Termoreguleringsfysiologi, mekanismer, typer og ændringer



den termoregulering Det er den proces, der gør det muligt for organismer at regulere temperaturen på deres kroppe, modulere tab og gevinstforøgelse. I dyreriget er der forskellige mekanismer til regulering af temperatur, både fysiologisk og etologisk.

Regulering af kroppens temperatur er en grundlæggende aktivitet for ethvert levende væsen, fordi parametret er kritisk for kroppens homeostase og påvirker funktionaliteten af ​​enzymer og andre proteiner, membranfluiditet, ionstrøm, blandt andre..

I sin enkleste form aktiveres termoreguleringsnetværkene ved hjælp af et kredsløb, der integrerer indgangene til termoreceptorerne placeret i huden, i indvolde, i hjernen, blandt andre.

De vigtigste mekanismer i lyset af disse kolde eller varme stimuli omfatter kutan vasokonstriktion, vasodilation, varmeproduktion (termogenese) og svedning. Andre mekanismer omfatter adfærd for at fremme eller reducere varmetab.

indeks

  • 1 Grundlæggende begreber: varme og temperatur
    • 1.1 Temperatur
    • 1.2 Varme
  • 2 Typer: Termiske forhold mellem dyr
    • 2.1 Endotherm og ectotherm
    • 2,2 poikilotherm og homeotherm
    • 2.3 Eksempler
    • 2.4 Alternering af rumlig og tidsmæssig endothermi og ektotermi
  • 3 Fysiologi af termoregulering
  • 4 Termoreguleringsmekanismer
    • 4.1 Fysiologiske mekanismer
    • 4.2 Etologiske mekanismer
  • 5 Ændringer af termoregulering
  • 6 referencer

Grundlæggende begreber: varme og temperatur

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

At forstå forskellen mellem varme og temperatur er afgørende for at forstå termisk regulering af dyr. Vi vil bruge livløse organer til at illustrere forskellen: tænk på to metalterninger, 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, selv om den ene er stor og en anden lille.

Nu, hvis vi måler mængden af ​​varme i hver blok, vil resultatet mellem de to være anderledes. For at udføre denne opgave skal vi flytte blokkene til et rum med absolut nul temperatur og kvantificere mængden af ​​varme, de giver af. I dette tilfælde vil varmeindholdet være 10 gange højere i den større metalkube.

temperatur

Takket være det foregående eksempel kan vi konkludere, at temperaturen er den samme for begge og uafhængige af mængden af ​​hver blok. Temperaturen måles som molekylernes bevægelse eller intensitet.

I den biologiske litteratur, når forfatterne nævner "kropstemperatur" henviser de til temperaturen i kroppens centrale områder og til de perifere regioner. Temperaturen i de centrale regioner afspejler temperaturen på kroppens "dybe" væv - hjerne, hjerte og lever.

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

hede

I modsætning hertil - og vender tilbage til blokkenes eksempel - er varmen forskellig i begge inerte legemer og direkte proportional med mængden af ​​materiale. 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 særlige tilpasninger - fysiologiske, anatomiske eller anatomiske - som hjælper dem med at bevare deres kropstemperatur i et passende interval.

I hverdagen kalder vi de endoterme og homeotermiske dyr "varmblodede" og de poikilotermiske og ektotermiske dyr som "koldblodede"..

Endotherm og ectotherm

Det første udtryk er endothermy, bruges når dyret klarer at varme op med metabolismen af ​​varme. Det modsatte koncept er ectotherm, hvor dyrets temperatur pålægges af det omgivende miljø.

Nogle dyr kan ikke være endotermiske, fordi selvom de producerer varme, gør de ikke det hurtigt nok til at holde det.

Poikilotherm og homeotherm

En anden måde at klassificere dem på er ifølge dyrets termoregulering. Udtrykket vekselvarme det er brugt til at henvise til dyr med variable kropstemperaturer. I disse tilfælde er kropstemperaturen høj i varme omgivelser og det er lavt i kolde omgivelser.

Et poikilotermyr kan selv regulere dets temperatur ved hjælp af adfærd. Det vil sige ved at lokalisere i områder med høj solstråling for at øge temperaturen eller skjule sig fra strålingen for at reducere den.

Betegnelserne poikilotherm og ectotherm refererer grundlæggende til det samme fænomen. Imidlertid understreger poikilotherm variabiliteten af ​​kropstemperaturen, mens den i ectoterm henviser til betydningen af ​​omgivelsestemperatur for at bestemme kropstemperaturen.

