Φυσιολογία της θερμορύθμισης, μηχανισμοί, τύποι και αλλοιώσεις

Το θερμορύθμιση Είναι η διαδικασία που επιτρέπει στους οργανισμούς να ρυθμίζουν τη θερμοκρασία του σώματός τους, διαμορφώνοντας την απώλεια και την αύξηση της θερμότητας. Στο ζωικό βασίλειο υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί ρύθμισης της θερμοκρασίας, τόσο φυσιολογικοί όσο και ηθολογικοί.

Ρυθμίσει τη θερμοκρασία του σώματος είναι μια βασική δραστηριότητα για οποιοδήποτε έμβιο ον, επειδή η παράμετρος είναι κρίσιμη για την ομοιόσταση του σώματος και να επηρεάσει τη λειτουργικότητα των ενζύμων και άλλων πρωτεϊνών, ρευστότητα της μεμβράνης, η ροή των ιόντων, συμπεριλαμβανομένων.

Στην απλούστερη μορφή της, τα δίκτυα θερμορύθμισης ενεργοποιείται από ένα κύκλωμα που ενσωματώνει τις εισόδους του thermoreceptor που βρίσκεται στο δέρμα, σπλάχνα, εγκέφαλος, κλπ.

Οι κύριοι μηχανισμοί απέναντι σε αυτά τα ψυχρά ή θερμικά ερεθίσματα περιλαμβάνουν δερματική αγγειοσυστολή, αγγειοδιαστολή, παραγωγή θερμότητας (θερμογένεση) και εφίδρωση. Άλλοι μηχανισμοί περιλαμβάνουν συμπεριφορές για την προώθηση ή τη μείωση της απώλειας θερμότητας.

Ευρετήριο

• 1 Βασικές έννοιες: θερμότητα και θερμοκρασία
  • 1.1 Θερμοκρασία
  • 1.2 Θερμότητα
• 2 Τύποι: θερμικές σχέσεις μεταξύ ζώων
  • 2.1 Ενδοθερμία και εκτοθέρμανση
  • 2.2 Ποικιλτερμ και εσωτερικοθερμ
  • 2.3 Παραδείγματα
  • 2.4 Εναλλαγή της χωρικής και χρονικής ενδοθερμίας και της εκτοθερμίας
• 3 Φυσιολογία της θερμορύθμισης
• 4 Μηχανισμοί θερμορύθμισης
  • 4.1 Φυσιολογικοί μηχανισμοί
  • 4.2 Αιθολογικοί μηχανισμοί
• 5 Μεταβολές της θερμορύθμισης
• 6 Αναφορές

Βασικές έννοιες: θερμότητα και θερμοκρασία

Για να μιλήσουμε για τη θερμορύθμιση στα ζώα, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τον ακριβή ορισμό των όρων που συχνά προκαλούν σύγχυση στους μαθητές.

Η κατανόηση της διαφοράς μεταξύ θερμότητας και θερμοκρασίας είναι απαραίτητη για την κατανόηση της θερμικής ρύθμισης των ζώων. Θα χρησιμοποιήσουμε άψυχα σώματα για να δείξουμε τη διαφορά: σκεφτείτε δύο μεταλλικούς κύβους, ένα είναι 10 φορές μεγαλύτερο από το άλλο.

Κάθε ένας από αυτούς τους κύβους είναι σε ένα δωμάτιο σε θερμοκρασία 25 ° C. Αν μετρήσουμε τη θερμοκρασία κάθε μπλοκ, και οι δύο θα είναι στους 25 ° C, αν και το ένα είναι μεγάλο και ένα άλλο μικρό.

Τώρα, αν μετρήσουμε την ποσότητα θερμότητας σε κάθε μπλοκ, το αποτέλεσμα μεταξύ των δύο θα είναι διαφορετικό. Για να εκτελέσουμε αυτό το έργο, πρέπει να μετακινήσουμε τα μπλοκ σε ένα δωμάτιο με απόλυτη μηδενική θερμοκρασία και να ποσοτικοποιήσουμε την ποσότητα θερμότητας που δίνουν. Σε αυτή την περίπτωση, το θερμικό περιεχόμενο θα είναι 10 φορές υψηλότερο στον μεγαλύτερο μεταλλικό κύβο.

