- Основи: топлина и температура
- температура
- горещ
- Видове: термични взаимоотношения между животни
- Ендотерм и ектотерм
- Пойкилотермични и хомеотермични
- Примери
- Риби
- Влечуги
- Птици и бозайници
- Пространствено и времево редуване на ендотермия и ектотермия
- Физиология на терморегулацията
- Терморегулаторни механизми
- Физиологични механизми
- Регулация на високи температури
- вазодилатация
- Пот
- Регулация на ниски температури
- Вазосвиване
- пилоерекция
- Производство на топлина
- Етологични механизми
- Нарушения на терморегулацията
- Препратки
На термо-регулация е процес, който позволява организми регулират тяхната телесна температура, модулиране на топлинните загуби и печалба. В животинското царство има 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 критичен за хомеостазата на организма и влияе върху функционалността на ензимите и други протеини, течността на мембраната, потока на йони, наред с други.,
Бозайниците са хомеотермични и ендотермични. Източник: Алън Уилсън
В най-простата си форма терморегулационните мрежи се активират с помощта на верига, която интегрира входовете на терморецептори, разположени в кожата, във вътрешностите, в мозъка и други.
Основните механизми за тези горещи или студени стимули включват кожна вазоконстрикция, вазодилатация, производство на топлина (термогенеза) и изпотяване. Други механизми включват поведение за насърчаване или намаляване на топлинните загуби.
Основи: топлина и температура
За да се говори за терморегулация при животни, е необходимо да се знае точното определение на термините, които често са объркващи сред учениците.
Разбирането на разликата между топлина и температура е от съществено значение за разбирането на термичната регулация на животните. Ще използваме неодушевени тела, за да илюстрираме разликата: нека помислим за два куба от метал, едното е 10 пъти по-голямо от другото.
Всеки от тези кубчета е в помещение при температура 25 ° C. Ако измерим температурата на всеки блок, и двата ще бъдат на 25 ° C, въпреки че единият е голям, а другият 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 помещение с температура абсолютна нула и количествено да определим количеството топлина, което те отделят. В този случай съдържанието на топлина ще бъде 10 пъти по-високо в най-голямото метално кубче.
температура
Благодарение на предишния пример можем да заключим, че температурата е еднаква както за двете, така и за независима от количеството материя във всеки блок. Температурата се измерва като скоростта или интензитета на движение на молекулите.
В биологичната литература, когато авторите споменават „телесна температура“, те се отнасят до температурата на централните и периферните области на тялото. Температурата на основните зони отразява температурата на "дълбоките" тъкани на тялото - мозъка, сърцето и черния дроб.
Температурата на периферните участъци, от своя страна, се влияе от преминаването на кръв към кожата и се измерва върху кожата на ръцете и краката.
горещ
За разлика от тях - и връщайки се към примера на блоковете - топлината е различна както в инертните тела, така и пряко пропорционална на количеството материя. Това е форма на енергия и зависи от броя на атомите и молекулите на въпросното вещество.
Видове: термични взаимоотношения между животни
Във физиологията на животните има редица термини и категории, използвани за описание на топлинните връзки между организмите. Всяка от тези животински групи има специални адаптации - физиологични, анатомични или анатомични, които им помагат да поддържат телесната си температура в подходящ диапазон.
В ежедневието ние наричаме ендотермични и хомеотермични животни като „топлокръвни“, а пойкилотермичните и ектотермични животни като „студенокръвни“.
Ендотерм и ектотерм
Първият термин е ендотермия, използван, когато животното успява да се затопли чрез медииране на метаболитното производство на топлина. Обратното понятие е ектотермия, където температурата на животното се диктува от заобикалящата ги среда.
Някои животни са неспособни да бъдат ендотермични, защото макар да произвеждат топлина, те не го правят достатъчно бързо, за да го задържат.
Пойкилотермични и хомеотермични
Друг начин за класифицирането им е според терморегулацията на животното. Терминът poikilotherm се използва за означаване на животни с различна телесна температура. В тези случаи телесната температура е висока в гореща среда и ниска в студена среда.
Пойкилотермичното животно може да регулира само температурата си чрез поведение. Тоест чрез локализиране в райони с висока слънчева радиация за повишаване на температурата или скриване от посоченото лъчение, за да я намали.
