TERMOREGULACIJA: FIZIOLOGIJA, MEHANIZMI, VRSTE IN SPREMEMBE - BIOLOGIJA - 2026

Termoregulacije je proces, ki omogoča organizmi uravnavati telesne temperature, prilagajanja toplotne izgube in dobiček. V živalskem kraljestvu obstajajo različni mehanizmi za uravnavanje temperature, tako fiziološke kot etološke.

Uravnavanje telesne temperature je osnovna dejavnost vsakega živega bitja, saj je parameter kritičen za homeostazo telesa in med drugim vpliva na funkcionalnost encimov in drugih beljakovin, na fluidnost membrane, na pretok ionov. .

Sesalci so homeotermični in endotermični. Vir: Alan Wilson

V svoji najpreprostejši obliki se termoregulacijske mreže aktivirajo s pomočjo vezja, ki med drugim integrira vhode termoreceptorjev, ki se nahajajo na koži, v notranjcih, v možganih.

Glavni mehanizmi teh vročih ali hladnih dražljajev vključujejo kožno vazokonstrikcijo, vazodilatacijo, proizvodnjo toplote (termogeneza) in potenje. Drugi mehanizmi vključujejo vedenja za spodbujanje ali zmanjšanje toplotne izgube.

Osnove: toplota in temperatura

Da bi govorili o termoregulaciji pri živalih, je treba poznati natančno opredelitev pojmov, ki so med učenci pogosto zmedeni.

Razumevanje razlike med toploto in temperaturo je bistvenega pomena za razumevanje toplotne regulacije živali. Za ponazoritev razlike bomo uporabili neživa telesa: pomislimo na dve kocki kovine, ena je 10-krat večja od druge.

Vsaka od teh kock je v sobi pri temperaturi 25 ° C. Če izmerimo temperaturo vsakega bloka, bosta oba na 25 ° C, čeprav je eden velik, drugi pa majhen.

Zdaj, če izmerimo količino toplote v vsakem bloku, bo rezultat med obema drugačen. Za izvedbo te naloge moramo bloke prestaviti v sobo s temperaturo absolutne nič in količinsko določiti količino toplote, ki jo oddajajo. V tem primeru bo vsebnost toplote v največji kovinski kocki 10-krat večja.

Temperatura

Zahvaljujoč prejšnjem primeru lahko sklepamo, da je temperatura za oba enaka in neodvisna od količine snovi v vsakem bloku. Temperatura se meri kot hitrost ali intenzivnost gibanja molekul.

Ko avtorji v biološki literaturi omenjajo "telesno temperaturo", se sklicujejo na temperaturo osrednjega in obrobnega dela telesa. Temperatura jedrnih regij odraža temperaturo "globokih" tkiv telesa - možganov, srca in jeter.

Na temperaturo obrobnih regij vpliva pretok krvi na kožo in se meri na koži rok in nog.

Vroče

V nasprotju s tem - in ko se vrnemo na primer blokov - je toplota v inertnih telesih različna in neposredno sorazmerna s količino snovi. Je oblika energije in je odvisna od števila atomov in molekul zadevne snovi.

Vrste: toplotni odnosi med živalmi

V fiziologiji živali obstaja več izrazov in kategorij, ki se uporabljajo za opis toplotnih razmerij med organizmi. Vsaka od teh skupin živali ima posebne prilagoditve - fiziološke, anatomske ali anatomske -, ki jim pomagajo vzdrževati telesno temperaturo v primernem območju.

V vsakdanjem življenju endotermične in homeotermične živali imenujemo "toplokrvne", poikilotermične in ektotermne živali pa "hladnokrvne".

Endoterm in ektoterm

Prvi izraz je endotermija, ki se uporablja, ko se živali uspe ogreti s posredovanjem presnovne proizvodnje toplote. Nasprotni koncept je ektotermija, kjer temperaturo živali narekuje okoliško okolje.

Nekatere živali niso sposobne biti endotermične, saj čeprav proizvajajo toploto, ne naredijo dovolj hitro, da bi jo zadržale.

Poikilotermični in homeotermični

Drug način za njihovo razvrstitev je glede na termoregulacijo živali. Izraz poikilotherm se uporablja za označevanje živali z različnimi telesnimi temperaturami. V teh primerih je telesna temperatura visoka v vročem okolju in nizka v hladnem okolju.

Poikilotermična žival lahko s pomočjo vedenja sam uravnava svojo temperaturo. To pomeni, da z lociranjem na območjih z velikim sončnim sevanjem zvišamo temperaturo ali se skrijemo pred omenjenim sevanjem, da ga znižamo.

Izraza poikilotherm in ektoterm se v bistvu nanašata na isti pojav. Vendar poikilotherm poudarja spremenljivost telesne temperature, medtem ko se ektoterm nanaša na pomen temperature okolja pri določanju telesne temperature.

Nasproten izraz za poikilotherm je homeotermičen: termoregulacija s fiziološkimi sredstvi - in ne le zahvaljujoč prikazu vedenj. Večina endotermičnih živali je sposobna uravnavati svojo temperaturo.