Θερμοκρασία

Χάρη στο προηγούμενο παράδειγμα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η θερμοκρασία είναι η ίδια και για τις δύο και ανεξάρτητα από την ποσότητα της ύλης κάθε μπλοκ. Η θερμοκρασία μετράται ως η ταχύτητα ή η ένταση της κίνησης των μορίων.

Στη βιολογική βιβλιογραφία, όταν οι συγγραφείς αναφέρουν τη "θερμοκρασία του σώματος", αναφέρονται στη θερμοκρασία των κεντρικών περιοχών του σώματος και στις περιφερειακές περιοχές. Η θερμοκρασία των κεντρικών περιοχών αντανακλά τη θερμοκρασία των "βαθιών" ιστών του σώματος - του εγκεφάλου, της καρδιάς και του ήπατος.

Η θερμοκρασία των περιφερικών περιοχών, από την άλλη πλευρά, επηρεάζεται από το πέρασμα του αίματος στο δέρμα και μετριέται στο δέρμα των χεριών και των ποδιών.

Θερμό

Αντίθετα - και επιστρέφοντας στο παράδειγμα των μπλοκ - η θερμότητα είναι διαφορετική και στα δύο αδρανή σώματα και είναι άμεσα ανάλογη με την ποσότητα της ύλης. Είναι μια μορφή ενέργειας και εξαρτάται από τον αριθμό των ατόμων και των μορίων της εν λόγω ουσίας.

Τύποι: θερμικές σχέσεις μεταξύ ζώων

Στη φυσιολογία των ζώων υπάρχει μια σειρά όρων και κατηγοριών που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις θερμικές σχέσεις μεταξύ των οργανισμών. Κάθε μία από αυτές τις ομάδες ζώων έχει ειδικές προσαρμογές - φυσιολογικές, ανατομικές ή ανατομικές - που τους βοηθά να διατηρούν τη θερμοκρασία του σώματος τους σε επαρκές εύρος.

Στην καθημερινή ζωή, καλούμε ενδόθερμες και τα θερμόαιμα ζώα, όπως «θερμόαιμων», και ποικιλόθερμες και ectotermo ζώα ως «εν ψυχρώ».

Endotherm και ectotherm

Ο πρώτος όρος είναι endothermy, όταν το ζώο καταφέρνει να ζεσταθεί με τη μεταβολική παραγωγή θερμότητας. Η αντίθετη έννοια είναι η ectothermia, όπου η θερμοκρασία του ζώου επιβάλλεται από το περιβάλλον περιβάλλον.

Ορισμένα ζώα δεν μπορούν να είναι ενδοθερμικά, διότι αν και παράγουν θερμότητα, δεν το κάνουν αρκετά γρήγορα για να τα κρατήσουν.

Poikilotherm και homeotherm

Ένας άλλος τρόπος ταξινόμησης αυτών είναι σύμφωνα με τη θερμορύθμιση του ζώου. Ο όρος poikilotherm χρησιμοποιείται για να αναφέρεται σε ζώα με μεταβλητές θερμοκρασίες σώματος. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η θερμοκρασία του σώματος είναι υψηλή σε θερμά περιβάλλοντα και είναι χαμηλή σε ψυχρά περιβάλλοντα.

Ένα ζώο poikilotherm μπορεί να αυτορυθμίσει τη θερμοκρασία του μέσω συμπεριφοράς. Δηλαδή, τοποθετώντας σε περιοχές με υψηλή ηλιακή ακτινοβολία την αύξηση της θερμοκρασίας ή την απόκρυψη από την εν λόγω ακτινοβολία για να την μειώσετε.

Οι όροι poikilotherm και ectotherm αναφέρονται ουσιαστικά στο ίδιο φαινόμενο. Ωστόσο, το poikilotherm δίνει έμφαση στη μεταβλητότητα της θερμοκρασίας του σώματος, ενώ στο ectotherm αναφέρεται στη σημασία της θερμοκρασίας περιβάλλοντος για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του σώματος.

