Termoregulācijas fizioloģija, mehānismi, veidi un izmaiņas

The termoregulācija Tas ir process, kas ļauj organismiem regulēt ķermeņa temperatūru, modulējot siltuma zudumu un ieguvumu. Dzīvnieku valstībā ir dažādi temperatūras regulēšanas mehānismi, gan fizioloģiski, gan etoloģiski.

Ķermeņa temperatūras regulēšana ir pamatdarbība jebkurai dzīvai būtnei, jo parametrs ir būtisks ķermeņa homeostazei un ietekmē citu fermentu un citu proteīnu funkcionalitāti, membrānas plūsmu, jonu plūsmu..

Vienkāršākajā veidā termoregulācijas tīkli tiek aktivizēti, izmantojot ķēdi, kas integrē ādas termoreceptoru ievades iekšējos orgānos, smadzenēs, cita starpā..

Galvenie mehānismi šo aukstuma vai karstuma stimulu gadījumā ir ādas vaskokonstrikcija, vazodilatācija, siltuma ražošana (termogeneze) un svīšana. Citi mehānismi ietver uzvedību, lai veicinātu vai samazinātu siltuma zudumus.

Indekss

• 1 Pamatjēdzieni: siltums un temperatūra
  • 1.1 Temperatūra
  • 1.2 Siltums
• 2 veidi: termiskās attiecības starp dzīvniekiem
  • 2.1 Endotermu un ektotermu
  • 2.2. Poikilotherm un homeotherm
  • 2.3 Piemēri
  • 2.4. Teritorijas un laika endotermijas un ektotermijas maiņa
• 3 Termoregulācijas fizioloģija
• 4 Termoregulācijas mehānismi
  • 4.1 Fizioloģiskie mehānismi
  • 4.2. Etoloģiskie mehānismi
• 5 Termoregulācijas izmaiņas
• 6 Atsauces

Pamatjēdzieni: siltums un temperatūra

Lai runātu par termoregulāciju dzīvniekiem, ir jāzina precīzs terminu jēdziens, kas bieži ir mulsinošs studentu vidū.

Izpratne par siltuma un temperatūras atšķirībām ir būtiska, lai saprastu dzīvnieku termisko regulējumu. Mēs izmantosim nedzīvus ķermeņus, lai ilustrētu atšķirību: domājiet par diviem metāla kubiem, viens ir 10 reizes lielāks nekā otrs.

Katrs no šiem kubiņiem atrodas telpā 25 ° C temperatūrā. Ja mēs izmērām katra bloka temperatūru, abi būs 25 ° C, lai gan viens ir liels un otrs mazs.

Tagad, ja mēs izmērām siltuma daudzumu katrā blokā, rezultāts starp abiem būs atšķirīgs. Lai veiktu šo uzdevumu, mums ir jāpārvieto bloki uz istabu ar absolūtu nulles temperatūru un jānosaka siltuma daudzums, ko tie izdala. Šajā gadījumā siltuma saturs lielākajā metāla kubā būs 10 reizes lielāks.

Temperatūra

Pateicoties iepriekšējam piemēram, varam secināt, ka temperatūra ir vienāda abiem un neatkarīgi no katra bloka materiāla daudzuma. Temperatūru mēra kā molekulu kustības ātrumu vai intensitāti.

Bioloģiskajā literatūrā, kad autori piemin "ķermeņa temperatūru", tie attiecas uz ķermeņa centrālo reģionu temperatūru un perifērijas reģioniem. Centrālo reģionu temperatūra atspoguļo ķermeņa "dziļo" audu - smadzeņu, sirds un aknu - temperatūru.

No otras puses, perifērisko reģionu temperatūru ietekmē asins plūsma uz ādu, un to mēra roku un kāju ādā..

Siltums

Turpretī - un atgriežoties pie bloku piemēra - siltums ir atšķirīgs gan inertās struktūrās, gan tieši proporcionāls materiāla daudzumam. Tā ir enerģijas forma un ir atkarīga no attiecīgās vielas atomu un molekulu skaita.

Veidi: termiskās attiecības starp dzīvniekiem

Dzīvnieku fizioloģijā ir virkne terminu un kategoriju, ko izmanto, lai aprakstītu termiskās attiecības starp organismiem. Katrai no šīm dzīvnieku grupām ir īpaši pielāgojumi - fizioloģiski, anatomiski vai anatomiski -, kas palīdz viņiem uzturēt ķermeņa temperatūru atbilstošā diapazonā.

