TERMOREGULERING: FYSIOLOGI, MEKANISMER, TYPER OCH FÖRÄNDRINGAR - BIOLOGI - 2025

Den termoreglering är den process som gör att organismer reglera sin kroppstemperatur, modulerande värmeförluster och förstärkning. I djurriket finns olika mekanismer för att reglera temperaturen, både fysiologiska och etologiska.

Att reglera kroppens temperatur är en grundläggande aktivitet för alla levande varelser, eftersom parametern är kritisk för kroppens homeostas och påverkar funktionaliteten hos enzymer och andra proteiner, membranets fluiditet, jonflödet, bland andra. .

Däggdjur är homeotermiska och endotermiska. Källa: Alan Wilson

I sin enklaste form aktiveras termoreguleringsnät med hjälp av en krets som integrerar ingångarna till termoreceptorer som finns i huden, i innvetsen, i hjärnan, bland andra.

De viktigaste mekanismerna för dessa heta eller kalla stimuli inkluderar kutan vasokonstriktion, vasodilatation, värmeproduktion (termogenes) och svettning. Andra mekanismer inkluderar beteenden för att främja eller minska värmeförlusten.

Grunder: värme och temperatur

För att prata om termoregulering hos djur är det nödvändigt att känna till den exakta definitionen av termer som ofta är förvirrande bland studenter.

Att förstå skillnaden mellan värme och temperatur är avgörande för att förstå djurens termiska reglering. Vi kommer att använda livlösa kroppar för att illustrera skillnaden: låt oss tänka på två kuber av en metall, en är 10 gånger större än den andra.

Var och en av dessa kuber ligger i ett rum vid en temperatur av 25 ° C. Om vi ​​mäter temperaturen för varje block, kommer båda att vara vid 25 ° C, även om den ena är stor och den andra liten.

Om vi ​​mäter mängden värme i varje block kommer resultatet mellan de två att vara annorlunda. För att utföra denna uppgift måste vi flytta blocken till ett rum med en temperatur på absolut noll och kvantifiera mängden värme de avger. I detta fall kommer värmeinnehållet att vara tio gånger högre i den största metallkuben.

Temperatur

Tack vare föregående exempel kan vi dra slutsatsen att temperaturen är densamma för båda och oberoende av mängden material i varje block. Temperaturen mäts som hastigheten eller intensiteten för rörelse hos molekylerna.

I den biologiska litteraturen, när författarna nämner "kroppstemperatur" hänvisar de till temperaturen i kroppens centrala och perifera regioner. Temperaturen i kärnregionerna återspeglar temperaturen i kroppens "djupa" vävnader - hjärna, hjärta och lever.

Temperaturen i de perifera regionerna påverkas för sin del av blodets passage till huden och mäts på huden på händer och fötter.

Varm

Däremot - och när man går tillbaka till exemplet med block - är värmen olika i båda inerta kroppar och direkt proportionell mot mängden materia. Det är en form av energi och beror på antalet atomer och molekyler i ämnet i fråga.

Typer: termiska förhållanden mellan djur

I djurfysiologi finns det ett antal termer och kategorier som används för att beskriva de termiska förhållandena mellan organismer. Var och en av dessa djurgrupper har speciella anpassningar - fysiologiska, anatomiska eller anatomiska - som hjälper dem att hålla sin kroppstemperatur i ett lämpligt intervall.

I vardagen kallar vi endotermiska och homeotermiska djur som "varmblodiga" och poikilotermiska och ektotermiska djur som "kallblodiga".

Endoterm och ektoterm

Den första termen är endotermi, som används när djuret lyckas värma sig själv genom att förmedla den metabola produktionen av värme. Det motsatta konceptet är ektotermi, där djurets temperatur dikteras av omgivningen.

Vissa djur kan inte vara endotermiska, för även om de producerar värme, gör de det inte tillräckligt snabbt för att behålla det.

Poikilothermic och homeothermic

Ett annat sätt att klassificera dem är enligt djurets termoregulering. Termen poikilotherm används för att referera till djur med varierande kroppstemperatur. I dessa fall är kroppstemperaturen hög i varma miljöer och låg i kalla miljöer.

Ett poikilotermiskt djur kan självreglera temperaturen genom beteenden. Det vill säga genom att lokalisera i områden med hög solstrålning för att öka temperaturen eller gömma sig för nämnda strålning för att minska den.

Begreppen poikilotherm och ectotherm avser i princip samma fenomen. Poikilotherm betonar dock variationen i kroppstemperatur, medan ektoterm hänvisar till vikten av miljötemperatur vid bestämning av kroppstemperatur.

