Thermoregulatie fysiologie, mechanismen, typen en wijzigingen

de thermoregulatie Het is het proces dat organismen toestaat de temperatuur van hun lichaam te reguleren, het verlies en de toename van warmte te moduleren. In het dierenrijk zijn er verschillende mechanismen voor temperatuurregeling, zowel fysiologisch als ethologisch.

Het reguleren van de lichaamstemperatuur is een basisactiviteit voor elk levend wezen, omdat de parameter van cruciaal belang is voor de homeostase van het lichaam en de functionaliteit van enzymen en andere eiwitten, membraanfluïditeit, ionenstroming, onder anderen beïnvloedt..

In de eenvoudigste vorm worden de thermoregulatienetwerken geactiveerd door middel van een circuit dat de inputs van de thermoreceptoren in de huid, in de ingewanden, in de hersenen, onder andere, integreert.

De belangrijkste mechanismen tegenover deze koude- of hittestimuli omvatten cutane vasoconstrictie, vasodilatatie, warmteproductie (thermogenese) en zweten. Andere mechanismen omvatten gedrag om warmteverlies te bevorderen of te verminderen.

index

• 1 Basisbegrippen: warmte en temperatuur
  • 1.1 Temperatuur
  • 1.2 Warmte
• 2 Types: thermische relaties tussen dieren
  • 2.1 Endotherm en ectotherm
  • 2.2 Poikilotherm en homeotherm
  • 2.3 Voorbeelden
  • 2.4 Afwisseling van ruimtelijke en temporale endothermie en ectothermie
• 3 Fysiologie van thermoregulatie
• 4 Thermoregulatiemechanismen
  • 4.1 Fysiologische mechanismen
  • 4.2 Ethologische mechanismen
• 5 Veranderingen van thermoregulatie
• 6 Referenties

Basisbegrippen: warmte en temperatuur

Om te praten over thermoregulatie bij dieren, is het noodzakelijk om de exacte definitie van termen te kennen die vaak verwarrend zijn bij studenten.

Het begrijpen van het verschil tussen warmte en temperatuur is essentieel om de thermische regulatie van dieren te begrijpen. We zullen levenloze lichamen gebruiken om het verschil te illustreren: denk aan twee metalen blokjes, de ene is 10 keer groter dan de andere.

Elk van deze kubussen bevindt zich in een ruimte met een temperatuur van 25 ° C. Als we de temperatuur van elk blok meten, bevinden beide zich op 25 ° C, hoewel de ene groot en de andere klein is.

Als we nu de hoeveelheid warmte in elk blok meten, zal het resultaat tussen de twee anders zijn. Om deze taak uit te voeren, moeten we de blokken verplaatsen naar een kamer met een absolute nultemperatuur en de hoeveelheid warmte die ze afgeven kwantificeren. In dit geval is de warmte-inhoud 10 keer hoger in de grotere metalen kubus.

temperatuur

Dankzij het vorige voorbeeld kunnen we concluderen dat de temperatuur voor beide hetzelfde is en onafhankelijk van de hoeveelheid materie van elk blok. De temperatuur wordt gemeten als de snelheid of intensiteit van de beweging van de moleculen.

In de biologische literatuur, wanneer de auteurs "lichaamstemperatuur" noemen, verwijzen ze naar de temperatuur van de centrale gebieden van het lichaam en naar de perifere regio's. De temperatuur van de centrale gebieden weerspiegelt de temperatuur van de "diepe" weefsels van het lichaam - hersenen, hart en lever.

De temperatuur van de perifere gebieden wordt echter beïnvloed door de passage van bloed naar de huid en wordt gemeten in de huid van handen en voeten.

hitte

Daarentegen - en terugkerend naar het voorbeeld van de blokken - is de warmte verschillend in beide inerte lichamen en recht evenredig met de hoeveelheid materie. Het is een vorm van energie en hangt af van het aantal atomen en moleculen van de stof in kwestie.

Typen: thermische relaties tussen dieren

In de dierfysiologie worden een aantal termen en categorieën gebruikt om de thermische relaties tussen organismen te beschrijven. Elk van deze diergroepen heeft speciale aanpassingen - fysiologisch, anatomisch of anatomisch - die ervoor zorgen dat ze hun lichaamstemperatuur binnen een toereikend bereik houden.