Primeri

Ribe

Ribe so popoln primer ektotermičnih in poikilotermičnih živali. Pri teh plavalnih vretenčarjih njihova tkiva ne proizvajajo toplote po metaboličnih poteh, poleg tega pa je temperatura rib določena s temperaturo vode telesa, kjer plavajo.

Plazilci

Plazilci imajo zelo izrazito vedenje, ki jim omogoča, da uredijo (etološko) svojo temperaturo. Te živali iščejo topla območja - na primer, da bi se usedla na vroč kamen - da bi povečala temperaturo. V nasprotnem primeru se bodo tam, kjer ga želijo zmanjšati, poskušali skriti pred sevanjem.

Ptice in sesalci

Sesalci in ptice so primeri endotermičnih in homeotermičnih živali. Presnovno proizvajajo vašo telesno temperaturo in jo fiziološko uravnavajo. Nekatere žuželke kažejo tudi ta fiziološki vzorec.

Zmožnost uravnavanja njihove temperature je dajala prednost tem dvema živalskim vrstam v primerjavi s svojimi poikilotermičnimi sorodniki, saj lahko v svojih celicah in organih vzpostavijo toplotno ravnovesje. Zaradi tega so bili procesi prehranjevanja, presnove in izločanja močnejši in učinkovitejši.

Človek, na primer, vzdržuje svojo temperaturo na 37 ° C, in sicer v precej ozkem območju - med 33,2 in 38,2 ° C. Vzdrževanje tega parametra je popolnoma pomembno za preživetje vrste in posreduje vrsto fizioloških procesov v telesu.

Prostorska in časovna izmenjava endotermije in ektotermije

Razlikovanje med temi štirimi kategorijami je pogosto zmedeno, ko preučujemo primere živali, ki se lahko med seboj razlikujejo, prostorsko ali časovno.

Časovno nihanje toplotne regulacije je mogoče prikazati pri sesalcih, ki doživljajo prezimovanje. Te živali so običajno homeotermične v letnem času, ko ne prezimijo in med hibernacijo ne morejo uravnavati svoje telesne temperature.

Prostorske spremembe se pojavijo, ko žival različno uravnava temperaturo v predelih telesa. Čmrlji in druge žuželke lahko uravnavajo temperaturo svojih prsnih segmentov in ne morejo uravnavati preostalih regij. Ta pogoj diferencialne regulacije se imenuje heterotermija.

Fiziologija termoregulacije

Kot vsak sistem tudi fiziološka regulacija telesne temperature zahteva prisotnost aferentnega sistema, kontrolnega centra in eferentnega sistema.

Prvi sistem, aferentni, je odgovoren za zajem informacij prek kožnih receptorjev. Nato se informacije posredujejo v termoregulacijski center po nevronski poti skozi kri.

V normalnih pogojih so telesni organi, ki ustvarjajo toploto, srce in jetra. Ko telo izvaja fizično delo (vadbo), je skeletna mišica tudi struktura, ki ustvarja toploto.

Hipotalamus je termoregulacijski center, naloge pa so razdeljene na izgubo toplote in pridobivanje toplote. Funkcionalna cona, ki posreduje pri vzdrževanju toplote, se nahaja v zadnjični coni hipotalamusa, izgubo pa posreduje prednja regija. Ta organ deluje kot termostat.

Nadzor nad sistemom poteka na dva načina: pozitiven in negativen, ki ga posreduje možganska skorja. Odzivi efektorjev so vedenjskega tipa ali posredujejo prek avtonomnega živčnega sistema. Ta dva mehanizma bomo preučili pozneje.

Termoregulacijski mehanizmi

Fiziološki mehanizmi

Mehanizmi za uravnavanje temperature se razlikujejo glede na vrsto prejetega dražljaja, to je, ali gre za zvišanje ali znižanje temperature. Torej bomo uporabili ta parameter za določitev klasifikacije mehanizmov:

Regulacija za visoke temperature

Da bi dosegel uravnavanje telesne temperature ob vročinskih dražljajih, mora telo spodbujati svojo izgubo. Obstaja več mehanizmov:

Vazodilatacija

Pri ljudeh je ena najbolj presenetljivih značilnosti kroženja kože širok razpon krvnih žil, ki jih ima. Krvni obtok skozi kožo se lahko močno spreminja, odvisno od okoljskih razmer in od visokega do nizkega krvnega pretoka.

Sposobnost vazodilatacije je ključna pri termoregulaciji posameznikov. Povišan pretok krvi v obdobjih zvišane temperature omogoča telesu, da poveča prenos toplote iz jedra telesa na površino kože, da se končno razprši.

Ko se poveča pretok krvi, se kožni volumen krvi nato poveča. Tako se večja količina krvi prenese iz jedra telesa na površino kože, kjer pride do prenosa toplote. Zdaj hladnejša kri se prenese nazaj v jedro ali središče telesa.