Det modsatte udtryk for poikilotherm er homeotherm: termoregulering ved fysiologiske midler - og ikke kun takket være implementering af adfærd. De fleste endoterme 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 hvirveldyrsvømmer producerer deres væv ikke varme gennem metaboliske veje, og derudover bestemmes temperaturen af ​​fisken ved temperaturen af ​​vandkroppen, hvor de svømmer.

krybdyr

Reptilerne udviser meget markante adfærd, der giver dem mulighed for at regulere deres (temperatur) temperatur. Disse dyr ser efter varme områder - som perching på en varm sten - for at øge temperaturen. Ellers, hvor de ønsker at mindske det, vil de søge at skjule sig fra strålingen.

Fugle og pattedyr

Pattedyr og fugle er eksempler på endoterme og homeotermiske dyr. Disse metabolisk producerer deres kropstemperatur og regulerer det fysiologisk. Nogle insekter udviser også dette fysiologiske mønster.

Evnen til at regulere dens temperatur gav disse to linjer af dyr en fordel i forhold til deres poikilotermiske modstykker, da de kan oprette en termisk ligevægt i deres celler og deres organer. Dette førte til, at processerne for ernæring, stofskifte og udskillelse blev mere robuste og effektive.

Mennesket opretholder f.eks. Sin temperatur ved 37 ° C inden for et ret snævert område - mellem 33,2 og 38,2 ° C. Vedligeholdelse af denne parameter er helt afgørende for artens overlevelse og formidler en række fysiologiske processer i kroppen.

Alternering af rumlig og tidsmæssig endothermi og ektotermi

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

Den tidsmæssige variation af termisk regulering kan eksemplificeres af pattedyr, der oplever perioder med dvaletilstand. Disse dyr er sædvanligvis hjemmotermiske i årstiderne, når de ikke er dvale og under dvaletid, er de ikke i stand til at regulere deres kropstemperatur.

Rumlig variation forekommer, når dyret differentielt regulerer temperaturen i kropsregionerne. Humle og andre insekter kan regulere temperaturen i deres brystsegmenter og kan ikke regulere resten af ​​regionerne. Denne betingelse for differentiel regulering kaldes heterotermisk.

Fysiologi af termoregulering

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

Det første system, den afferente, er ansvarlig for at indfange informationen ved hjælp af de kutane receptorer. Derefter overføres informationen til det termoregulatoriske center gennem blodet via neurale.

Under normale forhold er organerne i kroppen, der genererer varme, hjertet og leveren. Når kroppen gør fysisk arbejde (motion), er skeletmuskulaturen også en varmegenererende struktur.

Hypothalamus er det termoregulerende center og opgaverne er opdelt i varmetab og gevinst. Den funktionelle zone til at formidle opretholdelsen af ​​varmen er placeret i hypothalamus bageste zone, mens tabet formidles af den forreste region. Dette organ virker som en termostat.

Kontrol af systemet opstår dobbelt: positiv og negativ, formidlet af hjernebarken. Effektresponserne er af adfærdstypen eller formidlet af det autonome nervesystem. Disse to mekanismer vil blive undersøgt senere.

Termoreguleringsmekanismer

Fysiologiske mekanismer

Mekanismerne til regulering af temperaturen varierer mellem den modtagne type stimulus, det vil sige om det er en stigning eller et fald i temperaturen. Så vi vil bruge denne parameter til at etablere en klassificering af mekanismerne:

Regulering for høje temperaturer

For at opnå regulering af kropstemperaturen mod varme stimuli skal kroppen fremme tabet af det. Der er flere mekanismer:

vasodilatation

Hos mennesker er et af de mest slående egenskaber ved hudcirkulation det brede vifte af blodkar, den har. Blodcirkulationen gennem huden har egenskaben til at variere enormt afhængigt af miljøforholdene og forandring fra høj til lav blodstrøm.

Evnen til vasodilatation er afgørende for individers termoregulering. Den høje blodgennemstrømning i perioder med forøget temperatur gør det muligt for kroppen at forøge overførslen af ​​varme fra kerne af kroppen til overfladen af ​​huden for endelig at blive spredt.

