Физиология терморегуляции, механизмы, виды и изменения

терморегуляции Это процесс, который позволяет организмам регулировать температуру своего тела, модулируя потерю и накопление тепла. В животном мире существуют разные механизмы регуляции температуры, как физиологические, так и этологические..

Регулирование температуры тела является основной деятельностью для любого живого существа, потому что этот параметр является критическим для гомеостаза тела и влияет на функциональность ферментов и других белков, текучесть мембран, поток ионов и другие..

В своей простейшей форме сети терморегуляции активируются посредством цепи, которая объединяет входы терморецепторов, расположенных в коже, во внутренних органах, в мозге, среди других.

Основные механизмы перед лицом этих холодных или тепловых раздражителей включают вазоконстрикцию кожи, расширение сосудов, выработку тепла (термогенез) и потоотделение. Другие механизмы включают поведение, способствующее или уменьшающее потерю тепла.

индекс

• 1 Основные понятия: тепло и температура
  • 1.1 Температура
  • 1.2 Тепло
• 2 типа: тепловые отношения между животными
  • 2.1 Эндотерм и экзотерма
  • 2.2 Пойкилотерм и гомеотерм
  • 2.3 Примеры
  • 2.4 Чередование пространственной и временной эндотермии и эктотермии
• 3 Физиология терморегуляции
• 4 Механизмы терморегуляции
  • 4.1 Физиологические механизмы
  • 4.2 Этологические механизмы
• 5 Изменения терморегуляции
• 6 Ссылки

Основные понятия: тепло и температура

Чтобы говорить о терморегуляции у животных, необходимо знать точное определение терминов, которые часто путают студентов.

Понимание разницы между температурой и температурой необходимо для понимания терморегуляции животных. Мы будем использовать неодушевленные тела, чтобы проиллюстрировать разницу: вспомним два металлических кубика, один из которых в 10 раз больше другого.

Каждый из этих кубиков находится в комнате при температуре 25 ° С. Если мы измерим температуру каждого блока, оба будут при 25 ° C, хотя один большой, а другой маленький.

Теперь, если мы измерим количество тепла в каждом блоке, результат между ними будет разным. Для выполнения этой задачи мы должны переместить блоки в комнату с абсолютно нулевой температурой и количественно определить количество выделяемого ими тепла. В этом случае теплосодержание в большем металлическом кубе будет в 10 раз выше.

температура

Благодаря предыдущему примеру мы можем сделать вывод, что температура одинакова для обоих и не зависит от количества вещества в каждом блоке. Температура измеряется как скорость или интенсивность движения молекул.

В биологической литературе, когда авторы упоминают «температуру тела», они относятся к температуре центральных областей тела и периферических областей. Температура центральных областей отражает температуру "глубоких" тканей организма - мозга, сердца и печени.

Температура периферических областей, с другой стороны, зависит от притока крови к коже и измеряется в коже рук и ног..

тепла

Напротив - и возвращаясь к примеру блоков - тепло отличается в обоих инертных телах и прямо пропорционально количеству вещества. Это форма энергии, которая зависит от количества атомов и молекул рассматриваемого вещества..

Типы: тепловые отношения между животными

В физиологии животных существует ряд терминов и категорий, используемых для описания тепловых связей между организмами. У каждой из этих групп животных есть особые приспособления - физиологические, анатомические или анатомические - которые помогают им поддерживать температуру своего тела в адекватном диапазоне..

В повседневной жизни мы называем эндотермических и гомеотермических животных «теплокровными», а пойкилотермические и экзотермические животные - «хладнокровными»..

Эндотерм и экзотерма

Первый член эндотермия, используется, когда животному удается согреться с метаболическим выделением тепла. Противоположной концепцией является ectothermy, где температура животного определяется окружающей средой.

Некоторые животные не могут быть эндотермическими, потому что, хотя они производят тепло, они не делают это достаточно быстро, чтобы удержать его.

Пойкилотерм и гомеотерм

Другой способ классифицировать их - по терморегуляции животного. Термин пойкилотермные он используется для обозначения животных с переменной температурой тела. В этих случаях температура тела высокая в жарких условиях и низкая в холодных..

Животное пойкилотерм может самостоятельно регулировать свою температуру посредством поведения. То есть путем определения местоположения в зонах с высокой солнечной радиацией для повышения температуры или для сокрытия от этой радиации для ее снижения.

Термины пойкилотерм и экзотерма относятся в основном к одному и тому же явлению. Тем не менее, пойкилотерм подчеркивает изменчивость температуры тела, а в экзотерме - важность температуры окружающей среды для определения температуры тела..

