Fisiologi termasegulasi, mekanisme, jenis dan perubahan



The thermoregulation Ia adalah proses yang membolehkan organisma mengawal suhu badan mereka, memodulasi kehilangan dan mendapatkan haba. Di dalam kerajaan haiwan ada mekanisme pengawalan suhu yang berbeda, baik fisiologi maupun etologi.

Mengatur suhu badan adalah satu aktiviti asas bagi mana-mana makhluk hidup, kerana parameter itu penting untuk homeostasis tubuh dan mempengaruhi fungsi enzim dan protein lain, fluid membran, aliran ion, dan lain-lain..

Dalam bentuk yang paling sederhana, rangkaian thermoregulation diaktifkan dengan cara litar yang mengintegrasikan input dari thermoreceptors yang terletak di kulit, di visera, di otak, antara lain.

Mekanisme utama dalam menghadapi rangsangan panas atau panas ini termasuk vasokonstriksi kulit, vasodilasi, produksi panas (thermogenesis) dan berpeluh. Mekanisme lain termasuk tingkah laku untuk mempromosikan atau mengurangkan kehilangan haba.

Indeks

  • 1 Konsep asas: haba dan suhu
    • 1.1 Suhu
    • 1.2 Heat
  • 2 Jenis: hubungan terma antara haiwan
    • 2.1 Endotherm dan ectotherm
    • 2.2 Poikilotherm dan homeotherm
    • 2.3 Contoh
    • 2.4 Penggantian endothermy dan ectothermia spatial dan duniawi
  • 3 Fisiologi thermoregulation
  • 4 Mekanisme termodegegulasi
    • 4.1 mekanisme fisiologi
    • 4.2 mekanisme etika
  • 5 Perubahan termoregulasi
  • 6 Rujukan

Konsep asas: haba dan suhu

Untuk membincangkan tentang thermoregulation dalam haiwan, perlu mengetahui definisi istilah yang sering membingungkan di kalangan pelajar.

Memahami perbezaan antara haba dan suhu adalah penting untuk memahami peraturan terma haiwan. Kami akan menggunakan badan tidak bernyawa untuk menggambarkan perbezaannya: fikirkan dua kiub logam, satu adalah 10 kali lebih besar daripada yang lain.

Setiap kiub ini berada di dalam bilik pada suhu 25 ° C. Jika kita mengukur suhu setiap blok, keduanya akan berada pada 25 ° C, walaupun satu besar dan satu lagi kecil.

Sekarang, jika kita mengukur jumlah haba di setiap blok, hasil antara kedua akan berbeza. Untuk menjalankan tugas ini, kita mesti memindahkan blok ke bilik dengan suhu sifar mutlak dan mengira jumlah haba yang mereka berikan. Dalam kes ini, kandungan haba akan 10 kali lebih tinggi dalam kiub logam yang lebih besar.

Suhu

Terima kasih kepada contoh terdahulu, kita dapat menyimpulkan bahawa suhu adalah sama untuk kedua-dua dan bebas daripada jumlah bahan setiap blok. Suhu diukur sebagai kelajuan atau intensiti pergerakan molekul.

Dalam kesusasteraan biologi, apabila penulis menyebut "suhu badan" mereka merujuk kepada suhu kawasan tengah badan dan ke kawasan persisian. Suhu kawasan tengah mencerminkan suhu tisu "dalam" badan - otak, jantung dan hati.

Suhu kawasan periferal, sebaliknya, dipengaruhi oleh peredaran darah ke kulit dan diukur di kulit tangan dan kaki.

Haba

Sebaliknya - dan kembali ke contoh blok - haba adalah berbeza dalam kedua-dua badan lengai dan berkadaran langsung dengan jumlah bahan. Ia adalah satu bentuk tenaga dan bergantung kepada bilangan atom dan molekul bahan yang dipersoalkan.

Jenis: hubungan haba antara haiwan

Dalam fisiologi haiwan, terdapat satu siri istilah dan kategori yang digunakan untuk menggambarkan hubungan haba antara organisma. Setiap kumpulan haiwan ini mempunyai penyesuaian khas - fisiologi, anatomi atau anatomi - yang membantu mereka mengekalkan suhu badan mereka dalam julat yang mencukupi.

