Fyziologie termoregulace, mechanismy, typy a alterace

3151
Robert Johnston

The termoregulace je to proces, který umožňuje organizmům regulovat teplotu jejich těl a moduluje ztráty a přírůstky tepla. V živočišné říši existují různé mechanismy regulace teploty, fyziologické i etologické.

Regulace tělesné teploty je základní činností každé živé bytosti, protože tento parametr je rozhodující pro homeostázu těla a ovlivňuje mimo jiné funkčnost enzymů a dalších bílkovin, tekutost membrány, tok iontů..

Savci jsou homeotermní a endotermní. Zdroj: Alan Wilson [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Ve své nejjednodušší formě jsou termoregulační sítě aktivovány pomocí obvodu, který integruje mimo jiné vstupy termoreceptorů umístěných v kůži, ve vnitřnostech, v mozku..

Mezi hlavní mechanismy těchto horkých nebo chladných stimulů patří kožní vazokonstrikce, vazodilatace, tvorba tepla (termogeneze) a pocení. Mezi další mechanismy patří chování na podporu nebo snížení tepelných ztrát.

Rejstřík článků

  • 1 Základy: teplo a teplota
    • 1.1 Teplota
    • 1.2 Teplo
  • 2 typy: tepelné vztahy mezi zvířaty
    • 2.1 Endoterma a ektoterma
    • 2.2 Poikilotherm a homeotherm
    • 2.3 Příklady
    • 2.4 Prostorové a časové střídání endotermie a ektotermie
  • 3 Fyziologie termoregulace
  • 4 Mechanismy termoregulace
    • 4.1 Fyziologické mechanismy
    • 4.2 Etologické mechanismy
  • 5 Změny v termoregulaci
  • 6 Reference

Základy: teplo a teplota

Mluvit o termoregulaci u zvířat je nutné znát přesnou definici pojmů, které jsou mezi studenty často matoucí.

Pochopení rozdílu mezi teplem a teplotou je zásadní pro pochopení tepelné regulace zvířat. K ilustraci rozdílu použijeme neživá těla: uvažujme o dvou kostkách kovu, jedna je desetkrát větší než druhá.

Každá z těchto kostek je v místnosti při teplotě 25 ° C. Pokud změříme teplotu každého bloku, oba budou mít 25 ° C, i když jeden je velký a druhý malý.

Nyní, když změříme množství tepla v každém bloku, bude výsledek mezi těmito dvěma odlišný. K provedení tohoto úkolu musíme bloky přesunout do místnosti s teplotou absolutní nuly a kvantifikovat množství tepla, které vydávají. V tomto případě bude obsah tepla v největší kovové kostce 10krát vyšší..

Teplota

Díky předchozímu příkladu můžeme dojít k závěru, že teplota je pro oba stejná a nezávislá na množství hmoty v každém bloku. Teplota se měří jako rychlost nebo intenzita pohybu molekul.

Když se v biologické literatuře autoři zmíní o „tělesné teplotě“, budou odkazovat na teplotu v centrální a periferní oblasti těla. Teplota centrálních oblastí odráží teplotu „hlubokých“ tkání těla - mozku, srdce a jater..

Teplota v periferních oblastech je naproti tomu ovlivněna průchodem krve do kůže a měří se v kůži rukou a nohou..

Horký

Naproti tomu - a vracíme se k příkladu bloků - je teplo v obou inertních tělesech odlišné a přímo úměrné množství hmoty. Je to forma energie a závisí na počtu atomů a molekul dané látky..

Druhy: tepelné vztahy mezi zvířaty

Ve fyziologii zvířat existuje řada termínů a kategorií používaných k popisu tepelných vztahů mezi organismy. Každá z těchto skupin zvířat má speciální úpravy - fyziologické, anatomické nebo anatomické - které jim pomáhají udržovat jejich tělesnou teplotu ve vhodném rozmezí..

V každodenním životě nazýváme endotermická a homeotermická zvířata jako „teplokrevná“ a poikilotermická a ektotermická zvířata jako „chladnokrevná“..

Endoterma a ektoterma

První termín je endotermický, používá se, když se zvíře dokáže zahřát zprostředkováním metabolické produkce tepla. Opačný koncept je ectothermy, kde je teplota zvířete diktována okolním prostředím.

Některá zvířata nejsou schopna být endotermní, protože i když produkují teplo, nedělají to dostatečně rychle, aby ho udrželi.

Poikilotermické a homeotermické

Další způsob, jak je klasifikovat, je podle termoregulace zvířete. Termín poikilothermic Používá se k označení zvířat s různými tělesnými teplotami. V těchto případech je teplota těla vysoká v horkém prostředí a nízká v chladném prostředí..

Poikilotermní zvíře může samovolně regulovat svou teplotu chováním. To znamená, že umístění v oblastech s vysokým slunečním zářením ke zvýšení teploty nebo skrytí před uvedeným zářením k jejímu snížení..

