Dela med sig:
Termoreguleringsfysiologi, mekanismer, typer och förändringar
den termoreglering Det är processen som tillåter organismer att reglera temperaturen hos sina kroppar, modulera förlusten och värmeförstärkningen. I djurriket finns olika mekanismer för reglering av temperatur, både fysiologiska och etologiska.
Reglering av kroppstemperaturen är en grundläggande aktivitet för alla levande varelser, eftersom parametern är kritisk för kroppens homeostas och påverkar funktionaliteten hos enzymer och andra proteiner, membranfluiditet, jonflöde, bland annat..
I sin enklaste form aktiveras termoreguleringsnätverk med hjälp av en krets som integrerar ingångarna hos termoreceptorerna som ligger i huden, i visklinan, i hjärnan, bland andra.
Huvudmekanismerna inför dessa kalla eller värmestimuler innefattar kutan vasokonstriktion, vasodilation, värmeproduktion (termogenes) och svettning. Andra mekanismer inkluderar beteenden för att främja eller minska värmeförlusten.
index
- 1 Grundläggande begrepp: värme och temperatur
- 1.1 Temperatur
- 1,2 Värme
- 2 Typer: Termiska förhållanden mellan djur
- 2.1 Endoterm och ektoterm
- 2.2 Poikilotherm och homeotherm
- 2.3 Exempel
- 2.4 Alternering av rumslig och tidsmässig endotermi och ektotermi
- 3 Termoreguleringens fysiologi
- 4 Termoreguleringsmekanismer
- 4.1 Fysiologiska mekanismer
- 4.2 Etologiska mekanismer
- 5 Ändringar av termoregulering
- 6 referenser
Grundbegrepp: värme och temperatur
För att prata om termoregulering hos djur är det nödvändigt att känna till den exakta definitionen av termer som ofta förvirras bland eleverna.
Att förstå skillnaden mellan värme och temperatur är avgörande för att förstå värmebehandlingen av djur. Vi kommer att använda orubbliga kroppar för att illustrera skillnaden: Tänk på två metallbitar, 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 i varje block, kommer båda att vara vid 25 ° C, även om en är stor och en annan liten.
Om vi mäter mängden värme i varje block kommer resultatet mellan de två att vara olika. För att utföra denna uppgift måste vi flytta blocken till ett rum med absolut noll temperatur och kvantifiera hur mycket värme de ger av. I detta fall kommer värmeinnehållet att vara 10 gånger högre i den större metallkuben.
temperatur
Tack vare det föregående exemplet kan vi dra slutsatsen att temperaturen är densamma för både och oberoende av mängden materia för varje block. Temperaturen mäts som molekylernas rörelsehastighet eller intensitet.
I den biologiska litteraturen, när författarna nämner "kroppstemperatur" hänvisar de till temperaturen i kroppens centrala områden och de perifera områdena. Temperaturen i de centrala regionerna återspeglar temperaturen på kroppens "djupa" vävnader - hjärna, hjärta och lever.
Temperaturen i de perifera områdena å andra sidan påverkas av blodets passage till huden och mäts i händerna och fötternas händer.
hetta
I motsats - och återgår till blockens exempel - är värmen annorlunda i båda inerta kroppen och direkt proportionell mot mängden materia. Det är en form av energi och beror på antalet atomer och molekyler av ämnet i fråga.
Typer: Termiska förhållanden mellan djur
I djurfysiologi finns en rad termer och kategorier som används för att beskriva de termiska relationerna mellan organismer. Var och en av dessa djurgrupper har speciella anpassningar - fysiologiska, anatomiska eller anatomiska - som hjälper dem att behålla sin kroppstemperatur inom ett adekvat område.
I vardagen kallar vi de endoterma och homeoterma djuren "varmblodiga" och de poikilotermiska och ektotermala djuren som "kallblodiga"..
Endoterm och ektoterm
Den första termen är endothermy, används när djuret lyckas värma upp med den metaboliska produktionen av värme. Det motsatta konceptet är ectothermy, där djurets temperatur påläggs av omgivningen.
Vissa djur kan inte vara endoterma, för även om de producerar värme, gör de inte det tillräckligt snabbt för att hålla det.
Poikilotherm och homeotherm
Ett annat sätt att klassificera dem är enligt djurets termoregulering. Termen växelvarma det används för att hänvisa till djur med varierande kroppstemperaturer. I dessa fall är kroppstemperaturen hög i heta miljöer och det är lågt i kalla miljöer.
Ett poikiloterm djur kan självreglera sin temperatur med hjälp av beteende. Det vill säga genom att lokalisera i områden med hög solstrålning för att öka temperaturen eller gömma sig från strålningen för att minska den.