Dalam kehidupan seharian, kita memanggil haiwan endothermic dan homeothermic "berdarah hangat", dan haiwan poikiloterik dan ektothermal sebagai "berdarah sejuk"..

Endotherm dan ectotherm

Istilah pertama ialah endothermy, digunakan apabila haiwan berjaya memanaskan dengan pengeluaran metabolik haba. Konsep yang bertentangan adalah ectothermia, di mana suhu haiwan itu dikenakan oleh persekitaran sekitar.

Sesetengah haiwan tidak dapat menjadi endotermik, kerana walaupun mereka menghasilkan haba mereka tidak melakukannya dengan cepat untuk memegangnya.

Poikilotherm dan homeotherm

Cara lain untuk mengklasifikasikannya adalah mengikut termoregulasi haiwan. Istilah ini poikilotherm ia digunakan untuk merujuk kepada haiwan dengan suhu badan yang berubah-ubah. Dalam kes ini, suhu badan adalah tinggi dalam persekitaran yang panas dan rendah dalam persekitaran yang sejuk.

Haiwan poikiloterm boleh mengatur sendiri suhu dengan cara tingkah laku. Iaitu, dengan mencari di kawasan yang mempunyai sinaran suria yang tinggi untuk meningkatkan suhu atau bersembunyi daripada radiasi tersebut untuk mengurangkannya.

Istilah poikilotherm dan ectotherm merujuk pada fenomena yang sama pada dasarnya. Walau bagaimanapun, poikilotherm menekankan kepelbagaian suhu badan, manakala dalam ectotherm ia merujuk kepada kepentingan suhu ambien untuk menentukan suhu badan.

Istilah yang bertentangan dengan poikilotherm adalah homeotherm: thermoregulation dengan cara fisiologi - dan bukan hanya terima kasih kepada penggunaan tingkah laku. Kebanyakan haiwan endotmik dapat mengawal suhu mereka.

Contohnya

Ikan

Ikan adalah contoh sempurna haiwan ectothermic dan poikiloterik. Dalam kes perenang vertebrata ini, tisu mereka tidak menghasilkan haba melalui laluan metabolik dan di samping itu, suhu ikan ditentukan oleh suhu badan air di mana mereka berenang.

Reptilia

Reptilia mempamerkan tingkah laku yang sangat jelas yang membolehkan mereka mengawal suhu mereka (secara etika). Haiwan ini mencari kawasan yang hangat - seperti perching di atas batu panas - untuk meningkatkan suhu. Jika tidak, di mana mereka mahu mengurangkannya, mereka akan berusaha menyembunyikan daripada radiasi.

Burung dan mamalia

Mamalia dan burung adalah contoh haiwan endotermik dan homogenik. Metabolik ini menghasilkan suhu badan mereka dan mengaturnya secara fisiologi. Sesetengah serangga juga mempamerkan corak fisiologi ini.

Keupayaan untuk mengawal selia suhu memberi kedua-dua garis keturunan haiwan itu kelebihan berbanding rakan-rakan poikiloterik mereka, kerana mereka dapat menubuhkan keseimbangan termal dalam sel dan organ mereka. Ini membawa kepada proses pemakanan, metabolisme dan perkumuhan menjadi lebih kuat dan cekap.

Sebagai manusia, contohnya, mengekalkan suhunya pada suhu 37 ° C, dalam jarak yang agak sempit - antara 33.2 dan 38.2 ° C. Mengekalkan parameter ini benar-benar kritikal untuk kelangsungan hidup spesis dan mengantara satu siri proses fisiologi dalam badan.

Alternasi endothermy dan ectothermia spatial dan duniawi

Perbezaan antara empat kategori ini sering menjadi membingungkan apabila kita mengkaji kes-kes haiwan yang boleh bergantian antara kategori, baik secara spatial atau temporal.

Variasi temporal terma haba boleh dicontohi oleh mamalia yang mengalami tempoh hibernasi. Haiwan ini biasanya homogenik semasa musim tahun apabila mereka tidak hibernating dan semasa hibernasi mereka tidak dapat mengawal suhu badan mereka.

