Plik termoregulacja jest to proces, który pozwala organizmom regulować temperaturę ciała, modulując utratę i przyrost ciepła. W królestwie zwierząt istnieją różne mechanizmy regulacji temperatury, zarówno fizjologiczne, jak i etologiczne.
Regulacja temperatury ciała jest podstawowym działaniem każdej żywej istoty, ponieważ parametr ten ma kluczowe znaczenie dla homeostazy organizmu i wpływa m.in. na funkcjonalność enzymów i innych białek, płynność błony, przepływ jonów..
W najprostszej postaci sieci termoregulacyjne są aktywowane za pomocą obwodu integrującego wejścia termoreceptorów zlokalizowanych m.in.w skórze, trzewiach, mózgu..
Główne mechanizmy tych gorących lub zimnych bodźców obejmują skurcz naczyń krwionośnych skóry, rozszerzenie naczyń, wytwarzanie ciepła (termogeneza) i pocenie się. Inne mechanizmy obejmują zachowania promujące lub zmniejszające utratę ciepła.
Indeks artykułów
Aby mówić o termoregulacji u zwierząt, konieczne jest poznanie dokładnej definicji terminów, które często są mylące wśród uczniów.
Zrozumienie różnicy między ciepłem a temperaturą jest niezbędne do zrozumienia termoregulacji zwierząt. Aby zilustrować różnicę, użyjemy ciał nieożywionych: pomyślmy o dwóch kostkach metalu, jeden jest 10 razy większy od drugiego.
Każda z tych kostek znajduje się w pomieszczeniu o temperaturze 25 ° C. Jeśli zmierzymy temperaturę każdego bloku, oba będą miały 25 ° C, nawet jeśli jeden jest duży, a drugi mały.
Teraz, jeśli zmierzymy ilość ciepła w każdym bloku, wynik między nimi będzie inny. Aby wykonać to zadanie, musimy przenieść bloki do pomieszczenia o temperaturze zera absolutnego i określić ilościowo ilość wydzielanego przez nie ciepła. W tym przypadku zawartość ciepła będzie 10 razy większa w największej metalowej kostce..
Na podstawie poprzedniego przykładu możemy stwierdzić, że temperatura jest taka sama dla obu i niezależna od ilości materii w każdym bloku. Temperatura jest mierzona jako prędkość lub intensywność ruchu cząsteczek.
W literaturze biologicznej, gdy autorzy wspominają o „temperaturze ciała”, odnoszą się do temperatury centralnych i peryferyjnych obszarów ciała. Temperatura regionów centralnych odzwierciedla temperaturę „głębokich” tkanek ciała - mózgu, serca i wątroby..
Z drugiej strony na temperaturę obszarów peryferyjnych wpływa dopływ krwi do skóry i jest mierzona w skórze dłoni i stóp..
Natomiast - wracając do przykładu bloków - ciepło jest różne w obu ciałach bezwładnych i wprost proporcjonalne do ilości materii. Jest formą energii i zależy od liczby atomów i cząsteczek danej substancji..
W fizjologii zwierząt istnieje wiele terminów i kategorii używanych do opisania relacji termicznych między organizmami. Każda z tych grup zwierząt ma specjalne przystosowania - fizjologiczne, anatomiczne lub anatomiczne - które pomagają im utrzymać temperaturę ciała w odpowiednim zakresie..
W życiu codziennym zwierzęta endotermiczne i homeotermiczne nazywamy „stałocieplnymi”, a poikilotermiczne i ektotermiczne „zimnokrwistymi”..
Pierwszy termin to endotermiczny, stosowane, gdy zwierzę potrafi się ogrzać, pośrednicząc w metabolicznym wytwarzaniu ciepła. Przeciwna koncepcja jest taka ektotermia, gdzie temperatura zwierzęcia jest podyktowana otoczeniem.
Niektóre zwierzęta nie są zdolne do endotermii, ponieważ chociaż wytwarzają ciepło, nie robią tego wystarczająco szybko, aby je zatrzymać.
Innym sposobem ich klasyfikacji jest termoregulacja zwierzęcia. Termin poikilotermiczny Jest używany w odniesieniu do zwierząt o różnej temperaturze ciała. W takich przypadkach temperatura ciała jest wysoka w środowiskach gorących i niska w środowiskach zimnych..
Zwierzę poikilotermiczne może samoregulować swoją temperaturę poprzez zachowania. To znaczy lokalizowanie na obszarach o wysokim nasłonecznieniu w celu podwyższenia temperatury lub ukrycie się przed tym promieniowaniem w celu jego obniżenia..
Terminy poikilotherm i ectotherm odnoszą się zasadniczo do tego samego zjawiska. Jednak poikiloterma podkreśla zmienność temperatury ciała, podczas gdy ektoterma odnosi się do znaczenia temperatury otoczenia w określaniu temperatury ciała..