Pot

Skupaj z vazodilatacijo je produkcija znoja ključnega pomena za termoregulacijo, saj pomaga pri odvajanju odvečne toplote. Pravzaprav sta proizvodnja in kasnejše izhlapevanje znoja glavni mehanizem telesa za izgubo toplote. Delujejo tudi med telesno aktivnostjo.

Znoj je tekočina, ki jo proizvajajo znojne žleze, imenovane ekrrine, porazdeljene po telesu v visoki gostoti. Izhlapevanje znoja prenaša toploto iz telesa v okolje kot vodna para.

Regulacija za nizke temperature

V nasprotju z mehanizmi iz prejšnjega odseka mora telo v primeru padca temperature spodbujati ohranjanje in proizvodnjo toplote na naslednji način:

Vazokonstrikcija

Ta sistem sledi nasprotni logiki, opisani pri vazodilataciji, zato ne bomo veliko razlagali o razlagi. Prehlad spodbuja krčenje kožnih žil, s čimer se izognemo odvajanju toplote.

Piloerection

Ste se že kdaj vprašali, zakaj se pojavijo "gosji udarci", ko smo pred nizkimi temperaturami? Je mehanizem za preprečevanje toplotnih izgub, imenovanih piloerekcija. Ker pa imamo ljudje na telesu relativno malo dlak, velja za neučinkovit in rudimentarni sistem.

Ko pride do dviga vsakega dlak, se poveča plast zraka, ki pride v stik s kožo, kar zmanjša konvekcijo zraka. To zmanjšuje izgubo toplote.

Proizvodnja toplote

Najbolj intuitiven način za preprečevanje nizkih temperatur je pridobivanje toplote. To se lahko zgodi na dva načina: s tresenjem in ne tresenjem termogeneze.

V prvem primeru telo proizvaja hitro in nehoteno krčenje mišic (zato se drgnete, ko vas zebe), ki vodijo k proizvodnji toplote. Proizvodnja tresenja je draga - energijsko gledano - zato bo telo padlo nanjo, če prej omenjeni sistemi ne uspejo.

Drugi mehanizem vodi tkivo, imenovano rjava maščoba (ali rjavo maščobno tkivo, v angleški literaturi je običajno povzeto pod kratico BAT za rjavo maščobno tkivo).

Ta sistem je odgovoren za ločevanje proizvodnje energije v presnovi: namesto da tvori ATP, vodi do proizvodnje toplote. Je še posebej pomemben mehanizem pri otrocih in majhnih sesalcih, čeprav novejši dokazi kažejo, da je pomemben tudi pri odraslih.

Etološki mehanizmi

Etološki mehanizmi so sestavljeni iz vseh vedenj, ki jih živali kažejo, da uredijo svojo temperaturo. Kot smo omenili na primeru plazilcev, lahko organizme postavimo v pravo okolje, da pospešimo ali preprečimo izgubo toplote.

Pri obdelavi tega odziva sodelujejo različni deli možganov. Pri ljudeh je to vedenje učinkovito, čeprav ni natančno urejeno kot fiziološko.

Motnje termoregulacije

Telo čez dan doživi majhne in občutljive temperaturne spremembe, odvisno od nekaterih spremenljivk, kot so cirkadiani ritem, hormonski cikel, med drugimi fiziološkimi vidiki.

Kot smo omenili, telesna temperatura orkestrira ogromno fizioloških procesov, izguba regulacije pa lahko privede do uničujočih razmer znotraj prizadetega organizma.

Obe toplotni skrajnosti - tako visoki kot nizki - negativno vplivajo na organizme. Zelo visoke temperature, nad 42 ° C pri ljudeh, zelo izrazito vplivajo na beljakovine, spodbujajo njihovo denaturacijo. Prizadene tudi sinteza DNK. Poškodovani so tudi organi in nevroni.

Podobno temperature pod 27 ° C vodijo v hudo hipotermijo. Spremembe živčno-mišične, srčno-žilne in dihalne aktivnosti imajo usodne posledice.

Ko termoregulacija ne deluje pravilno, vpliva na več organov. Sem spadajo srce, možgani, prebavila, pljuča, ledvice in jetra.

Reference

1. Arellano, JLP in del Pozo, SDC (2013). Priročnik za splošno patologijo. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Vabljeni pregled: odstranjevanje beljakovin in termoregulacija. Časopis za uporabno fiziologijo, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mehanizmi in modifikatorji kožne vazodilatacije in vazokonstrikcije pri ljudeh, ki jih povzroči refleks. Časopis za uporabno fiziologijo (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Primerjalna fiziologija živali: okoljski pristop. Sem obrnil.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija živali. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Dekonstrukcija termoregulacije sesalcev. Zbornik Nacionalne akademije znanosti Združenih držav Amerike, 114 (8), 1765–1767.
7. Morrison SF (2016). Centralni nadzor telesne temperature. F1000Research, 5, F1000 Fakulteta Rev-880.