Variasi spatial berlaku apabila haiwan secara berbeza mengawal suhu di kawasan badan. Bumblebees dan serangga lain boleh mengawal suhu segmen toraks mereka dan tidak dapat mengawal selia kawasan-kawasan lain. Keadaan peraturan pembezaan ini dipanggil heterothermy.

Fisiologi thermoregulation

Seperti mana-mana sistem, peraturan fisiologi suhu badan memerlukan kehadiran sistem afferen, pusat kawalan dan sistem eferen.

Sistem pertama, afferent, bertanggungjawab untuk menangkap maklumat dengan menggunakan reseptor kulit. Selepas itu, maklumat itu dihantar ke pusat thermoregulatory melalui darah melalui saraf.

Di bawah keadaan normal, organ-organ badan yang menjana haba adalah jantung dan hati. Apabila badan melakukan kerja fizikal (senaman), otot rangka juga merupakan struktur penjanaan haba.

Hypothalamus adalah pusat thermoregulatory dan tugas dibahagikan kepada kehilangan dan keuntungan haba. Zon fungsional untuk memediasi penyelenggaraan haba terletak di zon posterior hypothalamus, sementara kehilangannya dimediasi oleh kawasan anterior. Organ ini berfungsi seperti termostat.

Kawalan sistem berlaku dua kali ganda: positif dan negatif, ditengah oleh korteks otak. Respons effector adalah jenis tingkah laku atau dimediasi oleh sistem saraf autonomi. Dua mekanisme ini akan dikaji kemudian.

Mekanisme termodegegulasi

Mekanisme fisiologi

Mekanisme untuk mengawal selia suhu berbeza-beza antara jenis rangsangan yang diterima, iaitu sama ada peningkatan atau pengurangan suhu. Oleh itu, kami akan menggunakan parameter ini untuk menubuhkan klasifikasi mekanisme:

Peraturan untuk suhu tinggi

Untuk mencapai peraturan suhu tubuh terhadap rangsangan haba, tubuh mesti menggalakkan kehilangannya. Terdapat beberapa mekanisme:

Vasodilation

Pada manusia, salah satu ciri peredaran kulit yang paling menarik adalah pelbagai jenis saluran darah yang ada. Peredaran darah melalui kulit mempunyai sifat yang berbeza-beza bergantung kepada keadaan persekitaran dan perubahan dari aliran darah ke paras yang rendah.

Keupayaan vasodilatation adalah penting dalam thermoregulation individu. Aliran darah tinggi semasa tempoh peningkatan suhu membolehkan tubuh meningkatkan penularan haba, dari inti badan ke permukaan kulit, akhirnya menjadi hilang.

Apabila aliran darah bertambah, jumlah darah seterusnya meningkat. Oleh itu, jumlah darah yang lebih besar dipindahkan dari inti badan ke permukaan kulit, di mana pemindahan haba berlaku. Darah, sekarang sejuk, dipindahkan kembali ke nukleus atau pusat badan.

Peluh

Bersama vasodilatation, pengeluaran peluh adalah penting untuk thermoregulation kerana ia membantu pelesapan haba berlebihan. Malah, pengeluaran dan penyejatan peluh berikutnya adalah mekanisme utama badan kehilangan haba. Mereka juga bertindak semasa aktiviti fizikal.

Peluh adalah cecair yang dihasilkan oleh kelenjar peluh yang dipanggil eccrine, yang diedarkan ke seluruh tubuh dalam ketumpatan yang ketara. Penguapan peluh mengurus untuk memindahkan haba badan ke alam sekitar sebagai wap air.

Peraturan untuk suhu rendah

Berbeza dengan mekanisme yang disebutkan di bahagian sebelumnya, dalam keadaan penurunan suhu, badan harus mempromosikan pemuliharaan dan pengeluaran panas dengan cara berikut:

Vasoconstriction

Sistem ini mengikuti logik yang bertentangan yang diterangkan dalam vasodilatasi, jadi kami tidak akan memberikan banyak penjelasan. Selesema merangsang kontraksi salur kulit, dengan itu mengelakkan pelesapan haba.  

