Termoreguleringsfysiologi, mekanismer, typer og endringer



den thermoregulation Det er prosessen som gjør det mulig for organismer å regulere temperaturen på kroppene deres, modulere tap og gevinstøkning. I dyreriket er det forskjellige mekanismer for regulering av temperatur, både fysiologisk og etologisk.

Regulering av kroppstemperaturen er en grunnleggende aktivitet for ethvert levende vesen, fordi parameteren er kritisk for kroppens homeostase og påvirker funksjonaliteten til enzymer og andre proteiner, membranfluiditet, ionstrøm, blant andre..

I sin enkleste form aktiveres termoreguleringsnettene ved hjelp av en krets som integrerer inngangene til termoreceptorene som ligger i huden, i skjelettet, i hjernen, blant andre.

Hovedmekanismene i møte med disse kulde- eller varmestimuli inkluderer kutan vasokonstriksjon, vasodilasjon, varmeproduksjon (termogenese) og svette. Andre mekanismer inkluderer oppførsel for å fremme eller redusere varmetap.

index

  • 1 Grunnleggende begreper: varme og temperatur
    • 1.1 Temperatur
    • 1.2 Varme
  • 2 Typer: Termiske forhold mellom dyr
    • 2.1 Endoterm og ektoterm
    • 2.2 Poikilotherm og homeotherm
    • 2.3 Eksempler
    • 2.4 Alternasjon av romlig og tidsmessig endothermi og ektotermi
  • 3 Fysiologi av termoregulering
  • 4 Termoreguleringsmekanismer
    • 4.1 Fysiologiske mekanismer
    • 4.2 Etologiske mekanismer
  • 5 Endringer i termoregulering
  • 6 Referanser

Grunnleggende begreper: varme og temperatur

For å snakke om termoregulering hos dyr, er det nødvendig å kjenne den nøyaktige definisjonen av termer som ofte er forvirrende blant elevene.

Forstå forskjellen mellom varme og temperatur er viktig for å forstå termisk regulering av dyr. Vi vil bruke livløse organer til å illustrere forskjellen: tenk på to metallkuber, den ene er 10 ganger større enn den andre.

Hver av disse kuber er i et rom med en temperatur på 25 ° C. Hvis vi måler temperaturen på hver blokk, vil begge være ved 25 ° C, selv om den ene er stor og en annen liten.

Nå, hvis vi måler mengden varme i hver blokk, vil resultatet mellom de to være forskjellige. For å utføre denne oppgaven må vi flytte blokkene til et rom med absolutt null temperatur og kvantifisere mengden varme som de gir av. I dette tilfellet vil varmeinnholdet være 10 ganger høyere i den større metallkuben.

temperaturen

Takket være det forrige eksempelet kan vi konkludere med at temperaturen er den samme for både og uavhengig av mengden av hver blokk. Temperaturen måles som hastigheten eller intensiteten av bevegelsen av molekylene.

I biologisk litteratur, når forfatterne nevner "kroppstemperatur", refererer de til temperaturen i kroppens sentrale områder og til de perifere områdene. Temperaturen i de sentrale områdene reflekterer temperaturen på kroppens "dype" vev - hjerne, hjerte og lever.

Temperaturen i de perifere områdene, derimot, påvirkes av gjennomføring av blod til huden og måles i huden på hender og føtter.

hete

I motsetning - og tilbake til eksemplet på blokkene - er varmen forskjellig i begge inerte legemer og direkte proporsjonal med mengden materie. Det er en form for energi og avhenger av antall atomer og molekyler av stoffet i spørsmålet.

Typer: Termiske forhold mellom dyr

I dyrefysiologi er det en rekke termer og kategorier som brukes til å beskrive de termiske forholdene mellom organismer. Hver av disse dyregruppene har spesielle tilpasninger - fysiologisk, anatomisk eller anatomisk - som hjelper dem med å opprettholde kroppstemperaturen i et tilstrekkelig område.

I hverdagen kalder vi de endoterme og homeotermiske dyrene "varmblodede" og de poikilotermiske og ektotermiske dyrene som "kaldblodede"..

Endoterm og ektoterm

Første sikt er endothermy, brukes når dyret klarer å varme opp med metabolsk produksjon av varme. Det motsatte konseptet er ectothermy, hvor dyrets temperatur pålegges av omgivelsene.

Noen dyr er ikke i stand til å være endotermiske, fordi selv om de produserer varme, gjør de ikke det raskt nok til å holde det.

Poikilotherm og homeotherm

En annen måte å klassifisere dem på er i følge dyrets termoregulering. Begrepet vekselvarme Det brukes til å referere til dyr med variabel kroppstemperatur. I disse tilfellene er kroppstemperaturen høy i varme omgivelser og det er lite i kalde omgivelser.

Et poikilotermyr kan selv regulere temperaturen ved hjelp av oppførsel. Det vil si ved å lokalisere i områder med høy solstråling for å øke temperaturen eller skjule seg fra strålingen for å redusere den.

