Termoregulációs fiziológia, mechanizmusok, típusok és változtatások



az hőszabályozás Ez a folyamat lehetővé teszi a szervezetek számára, hogy szabályozzák testük hőmérsékletét, modulálják a hőveszteséget és a nyereséget. Az állatvilágban különböző hőmérséklet-szabályozási mechanizmusok léteznek, mind fiziológiai, mind etológiai szempontból.

A test hőmérsékletének szabályozása minden élő lény számára alapvető tevékenység, mivel a paraméter kritikus a test homeosztázisa szempontjából, és befolyásolja többek között az enzimek és más fehérjék működését, a membrán folyékonyságát, az ionáramlást..

A legegyszerűbb formában a termoregulációs hálózatok egy olyan áramkör segítségével aktiválódnak, amely integrálja a bőrben lévő termoreceptorok bemeneteit, a belső részekben, az agyban, többek között.

Ezeknek a hideg vagy meleg ingereknek a fő mechanizmusai közé tartozik a bőr vasokonstrikció, értágulás, hőtermelés (termogenezis) és izzadás. Más mechanizmusok magukban foglalják a hőveszteség előmozdítására vagy csökkentésére irányuló viselkedéseket.

index

  • 1 Alapfogalmak: hő és hőmérséklet
    • 1.1 Hőmérséklet
    • 1.2 Hő
  • 2 Típus: az állatok közötti termikus kapcsolatok
    • 2.1 Endoterm és ektotherm
    • 2.2 Poikilotherm és homeotherm
    • 2.3 Példák
    • 2.4 A térbeli és időbeli endotermia és az ektotermia váltása
  • 3 A termoreguláció fiziológiája
  • 4 Termoregulációs mechanizmusok
    • 4.1 Fiziológiai mechanizmusok
    • 4.2 Etológiai mechanizmusok
  • 5 A termoreguláció változásai
  • 6 Referenciák

Alapfogalmak: hő és hőmérséklet

Ahhoz, hogy az állatokban a termoregulációról beszéljünk, ismerni kell a kifejezések pontos meghatározását, amelyek gyakran zavaróak a diákok körében.

A hő és a hőmérséklet közötti különbség megértése elengedhetetlen az állatok hőszabályozásának megértéséhez. Az élettelen testeket fogjuk használni a különbség illusztrálására: gondoljunk két fémkockára, az egyik 10-szer nagyobb, mint a másik.

Ezek a kockák mindegyike 25 ° C hőmérsékletű szobában van. Ha mérjük az egyes blokkok hőmérsékletét, mindkettő 25 ° C-on lesz, bár egy nagy és egy másik kicsi.

Most, ha minden blokkban mérjük a hőmennyiséget, a kettő közötti eredmény eltérő lesz. E feladat elvégzéséhez a blokkokat abszolút nulla hőmérsékletű szobába kell mozgatnunk, és számszerűsíteni kell a leadott hőmennyiséget. Ebben az esetben a hőtartalom 10-szer nagyobb lesz a nagyobb fémkockában.

hőmérséklet

Az előző példának köszönhetően arra a következtetésre juthatunk, hogy a hőmérséklet mindkettőre azonos és az egyes tömbök mennyiségétől függetlenül. A hőmérsékletet a molekulák mozgásának sebessége vagy intenzitása alapján mérjük.

A biológiai szakirodalomban, amikor a szerzők „testhőmérsékletet” említenek, a test központi régióinak és a perifériás területeknek a hőmérsékletére utalnak. A központi régiók hőmérséklete tükrözi a test „mély” szöveteinek - az agy, a szív és a máj - hőmérsékletét.

Ezzel szemben a perifériás területek hőmérsékletét befolyásolja a vér a bőrbe való átjutása, és a kéz és a láb bőrén mérhető..

hőség

Ezzel ellentétben - és visszatérve a blokkok példájához - a hő mindkét közömbös testben különbözik és közvetlenül arányos az anyag mennyiségével. Ez egy energiaforma, és az adott anyag atomjainak és molekuláinak számától függ.