Når blodgennemstrømningen øges, øges blodvolumen igen. Således overføres en større mængde blod fra kerne af kroppen til overfladen af ​​huden, hvor varmeoverførslen sker. Blodet, nu køligere, overføres tilbage til kernen eller i midten af ​​kroppen.

sved

Sammen med vasodilatation er produktion af sved afgørende for termoregulering, da det hjælper med at forsvinde overdreven varme. Faktisk er produktionen og efterfølgende fordampning af sved hovedmekanismerne i kroppen for at tabe varme. De handler også under fysisk aktivitet.

Sved er en væske produceret af svedkirtler kaldet eccrine, fordelt over hele kroppen i en betydelig tæthed. Fordampningen af ​​sved klarer at overføre kroppens varme til miljøet som vanddamp.

Regulering til lave temperaturer

I modsætning til de mekanismer, der er nævnt i det foregående afsnit, skal kroppen i tilfælde af temperaturfald fremme bevarelsen og produktionen af ​​varme på følgende måde:

vasokonstriktion

Dette system følger den modsatte logik beskrevet i vasodilatation, så vi vil ikke udvide meget i forklaringen. Kulden stimulerer sammentrækningen af ​​de kutane beholdere og derved undgår varmeafledning.  

hårrejsning

Har du nogensinde spekuleret på, hvorfor "gåsebumper" vises, når vi står over for lave temperaturer? Det er en mekanisme for at undgå varmetab kaldet piloerection. Men da mennesker har relativt lidt hår i vores krop, betragtes det som et dårligt rudimentært system.

Når forhøjningen af ​​hvert hår opstår, øges luftlaget, der kommer i kontakt med huden, hvilket reducerer luftens konvektion. Dette reducerer varmetab.

Varmeproduktion

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

I det første tilfælde producerer kroppen hurtige og ufrivillige muskulære sammentrækninger (det er derfor, du skælver, når du er kold), der fører til produktion af varme. Rystende produktion er dyrt - energisk set - så kroppen vil ty til det, hvis de ovennævnte systemer fejler..

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

Dette system er ansvarligt for afkobling af produktionen af ​​energi i metabolismen: i stedet for at danne ATP, fører det til produktion af varme. Det er en særlig vigtig mekanisme hos børn og små pattedyr, selvom de seneste beviser har bemærket, at det også er relevant hos voksne.

Etologiske mekanismer

De etologiske mekanismer består af alle de adfærd, som dyr udviser for at regulere deres temperatur. Som vi nævnte i reptileksemplet, kan organismer placeres i det gunstige miljø for at fremme eller undgå varmetab.

Forskellige dele af hjernen er involveret i behandlingen af ​​dette svar. Hos mennesker er disse adfærd effektive, selvom de ikke finjusteres som de fysiologiske.

Ændringer af termoregulering

Kroppen oplever små og delikate ændringer i temperaturen i løbet af dagen, afhængigt af nogle variabler, som den cirkadiske rytme, hormonelle cyklus, blandt andre fysiologiske aspekter.

Som nævnt orkestrerer kroppstemperaturen et stort udvalg af fysiologiske processer, og tabet af regulering af det kan føre til ødelæggende tilstande inden for den ramte organisme.

Begge termiske ekstremiteter - både høje og lave - påvirker organismer negativt. Meget høje temperaturer, over 42 ° C hos mennesker, påvirker stærkt proteiner og fremmer deres denaturering. Desuden er DNA-syntese påvirket. Organer og neuroner er også beskadiget.

På samme måde fører temperaturer under 27 ° C til alvorlig hypotermi. Ændringer i neuromuskulær, kardiovaskulær og respiratorisk aktivitet har fatale konsekvenser.

Flere organer påvirkes, når termoreguleringen ikke virker på den rigtige måde. Blandt dem er hjertet, hjernen, mave-tarmkanalen, lungerne, nyrerne og leveren.

referencer

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Manual of general pathology. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Inviteret anmeldelse: afkobling af proteiner og termoregulering. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mekanismer og modifikatorer af refleksinduceret kutan vasodilation og vasokonstriktion hos mennesker. Journal of applied physiology (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Sammenlignet dyrefysiologi: en miljømæssig tilgang. Jeg vendte om.
  5. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M. & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Dekonstruere pattedyrs termoregulering. Forsøg på det nationale videnskabsakademi i USA, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Central kontrol af kropstemperatur. F1000Research, 5, F1000 Fakultet Rev-880.