TERMOREGULACIJA: FIZIOLOGIJA, MEHANIZMI, VRSTE I PROMJENE - BIOLOGIJA - 2026

Termoregulacija je proces koji omogućuje organizmi regulirati svoju tjelesnu temperaturu, modulirajući gubitak topline i dobitak. U životinjskom carstvu postoje različiti mehanizmi za regulaciju temperature, i fiziološke i etološke.

Reguliranje tjelesne temperature osnovna je aktivnost svakog živog bića, jer je parametar kritičan za homeostazu tijela i utječe na funkcionalnost enzima i ostalih proteina, na fluidnost membrane, protok iona, među ostalim.,

Sisavci su homeotermični i endotermični. Izvor: Alan Wilson

U svom najjednostavnijem obliku, termoregulacijske mreže aktiviraju se krugom koji, između ostalih, integrira ulaze termoreceptora koji se nalaze u koži, visceru, mozgu.

Glavni mehanizmi ovih vrućih ili hladnih podražaja uključuju kožno vazokonstrikciju, vazodilataciju, proizvodnju topline (termogeneza) i znojenje. Ostali mehanizmi uključuju ponašanje za promicanje ili smanjenje gubitka topline.

Osnove: toplina i temperatura

Da bismo govorili o termoregulaciji kod životinja, potrebno je znati točnu definiciju pojmova koji su često zbunjujući među učenicima.

Razumijevanje razlike između topline i temperature bitno je za razumijevanje toplinske regulacije životinja. Koristit ćemo neživa tijela kako bismo ilustrirali razliku: razmislimo o dvije kocke metala, jedna je 10 puta veća od druge.

Svaka od ovih kockica nalazi se u sobi pri temperaturi od 25 ° C. Ako izmjerimo temperaturu svakog bloka, oba će biti na 25 ° C, iako je jedan velik, a drugi mali.

Ako izmjerimo količinu topline u svakom bloku, rezultat između njih bit će različit. Da bismo izvršili ovaj zadatak, blokove moramo premjestiti u prostoriju s temperaturom apsolutnom nulom i kvantificirati količinu topline koju odašilju. U ovom slučaju će sadržaj topline biti 10 puta veći u najvećoj metalnoj kocki.

Temperatura

Zahvaljujući prethodnom primjeru, možemo zaključiti da je temperatura ista za obje jedinice i neovisna o količini materije u svakom bloku. Temperatura se mjeri kao brzina ili intenzitet kretanja molekula.

Kada se u biološkoj literaturi autori spominju "tjelesne temperature" odnose se na temperaturu središnje i periferne regije tijela. Temperatura jezgrenih regija odražava temperaturu "dubokih" tkiva u tijelu - mozga, srca i jetre.

Na temperaturu perifernih područja utječe prolazak krvi u kožu i mjeri se na koži ruku i nogu.

vruće

Suprotno tome - i vrativši se primjeru blokova - toplina je različita u oba inertna tijela i izravno proporcionalna količini materije. To je oblik energije i ovisi o broju atoma i molekula dotične tvari.

Vrste: toplinski odnosi između životinja

U fiziologiji životinja postoji niz termina i kategorija koji se koriste za opisivanje toplinskih odnosa između organizama. Svaka od ovih skupina životinja ima posebne prilagodbe - fiziološke, anatomske ili anatomske - koje im pomažu u održavanju tjelesne temperature u odgovarajućem rasponu.

U svakodnevnom životu endotermičke i homeotermičke životinje nazivamo „toplokrvnim“, a poikilotermičke i ektotermičke životinje kao „hladnokrvne“.

Endoterma i ektoterma

Prvi je pojam endotermija, koji se koristi kada se životinja uspije ugrijati posredovanjem metaboličke proizvodnje topline. Suprotan koncept je ektotermija, gdje životinjsku temperaturu diktira okolno okruženje.

Neke su životinje nesposobne za endotermičnost, jer iako proizvode toplinu, to ne čine dovoljno brzo da bi je zadržale.

Poikilotermički i homeotermični

Drugi način klasifikacije je prema termoregulaciji životinje. Izraz poikilotherm koristi se za životinje s različitim tjelesnim temperaturama. U tim je slučajevima tjelesna temperatura visoka u vrućem okruženju, a niska u hladnom.

Poikilotermna životinja može sam regulirati temperaturu ponašanjem. To jest, lociranjem u područjima s visokim sunčevim zračenjem povećati temperaturu ili se sakriti od navedenog zračenja kako bi je smanjili.

Pojmovi poikilotherm i ectotherm odnose se u osnovi na isti fenomen. Međutim, poikilotherm naglašava varijabilnost tjelesne temperature, dok se ektoterm odnosi na važnost temperature okoliša u određivanju tjelesne temperature.

Suprotan pojam za poikilotherm je homeotermičan: termoregulacija fiziološkim sredstvima - i ne samo zahvaljujući prikazu ponašanja. Većina endotermičnih životinja sposobna je regulirati temperaturu.

