TERMOREGULÁCIA: FYZIOLÓGIA, MECHANIZMY, TYPY A ZMENY - BIOLÓGIE - 2026

Termoregulácia je proces, ktorý umožňuje organizmy regulovať svoju telesnú teplotu, modulačné tepelných strát a zisk. V živočíšnej ríši existujú rôzne mechanizmy na reguláciu teploty, fyziologické a etologické.

Regulácia telesnej teploty je základnou aktivitou pre každú živú bytosť, pretože parameter je rozhodujúci pre homeostázu tela a ovplyvňuje okrem iného funkčnosť enzýmov a iných proteínov, tekutosť membrány, tok iónov. ,

Cicavce sú homeotermické a endotermické. Zdroj: Alan Wilson

Vo svojej najjednoduchšej podobe sú termoregulačné siete aktivované pomocou obvodu, ktorý integruje okrem iného vstupy termoreceptorov umiestnených v koži, vo vnútornostiach, v mozgu.

Medzi hlavné mechanizmy týchto horúcich alebo studených podnetov patrí kožná vazokonstrikcia, vazodilatácia, tvorba tepla (termogenéza) a potenie. Medzi ďalšie mechanizmy patrí správanie na podporu alebo zníženie tepelných strát.

Základy: teplo a teplota

Ak chceme hovoriť o termoregulácii u zvierat, je potrebné poznať presnú definíciu pojmov, ktoré sú často pre študentov mätúce.

Pochopenie rozdielu medzi teplom a teplotou je nevyhnutné na pochopenie tepelnej regulácie zvierat. Na ilustráciu rozdielu použijeme neživé telá: predstavme si dve kocky kovu, jedna je desaťkrát väčšia ako druhá.

Každá z týchto kociek je v miestnosti s teplotou 25 ° C. Ak zmeráme teplotu každého bloku, oba budú mať teplotu 25 ° C, hoci jeden je veľký a druhý malý.

Ak teraz zmeráme množstvo tepla v každom bloku, výsledok medzi nimi bude odlišný. Aby sme mohli túto úlohu vykonať, musíme presunúť bloky do miestnosti s absolútnou nulou a kvantifikovať množstvo tepla, ktoré vydávajú. V tomto prípade bude obsah tepla v najväčšej kovovej kocke desaťkrát vyšší.

teplota

Vďaka predchádzajúcemu príkladu môžeme dospieť k záveru, že teplota je rovnaká pre obe zložky a je nezávislá od množstva látky v každom bloku. Teplota sa meria ako rýchlosť alebo intenzita pohybu molekúl.

Keď autori v biologickej literatúre uvádzajú „telesnú teplotu“, vzťahujú sa na teplotu centrálnej a periférnej oblasti tela. Teplota jadrových oblastí odráža teplotu „hlbokých“ tkanív tela - mozgu, srdca a pečene.

Teplota periférnych oblastí je ovplyvnená priechodom krvi do kože a meria sa v koži rúk a nôh.

horúco

Na rozdiel od toho - a späť k príkladu blokov - sa teplo v oboch inertných telesách líši a je priamo úmerné množstvu hmoty. Je to forma energie a závisí od počtu atómov a molekúl danej látky.

Typy: tepelné vzťahy medzi zvieratami

Vo fyziológii zvierat existuje množstvo pojmov a kategórií, ktoré sa používajú na opis tepelných vzťahov medzi organizmami. Každá z týchto skupín zvierat má špeciálne úpravy - fyziologické, anatomické alebo anatomické - ktoré im pomáhajú udržiavať telesnú teplotu vo vhodnom rozmedzí.

V každodennom živote nazývame endotermické a homeotermické zvieratá ako „teplokrvné“ a poikilotermické a ekotermické zvieratá ako „chladnokrvné“.

Endoterma a ekoterma

Prvým termínom je endotermia, ktorá sa používa, keď sa zviera dokáže zohriať sprostredkovaním metabolickej výroby tepla. Opačným konceptom je ektotermia, pri ktorej je teplota zvieraťa určovaná okolitým prostredím.

Niektoré zvieratá nie sú schopné byť endotermické, pretože hoci produkujú teplo, nerobia ho dostatočne rýchlo, aby si ho udržali.

Poikilotermické a homeotermické

Ďalším spôsobom, ako ich klasifikovať, je termoregulácia zvieraťa. Termín poikilotherm sa používa na označenie zvierat s rôznymi telesnými teplotami. V týchto prípadoch je telesná teplota vysoká v horúcom prostredí a nízka v chladnom prostredí.

Poikilotermické zviera môže samovoľne regulovať svoju teplotu prostredníctvom správania. To znamená, že umiestnením v oblastiach s vysokým slnečným žiarením sa zvýši teplota alebo sa pred týmto žiarením skryje.

Pojmy poikilotherm a ectotherm sa v podstate vzťahujú na rovnaký jav. Poikilotherm však zdôrazňuje variabilitu telesnej teploty, zatiaľ čo ectotherm poukazuje na dôležitosť teploty prostredia pri určovaní telesnej teploty.