Термините poikilotherm и ectotherm се отнасят до основно за едно и също явление. Въпреки това, poikilotherm подчертава променливостта на телесната температура, докато ектотермата се отнася до значението на температурата на околната среда за определяне на телесната температура.
Обратният термин за poikilotherm е хомеотермичен: терморегулация чрез физиологични средства - и не само благодарение на проявата на поведение. Повечето ендотермични животни са способни да регулират температурата си.
Примери
Риби
Рибите са перфектен пример за ектотермични и пойкилотермични животни. В случай на тези плувни гръбначни животни, техните тъкани не отделят топлина по метаболитни пътища и освен това температурата на рибата се определя от температурата на водното тяло, където те плуват.
Влечуги
Влечугите проявяват много изразено поведение, което им позволява да регулират (етологично) своята температура. Тези животни търсят топли райони - като кацане върху горещ камък - с цел повишаване на температурата. В противен случай, където искат да го намалят, те ще се стремят да се скрият от радиацията.
Птици и бозайници
Бозайниците и птиците са примери за ендотермични и хомеотермични животни. Те метаболитно произвеждат телесната ви температура и я регулират физиологично. Някои насекоми също проявяват този физиологичен модел.
Възможността да регулират температурата си даде предимство на тези две животински линии пред своите пойкилотермични колеги, тъй като те могат да установят топлинно равновесие в своите клетки и органи. Това доведе до по-здрави и ефективни процеси на хранене, метаболизъм и екскреция.
Човешките същества например поддържат температурата си на 37 ° C, в доста тесен диапазон - между 33,2 и 38,2 ° C. Поддържането на този параметър е напълно критично за оцеляването на вида и медиира редица физиологични процеси в организма.
Пространствено и времево редуване на ендотермия и ектотермия
Разграничаването между тези четири категории често се обърква, когато изследваме случаите на животни, които са в състояние да се редуват между категориите, пространствено или временно.
Временното изменение в термичната регулация може да бъде показано с бозайници, които преживяват периоди на зимен сън. Тези животни обикновено са хомеотермични по време на годината, когато не презимуват и по време на хибернация не са в състояние да регулират телесната си температура.
Пространствено изменение възниква, когато животното различно регулира температурата в областите на тялото. Пчелите и други насекоми могат да регулират температурата на техните гръдни сегменти и не са в състояние да регулират останалите региони. Това условие за диференциално 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, е отговорна за улавяне на информация чрез кожни рецептори. Впоследствие информацията се предава в терморегулаторния център по нервния път през кръвта.
При нормални условия органите на тялото, които генерират топлина, са сърцето и черният дроб. Когато тялото се занимава с физическа работа (упражнения), скелетният мускул също е структура, генерираща топлина.
Хипоталамусът е терморегулаторен център и задачите са разделени на загуба на топлина и топлинна печалба. Функционалната зона за медииране на поддържането на топлина се намира в задната зона на хипоталамуса, докато загубата се медиира от предния участък. Този орган работи като термостат.
Контролът върху системата се осъществява по два начина: положителен и отрицателен, опосредстван от мозъчната кора. Ефекторните отговори са от поведенчески тип или са медиирани от вегетативната нервна система. Тези два механизма ще бъдат проучени по-късно.
Терморегулаторни механизми
Физиологични механизми
Механизмите за регулиране на температурата варират в зависимост от вида на получения стимул, тоест дали става въпрос за повишаване или за намаляване на температурата. Така че ще използваме този параметър, за да създадем класификация на механизмите:
Регулация на високи температури
За да постигне регулирането на телесната температура на фона на топлинните стимули, тялото трябва да насърчава загубата му. Има няколко механизма:
вазодилатация
При хората една от най-поразителните характеристики на кръвообращението на кожата е широката гама от кръвоносни съдове, които има. Циркулацията на кръвта през кожата има свойството да варира значително в зависимост от условията на околната среда и да се променя от високо към ниско кръвообращение.
Способността на вазодилатацията е от решаващо значение при терморегулацията на индивидите. Повишеният приток 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, да бъде окончателно разсеяно.
Когато се увеличи притока на кръв, кожният кръвен обем от своя страна се увеличава. Така по-голямо количество кръв се прехвърля от сърцевината на тялото към повърхността на кожата, където се извършва пренос на топлина. Сега по-студената кръв се прехвърля обратно в сърцевината или центъра на тялото.