Primjeri

riba

Ribe su savršen primjer ektotermičkih i poikilotermičkih životinja. U slučaju ovih kralježnjaka za plivanje, njihova tkiva ne stvaraju toplinu metaboličkim putevima, a osim toga, temperatura ribe određuje se temperaturom vode u kojoj plivaju.

gmazovi

Gmizavci pokazuju vrlo izražena ponašanja koja im omogućuju da (etološki) reguliraju temperaturu. Ove životinje traže toplu regiju - poput udaranja na vrući kamen - kako bi povećale temperaturu. Inače, tamo gdje ga žele smanjiti, nastojat će se sakriti od zračenja.

Ptice i sisavci

Sisari i ptice su primjeri endotermičkih i homeotermičkih životinja. Metabolički proizvode vašu tjelesnu temperaturu i fiziološki je reguliraju. Neki insekti također pokazuju ovaj fiziološki obrazac.

Mogućnost reguliranja temperature dala im je ove dvije životinjske loze prednost u odnosu na svoje poikilotermičke kolege, jer mogu uspostaviti toplinsku ravnotežu u svojim stanicama i organima. To je dovelo do toga da su procesi prehrane, metabolizma i izlučivanja robusniji i učinkovitiji.

Na primjer, ljudska bića održavaju temperaturu na 37 ° C, u prilično uskom rasponu - između 33,2 i 38,2 ° C. Održavanje ovog parametra potpuno je kritično za opstanak vrste i posreduje niz fizioloških procesa u tijelu.

Prostorna i vremenska izmjena endotermije i ektotermije

Razlika između ove četiri kategorije često se brka kada ispitujemo slučajeve životinja koje se mogu prostorno ili vremenski izmjenjivati ​​među kategorijama.

Vremenske promjene toplinske regulacije mogu se primjeriti kod sisavaca koji su u stanju hibernacije. Ove su životinje uglavnom homeotermične za doba godine kada ne hiberniraju, a za vrijeme hibernacije ne mogu regulirati tjelesnu temperaturu.

Promjene u prostoru nastaju kada životinja različito regulira temperaturu u tjelesnim regijama. Bumbari i ostali insekti mogu regulirati temperaturu svojih torakalnih segmenata i ne mogu regulirati ostale dijelove regije. Ovo stanje diferencijalne regulacije naziva se heterotermija.

Fiziologija termoregulacije

Kao i bilo koji sustav, fiziološka regulacija tjelesne temperature zahtijeva prisutnost aferentnog sustava, kontrolnog centra i eferentnog sustava.

Prvi sustav, aferentni, odgovoran je za prikupljanje informacija preko receptora na koži. Nakon toga informacije se prenose u termoregulacijski centar neuronskim putem kroz krv.

U normalnim uvjetima, tjelesni organi koji stvaraju toplinu su srce i jetra. Kada tijelo radi fizički posao (vježbanje), skeletni mišići su također struktura koja generira toplinu.

Hipotalamus je termoregulacijsko središte, a zadaci su podijeljeni na gubitak topline i dobitak topline. Funkcionalna zona za posredovanje održavanja topline nalazi se u stražnjoj zoni hipotalamusa, dok gubitak posreduje prednja regija. Ovaj organ djeluje poput termostata.

Upravljanje sustavom događa se na dva načina: pozitivno i negativno, posredovano korteksom mozga. Odgovori efektora su bihevioralnog tipa ili posredovani od strane autonomnog živčanog sustava. Ova dva mehanizma će se proučavati kasnije.

Termoregulacijski mehanizmi

Fiziološki mehanizmi

Mehanizmi za regulaciju temperature variraju ovisno o vrsti primljenog podražaja, to je da li je riječ o povećanju ili smanjenju temperature. Stoga ćemo ovaj parametar iskoristiti za uspostavu klasifikacije mehanizama:

Regulacija za visoke temperature

Da bi se postigla regulacija tjelesne temperature u slučaju toplinskih podražaja, tijelo mora promicati gubitak. Postoji nekoliko mehanizama:

vazodilatacija

Kod ljudi je jedna od najupečatljivijih karakteristika cirkulacije kože širok raspon krvnih žila koje ima. Cirkulacija krvi kroz kožu ima svojstvo uvelike variranja, ovisno o uvjetima u okolišu, i mijenjanja od visokog do niskog protoka krvi.

Sposobnost vazodilatacije ključna je u termoregulaciji pojedinaca. Povišeni protok krvi tijekom razdoblja povećane temperature omogućuje tijelu da poveća prijenos topline, od jezgre tijela do površine kože, da se konačno rasprši.

Kad se poveća protok krvi, kožni volumen krvi zauzvrat se povećava. Tako se veća količina krvi prenosi iz jezgre tijela na površinu kože, gdje se događa prijenos topline. Sada hladnija krv prenosi se natrag u jezgru ili središte tijela.

