Termoregulatsiooni füsioloogia, mehhanismid, tüübid ja muudatused



The termoregulatsioon See on protsess, mis võimaldab organismidel oma keha temperatuuri reguleerida, moduleerides soojuse kadu ja kasu. Loomariigis on erinevad temperatuuri reguleerimise mehhanismid, nii füsioloogilised kui ka etoloogilised.

Keha temperatuuri reguleerimine on mis tahes elusolendi põhitegevus, sest parameeter on keha homeostaasi jaoks kriitiline ja mõjutab muu hulgas ensüümide ja teiste valkude funktsionaalsust, membraani voolavust, ioonivoogu..

Kõige lihtsamal kujul aktiveeritakse termoregulatsioonivõrgud ahelaga, mis integreerib muu hulgas nahas, sisimas, ajus olevate termoretseptorite sisendid..

Nende külmade või kuumade stiimulite peamised mehhanismid on naha vasokonstriktsioon, vasodilatatsioon, soojuse tootmine (termogenees) ja higistamine. Muud mehhanismid hõlmavad käitumist soojuskao edendamiseks või vähendamiseks.

Indeks

  • 1 Põhimõisted: soojus ja temperatuur
    • 1.1 Temperatuur
    • 1.2 Kuum
  • 2 tüübid: loomade termilised suhted
    • 2.1 Endoterm ja ektoterm
    • 2.2 Poikilotherm ja homeotherm
    • 2.3 Näited
    • 2.4 Ruumilise ja ajalise endotermia ja ektotermia vahetus
  • 3 Termoregulatsiooni füsioloogia
  • 4 Termoregulatsioonimehhanismid
    • 4.1 Füsioloogilised mehhanismid
    • 4.2 Eetilised mehhanismid
  • 5 Termoregulatsiooni muutused
  • 6 Viited

Põhimõisted: soojus ja temperatuur

Et rääkida loomade termoregulatsioonist, on vaja teada, millised on mõisted, mis sageli õpilaste vahel segadust tekitavad.

Loomade termilise reguleerimise mõistmiseks on oluline mõista soojuse ja temperatuuri erinevust. Erinevuse illustreerimiseks kasutame elutuid kehasid: mõtle kahele metallist kuubikule, üks on 10 korda suurem kui teine.

Kõik need kuubikud on ruumis temperatuuril 25 ° C. Kui mõõdame iga ploki temperatuuri, on mõlemad 25 ° C, kuigi üks on suur ja teine ​​väike.

Nüüd, kui me mõõdame igas plokis soojuse kogust, on tulemuste vaheline erinevus erinev. Selle ülesande täitmiseks peame plokid viima absoluutse nulltemperatuuriga ruumi ja kvantifitseerima soojuse koguse, mida nad annavad. Sellisel juhul on suurema metalli kuubi soojusisaldus 10 korda kõrgem.

Temperatuur

Tänu eelmisele näitele võime järeldada, et temperatuur on mõlema jaoks sama ja sõltumatu iga ploki materjali kogusest. Temperatuuri mõõdetakse molekulide liikumise kiiruse või intensiivsusega.

Bioloogilises kirjanduses viitavad autorid kehatemperatuurile keha keskmiste piirkondade ja perifeersete piirkondade temperatuurile. Keskpiirkondade temperatuur peegeldab keha "sügavate" kudede - aju, südame ja maksa - temperatuuri.

Perifeersete piirkondade temperatuuri mõjutab seevastu veri läbimine nahale ja seda mõõdetakse käte ja jalgade nahas..

Kuumuta

Seevastu - ja naasmine plokkide näite juurde - soojus on erinev nii inertses kehas kui ka otseselt proportsionaalne materjali kogusega. See on energia vorm ja see sõltub kõnealuse aine aatomite ja molekulide arvust.

Tüübid: loomade termilised suhted

Loomade füsioloogias on mitmeid termineid ja kategooriaid, mida kasutatakse organismide vaheliste termiliste suhete kirjeldamiseks. Igal neist loomarühmadest on erilised kohandused - füsioloogilised, anatoomilised või anatoomilised -, mis aitavad neil säilitada kehatemperatuuri piisavas vahemikus.