Противоположный термину пойкилотерм - гомеотерм: терморегуляция физиологическими средствами - и не только благодаря применению поведения. Большинство эндотермических животных способны регулировать свою температуру.

примеров

рыба

Рыба - прекрасный пример экзотермических и пойкилотермических животных. В случае этих пловцов позвоночных, их ткани не производят тепло через метаболические пути, и, кроме того, температура рыбы определяется температурой водоема, в котором они плавают..

рептилии

Рептилии демонстрируют очень заметное поведение, которое позволяет им регулировать (этологически) свою температуру. Эти животные ищут теплые области - такие как усаживание на горячем камне - чтобы увеличить температуру. В противном случае, где они хотят уменьшить его, они будут стремиться спрятаться от радиации.

Птицы и млекопитающие

Млекопитающие и птицы являются примерами эндотермических и гомеотермических животных. Они метаболически производят температуру своего тела и регулируют ее физиологически. Некоторые насекомые также демонстрируют этот физиологический паттерн.

Способность регулировать его температуру давала этим двум линиям животных преимущество перед их пойкилотермическими аналогами, поскольку они могут устанавливать тепловое равновесие в своих клетках и органах. Это привело к тому, что процессы питания, обмена веществ и выведения становятся более устойчивыми и эффективными.

Человек, например, поддерживает свою температуру на уровне 37 ° C, в довольно узком диапазоне - между 33,2 и 38,2 ° C. Поддержание этого параметра абсолютно необходимо для выживания вида и опосредует ряд физиологических процессов в организме..

Чередование пространственной и временной эндотермии и эктотермии

Различие между этими четырьмя категориями часто становится запутанным, когда мы рассматриваем случаи животных, которые могут чередоваться между категориями, пространственно или временно.

Временное изменение терморегуляции может быть продемонстрировано млекопитающими, которые переживают периоды зимней спячки. Эти животные обычно гомеотермичны в течение сезонов года, когда они не зимуют, а во время зимовки они не могут регулировать температуру своего тела..

Пространственное изменение происходит, когда животное по-разному регулирует температуру в областях тела. Шмели и другие насекомые могут регулировать температуру своих грудных сегментов и не могут регулировать остальную часть областей. Это условие дифференциальной регуляции называется гетеротермия.

Физиология терморегуляции

Как и любая система, физиологическая регуляция температуры тела требует наличия афферентной системы, центра управления и эфферентной системы..

Первая система, афферентная, отвечает за сбор информации с помощью кожных рецепторов. Впоследствии информация передается в терморегуляторный центр через кровь через нервную систему..

При нормальных условиях органы тела, которые выделяют тепло, - это сердце и печень. Когда тело выполняет физическую работу (упражнения), скелетная мышца также является тепловыделяющей структурой.

Гипоталамус является терморегуляторным центром, и задачи делятся на потерю тепла и прирост. Функциональная зона, обеспечивающая поддержание тепла, расположена в задней зоне гипоталамуса, в то время как потеря опосредуется передней областью. Этот орган работает как термостат.

Управление системой происходит двойное: положительное и отрицательное, опосредованное корой головного мозга. Эффекторные ответы относятся к поведенческому типу или опосредованы вегетативной нервной системой. Эти два механизма будут изучены позже.

Механизмы терморегуляции

Физиологические механизмы

Механизмы регулирования температуры варьируются в зависимости от типа получаемого стимула, то есть от того, идет ли речь о повышении или понижении температуры. Поэтому мы будем использовать этот параметр, чтобы установить классификацию механизмов:

Регулирование для высоких температур

Чтобы добиться регуляции температуры тела от тепловых раздражителей, организм должен способствовать ее потере. Есть несколько механизмов:

расширение кровеносных сосудов

У людей одной из самых ярких характеристик кровообращения является широкий спектр кровеносных сосудов. Кровообращение в коже имеет свойство сильно варьироваться в зависимости от условий окружающей среды и изменяться от сильных до слабых кровотоков..

Способность вазодилатации имеет решающее значение в терморегуляции людей. Высокий кровоток в периоды повышенной температуры позволяет организму увеличить передачу тепла от ядра тела к поверхности кожи, чтобы окончательно рассеяться.

Когда кровоток увеличивается, объем крови в свою очередь увеличивается. Таким образом, большее количество крови передается от ядра тела к поверхности кожи, где происходит теплообмен. Кровь, теперь более холодная, возвращается в ядро ​​или центр тела..

пот

Наряду с вазодилатацией, образование пота имеет решающее значение для терморегуляции, поскольку помогает рассеиванию избыточного тепла. На самом деле, производство и последующее испарение пота являются основными механизмами организма, чтобы терять тепло. Они также действуют во время физической активности.