In het dagelijks leven noemen we de endotherme en homeothermische dieren "warmbloedig", en de poikilothermische en ectothermische dieren als "koelbloedig"..

Endotherm en ectotherm

De eerste term is endothermie, gebruikt wanneer het dier erin slaagt op te warmen met de metabolische productie van warmte. Het tegenovergestelde concept is het ectothermy, waar de temperatuur van het dier wordt opgelegd door de omgeving.

Sommige dieren kunnen niet endotherm zijn, want hoewel ze warmte produceren, doen ze het niet snel genoeg om het vast te houden.

Poikilotherm en homeotherm

Een andere manier om ze te classificeren is volgens de thermoregulatie van het dier. De term poikilothermic het wordt gebruikt om te verwijzen naar dieren met variabele lichaamstemperaturen. In deze gevallen is de lichaamstemperatuur hoog in warme omgevingen en is deze laag in koude omgevingen.

Een poikilotherm-dier kan zijn temperatuur zelf reguleren door middel van gedrag. Dat wil zeggen, door het plaatsen in gebieden met hoge zonnestraling om de temperatuur te verhogen of zich te verbergen voor de straling om deze te verlagen.

De termen poikilotherm en ectotherm verwijzen in wezen naar hetzelfde fenomeen. Poikilotherm benadrukt echter de variabiliteit van de lichaamstemperatuur, terwijl het in ectotherm verwijst naar het belang van de omgevingstemperatuur om de lichaamstemperatuur te bepalen.

De tegenovergestelde term voor poikilotherm is homeotherm: thermoregulatie op fysiologische wijze - en niet alleen dankzij de inzet van gedrag. De meeste endotherme dieren zijn in staat om hun temperatuur te regelen.

Voorbeelden

vis

Vissen zijn het perfecte voorbeeld van ectothermische en poikilothermische dieren. In het geval van deze gewervelde zwemmers produceren hun weefsels geen warmte via metabolische paden en bovendien wordt de temperatuur van de vis bepaald door de temperatuur van het waterlichaam waar ze zwemmen.

reptielen

De reptielen vertonen zeer duidelijke gedragingen waardoor ze hun temperatuur (ethologisch) kunnen reguleren. Deze dieren zoeken naar warme gebieden - zoals zitstokken op een hete steen - om de temperatuur te verhogen. Anders zullen ze proberen zich te verbergen voor de straling waar ze dit willen verminderen.

Vogels en zoogdieren

Zoogdieren en vogels zijn voorbeelden van endotherme en homeothermische dieren. Deze produceren metabolisch hun lichaamstemperatuur en reguleren deze fysiologisch. Sommige insecten vertonen ook dit fysiologische patroon.

Het vermogen om de temperatuur te reguleren gaf deze twee lijnen van dieren een voordeel ten opzichte van hun poikilothermische tegenhangers, omdat ze een thermisch evenwicht in hun cellen en hun organen kunnen vaststellen. Dit leidde ertoe dat de processen van voeding, metabolisme en uitscheiding robuuster en efficiënter werden.

De mens bewaart bijvoorbeeld zijn temperatuur op 37 ° C, binnen een vrij smal bereik - tussen 33,2 en 38,2 ° C. Het behoud van deze parameter is volledig kritisch voor het voortbestaan ​​van de soort en bemiddelt een reeks fysiologische processen in het lichaam.

Afwisseling van ruimtelijke en temporale endothermie en ectothermie

Het onderscheid tussen deze vier categorieën wordt vaak verwarrend wanneer we gevallen van dieren onderzoeken die in staat zijn om te wisselen tussen categorieën, hetzij ruimtelijk of in de tijd.

De temporele variatie van thermische regulatie kan worden geïllustreerd door zoogdieren die perioden van winterslaap ervaren. Deze dieren zijn meestal homeotherm tijdens de seizoenen van het jaar wanneer ze niet in winterslaap zijn en tijdens winterslaap zijn ze niet in staat om hun lichaamstemperatuur te reguleren.