Ο αντίθετος όρος για poikilotherm είναι homeotherm: η θερμορύθμιση με φυσιολογικά μέσα - και όχι μόνο χάρη στην ανάπτυξη των συμπεριφορών. Τα περισσότερα ενδοθερμικά ζώα είναι σε θέση να ρυθμίζουν τη θερμοκρασία τους.

Παραδείγματα

Ψάρια

Τα ψάρια αποτελούν το τέλειο παράδειγμα εξωθερμικών και ποικιλλομετρικών ζώων. Στην περίπτωση αυτών των κολυμβητών σπονδυλωτών, οι ιστοί τους δεν παράγουν θερμότητα μέσω μεταβολικών οδών και επιπλέον η θερμοκρασία των ψαριών καθορίζεται από τη θερμοκρασία του σώματος του νερού όπου κολυμπούν.

Ερπετά

Τα ερπετά παρουσιάζουν πολύ έντονες συμπεριφορές που τους επιτρέπουν να ρυθμίζουν (αιθολογικά) τη θερμοκρασία τους. Αυτά τα ζώα ψάχνουν για ζεστές περιοχές - όπως η βρύση σε μια θερμή πέτρα - για να αυξήσουν τη θερμοκρασία. Διαφορετικά, όπου επιθυμούν να το μειώσουν, θα προσπαθήσουν να κρυφτούν από την ακτινοβολία.

Πουλιά και θηλαστικά

Τα θηλαστικά και τα πτηνά είναι παραδείγματα ενδοθερμικών και ομοθερμικών ζώων. Αυτά παράγουν μεταβολικά τη θερμοκρασία του σώματος και ρυθμίζουν φυσιολογικά. Ορισμένα έντομα παρουσιάζουν επίσης αυτό το φυσιολογικό πρότυπο.

Η ικανότητα να ρυθμίζει τη θερμοκρασία του απονεμηθεί αυτές τις δύο γραμμώσεις των ζώων ένα πλεονέκτημα έναντι poiquilotermos ομολόγους, δεδομένου ότι μπορεί να δημιουργήσει μια θερμική ισορροπία στα κύτταρα και τα όργανά τους. Αυτό οδήγησε στις διαδικασίες της διατροφής, του μεταβολισμού και της απέκκρισης να γίνει πιο ισχυρή και αποτελεσματική.

Ο άνθρωπος, για παράδειγμα, διατηρεί τη θερμοκρασία του στους 37 ° C, μέσα σε ένα αρκετά στενό εύρος - μεταξύ 33,2 και 38,2 ° C Η διατήρηση αυτής της παραμέτρου είναι απολύτως κρίσιμη για την επιβίωση του είδους και προκαλεί μια σειρά φυσιολογικών διεργασιών στο σώμα.

Εναλλαγή της χωρικής και χρονικής ενδοθερμίας και της εκτοθερμίας

Η διάκριση μεταξύ αυτών των τεσσάρων κατηγοριών συχνά γίνεται σύγχυση όταν εξετάζουμε περιπτώσεις ζώων που είναι ικανά να εναλλάσσονται μεταξύ κατηγοριών, είτε χωρικά είτε χρονικά.

Η χρονική μεταβολή της θερμικής ρύθμισης μπορεί να παραδειγματοποιηθεί από θηλαστικά που βιώνουν περιόδους χειμερίας νάρκης. Αυτά τα ζώα είναι συνήθως ομοττοθερμικά κατά τις εποχές του έτους, όταν δεν είναι χειμερινοί και κατά την αδρανοποίηση δεν είναι σε θέση να ρυθμίσουν τη θερμοκρασία του σώματος τους.

Η χωρική διακύμανση συμβαίνει όταν το ζώο ρυθμίζει διαφορετικά τη θερμοκρασία στις περιοχές του σώματος. Τα μέλισσα και άλλα έντομα μπορούν να ρυθμίσουν τη θερμοκρασία των θωρακικών τους τμημάτων και δεν είναι σε θέση να ρυθμίσουν τις υπόλοιπες περιοχές. Αυτή η συνθήκη διαφορικής ρύθμισης ονομάζεται ετεροθερμία.

