TERMOREGULERING: FYSIOLOGI, MEKANISMER, TYPER OG ENDRINGER - BIOLOGI - 2025

Den termoregulering er den prosess som gjør det mulig organismer regulere kroppstemperaturen, moduler varmetap og forsterkning. I dyreriket er det forskjellige mekanismer for å regulere temperatur, både fysiologiske og etologiske.

Å regulere temperaturen i kroppen er en grunnleggende aktivitet for ethvert levende vesen, fordi parameteren er avgjørende for kroppens homeostase og påvirker funksjonaliteten til enzymer og andre proteiner, membranens flytbarhet, strømmen av ioner, blant andre. .

Pattedyr er homeotermiske og endotermiske. Kilde: Alan Wilson

I sin enkleste form aktiveres termoreguleringsnettverk ved hjelp av en krets som integrerer inngangene til termoreseptorer som er lokalisert i huden, i innvollene, i hjernen, blant andre.

De viktigste mekanismene for disse varme eller kalde stimuli inkluderer kutan vasokonstriksjon, vasodilatasjon, varmeproduksjon (termogenese) og svette. Andre mekanismer inkluderer atferd for å fremme eller redusere varmetap.

Grunnleggende: varme og temperatur

For å snakke om termoregulering hos dyr, er det nødvendig å vite den nøyaktige definisjonen av begreper som ofte er forvirrende blant studenter.

Å forstå forskjellen mellom varme og temperatur er avgjørende for å forstå den termiske reguleringen av dyr. Vi vil bruke livløse kropper for å illustrere forskjellen: la oss tenke på to terninger av et metall, den ene er 10 ganger større enn den andre.

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

Hvis vi måler varmemengden i hver blokk, vil resultatet mellom de to være forskjellig. For å utføre denne oppgaven må vi flytte blokkene til et rom med en temperatur på absolutt null og kvantifisere mengden varme de gir av. I dette tilfellet vil varmeinnholdet være 10 ganger høyere i den største metallkuben.

Temperatur

Takket være forrige eksempel kan vi konkludere med at temperaturen er den samme for begge og uavhengig av mengden materie i hver blokk. Temperatur måles som hastigheten eller intensiteten av molekylenes bevegelse.

Når forfatterne nevner "kroppstemperatur" i biologisk litteratur, refererer de til temperaturen i kroppens sentrale og perifere regioner. Temperaturen i kjerneområdene reflekterer temperaturen i de "dype" vevene i kroppen - hjerne, hjerte og lever.

Temperaturen i perifere regioner på sin side påvirkes av blodgjennomføringen til huden og måles på huden på føttene.

Varmt

I kontrast - og gå tilbake til eksemplet med blokker - 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 det aktuelle stoffet.

Typer: termiske forhold mellom dyr

I dyrefysiologi er det en rekke begreper og kategorier som brukes for å beskrive de termiske forholdene mellom organismer. Hver av disse dyregruppene har spesielle tilpasninger - fysiologiske, anatomiske eller anatomiske - som hjelper dem å holde kroppstemperaturen i et passende område.

I hverdagen kaller vi endotermiske og hjemmekotiske dyr som "varmblodige" og poikilotermiske og ektotermiske dyr som "kaldblodige."

Endoterm og ektoterm

Den første termen er endotermi, brukt når dyret klarer å varme seg selv ved å formidle den metabolske produksjonen av varme. Det motsatte konseptet er ektotermi, der dyrets temperatur er diktert av omgivelsene.

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

Poikilothermic og homeothermic

En annen måte å klassifisere dem på er i henhold til termoreguleringen til dyret. Begrepet poikilotherm brukes for å referere til dyr med varierende kroppstemperatur. I disse tilfellene er kroppstemperaturen høy i varme omgivelser og lav i kalde omgivelser.

Et poikilotermisk dyr kan selvregulere temperaturen gjennom atferd. Det vil si ved å lokalisere i områder med høy solstråling for å øke temperaturen eller gjemme seg for nevnte stråling for å redusere den.

Begrepene poikilotherm og ectotherm refererer i utgangspunktet til det samme fenomenet. Imidlertid understreker poikiloterm variasjonen i kroppstemperatur, mens ektoterm refererer til viktigheten av omgivelsestemperatur ved bestemmelse av kroppstemperatur.