Típusok: termikus kapcsolatok az állatok között

Az állati fiziológiában számos olyan fogalom és kategória szerepel, amelyek leírják a szervezetek közötti termikus kapcsolatokat. Ezeknek az állatcsoportoknak mindegyikének speciális adaptációja van - fiziológiai, anatómiai vagy anatómiai -, amely segít megőrizni a testhőmérsékletet megfelelő tartományban.

A mindennapi életben "melegvérű" endotermikus és homeotermikus állatokat, a poikilotermikus és ektotermikus állatokat "hidegvérűnek" nevezzük..

Endoterm és ektotherm

Az első kifejezés az endothermy, akkor használják, ha az állat felmelegszik az anyagcsere-termeléssel. Az ellenkező koncepció az ectothermy, ahol az állat hőmérsékletét a környező környezet szabja meg.

Egyes állatok nem tudnak endotermikusak lenni, mert bár hőt termelnek, nem teszik elég gyorsan ahhoz, hogy tartsák.

Poikilotherm és homeotherm

Az osztályozás másik módja az állat hőregulációja. A kifejezés poikilothermic a változó testhőmérsékletű állatokra vonatkozik. Ezekben az esetekben a testhőmérséklet magas a meleg környezetben, és hideg környezetben alacsony.

A poikilotherm állat magatartása révén szabályozhatja hőmérsékletét. Ez azt jelenti, hogy a magas napsugárzással rendelkező területeken a hőmérséklet növelése vagy az említett sugárzás elrejtése érdekében elhelyezi azt.

A poikilotherm és ectotherm kifejezések alapvetően ugyanazzal a jelenséggel rendelkeznek. A poikilotherm azonban hangsúlyozza a testhőmérséklet változatosságát, míg a ektothermban a környezeti hőmérséklet fontosságára utal a testhőmérséklet meghatározására..

A poikilotherm ellentétes fogalma a homeotherm: fiziológiai eszközökkel történő termoreguláció - és nemcsak a viselkedésmód bevezetése. A legtöbb endotermikus állat képes szabályozni hőmérsékletét.

Példák

hal

A halak az ektotermikus és poikilotermikus állatok tökéletes példája. Ezeknek a gerinces úszóknak a szövetei nem termelnek anyagcsere útján hőt, továbbá a hal hőmérsékletét a vízfelület hőmérséklete határozza meg, ahol úsznak.

hüllők

A hüllők nagyon markáns viselkedést mutatnak, ami lehetővé teszi számukra, hogy szabályozzák (etológiailag) hőmérsékletüket. Ezek az állatok meleg területeket keresnek - mint például egy forró kőre ültető -, hogy növeljék a hőmérsékletet. Ellenkező esetben, ha csökkenteni akarják, megpróbálják elrejteni a sugárzástól.

Madarak és emlősök

Az emlősök és a madarak az endotermikus és homeotermikus állatok példái. Ezek metabolikusan termelik testhőmérsékletüket és fiziológiailag szabályozzák. Egyes rovarok is mutatják ezt a fiziológiai mintát.

A hőmérséklet szabályozása lehetővé tette az állatok két vonalának előnyét a poikilotermikus társaikhoz képest, mivel termikus egyensúlyt tudnak létrehozni sejtjeikben és szerveikben. Ez a táplálkozási folyamatokhoz, az anyagcseréhez és a kiválasztáshoz vezetett, ami erőteljesebb és hatékonyabbá vált.

Az ember például megtartja hőmérsékletét 37 ° C-on, viszonylag szűk tartományban - 33,2 és 38,2 ° C között. Ennek a paraméternek a megtartása teljesen kritikus a faj túlélése szempontjából, és számos fiziológiai folyamatot közvetít a szervezetben.

A térbeli és időbeli endotermia és az ektotermia váltása

A négy kategória megkülönböztetése gyakran zavaróvá válik, amikor olyan állatokat vizsgálunk, amelyek képesek a kategóriák közötti váltásra térben vagy időben..