Opačný termín pre poikilotherm je homeotermický: termoregulácia fyziologickými prostriedkami - a to nielen vďaka prejavom správania. Väčšina endotermických zvierat je schopná regulovať svoju teplotu.

Príklady

ryby

Ryby sú dokonalým príkladom ektotermických a poikilotermických zvierat. V prípade týchto plávajúcich stavovcov ich tkanivá neprodukujú teplo metabolickými cestami a teplota rýb je navyše určená teplotou vodného útvaru, v ktorom plávajú.

plazy

Plazy prejavujú veľmi výrazné správanie, ktoré im umožňuje (etologicky) regulovať ich teplotu. Tieto zvieratá hľadajú teplé oblasti - napríklad sedenie na horúcom kameni - s cieľom zvýšiť teplotu. Inak, ak to chcú redukovať, budú sa snažiť skryť pred žiarením.

Vtáky a cicavce

Cicavce a vtáky sú príkladmi endotermických a homeotermických zvierat. Metabolicky produkujú vašu telesnú teplotu a fyziologicky ju regulujú. Niektorý hmyz tiež vykazuje tento fyziologický vzorec.

Schopnosť regulovať svoju teplotu poskytla týmto dvom živočíšnym líniám výhodu oproti ich poikilotermickým náprotivkom, pretože môžu vo svojich bunkách a orgánoch vytvoriť tepelnú rovnováhu. To viedlo k tomu, že procesy výživy, metabolizmu a vylučovania boli robustnejšie a účinnejšie.

Napríklad ľudské bytosti si udržiavajú svoju teplotu na 37 ° C v pomerne úzkom rozmedzí - medzi 33,2 a 38,2 ° C. Udržanie tohto parametra je absolútne kritické pre prežitie druhu a sprostredkuje celý rad fyziologických procesov v tele.

Priestorové a časové striedanie endotermie a ektotermie

Rozlišovanie medzi týmito štyrmi kategóriami je často zamieňané, keď skúmame prípady zvierat, ktoré sú schopné striedať sa medzi kategóriami, či už priestorovo alebo časovo.

Príkladom dočasnej variácie tepelnej regulácie je u cicavcov, ktoré zažívajú obdobia hibernácie. Tieto zvieratá sú vo všeobecnosti homeotermické v obdobiach roka, keď nie sú v režime hibernácie a počas hibernácie nie sú schopné regulovať svoju telesnú teplotu.

K priestorovej variabilite dochádza, keď zviera odlišne reguluje teplotu v oblastiach tela. Čmeláci a iný hmyz môžu regulovať teplotu svojich hrudných segmentov a nie sú schopní regulovať zvyšok regiónov. Táto podmienka diferenciálnej regulácie sa nazýva heterotermia.

Fyziológia termoregulácie

Ako každý systém, aj fyziologická regulácia telesnej teploty vyžaduje prítomnosť aferentného systému, kontrolného centra a efferentného systému.

Prvý systém, aferentný, je zodpovedný za zachytávanie informácií prostredníctvom kožných receptorov. Následne sú informácie prenášané do termoregulačného centra nervovou cestou cez krv.

Za normálnych podmienok sú telesné orgány, ktoré generujú teplo, srdce a pečeň. Keď telo vykonáva fyzickú prácu (cvičenie), kostrový sval je tiež štruktúra generujúca teplo.

Hypotalamus je termoregulačné centrum a úlohy sa delia na tepelné straty a tepelné prírastky. Funkčná zóna na sprostredkovanie udržiavania tepla sa nachádza v zadnej zóne hypotalamu, zatiaľ čo strata je sprostredkovaná prednou oblasťou. Tento orgán funguje ako termostat.

Kontrola systému nastáva dvoma spôsobmi: pozitívnou a negatívnou, sprostredkovanou mozgovou kôrou. Efektorové reakcie sú typu správania alebo sú sprostredkované autonómnym nervovým systémom. Tieto dva mechanizmy sa budú skúmať neskôr.

Termoregulačné mechanizmy

Fyziologické mechanizmy

Mechanizmy na reguláciu teploty sa líšia podľa typu prijatého stimulu, tj či ide o zvýšenie alebo zníženie teploty. Týmto parametrom teda vytvoríme klasifikáciu mechanizmov:

Regulácia pre vysoké teploty

Na dosiahnutie regulácie telesnej teploty tvárou v tvár tepelným stimulom musí telo podporovať svoju stratu. Existuje niekoľko mechanizmov:

vazodilatácia

U ľudí je jednou z najvýraznejších vlastností krvného obehu široká škála krvných ciev, ktoré má. Krvný obeh cez kožu má tú vlastnosť, že sa výrazne líši v závislosti od podmienok prostredia a mení sa z vysokého na nízky prietok krvi.

Schopnosť vazodilatácie je pri termoregulácii jednotlivcov rozhodujúca. Zvýšený prietok krvi počas období zvýšenej teploty umožňuje telu, aby konečne rozptýlilo prenos tepla z jadra tela na povrch kože.

