Termoregulační fyziologie, mechanismy, typy a změny



termoregulace Je to proces, který umožňuje organismům regulovat teplotu jejich těl, modulovat ztrátu a zisk tepla. V živočišné říši existují různé mechanismy regulace teploty, jak fyziologické, tak etologické.

Regulace teploty těla je základní aktivitou pro každou živou bytost, protože parametr je kritický pro homeostázu těla a ovlivňuje funkčnost enzymů a dalších proteinů, fluiditu membrán, tok iontů, mimo jiné..

Ve své nejjednodušší formě jsou termoregulační sítě aktivovány pomocí obvodu, který integruje vstupy termoreceptorů umístěných v kůži, ve vnitřnostech, v mozku, mimo jiné..

Mezi hlavní mechanismy těchto chladných nebo tepelných podnětů patří kožní vazokonstrikce, vazodilatace, tvorba tepla (termogeneze) a pocení. Jiné mechanismy zahrnují chování pro podporu nebo snížení tepelných ztrát.

Index

  • 1 Základní pojmy: teplo a teplota
    • 1.1 Teplota
    • 1.2 Teplo
  • 2 Typy: tepelné vztahy mezi zvířaty
    • 2.1 Endoterma a ektoterma
    • 2.2 Poikilotherm a homeotherm
    • 2.3 Příklady
    • 2.4 Střídání prostorové a časové endotermie a ektermie
  • 3 Fyziologie termoregulace
  • 4 Mechanismy termoregulace
    • 4.1 Fyziologické mechanismy
    • 4.2 Etologické mechanismy
  • 5 Změny termoregulace
  • 6 Odkazy

Základní pojmy: teplo a teplota

Pokud jde o termoregulaci u zvířat, je nutné znát přesnou definici termínů, které jsou mezi studenty často matoucí.

Pochopení rozdílu mezi teplem a teplotou je nezbytné pro pochopení tepelné regulace zvířat. Pro ilustraci rozdílu použijeme neživá těla: myslíme na dvě kovové kostky, jedna je desetkrát větší než druhá.

Každá z těchto kostek je v místnosti při teplotě 25 ° C. Pokud změříme teplotu každého bloku, oba budou při teplotě 25 ° C, i když jedna je velká a druhá malá.

Pokud změříme množství tepla v každém bloku, výsledek mezi oběma bude odlišný. K provedení tohoto úkolu musíme přemístit bloky do místnosti s absolutní nulovou teplotou a kvantifikovat množství tepla, které vydávají. V tomto případě bude obsah tepla ve větší kovové kostce desetkrát vyšší.

Teplota

Díky předchozímu příkladu můžeme konstatovat, že teplota je stejná pro obě složky a nezávisle na množství látky v každém bloku. Teplota se měří jako rychlost nebo intenzita pohybu molekul.

V biologické literatuře, když autoři zmiňují "tělesnou teplotu", označují teplotu centrálních oblastí těla a okrajových oblastí. Teplota centrálních oblastí odráží teplotu "hlubokých" tkání těla - mozku, srdce a jater.

Teplota periferních oblastí je naproti tomu ovlivněna průchodem krve do kůže a je měřena v kůži rukou a nohou..

Teplo

V kontrastu - a vracet se k příkladu bloků - teplo se liší v obou inertních tělesech a přímo úměrné množství hmoty. Je to forma energie a závisí na počtu atomů a molekul dané látky.

Typy: tepelné vztahy mezi zvířaty

Ve fyziologii zvířat existuje řada termínů a kategorií, které popisují tepelné vztahy mezi organismy. Každá z těchto skupin zvířat má speciální adaptace - fyziologické, anatomické nebo anatomické - což jim pomáhá udržet jejich tělesnou teplotu v odpovídajícím rozsahu..

V každodenním životě nazýváme endotermní a homeotermní zvířata „teplokrevnými“ a poikilotermickými a ekotermálními zvířaty jako „chladnokrevnými“..

Endoterma a ektoterma

První termín je endotermie, používá se, když se zvíře dokáže zahřát s metabolickou produkcí tepla. Opačným konceptem je ektotermie, kde je teplota zvířete vyvolána okolním prostředím.

Některá zvířata nejsou schopna být endotermická, protože i když produkují teplo, nedělají to dostatečně rychle, aby je udržely.

Poikilotherm a homeotherm

Další způsob, jak je klasifikovat, je podle termoregulace zvířete. Termín poikilotherm používá se k označení zvířat s proměnlivou tělesnou teplotou. V těchto případech je tělesná teplota vysoká v horkém prostředí a je nízká v chladném prostředí.

Poikilotherm zvíře může samo regulovat svou teplotu pomocí chování. To znamená, že umístěním v oblastech s vysokým slunečním zářením se zvýší teplota nebo se skryje před uvedeným zářením, aby se snížila.

