פיזיולוגיה תרמית, מנגנונים, סוגי ושינויים

ה תרמו זהו התהליך המאפשר אורגניזמים כדי לווסת את הטמפרטורה של גופם, modulated את אובדן ואת רווח של חום. בממלכת החיות יש מנגנונים שונים של רגולציה של טמפרטורה, הן פיזיולוגיים והן אתולוגיים.

לווסת את טמפרטורת הגוף היא הפעילות הבסיסית לכל יצור חי, כי הפרמטר הוא קריטי עבור הומאוסטזיס בגוף ולהשפיע על הפונקציונליות של אנזימים וחלבונים אחרים, נזילות הממברנה, זרימת יונים, כולל.

בצורתו הפשוטה ביותר, רשתות thermoregulation מופעלות על ידי מעגל המשלב תשומות thermoreceptor הממוקם בעור, קרבי, המוח, וכו '.

המנגנונים העיקריים מול אלה גירויים קרים או חום כוללים עורית vasoconstriction, vasodilation, ייצור חום (thermogenesis) ו מזיע. מנגנונים אחרים כוללים התנהגויות כדי לקדם או להפחית אובדן חום.

אינדקס

• מושגים בסיסיים: חום וטמפרטורה
  • 1.1 טמפרטורה
  • 1.2 חום
• 2 סוגים: יחסים תרמיים בין בעלי חיים
  • 2.1 Endotherm ו ectotherm
  • 2.2 פויקילותרמים והומותרמה
  • 2.3 דוגמאות
  • 2.4 חלופה של אנדותרמיה מרחבית וזמני ו ectothermia
• 3 פיזיולוגיה של thermoregulation
• 4 מנגנונים
  • 4.1 מנגנונים פיזיולוגיים
  • 4.2 מנגנונים אתולוגיים
• 5 שינויים בחום תרמי
• 6 הפניות

מושגים בסיסיים: חום וטמפרטורה

כדי לדבר על thermoregulation בבעלי חיים, יש צורך לדעת את ההגדרה המדויקת של המונחים כי הם לעתים קרובות מבלבל בקרב התלמידים.

הבנת ההבדל בין חום וטמפרטורה הוא חיוני כדי להבין את הרגולציה התרמית של בעלי חיים. נשתמש בגופים דוממים כדי להמחיש את ההבדל: חשבו על שתי קוביות מתכת, אחת גדולה פי 10 מזו של השנייה.

כל אחת מקוביות אלה נמצאת בחדר בטמפרטורה של 25 ° C. אם נמדוד את הטמפרטורה של כל בלוק, שניהם יהיו ב 25 ° C, אם כי אחד גדול ועוד קטן.

עכשיו, אם נמדוד את כמות החום בכל בלוק, התוצאה בין השניים תהיה שונה. כדי לבצע את המשימה הזאת עלינו להעביר את הבלוקים לחדר עם טמפרטורת אפס מוחלט לכמת את כמות החום שהם נותנים. במקרה זה, תכולת החום תהיה גבוהה פי 10 בקוביית המתכת הגדולה.

טמפרטורה

הודות לדוגמה הקודמת, אנו יכולים להסיק כי הטמפרטורה היא זהה עבור שניהם עצמאית של כמות החומר של כל בלוק. הטמפרטורה נמדדת במהירות או בעוצמה של תנועת המולקולות.

בספרות הביולוגית, כשהמחברים מזכירים את "טמפרטורת הגוף" הם מתייחסים לטמפרטורת האזורים המרכזיים של הגוף ולפריפריה. הטמפרטורה של האזורים המרכזיים משקפת את טמפרטורת הרקמה "העמוקה" של הגוף - מוח, לב וכבד.

הטמפרטורה של אזורי הפריפריה, לעומת זאת, מושפעת מעובר הדם לעור ונמדדת בעור הידיים והרגליים.

מחממים

לעומת זאת - וחזרה לדוגמה של בלוקים - החום הוא שונה בשני גופים אינרטי פרופורציונלי ישירות לכמות החומר. זהו סוג של אנרגיה תלוי במספר האטומים והמולקולות של החומר המדובר.

סוגי: יחסים תרמיים בין בעלי חיים

בפיזיולוגיה של בעלי חיים, יש שורה של מונחים וקטגוריות המשמשים לתיאור היחסים התרמיים בין אורגניזמים. לכל אחת מקבוצות החייתיות הללו יש התאמות מיוחדות - פיזיולוגיות, אנטומיות או אנטומיות - המסייעות להן לשמור על טמפרטורת הגוף שלהן בטווח הולם.