Φυσιολογία της θερμορύθμισης

Όπως κάθε σύστημα, η φυσιολογική ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος απαιτεί την ύπαρξη ενός προσαγωγού συστήματος, ενός κέντρου ελέγχου και ενός συστήματος εξαναγκασμού.

Το πρώτο σύστημα, το συνδεδεμένο, είναι υπεύθυνο για την καταγραφή των πληροφοριών μέσω των δερματικών υποδοχέων. Στη συνέχεια, οι πληροφορίες μεταδίδονται στο κέντρο της θερμορύθμισης μέσω του αίματος μέσω νευρικών.

Υπό κανονικές συνθήκες, τα όργανα του σώματος που παράγουν θερμότητα είναι η καρδιά και το συκώτι. Όταν το σώμα κάνει σωματική εργασία (άσκηση), ο σκελετικός μυς είναι επίσης μια δομή παραγωγής θερμότητας.

Ο υποθάλαμος είναι το θερμορυθμιστικό κέντρο και τα καθήκοντα χωρίζονται σε απώλεια θερμότητας και κέρδος. Η λειτουργική ζώνη για τη μεσολάβηση της διατήρησης της θερμότητας βρίσκεται στην οπίσθια ζώνη του υποθαλάμου, ενώ η απώλεια προκαλείται από την πρόσθια περιοχή. Αυτό το όργανο λειτουργεί σαν θερμοστάτης.

Ο έλεγχος του συστήματος γίνεται διπλός: θετικός και αρνητικός, με τη μεσολάβηση του φλοιού του εγκεφάλου. Οι αποκρίσεις του τελεστή είναι τύπου συμπεριφοράς ή μεσολαβούνται από το αυτόνομο νευρικό σύστημα. Αυτοί οι δύο μηχανισμοί θα μελετηθούν αργότερα.

Μηχανισμοί θερμορύθμισης

Φυσιολογικοί μηχανισμοί

Οι μηχανισμοί ρύθμισης της θερμοκρασίας ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο ερεθίσματος που λαμβάνεται, δηλαδή εάν πρόκειται για αύξηση ή μείωση της θερμοκρασίας. Επομένως, θα χρησιμοποιήσουμε αυτήν την παράμετρο για να καθορίσουμε μια ταξινόμηση των μηχανισμών:

Κανονισμός για υψηλές θερμοκρασίες

Για να επιτευχθεί η ρύθμιση της θερμοκρασίας του σώματος ενάντια σε θερμικούς ερεθισμούς, ο οργανισμός πρέπει να προωθήσει την απώλεια του. Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί:

Βαστοδιαστολή

Στον άνθρωπο, ένα από τα πιο εντυπωσιακά χαρακτηριστικά της κυκλοφορίας του δέρματος είναι το ευρύ φάσμα των αιμοφόρων αγγείων που έχει. Η κυκλοφορία του αίματος μέσω του δέρματος έχει την ιδιότητα να ποικίλλει σε μεγάλο βαθμό ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και την αλλαγή από τις υψηλές σε χαμηλές ροές αίματος.

Η ικανότητα αγγειοδιαστολής είναι ζωτικής σημασίας για τη θερμορύθμιση των ατόμων. Η υψηλή ροή του αίματος κατά τη διάρκεια περιόδων αυξημένης θερμοκρασίας επιτρέπει στο σώμα να αυξήσει τη μετάδοση της θερμότητας από τον πυρήνα του σώματος στην επιφάνεια του δέρματος για να διαλυθεί τελικά.

Όταν η ροή του αίματος αυξάνεται, ο όγκος του αίματος με τη σειρά του αυξάνεται Έτσι, μια μεγαλύτερη ποσότητα αίματος μεταφέρεται από τον πυρήνα του σώματος στην επιφάνεια του δέρματος, όπου συμβαίνει η μεταφορά θερμότητας. Το αίμα, τώρα πιο δροσερό, μεταφέρεται πίσω στον πυρήνα ή στο κέντρο του σώματος.