A termikus szabályozás időbeli változását példaképpen említhetik a hibernált időszakot tapasztaló emlősök. Ezek az állatok rendszerint homeotermikusak az évszakokban, amikor nem hibernáltak, és a hibernálás alatt nem képesek szabályozni testhőmérsékletüket.

A térbeli eltérések akkor jelentkeznek, amikor az állat differenciálisan szabályozza a testrészek hőmérsékletét. A tüskék és más rovarok szabályozhatják a mellkasi szegmensek hőmérsékletét, és nem képesek a többi régiót szabályozni. Ezt a differenciális szabályozást heterotermianak nevezik.

A termoreguláció fiziológiája

Mint minden rendszer, a testhőmérséklet fiziológiás szabályozása egy afferens rendszer, egy vezérlőközpont és egy efferens rendszer jelenlétét igényli..

Az első rendszer, az afferens, felelős az információ rögzítéséért a bőrreceptorok segítségével. Ezt követően az információt a termoregulációs központba a véren keresztül neurálisan továbbítják.

Normál körülmények között a test hőt képező szervei a szív és a máj. Amikor a test fizikai munkát végez (testmozgás), a vázizom is hőtermelő szerkezet.

A hipotalamusz a termoregulációs központ, és a feladatok hőveszteségre és nyereségre oszlanak. A hőt fenntartó funkcionális zóna a hipotalamusz hátsó zónájában található, míg a veszteséget az elülső régió közvetíti. Ez a szerv úgy működik, mint egy termosztát.

A rendszer ellenőrzése kettős: pozitív és negatív, amelyet az agy kéreg közvetít. Az effektor válaszok viselkedési típusúak, vagy az autonóm idegrendszer közvetítik. Ezeket a két mechanizmust később tanulmányozzák.

Termoregulációs mechanizmusok

Fiziológiai mechanizmusok

A hőmérséklet szabályozási mechanizmusai a kapott inger típusától függenek, azaz hogy ez a hőmérséklet növekedése vagy csökkenése. Tehát ezt a paramétert használjuk a mechanizmusok osztályozásának létrehozására:

A magas hőmérsékletre vonatkozó szabályozás

Ahhoz, hogy a testhőmérsékletet szabályozzuk a hő ingerekkel szemben, a testnek elő kell mozdítania annak elvesztését. Számos mechanizmus létezik:

értágulat

Emberben a bőrkeringés egyik legszembetűnőbb jellemzője a véredények széles választéka. A bőrön áthaladó vérkeringés nagymértékben változik a környezeti feltételek függvényében és a magas és alacsony véráramlások között.

A vazodilatáció képessége kulcsfontosságú az egyének termoregulációjában. A magas véráramlás a megnövekedett hőmérséklet idején lehetővé teszi a test számára, hogy növelje a hőt, a test magjától a bőrfelületig, hogy végül eloszlasson.

Amikor a véráramlás nő, a vér mennyisége viszont nő. Így nagyobb mennyiségű vér kerül a test magjából a bőr felszínére, ahol hőátadás történik. A vér, most hűvösebb, visszavezethető a test magjába vagy középpontjába.

izzadság

Az izzadás termelése a vasodilatáció mellett döntő fontosságú a hőszabályozás szempontjából, mivel segít a túlzott hő eloszlásában. Valójában a verejtékezés fő mechanizmusai a verejték előállítása és az azt követő bepárlás. A testmozgás során is fellépnek.

Az izzadság olyan izzadsággátló folyadék, amelyet eccrine-nek neveznek, és amely a test egészében jelentős sűrűségben oszlik el, az izzadság elpárologtatása révén a testhő a vízgőzöként a környezetbe kerül..