Termíny poikilotherm a ectotherm označují v podstatě stejný jev. Poikilotherm však zdůrazňuje variabilitu tělesné teploty, zatímco ectotherm odkazuje na důležitost teploty prostředí pro stanovení tělesné teploty..

Opačný termín pro poikilotherm je homeotermický: termoregulace fyziologickými prostředky - a to nejen díky zobrazení chování. Většina endotermních zvířat je schopna regulovat svou teplotu.

Příklady

Ryby

Ryby jsou dokonalým příkladem ectothermic a poikilothermic zvířat. V případě těchto plaveckých obratlovců jejich tkáně neprodukují teplo metabolickými cestami a kromě toho je teplota ryb určena teplotou vodního útvaru, kde plavou..

Plazi

Plazi vykazují velmi výrazné chování, které jim umožňuje regulovat (etologicky) jejich teplotu. Tato zvířata hledají teplé oblasti - jako například posazené na horkém kameni -, aby zvýšily teplotu. Jinak se tam, kde to chtějí snížit, budou snažit skrýt se před zářením.

Ptáci a savci

Savci a ptáci jsou příklady endotermních a homeotermických zvířat. Ty metabolicky produkují vaši tělesnou teplotu a regulují ji fyziologicky. Některý hmyz také vykazuje tento fyziologický vzorec..

Schopnost regulovat jejich teplotu poskytla těmto dvěma zvířecím liniím výhodu oproti jejich poikilotermickým protějškům, protože mohou ve svých buňkách a orgánech nastolit tepelnou rovnováhu. To vedlo k robustnějším a efektivnějším procesům výživy, metabolismu a vylučování..

Lidská bytost například udržuje svoji teplotu na 37 ° C v poměrně úzkém rozmezí - mezi 33,2 a 38,2 ° C. Udržování tohoto parametru je zcela zásadní pro přežití druhu a zprostředkovává řadu fyziologických procesů v těle..

Prostorové a časové střídání endotermie a ektotermie

Rozdíl mezi těmito čtyřmi kategoriemi je často zaměňován, když zkoumáme případy zvířat, která jsou schopna střídat tyto kategorie, ať už prostorově nebo časově..

Časovou variaci tepelné regulace lze doložit příkladem u savců, kteří procházejí obdobími hibernace. Tato zvířata jsou obecně homeotermická v ročních obdobích, kdy nejsou hibernace a během hibernace nejsou schopna regulovat svou tělesnou teplotu..

Prostorová variace nastává, když zvíře odlišně reguluje teplotu v oblastech těla. Čmeláci a další hmyz mohou regulovat teplotu svých hrudních segmentů a nejsou schopni regulovat zbytek oblastí. Tato podmínka diferenciální regulace se nazývá heterotermie..

Fyziologie termoregulace

Jako každý systém vyžaduje fyziologická regulace tělesné teploty přítomnost aferentního systému, řídicího centra a eferentního systému..

První systém, aferentní, je zodpovědný za zachycování informací prostřednictvím kožních receptorů. Následně je informace nervově přenášena do termoregulačního centra krví.

Za normálních podmínek jsou tělními orgány, které generují teplo, srdce a játra. Když tělo dělá fyzickou práci (cvičení), kosterní sval je také struktura generující teplo.

Hypotalamus je termoregulační centrum a úkoly jsou rozděleny na tepelné ztráty a tepelný zisk. Funkční zóna zprostředkující udržování tepla se nachází v zadní zóně hypotalamu, zatímco ztráta je zprostředkována přední oblastí. Tento orgán funguje jako termostat.

Ovládání systému probíhá dvěma způsoby: pozitivní a negativní, zprostředkované mozkovou kůrou. Efektorové reakce jsou buď behaviorální, nebo zprostředkované autonomním nervovým systémem. Tyto dva mechanismy budou studovány později..

Termoregulační mechanismy

Fyziologické mechanismy

Mechanismy pro regulaci teploty se liší mezi typem přijatého stimulu, to znamená, zda se jedná o zvýšení nebo snížení teploty. Tento parametr tedy použijeme k vytvoření klasifikace mechanismů:

Regulace pro vysoké teploty

K dosažení regulace tělesné teploty tváří v tvář tepelným stimulům musí tělo podporovat její ztrátu. Existuje několik mechanismů:

Vazodilatace

U lidí je jednou z nejvýraznějších charakteristik oběhu kůže široká škála krevních cév, které má. Krevní oběh kůží má tu vlastnost, že se enormně mění v závislosti na podmínkách prostředí a mění se z vysokého na nízký průtok krve..

Schopnost vazodilatace je zásadní při termoregulaci jednotlivců. Vysoký průtok krve během období zvýšené teploty umožňuje tělu zvýšit přenos tepla z jádra těla na povrch kůže, aby se nakonec rozptýlilo.