Igapäevaelus nimetame endotermilisi ja homeotermilisi loomi "soojaverelisi" ning poikilotermilisi ja ektotermilisi loomi "külma verega"..

Endoterm ja ektoterm

Esimene tähtaeg on endotermia, kasutatakse loomade soojendamiseks soojuse metaboolse tootmisega. Vastupidine mõiste on ektotermia, kus looma temperatuuri määrab ümbritsev keskkond.

Mõned loomad ei ole endotermilised, sest kuigi nad toodavad soojust, ei tee see seda piisavalt, et seda hoida.

Poikilotherm ja homeotherm

Teine võimalus nende klassifitseerimiseks on looma termoregulatsiooni kohaselt. Termin poikilotherm seda kasutatakse muutuva kehatemperatuuriga loomadele. Sellistel juhtudel on kuuma keskkonnas kõrge kehatemperatuur ja külmades tingimustes on see madal.

Poikilothermi loom võib oma temperatuuri ise käitumise abil reguleerida. See tähendab, et kõrgete päikesekiirgusega piirkondade asukoha määramine selle kiirguse suurendamiseks või selle kiirendamiseks.

Mõisted poikilotherm ja ectotherm viitavad põhimõtteliselt samale nähtusele. Siiski rõhutab poikilotherm kehatemperatuuri varieeruvust, samas kui ektotermis viitab see ümbritseva õhu temperatuuri tähtsusele kehatemperatuuri määramiseks..

Poikilothermi vastupidine mõiste on homeotherm: termoregulatsioon füsioloogiliste vahenditega - ja mitte ainult tänu käitumiste kasutuselevõtule. Enamik endotermilisi loomi on võimelised oma temperatuuri reguleerima.

Näited

Kalad

Kala on täiuslik näide ektotermilistest ja poikilotermilistest loomadest. Nende selgroogsete ujujate puhul ei tekita nende kuded soojust metaboolsete radade kaudu ning lisaks sellele määratakse kala temperatuur selle veekogu temperatuuri järgi, kus nad ujuvad.

Roomajad

Roomajad omavad väga märgatavat käitumist, mis võimaldab neil temperatuuri reguleerida (etoloogiliselt). Need loomad otsivad temperatuuri tõstmiseks soojaid piirkondi, näiteks kuuma kivi ääres. Vastasel juhul püüavad nad seda kiirguse eest peita.

Linnud ja imetajad

Imetajad ja linnud on endotermiliste ja homeotermiliste loomade näited. Need metaboliseerivad oma kehatemperatuuri ja reguleerivad seda füsioloogiliselt. Mõnedel putukatel on ka see füsioloogiline muster.

Võime reguleerida selle temperatuuri andis neile kahele loomaliigile eelise nende poikilotermiliste kolleegidega võrreldes, kuna nad suudavad luua oma rakkudes ja nende elundites termilise tasakaalu. See tõi kaasa toitumise, ainevahetuse ja eritumise protsesside tugevuse ja tõhususe.

Inimene säilitab näiteks temperatuuri 37 ° C juures suhteliselt kitsas vahemikus 33,2 kuni 38,2 ° C. Selle parameetri säilitamine on liikide ellujäämise seisukohalt täiesti kriitiline ja vahendab kehas mitmeid füsioloogilisi protsesse.

Ruumilise ja ajalise endotermia ja ektotermia vahetus

Nende nelja kategooria eristamine muutub sageli segadusse, kui uurime loomi, kes on võimelised kategooriate vaheldumisi kas ruumiliselt või ajaliselt muutuma..

Termilise reguleerimise ajalist variatsiooni võib tuua imetajad, kellel on talveunerežiimi. Need loomad on tavaliselt aastaaegadel homotermilised, kui nad ei ole talveunerežiimis ja talvitumise ajal ei suuda nad oma kehatemperatuuri reguleerida.