בחיי היומיום, אנו קוראים endotherms ובעלי חיים בעלי דם חם כמו "דם חם", ו פוקילותרמיות ו ectotermo חיות כמו "בדם קר".

אנדותרמה ו ectotherm

המונח הראשון הוא אנדותרמי, כאשר החיה מצליחה להתחמם עם הייצור המטבולי של החום. הרעיון ההפוך הוא ectothermia, שבו הטמפרטורה של החיה מוטלת על ידי הסביבה הסובבת.

יש בעלי חיים שאינם מסוגלים להיות endothermic, כי למרות שהם מייצרים חום הם לא עושים את זה מהר מספיק כדי להחזיק אותו.

Poikilotherm ו homeotherm

דרך נוספת לסווג אותם היא לפי thermoregulation של החיה. המונח poikilothermic הוא משמש להתייחסות לבעלי חיים בטמפרטורות גוף משתנות. במקרים אלה, טמפרטורת הגוף גבוהה בסביבות חמות והיא נמוכה בסביבות קרות.

בעל חיים poikilotherm יכול עצמית לווסת את הטמפרטורה באמצעות התנהגות. כלומר, על ידי איתור באזורים עם קרינה סולארית גבוהה כדי להגביר את הטמפרטורה או להסתתר מפני קרינה כאמור כדי להפחית את זה.

המונחים poikilotherm ו ectotherm מתייחסים בעצם אותה תופעה. עם זאת, poikilotherm מדגיש את השונות של טמפרטורת הגוף, בעוד ectotherm זה מתייחס לחשיבות של טמפרטורת הסביבה לקבוע טמפרטורת הגוף.

המונח ההפוך to poikilotherm הוא homeotherm: thermoregulation על ידי אמצעים פיזיולוגיים - ולא רק בזכות הפריסה של התנהגויות. רוב החיות האנדותמיות מסוגלות לווסת את טמפרטורתן.

דוגמאות

דגים

דגים הם הדוגמה המושלמת של בעלי חיים ectothermic ו poikilothermic. במקרה של שחיינים אלה חוליות, הרקמות שלהם לא מייצרים חום דרך מסלולים מטבוליים בנוסף, הטמפרטורה של הדג נקבעת על ידי טמפרטורת הגוף של המים שבו הם לשחות.

זוחלים

הזוחלים מפגינים התנהגויות ניכרות מאוד המאפשרות להם להסדיר (אתולוגית) את טמפרטורתם. בעלי חיים אלה לחפש אזורים חמים - כגון perching על אבן חם - כדי להגביר את הטמפרטורה. אחרת, היכן שהם רוצים להקטין אותו, הם יבקשו להסתתר מפני הקרינה.

ציפורים ויונקים

יונקים וציפורים הם דוגמאות לחיות אנדותרמיות והומרותמיות. אלה מטבולית לייצר את טמפרטורת הגוף שלהם לווסת אותו פיזיולוגית. כמה חרקים גם להציג את זה דפוס פיזיולוגי.

היכולת לווסת את הטמפרטורה שלו הוענקה שתי שושלות אלה של חיות יתרון על פני עמיתיהם poiquilotermos כפי שהם יכולים להקים שיווי משקל תרמי בתאים ואת איבריהם. זה הוביל לתהליכי התזונה, חילוף החומרים וההפרשה הופכים להיות חזקים ויעילים יותר.

האדם, למשל, שומר על הטמפרטורה שלו ב 37 ° C, בטווח צר למדי - בין 33.2 ו 38.2 ° C. חיזוק פרמטר זה הוא קריטי לחלוטין להישרדותו של המין ומתווך סדרה של תהליכים פיזיולוגיים בגוף.

חלופה של אנדותרמיה מרחבית וזמני ו ectothermia

ההבחנה בין ארבע הקטגוריות האלה מתבלבלת לעתים קרובות כאשר אנו בוחנים מקרים של בעלי חיים המסוגלים להחליף בין קטגוריות, במרחב או באופן זמני.

וריאציה הזמני של רגולציה תרמית ניתן להדגים על ידי יונקים שחווים תקופות של תרדמה. בעלי חיים אלה הם בדרך כלל homeothermic במהלך עונות השנה, כאשר הם אינם מצב שינה במהלך שינה הם אינם מסוגלים לווסת את טמפרטורת הגוף שלהם.