Szabályozás alacsony hőmérsékleten

Az előző részben említett mechanizmusokkal ellentétben, a hőmérséklet-csökkenés helyzeteiben a testnek elő kell mozdítania a hő megőrzését és termelését a következő módon:

érszűkület

Ez a rendszer a vasodilatációban leírt ellentétes logikát követi, így a magyarázatban sokat nem fogunk kiterjeszteni. A hideg stimulálja a bőredények összehúzódását, így elkerülve a hőelvezetést.  

szőrmeredezést

Elgondolkozott már valaha, hogy miért jelennek meg a "libamunka", amikor alacsony hőmérsékleten nézünk? Ez a mechanizmus a piloerection nevű hőveszteség elkerülésére. Azonban, mivel az embereknek viszonylag kevés haja van a testünkben, az rosszindulatú rendszernek tekinthető.

Amikor az egyes hajszálak felemelkednek, a bőrrel érintkező levegő réteg nő, ami csökkenti a levegő konvekcióját. Ez csökkenti a hőveszteséget.

Hőtermelés

Az alacsony hőmérsékletek ellensúlyozásának leginkább intuitív módja a hőtermelés. Ez kétféleképpen fordulhat elő: rázkódás és nem remegő termogenezis.

Az első esetben a test gyors és akaratlan izomösszehúzódásokat termel (ezért remegsz, amikor hideg vagy), ami hőtermeléshez vezet. A termelés megdöbbentése drága - energikusan szólva -, így a szervezet igénybe veszi, ha a fent említett rendszerek meghiúsulnak..

A második mechanizmust egy barna zsír (vagy barna zsírszövet) nevű szövet vezeti, az angol irodalomban általában a BAT rövidítése a barna zsírszövet).

Ez a rendszer felelős az energia termelésének az anyagcserében való szétválasztásáért: az ATP kialakítása helyett hő keletkezik. Ez különösen fontos mechanizmus a gyermekek és a kis emlősök esetében, bár a legfrissebb bizonyítékok azt mutatják, hogy a felnőttek esetében is releváns.

Etológiai mechanizmusok

Az etológiai mechanizmusok magukban foglalják az állatok által a hőmérséklet szabályozására szolgáló összes viselkedést. Ahogyan a hüllők példáján is említettük, a hőveszteség előmozdítására vagy elkerülésére a jótékony környezetbe helyezhetők a szervezetek.

E válasz feldolgozásában részt vesznek az agy különböző részei. Az emberekben ezek a viselkedések hatékonyak, bár nem fiziológiásan szabályozottak.

A termoreguláció módosítása

A szervezet a nap folyamán kismértékű és finom hőmérsékletváltozást tapasztal, bizonyos változóktól függően, mint például a ciklikus ritmus, a hormonális ciklus, többek között a fiziológiai szempontok között..

Amint már említettük, a testhőmérséklet számos élettani folyamatot rendez, és a szabályozás szabályozása elvesztő körülményeket okozhat az érintett szervezetben.

Mindkét termikus szélsőség - mind magas, mind alacsony - befolyásolja az organizmusokat. Nagyon magas hőmérséklet, 42 ° C fölött az emberekben erősen befolyásolja a fehérjéket, elősegítve a denaturálódást. Ezenkívül a DNS-szintézis is érintett. A szervek és a neuronok szintén sérültek.

Hasonlóképpen a 27 ° C alatti hőmérsékletek súlyos hipotermiához vezetnek. A neuromuszkuláris, szív- és érrendszeri és légzési aktivitás változásai végzetes következményekkel járnak.

Ha a termoreguláció nem működik megfelelően, több szervet érint. Közülük a szív, az agy, a gyomor-bél traktus, a tüdő, a vesék és a máj.

referenciák

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Az általános patológia kézikönyve. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G. és Harper, M. E. (2002). Meghívott értékelés: a fehérjék leválasztása és a termoreguláció. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). A reflex által kiváltott, bőrön belüli vazodilatáció és vasokonstrikció mechanizmusai és módosítói. Alkalmazott fiziológia folyóirat (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Összehasonlított állati fiziológia: környezetvédelmi megközelítés. Megfordultam.
  5. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M. és Anderson, M. (2004). Állati fiziológia. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Az emlősök termoregulációjának dekonstrukciója. Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának eljárása, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). A testhőmérséklet központi ellenőrzése. F1000Research, 5, F1000 Kar Rev-880.