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

Den termoregulering er den proces, der tillader organismer regulere deres kropstemperatur, modulering varmetab og forstærkning. I dyreriget er der forskellige mekanismer til regulering af temperatur, både fysiologisk og etologisk.

Regulering af kropstemperatur er en grundlæggende aktivitet for ethvert levende væsen, fordi parameteren er kritisk for kroppens homeostase og påvirker funktionaliteten af ​​enzymer og andre proteiner, membranens fluiditet, strømmen af ​​ioner, blandt andre..

Pattedyr er homotermiske og endotermiske. Kilde: Alan Wilson

I sin enkleste form aktiveres termoreguleringsnetværk ved hjælp af et kredsløb, der integrerer input fra termoreceptorer, der er placeret i huden, i indbrud, i hjernen, blandt andre.

De vigtigste mekanismer for disse varme eller kolde stimuli inkluderer kutan vasokonstriktion, vasodilatation, varmeproduktion (termogenese) og sved. Andre mekanismer inkluderer adfærd til fremme eller reduktion af varmetab.

Grundlæggende: varme og temperatur

For at tale om termoregulering hos dyr er det nødvendigt at kende den nøjagtige definition af udtryk, der ofte er forvirrende blandt studerende.

At forstå forskellen mellem varme og temperatur er vigtig for at forstå den termiske regulering af dyr. Vi vil bruge livløse kropper til at illustrere forskellen: lad os tænke på to terninger af et metal, den ene er 10 gange større end den anden.

Hver af disse terninger er i et rum ved en temperatur på 25 ° C. Hvis vi måler temperaturen på hver blok, vil begge være på 25 ° C, skønt den ene er stor og den anden lille.

Hvis vi måler mængden af ​​varme i hver blok, vil resultatet mellem de to være anderledes. For at udføre denne opgave skal vi flytte blokke til et rum med en temperatur på absolut nul og kvantificere mængden af ​​varme, de afgiver. I dette tilfælde vil varmeindholdet være 10 gange højere i den største metalterning.

Temperatur

Takket være det foregående eksempel kan vi konkludere, at temperaturen er den samme for begge og uafhængigt af mængden af ​​stof i hver blok. Temperaturen måles som hastigheden eller intensiteten af ​​molekylernes bevægelse.

Når forfatterne nævner "kropstemperatur" i den biologiske litteratur, henviser de til temperaturen i kroppens centrale og perifere områder. Temperaturen i kerneområderne afspejler temperaturen i kroppens "dybe" væv - hjerne, hjerte og lever.

Temperaturen i de perifere regioner påvirkes på sin side af blodets passage til huden og måles på huden på hænder og fødder.

Hed

I modsætning hertil - og når man går tilbage til eksemplet med blokke - er varmen forskellig i begge inerte legemer og direkte proportional med mængden af ​​stof. Det er en form for energi og afhænger af antallet af atomer og molekyler af det aktuelle stof.

Typer: termiske forhold mellem dyr

I dyrefysiologi er der et antal udtryk og kategorier, der bruges til at beskrive de termiske forhold mellem organismer. Hver af disse dyregrupper har specielle tilpasninger - fysiologiske, anatomiske eller anatomiske - som hjælper dem med at holde deres kropstemperatur i et passende interval.

I hverdagen kalder vi endotermiske og homotermiske dyr som "varmblodige" og poikilotermiske og ektotermiske dyr som "koldblodige".

Endoterm og ektoterm

Det første udtryk er endotermi, der bruges, når dyret formår at varme sig selv ved at formidle den metabolske produktion af varme. Det modsatte koncept er ektotermi, hvor dyrets temperatur er dikteret af det omgivende miljø.

Nogle dyr er ikke i stand til at være endotermiske, fordi selv om de producerer varme, gør de ikke det så hurtigt, at de kan fastholde det.

Poikilothermic og homeothermic

En anden måde at klassificere dem på er i henhold til dyrets termoregulering. Udtrykket poikilotherm bruges til at henvise til dyr med forskellige kropstemperaturer. I disse tilfælde er kropstemperaturen høj i varme miljøer og lav i kolde miljøer.

Et poikilotermisk dyr kan selvregulere sin temperatur gennem opførsel. Det vil sige ved at placere i områder med høj solstråling for at øge temperaturen eller skjule sig for nævnte stråling for at reducere den.

Udtrykkene poikilotherm og ectotherm refererer stort set til det samme fænomen. Poikilotherm understreger dog variationen i kropstemperatur, mens ectotherm refererer til betydningen af ​​omgivelsestemperatur ved bestemmelse af kropstemperatur.

