Termoreguliacijos fiziologija, mechanizmai, tipai ir pakeitimai

The termoreguliacija Tai procesas, leidžiantis organizmams reguliuoti savo kūnų temperatūrą, moduliuojant šilumos praradimą ir naudą. Gyvūnų karalystėje yra skirtingi temperatūros reguliavimo mechanizmai, tiek fiziologiniai, tiek etologiniai.

Kūno temperatūros reguliavimas yra pagrindinė veikla bet kuriai gyvai būtybei, nes parametras yra labai svarbus kūno homeostazei ir daro įtaką fermentų ir kitų baltymų funkcionalumui, membranos sklandumui, jonų srautui..

Paprasčiausia forma, termoreguliacijos tinklai yra aktyvuojami grandine, kuri integruoja termoreceptorių, esančių odoje, vidaus organuose, įėjimus smegenyse, be kita ko.

Pagrindiniai šių šalčio ar šilumos stimulų mechanizmai yra odos vazokonstrikcija, vazodilatacija, šilumos gamyba (termogenezė) ir prakaitavimas. Kiti mechanizmai apima elgesį, skatinantį arba mažinant šilumos nuostolius.

Indeksas

• 1 Pagrindinės sąvokos: šiluma ir temperatūra
  • 1.1 Temperatūra
  • 1.2 Šiluma
• 2 tipai: šiluminiai ryšiai tarp gyvūnų
  • 2.1 Endotermija ir ektotermija
  • 2.2 Poikilotherm ir homeotherm
  • 2.3 Pavyzdžiai
  • 2.4 Erdotinės ir laikinosios endotermijos ir ektotermijos pakeitimas
• 3 Termoreguliacijos fiziologija
• 4 Termoreguliavimo mechanizmai
  • 4.1 Fiziologiniai mechanizmai
  • 4.2 Etologiniai mechanizmai
• 5 Termoreguliacijos pakeitimai
• 6 Nuorodos

Pagrindinės sąvokos: šiluma ir temperatūra

Kalbant apie termoreguliavimą gyvūnuose, būtina žinoti tikslų terminų, kurie dažnai painioja studentus, apibrėžimą.

Norint suprasti gyvūnų šiluminį reguliavimą, būtina suprasti šilumos ir temperatūros skirtumą. Skirtingai iliustruosime negyvus kūnus: pagalvokime apie du metalo kubelius, vienas - 10 kartų didesnis už kitą.

Kiekvienas iš šių kubelių yra 25 ° C temperatūroje. Jei matuojame kiekvieno bloko temperatūrą, abu bus 25 ° C, nors vienas yra didelis ir kitas mažas.

Dabar, jei matuojame kiekvieno bloko šilumos kiekį, rezultatas tarp šių dviejų bus skirtingas. Norėdami atlikti šią užduotį, blokus reikia perkelti į kambarį su absoliučia nulio temperatūra ir kiekybiškai įvertinti šilumos kiekį, kurį jie išskiria. Šiuo atveju šilumos kiekis didesniame metaliniame kubelyje bus 10 kartų didesnis.

Temperatūra

Ankstesnio pavyzdžio dėka galime daryti išvadą, kad temperatūra yra vienoda abiem ir nepriklauso nuo kiekvieno bloko medžiagos kiekio. Temperatūra matuojama kaip molekulių judėjimo greitis arba intensyvumas.

Biologinėje literatūroje, kai autoriai nurodo „kūno temperatūrą“, jie nurodo centrinės kūno dalies ir periferinių regionų temperatūrą. Centrinių regionų temperatūra atspindi „gilių“ kūno audinių - smegenų, širdies ir kepenų - temperatūrą.

Kita vertus, periferinių regionų temperatūrą įtakoja kraujo patekimas į odą ir matuojamas rankų ir kojų odoje..

Šiluma

Priešingai - ir grįžtant prie blokų pavyzdžio, šiluma skiriasi tiek inertiniuose kūnuose, tiek tiesiogiai proporcinga medžiagos kiekiui. Tai energijos forma ir priklauso nuo atitinkamos medžiagos atomų ir molekulių skaičiaus.

