Termoregulácia

Termoregulácia je integrovaný systém biologických mechanizmov, zodpovedných za udržiavanie takmer konštantnej vnútornej teploty bez ohľadu na klimatické podmienky mimo organizmu. Tieto mechanizmy - obzvlášť účinné u vtákov a cicavcov (všetky homeotermné zvieratá), menej už u rýb, obojživelníkov a plazov ( poikilotermické zvieratá) - zahŕňajú procesy z výroby, skladovanie A disperzia tepla.

Pretože obézny subjekt často nejedí abnormálne v porovnaní s inými jedincami s normálnou hmotnosťou, ktorí niekedy jedia ešte viac, je pravdepodobné, že - pri rovnakej fyzickej aktivite - zmeny termoregulačných procesov môžu viesť k zníženiu spotreby energie, s akumulácia prebytočnej energie vo forme tuku.Tenké subjekty, na rozdiel od obéznych, by preto boli lepšie pri likvidácii nadbytočnej potravy (pozri hnedé tukové tkanivo) vo forme tepla.

Termoregulácia môže byť v prvom rade dobrovoľná alebo nedobrovoľná. V prvom prípade je to samotné zviera, ktoré dobrovoľne uvedie do pohybu adekvátne behaviorálne stratégie, ako je hľadanie brlohu chráneného pred živlami alebo migrácia na miesta, ktoré sú najvhodnejšie na udržanie vlastnej telesnej teploty.

Ďalší príklad behaviorálnej termoregulácie poskytujú posturálne úpravy, ktoré sa vykonávajú za účelom zmenšenia alebo zväčšenia povrchu tela vystaveného vzduchu; napríklad v zime sa líšky zvyknú na seba stočiť a omotať si telo dlhým chvostom. Ostatné cicavce v teplejších mesiacoch posypávajú svoje telo slinami, čím sa zvyšuje rozptyl tepla odparovaním.

Dokonca aj mimovoľné termoregulačné reakcie je možné vyvolať pôsobením chladného alebo horúceho prostredia. V každom prípade zahŕňajú zásah hypotalamického termoregulačného centra, ktoré je schopné zachytiť a spracovať signály prichádzajúce z kožných a centrálnych termoreceptorov (umiestnených v mozgu, mieche) šnúra a centrálne orgány), koordinácia fyziologickej reakcie najvhodnejšej na udržanie telesnej teploty.

Termoregulácia v chladnom prostredí

Účelom termoregulačných úprav za studena je zachovanie a / alebo výroba tepla.

Schopnosť organizmu produkovať teplo sa nazýva termogenéza; je do značnej miery povinný a súvisí s fyziologickými a metabolickými procesmi zodpovednými za pohyb, trávenie, absorpciu a spracovanie živín zavedených v strave.

Cicavce majú schopnosť zvýšiť produkciu tepla (voliteľná termogenéza), bez ohľadu na to, či zahŕňa vzrušujúci mechanizmus alebo nie. V prvom prípade hovoríme o chvejúcej sa termogenéze. Tento mechanizmus vedie k produkcii tepla rytmickým a izometrickým sťahovaním svalového tkaniva, ktoré nie je zamerané na pohyb. Striedanie kontrakcií a relaxácie vedie k charakteristickému chveniu nazývanému triaška, ktoré sa objavuje vtedy, keď telesná teplota má tendenciu „citeľne“ klesať. Chvenie vytvára množstvo tepla, ktoré je až 6 až 8-krát väčšie ako teplo produkované odpočívajúcim svalom. , nastáva iba vtedy, ak maximálna vazokonstrikcia (pozri nižšie) nie je schopná udržať telesnú teplotu.

Nevzrušujúca termogenéza, nazývaná tiež chemická termogenéza, zahŕňa výrobu tepla prostredníctvom exotermických (teplo generujúcich) biochemických reakcií. Tieto reakcie sa vyskytujú v určitých orgánoch, ako je hnedé tukové tkanivo (BAT), pečeň a svaly.

Hnedé tukové tkanivo, typické pre zimujúce zvieratá a vzácne u ľudí (väčšie u dojčiat), je teda definované pre charakteristickú hnedú pigmentáciu (viditeľnú voľným okom) danú karotenoidmi prítomnými na mitochondriálnej úrovni. Tieto energetické centrá hnedej tukové bunky sa rozlišujú podľa ďalšej charakteristiky, prítomnosti mitochondriálneho proteínu UCP1. Tento proteín, ktorý sa nachádza na úrovni mitochondriálnej membrány, má vlastnosť oddeľovať oxidačnú fosforyláciu, čím podporuje produkciu tepla na úkor tvorby Molekuly ATP., Hnedé tukové tkanivo má za cieľ spaľovať živiny (hlavne tuky) s cieľom zvýšiť produkciu tepla. Aktivácia hnedého tukového tkaniva, stimulovaná chladom, je spojená predovšetkým s uvoľňovaním noradrenalínu a jeho interakciou s receptormi β3, ale tiež zaručené endokrinnými mechanizmami, ako je uvoľňovanie T3 e T4 zo štítnej žľazy. Najväčšie ložiská hnedého tukového tkaniva sú zaznamenané v medzilopatkovej, periaortickej a perirenálnej oblasti; na týchto úrovniach sa nachádzajú v blízkosti krvných ciev, do ktorých uvoľňujú teplo, aby sa transportovalo s prietokom krvi do periférnych oblastí tela.

