Termoregülasyon fizyolojisi, mekanizmaları, çeşitleri ve değişiklikleri

termoregülasyon Organizmaların vücutlarının sıcaklığını düzenlemelerine, ısı kaybını ve kazanımlarını değiştirmelerine izin veren süreçtir. Hayvanlar aleminde, hem fizyolojik hem de etolojik olarak farklı sıcaklık düzenleme mekanizmaları vardır..

Vücudun sıcaklığının düzenlenmesi herhangi bir canlı için temel bir aktivitedir, çünkü parametre vücudun homeostazı için kritiktir ve diğerlerinin yanı sıra enzimlerin ve diğer proteinlerin fonksiyonelliğini, membran akışkanlığını, iyon akışını etkiler..

En basit haliyle, termoregülasyon ağları, deride, iç organlarda, beyinde ve diğerlerinde bulunan derideki termoreptörlerin girişlerini birleştiren bir devre vasıtasıyla aktive edilir..

Bu soğuk veya sıcak uyarıcıların yüzündeki ana mekanizmalar arasında deri vazokonstriksiyonu, vazodilatasyon, ısı üretimi (termojenez) ve terleme bulunur. Diğer mekanizmalar, ısı kaybını arttırmaya veya azaltmaya yönelik davranışları içerir.

indeks

• 1 Temel kavramlar: ısı ve sıcaklık
  • 1.1 Sıcaklık
  • 1.2 Isı
• 2 Türler: hayvanlar arasındaki termal ilişkiler
  • 2.1 Endoterm ve ektotherm
  • 2.2 Poikilotherm ve homeotherm
  • 2.3 Örnekler
  • 2.4 Mekansal ve temporal endoterminin ve ektoterminin değişmesi
• 3 Termoregülasyon fizyolojisi
• 4 Termoregülasyon mekanizmaları
  • 4.1 Fizyolojik mekanizmalar
  • 4.2 Etolojik mekanizmalar
• 5 Isı düzenleme değişiklikleri
• 6 Kaynakça

Temel kavramlar: ısı ve sıcaklık

Hayvanlarda termoregülasyon hakkında konuşmak için, genellikle öğrenciler arasında kafa karıştırıcı olan terimlerin tam tanımını bilmek gerekir..

Isı ve sıcaklık arasındaki farkı anlamak, hayvanların termal düzenlemesini anlamak için önemlidir. Farkı göstermek için cansız cisimleri kullanacağız: biri diğerinden 10 kat daha büyük olan iki metal küp düşünün.

Bu küplerin her biri 25 ° C sıcaklıktaki bir odada bulunur. Her bloğun sıcaklığını ölçersek, her ikisi de 25 ° C olacaktır, ancak biri büyük diğeri küçük.

Şimdi, her bloktaki ısı miktarını ölçersek, ikisi arasındaki sonuç farklı olacaktır. Bu görevi yerine getirmek için blokları mutlak sıfır sıcaklığa sahip bir odaya taşımalı ve verdikleri ısı miktarını ölçmeliyiz. Bu durumda, ısı içeriği daha büyük metal küpte 10 kat daha yüksek olacaktır.

sıcaklık

Önceki örnek sayesinde, sıcaklığın her ikisi için de aynı olduğu ve her bloğun madde miktarından bağımsız olduğu sonucuna varabiliriz. Sıcaklık, moleküllerin hareketinin hızı veya yoğunluğu olarak ölçülür..

Biyolojik literatürde, yazarlar "vücut ısısından" bahsettiklerinde, vücudun merkezi bölgelerinin ve çevre bölgelerinin ısısını ifade ederler. Merkezi bölgelerin sıcaklığı vücudun "derin" dokularının sıcaklığını yansıtır - beyin, kalp ve karaciğer.

Periferik bölgelerin sıcaklığı ise kanın cilde geçişinden etkilenir ve ellerin ve ayakların cildinde ölçülür..

ısı

Buna karşılık - ve blokların örneğine dönersek - ısı, her iki atıl gövdede de farklıdır ve doğrudan madde miktarı ile orantılıdır. Bu bir enerji şeklidir ve söz konusu maddenin atomlarının ve moleküllerinin sayısına bağlıdır.

Türler: hayvanlar arasındaki termal ilişkiler

Hayvan fizyolojisinde, organizmalar arasındaki termal ilişkileri tanımlamak için kullanılan bir dizi terim ve kategori vardır. Bu hayvan gruplarının her birinin vücut sıcaklıklarını yeterli bir aralıkta tutmalarına yardımcı olan fizyolojik, anatomik veya anatomik özel uyarlamalar vardır..