Πνεύμα

Μαζί με τη αγγειοδιαστολή, η παραγωγή του ιδρώτα είναι ζωτικής σημασίας για τη ρύθμιση του θερμοκηπίου, καθώς βοηθά στη διάχυση της υπερβολικής θερμότητας. Στην πραγματικότητα, η παραγωγή και η επακόλουθη εξάτμιση του ιδρώτα είναι οι κύριοι μηχανισμοί του σώματος να χάσουν τη θερμότητα. Δρασκούν επίσης κατά τη διάρκεια της σωματικής δραστηριότητας.

Ο ιδρώτας είναι ένα υγρό που παράγεται από αδένες ιδρώτα που ονομάζεται ecrrine, που κατανέμονται σε όλο το σώμα σε μια σημαντική πυκνότητα. Η εξάτμιση του ιδρώτα καταφέρνει να μεταφέρει τη θερμότητα του σώματος στο περιβάλλον ως υδρατμούς.

Κανονισμός για χαμηλές θερμοκρασίες

Σε αντίθεση με τους μηχανισμούς που αναφέρονται στο προηγούμενο τμήμα, σε καταστάσεις μείωσης της θερμοκρασίας, ο οργανισμός πρέπει να προάγει τη διατήρηση και την παραγωγή θερμότητας με τον ακόλουθο τρόπο:

Βασική συστολή

Αυτό το σύστημα ακολουθεί την αντίθετη λογική που περιγράφεται στην αγγειοδιαστολή, οπότε δεν θα επεκταθούμε πολύ στην εξήγηση. Το κρύο διεγείρει τη συστολή των δερματικών αγγείων, αποφεύγοντας έτσι τη διάχυση της θερμότητας.  

Piloerection

Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί εμφανίζονται "χτυπήματα χήνας" όταν αντιμετωπίζουμε χαμηλές θερμοκρασίες; Είναι ένας μηχανισμός για την αποφυγή της απώλειας θερμότητας που ονομάζεται πυροδοσία. Ωστόσο, καθώς οι άνθρωποι έχουν σχετικά μικρές τρίχες στο σώμα μας, θεωρείται ένα ελάχιστα στοιχειώδες σύστημα.

Όταν εμφανιστεί η ανύψωση κάθε τρίχας, το στρώμα αέρα που έρχεται σε επαφή με το δέρμα αυξάνεται, πράγμα που μειώνει τη ροή του αέρα. Αυτό μειώνει την απώλεια θερμότητας.

Παραγωγή θερμότητας

Ο πιο διαισθητικός τρόπος αντιμετώπισης των χαμηλών θερμοκρασιών είναι η παραγωγή θερμότητας. Αυτό μπορεί να συμβεί με δύο τρόπους: με τη φρεσκάδα και τη μη φρεσκαρισμένη θερμογένεση.

Στην πρώτη περίπτωση, το σώμα παράγει ταχείες και ακούσιες μυϊκές συσπάσεις (γι 'αυτό τρέμοντας όταν είσαι ψυχρός) που οδηγούν στην παραγωγή θερμότητας. Η φρεσκαρισμένη παραγωγή είναι δαπανηρή - ενεργειακά - έτσι το σώμα θα καταφύγει σε αυτήν εάν αποτύχουν τα προαναφερθέντα συστήματα..

Ο δεύτερος μηχανισμός καθοδηγείται από έναν ιστό που ονομάζεται καφετί λίπος (ή καστανός λιπώδης ιστός, στην αγγλική βιβλιογραφία, συνήθως συνοψίζεται στο ακρωνύμιο ΒΑΤ με καφέ λιπώδη ιστό).

Αυτό το σύστημα είναι υπεύθυνο για την αποσύνδεση της παραγωγής ενέργειας στον μεταβολισμό: αντί να σχηματίζει ΑΤΡ, οδηγεί στην παραγωγή θερμότητας. Είναι ένας ιδιαίτερα σημαντικός μηχανισμός στα παιδιά και στα μικρά θηλαστικά, αν και οι πιο πρόσφατες ενδείξεις σημείωσαν ότι είναι επίσης σημαντικός για τους ενήλικες.

