Termoregulačná fyziológia, mechanizmy, typy a zmeny

Ten Termoregulácia Je to proces, ktorý umožňuje organizmom regulovať teplotu ich tela, modulovať stratu a prírastok tepla. V živočíšnom kráľovstve existujú rôzne mechanizmy regulácie teploty, fyziologické aj etologické.

Regulácia telesnej teploty je základnou aktivitou pre každú živú bytosť, pretože parameter je kritický pre homeostázu tela a ovplyvňuje okrem iného funkčnosť enzýmov a iných proteínov, membránovú plynulosť, tok iónov.

Cicavce sú homeotermy a endoters. Zdroj: Alan Wilson [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)]

Vo svojej najjednoduchšej podobe sú termoregulačné siete aktivované pomocou obvodu, ktorý integruje vchody do termoreceptorov umiestnených v koži, vo vnútornostiach, v mozgu, v mozgu.

Hlavné mechanizmy tvárou v tvár týmto studeným alebo tepelným stimulom zahŕňajú vazokonstrikciu kože, vazodilatáciu, produkciu tepla (termogenéza) a potenie. Medzi ďalšie mechanizmy patrí správanie na podporu alebo znižovanie tepelných strát.

[TOC]

Základné koncepty: teplo a teplota

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

Pochopenie rozdielu medzi teplom a teplotou je nevyhnutné porozumieť tepelnej regulácii zvierat. Na ilustráciu rozdielu použijeme neživé telá: Zamyslime sa na dve kocky jedného kovu, jedna je 10 -krát väčšia ako druhá.

Každá z týchto kociek je v miestnosti pri teplote 25 ° C. Ak zmeráme teplotu každého bloku, obidve budú pri 25 ° C, hoci jeden je veľký a malý.

Teraz, ak zmeráme množstvo tepla v každom bloku, výsledok medzi nimi sa bude líšiť. Aby sme vykonali túto úlohu, musíme presunúť bloky do miestnosti s teplotou absolútnej nuly a kvantifikovať množstvo tepla, ktoré vydávajú. V tomto prípade bude tepelný obsah 10 -krát vyšší v najväčšom kovovom vedre.

Teplota

Vďaka predchádzajúcemu príkladu môžeme dospieť k záveru, že teplota je rovnaká pre oboch a nezávislá od množstva hmoty v každom bloku. Teplota sa meria ako rýchlosť alebo intenzita pohybu molekúl.

V biologickej literatúre, keď autori uvádzajú „telesnú teplotu“, sa vzťahuje na teplotu centrálnych oblastí tela a periférnych zariadení. Teplota centrálnych oblastí odráža teplotu „hlbokých“ tkanív tela - mozog, srdce a pečeň.

Na druhej strane teplota periférnych oblastí je ovplyvnená priechodom krvi do pokožky a meria sa v koži rúk a chodidiel.

Zahrievať

Na rozdiel od - a návrat k príkladu blokov - teplo sa líši v oboch inertných telách a priamo úmerne k množstvu hmoty. Je to forma energie a závisí od počtu atómov a molekúl predmetnej látky.

Typy: Tepelné vzťahy medzi zvieratami

Vo fyziológii zvierat existuje množstvo výrazov a kategórií na opis tepelných vzťahov medzi organizmami. Každá z týchto skupín zvierat má špeciálne - fyziologické, anatomické alebo anatomické úpravy - čo im pomáha udržiavať ich telesnú teplotu v adekvátnom rozsahu.

V každodennom živote nazývame zvieratá endocerty a homeoothermy ako „horúca krv“ a zvieratá a ectotermus zvierat ako „studené“.

Endoterm a ectoterm

Prvé funkčné obdobie je endotermia, Používa sa, keď sa zviera podarí zahrievať sprostredkujúcu produkciu metabolického tepla. Opačným konceptom je Ektowermia, kde teplota zvieraťa ukladá okolité prostredie.