Begrepet poikilotherm og ectotherm refererer i utgangspunktet til det samme fenomenet. Imidlertid legger poikilotherm vekt på variabiliteten av kroppstemperaturen, mens i ektoterm det refererer til betydningen av omgivelsestemperatur for å bestemme kroppstemperaturen.

Det motsatte uttrykket for poikilotherm er homeotherm: termoregulering ved fysiologiske midler - og ikke bare takket være utbredelsen av atferd. De fleste endotermiske dyr er i stand til å regulere temperaturen.

eksempler

fisk

Fisk er det perfekte eksempel på ektotermiske og poikilotermiske dyr. I tilfelle av disse ryggvirvelsvømmere produserer ikke vevet deres varme gjennom metabolske veier, og i tillegg bestemmes temperaturen på fisken av temperaturen i vannkroppen hvor de svømmer.

reptiler

Reptilene viser svært markerte atferd som tillater dem å regulere (etologisk) deres temperatur. Disse dyrene ser etter varme områder - som perching på en varm stein - for å øke temperaturen. Ellers, hvor de ønsker å redusere det, vil de forsøke å gjemme seg fra strålingen.

Fugler og pattedyr

Pattedyr og fugler er eksempler på endoterme og homeotermiske dyr. Disse produserer metabolisk kroppstemperatur og regulerer det fysiologisk. Noen insekter viser også dette fysiologiske mønsteret.

Evnen til å regulere dens temperatur ga disse to linjene av dyr en fordel i forhold til deres poikilotermiske motstykker, siden de kan etablere en termisk likevekt i deres celler og deres organer. Dette førte til at næringsprosessene, stoffskiftet og utskillelsen ble mer robuste og effektive.

Mennesket opprettholder for eksempel sin temperatur ved 37 ° C, innenfor et ganske smalt område - mellom 33,2 og 38,2 ° C. Opprettholde denne parameteren er helt kritisk for artens overlevelse og formidler en rekke fysiologiske prosesser i kroppen.

Alternering av romlig og tidsmessig endotermi og ektotermi

Forskjellen mellom disse fire kategoriene blir ofte forvirrende når vi undersøker tilfeller av dyr som kan skifte mellom kategorier, enten romlig eller temporært.

Den tidsmessige variasjonen av termisk regulering kan eksemplifiseres av pattedyr som opplever perioder med dvalemodus. Disse dyrene er vanligvis homotermiske i årstidene når de ikke er dvalemodus og under dvalemodus de ikke klarer å regulere kroppstemperaturen.

Romlig variasjon oppstår når dyret differensielt regulerer temperaturen i kroppsregioner. Humle og andre insekter kan regulere temperaturen i deres brystsegmenter og kan ikke regulere resten av regionene. Denne betingelsen for differensiell regulering kalles heterotermisk.

Fysiologi av termoregulering

Som ethvert system krever fysiologisk regulering av kroppstemperatur tilstedeværelsen av et afferent system, et kontrollsenter og et efferent system.

Det første systemet, den avferente, er ansvarlig for å fange informasjonen ved hjelp av kutane reseptorer. Deretter overføres informasjonen til termoregulatorisk senter gjennom blodet via nevral.

Under normale forhold er kroppens organer som genererer varme, hjertet og leveren. Når kroppen gjør fysisk arbeid (mosjon), er skjelettmuskelen også en varmegenererende struktur.

Hypothalamus er termoregulatorisk senter og oppgavene er delt inn i varmetap og gevinst. Den funksjonelle sonen for å medle opprettholdelsen av varmen ligger i den bakre sone av hypothalamus, mens tapet er formidlet av den fremre regionen. Dette orgel fungerer som en termostat.

Kontroll av systemet skjer dobbelt: positiv og negativ, formidlet av hjernebarken. Effektresponsene er av adferdstypen eller formidlet av det autonome nervesystemet. Disse to mekanismene vil bli studert senere.

Termoreguleringsmekanismer

Fysiologiske mekanismer

Mekanismene for å regulere temperaturen varierer mellom typen stimulans mottatt, det vil si om det er en økning eller reduksjon i temperaturen. Så vi vil bruke denne parameteren til å etablere en klassifisering av mekanismene:

Regulering for høye temperaturer

For å oppnå regulering av kroppstemperatur mot varme stimuli, må kroppen fremme tapet av det. Det er flere mekanismer:

vasodilatasjon

Hos mennesker er et av de mest slående egenskapene ved hudcirkulasjon det brede spekteret av blodkar det har. Blodsirkulasjonen gjennom huden har egenskapen til å variere enormt avhengig av miljøforholdene og endring fra høy til lav blodstrøm.

Evnen til vasodilatasjon er avgjørende for individets termoregulering. Den høye blodstrømmen i perioder med økt temperatur gjør det mulig for kroppen å øke overføringen av varme, fra kroppens kjerne til overflaten av huden, for endelig å bli spaltet.