Znoj

Zajedno s vazodilatacijom, stvaranje znoja je ključno za termoregulaciju jer pomaže u odvajanju suvišne topline. Zapravo su proizvodnja i naknadno isparavanje znoja glavni mehanizmi tijela za gubitak topline. Oni rade i tijekom fizičke aktivnosti.

Znoj je tekućina koju stvaraju znojne žlijezde zvane ekkrin, a raspoređena je po tijelu u visokoj gustoći. Isparavanje znoja prenosi toplinu iz tijela u okoliš u obliku vodene pare.

Regulacija za niske temperature

Za razliku od mehanizama spomenutih u prethodnom odjeljku, u situacijama pada temperature tijelo mora promicati očuvanje i proizvodnju topline na sljedeći način:

vazokonstrikciju

Ovaj sustav slijedi suprotnu logiku opisanu u vazodilataciji, tako da nećemo puno objašnjavati objašnjenje. Hladnoća potiče kontrakciju kožnih žila, izbjegavajući tako rasipanje topline.

Piloerection

Jeste li se ikad zapitali zašto se "guske" pojavljuju kad smo pred niskim temperaturama? To je mehanizam za sprečavanje gubitka topline koji se naziva piloerekcija. Međutim, kako ljudi imaju relativno malo dlaka na našim tijelima, to se smatra neučinkovitim i rudimentarnim sustavom.

Kada dođe do povišenja svake dlake, povećava se sloj zraka koji dolazi u dodir s kožom, što smanjuje konvekciju zraka. To smanjuje gubitak topline.

Proizvodnja topline

Najintuitivniji način suzbijanja niskih temperatura je proizvodnja topline. To se može dogoditi na dva načina: drhtanjem i ne drhtavom termogenezom.

U prvom slučaju, tijelo proizvodi brze i nehotične kontrakcije mišića (zato drhti kad ste prehlađeni) što dovodi do stvaranja topline. Proizvodnja treme je skupa - energetski gledano - tako da će tijelo pasti na nju ako gore navedeni sustavi ne uspiju.

Drugi mehanizam vodi tkivo zvano smeđa masnoća (ili smeđe masno tkivo, u engleskoj se literaturi obično sažima pod kraticom BAT za smeđe masno tkivo).

Ovaj je sustav odgovoran za odvajanje proizvodnje energije u metabolizmu: umjesto da formira ATP, on dovodi do proizvodnje topline. Posebno je važan mehanizam kod djece i malih sisavaca, mada su noviji dokazi pokazali da je također bitan i kod odraslih.

Etološki mehanizmi

Etološki mehanizmi sastoje se od svih ponašanja koja životinja pokazuje radi regulacije njihove temperature. Kao što smo spomenuli na primjeru gmazova, organizmi se mogu smjestiti u pravo okruženje radi promicanja ili sprečavanja gubitka topline.

U obradi ovog odgovora uključeni su različiti dijelovi mozga. Kod ljudi su takva ponašanja učinkovita, iako nisu fino regulirana poput fizioloških.

Poremećaji termoregulacije

Tijelo tijekom dana doživljava male i osjetljive promjene temperature, ovisno o nekim varijablama, poput cirkadijanskog ritma, hormonalnog ciklusa, između ostalih fizioloških aspekata.

Kao što smo spomenuli, tjelesna temperatura orkestrira ogroman niz fizioloških procesa i gubitak regulacije toga može dovesti do razornih stanja unutar pogođenog organizma.

Obje toplotne krajnosti - i visoke i niske - negativno djeluju na organizme. Vrlo visoke temperature, iznad 42 ° C kod ljudi, imaju vrlo izražen utjecaj na proteine, promičući njihovu denaturaciju. Također, utječe sinteza DNA. Oštećeni su i organi i neuroni.

Slično tome, temperature ispod 27 ° C dovode do teške hipotermije. Promjene neuromuskularne, kardiovaskularne i respiratorne aktivnosti imaju kobne posljedice.

Više organa se utječe kada termoregulacija ne djeluje na pravi način. Oni uključuju srce, mozak, gastrointestinalni trakt, pluća, bubrege i jetru.

Reference

1. Arellano, JLP i del Pozo, SDC (2013). Priručnik opće patologije. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., i Harper, ME (2002). Poziv na pregled: odvajanje proteina i termoregulacija. Časopis za primijenjenu fiziologiju, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mehanizmi i modifikatori kožne vazodilatacije i vazokonstrikcije izazvane refleksom. Časopis za primijenjenu fiziologiju (Bethesda, Md.: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Usporedna fiziologija životinja: pristup okolišu. Preokrenuo sam se.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fiziologija životinja. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Dekonstrukcija termoregulacije sisavaca. Zbornik radova Nacionalne akademije znanosti Sjedinjenih Američkih Država, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Centralna kontrola tjelesne temperature. F1000Research, 5, F1000 Fakultet Rev-880.