Môže vám slúžiť: cytochémia: História, predmet štúdia, užitočnosť a techniky

Niektoré zvieratá nie sú schopné byť endoters, pretože hoci produkujú teplo, nerobia to dostatočne rýchle, aby si ho udržali.

Poiquilotherm a Homeoterm

Ďalším spôsobom, ako ich klasifikovať, je podľa termoregulácie zvierat. Termín Polichotherm sa používa na označenie zvierat s rôznymi telesnými teplotami. V týchto prípadoch je telesná teplota vysoká v horúcich prostrediach a má nízky v chladnom prostredí.

Poliquilotherm zviera môže samostatne regulovať svoju teplotu pomocou správania. To znamená, že sa nachádza v oblastiach s vysokým slnečným žiarením, aby sa zvýšila teplota alebo skrytá pred uvedeným žiarením, aby sa znížila.

Poiquilotherm a Ectowermus sa vzťahujú v podstate rovnaký fenomén. Poiquilothermo však zdôrazňuje variabilitu telesnej teploty, zatiaľ čo v ectotermus sa vzťahuje na dôležitosť okolitej teploty na určenie telesnej teploty.

Termín v rozpore s Poiquilothermom je homeothermus: termoregulácia fyziologickými prostriedkami - a to nielen vďaka prejavu správania. Väčšina endotermov je schopná regulovať svoju teplotu.

Príklady

Rybárstvo

Ryby sú dokonalým príkladom ektotermov a zvierat poviquilotermos. V prípade týchto plavcov stavovcov ich tkanivá neprodukujú teplo metabolickými cestami a teplota rýb je určená teplotou vodného tela, kde plávajú.

Plazy

Plazy vykazujú veľmi výrazné správanie, ktoré im umožňuje regulovať (etologicky) ich teplotu. Tieto zvieratá hľadajú teplé oblasti - ako sa posadiť na horúcom kameni - na zvýšenie teploty. V opačnom prípade, keď si to želajú znížiť, sa budú snažiť skryť pred žiarením.

Vtáky

Cicavce a vtáky sú príkladmi endotermov a homeotermy. Tieto vytvárajú ich telesnú teplotu a fyziologicky ju regulujú. Niektoré hmyzy tiež vykazujú tento fyziologický vzorec.

Schopnosť regulovať jej teplotu poskytla týmto dvom živočíšnym líniám výhodu oproti ich náprotivkom poiquilotermov, pretože môžu stanoviť tepelnú rovnováhu vo svojich bunkách av ich orgánoch. To viedlo k procesom výživy, metabolizmu a vylučovania boli robustnejšie a efektívnejšie.

Napríklad človek si udržuje svoju teplotu pri 37 ° C v pomerne úzkom rozsahu - medzi 33,2 a 38,2 ° C. Udržiavanie tohto parametra je úplne kritické pre prežitie druhu a pol série fyziologických procesov v tele.

Priestor a časová striedanie endotermie a ektowermie

Rozdiel medzi týmito štyrmi kategóriami sa zvyčajne stáva mätúci, keď skúmame prípady zvierat, ktoré sú schopné striedať medzi kategóriami, buď priestorovo alebo dočasne.

Dočasná variácia tepelnej regulácie je možné ilustrovať s cicavcami, ktoré majú hibernáciu obdobia. Tieto zvieratá sú vo všeobecnosti homeoters v období roka, v ktorom nie sú hibernácie a počas hibernácie nie sú schopní regulovať svoju telesnú teplotu.

Variácia priestoru dochádza, keď zviera diferenčne reguluje teplotu v telesných oblastiach. Abejorros a iný hmyz môžu regulovať teplotu svojich hrudných segmentov a nie sú schopní regulovať zvyšok regiónov. Táto diferenciálna regulačná podmienka sa nazýva heterotermia.

