LÄMMÖN SÄÄTELY: FYSIOLOGIA, MEKANISMIT, TYYPIT JA MUUTOKSET - BIOLOGIA - 2026

Lämmönsäätely on prosessi, jonka avulla organismit säätelevät niiden kehon lämpötilaa, moduloimalla lämpöhäviö ja vahvistuksen. Eläinkunnassa on erilaisia ​​mekanismeja lämpötilan säätelemiseksi, sekä fysiologisia että etologisia.

Kehon lämpötilan sääteleminen on perustoiminto kaikille eläville olennoille, koska parametri on kriittinen kehon homeostaasille ja vaikuttaa mm. Entsyymien ja muiden proteiinien toimivuuteen, kalvon juoksevuuteen ja ionien virtaukseen..

Nisäkkäät ovat homeotermisiä ja endotermisiä. Lähde: Alan Wilson

Yksinkertaisimmassa muodossaan termoregulaatioverkot aktivoidaan piirin avulla, joka yhdistää muun muassa ihossa, sisäelimessä, aivoissa sijaitsevien termoreseptoreiden tulot.

Näiden kuumien tai kylmien ärsykkeiden päämekanismeja ovat ihon verisuonten supistuminen, verisuonten laajeneminen, lämmöntuotanto (lämpögeneesi) ja hikoilu. Muita mekanismeja ovat käyttäytymiset lämpöhäviön edistämiseksi tai vähentämiseksi.

Perusteet: lämpö ja lämpötila

Eläinten termoregulaatiosta puhumiseksi on tiedettävä tarkka määritelmä termeille, jotka ovat usein hämmentäviä opiskelijoiden keskuudessa.

Lämmön ja lämpötilan eron ymmärtäminen on välttämätöntä eläinten lämmön säätelyn ymmärtämiseksi. Käytämme elottomia kappaleita havainnollistamaan eroa: ajatellaan kahta metallikuutiota, toinen on kymmenen kertaa suurempi kuin toinen.

Jokainen näistä kuutioista on huoneessa, jonka lämpötila on 25 ° C. Jos mitataan kunkin lohkon lämpötila, molemmat ovat 25 ° C: ssa, vaikka yksi on iso ja toinen pieni.

Jos nyt mitataan lämmön määrä kussakin lohkossa, tulos näiden kahden välillä on erilainen. Tämän tehtävän suorittamiseksi meidän on siirrettävä lohkot huoneeseen, jonka lämpötila on absoluuttinen nolla, ja mitattava niiden lähettämä lämpömäärä. Tässä tapauksessa lämpöpitoisuus on 10 kertaa suurempi suurimmassa metallikuutiossa.

Lämpötila

Edellisen esimerkin ansiosta voimme päätellä, että lämpötila on molemmille sama ja riippumaton aineen määrästä kussakin lohkossa. Lämpötila mitataan molekyylien liikkumisen nopeutena tai voimakkuutena.

Kun kirjoittajat mainitsevat ”kehon lämpötilan” biologisessa kirjallisuudessa, he viittaavat kehon keskus- ja reuna-alueiden lämpötilaan. Ydinalueiden lämpötila heijastaa kehon "syvien" kudosten - aivojen, sydämen ja maksan - lämpötilaa.

Perifeeristen alueiden lämpötilaan puolestaan ​​vaikuttaa veren kulkeutuminen ihoon ja se mitataan käsien ja jalkojen iholla.

Kuuma

Sitä vastoin - ja palaten takaisin lohkojen esimerkkiin - lämpö on molemmissa inertteissä kappaleissa erilainen ja suoraan verrannollinen aineen määrään. Se on energian muoto ja riippuu kyseisen aineen atomien ja molekyylien lukumäärästä.

Tyypit: eläinten väliset lämpösuhteet

Eläinten fysiologiassa on olemassa useita termejä ja luokkia, joita kuvataan organismien välisissä lämpösuhteissa. Jokaisella näistä eläinryhmistä on erityisiä mukautuksia - fysiologisia, anatomisia tai anatomisia -, jotka auttavat niitä pitämään kehon lämpötilaa sopivalla alueella.

Arkielämässä kutsumme endotermisiä ja homeotermisiä eläimiä "lämminverisiksi" ja poikilotermisiä ja ektotermisiä eläimiä "kylmäverisiksi".

