Termoregulačná fyziológia, mechanizmy, typy a zmeny

termoregulácie Je to proces, ktorý umožňuje organizmom regulovať teplotu ich tiel, modulovať stratu a zisk tepla. V živočíšnej ríši existujú rôzne mechanizmy regulácie teploty, fyziologické aj etologické.

Regulácia teploty tela je základnou aktivitou pre akúkoľvek živú bytosť, pretože parameter je rozhodujúci pre homeostázu tela a ovplyvňuje funkčnosť enzýmov a iných proteínov, okrem iného membránovú tekutosť, tok iónov..

Vo svojej najjednoduchšej forme sú termoregulačné siete aktivované prostredníctvom obvodu, ktorý integruje vstupy termoreceptorov nachádzajúcich sa v koži, vo vnútornostiach, v mozgu, okrem iných..

Hlavnými mechanizmami tvárou v tvár týmto studeným alebo tepelným stimulom sú kožná vazokonstrikcia, vazodilatácia, tvorba tepla (termogenéza) a potenie. Iné mechanizmy zahŕňajú správanie na podporu alebo zníženie tepelných strát.

index

• 1 Základné pojmy: teplo a teplota
  • 1.1 Teplota
  • 1.2 Teplo
• 2 Typy: tepelné vzťahy medzi zvieratami
  • 2.1 Endoterma a ectotherm
  • 2.2 Poikilotherm a homeoterm
  • 2.3 Príklady
  • 2.4 Striedanie priestorovej a časovej endotermie a ekotermie
• 3 Fyziológia termoregulácie
• 4 Termoregulačné mechanizmy
  • 4.1 Fyziologické mechanizmy
  • 4.2 Etologické mechanizmy
• 5 Zmeny termoregulácie
• 6 Referencie

Základné pojmy: teplo a teplota

Ak chcete hovoriť o termoregulácii u zvierat, je potrebné poznať presnú definíciu termínov, ktoré sú medzi študentmi často mätúce.

Pochopenie rozdielu medzi teplotou a teplotou je nevyhnutné na pochopenie tepelnej regulácie zvierat. Na ilustráciu rozdielu použijeme neživé telá: myslieť na dve kovové kocky, jedna je desaťkrát väčšia ako druhá.

Každá z týchto kociek je v miestnosti pri teplote 25 ° C. Ak meriame teplotu každého bloku, obidva budú pri 25 ° C, hoci jedna je veľká a druhá malá.

Ak teraz meriame množstvo tepla v každom bloku, výsledok medzi týmito dvoma bude iný. Na vykonanie tejto úlohy musíme presunúť bloky do miestnosti s absolútnou nulovou teplotou a kvantifikovať množstvo tepla, ktoré vydávajú. V tomto prípade bude obsah tepla vo väčšej kovovej kocke 10-krát vyšší.

teplota

Vďaka predchádzajúcemu príkladu môžeme konštatovať, že teplota je rovnaká pre obidva a nezávisle od množstva látky v každom bloku. Teplota sa meria ako rýchlosť alebo intenzita pohybu molekúl.

V biologickej literatúre, keď autori uvádzajú "telesnú teplotu", označujú teplotu centrálnych oblastí tela a periférnych oblastí. Teplota centrálnych oblastí odráža teplotu "hlbokých" tkanív tela - mozgu, srdca a pečene.

Teplota periférnych oblastí je na druhej strane ovplyvnená prechodom krvi do kože a meria sa v koži rúk a nôh..

teplo

Na rozdiel od toho - a vracajúc sa k príkladom blokov - teplo sa líši v oboch inertných telesách a je priamo úmerné množstvu hmoty. Je to forma energie a závisí od počtu atómov a molekúl danej látky.

Typy: tepelné vzťahy medzi zvieratami

Vo fyziológii zvierat existuje rad termínov a kategórií, ktoré sa používajú na opis tepelných vzťahov medzi organizmami. Každá z týchto skupín zvierat má špeciálne úpravy - fyziologické, anatomické alebo anatomické - ktoré im pomáhajú udržiavať ich telesnú teplotu v primeranom rozsahu..