Fyziológia termoregulácie

Rovnako ako každý systém, aj fyziologická regulácia telesnej teploty potrebuje prítomnosť aferentného systému, riadiaceho centra a emocionálneho systému.

Prvý systém, aferentný, je zodpovedný za zachytenie informácií prostredníctvom kožných receptorov. Následne sa tieto informácie prenášajú do stredu termoregulátora krvou krvou.

Môže vám slúžiť: imunoglobulín D

Za normálnych podmienok sú orgány tela, ktoré vytvárajú teplo, srdce a pečeň. Keď telo vykonáva fyzickú prácu (cvičenie), kostrový sval je tiež štruktúrou vytvárajúcou teplotu.

Hypotalamus je termoregulačné centrum a úlohy sú rozdelené na stratu a prírastok tepla. Funkčná zóna na sprostredkovanie údržby tepla sa nachádza v zadnej oblasti hypotalamu, zatiaľ čo strata je sprostredkovaná prednou oblasťou. Tento orgán funguje ako termostat.

Kontrola systému sa vyskytuje dvojnásobne: pozitívny a negatívny, sprostredkovaný kôrom mozgu. Efektorové reakcie sú typom behaviorálne alebo sprostredkované autonómnym nervovým systémom. Tieto dva mechanizmy sa budú študovať neskôr.

Mechanizmy termoregulácie

Fyziologické mechanizmy

Mechanizmy na reguláciu teploty sa líšia medzi typom prijatého stimulu, to znamená, ak ide o zvýšenie alebo zníženie teploty. Tento parameter teda použijeme na stanovenie klasifikácie mechanizmov:

Regulácia pre vysoké teploty

Na dosiahnutie regulácie telesnej teploty proti tepelným stimulom musí telo podporovať stratu z nej. Existuje niekoľko mechanizmov:

Vazodilatácia

U ľudí je jednou z najvýraznejších charakteristík kožného obehu široká škála krvných ciev, ktoré má. Krvný obeh cez pokožku má vlastnosť veľkej miery v závislosti od podmienok životného prostredia a modifikácie od vysokých až nízkych krvných tokov.

Vasodilatačná schopnosť je rozhodujúca pri termoregulácii jednotlivcov. Vysoký prietok krvi počas obdobia zvýšenia teploty umožňuje telu zvýšiť prenos tepla, od jadra tela po povrch kože, aby sa konečne rozptýlil.

Keď sa zvyšuje prietok krvi, objem krvnej pokožky sa postupne zvyšuje. Väčšie množstvo krvi sa teda prenáša z jadra tela na povrch kože, kde sa vyskytuje prenos tepla. Krv, teraz chladnejšia, sa opäť prenesie do jadra alebo do stredu tela.

Potiť sa

Spolu s vazodilatáciou je produkcia potu rozhodujúca pre termoreguláciu, pretože pomáha rozptýliť nadmerné teplo. V skutočnosti je výroba a zadné odparovanie potu hlavnými mechanizmami tela stratiť teplo. Konajú tiež počas fyzickej aktivity.

Pot je tekutina produkovaná potnými žľazami nazývané ecrinas, distribuované v tele v dôležitej hustote.Odparenie potu sa podarí preniesť teplo tela do životného prostredia ako vodná pary.

Regulácia pre nízke teploty

Na rozdiel od mechanizmov uvedených v predchádzajúcej časti musí v situáciách teploty znižovať telo podporovať ochranu a výrobu tepla nasledovne:

Vazokonstrikcia

Tento systém sleduje opačnú logiku opísanú pri vazodilatácii, takže vo vysvetlení nebudeme veľa rozšíriť. Prechladnutie stimuluje kontrakciu kožných ciev, čím sa zabráni rozptylu tepla.  

Piloerecicia

Zaujímalo vás, prečo sa „kuracie pokožka“ objaví, keď čelíme nízkym teplotám? Je to mechanizmus na zabránenie tepelným stratám nazývaným pionrekcia. Keďže však ľudia majú v našom tele relatívne malé vlasy, považuje sa za trochu efektívny a základný systém.