Den motsatta termen för poikiloterm är homeotermisk: termoregulering på fysiologiska sätt - och inte bara tack vare uppvisningen av beteenden. De flesta endotermiska djur kan reglera temperaturen.

exempel

fiskar

Fisk är det perfekta exemplet på ektotermiska och poikilotermiska djur. När det gäller dessa simande ryggradsdjur producerar deras vävnader inte värme genom metabola vägar och dessutom bestäms fiskens temperatur av temperaturen i vattenskroppen där de simmar.

reptiler

Reptiler uppvisar mycket markerade beteenden som gör att de kan reglera (etologiskt) sin temperatur. Dessa djur söker varma regioner - som att sätta sig på en varm sten - för att höja temperaturen. Annars, där de vill minska det, kommer de att försöka gömma sig för strålning.

Fåglar och däggdjur

Däggdjur och fåglar är exempel på endotermiska och homotermiska djur. De producerar din kroppstemperatur metaboliskt och reglerar den fysiologiskt. Vissa insekter uppvisar också detta fysiologiska mönster.

Förmågan att reglera deras temperatur gav dessa två djurlinjer en fördel jämfört med deras poikilotermiska motsvarigheter, eftersom de kan etablera termisk jämvikt i sina celler och organ. Detta ledde till att processerna näring, metabolism och utsöndring var mer robusta och effektiva.

Människor håller till exempel temperaturen vid 37 ° C, inom ett ganska smalt område - mellan 33,2 och 38,2 ° C. Underhållet av denna parameter är helt kritiskt för artens överlevnad och förmedlar en serie fysiologiska processer i kroppen.

Rumslig och temporär växling av endotermi och ektotermi

Skillnaden mellan dessa fyra kategorier förväxlas ofta när vi undersöker fall av djur som kan växla mellan kategorierna, antingen rumsligt eller tillfälligt.

Temporal variation i termisk reglering kan exemplifieras med däggdjur som upplever perioder med viloläge. Dessa djur är i allmänhet homeotermiska under de tider på året då de inte är i viloläge och under viloläge kan de inte reglera sin kroppstemperatur.

Rymdvariation uppstår när djuret på olika sätt reglerar temperaturen i kroppsregioner. Humlar och andra insekter kan reglera temperaturen i deras bröstkorgssegment och kan inte reglera resten av regionerna. Detta villkor för differentiell reglering kallas heterotermi.

Fysiologi för termoregulering

Liksom alla system kräver den fysiologiska regleringen av kroppstemperatur närvaron av ett afferent system, ett kontrollcenter och ett efferent system.

Det första systemet, afferenten, ansvarar för att fånga information genom hudreceptorer. Därefter överförs informationen till termoreguleringscentret genom den neurala vägen genom blodet.

Under normala förhållanden är kroppens organ som genererar värme hjärtat och levern. När kroppen utför fysiskt arbete (träning) är skelettmuskeln också en värmegenererande struktur.

Hypothalamus är det termoregulatoriska centrumet och uppgifterna är indelade i värmeförlust och värmevinst. Den funktionella zonen för att förmedla upprätthållandet av värme är belägen i den bakre zonen i hypotalamus, medan förlusten medieras av det främre området. Detta organ fungerar som en termostat.

Kontroll av systemet sker på två sätt: positivt och negativt, medierat av hjärnbarken. Effektorsvar är av beteendetypen eller medieras av det autonoma nervsystemet. Dessa två mekanismer kommer att studeras senare.

Termoregulatoriska mekanismer

Fysiologiska mekanismer

Mekanismerna för att reglera temperaturen varierar mellan den typ av mottagen stimulans, det vill säga om det är en ökning eller en sänkning av temperaturen. Så vi kommer att använda denna parameter för att skapa en klassificering av mekanismerna:

Reglering för höga temperaturer

För att uppnå regleringen av kroppstemperaturen inför värmestimulering måste kroppen främja förlusten. Det finns flera mekanismer:

kärlutvidgning

Hos människor är en av de mest slående egenskaperna hos hudcirkulationen det stora utbudet av blodkärl den har. Blodcirkulationen genom huden har egenskapen att variera enormt beroende på miljöförhållanden och ändra från högt till lågt blodflöde.

Förmågan att vasodilatera är avgörande för termoregulering av individer. Det förhöjda blodflödet under perioder med ökad temperatur gör att kroppen kan öka överföringen av värme, från kroppens kärna till hudens yta, att slutligen spridas.