Günlük yaşamda, endotermik ve homeotermik hayvanları "sıcak kanlı" ve poikilothermic ve ektothermal hayvanları "soğuk kanlı" olarak adlandırırız..

Endoterm ve ektotherm

İlk terim endothermy, Hayvan ısının metabolik üretimi ile ısınmayı başardığında kullanılır. Tersi kavram ectothermy, Hayvanın sıcaklığının çevre ortam tarafından empoze edildiği.

Bazı hayvanlar endotermik olamaz, çünkü ısı üretmelerine rağmen, onu tutacak kadar hızlı yapmazlar.

Poikilotherm ve homeotherm

Onları sınıflandırmanın başka bir yolu, hayvanın termoregülasyonuna göredir. Terim poikilothermic Değişken vücut sıcaklığına sahip hayvanlara atıfta bulunmak için kullanılır. Bu durumlarda, sıcak ortamlarda vücut sıcaklığı yüksek, soğuk ortamlarda ise düşüktür..

Bir poikilotherm hayvanı, davranışlarını kullanarak ısısını kendi kendine düzenleyebilir. Yani, sıcaklığı arttırmak için güneş ışınımının yüksek olduğu bölgelere yerleştirmek veya azaltmak için söz konusu ışınımdan saklanmaktır..

Poikilotherm ve ectotherm terimleri temelde aynı olguya atıfta bulunur. Bununla birlikte, poikilotherm vücut sıcaklığının değişkenliğini vurgularken, ektotherm'de vücut sıcaklığını belirlemek için ortam sıcaklığının önemine işaret eder..

Poikilotherm'in zıttı terimi homeotherm'dir: fizyolojik yollarla termoregülasyon - sadece davranışların konuşlandırılması sayesinde değil. En endotermik hayvanlar, sıcaklıklarını düzenleyebilirler..

Örnekler

balık

Balık, ektotermik ve poikilothermic hayvanların mükemmel bir örneğidir. Bu omurgalı yüzücüler söz konusu olduğunda, dokuları metabolik yollardan ısı üretmez ve ayrıca balıkların sıcaklığı, yüzdükleri su kütlesinin sıcaklığına göre belirlenir..

sürüngenler

Sürüngenler sıcaklıklarını düzenlemelerini (etolojik olarak) sağlayan çok belirgin davranışlar sergilerler. Bu hayvanlar, sıcaklığı arttırmak için sıcak bölgelere - örneğin sıcak bir taş üzerine tünemiş gibi - bakarlar. Aksi takdirde, azaltmak istedikleri yerde radyasyondan gizlenmeye çalışacaklar.

Kuşlar ve memeliler

Memeliler ve kuşlar endotermik ve homeotermik hayvanlara örnektir. Bunlar metabolik olarak vücut sıcaklıklarını üretir ve fizyolojik olarak düzenler. Bazı böcekler de bu fizyolojik yapıyı sergilerler..

Sıcaklığını düzenleme yeteneği, bu iki soy hayvana, poikilothermic meslektaşlarına göre avantaj sağladı, çünkü hücrelerinde ve organlarında termal bir denge kurabilirler. Bu beslenme, metabolizma ve atılım süreçlerinin daha sağlam ve verimli olmasına neden oldu.

Örneğin insan, sıcaklığını 37 ° C'de oldukça dar bir aralıkta tutar - 33.2 ile 38.2 ° C arasında Bu parametrenin sürdürülmesi, türlerin yaşaması için tamamen kritiktir ve vücuttaki bir dizi fizyolojik sürece aracılık eder..

Mekansal ve temporal endoterminin ve ektoterminin değişmesi

Bu dört kategori arasındaki fark, kategoriler arasında, mekansal veya geçici olarak değişebilen hayvan vakalarını incelediğimizde kafa karıştırıcı hale gelir..

Termal düzenlemenin zamansal değişimi, kış uykusu dönemleri yaşayan memeliler tarafından örneklenebilir. Bu hayvanlar genellikle kış mevsiminde kış uykusuna yatmadıkları ve kış uykusu sırasında vücut ısısını ayarlayamadıkları zamanlarda homeotermiktir..