Keď sa zvýši prietok krvi, zase sa zvýši objem kožnej krvi. Takto sa z jadra tela prenáša väčšie množstvo krvi na povrch kože, kde dochádza k prenosu tepla. Teraz chladnejšia krv sa prenáša späť do jadra alebo stredu tela.

pot

Spolu s vazodilatáciou je produkcia potu rozhodujúca pre termoreguláciu, pretože pomáha odvádzať prebytočné teplo. V skutočnosti je produkcia a následné odparovanie potu hlavným mechanizmom tela na stratu tepla. Pracujú tiež počas fyzickej aktivity.

Pot je tekutina produkovaná potnými žľazami, ktorá sa nazýva exkrement, distribuovaná v tele vo významnej hustote.

Regulácia pre nízke teploty

Na rozdiel od mechanizmov uvedených v predchádzajúcej časti musí telo v prípade poklesu teploty podporovať zachovanie a produkciu tepla nasledujúcim spôsobom:

vazokonstrikcia

Tento systém sa riadi opačnou logikou opísanou vo vazodilatácii, preto nebudeme príliš vysvetľovať vysvetlenie. Prechladnutie stimuluje kontrakciu kožných ciev, čím sa zabraňuje rozptylu tepla.

piloerekcia

Premýšľali ste niekedy, prečo sa „husacie hrbole“ objavujú, keď stojíme pred nízkymi teplotami? Je to mechanizmus, ktorý zabraňuje stratám tepla nazývaným piloerekcia. Pretože však ľudia majú na tele relatívne málo vlasov, považuje sa to za neúčinný a základný systém.

Keď dôjde k zvýšeniu každého vlasu, zvýši sa vrstva vzduchu, ktorá prichádza do styku s pokožkou, čo znižuje prúdenie vzduchu. To znižuje tepelné straty.

Výroba tepla

Najintuitívnejší spôsob, ako čeliť nízkym teplotám, je produkcia tepla. K tomu môže dôjsť dvoma spôsobmi: termogenézou a netrasovou termogenézou.

V prvom prípade telo vytvára rýchle a nedobrovoľné svalové kontrakcie (to je dôvod, prečo sa chvíte, keď je zima), čo vedie k produkcii tepla. Triasť sa výrobou je energeticky nákladná, takže ak dôjde k zlyhaniu vyššie uvedených systémov, telo na ňu ustúpi.

Druhý mechanizmus je vedený tkanivom nazývaným hnedý tuk (alebo hnedé tukové tkanivo, v anglickej literatúre je obvykle zhrnutý pod skratkou BAT pre hnedé tukové tkanivo).

Tento systém je zodpovedný za oddelenie výroby energie v metabolizme: namiesto vytvárania ATP vedie k produkcii tepla. Je to obzvlášť dôležitý mechanizmus u detí a malých cicavcov, hoci podľa najnovších dôkazov je relevantný aj u dospelých.

Etologické mechanizmy

Etologické mechanizmy pozostávajú zo všetkých prejavov správania zvierat, ktoré regulujú ich teplotu. Ako sme uviedli v príklade plazov, organizmy sa môžu umiestniť do správneho prostredia na podporu alebo prevenciu tepelných strát.

Na spracovaní tejto reakcie sa podieľajú rôzne časti mozgu. U ľudí sú tieto chovania účinné, aj keď nie sú presne regulované ako fyziologické.

Poruchy termoregulácie

Telo prechádza malými a jemnými teplotnými zmenami po celý deň, v závislosti od niektorých premenných, ako je cirkadiánny rytmus, hormonálny cyklus, okrem iných fyziologických aspektov.

Ako sme už spomenuli, telesná teplota organizuje obrovské množstvo fyziologických procesov a strata jej regulácie môže viesť k zničujúcim podmienkam v postihnutom organizme.

Oba termálne extrémy - vysoké aj nízke - negatívne ovplyvňujú organizmy. Veľmi vysoké teploty nad 42 ° C u ľudí majú veľmi výrazný účinok na proteíny, čo podporuje ich denaturáciu. Tiež je ovplyvnená syntéza DNA. Orgány a neuróny sú tiež poškodené.

Podobne teploty pod 27 ° C vedú k závažným podchladám. Zmeny neuromuskulárnej, kardiovaskulárnej a respiračnej aktivity majú fatálne následky.

Ak termoregulácia nefunguje správnym spôsobom, je postihnutých viac orgánov. Patria sem srdce, mozog, gastrointestinálny trakt, pľúca, obličky a pečeň.

Referencie

1. Arellano, JLP a del Pozo, SDC (2013). Manuál všeobecnej patológie. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Pozvaná recenzia: oddelenie proteínov a termoregulácia. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mechanizmy a modifikátory reflexnej indukovanej kožnej vazodilatácie a vazokonstrikcie u ľudí. Journal of Applied Physiology (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Porovnávacia fyziológia zvierat: environmentálny prístup. Obrátil som sa.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. & Anderson, M. (2004). Fyziológia zvierat. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Dekonštrukcia termoregulácie cicavcov. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Centrálna kontrola telesnej teploty. F1000Výskum, 5, F1000 Fakulta Rev-880.