Piloerection

Pernahkah anda tertanya-tanya mengapa "lebam-lebam angsa" muncul apabila kita menghadapi suhu yang rendah? Ini adalah mekanisme untuk mengelakkan kehilangan haba yang dipanggil piloerection. Walau bagaimanapun, kerana manusia mempunyai rambut yang agak kecil di dalam badan kita, ia dianggap sebagai sistem yang tidak sempurna.

Apabila ketinggian setiap rambut berlaku, lapisan udara yang bersentuhan dengan kulit meningkat, yang mengurangkan perolakan udara. Ini mengurangkan kehilangan haba.

Pengeluaran haba

Cara yang paling intuitif untuk mengatasi suhu rendah adalah melalui pengeluaran haba. Ini boleh berlaku dalam dua cara: dengan menggigil dan thermogenesis yang tidak menggigil.

Dalam kes pertama, tubuh menghasilkan kontraksi otot yang cepat dan tidak sengaja (itulah sebabnya anda gemetar semasa anda sejuk) yang mengakibatkan pengeluaran haba. Pengeluaran yang menggigil adalah mahal - bertenaga dengan lantang - jadi badan akan menggunakannya jika sistem yang disebutkan di atas gagal..

Mekanisme kedua diketuai oleh tisu yang disebut lemak coklat (atau tisu adipose coklat, dalam kesusasteraan Inggeris, biasanya diringkaskan di bawah akronim BAT oleh tisu adipose coklat).

Sistem ini bertanggungjawab untuk memecahkan pengeluaran tenaga dalam metabolisme: bukannya membentuk ATP, ia membawa kepada pengeluaran haba. Ini adalah mekanisme yang sangat penting pada kanak-kanak dan dalam mamalia kecil, walaupun bukti terbaru menunjukkan bahawa ia juga berkaitan dengan orang dewasa.

Mekanisme etika

Mekanisme etologi terdiri daripada semua tingkah laku yang dipamerkan oleh haiwan untuk mengawal suhu mereka. Seperti yang kita nyatakan dalam contoh reptilia, organisma boleh diletakkan di dalam persekitaran yang sesuai untuk mempromosikan atau mengelakkan kehilangan haba.

Bahagian otak yang berlainan terlibat dalam pemprosesan respons ini. Pada manusia, tingkah laku ini berkesan, walaupun mereka tidak diatur dengan baik sebagai fisiologi.

Perubahan termoregulasi

Tubuh mengalami perubahan kecil dan halus pada suhu sepanjang hari, bergantung pada beberapa pembolehubah, seperti irama sirkadian, kitaran hormon, antara aspek fisiologi lain.

Seperti yang dinyatakan, suhu badan meresmikan pelbagai proses fisiologi dan kehilangan peraturannya boleh mengakibatkan keadaan yang buruk di dalam organisma yang terjejas.

Kedua-dua ekstrem haba - kedua-duanya tinggi dan rendah - menjejaskan organisma negatif. Suhu yang sangat tinggi, melebihi 42 ° C pada manusia, sangat mempengaruhi protein, mempromosikan denaturasi mereka. Di samping itu, sintesis DNA terjejas. Organ dan neuron juga rosak.

Begitu juga, suhu di bawah 27 ° C menyebabkan hipotermia yang teruk. Perubahan dalam aktiviti neuromuskular, kardiovaskular dan pernafasan mempunyai akibat yang membawa maut.

Pelbagai organ terjejas apabila thermoregulation tidak berfungsi dengan cara yang betul. Antaranya, jantung, otak, saluran gastrousus, paru-paru, ginjal dan hati.

Rujukan

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Manual patologi umum. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Kajian yang dijemput: protein dan thermoregulation yang tidak dapat dikendalikan. Jurnal Fisiologi Gunaan, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mekanisme dan pengubah refleks yang disebabkan oleh vasodilasi kulit dan vasokonstrik pada manusia. Jurnal fisiologi terpakai (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979). Berbanding fisiologi haiwan: pendekatan alam sekitar. Saya balik.
  5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi haiwan. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Menyusun semula thermoregulation mamalia. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Kawalan pusat suhu badan. F1000Research, 5, F1000 Fakulti Rev-880.