er i dvale, og under dvale er de ikke i stand til at regulere deres kropstemperatur..

Rumlig variation opstår, når dyret regulerer temperaturen differentieret i kropsregioner. Humlebier og andre insekter kan regulere temperaturen i deres brystsegmenter og er ude af stand til at regulere resten af ​​regionerne. Denne differentielle reguleringsbetingelse kaldes heterotermi..

Termoreguleringens fysiologi

Som ethvert system kræver den fysiologiske regulering af kropstemperatur tilstedeværelsen af ​​et afferent system, et kontrolcenter og et efferent system..

Det første system, den afferente, er ansvarlig for at indsamle information gennem hudreceptorer. Derefter overføres oplysningerne neuralt til det termoregulerende center gennem blodet.

Under normale forhold er kroppens organer, der genererer varme, hjertet og leveren. Når kroppen udfører fysisk arbejde (motion), er skeletmuskulatur også en varmegenererende struktur.

Hypothalamus er det termoregulerende center, og opgaverne er opdelt i varmetab og varmeforøgelse. Den funktionelle zone til at formidle vedligeholdelse af varme er placeret i hypothalamusens bageste zone, mens tabet medieres af den forreste region. Dette organ fungerer som en termostat.

Kontrol af systemet sker på to måder: positiv og negativ, medieret af hjernebarken. Effektorresponser er enten adfærdsmæssige eller medieret af det autonome nervesystem. Disse to mekanismer vil blive undersøgt senere..

Termoregulerende mekanismer

Fysiologiske mekanismer

Mekanismerne til regulering af temperatur varierer mellem den type stimulus, der modtages, dvs. om det er en stigning eller et fald i temperaturen. Så vi bruger denne parameter til at etablere en klassificering af mekanismerne:

Regulering for høje temperaturer

For at opnå regulering af kropstemperatur i lyset af varmestimuli, skal kroppen fremme sit tab. Der er flere mekanismer:

Vasodilatation

Hos mennesker er en af ​​de mest slående egenskaber ved hudcirkulation den brede vifte af blodkar, den har. Blodcirkulation gennem huden har den egenskab, at den varierer enormt afhængigt af miljøforholdene og ændrer sig fra høje til lave blodgennemstrømninger..

Evnen til vasodilatation er afgørende i termoreguleringen af ​​individer. Høj blodgennemstrømning i perioder med øget temperatur gør det muligt for kroppen at øge transmission af varme fra kroppens kerne til hudoverfladen til endelig at blive spredt.

Når blodgennemstrømningen øges, øges det kutane blodvolumen igen. Således overføres en større mængde blod fra kroppens kerne til overfladen af ​​huden, hvor varmeoverførslen finder sted. Blodet, nu koldere, overføres tilbage til kerne eller centrum af kroppen.

Sved

Sammen med vasodilatation er svedproduktion afgørende for termoregulering, da det hjælper med at sprede overskydende varme. Faktisk er produktion og efterfølgende fordampning af sved kroppens vigtigste mekanismer til at miste varme. De handler også under fysisk aktivitet.

Sved er en væske produceret af svedkirtler kaldet eccrine, fordelt i kroppen i en betydelig tæthed. Fordampning af sved overfører varme fra kroppen til miljøet som vanddamp.

Regulering for lave temperaturer

I modsætning til de mekanismer, der er nævnt i det foregående afsnit, skal kroppen i situationer med lav temperatur fremme bevarelse og produktion af varme på følgende måde:

Vasokonstriktion

Dette system følger den modsatte logik, der er beskrevet i vasodilatation, så vi vil ikke uddybe meget om forklaringen. Kulden stimulerer sammentrækning af de kutane kar og undgår således spredning af varme.  

Piloerection

Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor "gåsehud" vises, når vi er foran lave temperaturer? Det er en mekanisme til at forhindre varmetab kaldet piloerection. Da mennesker har relativt lidt hår på vores krop, betragtes det imidlertid som et ineffektivt og rudimentært system..

Når højden af ​​hvert hår opstår, øges det luftlag, der kommer i kontakt med huden, hvilket mindsker luftens konvektion. Dette reducerer varmetabet.

Varmeproduktion

Den mest intuitive måde at modvirke lave temperaturer på er ved at producere varme. Dette kan forekomme på to måder: ved rystelse og ikke-rystende termogenese.

I det første tilfælde producerer kroppen hurtige og ufrivillige muskelsammentrækninger (det er derfor, du ryster, når du er kold), der fører til produktion af varme. Rystende produktion er dyrt - energisk set - så kroppen vil falde tilbage på det, hvis de ovennævnte systemer svigter..

Den anden mekanisme ledes af et væv kaldet brunt fedt (eller brunt fedtvæv, i engelsk litteratur er det normalt opsummeret under akronymet BAT af brunt fedtvæv).

Dette system er ansvarlig for afkobling af energiproduktion i stofskifte: i stedet for at danne ATP fører det til produktion af varme. Det er en særlig vigtig mekanisme hos børn og små pattedyr, selvom nyere beviser har bemærket, at det også er relevant hos voksne.

Etologiske mekanismer

Etologiske mekanismer består af al adfærd, som dyr udviser for at regulere deres temperatur. Som vi nævnte i eksemplet med krybdyr, kan organismer placeres i det rigtige miljø for at fremme eller forhindre varmetab.

Forskellige dele af hjernen er involveret i behandlingen af ​​dette svar. Hos mennesker er denne adfærd effektiv, selvom de ikke er finreguleret som de fysiologiske.

Termoreguleringsforstyrrelser

Kroppen oplever små og sarte temperaturændringer i løbet af dagen afhængigt af nogle variabler, såsom den døgnrytme, den hormonelle cyklus, blandt andre fysiologiske aspekter..

Som vi nævnte, organiserer kropstemperatur en lang række fysiologiske processer, og dens tab af regulering kan føre til ødelæggende forhold i den berørte organisme..

Begge termiske ekstremer - både høje og lave - påvirker organismer negativt. Meget høje temperaturer, over 42 ° C hos mennesker, påvirker proteiner meget markant og fremmer deres denaturering. Derudover påvirkes DNA-syntese. Organer og neuroner er også beskadiget.

Tilsvarende fører temperaturer under 27 ° C til svær hypotermi. Ændringer i neuromuskulær, kardiovaskulær og respiratorisk aktivitet har fatale konsekvenser.

Flere organer påvirkes, når termoregulering ikke fungerer korrekt. Disse inkluderer hjerte, hjerne, mave-tarmkanalen, lunger, nyrer og lever..

Referencer

  1. Arellano, J. L. P., og del Pozo, S. D. C. (2013). Manual of General Pathology. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G. og Harper, M. E. (2002). Inviteret anmeldelse: frakobling af proteiner og termoregulering. Tidsskrift for anvendt fysiologi92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mekanismer og modifikatorer af refleksinduceret kutan vasodilatation og vasokonstriktion hos mennesker. Tidsskrift for anvendt fysiologi (Bethesda, MD: 1985)109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Sammenlignende dyrefysiologi: En miljømæssig tilgang. Omvendt.
  5. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Dekonstruktion af pattedyrs termoregulering. Forhandlinger fra National Academy of Sciences i Amerikas Forenede Stater114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Central kontrol af kropstemperatur. F1000 Forskning5, F1000 Fakultet Rev-880.

Endnu ingen kommentarer