Ruumiline varieerumine toimub siis, kui loom reguleerib keha piirkondades temperatuuri erinevalt. Kimalased ja teised putukad võivad oma rindkere segmentide temperatuuri reguleerida ja ei suuda ülejäänud piirkondi reguleerida. Seda diferentseeritud reguleerimise tingimust nimetatakse heterotermiks.

Termoregulatsiooni füsioloogia

Nagu iga süsteem, nõuab kehatemperatuuri füsioloogiline reguleerimine afferentse süsteemi, juhtimiskeskuse ja efferentse süsteemi olemasolu..

Esimene süsteem, afferentne, vastutab informatsiooni vastuvõtmise eest naha retseptorite abil. Seejärel edastatakse informatsioon termoreguleerimiskeskusele verega läbi närvi.

Normaalsetes tingimustes on keha soojust tekitavad organid süda ja maks. Kui keha teeb füüsilist tööd (treeningut), on skeleti lihas ka soojust tekitav struktuur.

Hüpotalam on termoregulatsioonikeskus ja ülesanded jagunevad soojuskadu ja -kasvuks. Soojuse säilitamise funktsionaalne tsoon paikneb hüpotalamuse tagumises tsoonis, samas kui kadu on vahendatud eesmise piirkonna poolt. See orel töötab nagu termostaat.

Süsteemi juhtimine toimub kahekordselt: positiivne ja negatiivne, vahendatud ajukoorega. Efektorvastused on käitumusliku tüübi või vahendatud autonoomse närvisüsteemi poolt. Neid kahte mehhanismi uuritakse hiljem.

Termoregulatsioonimehhanismid

Füsioloogilised mehhanismid

Temperatuuri reguleerimise mehhanismid on saadud stiimuli tüübi vahel, st kas see on temperatuuri tõus või vähenemine. Seega kasutame seda parameetrit mehhanismide klassifikatsiooni loomiseks:

Kõrge temperatuuri reguleerimine

Selleks, et saavutada kehatemperatuuri reguleerimine soojuse stiimulite vastu, peab asutus edendama selle kadumist. On mitmeid mehhanisme:

Vasodilatatsioon

Inimestel on naha ringluse üks silmapaistvamaid omadusi laia veresoonte, mis on nahal. Naha vereringe varieerub sõltuvalt keskkonnatingimustest ja muutustest kõrgelt madalatele verevooludele.

Vasodilatatsiooni võime on üksikisikute termoregulatsioonis otsustava tähtsusega. Kõrge verevool suurenenud temperatuuri perioodidel võimaldab kehal suurendada soojuse ülekannet keha südamikust naha pinnale, et lõpuks hävitada.

Kui verevool suureneb, suureneb vere maht. Seega kantakse keha südamikust suurem osa verest naha pinnale, kus toimub soojusülekanne. Veri, nüüd jahuti, viiakse tagasi tuuma või keha keskele.

Higi

Koos vasodilatatsiooniga on higi tootmine termoregulatsiooni jaoks oluline, kuna see aitab kaasa liigse soojuse hajutamisele. Tegelikult on higi tootmine ja hilisem aurustamine keha peamised soojuse kaotamise mehhanismid. Nad tegutsevad ka füüsilise tegevuse ajal.

Higi on vedelik, mida toodavad higinäärmed, mida nimetatakse eccrine'iks ja mis jaotuvad kogu kehas märkimisväärse tihedusega..

Madala temperatuuri reguleerimine

Erinevalt eelmises osas mainitud mehhanismidest peab keha temperatuuri languse olukordades soojuse säilitamist ja tootmist edendama järgmisel viisil:

Vasokonstriktsioon

See süsteem järgib vasodilatatsioonis kirjeldatud vastupidist loogikat, nii et me ei laienda seletuses palju. Külm stimuleerib nahaaluste veresoonte kokkutõmbumist, vältides seega soojuse hajutamist.  