Tipai: šiluminiai ryšiai tarp gyvūnų

Gyvūnų fiziologijoje yra keletas terminų ir kategorijų, naudojamų apibūdinant terminius ryšius tarp organizmų. Kiekviena iš šių gyvūnų grupių turi specialius pritaikymus - fiziologinius, anatominius ar anatominius -, kurie padeda jiems išlaikyti tinkamą kūno temperatūrą.

Kasdieniame gyvenime mes vadiname endoterminius ir homeoterminius gyvūnus „šiltakraujus“, o poikiloterminius ir ektoterminius gyvūnus vadiname „šaltojo kraujo“..

Endotermas ir ektotermija

Pirmasis terminas yra endotermija, naudojamas, kai gyvūnas sugeba sušilti per metabolinę šilumos gamybą. Priešinga koncepcija yra ektotermija, kai gyvūno temperatūrą lemia aplinkinė aplinka.

Kai kurie gyvūnai negali būti endoterminiai, nes nors jie gamina šilumą, jie to nepadaro pakankamai greitai, kad juos laikytų.

Poikilotherm ir homeotherm

Kitas būdas juos klasifikuoti yra pagal gyvūno termoreguliaciją. Terminas poikilotherm jis naudojamas nurodant gyvūnus su kintama kūno temperatūra. Tokiais atvejais karštoje aplinkoje kūno temperatūra yra didelė ir šaltoje aplinkoje ji yra maža.

Poikilotherm gyvūnas gali savarankiškai reguliuoti savo temperatūrą elgsenos būdu. Tai yra, vietose, kuriose yra didelė saulės spinduliuotė, kad būtų padidinta temperatūra arba paslėpta nuo minėtos spinduliuotės, kad būtų sumažinta.

Terminai poikilotherm ir ectotherm reiškia iš esmės tą patį reiškinį. Tačiau poikilotherm pabrėžia kūno temperatūros kintamumą, o ektotermoje - aplinkos temperatūros svarbą kūno temperatūrai nustatyti..

Priešingas terminas poikilotherm yra homeotherm: termoreguliavimas fiziologinėmis priemonėmis - ir ne tik dėl elgesio. Dauguma endoterminių gyvūnų gali reguliuoti jų temperatūrą.

Pavyzdžiai

Žuvys

Žuvys yra puikus ektoterminių ir poikiloterminių gyvūnų pavyzdys. Šių stuburinių plaukikų atveju jų audiniai nesukelia šilumos per metabolinius kelius ir, be to, žuvų temperatūra nustatoma pagal vandens telkinio temperatūrą, kurioje jie plaukia.

Ropliai

Ropliai elgiasi labai ryškiai ir leidžia jiems reguliuoti (etologiškai) jų temperatūrą. Šie gyvūnai, norėdami padidinti temperatūrą, ieško šiltų regionų, pvz., Ant karšto akmens. Priešingu atveju, jei jie nori jį sumažinti, jie sieks paslėpti nuo radiacijos.

Paukščiai ir žinduoliai

Žinduoliai ir paukščiai yra endoterminių ir naminių gyvūnų pavyzdžiai. Tai metabolizuoja savo kūno temperatūrą ir ją reguliuoja fiziologiškai. Kai kurie vabzdžiai taip pat turi šį fiziologinį modelį.

Gebėjimas reguliuoti savo temperatūrą suteikė šioms dviem gyvūnų linijoms pranašumą prieš jų poikiloterminius kolegas, nes jie gali sukurti šiluminę pusiausvyrą savo ląstelėse ir jų organuose. Tai lėmė, kad mitybos, medžiagų apykaitos ir išskyrimo procesai tapo patikimesni ir efektyvesni.

Pavyzdžiui, žmogus išlaiko savo temperatūrą 37 ° C temperatūroje, esant gana siauram intervalui - tarp 33,2 ir 38,2 ° C. Šio parametro išsaugojimas yra labai svarbus rūšių išlikimui ir tarpininkauja daugelį fiziologinių procesų organizme.

Erdotinės ir laikinosios endotermijos ir ektotermijos pakeitimas

Skirtumas tarp šių keturių kategorijų dažnai tampa painus, kai nagrinėjame atvejus, kai gyvūnai, galintys pakaitomis keistis tarp kategorijų, yra erdviniai ar laikini..

Terminį reguliavimą laiko atžvilgiu gali parodyti žinduoliai, turintys miego režimo laikotarpius. Šie gyvūnai paprastai būna namie, per metus, kai jie nėra žiemoti, o žiemos metu jie negali reguliuoti savo kūno temperatūros.