Begreppen poikilotherm och ectotherm refererar till i stort sett samma fenomen. Emellertid betonar växelvarma variationen i kroppstemperaturen, medan i ectotermo avser vikten av den omgivande temperaturen för att bestämma kroppstemperaturen.
Den motsatta termen för poikiloterm är homeoterm: termoregulering med fysiologiska medel - och inte bara tack vare utplaceringen av beteenden. De flesta endoterma djuren kan reglera sin temperatur.
exempel
fisk
Fisk är det perfekta exemplet på ektotermiska och poikilotermiska djur. I fallet med dessa ryggradssvimmare producerar deras vävnader inte värme genom metaboliska vägar och dessutom bestäms temperaturen hos fisken av temperaturen hos vattenkroppen där de simmar.
reptiler
Reptilerna uppvisar mycket markerade beteenden som gör det möjligt för dem att reglera (etologiskt) deras temperatur. Dessa djur letar efter varma områden - som perching på en het sten - för att öka temperaturen. Annars, där de vill minska det, kommer de att försöka gömma sig från strålningen.
Fåglar och däggdjur
Däggdjur och fåglar är exempel på endoterma och homeotermiska djur. Dessa metaboliskt producerar sin kroppstemperatur och reglerar det fysiologiskt. Vissa insekter uppvisar också detta fysiologiska mönster.
Förmågan att reglera temperaturen gav dessa två linjer av djur en fördel över sina poikilotermiska motsvarigheter, eftersom de kan upprätta en termisk jämvikt i sina celler och deras organ. Detta ledde till att processerna för näring, metabolism och utsöndring blev mer robusta och effektiva.
Människan behåller exempelvis sin temperatur vid 37 ° C, inom ett ganska smalt område - mellan 33,2 och 38,2 ° C. Att upprätthålla denna parameter är helt kritisk för artens överlevnad och förmedlar en serie fysiologiska processer i kroppen.
Alternering av rumslig och tidsmässig endotermi och ektotermi
Skillnaden mellan dessa fyra kategorier blir ofta förvirrande när vi undersöker fall av djur som kan växla mellan kategorier, antingen rumligt eller temporärt.
Den tidsmässiga variationen av termisk reglering kan exemplifieras av däggdjur som upplever perioder av viloläge. Dessa djur är vanligtvis hemotermiska under årstiderna när de inte är i viloläge och under viloläge kan de inte reglera kroppstemperaturen.
Spatial variation uppträder när djuret differentiellt reglerar temperaturen i kroppsregionerna. Humle och andra insekter kan reglera temperaturen i deras bröstkorgssegment och kan inte reglera resten av regionerna. Detta villkor för differentialreglering heter heterotermi.
Fysiologi av termoregulering
Liksom något system kräver den fysiologiska reglering av kroppstemperatur närvaron av ett afferent system, ett kontrollcenter och ett efferent system.
Det första systemet, den afferenta, är ansvarig för att fånga upp informationen med hjälp av de kutana receptorerna. Därefter sänds informationen till det termoregulatoriska centret genom blodet via neuralt.
Under normala förhållanden är kroppens organ som genererar värme hjärtat och levern. När kroppen gör fysiskt arbete (motion) är skelettmuskeln också en värmegenererande struktur.
Hypotalamus är det termoregulatoriska centret och uppgifterna är indelade i värmeförlust och vinst. Funktionszonen för att medla upphållet av värme ligger i hypotalamus bakre zon, medan förlusten medieras av den främre regionen. Detta organ fungerar som en termostat.
Kontroll av systemet uppträder dubbelt: positivt och negativt, medierat av hjärnans cortex. Effektresponserna är av beteendets typ eller medieras av det autonoma nervsystemet. Dessa två mekanismer kommer att studeras senare.
Termoreguleringsmekanismer
Fysiologiska mekanismer
Mekanismerna för att reglera temperaturen varierar mellan typen av stimulans som tas emot, det vill säga om det är en ökning eller minskning av temperaturen. Så vi kommer att använda denna parameter för att fastställa en klassificering av mekanismerna:
Reglering för höga temperaturer
För att uppnå reglering av kroppstemperatur mot värmestimuler måste kroppen främja förlusten av det. Det finns flera mekanismer:
vasodilatation
Hos människor är en av de mest slående egenskaperna hos hudcirkulationen det brett spektrum av blodkärl det har. Blodcirkulationen genom huden har egenskapen att variera enormt beroende på miljöförhållandena och förändring från hög till låg blodflöde.
Förmågan hos vasodilatation är avgörande för individens termoregulering. Det höga blodflödet under perioder med ökad temperatur gör det möjligt för kroppen att öka överföringen av värme, från kroppens kärna till ytan av huden, för att slutligen släppas ut.