Det modsatte udtryk for poikiloterm er homeotermisk: termoregulering på fysiologiske måder - og ikke kun takket være visningen af ​​adfærd. De fleste endotermiske dyr er i stand til at regulere deres temperatur.

eksempler

fishes

Fisk er det perfekte eksempel på ectotermiske og poikilotermiske dyr. For disse svømmende hvirveldyr producerer deres væv ikke varme gennem metabolske veje, og derudover bestemmes fiskens temperatur af temperaturen i vandmassen, hvor de svømmer.

Krybdyr

Reptiler udviser meget markeret opførsel, der gør det muligt for dem at regulere (etologisk) deres temperatur. Disse dyr opsøger varme regioner - som f.eks. Siddepinde på en varm sten - for at øge temperaturen. Ellers vil de, hvor de ønsker at reducere det, forsøge at skjule sig for stråling.

Fugle og pattedyr

Pattedyr og fugle er eksempler på endotermiske og homoterme dyr. De producerer metabolisk din kropstemperatur og regulerer den fysiologisk. Nogle insekter udviser også dette fysiologiske mønster.

Evnen til at regulere deres temperatur gav disse to dyrelinjer en fordel i forhold til deres poikilotermiske modstykker, da de kan etablere termisk ligevægt i deres celler og organer. Dette førte til, at processerne med ernæring, stofskifte og udskillelse blev mere robuste og effektive.

Mennesker opretholder for eksempel deres temperatur ved 37 ° C inden for et forholdsvis smalt område - mellem 33,2 og 38,2 ° C. Opretholdelsen af ​​denne parameter er helt kritisk for overlevelsen af ​​arten og formidler en række fysiologiske processer i kroppen.

Rumlig og tidsmæssig veksling af endotermi og ektotermi

Forskellen mellem disse fire kategorier forveksles ofte, når vi undersøger tilfælde af dyr, der er i stand til at skifte mellem kategorierne, enten rumligt eller midlertidigt.

Temporal variation i termisk regulering kan eksemplificeres med pattedyr, der har perioder med dvaletilstand. Disse dyr er generelt homeotermiske i de tider af året, hvor de ikke er i dvale, og under dvaletilstand er de ikke i stand til at regulere deres kropstemperatur.

Rumlig variation opstår, når dyret differentierer temperaturen i kropsområder. Humler og andre insekter kan regulere temperaturen i deres thoraxsegmenter og er ikke i stand til at regulere resten af ​​regionerne. Denne differentieringsreguleringstilstand kaldes heterotermi.

Fysiologi for termoregulering

Som ethvert system kræver den fysiologiske regulering af kropstemperatur tilstedeværelsen af ​​et afferent system, et kontrolcenter og et efferent system.

Det første system, den afferente, er ansvarlig for at indsamle information gennem hudreceptorer. Efterfølgende overføres informationen til det termoregulerende center gennem den neurale vej gennem blodet.

Under normale forhold er kroppens organer, der genererer varme, hjertet og leveren. Når kroppen udfører fysisk arbejde (træning), er knoglemuskler også en varmegenererende struktur.

Hypothalamus er det termoregulerende center, og opgaverne er opdelt i varmetab og varmeforstærkning. Den funktionelle zone til mediering af vedligeholdelse af varme er placeret i den bageste zone af hypothalamus, mens tabet formidles af det forreste område. Dette orgel fungerer som en termostat.

Styring af systemet sker på to måder: positiv og negativ, formidlet af hjernebarken. Effektorresponser er af adfærdstypen eller formidles af det autonome nervesystem. Disse to mekanismer vil blive undersøgt senere.

Termoregulerende mekanismer

Fysiologiske mekanismer

Mekanismerne til regulering af temperatur varierer mellem den modtagne type stimulus, det vil sige, om det er en stigning eller et fald i temperaturen. Så vi vil bruge denne parameter til at etablere en klassificering af mekanismerne:

Regulering for høje temperaturer

For at opnå regulering af kropstemperatur i lyset af varmestimuleringer, skal kroppen fremme dets tab. Der er flere mekanismer:

vasodilatation

Hos mennesker er en af ​​de mest slående egenskaber ved hudcirkulation den brede vifte af blodkar, den har. Blodcirkulation gennem huden har egenskaben til at variere enormt afhængigt af miljøforholdene og ændre sig fra høj til lav blodgennemstrømning.

Evnen til vasodilatation er afgørende i termoreguleringen af ​​individer. Den forhøjede blodgennemstrømning i perioder med forøget temperatur gør det muligt for kroppen at øge overførslen af ​​varme, fra kerne af kroppen til overfladen af ​​huden, til at blive endeligt spredt.