V každodennom živote nazývame endotermické a homeotermické zvieratá "teplokrvnými" a poikilotermickými a ekotermálnymi zvieratami ako "chladnokrvnými"..

Endoterma a ektoterma

Prvý termín je endotermie, keď sa zviera dokáže zahriať metabolickou produkciou tepla. Opačným konceptom je ectothermy, kde je teplota zvieraťa vyvolaná okolitým prostredím.

Niektoré zvieratá nie sú schopné byť endotermné, pretože hoci produkujú teplo, nerobia to dostatočne rýchlo, aby ho udržali.

Poikilotherm a homeoterm

Ďalší spôsob, ako ich klasifikovať, je podľa termoregulácie zvieraťa. Termín poikilothermic používa sa na označenie zvierat s premenlivou telesnou teplotou. V týchto prípadoch je teplota tela vysoká v horúcom prostredí a je nízka v chladnom prostredí.

Poikilotherm zviera môže samo regulovať svoju teplotu pomocou správania. To znamená, že umiestnením v oblastiach s vysokým slnečným žiarením sa zvýši teplota alebo sa skryje z uvedeného žiarenia, aby sa znížilo.

Pojmy poikilotherm a ectotherm označujú v podstate ten istý jav. Poikilotherm však zdôrazňuje variabilitu telesnej teploty, zatiaľ čo v ektoterme poukazuje na význam okolitej teploty na určenie telesnej teploty..

Opačným pojmom poikiloterm je homeoterma: termoregulácia fyziologickými prostriedkami - a to nielen vďaka nasadeniu správania. Väčšina endotermických zvierat je schopná regulovať svoju teplotu.

Príklady

ryby

Ryby sú dokonalým príkladom ekotermických a poikilotermických zvierat. V prípade týchto plavcov neprebiehajú ich tkanivá teplo prostredníctvom metabolických ciest a okrem toho je teplota rýb určená teplotou vody, v ktorej plávajú..

plazy

Plazy vykazujú veľmi výrazné správanie, ktoré im umožňuje regulovať (etologicky) ich teplotu. Tieto zvieratá hľadajú teplé regióny - ako je napríklad sedenie na horúcom kameni - na zvýšenie teploty. V opačnom prípade sa budú snažiť skryť pred žiarením.

Vtáky a cicavce

Príkladmi endotermických a homeotermických zvierat sú cicavce a vtáky. Tieto metabolicky produkujú svoju telesnú teplotu a fyziologicky ju regulujú. Tento hmyz tiež vykazuje tento fyziologický vzor.

Schopnosť regulovať teplotu dávala týmto dvom líniám zvierat výhodu oproti ich poikilotermickým náprotivkom, pretože môžu vytvoriť tepelnú rovnováhu vo svojich bunkách a ich orgánoch. To viedlo k tomu, že procesy výživy, metabolizmu a vylučovania sa stávajú robustnejšími a účinnejšími.

Človek si napríklad udržiava svoju teplotu pri 37 ° C v pomerne úzkom rozmedzí medzi 33,2 a 38,2 ° C. Udržanie tohto parametra je úplne kritické pre prežitie daného druhu a sprostredkuje rad fyziologických procesov v tele.

Striedanie priestorovej a časovej endotermie a ekotermie

Rozdiel medzi týmito štyrmi kategóriami sa často stáva mätúcim, keď skúmame prípady zvierat, ktoré sú schopné striedať sa medzi kategóriami, či už priestorovo alebo časovo..

Časová zmena tepelnej regulácie môže byť ilustrovaná cicavcami, ktorí zažijú obdobia hibernácie. Tieto zvieratá sú obyčajne homeotermné počas ročných období, keď nie sú v režime spánku a počas hibernácie nie sú schopné regulovať svoju telesnú teplotu.