Пот
Наред с вазодилатацията, производството на пот е от решаващо значение за терморегулацията, тъй като помага за разсейване на излишната топлина. Всъщност производството и последващото изпаряване на потта са основните механизми на тялото за загуба на топлина. Те също така работят по време на физическа активност.
Потта е течност, произведена от потните жлези, наречена еккрин, разпределена по цялото тяло в значителна плътност.Припаряването на потта успява да пренася топлината от тялото в околната среда като водна пара.
Регулация на 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:
Вазосвиване
Тази система следва противоположната логика, описана при вазодилатацията, така че няма да се занимаваме много с обяснението. Студът стимулира свиването на кожните съдове, като по този начин се избягва разсейването на топлината.
пилоерекция
Замисляли ли сте се защо се появяват „гъши неравности“, когато сме пред ниските температури? Това е механизъм за предотвратяване на топлинни загуби, наречен пилоерекция. Въпреки това, тъй като хората имат сравнително малко косми по телата ни, това се счита за неефективна и рудиментарна система.
Когато възникне повдигането на всеки косъм, слоят въздух, който влиза в контакт с кожата, се увеличава, което намалява конвекцията на въздуха. Това намалява загубите на топлина.
Производство на топлина
Най-интуитивният начин за противодействие на ниските температури е чрез производство на топлина. Това може да се случи по два начина: чрез треперене и не трептяща термогенеза.
В първия случай тялото произвежда бързи и неволни мускулни контракции (затова треперете, когато сте студени), които водят до производството на топлина. Производството на треперене е скъпо - енергично казано - така че тялото ще падне обратно, ако гореспоменатите системи се провалят.
Вторият механизъм се ръководи от тъкан, наречена кафява мастна тъкан (или кафява мастна тъкан, в английската литература обикновено се обобщава под съкращението BAT за кафява мастна тъкан).
Тази система е отговорна за отделянето на производството на енергия в метаболизма: вместо да формира АТФ, тя води до производството на топлина. Той е особено важен механизъм при деца и дребни бозайници, въпреки че по-скорошни доказателства отбелязват, че той е важен и при възрастни.
Етологични механизми
Етологичните механизми се състоят от всички поведения, които животните проявяват, за да регулират температурата си. Както споменахме в примера на влечугите, организмите могат да бъдат поставени в подходящата среда за насърчаване или предотвратяване на топлинните загуби.
Различни части на мозъка участват в обработката на този отговор. При хората тези поведения са ефективни, въпреки че не са фино регулирани като физиологичните.
Нарушения на терморегулацията
Тялото изпитва малки и деликатни температурни промени през целия ден, в зависимост от някои променливи, като циркадния ритъм, хормоналния цикъл, сред другите физиологични аспекти.
Както споменахме, телесната температура организира огромен диапазон от физиологични процеси и загубата на регулиране на него може да доведе до пагубни условия в засегнатия организъм.
И двете термични крайности - и високи, и ниски - влияят негативно на организмите. Много високите температури, над 42 ° С при хората, имат много подчертан ефект върху протеините, насърчавайки тяхната денатурация. Също така се влияе синтеза на ДНК. Органите и невроните също са повредени.
По същия начин температурите под 27 ° C водят до тежка хипотермия. Промените в нервно-мускулната, сърдечно-съдовата и дихателната активност имат фатални последици.
Засяга се множество органи, когато терморегулацията не работи по правилния начин. Те включват сърцето, мозъка, стомашно-чревния тракт, белите дробове, бъбреците и черния дроб.
Препратки
- Arellano, JLP, и del Pozo, SDC (2013). Ръководство за обща патология. Elsevier.
- Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Поканен преглед: отделяне на протеини и терморегулация. Списание за приложна физиология, 92 (5), 2187-2198.
- Charkoudian N. (2010). Механизми и модификатори на рефлекторно индуцирана кожна вазодилатация и вазоконстрикция при хора. Списание за приложна физиология (Bethesda, Md.: 1985), 109 (4), 1221-8.
- Hill, RW (1979). Сравнителна физиология на животните: екологичен подход. Обърнах се.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Физиология на животните. Sinauer Associates.
- Liedtke WB (2017). Деконструиране на терморегулация на бозайници. Сборник на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 114 (8), 1765-1767.
- Morrison SF (2016). Централен контрол на телесната температура. F1000Research, 5, F1000 Факултет Rev-880.