Ruimtelijke variatie treedt op wanneer het dier op differentiële wijze de temperatuur in de lichaamsgebieden regelt. Hommels en andere insecten kunnen de temperatuur van hun thoracale segmenten regelen en kunnen de rest van de regio's niet regelen. Deze toestand van differentiële regulatie wordt heterothermy genoemd.

Fysiologie van thermoregulatie

Zoals elk systeem vereist de fysiologische regulering van de lichaamstemperatuur de aanwezigheid van een afferent systeem, een controlecentrum en een efferent systeem.

Het eerste systeem, de afferente, is verantwoordelijk voor het vastleggen van de informatie door middel van de huidreceptoren. Vervolgens wordt de informatie via het neuraal doorgegeven aan het thermoregulatorische centrum via het bloed.

Onder normale omstandigheden zijn de organen van het lichaam die warmte genereren het hart en de lever. Wanneer het lichaam fysiek werk doet (oefening), is de skeletspier ook een warmtegenererende structuur.

De hypothalamus is het thermoregulerende centrum en de taken zijn onderverdeeld in warmteverlies en winst. De functionele zone om het behoud van warmte te bemiddelen bevindt zich in de achterste zone van de hypothalamus, terwijl het verlies wordt gemedieerd door het anterieure gebied. Dit orgel werkt als een thermostaat.

De controle van het systeem gebeurt dubbel: positief en negatief, gemedieerd door de cortex van de hersenen. De effectorreacties zijn van het gedragstype of gemedieerd door het autonome zenuwstelsel. Deze twee mechanismen zullen later worden bestudeerd.

Thermoregulatie mechanismen

Fysiologische mechanismen

De mechanismen om de temperatuur te reguleren variëren tussen het type ontvangen stimulus, dat wil zeggen, of het een toename of afname in temperatuur is. Dus zullen we deze parameter gebruiken om een ​​classificatie van de mechanismen vast te stellen:

Regeling voor hoge temperaturen

Om de lichaamstemperatuur te regelen tegen hittestimuli, moet het lichaam het verlies ervan bevorderen. Er zijn verschillende mechanismen:

vaatverwijding

Bij de mens is een van de meest opvallende kenmerken van de huidcirculatie het brede scala van bloedvaten die het heeft. De bloedcirculatie door de huid heeft de eigenschap enorm te variëren, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden en verandering van hoge tot lage bloedstromen.

Het vermogen van vasodilatatie is cruciaal bij de thermoregulatie van individuen. Door de hoge bloedstroom tijdens perioden met verhoogde temperatuur kan het lichaam de warmteoverdracht verhogen, van de kern van het lichaam naar het huidoppervlak en uiteindelijk worden afgevoerd.

Wanneer de bloedstroom toeneemt, neemt het bloedvolume op zijn beurt weer toe. Aldus wordt een grotere hoeveelheid bloed overgedragen van de kern van het lichaam naar het oppervlak van de huid, waar warmteoverdracht plaatsvindt. Het bloed, nu koeler, wordt terug overgebracht naar de kern of het midden van het lichaam.

zweet

Samen met vasodilatatie, is de productie van zweet cruciaal voor thermoregulatie omdat het de afvoer van overmatige warmte helpt. In feite zijn de productie en de daaropvolgende verdamping van zweet de belangrijkste mechanismen van het lichaam om warmte te verliezen. Ze werken ook tijdens lichamelijke activiteit.

Zweet is een vloeistof geproduceerd door zweetklieren, eccrien genaamd, die door het lichaam wordt verdeeld in een aanzienlijke dichtheid. De verdamping van zweet zorgt ervoor dat lichaamswarmte wordt overgedragen aan het milieu als waterdamp.

Regeling voor lage temperaturen

In tegenstelling tot de mechanismen die in de vorige paragraaf worden genoemd, moet het lichaam in situaties van temperatuurdaling het behoud en de productie van warmte bevorderen op de volgende manier:

vaatvernauwing

Dit systeem volgt de tegengestelde logica beschreven in vasodilatatie, dus we zullen niet veel uitleggen in de uitleg. De koude stimuleert samentrekking van de huidvaten, waardoor warmtedissipatie wordt vermeden.  

piloerectie

Heb je je ooit afgevraagd waarom "kippenvel" verschijnt als we geconfronteerd worden met lage temperaturen? Het is een mechanisme om warmteverlies genaamd pilo-erectie te voorkomen. Omdat mensen echter relatief weinig haar in ons lichaam hebben, wordt het beschouwd als een slecht rudimentair systeem.