När blodflödet ökar ökar den kutana blodvolymen i sin tur. Således överförs en större mängd blod från kärnan i kroppen till ytan på huden, där värmeöverföring sker. Det nu kallare blodet överförs tillbaka till kärnan eller mitten av kroppen.

Svettas

Tillsammans med vasodilatering är svettproduktion avgörande för termoregulering eftersom det hjälper till att sprida överskottsvärme. Faktum är att produktion och efterföljande avdunstning av svett är kroppens viktigaste mekanismer för att förlora värme. De arbetar också under fysisk aktivitet.

Svett är en vätska som produceras av svettkörtlar som kallas eccrine, som distribueras över hela kroppen i en betydande täthet. Förångning av svett överför värme från kroppen till miljön som vattenånga.

Reglering för låga temperaturer

I motsats till de mekanismer som nämns i föregående avsnitt måste kroppen i situationer med låg temperatur främja bevarande och produktion av värme på följande sätt:

vasokonstriktion

Detta system följer den motsatta logiken som beskrivs i vasodilatation, så vi kommer inte att utarbeta mycket om förklaringen. Kylan stimulerar sammandragningen av de kutana kärlen, vilket undviker spridning av värme.

piloerektion

Har du någonsin undrat varför "gåsbultar" dyker upp när vi står inför låga temperaturer? Det är en mekanism för att förhindra värmeförluster som kallas piloerection. Men eftersom människor har relativt lite hår på våra kroppar, anses det vara ett ineffektivt och rudimentärt system.

När höjningen av varje hår uppstår ökar skiktet av luft som kommer i kontakt med huden, vilket minskar konvektionen i luften. Detta minskar värmeförlusten.

Värmeproduktion

Det mest intuitiva sättet att motverka låga temperaturer är genom att producera värme. Detta kan inträffa på två sätt: genom skakande och icke-skakande termogenes.

I det första fallet producerar kroppen snabba och ofrivilliga muskelsammandragningar (det är därför du skakar när du är förkylt) som leder till produktion av värme. Skakande produktion är dyrt - energiskt sett - så kroppen kommer att falla tillbaka på den om ovannämnda system misslyckas.

Den andra mekanismen leds av en vävnad som kallas brunt fett (eller brun fettvävnad, i engelsk litteratur sammanfattas den vanligtvis under förkortningen BAT för brun fettvävnad).

Detta system är ansvarigt för avkoppling av energiproduktion i ämnesomsättningen: istället för att bilda ATP leder det till produktion av värme. Det är en särskilt viktig mekanism hos barn och små däggdjur, även om nyare bevis har noterat att det också är relevant hos vuxna.

Etologiska mekanismer

Etologiska mekanismer består av alla beteenden som djur uppvisar för att reglera deras temperatur. Som vi nämnde i exemplet med reptiler kan organismer placeras i rätt miljö för att främja eller förhindra värmeförlust.

Olika delar av hjärnan är involverade i behandlingen av detta svar. Hos människor är dessa beteenden effektiva, även om de inte är fint reglerade som de fysiologiska.

Termoreguleringsproblem

Kroppen upplever små och känsliga temperaturförändringar under dagen, beroende på vissa variabler, t.ex. døgnrytmen, hormoncykeln, bland andra fysiologiska aspekter.

Som vi nämnde organiserar kroppstemperatur ett stort antal fysiologiska processer och förlusten av reglering av den kan leda till förödande förhållanden inom den drabbade organismen.

Båda termiska ytterligheterna - både höga och låga - påverkar organismerna negativt. Mycket höga temperaturer, över 42 ° C hos människor, har en mycket markant effekt på proteiner, vilket främjar deras denaturering. Dessutom påverkas DNA-syntes. Organ och neuroner är också skadade.

På liknande sätt leder temperaturer under 27 ° C till svår hypotermi. Förändringar i neuromuskulär, kardiovaskulär och andningsaktivitet har dödliga konsekvenser.

Flera organ påverkas när termoregulering inte fungerar på rätt sätt. Dessa inkluderar hjärta, hjärna, mag-tarmkanalen, lungor, njurar och lever.

referenser

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual för allmän patologi. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Inbjuden recension: koppla bort proteiner och termoregulering. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mekanismer och modifierare av reflexinducerad kutan vasodilatation och vasokonstriktion hos människor. Journal of applicerad fysiologi (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Jämförande djurfysiologi: en miljöstrategi. Jag vänt.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Djurfysiologi. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Dekonstruera termoregulering av däggdjur. Förfaranden från National Academy of Sciences of the United States of America, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Central kontroll av kroppstemperatur. F1000Forskning, 5, F1000 Fakultet Rev-880.