Lämpötilan fysiologia, mekanismit, tyypit ja muutokset



lämmönsäätely Se on prosessi, jonka avulla organismit voivat säätää kehonsa lämpötilaa, moduloimalla lämmön menetystä ja hyötyä. Eläinten valtakunnassa on erilaisia ​​lämpötilan säätelymekanismeja sekä fysiologisesti että etologisesti.

Rungon lämpötilan säätäminen on jokaisen elävän olennon perusedellytys, koska parametri on kriittinen kehon homeostaasin kannalta ja vaikuttaa mm. Entsyymien ja muiden proteiinien toimivuuteen, kalvon juoksevuuteen, ionivirtaan..

Yksinkertaisimmassa muodossaan termoregulointiverkot aktivoidaan piirin avulla, joka integroi ihoon, sisäelimiin, aivoissa sijaitsevien termoretseptorien tulot muun muassa.

Näiden kylmien tai kuumien ärsykkeiden edessä tärkeimpiä mekanismeja ovat ihon vasokonstriktio, vasodilaatio, lämmöntuotanto (termogeneesi) ja hikoilu. Muita mekanismeja ovat käyttäytyminen lämmönhukan edistämiseksi tai vähentämiseksi.

indeksi

  • 1 Peruskäsitteet: lämpö ja lämpötila
    • 1.1 Lämpötila
    • 1.2 Lämpö
  • 2 Tyypit: eläinten lämpösuhteet
    • 2.1 Endotermi ja ektotermi
    • 2.2 Poikilotherm ja homeotherm
    • 2.3 Esimerkkejä
    • 2.4 Alueellisen ja ajallisen endotermian ja ektotermian vaihto
  • 3 Lämpötilan fysiologia
  • 4 Lämmönsäätelymekanismit
    • 4.1 Fysiologiset mekanismit
    • 4.2 Eettiset mekanismit
  • 5 Lämpötilan muutokset
  • 6 Viitteet

Peruskäsitteet: lämpö ja lämpötila

Eläinten lämmönsäätelystä on syytä tietää tarkkaan määriteltyjä termejä, jotka ovat usein hämmentäviä opiskelijoiden keskuudessa.

Lämmön ja lämpötilan välisen eron ymmärtäminen on välttämätöntä eläinten lämpösäädön ymmärtämiseksi. Käytämme elottomia elimiä havainnollistamaan eroa: ajattele kahta metallikuutiota, joista yksi on 10 kertaa suurempi kuin toinen.

Kukin näistä kuutioista on huoneen lämpötilassa 25 ° C. Jos mitataan kunkin lohkon lämpötila, molemmat ovat 25 ° C: ssa, vaikka yksi on suuri ja toinen pieni.

Jos mittaamme lämmön määrää kussakin lohkossa, tulos näiden kahden välillä on erilainen. Tämän tehtävän suorittamiseksi meidän on siirrettävä lohkot huoneeseen, jossa on absoluuttinen nolla-lämpötila, ja määrittelemään niiden antaman lämmön määrän. Tässä tapauksessa lämpöpitoisuus on 10 kertaa suurempi suuremmassa metallikuutiossa.

lämpötila

Edellisen esimerkin ansiosta voidaan päätellä, että lämpötila on sama molemmille ja riippumatta kunkin lohkon aineen määrästä. Lämpötila mitataan molekyylien liikkeen nopeudella tai intensiteetillä.

Biologisessa kirjallisuudessa, kun kirjoittajat mainitsevat "ruumiinlämpötilan", ne viittaavat kehon keskialueiden ja reuna-alueiden lämpötilaan. Keskialueiden lämpötila heijastaa kehon "syvien" kudosten - aivojen, sydämen ja maksan - lämpötilaa.

Perifeeristen alueiden lämpötilaa puolestaan ​​vaikuttaa veren kulkeutuminen iholle ja sitä mitataan käsien ja jalkojen ihossa..

lämpö

Sitä vastoin - ja palaten lohkojen esimerkkiin - lämpö on erilainen molemmissa inertteissä elimissä ja suoraan verrannollinen aineen määrään. Se on energiamuoto ja riippuu kyseisen aineen atomien ja molekyylien määrästä.

Tyypit: eläinten lämpösuhteet

Eläinfysiologiassa on joukko termejä ja luokkia, joita käytetään kuvaamaan organismien lämpöyhteyksiä. Jokaisella näistä eläinryhmistä on erityisiä mukautuksia - fysiologisia, anatomisia tai anatomisia -, jotka auttavat heitä ylläpitämään kehon lämpötilaansa riittävässä määrin.