Αιθολογικοί μηχανισμοί

Οι ηθολογικοί μηχανισμοί συνίστανται σε όλες τις συμπεριφορές που εκθέτουν τα ζώα για να ρυθμίζουν τη θερμοκρασία τους. Όπως αναφέρθηκε στο παράδειγμα ερπετών, οι οργανισμοί μπορούν να τοποθετηθούν στο ευνοϊκό περιβάλλον για να προωθήσουν ή να αποφύγουν την απώλεια θερμότητας.

Διάφορα μέρη του εγκεφάλου εμπλέκονται στην επεξεργασία αυτής της αντίδρασης. Στους ανθρώπους αυτές οι συμπεριφορές είναι αποτελεσματικές, αν και δεν ρυθμίζονται με ακρίβεια ως φυσιολογικές.

Μεταβολές της θερμορύθμισης

Το σώμα παρουσιάζει μικρές και ευαίσθητες αλλαγές στη θερμοκρασία καθ 'όλη τη διάρκεια της ημέρας, ανάλογα με ορισμένες μεταβλητές, όπως ο κιρκαδικός ρυθμός, ο ορμονικός κύκλος, μεταξύ άλλων φυσιολογικών πτυχών.

Όπως αναφέρθηκε, η θερμοκρασία του σώματος ενορχηστρώνει ένα τεράστιο φάσμα φυσιολογικών διεργασιών και η απώλεια της ρύθμισής του μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικές συνθήκες εντός του προσβεβλημένου οργανισμού.

Και οι δύο θερμικές ακρότητες - τόσο υψηλές όσο και χαμηλές - επηρεάζουν αρνητικά τους οργανισμούς. Πολύ υψηλές θερμοκρασίες, πάνω από 42 ° C στους ανθρώπους, επηρεάζουν έντονα τις πρωτεΐνες, προωθώντας την μετουσίωση τους. Επιπλέον, επηρεάζεται η σύνθεση DNA. Τα όργανα και οι νευρώνες είναι επίσης κατεστραμμένα.

Ομοίως, θερμοκρασίες κάτω από 27 ° C οδηγούν σε σοβαρή υποθερμία. Οι αλλαγές στη νευρομυϊκή, καρδιαγγειακή και αναπνευστική δραστηριότητα έχουν θανατηφόρες συνέπειες.

Πολλαπλά όργανα επηρεάζονται όταν η θερμορυθμία δεν λειτουργεί με τον σωστό τρόπο. Μεταξύ αυτών, η καρδιά, ο εγκέφαλος, ο γαστρεντερικός σωλήνας, οι πνεύμονες, τα νεφρά και το ήπαρ.

Αναφορές

1. Arellano, J.L.P., & del Pozo, S.D.C. (2013). Εγχειρίδιο γενικής παθολογίας. Elsevier.
2. Αργυρόπουλος, Γ. & Harper, Μ. Ε. (2002). Προσκεκλημένη ανασκόπηση: αποσύνδεση πρωτεϊνών και θερμορύθμιση. Εφημερίδα της Εφαρμοσμένης Φυσιολογίας, 92(5), 2187-2198.
3. Χάρκουδιάν Ν. (2010). Μηχανισμοί και τροποποιητές της επαγόμενης από αντανακλαστικό δερματικής αγγειοδιαστολής και αγγειοσυστολής στους ανθρώπους. Εφημερίδα της εφαρμοσμένης φυσιολογίας (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R.W. (1979). Συγκριτική φυσιολογία των ζώων: περιβαλλοντική προσέγγιση. Αντίστροφα.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, Μ., & Anderson, Μ. (2004). Φυσιολογία των ζώων. Sinauer Associates.
6. Liedtke W. Β. (2017). Αποσυναρμολόγηση της θερμορύθμισης των θηλαστικών. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S.F. (2016). Κεντρικός έλεγχος της θερμοκρασίας του σώματος. F1000Research, 5, F1000 Σχολή Rev-880.