וריאציה מרחבית מתרחשת כאשר בעל חיים דיפרנציאלי regulates הטמפרטורה באזורי הגוף. דבורי דבורים וחרקים אחרים יכולים להסדיר את הטמפרטורה של קטעי החזה שלהם אינם מסוגלים לווסת את שאר האזורים. מצב זה של תקנה דיפרנציאלית נקרא heterothermy.

פיזיולוגיה של thermoregulation

כמו כל מערכת, הרגולציה הפיזיולוגית של טמפרטורת הגוף מחייבת נוכחות של מערכת אפרנטית, מרכז בקרה ומערכת.

המערכת הראשונה, האחראית, אחראית ללכידת המידע באמצעות הקולטנים העוריים. לאחר מכן, המידע מועבר למרכז thermoregulatory דרך הדם באמצעות עצביים.

בתנאים רגילים, איברי הגוף היוצרים חום הם הלב והכבד. כאשר הגוף עושה עבודה פיזית (תרגיל), שריר השלד הוא גם מבנה להפקת חום.

ההיפותלמוס הוא מרכז thermoregulatory ואת המשימות מחולקים לאובדן חום ולהשיג. אזור פונקציונלי לתווך תחזוקה של החום ממוקם באזור האחורי של ההיפותלמוס, בעוד ההפסד מתווך על ידי האזור הקדמי. איבר זה עובד כמו תרמוסטט.

שליטה על המערכת מתרחשת כפול: חיובי ושלילי, בתיווך קליפת המוח. תגובות המעגל הן מסוג ההתנהגות או בתיווך מערכת העצבים האוטונומית. שני המנגנונים הללו יידונו מאוחר יותר.

מנגנונים

מנגנונים פיזיולוגיים

המנגנונים המווסתים את הטמפרטורה משתנים בין סוג הגירוי המתקבל, כלומר, האם מדובר בעלייה או ירידה בטמפרטורה. לכן נשתמש בפרמטר זה כדי לקבוע סיווג של המנגנונים:

תקנה לטמפרטורות גבוהות

כדי להשיג את הרגולציה של טמפרטורת הגוף נגד גירויים חום, הגוף חייב לקדם את אובדן זה. ישנם מספר מנגנונים:

וסודילציה

בבני אדם, אחד המאפיינים הבולטים ביותר של זרימת העור הוא מגוון רחב של כלי הדם יש לו. זרימת הדם דרך העור יש את המאפיין כדי להשתנות מאוד בהתאם לתנאים הסביבתיים ולשנות מ גבוה לנמוך זורם.

היכולת של vasodilatation הוא חיוני thermoregulation של אנשים. זרימת הדם הגבוהה בתקופות של טמפרטורה מוגברת מאפשרת לגוף להגביר את תמסורת החום, מליבת הגוף אל פני העור, ולבסוף מתפוגגת.

כאשר זרימת הדם עולה, נפח הדם בתורו גדל. לכן, כמות גדולה יותר של דם מועבר מן הליבה של הגוף אל פני העור, שם מתרחשת העברת חום. הדם, עכשיו קריר יותר, מועבר חזרה לגרעין או למרכז הגוף.

זיעה

יחד עם vasodilatation, הייצור של זיעה הוא חיוני עבור thermoregulation מאז זה עוזר פיזור של חום מופרז. למעשה, הייצור והתאיידות שלאחר מכן הם המנגנונים העיקריים של הגוף לאבד חום. הם פועלים גם במהלך פעילות גופנית.

זיעה היא נוזל המיוצר על ידי בלוטות הזיעה הנקראות eccrine, מופץ בכל הגוף בצפיפות משמעותית.האידוי של זיעה מנהלת להעביר חום הגוף לסביבה כמו אדי מים.

תקנה לטמפרטורות נמוכות

בניגוד למנגנונים המוזכרים בסעיף הקודם, במצבים של ירידה בטמפרטורה, הגוף חייב לקדם את שימור וייצור החום באופן הבא:

Vasoconstriction

מערכת זו עוקבת אחר ההיגיון ההפוך המתואר ב vasodilatation, ולכן לא נרחיב הרבה בהסבר. הקור מגרה התכווצות של כלי עור, ובכך למנוע פיזור החום.  

פילוארקציה

האם תהית אי פעם מדוע "בליטות אווז" מופיעות כאשר אנו עומדים בפני טמפרטורות נמוכות? זהו מנגנון כדי למנוע אובדן חום שנקרא piloerection. עם זאת, כבני אדם יש שיער קטן יחסית בגוף שלנו, זה נחשב מערכת בסיסית גרועה.