Endotermi ja ektotermi

Ensimmäinen termi on endotermia, jota käytetään, kun eläin onnistuu lämmittämään itseään välittämällä lämmön metabolista tuotantoa. Päinvastainen käsite on ektotermia, jossa eläimen lämpötilan määrää ympäröivä ympäristö.

Jotkut eläimet eivät kykene olemaan endotermisiä, koska vaikka ne tuottavat lämpöä, he eivät tee sitä riittävän nopeasti säilyttääkseen sen.

Poikiloterminen ja homeoterminen

Toinen tapa luokitella ne on eläimen lämpöregulaation mukainen. Termiä poikilotermi käytetään eläimiin, joiden kehon lämpötila vaihtelee. Näissä tapauksissa kehon lämpötila on korkea kuumassa ympäristössä ja matala kylmässä.

Poikiloterminen eläin voi itse säädellä lämpötilaa käyttäytymisen avulla. Toisin sanoen sijoittamalla alueille, joilla on korkea aurinkosäteily, lämpötilan nostamiseksi tai piiloon mainitulta säteilyltä sen vähentämiseksi.

Termit poikilotherm ja ectotherm viittaavat periaatteessa samaan ilmiöön. Poikilotermi korostaa kuitenkin kehon lämpötilan vaihtelua, kun taas ektotermi viittaa ympäristön lämpötilan merkitykseen kehon lämpötilan määrittämisessä.

Poikilotermille päinvastainen termi on homeoterminen: termoregulaatio fysiologisilla keinoilla - ja ei vain käytöksen esityksen ansiosta. Useimmat endotermiset eläimet kykenevät säätämään lämpötilaansa.

esimerkit

Kalat

Kalat ovat täydellinen esimerkki ektotermisistä ja poikilotermisistä eläimistä. Näiden uima-selkärankaisten tapauksessa niiden kudokset eivät tuota lämpöä aineenvaihduntareittien kautta, ja lisäksi kalojen lämpötila määräytyy vesimuodostuman lämpötilan mukaan, jossa ne uivat.

Matelijat

Matelijat käyttäytyvät erittäin selvästi, mikä antaa heille mahdollisuuden säätää lämpötilaa (etiologisesti). Nämä eläimet etsivät lämpimiä alueita - kuten ahvenemista kuumalle kiville - lämpötilan nostamiseksi. Muuten, missä he haluavat vähentää sitä, he pyrkivät piiloutumaan säteilyltä.

Linnut ja nisäkkäät

Nisäkkäät ja linnut ovat esimerkkejä endotermisistä ja homeotermisistä eläimistä. Ne tuottavat metabolisesti kehon lämpötilan ja säätelevät sitä fysiologisesti. Joillakin hyönteisillä on myös tämä fysiologinen kuvio.

Kyky säädellä lämpötilaa antoi näille kahdelle eläinlinjalle etulyöntiaseman poikilotermisissä vastaavuissaan, koska ne voivat muodostaa lämpötasapainon soluissaan ja elimissä. Tämä johti siihen, että ravitsemus-, aineenvaihdunta- ja erittymisprosessit olivat vankempia ja tehokkaampia.

Ihmiset esimerkiksi pitävät lämpötilansa 37 ° C: ssa, melko kapealla alueella - välillä 33,2-38,2 ° C. Tämän parametrin ylläpitäminen on täysin kriittistä lajien säilymiselle ja välittää joukon fysiologisia prosesseja kehossa.

Endotermian ja ektotermian paikallinen ja ajallinen vuorottelu

Näiden neljän luokan välinen ero on usein sekava, kun tarkastelemme tapauksia, joissa eläimiä on mahdollista vaihtaa luokkien välillä joko alueellisesti tai ajallisesti.

Lämpötilan säätelyn ajallisesta vaihtelusta voidaan esimerkkiä nisäkkäillä, jotka kärsivät lepotilasta. Nämä eläimet ovat yleensä homeotermisiä vuodenaikoina, jolloin ne eivät ole lepotilassa ja lepotilan aikana he eivät pysty säätelemään kehon lämpötilaa.

Tilanmuutos tapahtuu, kun eläin säätelee lämpötilaa kehon alueilla eri tavalla. Kimalaiset ja muut hyönteiset voivat säädellä rintaosiensa lämpötilaa eivätkä pysty säätelemään muita alueita. Tätä differentiaalisäätöolosuhdetta kutsutaan heterotermiksi.

