TERMOREGULĀCIJA: FIZIOLOĢIJA, MEHĀNISMI, VEIDI UN IZMAIŅAS - BIOLOĢIJA - 2025

Termoregulācija ir process, kas ļauj organismi regulēt savu ķermeņa temperatūru, modulējot siltuma zudumu un iegūt. Dzīvnieku valstībā ir dažādi temperatūras regulēšanas mehānismi - gan fizioloģiski, gan etoloģiski.

Ķermeņa temperatūras regulēšana ir jebkuras dzīvas būtnes pamatdarbība, jo parametrs ir kritiski svarīgs ķermeņa homeostāzei un cita starpā ietekmē fermentu un citu olbaltumvielu funkcionalitāti, membrānas plūstamību, jonu plūsmu. .

Zīdītāji ir homeotermiski un endotermiski. Avots: Alans Vilsons

Vienkāršākā formā termoregulācijas tīkli tiek aktivizēti, izmantojot ķēdi, kurā cita starpā tiek integrēti termoreceptoru ieejas, kas atrodas ādā, iekšējos orgānos, smadzenēs.

Šo karsto vai auksto stimulu galvenie mehānismi ir ādas vazokonstrikcija, vazodilatācija, siltuma veidošanās (termoģenēze) un svīšana. Pie citiem mehānismiem pieder uzvedība, lai veicinātu vai samazinātu siltuma zudumus.

Pamati: siltums un temperatūra

Lai runātu par termoregulāciju dzīvniekiem, ir jāzina precīza to terminu definīcija, kas studentus bieži mulsina.

Lai izprastu dzīvnieku termisko regulējumu, ir svarīgi izprast siltuma un temperatūras atšķirības. Mēs izmantosim nedzīvus ķermeņus, lai ilustrētu atšķirību: domāsim par diviem metāla klucīšiem, viens ir 10 reizes lielāks par otru.

Katrs no šiem kubiņiem ir telpā ar temperatūru 25 ° C. Ja mēs izmērīsim katra bloka temperatūru, abi būs 25 ° C, lai gan viens ir liels, bet otrs ir mazs.

Tagad, ja mēs izmērīsim siltuma daudzumu katrā blokā, rezultāts starp diviem būs atšķirīgs. Lai veiktu šo uzdevumu, mums bloki jāpārvieto telpā ar absolūtu nulles temperatūru un jānosaka siltuma daudzums, ko tie izdala. Šajā gadījumā lielākajā metāla kubā siltuma saturs būs 10 reizes lielāks.

Temperatūra

Pateicoties iepriekšējam piemēram, mēs varam secināt, ka temperatūra abiem ir vienāda un nav atkarīga no vielas daudzuma katrā blokā. Temperatūru mēra kā molekulu kustības ātrumu vai intensitāti.

Bioloģiskajā literatūrā, kad autori piemin “ķermeņa temperatūru”, tie attiecas uz ķermeņa centrālā un perifēro reģionu temperatūru. Galveno reģionu temperatūra atspoguļo ķermeņa "dziļo" audu - smadzeņu, sirds un aknu - temperatūru.

Savukārt perifēro reģionu temperatūru ietekmē asiņu nokļūšana ādā, un to mēra uz roku un kāju ādas.

Karsts

Turpretī, un, atgriežoties pie bloku piemēra, siltums abos inertajos ķermeņos ir atšķirīgs un tieši proporcionāls vielas daudzumam. Tā ir enerģijas forma un ir atkarīga no attiecīgās vielas atomu un molekulu skaita.

Veidi: termiskās attiecības starp dzīvniekiem

Dzīvnieku fizioloģijā ir vairāki termini un kategorijas, ko izmanto, lai aprakstītu organismu termiskās attiecības. Katrā no šīm dzīvnieku grupām ir īpaši pielāgojumi - fizioloģiski, anatomiski vai anatomiski -, kas viņiem palīdz uzturēt ķermeņa temperatūru piemērotā diapazonā.

Ikdienā endotermiskos un homeotermiskos dzīvniekus mēs saucam par "siltasiņu", bet poikilotermiskos un ektotermiskos dzīvniekus - par "aukstasiņiem".