Det motsatte uttrykket for poikiloterm er homeotermisk: termoregulering på fysiologiske måter - og ikke bare takket være atferden viser. De fleste endotermiske dyr er i stand til å regulere temperaturen.

eksempler

fisker

Fisk er det perfekte eksempelet på ektotermiske og poikilotermiske dyr. Når det gjelder disse svømmende virveldyrene, produserer ikke vevet varme gjennom metabolske veier, og dessuten bestemmes fiskens temperatur av temperaturen i vannmassen der de svømmer.

krypdyr

Reptiler viser veldig markert atferd som lar dem regulere (etologisk) temperaturen. Disse dyrene oppsøker varme regioner - for eksempel å sitte på en varm stein - for å øke temperaturen. Ellers, der de ønsker å redusere det, vil de søke å gjemme seg for stråling.

Fugler og pattedyr

Pattedyr og fugler er eksempler på endotermiske og homotermiske dyr. De produserer kroppstemperaturen din metabolsk og regulerer den fysiologisk. Noen insekter viser også dette fysiologiske mønsteret.

Evnen til å regulere temperaturen ga disse to dyrelinjer en fordel i forhold til deres poikilotermiske kolleger, ettersom de kan etablere termisk likevekt i celler og organer. Dette førte til at prosessene med ernæring, metabolisme og utskillelse ble mer robuste og effektive.

Mennesker holder for eksempel temperaturen sin ved 37 ° C, i et ganske smalt område - mellom 33,2 og 38,2 ° C. Opprettholdelsen av denne parameteren er helt kritisk for artenes overlevelse og formidler en serie fysiologiske prosesser i kroppen.

Romlig og tidsmessig veksling av endotermi og ektotermi

Skillet mellom disse fire kategoriene forveksles ofte når vi undersøker tilfeller av dyr som kan veksle mellom kategoriene, enten romlig eller midlertidig.

Temporal variasjon i termisk regulering kan eksemplifiseres med pattedyr som opplever perioder med dvalemodus. Disse dyrene er vanligvis homeotermiske i løpet av året når de ikke er i dvalemodus, og under dvalemodus klarer de ikke å regulere kroppstemperaturen.

Romlig variasjon oppstår når dyret differensielt regulerer temperaturen i kroppsregionene. Humler og andre insekter kan regulere temperaturen i thoraxsegmentene og er ikke i stand til å regulere resten av regionene. Denne forskjellsreguleringsbetingelsen kalles heterotermi.

Fysiologi for termoregulering

Som ethvert system krever den fysiologiske reguleringen av kroppstemperatur tilstedeværelsen av et afferent system, et kontrollsenter og et efferent system.

Det første systemet, afferenten, er ansvarlig for å fange informasjon gjennom hudreseptorer. Deretter overføres informasjonen til det termoregulatoriske senteret gjennom den nevrale veien gjennom blodet.

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

Hypothalamus er det termoregulerende sentrum og oppgavene er delt inn i varmetap og varmegevinst. Den funksjonelle sonen for å formidle vedlikehold av varme er lokalisert i den bakre sonen av hypothalamus, mens tapet formidles av det fremre området. Dette orgelet fungerer som en termostat.

Kontroll av systemet skjer på to måter: positiv og negativ, formidlet av hjernebarken. Effektorresponser er av atferdstypen eller formidles av det autonome nervesystemet. Disse to mekanismene vil bli studert senere.

Termoregulerende mekanismer

Fysiologiske mekanismer

Mekanismene for å regulere temperatur varierer mellom den mottatte stimulansen, det vil si om det er en økning eller en nedgang 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 i møte med varmestimuleringer, må kroppen fremme tapet. Det er flere mekanismer:

vasodilatasjon

Hos mennesker er et av de mest slående kjennetegnene ved hudsirkulasjonen det store utvalget av blodkar det har. Blodsirkulasjon gjennom huden har egenskapen til å variere enormt avhengig av miljøforhold og endre fra høy til lav blodstrøm.