Môže vám slúžiť: Aká je prirodzená rozmanitosť Zeme?

Keď dôjde k zvýšeniu každého vlasov, zvýši sa vzduchová vrstva, ktorá prichádza do kontaktu s pokožkou, čo znižuje konvekciu vzduchu. To znižuje tepelné straty.

Výroba tepla

Najintuitívnejším spôsobom, ako pôsobiť proti nízkej teplote, je výroba tepla. Môže sa to vyskytnúť dvoma spôsobmi: triasť sa a neohrozujúca termogenéza.

V prvom prípade telo produkuje rýchle a nedobrovoľné kontrakcie svalov (to je dôvod, prečo sa chvejete), ktoré vedú k produkcii tepla. Výroba je drahá - energicky povedané -, takže sa k nemu uchýlia, ak vyššie uvedené systémy zlyhajú.

Druhý mechanizmus je vedený tkaninou nazývanou hnedý tuk (alebo hnedé tukové tkanivo, v anglickej literatúre je zvyčajne zhrnutá pod bat Acrononic od Hnedé tukové tkanivo).

Tento systém je zodpovedný za oddelenie výroby energie v metabolizme: namiesto formovania ATP vedie k výrobe tepla. Je to obzvlášť dôležitý mechanizmus u detí a cicavcov v malej veľkosti, hoci najnovšie dôkazy si všimli, že je tiež relevantný u dospelých.

Etologické mechanizmy

Etologické mechanizmy pozostávajú zo všetkého správania, ktoré zvieratá vykazujú na reguláciu svojej teploty. Ako sme spomenuli v príklade plazov, organizmy môžu byť umiestnené v priaznivom prostredí, aby sa podporili alebo sa vyhli tepelným stratám.

Rôzne časti mozgu sú zapojené do spracovania tejto reakcie. U ľudí je toto správanie účinné, hoci nie sú jemne regulované ako fyziologické.

Zmeny termoregulácie

Telo pociťujú malé a jemné zmeny teploty počas celého dňa, v závislosti od niektorých premenných, ako je cirkadiánny rytmus, hormonálny cyklus, okrem iných fyziologických aspektov.

Ako sme už spomenuli, orchester telesnej teploty.

Oba tepelné extrémy - vysoké aj nízke - negatívne ovplyvňujú organizmy. Veľmi vysoké teploty, nad 42 ° C u ľudí, veľmi výrazne ovplyvňujú proteíny, čo podporuje ich denaturáciu. Okrem toho je ovplyvnená syntéza DNA. Orgány a neuróny sú tiež poškodené.

Podobne teploty nižšie ako 27 ° C vedú k závažnej podchladenia. Zmeny v neuromuskulárnych, kardiovaskulárnych a respiračných aktivitách majú smrteľné následky.

Viac orgánov je ovplyvnených, keď termoregulácia nefunguje správnym spôsobom. Medzi nimi, srdce, mozog, gastrointestinálny trakt, pľúca, obličky a pečeň.

Odkazy

1. Arellano, J. L. P., & Del Pozo, s. D. C. (2013). Všeobecná patológia. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, m. A. (2002). Pozvaný prehľad: Odpojené proteíny a thenoregulácia. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian n. (2010). Mechanizmy a modifikátory Reflenu. Journal of Applied Physiology (Bethesda, MD. : 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, r. W. (1979). Porovnávacia fyziológia zvierat: environmentálny prístup. Obrátil som sa.
5. Hill, r. W., Wyse, G. Do., Anderson, m., & Anderson, M. (2004). Fyziológia. Sinaueroví spolupracovníci.
6. Listtke w. B. (2017). Dekonštrukcia cicavčích thnoregulácií. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Centrálna kontrola telesnej teploty. F1000Resarch, 5, F1000 Fakulta Rev-880.