Дял:
Физиология на терморегулацията, механизми, видове и изменения
на терморегулацията Това е процес, който позволява на организмите да регулират температурата на телата си, модулирайки загубата и печалбата на топлината. В животинското царство съществуват различни механизми за регулиране на температурата, както физиологични, така и етологични.
Регулирането на температурата на тялото е основна дейност за всяко живо същество, тъй като параметърът е от решаващо значение за хомеостазата на тялото и влияе върху функционалността на ензимите и другите протеини, мембранната течност, йонния поток и др..
В най-простата си форма, терморегулационните мрежи се активират с помощта на верига, която интегрира входовете на терморецепторите, разположени в кожата, във вътрешностите, в мозъка, между другото.
Основните механизми пред тези студени или топлинни стимули включват кожна вазоконстрикция, вазодилатация, производство на топлина (термогенеза) и изпотяване. Други механизми включват поведение за насърчаване или намаляване на топлинните загуби.
индекс
- 1 Основни понятия: топлина и температура
- 1.1 Температура
- 1.2 Топлина
- 2 Видове: термични отношения между животните
- 2.1 Ендотерма и ектотерма
- 2.2 Poikilotherm и homeotherm
- 2.3 Примери
- 2.4 Редуване на пространствена и времева ендотермия и ектотермия
- 3 Физиология на терморегулацията
- 4 Механизми за терморегулация
- 4.1 Физиологични механизми
- 4.2 Етологични механизми
- 5 Промени в терморегулацията
- 6 Препратки
Основни понятия: топлина и температура
За да се говори за терморегулация при животните, е необходимо да се знае точната дефиниция на понятията, които често объркват учениците.
Разбирането на разликата между топлината и температурата е от съществено значение за разбирането на термичната регулация на животните. Ще използваме неодушевени тела, за да илюстрираме разликата: помислете за два метални куба, единият е 10 пъти по-голям от другия.
Всеки от тези кубчета е в стая при температура от 25 ° С. Ако измерваме температурата на всеки блок, и двата ще бъдат при 25 ° C, въпреки че единият е голям и друг малък.
Сега, ако измерваме количеството топлина във всеки блок, резултатът между двете ще бъде различен. За да изпълним тази задача, трябва да преместим блоковете в стая с абсолютна нулева температура и да определим количеството топлина, която те отделят. В този случай съдържанието на топлина ще бъде 10 пъти по-високо в по-големия метален куб.
температура
Благодарение на предишния пример можем да заключим, че температурата е еднаква и за двете, независимо от количеството материя на всеки блок. Температурата се измерва като скорост или интензивност на движението на молекулите.
В биологичната литература, когато авторите споменават "телесна температура", те се отнасят до температурата на централните области на тялото и към периферните области. Температурата на централните области отразява температурата на "дълбоките" тъкани на тялото - мозък, сърце и черен дроб.
Температурата на периферните области, от друга страна, се влияе от преминаването на кръв към кожата и се измерва в кожата на ръцете и краката..
топлина
За разлика от тях - и връщане към примера на блоковете - топлината е различна и в двете инертни тела и пряко пропорционална на количеството материя. Той е форма на енергия и зависи от броя на атомите и молекулите на въпросното вещество.
Видове: термични връзки между животни
В физиологията на животните има редица термини и категории, използвани за описване на термичните връзки между организмите. Всяка от тези групи животни има специални адаптации - физиологични, анатомични или анатомични - които им помагат да поддържат телесната им температура в подходящ диапазон.
В ежедневието наричаме ендотермичните и хомеотермичните животни "топлокръвни", а пойкилотермичните и ектотермалните животни са "хладнокръвни"..
Ендотерма и ектотерма
Първият срок е ендотермия, използва се, когато животното успява да се затопли с метаболичното производство на топлина. Обратната концепция е ектотермията, където температурата на животното се налага от околната среда.
Някои животни не могат да бъдат ендотермични, защото въпреки че произвеждат топлина, те не го правят достатъчно бързо, за да я задържат.
Poikilotherm и homeotherm
Друг начин за класифицирането им е според терморегулацията на животното. Терминът poikilothermic използва се за означаване на животни с променливи телесни температури. В тези случаи, телесната температура е висока в горещи среди и е ниска в студена среда.
Пойкилотермното животно може саморегулира температурата си чрез поведение. Тоест чрез локализиране в зони с висока слънчева радиация за увеличаване на температурата или скриване от посочената радиация, за да се намали.