Endoterma un ektoterma

Pirmais termins ir endotermija, ko lieto, ja dzīvniekam izdodas sevi sasildīt, veicot metabolisma siltuma veidošanos. Pretējs jēdziens ir ektotermija, kur dzīvnieka temperatūru nosaka apkārtējā vide.

Daži dzīvnieki nespēj būt endotermiski, jo, kaut arī tie rada siltumu, viņi to nedara pietiekami ātri, lai to saglabātu.

Poikilotermiska un homeotermiska

Vēl viens veids, kā tos klasificēt, ir dzīvnieka termoregulācija. Terminu poikiloterma lieto dzīvniekiem ar mainīgu ķermeņa temperatūru. Šajos gadījumos ķermeņa temperatūra ir augsta karstā vidē un zema aukstā vidē.

Poikilotermisks dzīvnieks ar uzvedības palīdzību var pašregulēt savu temperatūru. Tas ir, atrodoties vietās ar augstu saules starojumu, lai paaugstinātu temperatūru, vai paslēpies no minētā starojuma, lai to samazinātu.

Apzīmējumi poikiloterma un ektoterma attiecas uz vienu un to pašu parādību. Tomēr poikiloterms uzsver ķermeņa temperatūras mainīgumu, savukārt ektoterma norāda uz vides temperatūras nozīmi ķermeņa temperatūras noteikšanā.

Pretējs poikilotermas termins ir homeotermisks: termoregulācija ar fizioloģiskiem līdzekļiem - un ne tikai pateicoties uzvedības parādīšanai. Lielākā daļa endotermisko dzīvnieku spēj regulēt savu temperatūru.

Piemēri

Zivis

Zivis ir ideāls ektotermisko un poikilotermisko dzīvnieku piemērs. Šo peldējošo mugurkaulnieku gadījumā to audi nerada siltumu caur vielmaiņas ceļiem, un turklāt zivju temperatūru nosaka ūdenstilpes temperatūra, kurā viņi peld.

Rāpuļi

Rāpuļi izrāda ļoti izteiktu izturēšanos, kas viņiem ļauj (etoloģiski) regulēt temperatūru. Lai paaugstinātu temperatūru, šie dzīvnieki meklē siltus reģionus, piemēram, uzkarsē akmeni. Pretējā gadījumā, ja viņi vēlas to samazināt, viņi centīsies paslēpties no radiācijas.

Putni un zīdītāji

Zīdītāji un putni ir endotermisku un homeotermisku dzīvnieku piemēri. Viņi metaboliski rada jūsu ķermeņa temperatūru un fizioloģiski to regulē. Dažiem kukaiņiem ir arī šī fizioloģiskā parādība.

Spēja regulēt viņu temperatūru deva šīm divām dzīvnieku sugām priekšrocības salīdzinājumā ar viņu poikilotermiskajiem kolēģiem, jo ​​viņi var radīt termisko līdzsvaru savās šūnās un orgānos. Tas noveda pie tā, ka uztura, metabolisma un izdalīšanās procesi bija izturīgāki un efektīvāki.

Cilvēki, piemēram, uztur savu temperatūru 37 ° C diezgan šaurā diapazonā - no 33,2 līdz 38,2 ° C. Šī parametra uzturēšana ir absolūti kritiska sugas izdzīvošanai un ir fizioloģisko procesu virkne organismā.

Endotermijas un ektotermijas telpiskā un laika maiņa

Atšķirība starp šīm četrām kategorijām bieži tiek sajaukta, kad mēs pārbaudām gadījumus, kad dzīvnieki var pārmaiņus starp kategorijām vai nu telpiski, vai laikā.

Termiskās regulēšanas laika variācijas var raksturot ar zīdītājiem, kas piedzīvo hibernācijas periodus. Šie dzīvnieki parasti ir homeotermiski gada laikā, kad tie nav pārziemojuši un pārziemojot, viņi nespēj regulēt ķermeņa temperatūru.

Telpiskās variācijas rodas, ja dzīvnieks diferencēti regulē temperatūru ķermeņa reģionos. Kamenes un citi kukaiņi var regulēt to krūšu kurvja segmentu temperatūru un nespēj regulēt pārējos reģionus. Šo diferencētās regulēšanas nosacījumu sauc par heterotermiju.