Pojmy poikilotherm a ectotherm označují v podstatě stejný jev. Poikilotherm však zdůrazňuje variabilitu tělesné teploty, zatímco v ektotermě odkazuje na význam okolní teploty pro stanovení tělesné teploty..

Opačným termínem poikilotermu je homeoterma: termoregulace fyziologickými prostředky - a to nejen díky rozmístění chování. Většina endotermních zvířat je schopna regulovat svou teplotu.

Příklady

Ryby

Ryby jsou dokonalým příkladem ektotermických a poikilotermických zvířat. V případě těchto plavců nepředstavují jejich tkáně teplo metabolickými cestami a navíc je teplota ryb určena teplotou vody, kde plavou..

Plazi

Plazi vykazují velmi výrazné chování, které jim umožňuje regulovat (etologicky) jejich teplotu. Tato zvířata hledají teplé oblasti - jako je např. Houpání na horkém kameni - pro zvýšení teploty. V opačném případě se budou chtít skrýt před zářením.

Ptáci a savci

Příklady endotermních a homeotermních zvířat jsou savci a ptáci. Ty metabolicky produkují svou tělesnou teplotu a fyziologicky ji regulují. Některý hmyz také projevuje tento fyziologický vzor.

Schopnost regulovat jeho teplotu dávala těmto dvěma liniím zvířat výhodu oproti jejich poikilotermickým protějškům, protože mohou vytvořit tepelnou rovnováhu ve svých buňkách a jejich orgánech. To vedlo k tomu, že se procesy výživy, metabolismu a vylučování staly robustnějšími a účinnějšími.

Lidská bytost si například udržuje svou teplotu při 37 ° C v poměrně úzkém rozmezí mezi 33,2 a 38,2 ° C. Udržení tohoto parametru je naprosto kritické pro přežití druhu a zprostředkovává řadu fyziologických procesů v těle.

Střídání prostorové a časové endotermie a ektermie

Rozlišení mezi těmito čtyřmi kategoriemi se často stává matoucí, když zkoumáme případy zvířat, která jsou schopna střídavě měnit kategorie, buď prostorově nebo časově..

Časová variace tepelné regulace může být doložena savci, kteří zažijí období hibernace. Tato zvířata jsou obvykle v období ročního období homeotermní, když nejsou hibernace a během hibernace nejsou schopny regulovat svou tělesnou teplotu..

Prostorová variace nastává, když zvíře diferencovaně reguluje teplotu v oblastech těla. Čmeláci a další hmyz mohou regulovat teplotu svých hrudních segmentů a nejsou schopni regulovat zbytek regionů. Tato podmínka diferenciální regulace se nazývá heterotermní.

Fyziologie termoregulace

Fyziologická regulace tělesné teploty, jako každý systém, vyžaduje přítomnost aferentního systému, řídicího centra a eferentního systému.

První systém, aferentní, má na starosti zachycení informací prostřednictvím kožních receptorů. Následně jsou informace přenášeny do termoregulačního centra skrze krev přes neurální.

Za normálních podmínek jsou orgány těla, které vytvářejí teplo, srdce a játra. Když tělo dělá fyzickou práci (cvičení), kosterní sval je také struktura generující teplo.

Hypotalamus je termoregulační centrum a úkoly jsou rozděleny na tepelné ztráty a zisk. Funkční zóna zprostředkující udržování tepla se nachází v zadní zóně hypotalamu, zatímco ztráta je zprostředkována přední oblastí. Tento orgán funguje jako termostat.

Kontrola systému nastává dvojitě: pozitivní a negativní, zprostředkovaná mozkovou kůrou. Efektorové reakce jsou behaviorálního typu nebo jsou zprostředkovány autonomním nervovým systémem. Tyto dva mechanismy budou studovány později.

Termoregulační mechanismy

Fyziologické mechanismy

Mechanismy regulace teploty se mění mezi typem přijatého podnětu, tj. Zda se jedná o zvýšení nebo snížení teploty. Tento parametr tedy použijeme k vytvoření klasifikace mechanismů:

Regulace pro vysoké teploty

Aby bylo dosaženo regulace tělesné teploty proti tepelným podnětům, musí tělo podporovat jeho ztrátu. Existuje několik mechanismů:

Vasodilatace

U lidí je jednou z nejvýraznějších vlastností oběhu kůže široká škála krevních cév, které má. Krevní oběh skrze kůži má schopnost se velmi měnit v závislosti na okolních podmínkách a přechodu z vysokého na nízký průtok krve.

Schopnost vazodilatace je v termoregulaci jedinců klíčová. Vysoký průtok krve během období zvýšené teploty umožňuje tělu zvýšit přenos tepla z jádra těla na povrch kůže, aby se konečně rozptýlil..