Erdvinis svyravimas atsiranda, kai gyvūnas kūno regionuose reguliuoja temperatūrą. Kramtukai ir kiti vabzdžiai gali reguliuoti jų krūtinės ląstelių temperatūrą ir negali reguliuoti likusių regionų. Ši diferencinio reguliavimo sąlyga vadinama heterotermija.

Termoreguliacijos fiziologija

Kaip ir bet kuri sistema, fiziologiniam kūno temperatūros reguliavimui reikalinga afferentinė sistema, valdymo centras ir efferentinė sistema.

Pirmoji sistema - afferentinė - yra atsakinga už informacijos perėmimą per odos receptorius. Vėliau informacija per termoreguliacinį centrą per kraują perduodama per neuroną.

Normaliomis sąlygomis kūno, kuris gamina šilumą, organai yra širdis ir kepenys. Kai kūnas atlieka fizinį darbą (fizinį krūvį), skeleto raumenys taip pat yra šilumos gamybos struktūra.

Hipotalamas yra termoreguliacinis centras, kurio užduotys skirstomos į šilumos nuostolius ir pelną. Funkcinė zona, skirta tarpininkauti šilumos palaikymui, yra užpakalinėje hipotalamo zonos zonoje, o nuostolius tarpininkauja priekinis regionas. Šis organas veikia kaip termostatas.

Sistemos kontrolė vyksta dvigubai: teigiama ir neigiama, tarpininkauja smegenų žievė. Efektoriaus atsakai yra elgsenos tipo arba tarpininkauja autonominės nervų sistemos. Šie du mechanizmai bus tiriami vėliau.

Termoreguliavimo mechanizmai

Fiziologiniai mechanizmai

Temperatūros reguliavimo mechanizmai skiriasi nuo gauto stimulo tipo, ty, ar tai yra temperatūros padidėjimas ar sumažėjimas. Todėl naudosime šį parametrą nustatydami mechanizmų klasifikaciją:

Aukštos temperatūros reguliavimas

Norint pasiekti kūno temperatūros reguliavimą nuo šilumos stimulų, organizmas turi skatinti jo praradimą. Yra keletas mechanizmų:

Vasodilatacija

Žmonėms vienas iš ryškiausių odos apykaitos bruožų yra platus kraujagyslių asortimentas. Krauja per odą kraujotaką labai skiriasi priklausomai nuo aplinkos sąlygų ir perėjimo nuo aukšto iki žemo kraujo srauto.

Asmenų termoreguliacijoje labai svarbus vazodilatacijos gebėjimas. Didelis kraujo tekėjimas padidėjusios temperatūros laikotarpiu leidžia organizmui padidinti šilumos perdavimą nuo kūno šerdies iki odos paviršiaus, kad galiausiai būtų išsklaidytas.

Didėjant kraujo srautui, padidėja kraujo tūris. Taigi, iš kūno šerdies į odos paviršių, kur vyksta šilumos perdavimas, pernešamas didesnis kraujo kiekis. Kraujas, dabar aušintuvas, perkeliamas atgal į branduolį ar kūno centrą.

Prakaitas

Kartu su vazodilatacija, prakaito gamyba yra labai svarbi termoreguliacijai, nes ji padeda išsklaidyti pernelyg didelę šilumą. Tiesą sakant, prakaito gamyba ir tolesnis išgarinimas yra pagrindiniai kūno netekimo mechanizmai. Jie taip pat veikia fizinio aktyvumo metu.

Prakaitas - tai skystis, kurį gamina prakaito liaukos, vadinamos eccrine, kurios yra tankiai paskirstytos visame kūne..

Reguliavimas esant žemai temperatūrai

Skirtingai nuo ankstesniame skyriuje minėtų mechanizmų, esant temperatūros kritimui, organizmas turi skatinti šilumos išsaugojimą ir gamybą taip:

Vasokonstrikcija

Ši sistema seka priešinga logika, aprašyta vazodilatacijoje, todėl paaiškinime nebus daug. Šaltas stimuliuoja odos kraujagyslių susitraukimą, taip išvengiant šilumos išsklaidymo.  