Evnen til vasodilatasjon er avgjørende for termoregulering av individer. Den forhøyede blodstrømmen i perioder med økt temperatur gjør at kroppen kan øke overføringen av varme, fra kjernen av kroppen til overflaten av huden, til slutt å bli spredt.

Når blodstrømmen økes, øker det kutane blodvolumet igjen. Dermed blir en større mengde blod overført fra kjernen i kroppen til overflaten av huden, der varmeoverføring skjer. Det nå kaldere blodet overføres tilbake til kjernen eller midten av kroppen.

Svette

Sammen med vasodilatasjon er svetteproduksjon avgjørende for termoregulering da det hjelper til med å spre overflødig varme. Faktisk er produksjon og påfølgende fordampning av svette kroppens viktigste mekanismer for å miste varmen. De jobber også under fysisk aktivitet.

Svette er en væske produsert av svettekjertler som kalles eccrine, fordelt over hele kroppen i en betydelig tetthet. Fordampning av svette klarer å overføre varme fra kroppen til omgivelsene som vanndamp.

Regulering for lave temperaturer

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

vasokonstriksjon

Dette systemet følger den motsatte logikken som er beskrevet i vasodilatasjon, så vi vil ikke utdype mye om forklaringen. Kulden stimulerer sammentrekning av kutane fartøyer, og unngår dermed spredning av varme.

piloereksjon

Har du noen gang lurt på hvorfor "gåsehud" vises når vi er foran lave temperaturer? Det er en mekanisme for å forhindre varmetap som kalles piloerection. Men siden mennesker har relativt lite hår på kroppene våre, regnes det som et ineffektivt og rudimentært system.

Når høyden av hvert hår oppstår, økes laget av luft som kommer i kontakt med huden, noe som reduserer konveksjonen i luften. Dette reduserer varmetapet.

Varmeproduksjon

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

I det første tilfellet produserer kroppen raske og ufrivillige muskelsammentrekninger (det er derfor du skjelver når du er kald) som fører til produksjon av varme. Rystende produksjon er dyrt - energisk sett - så kroppen vil falle tilbake på den hvis de nevnte systemene svikter.

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

Dette systemet er ansvarlig for å koble fra energiproduksjon i stoffskiftet: 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 nyere bevis har påpekt at det også er relevant hos voksne.

Etologiske mekanismer

Etologiske mekanismer består av all atferd som dyr viser for å regulere temperaturen. Som vi nevnte i eksemplet med krypdyr, kan organismer plasseres i riktig miljø for å fremme eller forhindre varmetap.

Ulike deler av hjernen er involvert i behandlingen av denne responsen. Hos mennesker er denne atferden effektiv, selv om de ikke er fint regulert som de fysiologiske.

Termoreguleringsforstyrrelser

Kroppen opplever små og delikate temperaturendringer gjennom dagen, avhengig av noen variabler, for eksempel døgnrytmen, hormonsyklusen, blant andre fysiologiske aspekter.

Som vi nevnte, orkestrerer kroppstemperatur et stort spekter av fysiologiske prosesser, og tapet av regulering av det kan føre til ødeleggende forhold i den berørte organismen.

Begge termiske ytterpunkter - både høye og lave - påvirker organismer negativt. Svært høye temperaturer, over 42 ° C hos mennesker, har en veldig markert effekt på proteiner og fremmer deres denaturering. Dessuten påvirkes DNA-syntese. Organer og nevroner er også skadet.

Tilsvarende fører temperaturer under 27 ° C til alvorlig hypotermi. Endringer i nevromuskulær, kardiovaskulær og luftveisaktivitet har fatale konsekvenser.

Flere organer påvirkes når termoregulering ikke fungerer på riktig måte. Disse inkluderer hjerte, hjerne, mage-tarmkanal, lunger, nyrer og lever.

referanser

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual for generell patologi. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Invitert anmeldelse: frakobling av proteiner og termoregulering. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mekanismer og modifikatorer for refleksindusert kutan vasodilatasjon og vasokonstriksjon hos mennesker. Journal of anvendt fysiologi (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Sammenlignende dyrefysiologi: En miljøtilnærming. Jeg snudde meg.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Dekonstruering av termoregulering av pattedyr. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Sentral kontroll av kroppstemperatur. F1000Forskning, 5, F1000 Fakultet Rev-880.