Když se zvyšuje průtok krve, zvyšuje se objem krve. Tudíž je větší množství krve přenášeno z jádra těla na povrch kůže, kde dochází k přenosu tepla. Krev, nyní chladnější, je přenesena zpět do jádra nebo do středu těla.

Pot

Spolu s vazodilatací je produkce potu klíčová pro termoregulaci, protože pomáhá odvádět nadměrné teplo. Produkce a následné odpařování potu jsou totiž hlavními mechanismy, které tělo ztrácí teplo. Působí také během fyzické aktivity.

Pot je tekutina produkovaná potními žlázami zvaná ekrin, rozptýlená po celém těle ve značné hustotě, odpařováním potu se přenáší tělesné teplo do životního prostředí jako vodní pára..

Regulace pro nízké teploty

Na rozdíl od mechanismů uvedených v předcházející části, v situacích poklesu teploty musí subjekt podporovat ochranu a výrobu tepla následujícím způsobem:

Vasokonstrikce

Tento systém se opírá o opačnou logiku popsanou ve vazodilataci, takže se ve vysvětlení příliš nerozšíříme. Studený stimuluje kontrakci kožních cév, čímž se zabraňuje odvádění tepla.  

Piloerekce

Přemýšleli jste někdy, proč se "husí kůže" objeví, když čelíme nízkým teplotám? Je to mechanismus, který zabraňuje ztrátám tepla nazývaným piloerekce. Nicméně, jak lidé mají relativně malé vlasy v našem těle, to je považováno za špatně rudimentární systém.

Když dojde ke zvýšení výšky jednotlivých vlasů, zvýší se vrstva vzduchu, která přichází do styku s pokožkou, což snižuje proudění vzduchu. To snižuje tepelné ztráty.

Výroba tepla

Nejintuitivnější způsob, jak působit proti nízkým teplotám, je výroba tepla. K tomu může docházet dvěma způsoby: třepáním a netřesením termogeneze.

V prvním případě tělo produkuje rychlé a nedobrovolné svalové kontrakce (to je důvod, proč se třesete, když jste zima), které vedou k produkci tepla. Třesící se výroba je nákladná - energicky řečeno - takže tělo se k ní uchýlí, pokud výše uvedené systémy selžou..

Druhý mechanismus je veden tkání zvanou hnědý tuk (nebo hnědá tuková tkáň, v anglické literatuře je obvykle shrnut pod zkratkou BAT podle hnědá tuková tkáň).

Tento systém je zodpovědný za oddělení výroby energie v metabolismu: místo tvorby ATP vede k produkci tepla. Je to obzvláště důležitý mechanismus u dětí au malých savců, i když nejnovější důkazy zaznamenaly, že je také relevantní u dospělých.

Etologické mechanismy

Etologické mechanismy se skládají ze všech chování, která zvířata vykazují při regulaci své teploty. Jak jsme zmínili v příkladu plazů, organismy mohou být umístěny do příznivého prostředí, aby podporovaly nebo zamezovaly tepelným ztrátám.

Na zpracování této odpovědi se podílejí různé části mozku. U lidí jsou tato chování účinná, i když nejsou jemně regulována jako fyziologická.

Změny termoregulace

Tělo zažívá malé a jemné změny teploty po celý den v závislosti na některých proměnných, jako je cirkadiánní rytmus, hormonální cyklus, mezi jinými fyziologickými aspekty.

Jak již bylo zmíněno, tělesná teplota organizuje obrovský rozsah fyziologických procesů a ztráta její regulace může vést k ničivým podmínkám v postiženém organismu..

Oba termální extrémy - jak vysoké, tak nízké - mají negativní vliv na organismy. Velmi vysoké teploty, nad 42 ° C u lidí, silně ovlivňují proteiny, což podporuje jejich denaturaci. Kromě toho je ovlivněna syntéza DNA. Poškozeny jsou také orgány a neurony.

Podobně teploty pod 27 ° C vedou k těžké hypotermii. Změny neuromuskulární, kardiovaskulární a respirační aktivity mají fatální následky.

Ovlivňuje se více orgánů, když termoregulace nefunguje správným způsobem. Mezi nimi srdce, mozek, gastrointestinální trakt, plíce, ledviny a játra.

Odkazy

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Příručka obecné patologie. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M.E. (2002). Vyzvaná revize: rozpojení proteinů a termoregulace. Žurnál aplikované fyziologie, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mechanismy a modifikátory reflexně vyvolané kožní vazodilatace a vazokonstrikce u lidí. Časopis aplikované fyziologie (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Srovnání fyziologie zvířat: environmentální přístup. Obrátil jsem se.
  5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., Anderson, M. (2004). Fyziologie živočichů. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Deconstructing termoregulace savců. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Centrální řízení tělesné teploty. F1000Vyhledání, 5, F1000 Fakulta Rev-880.