Når blodstrømmen øker, øker blodvolumet i sin tur. Således overføres en større mengde blod fra kroppens kjerne til overflaten av huden, hvor varmeoverføring oppstår. Blodet, nå kjøligere, overføres tilbake til kjernen eller midt i kroppen.

svette

Sammen med vasodilatasjon er produksjonen av svette avgjørende for termoregulering, siden det bidrar til utslipp av overdreven varme. Faktisk er produksjonen og etterfølgende fordampning av svette hovedmekanismer i kroppen for å miste varme. De opptrer også under fysisk aktivitet.

Svette er et fluid som produseres av ekkrine svettekjertler kalt fordelt over hele kroppen i en tetthet importante.La svette inndamping oppnår overføring kroppsvarme til atmosfæren som vanndamp.

Regulering for lave temperaturer

I motsetning til mekanismene nevnt i forrige avsnitt, i tilfeller med temperaturfall, må kroppen fremme bevaring og produksjon av varme på følgende måte:

vasokonstriksjon

Dette systemet følger motsatt logikk beskrevet i vasodilatasjon, så vi vil ikke forlenge mye i forklaringen. Kulden stimulerer sammentrekning av de kutane karene, og dermed unngår varmeavledning.  

piloereksjon

Har du noen gang lurt på hvorfor "gåsebud" vises når vi står overfor lave temperaturer? Det er en mekanisme for å unngå varmetap som kalles piloerection. Men som mennesker har relativt lite hår i kroppen vår, regnes det som et dårlig rudimentært system.

Når hevingen av hvert hår oppstår, øker luftlaget som kommer i kontakt med huden, noe som reduserer luftens konveksjon. Dette reduserer varmetapet.

Varmeproduksjon

Den mest intuitive måten å motvirke lave temperaturer på er å produsere varme. Dette kan oppstå på to måter: ved rystende og ikke-rystende termogenese.

I det første tilfellet, produserer kroppen raske, ufrivillige muskelsammentrekninger (slik at du skjelver når du er kald) som fører til varmeproduksjon. Rystende produksjon er dyrt - energisk sett - slik at kroppen vil ty til det hvis de nevnte systemene feiler..

Den andre mekanismen ledes av et vev som kalles brunt fett (eller brunt fettvev, i engelsk litteratur er det vanligvis oppsummert under akronymet BAT ved brunt fettvev).

Dette systemet er ansvarlig for avkobling av produksjon av energi i metabolismen: i stedet for å danne ATP, fører det til produksjon av varme. Det er en spesielt viktig mekanisme hos barn og små pattedyr, selv om de siste bevisene har vist at det også er relevant hos voksne.

Etologiske mekanismer

De etologiske mekanismene består av alle atferdene som dyrene viser for å regulere temperaturen. Som vi nevnte i reptileksemplet, kan organismer plasseres i det gunstige miljøet for å fremme eller unngå varmetap.

Ulike deler av hjernen er involvert i behandlingen av dette svaret. Hos mennesker er disse atferdene effektive, selv om de ikke finreguleres som de fysiologiske.

Endringer i termoregulering

De små og skjøre kroppen gjennomgår temperaturendringer i løpet av dagen for å, avhengig av flere variabler, slik som den cirkadisk rytme den hormonelle syklus, blant andre fysiologiske aspekter.

Som nevnt, orkestrerer kroppstemperaturen et stort spekter av fysiologiske prosesser og tap av regulering av det kan føre til ødeleggende forhold i den berørte organismen.

Begge termiske ekstremiteter - både høy og lav - påvirker organismer negativt. Svært høye temperaturer, over 42 ° C hos mennesker, påvirker kraftig proteiner, fremmer deres denaturering. I tillegg er DNA-syntese påvirket. Organer og nevroner er også skadet.

På samme måte fører temperaturer under 27 ° C til alvorlig hypotermi. Endringer i nevromuskulær, kardiovaskulær og respiratorisk aktivitet har fatale konsekvenser.

Flere organer påvirkes når termoreguleringen ikke fungerer på riktig måte. Blant dem, hjertet, hjernen, mage-tarmkanalen, lungene, nyrene og leveren.

referanser

  1. Arellano, J. L. P., og del Pozo, S. D. C. (2013). Håndbok for generell patologi. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Invitert gjennomgang: frakobling av proteiner og termoregulering. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mekanismer og modifikatorer av refleksinducert kutan vasodilasjon og vasokonstriksjon hos mennesker. Journal of applied physiology (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Sammenlignet dyr fysiologi: en miljøtilnærming. Jeg reverserte.
  5. Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., Anderson, M. (2004). Dyrfysiologi. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Dekonstruere pattedyrtermoregulering. Foredrag av Nasjonalt akademi for vitenskap i USA, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Sentral kontroll av kroppstemperatur. F1000Research, 5, F1000 Fakultet Rev-880.