Jokapäiväisessä elämässä me kutsumme endotermisiä ja homeotermisiä eläimiä "lämminverisiä" ja poikilotermisiä ja ektotermisiä eläimiä "kylmäverinäisiksi"..

Endotermi ja ektotermi

Ensimmäinen termi on endothermy, käytetään, kun eläin onnistuu lämpenemään lämmön aineenvaihduntatuotannolla. Päinvastainen käsite on ectothermy, jossa eläimen lämpötila on ympäröivän ympäristön asettama.

Jotkut eläimet eivät voi olla endotermisiä, koska vaikka ne tuottavat lämpöä, he eivät tee sitä tarpeeksi nopeasti pitääkseen sen.

Poikilotherm ja homeotherm

Toinen tapa luokitella ne on eläimen lämpöregulaation mukaan. Termi vaihtolämpöisiä sitä käytetään viittaamaan eläimiin, joiden kehon lämpötila on vaihteleva. Näissä tapauksissa kehon lämpötila on korkea kuumissa ympäristöissä ja se on alhainen kylmissä ympäristöissä.

Poikilotherm-eläin voi itse säätää lämpötilansa käyttäytymisen avulla. Toisin sanoen sijoittamalla alueille, joilla on suuri aurinkosäteily, lämpötilan nostamiseksi tai mainitun säteilyn piilottamiseksi sen vähentämiseksi.

Termit poikilotherm ja ectotherm viittaavat periaatteessa samaan ilmiöön. Poikilotherm korostaa kuitenkin kehon lämpötilan vaihtelua, kun taas ektothermissa se viittaa ympäristön lämpötilan merkitykseen kehon lämpötilan määrittämiseksi..

Vastakkainen termi poikilothermille on homeotermi: lämpöregulaatio fysiologisilla keinoilla - eikä vain käyttäytymisen käyttöönoton ansiosta. Useimmat endotermiset eläimet pystyvät säätelemään lämpötilaansa.

esimerkit

kala

Kala on täydellinen esimerkki ektotermisistä ja poikilotermisista eläimistä. Näiden selkärankaisten uimareiden tapauksessa niiden kudokset eivät tuota lämpöä aineenvaihdunnan kautta ja lisäksi kalan lämpötila määräytyy sen vesilämpötilan mukaan, johon he uivat.

matelijat

Matelijoilla on hyvin merkittäviä käyttäytymismalleja, joiden avulla he voivat säätää (etologisesti) lämpötilaansa. Nämä eläimet etsivät lämpimiä alueita - kuten kuumaa kiviä -, jotta lämpötila kasvaisi. Muuten, jos he haluavat vähentää sitä, he pyrkivät piilottamaan säteilystä.

Linnut ja nisäkkäät

Nisäkkäät ja linnut ovat esimerkkejä endotermisistä ja homeotermisista eläimistä. Nämä tuottavat metabolisesti kehon lämpötilansa ja säätelevät sitä fysiologisesti. Joillakin hyönteisillä on myös tämä fysiologinen kuvio.

Kyky säätää sen lämpötilaa antoi näille kahdelle eläinlinjalle edun niiden poikilothermic-vastineisiin nähden, koska ne voivat muodostaa lämpösuhteen soluissaan ja niiden elimissä. Tämä johti ravitsemus-, aineenvaihdunta- ja erittymisprosesseihin entistä vahvempiin ja tehokkaampiin.

Ihminen esimerkiksi säilyttää lämpötilan 37 ° C: ssa melko kapealla alueella - välillä 33,2 - 38,2 ° C. Tämän parametrin säilyttäminen on täysin kriittinen lajin selviytymisen kannalta ja välittää joukon fysiologisia prosesseja kehossa.

Paikallisen ja ajallisen endotermian ja ektotermian vaihto

Näiden neljän luokan erottaminen on usein hämmentävää, kun tarkastelemme tapauksia, joissa eläimet voivat vuorotella luokkien välillä joko tilapäisesti tai ajallisesti.

Lämpötilan säätelyn ajallista vaihtelua ovat esimerkkinä nisäkkäät, jotka kokevat lepotiloja. Nämä eläimet ovat yleensä homeotermisiä vuoden aikana, jolloin ne eivät ole lepotilassa ja lepotilan aikana he eivät pysty säätämään kehon lämpötilaansa.