Priestorová variácia nastáva, keď zviera diferencovane reguluje teplotu v oblastiach tela. Čmeliaky a iný hmyz môžu regulovať teplotu svojich hrudných segmentov a nie sú schopné regulovať zvyšok regiónov. Táto podmienka diferenciálnej regulácie sa nazýva heterotermia.

Fyziológia termoregulácie

Fyziologická regulácia telesnej teploty vyžaduje, ako každý systém, prítomnosť aferentného systému, kontrolného centra a eferentného systému.

Prvý systém, aferentný, je zodpovedný za zachytenie informácií pomocou kožných receptorov. Následne sa informácie prenášajú do termoregulačného centra krvou cez nervové tkanivo.

Za normálnych podmienok sú orgánmi tela, ktoré vytvárajú teplo, srdce a pečeň. Keď telo robí fyzickú prácu (cvičenie), kostrový sval je tiež teplo generujúca štruktúra.

Hypotalamus je termoregulačné centrum a úlohy sú rozdelené na tepelné straty a zisk. Funkčná zóna na sprostredkovanie udržiavania tepla sa nachádza v zadnej zóne hypotalamu, zatiaľ čo strata je sprostredkovaná prednou oblasťou. Tento orgán funguje ako termostat.

Kontrola systému nastáva dvojnásobne: pozitívne a negatívne, sprostredkované mozgovou kôrou. Efektorové reakcie sú behaviorálneho typu alebo sprostredkované autonómnym nervovým systémom. Tieto dva mechanizmy budú študované neskôr.

Termoregulačné mechanizmy

Fyziologické mechanizmy

Mechanizmy regulácie teploty sa líšia medzi typom prijatého stimulu, to znamená, či ide o zvýšenie alebo zníženie teploty. Tento parameter použijeme na vytvorenie klasifikácie mechanizmov:

Regulácia pre vysoké teploty

Aby sa dosiahla regulácia telesnej teploty proti tepelným podnetom, telo musí podporovať jeho stratu. Existuje niekoľko mechanizmov:

vazodilatácia

U ľudí je jednou z najvýraznejších charakteristík kožného obehu široká škála krvných ciev, ktoré má. Krvný obeh cez kožu má tú vlastnosť, že sa výrazne mení v závislosti od podmienok prostredia a zmeny z vysokého na nízke toky krvi.

Schopnosť vazodilatácie je rozhodujúca pri termoregulácii jedincov. Vysoký prietok krvi v období zvýšenej teploty umožňuje telu zvýšiť prenos tepla z jadra tela na povrch kože, aby sa konečne rozptýlil..

Keď sa prietok krvi zvyšuje, objem krvi sa zvyšuje. Teda väčšie množstvo krvi sa prenáša z jadra tela na povrch kože, kde dochádza k prenosu tepla. Krv, teraz chladnejšia, sa prenesie späť do jadra alebo do stredu tela.

pot

Spolu s vazodilatáciou je produkcia potu rozhodujúca pre termoreguláciu, pretože pomáha odvádzať nadmerné teplo. V skutočnosti, výroba a následné odparovanie potu sú hlavnými mechanizmami tela, ktoré strácajú teplo. Pôsobia aj počas fyzickej aktivity.

Pot je tekutina produkovaná potnými žľazami nazývanými ekrinná, rozptýlená po celom tele v značnej hustote..

Regulácia pre nízke teploty

Na rozdiel od mechanizmov uvedených v predchádzajúcej časti, v situáciách poklesu teploty musí orgán podporovať ochranu a výrobu tepla nasledujúcim spôsobom:

vazokonstrikcia

Tento systém sa opiera o opačnú logiku opísanú vo vazodilatácii, takže vo vysvetlení nebudeme veľmi rozširovať. Studený stimuluje kontrakcie kožných ciev, čím sa zabráni rozptylu tepla.  

piloerekcia

Premýšľali ste niekedy, prečo sa objavujú „husacie hrbole“, keď čelíme nízkym teplotám? Je to mechanizmus, ktorý zabraňuje tepelným stratám nazývaným piloerection. Avšak, keďže ľudia majú v našom tele relatívne málo vlasov, považuje sa to za nedostatočne základný systém.