När blodflödet ökar ökar blodvolymen i sin tur. Således överförs en större mängd blod från kärnan i kroppen till hudens yta, där värmeöverföringen sker. Blodet, nu kallare, överförs tillbaka till kärnan eller i mitten av kroppen.
svett
Tillsammans med vasodilatation är produktion av svett avgörande för termoregulering, eftersom det hjälper till att förlora överdriven värme. Faktum är att produktionen och efterföljande avdunstning av svett är huvudmekanismerna hos kroppen för att förlora värme. De agerar också under fysisk aktivitet.
Svett är en vätska som produceras av svettkörtlar som kallas eccrine, fördelat över hela kroppen i en betydande densitet. Avdunstningen av svett lyckas överföra kroppshett till miljön som vattenånga.
Reglering för låga temperaturer
I motsats till de mekanismer som nämns i föregående avsnitt, måste kroppen i värmefall och värmeproduktion 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 sträcka sig mycket i förklaringen. Kölden stimulerar sammandragning av de kutana kärlen, varigenom värmeavledning undviks.
piloerektion
Har du någonsin undrat varför "gåsstötar" dyker upp när vi står inför låga temperaturer? Det är en mekanism för att undvika värmeförlust som kallas piloerektion. Men som människor har relativt lite hår i kroppen, anses det vara ett dåligt rudimentärt system.
När höjden av varje hår inträffar ökar luftskiktet som kommer i kontakt med huden, vilket minskar luftens konvektion. Detta minskar värmeförlusten.
Värmeproduktion
Det mest intuitiva sättet att motverka låga temperaturer är genom produktion av värme. Detta kan ske på två sätt: genom skakning och icke-skakande termogenes.
I det första fallet producerar kroppen snabba och ofrivilliga muskelkontraktioner (det är därför du skakar när du är kall) som leder till produktion av värme. Skakande produktion är dyrt - energiskt sett - så kroppen kommer att ta hand om det om de ovan nämnda systemen misslyckas..
Den andra mekanismen är ledd av en vävnad som kallas brunt fett (eller brun fettvävnad, i engelsk litteratur sammanfattas det vanligen under akronymet BAT av brun fettvävnad).
Detta system ansvarar för avkoppling av produktionen av energi i ämnesomsättningen: i stället för att bilda ATP leder det till produktion av värme. Det är en särskilt viktig mekanism hos barn och små däggdjur, även om de senaste bevisen har noterat att det också är relevant för vuxna.
Etologiska mekanismer
De etologiska mekanismerna består av alla beteenden som uppvisas av djur för att reglera deras temperatur. Som vi nämnde i reptilernas exempel kan organismer placeras i en god miljö för att främja eller undvika värmeförlust.
Olika delar av hjärnan är inblandade i behandlingen av detta svar. Hos människor är dessa beteenden effektiva, även om de inte finjusteras som de fysiologiska.
Förändringar av termoregulering
Kroppen upplever små och känsliga temperaturförändringar under dagen, beroende på vissa variabler, såsom cirkadianrytmen, hormoncykeln, bland annat fysiologiska aspekter.
Som nämnts orkestrerar kroppstemperaturen ett stort antal fysiologiska processer och förlusten av reglering av den kan leda till förödande förhållanden inom den drabbade organismen.
Både termiska extremiteter - både höga och låga - påverkar organismerna negativt. Mycket höga temperaturer, över 42 ° C hos människor, påverkar starkt proteiner, främjar deras denaturering. Dessutom påverkas DNA-syntesen. Organs och neuroner är också skadade.
På liknande sätt leder temperaturer under 27 ° C till svår hypotermi. Förändringar i neuromuskulär, hjärt- och respiratorisk aktivitet har dödliga konsekvenser.
Multipla organ påverkas när termoreguleringen inte fungerar på rätt sätt. Bland dem är hjärtat, hjärnan, mag-tarmkanalen, lungorna, njurarna och levern.
referenser
- Arellano, J. L. P., och del Pozo, S. D. C. (2013). Handbok för allmän patologi. Elsevier.
- Argyropoulos, G., & Harper, M.E. (2002). Inbjuden granskning: urkoppling av proteiner och termoregulering. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
- Charkoudian N. (2010). Mekanismer och modifierare av reflexinducerad kutan vasodilation och vasokonstriktion hos människor. Journal of applied physiology (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
- Hill, R.W. (1979). Jämförd djurfysiologi: en miljöinriktning. Jag vände om.
- Hill, R.W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Djurfysiologi. Sinauer Associates.
- Liedtke W. B. (2017). Dekonstruera däggdjurstermoregulering. Förhandlingar vid National Academy of Sciences i USA, 114(8), 1765-1767.
- Morrison S. F. (2016). Central kontroll av kroppstemperatur. F1000Research, 5, F1000 Fakultet Rev-880.