Termoregulācijas fizioloģija

Tāpat kā jebkura sistēma, arī ķermeņa temperatūras fizioloģiskajai regulēšanai ir nepieciešama aferenta sistēma, vadības centrs un efektīva sistēma.

Pirmā sistēma, aferents, ir atbildīga par informācijas uztveršanu caur ādas receptoriem. Pēc tam informāciju pa nervu ceļu caur asinīm pārraida uz termoregulācijas centru.

Normālos apstākļos ķermeņa orgāni, kas rada siltumu, ir sirds un aknas. Kad ķermenis veic fizisku darbu (vingrošanu), skeleta muskuļi ir arī siltumu radoša struktūra.

Hipotalāms ir termoregulācijas centrs, un uzdevumi ir sadalīti siltuma zudumos un siltuma ieguvumos. Siltuma uzturēšanas funkcionālā zona atrodas hipotalāmu aizmugurējā zonā, bet zaudējumus nodrošina priekšējais reģions. Šis orgāns darbojas kā termostats.

Sistēmas kontrole notiek divos veidos: pozitīvā un negatīvā, ar starpniecību smadzeņu garozā. Efektoru reakcijas ir uzvedības veida vai saistītas ar autonomo nervu sistēmu. Šie divi mehānismi tiks pētīti vēlāk.

Termoregulācijas mehānismi

Fizioloģiskie mehānismi

Temperatūras regulēšanas mehānismi atšķiras atkarībā no saņemtā stimula veida, tas ir, vai tas ir temperatūras paaugstināšanās vai pazemināšanās. Tātad mēs izmantosim šo parametru, lai izveidotu mehānismu klasifikāciju:

Augstas temperatūras regulēšana

Lai sasniegtu ķermeņa temperatūras regulēšanu, saskaroties ar siltuma stimuliem, ķermenim jāveicina tā zaudēšana. Ir vairāki mehānismi:

Asinsvadu paplašināšanās

Cilvēkiem viena no visspilgtākajām ādas aprites īpašībām ir plašais asinsvadu klāsts, kas tam ir. Asins cirkulācijai caur ādu ir īpašība, ka tā var ļoti atšķirties atkarībā no apkārtējās vides apstākļiem un mainīties no lielas līdz zemai asins plūsmai.

Asinsvadu paplašināšanās spējai ir izšķiroša nozīme indivīdu termoregulācijā. Paaugstināta asins plūsma paaugstinātas temperatūras periodos ļauj ķermenim palielināt siltuma pārnesi no ķermeņa serdeņa uz ādas virsmu, lai to beidzot izkliedētu.

Palielinoties asins plūsmai, ādas asins daudzums savukārt palielinās. Tādējādi lielāks asins daudzums tiek pārnests no ķermeņa kodola uz ādas virsmu, kur notiek siltuma pārnese. Tagad aukstākās asinis tiek nodotas atpakaļ ķermeņa kodolā vai centrā.

Sviedri

Vienlaicīgi ar vazodilatāciju sviedru veidošanās ir ļoti svarīga termoregulācijai, jo tā palīdz izkliedēt lieko siltumu. Faktiski sviedru veidošanās un sekojoša iztvaikošana ir ķermeņa galvenie siltuma zaudēšanas mehānismi. Viņi strādā arī fizisko aktivitāšu laikā.

Sviedri ir šķidrums, ko ražo sviedru dziedzeri, saukts par ekrīnu, un tas visā ķermenī tiek izplatīts lielā blīvumā.Sviedru iztvaikošana siltumu no ķermeņa uz vidi izvada kā ūdens tvaikus.

Regulēšana zemām temperatūrām

Pretstatā iepriekšējā sadaļā minētajiem mehānismiem, temperatūras pazemināšanās gadījumā ķermenim jāveicina siltuma saglabāšana un veidošanās šādā veidā:

Asinsvadu sašaurināšanās

Šī sistēma seko pretējai loģikai, kas aprakstīta vazodilatācijā, tāpēc mēs sīkāk nepaskaidrosim skaidrojumu. Auksts stimulē ādas trauku saraušanos, tādējādi novēršot siltuma izkliedi.

Piloerection

Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc “zosu izciļņi” parādās, kad mēs esam zemas temperatūras priekšā? Tas ir siltuma zudumu novēršanas mehānisms, ko sauc par piloerection. Tomēr, tā kā cilvēkiem uz mūsu ķermeņa ir salīdzinoši maz matu, to uzskata par neefektīvu un rudimentāru sistēmu.