Paikallinen vaihtelu tapahtuu, kun eläin säätelee erilaista lämpötilaa kehon alueilla. Kimalaiset ja muut hyönteiset voivat säätää rintakehän segmenttien lämpötilaa eivätkä pysty säätelemään muita alueita. Tätä erilaista säätelyn tilaa kutsutaan heterotermiseksi.

Lämpötilan fysiologia

Kuten mikä tahansa järjestelmä, kehon lämpötilan fysiologinen säätely edellyttää afferenttisen järjestelmän, ohjauskeskuksen ja efferenttijärjestelmän läsnäoloa.

Ensimmäinen järjestelmä, afferentti, vastaa tietojen keräämisestä ihon reseptorien avulla. Tämän jälkeen informaatio välitetään lämpösäätelykeskukseen veren kautta hermosolujen kautta.

Normaaleissa olosuhteissa lämpöä tuottavat elimen elimet ovat sydän ja maksa. Kun keho tekee fyysistä työtä (liikunta), luuston lihas on myös lämmöntuotantorakenne.

Hypotalamus on lämmönsäätelykeskus ja tehtävät jaetaan lämpöhäviöihin ja hyötyihin. Lämpöenergian välittämisen funktionaalinen vyöhyke sijaitsee hypotalamuksen takaosassa, kun taas menetys välittyy etualueen kautta. Tämä elin toimii kuin termostaatti.

Järjestelmän hallinta tapahtuu kaksinkertaisena: positiivinen ja negatiivinen, välittäjä aivojen aivokuoren välityksellä. Efektorivasteet ovat käyttäytymistyyppisiä tai autonomisen hermoston välityksellä. Näitä kahta mekanismia tutkitaan myöhemmin.

Lämmönsäätelymekanismit

Fysiologiset mekanismit

Lämpötilan säätelymekanismit vaihtelevat vastaanotetun ärsykkeen tyypin, eli onko se lämpötilan nousu tai lasku, välillä. Joten käytämme tätä parametria määrittämään mekanismeja:

Säännöt korkeissa lämpötiloissa

Kehon lämpötilan säätämiseksi lämmön ärsykkeistä kehon on edistettävä sen häviämistä. On olemassa useita mekanismeja:

vasodilataatio

Ihmisillä yksi ihon verenkierron silmiinpistävimmistä ominaisuuksista on laaja verisuonten valikoima. Verenkierto ihon läpi vaihtelee suuresti riippuen ympäristöolosuhteista ja siirtymisestä korkealta veren alhaisille virtauksille.

Vasodilataation kyky on ratkaiseva yksilöiden lämmönsäätelyssä. Korkea verenkierto lisääntyneen lämpötilan aikana antaa keholle mahdollisuuden lisätä lämmön siirtoa kehon ytimestä ihon pintaan, jotta se lopulta hajoaa.

Kun verenkierto kasvaa, veren tilavuus puolestaan ​​kasvaa. Siten suurempi määrä verta siirretään kehon ytimestä ihon pintaan, jossa tapahtuu lämmönsiirto. Veri, joka on nyt viileämpi, siirretään takaisin ytimelle tai kehon keskelle.

hiki

Vasodilataation ohella hikoilun tuottaminen on ratkaisevan tärkeää lämpösäädön kannalta, koska se auttaa liiallisen kuumuuden hajoamisessa. Itse asiassa hikoilun tuotanto ja sen haihtuminen ovat kehon tärkeimpiä mekanismeja lämmön menettämiseksi. Ne toimivat myös liikunnan aikana.

Hiki on hikirauhasen tuottama neste, jota kutsutaan nimellä eccrine, joka on jakautunut elimistöön merkittävällä tiheydellä..

Säätö alhaisissa lämpötiloissa

Toisin kuin edellisessä osassa mainituissa mekanismeissa, laitoksen on lämpötilan laskun aikana edistettävä lämmön säilyttämistä ja tuotantoa seuraavalla tavalla:

vasokonstriktio

Tämä järjestelmä noudattaa vasodilataatiossa kuvattua vastakkaista logiikkaa, joten emme ulotu paljon selitykseen. Kylmä stimuloi ihosäiliöiden supistumista, jolloin vältetään lämmön hajaantuminen.  

piloerektiota

Oletko koskaan miettinyt, miksi "hanhen kuoppia" esiintyy matalissa lämpötiloissa? Se on mekanismi, jonka avulla vältetään lämpöhäviö, jota kutsutaan piloerektioksi. Kuitenkin, koska ihmisillä on suhteellisen vähän hiuksia kehossamme, sitä pidetään huonosti alkeellisena järjestelmänä.