Lämpöregulaation fysiologia

Kuten mikä tahansa järjestelmä, ruumiinlämpötilan fysiologinen säätely vaatii aferenssijärjestelmän, ohjauskeskuksen ja efferentin järjestelmän läsnäolon.

Ensimmäinen järjestelmä, aferenssi, on vastuussa tiedon sieppaamisesta ihon reseptoreiden kautta. Myöhemmin tiedot siirretään lämpötilan säätelykeskukseen hermoradan kautta veren läpi.

Normaalioloissa kehon elimet, jotka tuottavat lämpöä, ovat sydän ja maksa. Kun vartalo tekee fyysistä työtä (liikuntaa), luustolihas on myös lämpöä tuottava rakenne.

Hypotalamus on lämmön säätelykeskus ja tehtävät on jaettu lämpöhäviöihin ja lämpövoittoihin. Lämmön ylläpitoa välittävä funktionaalinen vyöhyke sijaitsee takaosan hypotalamuksessa, kun taas menetykset ovat etuosan välittämiä. Tämä elin toimii kuin termostaatti.

Järjestelmän hallinta tapahtuu kahdella tavalla: positiivisella ja negatiivisella, jota aivojen aivokuori välittää. Efektorivasteet ovat käyttäytymistyyppisiä tai autonomisen hermoston välittämiä. Näitä kahta mekanismia tutkitaan myöhemmin.

Lämpösäätelymekanismit

Fysiologiset mekanismit

Lämpötilan säätelymekanismit vaihtelevat vastaanotetun ärsykkeen tyypin mukaan, onko kyse lämpötilan noususta vai laskusta. Joten käytämme tätä parametria mekanismien luokituksen määrittämiseen:

Säätö korkeille lämpötiloille

Jotta kehon lämpötila voitaisiin säädellä lämpöärsykkeissä, kehon on edistettävä sen menetystä. Mekanismeja on useita:

vasodilataatio

Ihmisillä yksi ihon verenkiertovesien silmiinpistävimmistä ominaisuuksista on laaja verisuonten valikoima. Verenkierto ihon läpi on ominaisuus, että se voi vaihdella huomattavasti ympäristöolosuhteista riippuen ja muuttaa korkeasta alhaiseen verenvirtausta.

Verisuonten laajenemiskyky on ratkaisevan tärkeä yksilöiden termoregulaatiossa. Kohonnut verenvirtaus lämpötilan nousun aikana antaa keholle mahdollisuuden lisätä lämmön siirtymistä kehon ytimestä ihon pintaan, jotta se lopullisesti poistuu.

Kun verenvirtaus kasvaa, ihon veren tilavuus puolestaan ​​kasvaa. Siten suurempi määrä verta siirretään kehon ytimestä ihon pintaan, missä tapahtuu lämmönsiirtoa. Nyt kylmempi veri siirretään takaisin kehon ytimeen tai keskustaan.

Hiki

Verisuonten laajentumisen ohella hiki tuottaminen on tärkeätä termoregulaatiolle, koska se auttaa hajottamaan ylimääräisen lämmön. Itse asiassa hikoksen tuottaminen ja sitä seuraava haihtuminen ovat kehon päämekanismeja lämmön menetyksessä. Ne toimivat myös fyysisen toiminnan aikana.

Hiki on hikirauhasten tuottamaa nestettä, jota kutsutaan ekriiniksi ja joka jakautuu kehossa merkittävässä tiheydessä. Hikeen haihtuminen siirtää lämpöä kehosta ympäristöön vesihöyrynä.

Säätö matalista lämpötiloista

Vastoin edellisessä osassa mainittuja mekanismeja, ruumiin on lämpötilan laskun tilanteissa edistettävä lämmön säilymistä ja tuotantoa seuraavalla tavalla:

vasokonstriktio

Tämä järjestelmä noudattaa vasodilataation yhteydessä kuvattua päinvastaista logiikkaa, joten emme tarkenna paljoa selitystä. Kylmä stimuloi ihon verisuonten supistumista ja välttää siten lämmön hajoamista.

piloerektiota

Oletko koskaan miettinyt, miksi ”hanhen kuoppia” ilmenee, kun olemme alhaisen lämpötilan edessä? Se on mekanismi lämpöhäviön estämiseksi, jota kutsutaan piloerectioniksi. Koska ihmisillä on suhteellisen vähän hiuksia kehossamme, sitä pidetään tehottomana ja alkeellisena järjestelmänä.