כאשר גובה כל שערה מתרחשת, שכבת האוויר שבא במגע עם העור הוא גדל, אשר מקטין את הסעה של האוויר. זה מפחית את אובדן החום.

ייצור חום

הדרך האינטואיטיבית ביותר נגד טמפרטורות נמוכות היא באמצעות ייצור של חום. זה יכול להתרחש בשתי דרכים: על ידי תרמוגנזה רועד רועד.

במקרה הראשון, הגוף מייצר התכווצות שריר מהירה ולא רצונית (לכן אתה רועד כאשר אתה קר) המוליכים לייצור חום. ייצור רועד הוא יקר - אנרגטית - כך הגוף ישתמש בו אם המערכות הנ"ל להיכשל..

המנגנון השני מובל על ידי רקמה הנקראת שומן חום (או רקמת שומן חומה, בספרות אנגלית היא מסוכמת בדרך כלל תחת ראשי תיבות BAT על ידי רקמת השומן החום).

מערכת זו אחראית על decoupling את ייצור האנרגיה של מטבוליזם: במקום יצירת ATP, זה מוביל לייצור חום. זהו מנגנון חשוב במיוחד בילדים וביונקים קטנים, למרות שהעדויות האחרונות מציינות שהוא רלוונטי גם למבוגרים.

מנגנונים אתולוגיים

המנגנונים האתולוגיים מורכבים מכל ההתנהגויות המוצגות על ידי בעלי חיים כדי לווסת את הטמפרטורה שלהם. כפי שהזכרנו בדוגמה של זוחלים, אורגניזמים ניתן להציב בסביבה חיובית כדי לקדם או למנוע אובדן חום.

חלקים שונים של המוח מעורבים בעיבוד של תגובה זו. בבני אדם התנהגויות אלה הן יעילות, למרות שהם אינם מוסדרים היטב כמו אלה פיזיולוגיים.

שינויים בתרמו

הגוף חווה שינויים קטנים ועדינים בטמפרטורה לאורך היום, בהתאם למשתנים מסוימים, כגון קצב היממה, מחזור הורמונלי, בין היבטים פיזיולוגיים אחרים.

כאמור, טמפרטורת הגוף מנצלת מגוון עצום של תהליכים פיזיולוגיים ואובדן הרגולציה שלה עלול להוביל לתנאים הרסניים בתוך האורגניזם הנגוע.

שתי הקיצוניות התרמיות - הן גבוהות והן נמוכות - משפיעות לרעה על האורגניזמים. טמפרטורות גבוהות מאוד, מעל 42 מעלות צלזיוס בבני אדם, משפיעים מאוד על חלבונים, קידום denaturation שלהם. בנוסף, סינתזת ה- DNA מושפעת. גם האורגנים והנוירונים ניזוקו.

באופן דומה, טמפרטורות מתחת 27 ° C להוביל היפותרמיה חמורה. לשינויים בפעילות נוירומוסקולרית, לב וכלי דם ונשימה יש השלכות קטלניות.

איברים מרובים מושפעים כאשר thermoregulation לא עובד בדרך הנכונה. ביניהם, הלב, המוח, מערכת העיכול, הריאות, הכליות והכבד.

הפניות

1. ארלנו, ג 'יי ל' פ ', דל פוזו, S. ד C. (2013). מדריך לפטולוגיה כללית. אלסבייר.
2. Argyropoulos, G., & Harper, M. (2002). ביקורת מוזמנת: חלוקה של חלבונים ו thermoregulation. כתב העת של פיזיולוגיה יישומית, 92(5), 2187-2198.
3. צ'רקודיאן נ (2010). מנגנונים ומשינויים של רפלקס המושרה על ידי כלי דם ווסוקלציה של עורית בבני אדם. כתב העת של פיזיולוגיה יישומית (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R. W. (1979). לעומת פיזיולוגיה של בעלי חיים: גישה סביבתית. היפוךתי.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). פיזיולוגיה של בעלי חיים. סינואר.
6. Liedtke W. B. (2017). פירוק תרמו-אורגאציה של היונקים. ההליכים של האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית של אמריקה, 114(8), 1765-1767.
7. מוריסון פ. (2016). שליטה מרכזית בטמפרטורת הגוף. F1000 חיפוש, 5, F1000 Faculty Rev-880.