Odwrotnym określeniem dla poikilotermy jest homeotermia: termoregulacja środkami fizjologicznymi - i to nie tylko dzięki przejawianiu zachowań. Większość zwierząt endotermicznych jest w stanie regulować swoją temperaturę.
Ryby są doskonałym przykładem zwierząt ektotermicznych i poikilotermicznych. W przypadku tych pływających kręgowców ich tkanki nie wytwarzają ciepła drogami metabolicznymi, a dodatkowo o temperaturze ryb decyduje temperatura akwenu, w którym pływają..
Gady wykazują bardzo wyraźne zachowania, które pozwalają im regulować (etologicznie) swoją temperaturę. Zwierzęta te szukają ciepłych rejonów - takich jak przysiad na gorącym kamieniu - aby podnieść temperaturę. W przeciwnym razie, jeśli chcą go zmniejszyć, będą starać się ukryć przed promieniowaniem.
Ssaki i ptaki to przykłady zwierząt endotermicznych i homeotermicznych. Te metabolicznie wytwarzają temperaturę ciała i regulują ją fizjologicznie. Niektóre owady również wykazują ten fizjologiczny wzorzec..
Zdolność do regulowania temperatury dała tym dwóm liniom zwierzęcym przewagę nad ich poikilotermicznymi odpowiednikami, ponieważ potrafią ustanowić równowagę termiczną w swoich komórkach i narządach. Doprowadziło to do bardziej solidnych i wydajnych procesów odżywiania, metabolizmu i wydalania..
Na przykład człowiek utrzymuje swoją temperaturę na poziomie 37 ° C, w dość wąskim zakresie - między 33,2 a 38,2 ° C. Utrzymanie tego parametru jest całkowicie krytyczne dla przetrwania gatunku i pośredniczy w szeregu fizjologicznych procesów zachodzących w organizmie..
Rozróżnienie między tymi czterema kategoriami jest często mylone, gdy badamy przypadki zwierząt, które są w stanie zmieniać kategorie na przemian, przestrzennie lub czasowo..
Przykładem czasowej zmienności termoregulacji mogą być ssaki przechodzące okresy hibernacji. Zwierzęta te są na ogół homeotermiczne w okresach, w których nie są w stanie hibernacji, a podczas hibernacji nie są w stanie regulować temperatury ciała..
Zróżnicowanie przestrzenne występuje, gdy zwierzę w różny sposób reguluje temperaturę w obszarach ciała. Trzmiele i inne owady mogą regulować temperaturę swoich odcinków piersiowych i nie są w stanie regulować pozostałych obszarów. Ten warunek regulacji różnicowej nazywany jest heterotermią..
Jak każdy system, fizjologiczna regulacja temperatury ciała wymaga obecności systemu doprowadzającego, centrum kontroli i systemu odprowadzającego..
Pierwszy system, aferentny, jest odpowiedzialny za przechwytywanie informacji przez receptory skóry. Następnie informacja jest przekazywana neuroregulacyjnie przez krew do ośrodka termoregulacji.
W normalnych warunkach narządami organizmu wytwarzającymi ciepło są serce i wątroba. Kiedy ciało wykonuje pracę fizyczną (ćwiczenia), mięśnie szkieletowe są również strukturą wytwarzającą ciepło.
Podwzgórze jest ośrodkiem termoregulacji, a zadania są podzielone na utratę ciepła i jego przyrost. Strefa funkcjonalna, która pośredniczy w utrzymywaniu ciepła, znajduje się w tylnej części podwzgórza, podczas gdy utrata jest mediowana przez odcinek przedni. Ten organ działa jak termostat.
Kontrola systemu przebiega na dwa sposoby: pozytywna i negatywna, za pośrednictwem kory mózgowej. Odpowiedzi efektorowe mają charakter behawioralny lub są mediowane przez autonomiczny układ nerwowy. Te dwa mechanizmy zostaną zbadane później..
Mechanizmy regulacji temperatury różnią się w zależności od rodzaju otrzymywanego bodźca, czyli czy jest to wzrost, czy spadek temperatury. Więc użyjemy tego parametru do ustalenia klasyfikacji mechanizmów:
Aby osiągnąć regulację temperatury ciała w obliczu bodźców cieplnych, organizm musi sprzyjać jej utracie. Istnieje kilka mechanizmów:
U ludzi jedną z najbardziej uderzających cech krążenia w skórze jest szeroki wachlarz naczyń krwionośnych. Przepływ krwi przez skórę zmienia się ogromnie w zależności od warunków środowiskowych i zmienia od wysokiego do niskiego przepływu krwi..
Zdolność rozszerzenia naczyń krwionośnych jest kluczowa w termoregulacji osobników. Wysoki przepływ krwi w okresach podwyższonej temperatury pozwala organizmowi zwiększyć przenoszenie ciepła z wnętrza ciała na powierzchnię skóry, aby ostatecznie się rozproszyć.