Keď dôjde k prevýšeniu každého vlasu, zvýši sa vrstva vzduchu, ktorá prichádza do styku s pokožkou, čo znižuje prúdenie vzduchu. To znižuje tepelné straty.

Výroba tepla

Najintuitívnejším spôsobom, ako čeliť nízkym teplotám, je výroba tepla. K tomu môže dôjsť dvomi spôsobmi: triaškou a neohýbajúcou sa termogenézou.

V prvom prípade, telo produkuje rýchle a nedobrovoľné svalové kontrakcie (to je dôvod, prečo sa triasť, keď ste zima), ktoré vedú k produkcii tepla. Triasajúca sa výroba je nákladná - energicky povedané - takže telo sa k nej uchýli, ak vyššie uvedené systémy zlyhajú..

Druhý mechanizmus je vedený tkanivom nazývaným hnedý tuk (alebo hnedé tukové tkanivo, v anglickej literatúre je zvyčajne zhrnutý pod skratkou BAT podľa hnedého tukového tkaniva).

Tento systém je zodpovedný za oddelenie produkcie energie v metabolizme: namiesto tvorby ATP vedie k produkcii tepla. Je to obzvlášť dôležitý mechanizmus u detí a u malých cicavcov, hoci najnovšie dôkazy poukazujú na to, že je relevantný aj u dospelých.

Etologické mechanizmy

Etologické mechanizmy pozostávajú zo všetkých správ, ktoré zvieratá vykazujú pri regulácii teploty. Ako sme uviedli na príklade plazov, organizmy sa môžu umiestniť do priaznivého prostredia, aby sa podporili alebo sa vyhli tepelným stratám.

Na spracovaní tejto odpovede sa podieľajú rôzne časti mozgu. U ľudí je toto správanie účinné, aj keď nie sú jemne regulované ako fyziologické.

Zmeny termoregulácie

Telo zažíva malé a jemné zmeny teploty počas dňa v závislosti od niektorých premenných, ako je cirkadiánny rytmus, hormonálny cyklus, medzi inými fyziologickými aspektmi..

Ako už bolo spomenuté, telesná teplota organizuje veľké množstvo fyziologických procesov a strata jej regulácie môže viesť k ničivým podmienkam v postihnutom organizme..

Obidva tepelné extrémy - vysoké aj nízke - negatívne ovplyvňujú organizmy. Veľmi vysoké teploty, nad 42 ° C u ľudí, silne ovplyvňujú proteíny, čo podporuje ich denaturáciu. Okrem toho je ovplyvnená syntéza DNA. Poškodené sú aj orgány a neuróny.

Podobne teploty pod 27 ° C vedú k ťažkej hypotermii. Zmeny neuromuskulárnej, kardiovaskulárnej a respiračnej aktivity majú fatálne následky.

Viaceré orgány sú postihnuté, keď termoregulácia nefunguje správnym spôsobom. Medzi nimi srdce, mozog, gastrointestinálny trakt, pľúca, obličky a pečeň.

referencie

1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Príručka všeobecnej patológie. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, M.E. (2002). Výzva na preskúmanie: rozpojenie proteínov a termoregulácia. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mechanizmy a modifikátory reflexnej indukcie kožnej vazodilatácie a vazokonstrikcie u ľudí. Časopis aplikovanej fyziológie (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R. W. (1979). Porovnaná fyziológia zvierat: environmentálny prístup. Obrátil som sa.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., Anderson, M. (2004). Fyziológia zvierat. Sinauer Associates.
6. Liedtke W. B. (2017). Dekonštrukcia termoregulácie cicavcov. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Centrálne riadenie telesnej teploty. F1000Research, 5, F1000 Fakulta Rev-880.