Kun kunkin hiuksen korkeus tapahtuu, ihon kanssa kosketukseen joutuva ilmakerros kasvaa, mikä vähentää ilman konvektiota. Tämä vähentää lämmönhukkaa.

Lämmöntuotanto

Intuitiivisin tapa torjua matalia lämpötiloja on tuottaa lämpöä. Tämä voi tapahtua kahdella tavalla: värisevällä ja värisemättömällä termogeneesillä.

Ensimmäisessä tapauksessa keho tuottaa nopeita ja tahattomia lihasten supistuksia (siksi värisyt, kun olet kylmä), jotka johtavat lämmöntuotantoon. Ravistettava tuotanto on kallista - energisesti puhuen -, joten keho laskee takaisin sen päälle, jos edellä mainitut järjestelmät epäonnistuvat.

Toista mekanismia johtaa kudos, jota kutsutaan ruskeaksi rasvaksi (tai ruskea rasvakudos, englanninkielisessä kirjallisuudessa se on yleensä yhteenveto lyhenteellä BAT (ruskea rasvakudos)).

Tämä järjestelmä vastaa energiantuotannon irrottamisesta aineenvaihdunnassa: ATP: n muodostumisen sijasta se johtaa lämmöntuotantoon. Se on erityisen tärkeä mekanismi lapsilla ja pienillä nisäkkäillä, vaikka uusimpien todisteiden mukaan se on merkityksellinen myös aikuisilla.

Etiologiset mekanismit

Etiologiset mekanismit koostuvat kaikista käytöksistä, joita eläimet osoittavat lämpötilansa säätelemiseksi. Kuten mainitsimme matelijoiden esimerkissä, organismit voidaan sijoittaa oikeaan ympäristöön lämpöhäviön edistämiseksi tai estämiseksi.

Eri aivojen osat ovat mukana tämän vasteen käsittelyssä. Ihmisillä nämä käytökset ovat tehokkaita, vaikka niitä ei olekaan hienosäädelty kuten fysiologisia.

Lämmön säätelyhäiriöt

Kehossa tapahtuu pieniä ja herkkiä lämpötilan muutoksia koko päivän ajan, riippuen joistakin muuttujista, kuten vuorokausirytmistä, hormonisyklistä, muiden fysiologisten näkökohtien perusteella.

Kuten mainitsimme, kehon lämpötila orkestoi valtavaa joukko fysiologisia prosesseja, ja sen sääntelyhäviö voi johtaa tuhoisiin tiloihin sairastuneessa organismissa.

Molemmat termiset ääripäät - sekä korkea että matala - vaikuttavat negatiivisesti organismeihin. Hyvin korkeilla lämpötiloilla, yli 42 ° C ihmisillä, on erittäin merkittävä vaikutus proteiineihin, mikä edistää niiden denaturoitumista. Myös DNA-synteesi vaikuttaa. Elimet ja neuronit ovat myös vaurioituneet.

Samoin alle 27 ° C lämpötilat johtavat vakavaan hypotermiaan. Neuromuskulaarisen, sydän- ja verisuonitautien sekä hengitysteiden aktiivisuuden muutoksilla on kohtalokkaita seurauksia.

Useat elimet kärsivät, kun termoregulaatio ei toimi oikein. Näitä ovat sydän, aivot, maha-suolikanava, keuhkot, munuaiset ja maksa.

Viitteet

1. Arellano, JLP ja del Pozo, SDC (2013). Yleisen patologian käsikirja. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Kutsuttu arvostelu: proteiinien irrottaminen ja termoregulaatio. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187 - 2198.
3. Charkoudian N. (2010). Ihmisen ihon ihon vasodilataation ja verisuonten supistumisen mekanismit ja modifioijat. Lehti sovelletusta fysiologiasta (Bethesda, Md.: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Vertaileva eläinfysiologia: Ympäristölähestymistapa. Käänsin.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., ja Anderson, M. (2004). Eläinten fysiologia. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Nisäkkäiden termoregulaation purkaminen. Amerikan yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Kehon lämpötilan keskitetty hallinta. F1000Research, 5, F1000 tiedekunta Rev-880.