Thermoregulation

Thermoregulation adalah sistem bersepadu mekanisme biologi, yang bertanggungjawab untuk mengekalkan suhu dalaman yang hampir tetap tanpa mengira keadaan iklim di luar organisma. Mekanisme ini - sangat berkesan pada burung dan mamalia (semua haiwan homeotermik), lebih kurang pada ikan, amfibia dan reptilia ( haiwan poikilothermic) - merangkumi proses pengeluaran, penyimpanan Dan penyebaran kepanasan.

Oleh kerana subjek gemuk sering tidak makan secara tidak normal jika dibandingkan dengan individu dengan berat badan normal yang kadang-kadang makan lebih banyak, boleh dikatakan bahawa - dengan aktiviti fizikal yang sama - perubahan proses termoregulasi dapat menyebabkan pengurangan penggunaan tenaga, dengan pengumpulan lebihan tenaga dalam bentuk lemak. Subjek nipis, tidak seperti orang gemuk, lebih baik membuang lebihan makanan (lihat tisu adiposa coklat) dalam bentuk panas.

Thermoregulation pertama dan terutama boleh dilakukan secara sukarela atau sukarela. Dalam kes pertama, haiwan itu sendiri yang secara sukarela menggerakkan strategi tingkah laku yang memadai, seperti mencari sarang yang terlindung dari unsur-unsur atau migrasi ke tempat yang paling sesuai untuk menjaga suhu tubuhnya sendiri.

Contoh lain dari termoregulasi tingkah laku diberikan oleh penyesuaian postur, yang dilakukan untuk mengurangkan atau meningkatkan permukaan badan yang terdedah ke udara; pada musim sejuk, misalnya, rubah cenderung melengkung pada diri mereka sendiri, membungkus badan mereka dengan ekor panjang mereka. Mamalia lain, pada bulan-bulan yang lebih panas, menaburkan badan mereka dengan air liur, meningkatkan penyebaran haba dengan penyejatan.

Malah tindak balas termoregulasi sukarela dapat disebabkan oleh pendedahan kepada persekitaran sejuk atau panas. Walau bagaimanapun, ia melibatkan campur tangan pusat termoregulasi hipotalamus, yang mampu menangkap dan memproses isyarat yang datang dari termoreceptor kulit dan pusat (terletak di otak, tulang belakang tali pusat dan organ pusat), menyelaraskan tindak balas fisiologi yang paling sesuai untuk mengekalkan suhu badan.

Thermoregulation di persekitaran sejuk

Penyesuaian termoregulasi ke sejuk mempunyai tujuan untuk memelihara dan / atau menghasilkan haba.

Keupayaan organisma menghasilkan haba disebut termogenesis; sebahagian besarnya wajib dan berkaitan dengan proses fisiologi dan metabolik yang bertanggungjawab untuk pergerakan, pencernaan, penyerapan dan pemprosesan nutrien yang diperkenalkan dengan diet.

Mamalia mempunyai kemampuan untuk meningkatkan pengeluaran haba (termogenesis pilihan), sama ada melibatkan mekanisme keseronokan atau tidak. Dalam kes pertama, kita bercakap mengenai termogenesis yang menggigil. Mekanisme ini membawa kepada penghasilan haba melalui pengecutan tisu otot yang berirama dan isometrik, yang tidak bertujuan pergerakan. Pergantian kontraksi dan kelonggaran membawa kepada gegaran khas yang disebut menggigil, yang muncul ketika suhu badan cenderung menurun "terasa". Menggigil menghasilkan sejumlah haba hingga 6-8 kali lebih besar daripada yang dihasilkan oleh otot yang berehat. , ia berlaku hanya apabila vasokonstriksi maksimum (lihat di bawah) tidak dapat mengekalkan suhu badan.

Termogenesis tidak mendebarkan, juga disebut termogenesis kimia, melibatkan pengeluaran haba melalui reaksi biokimia eksotermik (penghasil haba). Reaksi ini berlaku pada organ tertentu, seperti tisu adiposa coklat (BAT), hati dan otot.

Tisu adiposa coklat, khas haiwan hibernasi dan langka pada manusia (lebih besar pada bayi), dengan demikian ditakrifkan untuk pigmentasi coklat khas (dapat dilihat dengan mata kasar) yang diberikan oleh karotenoid yang terdapat pada tahap mitokondria. Pusat tenaga coklat ini sel adiposa dibezakan untuk ciri lebih lanjut, kehadiran protein mitokondria UCP1. Protein ini, yang terletak pada tahap membran mitokondria, mempunyai ciri memisahkan fosforilasi oksidatif, sehingga memihak kepada pengeluaran haba dengan mengorbankan pembentukan Molekul ATP., Tisu adiposa coklat mempunyai tujuan membakar nutrien (terutamanya lemak) untuk meningkatkan pengeluaran haba. Pengaktifan tisu adiposa coklat, yang dirangsang oleh sejuk, terutama berkaitan dengan pembebasan noradrenalin dan interaksinya dengan reseptor β3, tetapi juga dijamin oleh mekanisme endokrin seperti pembebasan T3 e T4 dari tiroid. Simpanan tisu adiposa coklat terbesar dicatatkan di kawasan interscapular, periaortic dan perirenal; pada tahap ini, mereka terletak di dekat saluran darah, di mana mereka melepaskan haba sehingga diangkut dengan aliran darah ke kawasan periferal badan.