Perkeriavimas

Ar kada nors susimąstėte, kodėl „žąsų iškilimai“ atsiranda, kai susiduriame su žema temperatūra? Tai mechanizmas, skirtas išvengti šilumos nuostolių, vadinamų piloeracija. Tačiau, kadangi mūsų kūno plaukai yra palyginti nedideli, tai laikoma blogai pradine sistema.

Kai atsiranda kiekvieno plauko aukštis, padidėja oro, kuris liečiasi su oda, sluoksnis, kuris sumažina oro konvekciją. Tai sumažina šilumos nuostolius.

Šilumos gamyba

Labiausiai intuityvus būdas kovoti su žemomis temperatūromis yra šilumos gamyba. Tai gali atsitikti dviem būdais: drebulys ir nerizikuojantis termogenezė.

Pirmuoju atveju organizmas sukelia greitą ir priverstinį raumenų susitraukimą (todėl drebėsite, kai esate šalta), dėl ko susidaro šiluma. Gamybos drebėjimas yra brangus - energingai kalbant, todėl įstaiga pasinaudos, jei minėtos sistemos nepavyks..

Antrąjį mechanizmą veda audinys, vadinamas rudais riebalais (arba rudais riebaliniais audiniais, anglų literatūroje jis paprastai apibendrinamas santrumpa BAT pagal rudi riebaliniai audiniai).

Ši sistema yra atsakinga už energijos gamybos atskyrimą metabolizme: užuot formavusi ATP, ji sukuria šilumos gamybą. Tai ypač svarbus mechanizmas vaikams ir mažiems žinduoliams, nors naujausi įrodymai parodė, kad jis yra svarbus ir suaugusiesiems.

Etologiniai mechanizmai

Etologiniai mechanizmai susideda iš visų gyvūnų elgsenos, reguliuojančios jų temperatūrą. Kaip minėjome roplių pavyzdyje, organizmai gali būti dedami į palankią aplinką, kad būtų skatinami arba išvengta šilumos nuostolių.

Šio atsako apdorojime dalyvauja įvairios smegenų dalys. Žmonėms toks elgesys yra veiksmingas, nors jie nėra smulkiai reguliuojami kaip fiziologiniai.

Termoreguliacijos pakeitimai

Visą dieną organizmas patiria nedidelius ir subtilius temperatūros pokyčius, priklausomai nuo kai kurių kintamųjų, pvz., Cirkadinio ritmo, hormoninio ciklo, be kitų fiziologinių aspektų..

Kaip minėta, kūno temperatūra jungia didžiulį fiziologinių procesų spektrą ir dėl to, kad prarandama reguliacija, tai gali sukelti niokojančias sąlygas paveiktame organizme..

Abu šiluminiai kraštutiniai - tiek aukšti, tiek mažai - neigiamai veikia organizmus. Labai aukšta temperatūra, didesnė kaip 42 ° C žmonėms, stipriai veikia baltymus ir skatina jų denatūraciją. Be to, paveikiama DNR sintezė. Taip pat pažeisti organai ir neuronai.

Panašiai, esant žemesnei nei 27 ° C temperatūrai, atsiranda sunki hipotermija. Neuromuskulinės, širdies ir kraujagyslių bei kvėpavimo veiklos pokyčiai turi mirtinų pasekmių.

Kai termoreguliavimas neveikia tinkamu būdu, paveikiami keli organai. Tarp jų - širdis, smegenys, virškinimo trakto, plaučių, inkstų ir kepenų.

Nuorodos

1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Bendrosios patologijos vadovas. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., ir Harper, M. E. (2002). Pakviesta apžvalga: atjungti baltymus ir termoreguliaciją. Taikomosios fiziologijos žurnalas, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Reflekso sukeltos odos vazodilatacijos ir vazokonstrikcijos mechanizmai ir modifikatoriai. Taikomosios fiziologijos leidinys (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R. W. (1979). Palyginti gyvūnų fiziologija: aplinkosaugos požiūris. Aš atvirkščiai.
5. Hill, R. W., Wyse, G.A., Anderson, M., ir Anderson, M. (2004). Gyvūnų fiziologija. „Sinauer Associates“.
6. Liedtke W. B. (2017). Žinduolių termoreguliacijos dekonstravimas. Jungtinių Amerikos Valstijų Nacionalinės mokslų akademijos darbai, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Centrinė kūno temperatūros kontrolė. F1000Research, 5, F1000 fakultetas Rev-880.