Når blodgennemstrømningen øges, øges den kutane blodvolumen igen. Således overføres en større mængde blod fra kerne af kroppen til overfladen af ​​huden, hvor varmeoverførsel finder sted. Det nu koldere blod overføres tilbage til kernen eller midten af ​​kroppen.

Sved

Sammen med vasodilatering er svedproduktion afgørende for termoregulering, da det hjælper med at sprede overskydende varme. Faktisk er produktion og efterfølgende fordampning af sved kroppens vigtigste mekanismer til at miste varme. De arbejder også under fysisk aktivitet.

Sved er en væske produceret af svedkirtler kaldet eccrine, fordelt over hele kroppen i en høj densitet.Fordampning af sved overfører varme fra kroppen til miljøet som vanddamp.

Regulering for lave temperaturer

I modsætning til de mekanismer, der er nævnt i det foregående afsnit, i situationer med temperaturfald, skal kroppen fremme bevaring og produktion af varme på følgende måde:

vasokonstriktion

Dette system følger den modsatte logik beskrevet i vasodilatation, så vi vil ikke uddybe forklaringen meget. Kulden stimulerer sammentrækningen af ​​kutanbeholdere og undgår således spredning af varme.

hårrejsning

Har du nogensinde undret dig over, hvorfor "gåsehud" vises, når vi er foran de lave temperaturer? Det er en mekanisme til at forhindre varmetab kaldet piloerection. Da mennesker imidlertid har relativt lidt hår på vores kroppe, betragtes det som et ineffektivt og rudimentært system.

Når højden af ​​hvert hår forekommer, øges det luftlag, der kommer i kontakt med huden, hvilket reducerer konvektionen af ​​luften. Dette reducerer varmetab.

Varmeproduktion

Den mest intuitive måde at modvirke lave temperaturer er ved at producere varme. Dette kan ske på to måder: ved rysten og ikke-rysten termogenesen.

I det første tilfælde producerer kroppen hurtige og ufrivillige muskelsammentrækninger (det er derfor, du ryster, når du er kold), der fører til produktion af varme. Rystende produktion er dyrt - energisk set - så kroppen falder tilbage på det, hvis de nævnte systemer mislykkes.

Den anden mekanisme ledes af et væv kaldet brunt fedt (eller brunt fedtvæv, i engelsk litteratur opsummeres det normalt under forkortelsen BAT for brunt fedtvæv).

Dette system er ansvarligt for at afkoble energiproduktionen i stofskiftet: i stedet for at danne ATP, fører det til produktion af varme. Det er en særlig vigtig mekanisme hos børn og små pattedyr, selvom nyere beviser har bemærket, at det også er relevant hos voksne.

Etologiske mekanismer

Etologiske mekanismer består af al den opførsel, som dyr udviser for at regulere deres temperatur. Som vi nævnte i eksemplet med krybdyr, kan organismer placeres i det rigtige miljø for at fremme eller forhindre varmetab.

Forskellige dele af hjernen er involveret i behandlingen af ​​dette svar. Hos mennesker er denne adfærd effektiv, skønt de ikke er reguleret fint som de fysiologiske.

Termoreguleringsforstyrrelser

Kroppen oplever små og delikate temperaturændringer hele dagen, afhængigt af nogle variabler, såsom døgnrytmen, den hormonelle cyklus, blandt andre fysiologiske aspekter.

Som nævnt orkestrerer kropstemperaturen et stort udvalg af fysiologiske processer, og dets tab af regulering kan føre til ødelæggende forhold i den berørte organisme.

Begge termiske ekstremer - både høje og lave - påvirker organismer negativt. Meget høje temperaturer over 42 ° C hos mennesker har en meget markant virkning på proteiner og fremmer deres denaturering. DNA-syntese påvirkes også. Organer og neuroner er også beskadiget.

Tilsvarende fører temperaturer under 27 ° C til svær hypotermi. Ændringer i neuromuskulær, kardiovaskulær og respiratorisk aktivitet har fatale følger.

Flere organer påvirkes, når termoregulering ikke fungerer på den rigtige måde. Disse inkluderer hjerte, hjerne, mave-tarmkanal, lunger, nyrer og lever.

Referencer

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual for generel patologi. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Inviteret gennemgang: frakobling af proteiner og termoregulering. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mekanismer og modifikatorer for refleksinduceret kutan vasodilatation og vasokonstriktion hos mennesker. Journal for anvendt fysiologi (Bethesda, Md.: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Sammenlignende dyrefysiologi: En miljømæssig tilgang. Jeg vendte om.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Dyrefysiologi. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Dekonstruering af pattedyrs termoregulering. Forløb af Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Central kontrol af kropstemperatur. F1000Forskning, 5, F1000 Fakultet Rev-880.