V súčasnej dobe sa verí, že pečeň sa tiež podieľa na termoregulácii, čím zvyšuje svoju metabolickú aktivitu - čo má za následok produkciu tepla - keď je ľudské telo vystavené nízkym teplotám. Ďalším nedávnym objavom bol objav izoforiem proteínu UCP1 vo svaloch, čo naznačuje údajnú termogenetickú úlohu metabolického pôvodu (okrem schopnosti produkovať teplo chvením). Nakoniec „vystavenie nízkym teplotám zvyšuje“ srdcovú aktivitu, nevyhnutné na podporu metabolických požiadaviek aktívnych tkanív za týchto okolností (ako je BAT) a na zvýšenie transportu tepla v nich vytvoreného vo všetkých anatomických oblastiach. Okrem toho, že je toto všetko zaručené, je zvýšenie srdcovej aktivity samo osebe schopné produkujúce nezanedbateľné množstvo tepla.

Riadenie tepelných strát sa riadi fyzikálnymi zákonmi vedenia, prúdenia, žiarenia a odparovania.

VEDENIE: prenos tepla medzi dvoma predmetmi pri rôznych teplotách, ktoré sú vo vzájomnom kontakte povrchom.

ŽIARENIE alebo ŽIARENIE: prenos tepla medzi dvoma predmetmi pri rôznych teplotách, ktoré NIE sú v kontakte. K strate alebo získavaniu tepla dochádza vo forme žiarenia s vlnovými dĺžkami vo viditeľnom alebo infračervenom rozsahu; aby bolo jasné, je to rovnaký spôsob, akým slnko ohrieva Zem priestorom. Predstavuje viac ako polovicu množstva tepla strateného ľudské telo.

KONVEKCIA: prenos tepla z tela na zdroj, ktorý sa ním pohybuje (prúdy vzduchu alebo vody). Pohyb vody alebo studeného vzduchu cez teplejšiu pokožku spôsobuje plynulé odstraňovanie tepla.

VÝPARENIE: prenos tepla prechodom z kvapaliny do plynného stavu tekutín stratených potením, necitlivé straty pokožkou a dýchacími cestami.

K zníženiu tepelnej disperzie v prostredí dochádza v zásade zadržiavaním kožného prietoku krvi (vazokonstrikcia) a piloerekciou (u kožušinových zvierat sa medzi teplou pokožkou a studeným prostredím vytvára vzduchový vankúš, ktorý funguje ako tepelný izolátor) .

Zvýšenie chuti do jedla naopak zvyšuje produkciu tepla termogenetickými mechanizmami vyvolanými diétou a podporuje energetickú náročnosť termogenetických orgánov.

Termoregulácia v horúcom prostredí

Počas pobytu v teplom prostredí organizmus reaguje sériou termodisperzných mechanizmov, ktoré sú v mnohých ohľadoch v rozpore s tými, ktoré sú práve ilustrované; okrem toho dochádza k pozastaveniu metabolických procesov, ktoré sú základom voliteľnej termogenézy. Medzi nimi si pamätáme kožnú vazodilatáciu a nárast potenia, frekvencie a hĺbky dychu (polypnoe), všetky procesy, ktorých cieľom je zvýšiť rozptyl tepla odparovaním. Za týchto okolností klesá aj chuť do jedla a srdcová frekvencia v reakcii na nižší dopyt termogenetických orgánov po kyslíku.

Medzi dlhodobými adaptačnými procesmi je možné tiež oceniť zníženie hypofyzárnej sekrécie tyreotropného hormónu s následným spomalením metabolizmu, a tým aj výroby tepla.

Ako bolo uvedené v predchádzajúcej kapitole, vazokonstrikčný proces je do značnej miery riadený sympatickým nervovým systémom. Hladký sval v prekapilárnych zvieračoch a arteriolách je dodávaný z postganglionických sympatických (adrenergných) neurónov. Ak hlboká teplota klesne (vystavenie chladu), hypotalamus selektívne aktivuje tieto neuróny, ktoré uvoľňovaním noradrenalínu určujú kontrakciu hladkého svalu arteriola, čím sa znižuje prietok krvi kožou. Táto termoregulačná reakcia udržuje krv teplejšiu vo vnútorných orgánoch ... minimalizácia prietoku krvi na povrchu pokožky ochladenom počasím. Zatiaľ čo vazokonstrikcia je aktívny proces, vazodilatácia je prevažne pasívny proces, ktorý závisí od pozastavenia vazokonstriktorovej aktivity inhibíciou sympatickej aktivity. Ak je tento proces typický pre sympatikus aktivita. končatiny tela, v iných častiach tela je vazodilatácia uprednostňovaná špecializovanými neurónmi, ktoré vylučujú acetylcholín. Zvláštne prípady predstavujú aj lokálne rozšírenie niektorých cievnych oblastí po uvoľnení oxidu dusnatého (NO) alebo iných vazodilatačných parakrinných látok.

V kontexte termoregulácie sa prietok krvi pokožkou pohybuje od hodnôt blízkych nule, keď je potrebné šetriť teplom, až do takmer 1/3 srdcového výdaja, keď sa teplo musí uvoľniť do životného prostredia.