Kun jokaisen karvan kohoaminen tapahtuu, ihon kanssa kosketuksiin joutuva ilman kerros kasvaa, mikä vähentää ilman konvektiota. Tämä vähentää lämpöhäviötä.

Lämmöntuotanto

Kaikkein intuitiivisin tapa torjua alhaisia ​​lämpötiloja on lämmön tuottaminen. Tämä voi tapahtua kahdella tavalla: värähtelemällä ja värähtelemättä termogeneesiä.

Ensimmäisessä tapauksessa keho tuottaa nopeaa ja tahatonta lihasten supistumista (siksi vapisette, kun olet kylmä), joka johtaa lämmön tuotantoon. Tuotannon värähtely on kallista - energisesti ottaen - niin elin käyttää sitä, jos edellä mainitut järjestelmät epäonnistuvat..

Toista mekanismia johtaa kudos, jota kutsutaan ruskeaksi rasvaksi (tai ruskeaksi rasvakudokseksi, englanninkielisessä kirjallisuudessa se on yleensä tiivistetty lyhenteellä BAT by ruskea rasvakudos).

Tämä järjestelmä on vastuussa energiantuotannon erottamisesta aineenvaihdunnassa: ATP: n muodostamisen sijaan se johtaa lämmön tuotantoon. Se on erityisen tärkeä mekanismi lapsille ja pienille nisäkkäille, vaikka uusimmat todisteet ovat todenneet, että se on merkityksellinen myös aikuisilla.

Eettiset mekanismit

Eettiset mekanismit koostuvat kaikista eläinten käyttäytymisestä niiden lämpötilan säätämiseksi. Kuten mainitsimme matelijoiden esimerkissä, organismit voidaan sijoittaa suotuisaan ympäristöön lämmönhukan edistämiseksi tai välttämiseksi.

Tämän vasteen käsittelyyn osallistuvat aivojen eri osat. Ihmisillä nämä käyttäytymiset ovat tehokkaita, vaikka niitä ei ole säädetty fysiologisiksi.

Lämpötilan muutokset

Elimistössä esiintyy pieniä ja herkkiä lämpötilan muutoksia koko päivän ajan, riippuen joistakin muuttujista, kuten vuorokausirytmistä, hormonisykliä, muiden fysiologisten näkökohtien joukosta..

Kuten mainittiin, kehon lämpötila järjestää suuren määrän fysiologisia prosesseja ja sen säätelyn menettäminen voi johtaa tuhoisiin olosuhteisiin sairastuneessa organismissa..

Molemmat lämpö äärimmäiset - sekä korkeat että matalat - vaikuttavat haitallisesti organismeihin. Hyvin korkeat lämpötilat, yli 42 ° C ihmisillä, vaikuttavat voimakkaasti proteiineihin ja edistävät niiden denaturoitumista. Lisäksi se vaikuttaa DNA-synteesiin. Myös elimet ja neuronit ovat vaurioituneet.

Samoin alle 27 ° C: n lämpötilat johtavat vakavaan hypotermiaan. Neuromuskulaarisen, kardiovaskulaarisen ja hengitystoiminnan muutoksilla on kuolemaan johtavia seurauksia.

Useat elimet vaikuttavat, kun termoregulointi ei toimi oikein. Niistä sydän, aivot, ruoansulatuskanava, keuhkot, munuaiset ja maksa.

viittaukset

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Yleisen patologian käsikirja. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., ja Harper, M. E. (2002). Kutsuttu arvostelu: proteiinien irrottaminen ja termoregulointi. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Reflexin aiheuttaman ihon vasodilataation ja vasokonstriktion mekanismit ja modifikaattorit ihmisillä. Sovelletun fysiologian lehti (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Verrattu eläinfysiologia: ympäristönäkökulma. Käännin.
  5. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M., ja Anderson, M. (2004). Eläinten fysiologia. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Nisäkäslämmön säätäminen. Amerikan yhdysvaltojen kansallinen tiedeakatemia, 114(8), 1765 - 1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Kehon lämpötilan keskushallinta. F1000Research, 5, F1000-tiedekunta Rev-880.