Wraz ze wzrostem przepływu krwi zwiększa się z kolei objętość krwi w skórze. W ten sposób większa ilość krwi jest przenoszona z rdzenia ciała na powierzchnię skóry, gdzie następuje wymiana ciepła. Krew, teraz zimniejsza, jest przenoszona z powrotem do rdzenia lub środka ciała.
Wraz z rozszerzaniem naczyń krwionośnych, produkcja potu ma kluczowe znaczenie dla termoregulacji, ponieważ pomaga rozproszyć nadmiar ciepła. W rzeczywistości wytwarzanie i późniejsze odparowywanie potu są głównymi mechanizmami utraty ciepła przez organizm. Działają również podczas aktywności fizycznej.
Pot to płyn wytwarzany przez gruczoły potowe zwany ekryną, rozprowadzany po całym organizmie w znacznej gęstości. Parowanie potu przenosi ciepło z organizmu do otoczenia w postaci pary wodnej..
W przeciwieństwie do mechanizmów wspomnianych w poprzednim rozdziale, w sytuacjach niskiej temperatury organizm musi promować zachowanie i produkcję ciepła w następujący sposób:
Ten system jest zgodny z odwrotną logiką opisaną w rozszerzaniu naczyń, więc nie będziemy się zbytnio rozwodzić nad wyjaśnieniem. Zimno stymuluje skurcze naczynek skórnych, zapobiegając w ten sposób rozpraszaniu ciepła.
Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego „gęsia skórka” pojawia się, gdy mamy do czynienia z niską temperaturą? Jest to mechanizm zapobiegający utracie ciepła zwany piloerekcją. Jednak ponieważ ludzie mają stosunkowo mało włosów na naszym ciele, jest to uważane za nieefektywny i prymitywny system..
Kiedy następuje uniesienie każdego włosa, zwiększa się warstwa powietrza, która styka się ze skórą, co zmniejsza konwekcję powietrza. Zmniejsza to straty ciepła.
Najbardziej intuicyjnym sposobem przeciwdziałania niskim temperaturom jest wytwarzanie ciepła. Może to nastąpić na dwa sposoby: przez drżącą i bezdrganiową termogenezę.
W pierwszym przypadku organizm wytwarza szybkie i mimowolne skurcze mięśni (dlatego drżysz, gdy jest ci zimno), które prowadzą do produkcji ciepła. Drżąca produkcja jest kosztowna - mówiąc energetycznie - więc organizm cofnie się na nią, jeśli wyżej wymienione systemy zawiodą..
Drugi mechanizm jest prowadzony przez tkankę zwaną brązową tkanką tłuszczową (lub brązową tkanką tłuszczową, w literaturze angielskiej jest zwykle podsumowywana pod akronimem BAT przez brązowa tkanka tłuszczowa).
Ten system jest odpowiedzialny za oddzielenie produkcji energii w metabolizmie: zamiast tworzyć ATP, prowadzi do produkcji ciepła. Jest to szczególnie ważny mechanizm u dzieci i małych ssaków, chociaż nowsze dowody wskazują, że ma on również znaczenie u dorosłych.
Na mechanizmy etologiczne składają się wszystkie zachowania zwierząt, które regulują ich temperaturę. Jak wspomnieliśmy na przykładzie gadów, organizmy można umieścić w odpowiednim środowisku, aby promować lub zapobiegać utracie ciepła.
W przetwarzaniu tej odpowiedzi uczestniczą różne części mózgu. U ludzi te zachowania są skuteczne, chociaż nie są tak precyzyjnie regulowane jak fizjologiczne.
Ciało doświadcza niewielkich i delikatnych zmian temperatury w ciągu dnia, w zależności od pewnych zmiennych, takich jak rytm okołodobowy, cykl hormonalny i inne aspekty fizjologiczne..
Jak wspomnieliśmy, temperatura ciała koordynuje szeroki zakres procesów fizjologicznych, a jej utrata regulacji może prowadzić do wyniszczających warunków w dotkniętym chorobą organizmie..
Obie skrajności termiczne - zarówno wysokie, jak i niskie - mają negatywny wpływ na organizmy. Bardzo wysokie temperatury, powyżej 42 ° C u ludzi, bardzo silnie wpływają na białka, sprzyjając ich denaturacji. Ponadto wpływa to na syntezę DNA. Uszkodzone są również narządy i neurony.
Podobnie temperatury poniżej 27 ° C prowadzą do ciężkiej hipotermii. Zmiany aktywności nerwowo-mięśniowej, sercowo-naczyniowej i oddechowej mają fatalne konsekwencje.
Nieprawidłowe działanie termoregulacji wpływa na wiele narządów. Należą do nich serce, mózg, przewód pokarmowy, płuca, nerki i wątroba..
Jeszcze bez komentarzy