Piloeratsioon

Kas olete kunagi mõelnud, miks ilmuvad madalate temperatuuride korral "hane muhke"? See on mehhanism, millega välditakse soojuskadu, mida nimetatakse piloeratsiooniks. Kuid kuna inimestel on meie kehas juukseid suhteliselt vähe, peetakse seda halvasti algeliseks süsteemiks.

Iga karvade kõrguse korral suureneb nahaga kokkupuutuv õhukihi, mis vähendab õhu konvektsiooni. See vähendab soojuskadu.

Soojuse tootmine

Kõige intuitiivsem viis madalate temperatuuride vastu võitlemiseks on soojuse tootmine. See võib toimuda kahel viisil: termogeneesi värisemine ja värisemine.

Esimesel juhul tekitab keha kiireid ja tahtmatuid lihaskontraktsioone (see on põhjus, miks sa värisevad, kui olete külm), mis viib soojuse tekkeni. Tootmise värisemine on kallis - energiliselt kõneleb -, nii et keha kasutab seda, kui eespool nimetatud süsteemid ebaõnnestuvad..

Teist mehhanismi juhib koe, mida nimetatakse pruuniks rasvaks (või pruuniks rasvkudeks, inglise kirjanduses on see tavaliselt kokkuvõtte all BAT pruun rasvkoe).

See süsteem vastutab energiatootmise lahutamise eest ainevahetuses: ATP moodustamise asemel toob see kaasa soojuse tootmise. See on eriti oluline mehhanism lastel ja väikestel imetajatel, kuigi viimased tõendid on märkinud, et see on oluline ka täiskasvanutel.

Etoloogilised mehhanismid

Etoloogilised mehhanismid koosnevad kõigist loomade poolt nende temperatuuri reguleerimiseks esitatud käitumistest. Nagu me roomajate näites mainisime, võib soojuskadude soodustamiseks või vältimiseks organismid paigutada soodsasse keskkonda.

Selle vastuse töötlemisse on kaasatud aju erinevad osad. Inimestel on need käitumised tõhusad, kuigi neid ei ole füsioloogiliste omadustena peenelt reguleeritud.

Termoregulatsiooni muutused

Keha kogeb väikesed ja õrnad temperatuuri muutused kogu päeva jooksul, sõltuvalt mõnest muutujast, nagu näiteks ööpäevane rütm, hormonaalne tsükkel, teiste füsioloogiliste aspektide hulgas..

Nagu mainitud, korraldab kehatemperatuur suurt hulka füsioloogilisi protsesse ja selle reguleerimise kaotamine võib põhjustada kahjustatud organismi laastavaid seisundeid..

Mõlemad termilised äärmused - nii kõrge kui ka madal - mõjutavad organisme negatiivselt. Väga kõrge temperatuur, üle 42 ° C inimestel, mõjutab tugevalt valke, soodustades nende denatureerimist. Lisaks mõjutab DNA sünteesi. Samuti on kahjustatud organid ja neuronid.

Samamoodi põhjustavad temperatuurid alla 27 ° C raske hüpotermia. Muutused neuromuskulaarses, kardiovaskulaarses ja hingamisteedes on surmavad tagajärjed.

Kui termoregulatsioon ei tööta õigesti, mõjutavad mitmed elundid. Nende hulgas on süda, aju, seedetrakt, kopsud, neerud ja maks.

Viited

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Üldise patoloogia käsiraamat. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., ja Harper, M. E. (2002). Kutsutud ülevaade: valkude lahtiühendamine ja termoregulatsioon. Applied Physiology ajakiri, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Refleks-indutseeritud naha vasodilatatsiooni ja vasokonstriktsiooni mehhanismid ja modifikaatorid inimestel. Avaldatud füsioloogia ajakiri (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Võrreldav loomade füsioloogia: keskkonnaalane lähenemine. Ma pöördusin tagasi.
  5. Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Loomade füsioloogia. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Imetajate termoregulatsiooni dekonstrueerimine. Ameerika Ühendriikide Riikliku Teaduste Akadeemia toimingud, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Kehatemperatuuri keskjuhtimine. F1000Research, 5, F1000 teaduskond Rev-880.