Термините poikilotherm и ectotherm се отнасят основно до едно и също явление. Въпреки това, poikilotherm подчертава променливостта на телесната температура, докато в ectotherm се отнася до значението на температурата на околната среда за определяне на телесната температура..
Обратният термин на poikilotherm е homeotherm: терморегулация от физиологични средства - и не само благодарение на разгръщането на поведението. Повечето ендотермични животни са способни да регулират температурата си.
Примери
риба
Рибите са идеалният пример за ектотермични и poikilothermic животни. В случая на тези плувци от гръбначни животни, техните тъкани не произвеждат топлина чрез метаболитни пътища и в допълнение, температурата на рибата се определя от температурата на водния обект, където плуват.
влечуги
Влечугите показват много изразено поведение, което им позволява да регулират (етологично) своята температура. Тези животни търсят топли райони - като кацане на горещ камък - за да повишат температурата. В противен случай, когато искат да го намалят, те ще се опитат да се скрият от радиацията.
Птици и бозайници
Бозайниците и птиците са примери за ендотермични и хомеотермични животни. Те метаболично произвеждат телесната си температура и я регулират физиологично. Някои насекоми също проявяват този физиологичен модел.
Способността да регулира температурата му дава предимство на тези две линии на животните пред пойкилотермичните им колеги, тъй като те могат да установят термично равновесие в клетките и техните органи. Това доведе до по-силен и ефективен процес на хранене, метаболизъм и екскреция.
Човекът например поддържа температурата си при 37 ° С, в доста тесен диапазон - между 33,2 и 38,2 ° С. Поддържането на този параметър е напълно критично за оцеляването на вида и посредничи поредица от физиологични процеси в организма.
Редуване на пространствена и времева ендотермия и ектотермия
Разграничението между тези четири категории често става объркващо, когато разглеждаме случаи на животни, които са в състояние да се редуват между категориите, или пространствено, или временно..
Временното изменение на термичното регулиране може да бъде илюстрирано от бозайници, които преживяват периоди на хибернация. Тези животни обикновено са хомеотермични през сезоните на годината, когато не спят зимен сън и по време на хибернация не могат да регулират телесната си температура..
Пространственото изменение настъпва, когато животното диференциално регулира температурата в областта на тялото. Bumblebees и други насекоми могат да регулират температурата на своите гръдни сегменти и не могат да регулират останалите региони. Това условие за диференцирано регулиране се нарича хетеротермия.
Физиология на терморегулацията
Както всяка система, физиологичната регулация на телесната температура изисква наличието на аферентна система, контролен център и еферентна система.
Първата система, аферентната, отговаря за улавянето на информацията с помощта на кожните рецептори. Впоследствие, информацията се предава към центъра за терморегулация през кръвта чрез нервна.
При нормални условия органите на тялото, които генерират топлина, са сърцето и черния дроб. Когато тялото върши физическа работа (упражнение), скелетният мускул е също и структура, генерираща топлина.
Хипоталамусът е терморегулаторен център и задачите се разделят на топлинна загуба и печалба. Функционалната зона за медиация на поддържането на топлина се намира в задната зона на хипоталамуса, докато загубата се медиира от предната област. Този орган работи като термостат.
Контролът на системата се осъществява двойно: положително и отрицателно, медиирано от кората на мозъка. Ефекторните отговори са поведенчески тип или медиирани от автономната нервна система. Тези два механизма ще бъдат проучени по-късно.
Механизми за терморегулация
Физиологични механизми
Механизмите за регулиране на температурата варират между типа на полученото стимулиране, т.е. дали това е повишаване или намаляване на температурата. Така че ще използваме този параметър, за да установим класификация на механизмите:
Регулация за високи температури
За да се постигне регулиране на телесната температура срещу топлинни дразнители, тялото трябва да насърчава загубата му. Има няколко механизма:
вазодилатация
При хората, една от най-забележителните характеристики на кожното кръвообращение е широката гама от кръвоносните съдове, които има. Кръвообращението през кожата има свойството да варира значително в зависимост от условията на околната среда и промяната от високо към ниско кръвно течение.
Способността на вазодилатацията е решаваща за терморегулацията на индивидите. Високият поток на кръв по време на периоди на повишена температура позволява на тялото да увеличи предаването на топлина, от сърцевината на тялото до повърхността на кожата, за да се разсее накрая.
Когато кръвообращението се увеличава, кръвният обем се увеличава. По този начин, по-голямо количество кръв се прехвърля от сърцевината на тялото към повърхността на кожата, където се осъществява топлопредаване. Кръвта, сега по-хладна, се прехвърля обратно в ядрото или центъра на тялото.