Pada masa ini dipercayai bahawa hati juga berpartisipasi dalam termoregulasi, meningkatkan aktiviti metaboliknya - menghasilkan pengeluaran panas - ketika tubuh manusia terkena suhu rendah. Satu lagi penemuan baru-baru ini adalah penemuan isoform protein UCP1 dalam otot, yang menunjukkan peranan termogenetik yang diduga berasal dari metabolik (selain kemampuan menghasilkan haba melalui menggigil). Akhirnya, "pendedahan pada suhu rendah meningkatkan" aktiviti jantung, perlu untuk menyokong tuntutan metabolisme tisu aktif dalam keadaan seperti ini (seperti BAT) dan untuk meningkatkan pengangkutan haba yang dihasilkan di semua daerah anatomi.Selain menjamin semua ini, peningkatan aktiviti jantung dengan sendirinya mampu menghasilkan jumlah haba yang tidak dapat diabaikan.

Pengendalian kehilangan haba diatur oleh undang-undang fizikal konduksi, perolakan, radiasi dan penyejatan.

PENILAIAN: pemindahan haba antara dua objek pada suhu yang berbeza, bersentuhan antara satu sama lain melalui permukaan.

RADIASI atau RADIASI: pemindahan haba antara dua objek pada suhu yang berbeza, yang TIDAK bersentuhan. Kehilangan atau pemerolehan haba berlaku dalam bentuk radiasi dengan panjang gelombang dalam jarak yang dapat dilihat atau inframerah; untuk menjadi jelas, ia adalah cara yang sama di mana matahari memanaskan bumi melalui angkasa. Membentuk lebih dari separuh jumlah haba yang hilang oleh badan manusia.

KONVEKSI: pemindahan haba dari badan ke sumber yang bergerak melaluinya (arus udara atau air). Pergerakan air atau udara sejuk melalui kulit yang lebih panas menyebabkan penghapusan haba berterusan.

PENILAIAN: pemindahan haba dengan mengalir dari cecair ke keadaan gas dari cecair yang hilang melalui peluh, kehilangan tidak sensitif melalui kulit dan saluran pernafasan.

Pengurangan penyebaran haba di persekitaran berlaku pada dasarnya melalui pengekalan aliran darah kulit (vasokonstriksi) dan piloerection (pada haiwan bulu, antara kulit yang hangat dan persekitaran yang sejuk, bantal udara dibuat yang bertindak sebagai penebat haba) .

Peningkatan selera makan, sebahagiannya, meningkatkan pengeluaran haba melalui mekanisme termogenetik yang disebabkan oleh diet, dan menyokong permintaan tenaga organ-organ termogenetik.

Thermoregulation di persekitaran yang panas

Semasa berada di persekitaran yang hangat, organisma bertindak balas melalui serangkaian mekanisme termodispersi, dalam banyak cara bertentangan dengan yang baru digambarkan; lebih-lebih lagi, terdapat penangguhan proses metabolik yang mendasari termogenesis pilihan. Antaranya kita ingat vasodilasi kulit dan peningkatan berpeluh, kekerapan dan kedalaman nafas (polypnea), semua proses yang bertujuan untuk meningkatkan penyebaran haba melalui penyejatan. Dalam keadaan ini, selera makan dan degupan jantung juga menurun, sebagai tindak balas terhadap permintaan oksigen yang lebih rendah oleh organ termogenetik.

Di antara proses penyesuaian jangka panjang, kita juga dapat menilai penurunan rembesan hipofisis hormon tiroid, dengan kelambatan metabolisme akibat pengeluaran haba.

Seperti disebutkan dalam bab sebelumnya, proses vasokonstriksi banyak dikendalikan oleh sistem saraf simpatik. Otot licin dalam sfinkter dan arteriol prapapilar menerima input dari neuron simpatis postganglionik (adrenergik). Sekiranya suhu dalam turun (terdedah kepada sejuk), hipotalamus secara selektif mengaktifkan neuron-neuron ini, yang melalui pelepasan noradrenalin menentukan pengecutan otot licin arteriol, mengurangkan aliran darah kulit. Tindak balas termoregulasi ini menjadikan darah lebih panas ke organ dalaman ., meminimumkan aliran darah di permukaan kulit yang sejuk kerana cuaca. Walaupun vasokonstriksi adalah proses aktif, vasodilatasi adalah proses yang terutama pasif, yang bergantung pada penangguhan aktiviti vasokonstriktor dengan menghambat aktiviti simpatik. Sekiranya proses ini khas untuk simpatik aktiviti. hujung badan, di bahagian lain vasodilatasi badan disukai oleh neuron khusus yang mengeluarkan asetilkolin. Kes khas juga diwakili oleh pelebaran tempatan beberapa daerah vaskular berikutan pelepasan nitrogen monoksida (NO), atau zat-zat paracrine vasodilating lain.

Dalam konteks termoregulasi, aliran darah kulit berbeza dari nilai mendekati sifar, ketika diperlukan untuk menjimatkan haba, hingga hampir 1/3 dari output jantung ketika panas harus dilepaskan ke lingkungan.