Ikdienas dzīvē mēs saucam par endotermiskiem un homeotermiskiem dzīvniekiem "silto asiņu", kā arī poikilotermiskiem un ektotermiskiem dzīvniekiem kā "aukstasiņu"..

Endotermu un ektotermu

Pirmais termins ir endotermija, lieto, ja dzīvniekam izdodas uzsildīties ar siltuma metabolisko produkciju. Pretējā koncepcija ir ektotermija, kur dzīvnieka temperatūru nosaka apkārtējā vide.

Daži dzīvnieki nespēj būt endotermiski, jo, lai gan tie ražo siltumu, viņi to nepietiek pietiekami ātri, lai to turētu.

Poikilotherm un homeotherm

Vēl viens veids, kā tos klasificēt, ir saskaņā ar dzīvnieka termoregulāciju. Termins poikilotherm to izmanto, lai apzīmētu dzīvniekus ar mainīgu ķermeņa temperatūru. Šādos gadījumos karstā vidē ķermeņa temperatūra ir augsta un aukstā vidē tā ir zema.

Poikilotherm dzīvnieks var pašregulēt savu temperatūru ar uzvedību. Tas ir, novietojot vietās ar augstu saules starojumu, lai palielinātu temperatūru vai slēptu no minētā starojuma, lai to samazinātu.

Termini poikilotherm un ectotherm attiecas galvenokārt uz to pašu parādību. Tomēr poikilotherm uzsver ķermeņa temperatūras mainīgumu, bet ektotermā tas attiecas uz apkārtējās vides temperatūras nozīmību ķermeņa temperatūras noteikšanai..

Pretējs termins poikilotherm ir homeotherm: termoregulācija ar fizioloģiskiem līdzekļiem - un ne tikai pateicoties uzvedībai. Lielākā daļa endotermisko dzīvnieku spēj regulēt to temperatūru.

Piemēri

Zivis

Zivis ir ideāls piemērs ektotermiskiem un poikilotermiskiem dzīvniekiem. Šo mugurkaulnieku peldētāju gadījumā to audi nerada siltumu caur vielmaiņas ceļiem, turklāt zivju temperatūru nosaka ūdens ķermeņa temperatūra, kurā tie peld..

Rāpuļi

Rāpuļiem ir ļoti izteikta uzvedība, kas ļauj tām (etoloģiski) regulēt to temperatūru. Šie dzīvnieki meklē siltus reģionus - piemēram, uz karsta akmens -, lai paaugstinātu temperatūru. Pretējā gadījumā, ja viņi vēlas to samazināt, viņi centīsies slēpt no starojuma.

Putni un zīdītāji

Zīdītāji un putni ir endotermisko un homeotermisko dzīvnieku piemēri. Tie metaboliski rada ķermeņa temperatūru un regulē to fizioloģiski. Dažiem kukaiņiem ir arī šis fizioloģiskais modelis.

Spēja regulēt tās temperatūru deva šīm divām dzīvnieku līnijām priekšrocības salīdzinājumā ar saviem poikilotermiskajiem kolēģiem, jo ​​tās var radīt siltuma līdzsvaru savās šūnās un to orgānos. Tas noveda pie uztura, vielmaiņas un izdalīšanās procesu noturības un efektivitātes.

Cilvēks, piemēram, uztur temperatūru 37 ° C temperatūrā diezgan šaurā diapazonā - no 33,2 līdz 38,2 ° C. Šā parametra saglabāšana ir ļoti svarīga sugas izdzīvošanai un mediē virkni fizioloģisku procesu organismā.

Teritorijas un laika endotermijas un ektotermijas maiņa

Atšķirība starp šīm četrām kategorijām bieži vien kļūst mulsinoša, kad mēs pārbaudām gadījumus, kad dzīvnieki var mainīties starp kategorijām gan telpiski, gan laikā..

Termiskās regulēšanas laika variāciju var raksturot ar zīdītājiem, kas piedzīvo ziemas guļus. Šie dzīvnieki parasti ir homeotermiski gadalaikos, kad tie nav hibernācijas laikā, un ziemas guļas laikā viņi nespēj regulēt ķermeņa temperatūru.