Wanneer de hoogte van elk haar optreedt, neemt de luchtlaag die in contact komt met de huid toe, waardoor de convectie van de lucht afneemt. Dit vermindert warmteverlies.

Warmte productie

De meest intuïtieve manier om lage temperaturen tegen te gaan, is door de productie van warmte. Dit kan op twee manieren gebeuren: door rillingen en niet-rillende thermogenese.

In het eerste geval produceert het lichaam snelle en onvrijwillige spiersamentrekkingen (dat is de reden waarom je beeft als je het koud hebt) die leiden tot de productie van warmte. Rillige productie is duur - energetisch gezien - dus het lichaam zal er gebruik van maken als de bovengenoemde systemen falen..

Het tweede mechanisme wordt geleid door een weefsel dat bruin vet wordt genoemd (of bruin vetweefsel, in de Engelse literatuur wordt het gewoonlijk samen met het acroniem BAT door bruin vetweefsel).

Dit systeem is verantwoordelijk voor het ontkoppelen van de productie van energie in het metabolisme: in plaats van ATP te vormen, leidt het tot de productie van warmte. Het is een bijzonder belangrijk mechanisme bij kinderen en kleine zoogdieren, hoewel uit het meest recente bewijs is gebleken dat het ook bij volwassenen relevant is.

Ethologische mechanismen

De ethologische mechanismen bestaan ​​uit alle gedragingen die dieren vertonen om hun temperatuur te reguleren. Zoals we in het voorbeeld van reptielen noemden, kunnen organismen in de gunstige omgeving worden geplaatst om warmteverlies te bevorderen of te voorkomen.

Verschillende delen van de hersenen zijn betrokken bij de verwerking van dit antwoord. Bij mensen zijn deze gedragingen effectief, hoewel ze niet fijn gereguleerd zijn als de fysiologische.

Wijzigingen van thermoregulatie

Het lichaam ervaart kleine en delicate veranderingen in temperatuur gedurende de dag, afhankelijk van enkele variabelen, zoals het circadiane ritme, de hormonale cyclus, naast andere fysiologische aspecten.

Zoals gezegd orkestreert de lichaamstemperatuur een enorm scala aan fysiologische processen en het verlies van regulatie ervan kan leiden tot verwoestende omstandigheden in het aangetaste organisme.

Zowel thermische extremen - zowel hoog als laag - beïnvloeden organismen negatief. Zeer hoge temperaturen, boven 42 ° C bij mensen, hebben een sterke invloed op eiwitten en bevorderen hun denaturatie. Bovendien wordt de DNA-synthese beïnvloed. Organen en neuronen zijn ook beschadigd.

Evenzo leiden temperaturen onder 27 ° C tot ernstige onderkoeling. Veranderingen in neuromusculaire, cardiovasculaire en respiratoire activiteit hebben fatale gevolgen.

Meerdere orgels worden beïnvloed als de thermoregulatie niet op de juiste manier werkt. Onder hen, het hart, de hersenen, het maag-darmkanaal, de longen, de nieren en de lever.

referenties

1. Arellano, J.L. P., & del Pozo, S.D. C. (2013). Handleiding algemene pathologie. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, M.E. (2002). Uitgenodigde beoordeling: ontkoppeling van eiwitten en thermoregulatie. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mechanismen en modifiers van door reflex geïnduceerde cutane vasodilatatie en vasoconstrictie bij de mens. Journal of applied physiology (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R.W. (1979). Vergeleken met dierfysiologie: een benadering op milieugebied. Ik draaide achteruit.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., And Anderson, M. (2004). Dierfysiologie. Sinauer Associates.
6. Liedtke W. B. (2017). Deconstructie van thermoregulatie bij zoogdieren. Proceedings van de National Academy of Sciences van de Verenigde Staten van Amerika, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Centrale controle van de lichaamstemperatuur. F1000Research, 5, F1000 Faculteit Rev-880.