Mekansal değişim, hayvan vücut bölgelerindeki sıcaklığı farklı şekilde düzenlediğinde meydana gelir. Bombus arıları ve diğer böcekler torasik segmentlerinin sıcaklığını düzenleyebilir ve bölgelerin geri kalanını düzenleyemezler. Bu diferansiyel düzenleme durumuna heterotermi denir..

Termoregülasyon fizyolojisi

Herhangi bir sistem gibi, vücut sıcaklığının fizyolojik düzenlenmesi, bir afferent sistemin, bir kontrol merkezinin ve bir efferent sisteminin varlığını gerektirir.

Afferent olan birinci sistem, kutanöz reseptörler vasıtasıyla bilginin toplanmasından sorumludur. Daha sonra, bilgi termoregülatuar merkeze kan yoluyla sinir yoluyla iletilir..

Normal koşullar altında, ısı üreten vücudun organları kalp ve karaciğerdir. Vücut fiziksel iş yaparken (egzersiz), iskelet kası da ısı üreten bir yapıdır..

Hipotalamus, termoregülatör merkezidir ve görevler ısı kaybı ve kazancına bölünmüştür. Isı korunmasına aracılık edecek fonksiyonel bölge, hipotalamusun arka bölgesinde bulunurken, kayıp ön bölge tarafından yönlendirilir. Bu organ bir termostat gibi çalışır.

Sistemin kontrolü çift oluşur: Beyin korteksinin aracılık ettiği pozitif ve negatif. Efektör yanıtları davranışsal tiptedir veya otonom sinir sistemi tarafından yönlendirilir. Bu iki mekanizma daha sonra çalışılacak.

Termoregülasyon mekanizmaları

Fizyolojik mekanizmalar

Sıcaklığı düzenleyen mekanizmalar, alınan uyaran tipi arasında, yani sıcaklıkta bir artış mı yoksa azalma mı olduğuna göre değişir. Bu yüzden mekanizmaların sınıflandırmasını oluşturmak için bu parametreyi kullanacağız:

Yüksek sıcaklıklar için yönetmelik

Vücut sıcaklığının ısı uyaranlarına karşı düzenlenmesini sağlamak için vücut bunun kaybını teşvik etmelidir. Birkaç mekanizma var:

vazodilatasyon

İnsanlarda, cilt dolaşımının en çarpıcı özelliklerinden biri, sahip olduğu geniş kan damarları yelpazesidir. Deri yoluyla kan dolaşımı, çevresel koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değişkenlik gösterme ve yüksek ila düşük kan akışları arasında değişme özelliğine sahiptir..

Vazodilatasyon kabiliyeti bireylerin termoregülasyonunda çok önemlidir. Yüksek sıcaklık dönemlerinde yüksek kan akışı, vücudun ısının, vücudun çekirdeğinden cilt yüzeyine geçişini artırmasına ve sonunda dağılmasına izin verir..

Kan akışı arttığında, sırayla kan hacmi artar. Böylece, vücudun çekirdeğinden, derinin yüzeyine ısı transferinin gerçekleştiği yerde daha fazla miktarda kan aktarılır. Şimdi daha soğuk olan kan, çekirdeğe veya vücudun merkezine geri aktarılıyor.

ter

Vazodilatasyonun yanı sıra, terin üretimi termoregülasyon için çok önemlidir çünkü aşırı ısının dağılmasına yardımcı olur. Aslında ter üretimi ve ardından buharlaşması vücudun ısı kaybını önleyen ana mekanizmalarıdır. Ayrıca fiziksel aktivite sırasında da hareket ederler..

Ter, ekrin adı verilen ter bezleri tarafından üretilen ve vücutta önemli bir yoğunlukta dağılmış bir sıvıdır Terin buharlaşması vücut ısısını suya buhar olarak çevreye aktarmayı başarır..

Düşük sıcaklıklar için yönetmelik

Önceki bölümde belirtilen mekanizmaların aksine, sıcaklık düşüşü durumlarında, vücudun ısının korunmasını ve üretilmesini aşağıdaki şekilde teşvik etmesi gerekir:

vazokonstriksiyon

Bu sistem vazodilatasyonda tarif edilen zıt mantığı izler, böylece açıklamada fazla bir şey genişletmeyeceğiz. Soğuk, deri damarlarının büzülmesini uyarır, böylece ısı dağılımını önler.  