Пот представляет собой жидкость, вырабатываемую потовыми железами, называемыми эккринными, и распределяется по всему телу со значительной плотностью. Испарение пота позволяет передавать тепло тела в окружающую среду в виде водяного пара..

Регулирование для низких температур

В отличие от механизмов, упомянутых в предыдущем разделе, в ситуациях падения температуры организм должен способствовать сохранению и выработке тепла следующим образом:

вазоконстрикция

Эта система следует противоположной логике, описанной в вазодилатации, поэтому мы не будем подробно останавливаться на объяснениях. Холод стимулирует сокращение кожных сосудов, тем самым избегая рассеивания тепла.  

пилоэрекция

Задумывались ли вы, почему появляются "мурашки по коже", когда мы сталкиваемся с низкими температурами? Это механизм предотвращения потери тепла, называемый пилоэрекцией. Однако, поскольку у людей относительно мало волос в нашем теле, это считается плохо рудиментарной системой.

Когда происходит возвышение каждого волоска, слой воздуха, который вступает в контакт с кожей, увеличивается, что уменьшает конвекцию воздуха. Это уменьшает потерю тепла.

Производство тепла

Наиболее интуитивный способ противодействия низким температурам - это производство тепла. Это может происходить двумя способами: дрожащим и не дрожащим термогенезом..

В первом случае организм производит быстрые и непроизвольные мышечные сокращения (поэтому вы дрожите, когда вам холодно), которые приводят к выработке тепла. Дрожащее производство стоит дорого, если говорить энергетически, поэтому организм прибегнет к нему, если вышеперечисленные системы выйдут из строя..

Вторым механизмом руководит ткань, называемая коричневым жиром (или коричневая жировая ткань, в английской литературе она обычно обобщается под аббревиатурой BAT: коричневая жировая ткань).

Эта система отвечает за разделение производства энергии в процессе обмена веществ: вместо образования АТФ она приводит к выработке тепла. Это особенно важный механизм у детей и мелких млекопитающих, хотя самые последние данные свидетельствуют о том, что он также актуален у взрослых.

Этологические механизмы

Этологические механизмы состоят из всех видов поведения, демонстрируемых животными для регулирования их температуры. Как мы упоминали в примере с рептилиями, организмы могут быть помещены в благоприятную среду, чтобы способствовать или избежать потери тепла.

Различные части мозга участвуют в обработке этого ответа. У людей эти формы поведения эффективны, хотя они и не регулируются так, как физиологические.

Изменения терморегуляции

В течение дня организм испытывает небольшие и деликатные изменения температуры в зависимости от некоторых переменных, таких как циркадный ритм, гормональный цикл и другие физиологические аспекты..

Как уже упоминалось, температура тела управляет огромным спектром физиологических процессов, и потеря регуляции может привести к разрушительным условиям в пораженном организме..

Обе температурные крайности - как высокие, так и низкие - отрицательно влияют на организмы. Очень высокие температуры, выше 42 ° С у людей, сильно влияют на белки, способствуя их денатурации. Кроме того, нарушается синтез ДНК. Органы и нейроны также повреждены.

Аналогичным образом, температура ниже 27 ° C приводит к сильной гипотермии. Изменения в нервно-мышечной, сердечно-сосудистой и дыхательной активности имеют летальные последствия.

Несколько органов поражаются, когда терморегуляция не работает должным образом. Среди них сердце, мозг, желудочно-кишечный тракт, легкие, почки и печень..

ссылки

1. Ареллано, Дж. Л. П., & дель Позо, С. Д. С. (2013). Руководство по общей патологии. Elsevier.
2. Argyropoulos, G. & Harper, M.E. (2002). Приглашенный обзор: расцепление белков и терморегуляция. Журнал прикладной физиологии, 92(5), 2187-2198.
3. Чаркудян Н. (2010). Механизмы и модификаторы рефлекторно индуцированной вазодилатации и вазоконстрикции у человека. Журнал прикладной физиологии (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Хилл Р. У. (1979). Сравнение физиологии животных: экологический подход. Я поменял.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M. & Anderson, M. (2004). Физиология животных. Sinauer Associates.
6. Лиедтке В. Б. (2017). Деконструкция терморегуляции млекопитающих. Слушания Национальной Академии Наук Соединенных Штатов Америки, 114(8), 1765-1767.
7. Моррисон С. Ф. (2016). Центральный контроль температуры тела. F1000Research, 5, F1000 Факультет Rev-880.