Kad notiek katra matu paaugstināšanās, palielinās gaisa slānis, kas nonāk saskarē ar ādu, un tas samazina gaisa konvekciju. Tas samazina siltuma zudumus.

Siltumenerģijas ražošana

Intuitīvākais veids, kā neitralizēt zemu temperatūru, ir siltums. Tas var notikt divos veidos: drebējot un nesatricinot termoģenēzi.

Pirmajā gadījumā ķermenis rada straujas un piespiedu muskuļu kontrakcijas (tieši tāpēc jūs drebējat, kad esat auksts), kas izraisa siltuma ražošanu. Ražošana ir dārga - enerģētiski runājot - tāpēc ķermenis nokrīt uz tā, ja iepriekšminētās sistēmas neizdosies.

Otro mehānismu vada audi, ko sauc par brūnajiem taukiem (vai brūnajiem taukaudiem; angļu literatūrā tos parasti apkopo ar saīsinājumu BAT brūnajiem taukaudiem).

Šī sistēma ir atbildīga par enerģijas ražošanas atsaistīšanu vielmaiņā: tā vietā, lai veidotu ATP, tā noved pie siltuma ražošanas. Tas ir īpaši svarīgs mehānisms bērniem un maziem zīdītājiem, lai gan jaunākie pierādījumi ir norādījuši, ka tas attiecas arī uz pieaugušajiem.

Etoloģiskie mehānismi

Etioloģiskie mehānismi sastāv no visām darbībām, kuras dzīvnieki izrāda, lai regulētu savu temperatūru. Kā mēs minējām rāpuļu piemērā, organismus var novietot pareizajā vidē, lai veicinātu vai novērstu siltuma zudumus.

Šīs atbildes apstrādē tiek iesaistītas dažādas smadzeņu daļas. Cilvēkiem šī uzvedība ir efektīva, kaut arī tā nav precīzi regulēta kā fizioloģiskā.

Termoregulācijas traucējumi

Ķermenis visu dienu piedzīvo nelielas un smalkas temperatūras izmaiņas atkarībā no dažiem mainīgiem faktoriem, piemēram, diennakts ritma, hormonālā cikla, starp citiem fizioloģiskiem aspektiem.

Kā mēs jau minējām, ķermeņa temperatūra organizē milzīgu fizioloģisko procesu klāstu, un tā regulēšanas zaudēšana var izraisīt postošus apstākļus skartajā organismā.

Abas termiskās galējības - gan augstas, gan zemas - negatīvi ietekmē organismus. Ļoti augsta temperatūra, virs cilvēkiem virs 42 ° C, ļoti spēcīgi ietekmē olbaltumvielas, veicinot to denaturāciju. Tiek ietekmēta arī DNS sintēze. Bojāti arī orgāni un neironi.

Tāpat temperatūra zem 27 ° C izraisa smagu hipotermiju. Neiromuskulāras, kardiovaskulāras un elpošanas aktivitātes izmaiņām ir letālas sekas.

Ja termoregulācija nedarbojas pareizi, tiek ietekmēti vairāki orgāni. Tie ietver sirdi, smadzenes, kuņģa-zarnu traktu, plaušas, nieres un aknas.

Atsauces

1. Arellano, JLP un del Pozo, SDC (2013). Vispārējās patoloģijas rokasgrāmata. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Uzaicinātais pārskats: olbaltumvielu atdalīšana un termoregulācija. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Cilvēku refleksu izraisītās ādas vazodilatācijas un asinsvadu sašaurināšanās mehānismi un modifikatori. Lietišķās fizioloģijas žurnāls (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221–8.
4. Hils, RW (1979). Dzīvnieku salīdzinošā fizioloģija: pieeja videi. Es apgriezos.
5. Hils, RW, Vīzija, GA, Andersons, M., un Andersons, M. (2004). Dzīvnieku fizioloģija. Sinauer Associates.
6. Liedtke PB (2017). Zīdītāju termoregulācijas dekonstruēšana. Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Ķermeņa temperatūras centrālā kontrole. F1000Research, 5, F1000 fakultāte, Rev-880.