Piloerection

Düşük sıcaklıklarla karşı karşıya kaldığımızda neden "tüy diken dikenlerinin" ortaya çıktığını hiç merak ettiniz mi? Piloerection denilen ısı kaybını önlemek için bir mekanizmadır. Bununla birlikte, insanlar vücudumuzda nispeten az kıllara sahip olduğu için zayıf bir temel sistem olarak kabul edilir..

Her bir kılın yükselmesi gerçekleştiğinde, cilde temas eden hava tabakası artar, bu da havanın taşınımını azaltır. Bu ısı kaybını azaltır.

Isı üretimi

Düşük sıcaklıklara karşı koymanın en kolay yolu ısı üretimidir. Bu iki yolla gerçekleşebilir: titreyerek ve titremeyen termojenezle.

İlk durumda, vücut ısınmaya yol açan hızlı ve istemsiz kas kasılmaları (bu nedenle üşüdüğünüzde titremeniz) üretir. Titreme üretimi pahalıdır - enerjisel olarak konuşur - böylece yukarıda belirtilen sistemler başarısız olursa, beden buna başvuracaktır..

İkinci mekanizma, kahverengi yağ (veya kahverengi yağ dokusu) denilen bir doku tarafından yönetilir, İngiliz literatüründe genellikle BAT kısaltması altında özetlenir. kahverengi yağ dokusu).

Bu sistem, metabolizmadaki enerji üretiminin ayrılmasından sorumludur: ATP oluşturmak yerine, ısı üretimine yol açar. Çocuklarda ve küçük memelilerde özellikle önemli bir mekanizmadır, ancak en son kanıtlar yetişkinler için de geçerli olduğunu belirtmiştir..

Etolojik mekanizmalar

Etolojik mekanizmalar, hayvanların sıcaklıklarını düzenlemek için sergiledikleri tüm davranışlardan oluşur. Sürüngenler örneğinde belirttiğimiz gibi, organizmalar ısı kaybını teşvik etmek veya önlemek için elverişli ortama yerleştirilebilir.

Bu yanıtın işlenmesinde beynin farklı bölümleri yer alır. İnsanlarda bu davranışlar etkilidir, ancak fizyolojik davranışlar olarak tam olarak düzenlenememiştir..

Termoregülasyon değişiklikleri

Vücut, diğer fizyolojik yönlerin yanı sıra sirkadiyen ritim, hormonal döngü gibi bazı değişkenlere bağlı olarak, gün boyunca sıcaklıkta küçük ve hassas değişiklikler yaşar..

Belirtildiği gibi, vücut ısısı çok çeşitli fizyolojik süreçleri düzenler ve bunun düzenlenmesinin kaybı etkilenen organizma içindeki yıkıcı koşullara yol açabilir.

Her iki termal aşırı uç - hem yüksek hem de düşük - organizmaları olumsuz yönde etkiler. İnsanlarda 42 ° C'nin üzerindeki çok yüksek sıcaklıklar, denatürasyonunu teşvik ederek proteinleri güçlü bir şekilde etkiler. Ek olarak, DNA sentezi etkilenir. Organlar ve nöronlar da zarar görür.

Benzer şekilde, 27 ° C'nin altındaki sıcaklıklar şiddetli hipotermiye neden olur. Nöromüsküler, kardiyovasküler ve solunum aktivitesindeki değişiklikler ölümcül sonuçlara neden olur.

Termoregülasyon doğru şekilde çalışmadığında çoklu organlar etkilenir. Bunlar arasında kalp, beyin, gastrointestinal sistem, akciğerler, böbrekler ve karaciğer.

referanslar

1. Arellano, J.L.P., & del Pozo, S.D.C. (2013). Genel patoloji el kitabı. Elsevier.
2. Argyropoulos, G. ve Harper, M. E. (2002). Davetli derleme: ayrışma proteinleri ve ısıl düzenleme. Uygulamalı Fizyoloji Dergisi, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). İnsanlarda refleksle indüklenen kutanöz vazodilatasyon ve vazokonstriksiyon mekanizmaları ve değiştiricileri. Uygulamalı fizyoloji dergisi (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R.W. (1979). Karşılaştırılmış hayvan fizyolojisi: çevresel bir yaklaşım. Geri döndüm.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., ve Anderson, M. (2004). Hayvan fizyolojisi. Sinauer Associates.
6. Liedtke W. B. (2017). Memeli termoregülasyonunun yapısının giderilmesi. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Vücut sıcaklığının merkezi kontrolü. F1000Research, 5, F1000 Fakülte Rev-880.