пот
Заедно с вазодилатацията, производството на пот е от решаващо значение за терморегулацията, тъй като спомага за разсейването на прекомерна топлина. В действителност, производството и последващото изпаряване на пот са основните механизми на тялото да губи топлина. Те действат и по време на физическа активност.
Потта е течност, произведена от потни жлези, наречена еккрина, разпределена в цялото тяло в значителна плътност..
Регулация за ниски температури
За разлика от механизмите, споменати в предишния раздел, в ситуации на спад на температурата, тялото трябва да насърчава опазването и производството на топлина по следния начин:
вазоконстрикция
Тази система следва противоположната логика, описана във вазодилатацията, така че в обяснението няма да се простираме много. Студът стимулира свиването на кожните съдове, като по този начин се избягва разсейването на топлината.
пилоерекция
Чудили ли сте се някога защо се появяват "гъши натъртвания", когато сме изправени пред ниски температури? Това е механизъм за избягване на загубата на топлина, наречена пилоерекция. Обаче, тъй като хората имат сравнително малко коса в нашето тяло, то се смята за слабо рудиментарна система.
При настъпване на всяка коса се повишава слоят въздух, който влиза в контакт с кожата, което намалява конвекцията на въздуха. Това намалява загубата на топлина.
Производство на топлина
Най-интуитивният начин за противодействие на ниските температури е чрез производството на топлина. Това може да се осъществи по два начина: чрез треперене и без треперене термогенеза.
В първия случай тялото произвежда бързи и неволни мускулни контракции (затова треперите, когато сте студени), което води до производството на топлина. Треперенето на производството е скъпо - енергично казано - така че тялото ще прибегне до него, ако гореспоменатите системи се провалят..
Вторият механизъм се води от тъкан, наречена кафява мазнина (или кафява мастна тъкан, в английската литература тя обикновено е обобщена под акронима BAT от кафява мастна тъкан).
Тази система е отговорна за отделянето на производството на енергия в метаболизма: вместо да се образува АТФ, то води до производството на топлина. Той е особено важен механизъм при деца и при дребни бозайници, въпреки че най-новите данни показват, че той е важен и при възрастни.
Етологични механизми
Етологичните механизми се състоят от всички поведения, които животните показват, за да регулират тяхната температура. Както споменахме в примера за влечуги, организмите могат да бъдат поставени в благоприятна среда, за да се насърчи или да се избегне загубата на топлина.
Различни части на мозъка участват в обработката на този отговор. При хората тези поведения са ефективни, въпреки че не са фино регулирани като физиологични.
Промени в терморегулацията
Тялото изпитва малки и деликатни промени на температурата през целия ден, в зависимост от някои променливи, като циркадния ритъм, хормоналния цикъл, както и други физиологични аспекти.
Както бе споменато, телесната температура организира широк спектър от физиологични процеси и загубата на регулация може да доведе до опустошителни състояния в засегнатия организъм..
И двете термични крайности - високи и ниски - влияят негативно върху организмите. Много високи температури, над 42 ° С при хората, силно въздействат на протеините, насърчавайки денатурацията им. Освен това е засегнат ДНК синтез. Органите и невроните също са повредени.
По същия начин, температурите под 27 ° С водят до тежка хипотермия. Промените в нервно-мускулната, сърдечно-съдовата и дихателната дейност имат фатални последици.
Няколко органа са засегнати, когато терморегулацията не работи по правилния начин. Сред тях, сърцето, мозъка, стомашно-чревния тракт, белите дробове, бъбреците и черния дроб.
препратки
- Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Ръководство за обща патология. Elsevier.
- Argyropoulos, G., & Harper, M.E. (2002). Поканен преглед: разцепващи се протеини и терморегулация. Вестник по приложна физиология, 92(5), 2187-2198.
- Charkoudian N. (2010). Механизми и модификатори на рефлекс индуцират кожна вазодилатация и вазоконстрикция при хора. Вестник по приложна физиология (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
- Хил, Р. У. (1979). В сравнение с физиологията на животните: екологичен подход. Обърнах се обратно.
- Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M.. Физиология на животните. Sinauer Associates.
- Liedtke W. B. (2017). Деконструиране на терморегулацията на бозайници. Известия на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 114(8), 1765-1767.
- Morrison S.F. (2016). Централен контрол на телесната температура. F1000Research, 5, F1000 Факултет Rev-880.