Telpiskā variācija notiek, kad dzīvnieks diferencēti regulē temperatūru ķermeņa reģionos. Kameņi un citi kukaiņi var regulēt krūšu segmentu temperatūru un nespēj regulēt pārējos reģionus. Šo diferencētās regulēšanas nosacījumu sauc par heterotermiju.

Termoregulācijas fizioloģija

Tāpat kā jebkura sistēma, ķermeņa temperatūras fizioloģiskais regulējums prasa arī afferentu sistēmu, kontroles centru un efferentu sistēmu..

Pirmā sistēma - afferentā - ir atbildīga par informācijas uztveršanu, izmantojot ādas receptorus. Pēc tam informācija tiek nosūtīta uz termoregulācijas centru caur asinīm caur nervu sistēmu.

Normālos apstākļos ķermeņa orgāni, kas rada siltumu, ir sirds un aknas. Kad ķermenis veic fizisku darbu (vingrojums), skeleta muskuļi ir arī siltuma ražošanas struktūra.

Hipotalāms ir termoregulācijas centrs, un uzdevumi ir sadalīti siltuma zudumos un ieguvumos. Funkcionālā zona, kas nodrošina siltuma uzturēšanu, atrodas hipotalāma aizmugurējā zonā, bet zudumu izraisa priekšējais reģions. Šis orgāns darbojas kā termostats.

Sistēmas kontrole notiek divreiz: pozitīva un negatīva, ko izraisa smadzeņu garoza. Efektora atbildes ir uzvedības tipa vai ar to saistītas ar autonomo nervu sistēmu. Šie divi mehānismi tiks pētīti vēlāk.

Termoregulācijas mehānismi

Fizioloģiskie mehānismi

Temperatūras regulēšanas mehānismi atšķiras no saņemtajiem stimuliem, ti, vai tas ir temperatūras pieaugums vai samazinājums. Tāpēc mēs izmantosim šo parametru, lai izveidotu mehānismu klasifikāciju:

Regulēšana augstām temperatūrām

Lai sasniegtu ķermeņa temperatūras regulēšanu pret karstuma stimuliem, ķermenim ir jāveicina tā zudums. Ir vairāki mehānismi:

Vaskodilācija

Cilvēkiem viena no visizteiktākajām ādas aprites īpašībām ir plašais asinsvadu klāsts. Asins cirkulācija caur ādu ir ļoti atšķirīga atkarībā no apkārtējās vides apstākļiem un pārejas no augstām līdz zemām asins plūsmām.

Vasodilatācijas spēja ir būtiska indivīdu termoregulācijā. Augsta asins plūsma paaugstinātas temperatūras periodos ļauj organismam palielināt siltuma pārnesi no ķermeņa koda līdz ādas virsmai, lai beidzot izkliedētos.

Palielinoties asins plūsmai, palielinās asins tilpums. Tādējādi lielāks asins daudzums tiek pārnests no ķermeņa koda uz ādas virsmu, kur notiek siltuma pārnešana. Asins, tagad dzesētājs, tiek pārnests uz kodolu vai ķermeņa centru.

Sviedri

Līdz ar vazodilatāciju, sviedru ražošana ir būtiska termoregulācijai, jo tā palīdz pārmērīga karstuma izkliedi. Patiesībā sviedru ražošana un turpmāka iztvaikošana ir galvenie ķermeņa zaudēšanas mehānismi. Viņi darbojas arī fiziskās aktivitātes laikā.

Sviedri ir šķidrums, ko ražo sviedru dziedzeros, ko sauc par ekcīnu, kas izplatās visā ķermenī nozīmīgā blīvumā..

Noteikumi zemām temperatūrām

Atšķirībā no iepriekšējā punktā minētajiem mehānismiem temperatūras krituma situācijās ķermenim jāveicina siltuma saglabāšana un ražošana šādā veidā:

Vasokonstrikcija

Šī sistēma seko pretējai loģikai, kas aprakstīta vazodilatācijā, tāpēc paskaidrojumā mēs nepalielināsim daudz. Auksts stimulē ādas asinsvadu kontrakciju, tādējādi novēršot siltuma izkliedi.  