Když se zvýší průtok krve, objem kůže se zase zvětší. Větší množství krve se tak přenáší z jádra těla na povrch kůže, kde dochází k přenosu tepla. Krev, nyní chladnější, se přenáší zpět do jádra nebo středu těla.

Potit se

Spolu s vazodilatací je produkce potu zásadní pro termoregulaci, protože pomáhá odvádět přebytečné teplo. Produkce a následné odpařování potu jsou ve skutečnosti hlavními mechanismy těla ke ztrátě tepla. Působí také při fyzické aktivitě.

Pot je tekutina produkovaná potními žlázami zvaná ekrin, distribuovaná po celém těle ve značné hustotě. Odpařování potu přenáší teplo z těla do prostředí jako vodní pára.

Regulace pro nízké teploty

Na rozdíl od mechanismů zmíněných v předchozí části musí tělo v situacích s nízkou teplotou podporovat ochranu a produkci tepla následujícím způsobem:

Vazokonstrikce

Tento systém se řídí opačnou logikou popsanou ve vazodilataci, takže nebudeme podrobněji vysvětlovat. Chlad stimuluje kontrakce kožních cév, čímž se zabrání odvodu tepla.  

Piloerekce

Přemýšleli jste někdy, proč se objevují „husí kůže“, když jsme před nízkými teplotami? Jedná se o mechanismus k prevenci tepelných ztrát nazývaný piloerekce. Protože však lidé mají na našem těle relativně málo vlasů, považuje se to za neúčinný a základní systém..

Když dojde ke zvýšení každého vlasu, zvýší se vrstva vzduchu, který přichází do styku s pokožkou, což snižuje jeho proudění. To snižuje tepelné ztráty.

Výroba tepla

Nejintuitivnějším způsobem, jak čelit nízkým teplotám, je výroba tepla. K tomu může dojít dvěma způsoby: třesoucí se a třesoucí se termogenezí.

V prvním případě tělo produkuje rychlé a nedobrovolné svalové kontrakce (proto se třesete, když vám je zima), které vedou k produkci tepla. Třesoucí se produkce je nákladná - energeticky vzato - takže se na ni tělo vrátí, pokud výše uvedené systémy selžou..

Druhý mechanismus je veden tkání zvaným hnědý tuk (nebo hnědá tuková tkáň, v anglické literatuře je obvykle shrnuta pod zkratkou BAT hnědá tuková tkáň).

Tento systém je odpovědný za oddělení produkce energie v metabolismu: místo tvorby ATP vede k produkci tepla. Jedná se o zvláště důležitý mechanismus u dětí a drobných savců, i když novější důkazy poukazují na to, že jsou relevantní i pro dospělé.

Etologické mechanismy

Etologické mechanismy se skládají ze všeho chování, které zvířata projevují k regulaci jejich teploty. Jak jsme zmínili v příkladu plazů, organismy lze umístit do správného prostředí, aby podporovaly nebo předcházely tepelným ztrátám.

Na zpracování této odpovědi se podílejí různé části mozku. U lidí je toto chování účinné, i když není jemně regulováno jako fyziologické.

Poruchy termoregulace

Tělo zažívá malé a jemné změny teploty po celý den, v závislosti na některých proměnných, jako je například cirkadiánní rytmus, hormonální cyklus a další fyziologické aspekty..

Jak jsme již zmínili, tělesná teplota organizuje obrovské množství fyziologických procesů a její ztráta regulace může vést k devastujícím podmínkám v postiženém organismu..

Oba teplotní extrémy - vysoké i nízké - negativně ovlivňují organismy. Velmi vysoké teploty, nad 42 ° C u lidí, ovlivňují proteiny velmi výrazně a podporují jejich denaturaci. Kromě toho je ovlivněna syntéza DNA. Poškozeny jsou také orgány a neurony.

Podobně vedou teploty pod 27 ° C k prudkému podchlazení. Změny v nervosvalové, kardiovaskulární a respirační aktivitě mají fatální následky.

Pokud termoregulace nefunguje správným způsobem, je ovlivněno více orgánů. Patří mezi ně srdce, mozek, gastrointestinální trakt, plíce, ledviny a játra..

Reference

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Manuál obecné patologie. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., a Harper, M. E. (2002). Pozvaná recenze: odpojení proteinů a termoregulace. Journal of Applied Physiology92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mechanismy a modifikátory reflexní kožní vazodilatace a vazokonstrikce u lidí. Časopis aplikované fyziologie (Bethesda, Md .: 1985)109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Srovnávací fyziologie zvířat: přístup k životnímu prostředí. Obráceně.
  5. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M. a Anderson, M. (2004). Fyziologie zvířat. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Dekonstrukce termoregulace savců. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Centrální regulace tělesné teploty. F1000Výzkum5, F1000 Faculty Rev-880.

Zatím žádné komentáře