Piloerection

Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc "zosu izciļņi" parādās, kad mēs saskaramies ar zemu temperatūru? Tas ir mehānisms, lai izvairītos no siltuma zudumiem, ko sauc par piloerāciju. Tomēr, tā kā cilvēkiem ķermenī ir salīdzinoši maz matu, to uzskata par slikti rudimentāru sistēmu.

Kad rodas katra mata pacēlums, palielinās gaisa slānis, kas nonāk saskarē ar ādu, kas samazina gaisa konvekciju. Tas samazina siltuma zudumus.

Siltuma ražošana

Intuitīvākais veids, kā novērst zemas temperatūras, ir siltuma ražošana. Tas var notikt divos veidos: drebējot un neredzot termogēnu.

Pirmajā gadījumā ķermenis rada ātras un piespiedu muskuļu kontrakcijas (tāpēc drebēsiet, kad esat auksts), kas izraisa siltuma veidošanos. Ražošanas drebēšana ir dārga - enerģiski runājot - tā, lai iestāde izmantotu to, ja iepriekš minētās sistēmas neizdosies..

Otro mehānismu vada audums, ko sauc par brūniem taukiem (vai brūnu taukaudu, angļu literatūrā to parasti apkopo ar saīsinājumu BAT pēc brūns taukauds).

Šī sistēma ir atbildīga par enerģijas ražošanas atdalīšanu metabolismā: tā vietā, lai veidotu ATP, tā rada siltuma ražošanu. Tas ir īpaši svarīgs mehānisms bērniem un maziem zīdītājiem, lai gan jaunākie pierādījumi liecina, ka tas ir nozīmīgs arī pieaugušajiem.

Etoloģiskie mehānismi

Etoloģiskie mehānismi sastāv no visām dzīvnieku uzvedībām, lai regulētu to temperatūru. Kā mēs minējām rāpuļu piemērā, organismus var ievietot labvēlīgā vidē, lai veicinātu vai izvairītos no siltuma zudumiem.

Šīs reakcijas apstrādē ir iesaistītas dažādas smadzeņu daļas. Cilvēkiem šī uzvedība ir efektīva, lai gan tās nav smalki regulētas kā fizioloģiskas.

Termoregulācijas izmaiņas

Organismam ir nelielas un delikātas temperatūras izmaiņas visas dienas garumā, atkarībā no dažiem mainīgajiem lielumiem, piemēram, cirkadāna ritms, hormonālais cikls, cita starpā fizioloģiskie aspekti.

Kā jau minēts, ķermeņa temperatūra organizē plašu fizioloģisko procesu klāstu un tā regulējuma zudums var izraisīt postošus apstākļus skartajā organismā..

Abi termiskie galēji - gan augsta, gan zema - ietekmē organismus negatīvi. Ļoti augstas temperatūras, kas pārsniedz 42 ° C cilvēkiem, būtiski ietekmē proteīnus, veicinot to denaturāciju. Turklāt tiek ietekmēta DNS sintēze. Ir bojāti arī orgāni un neironi.

Līdzīgi, temperatūra zem 27 ° C izraisa smagu hipotermiju. Neiromuskulāro, sirds un asinsvadu un elpošanas aktivitāšu izmaiņām ir letālas sekas.

Ja termoregulācija nedarbojas pareizi, ietekmē vairāki orgāni. To vidū ir sirds, smadzenes, kuņģa-zarnu trakts, plaušas, nieres un aknas.

Atsauces

1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Vispārējās patoloģijas rokasgrāmata. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., un Harper, M. E. (2002). Uzaicināts pārskats: proteīnu atdalīšana un termoregulācija. Lietišķās fizioloģijas žurnāls, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Refleksu izraisītas ādas vaskodilācijas un vazokonstrikcijas mehānismi un modifikatori cilvēkiem. Lietišķās fizioloģijas žurnāls (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R. W. (1979). Salīdzinājumā ar dzīvnieku fizioloģiju: vides pieeja. Es mainīju.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Andersons, M., un Andersons, M. (2004). Dzīvnieku fizioloģija. Sinauer Associates.
6. Liedtke W. B. (2017). Zīdītāju termoregulācijas dekonstruēšana. Amerikas Savienoto Valstu Zinātņu akadēmijas darbi, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Ķermeņa temperatūras centrālā kontrole. F1000Research, 5, F1000 fakultāte Rev-880.