TERMOREGÜLASYON: FIZYOLOJI, MEKANIZMALAR, TIPLER VE DEĞIŞIKLIKLER - BIYOLOJI - 2024

Termoregülasyon ısı kaybı ve kazanç modüle organizmalar kendi vücut ısılarını sağlayan bir süreçtir. Hayvanlar aleminde hem fizyolojik hem de etolojik olarak sıcaklığı düzenlemek için farklı mekanizmalar vardır.

Vücut ısısını düzenlemek, herhangi bir canlı için temel bir aktivitedir, çünkü parametre vücudun homeostazı için kritik öneme sahiptir ve enzimlerin ve diğer proteinlerin işlevselliğini, zarın akışkanlığını, iyonların akışını vb. Etkiler. .

Memeliler homeotermik ve endotermiktir. Kaynak: Alan Wilson

En basit haliyle, termoregülasyon ağları, diğerlerinin yanı sıra deride, iç organlarda, beyinde bulunan termoreseptörlerin girişlerini entegre eden bir devre aracılığıyla etkinleştirilir.

Bu sıcak veya soğuk uyaranların ana mekanizmaları arasında kutanöz vazokonstriksiyon, vazodilatasyon, ısı üretimi (termojenez) ve terleme bulunur. Diğer mekanizmalar, ısı kaybını teşvik etmek veya azaltmak için davranışları içerir.

Temel bilgiler: ısı ve sıcaklık

Hayvanlarda termoregülasyon hakkında konuşmak için, öğrenciler arasında sıklıkla kafa karıştıran terimlerin tam tanımını bilmek gerekir.

Isı ve sıcaklık arasındaki farkı anlamak, hayvanların termal düzenlemesini anlamak için çok önemlidir. Farkı göstermek için cansız cisimler kullanacağız: Bir metalden iki küp düşünelim, biri diğerinden 10 kat daha büyük.

Bu küplerin her biri 25 ° C sıcaklıktaki bir odadadır. Her bloğun sıcaklığını ölçersek, biri büyük, diğeri küçük olmasına rağmen her ikisi de 25 ° C'de olacaktır.

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

Sıcaklık

Önceki örnek sayesinde, sıcaklığın hem aynı hem de her bloktaki madde miktarından bağımsız olduğu sonucuna varabiliriz. Sıcaklık, moleküllerin hareketinin hızı veya yoğunluğu olarak ölçülür.

Biyolojik literatürde, yazarlar "vücut ısısından" bahsettiklerinde, vücudun merkezi ve çevresel bölgelerinin sıcaklığına atıfta bulunurlar. Çekirdek bölgelerin sıcaklığı, vücudun "derin" dokularının - beyin, kalp ve karaciğer - sıcaklığını yansıtır.

Çevresel bölgelerin sıcaklığı, kanın cilde geçişinden etkilenir ve ellerin ve ayakların cildi üzerinde ölçülür.

Sıcak

Tersine - ve blok örneğine dönecek olursak - ısı hem hareketsiz cisimlerde farklıdır hem de madde miktarı ile doğru orantılıdır. Bir enerji biçimidir ve söz konusu maddenin atom ve molekül 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 biri, vücut sıcaklıklarını uygun bir aralıkta tutmalarına yardımcı olan özel uyarlamalara (fizyolojik, anatomik veya anatomik) sahiptir.

Günlük yaşamda, endotermik ve homeotermik hayvanlara "sıcakkanlı" ve poikilotermik ve ektotermik hayvanlara "soğuk kanlı" diyoruz.

Endotherm ve ektotherm

İlk terim, hayvan metabolik ısı üretimine aracılık ederek kendini ısıtmayı başardığında kullanılan endotermidir. Tersi kavram, hayvanın sıcaklığının çevredeki ortam tarafından belirlendiği ektotermidir.

Bazı hayvanlar endotermik olma yeteneğine sahip değildir, çünkü ısı üretmelerine rağmen bunu tutacak kadar hızlı yapmazlar.

Poikilotermik ve homeotermik

Bunları sınıflandırmanın bir başka yolu da hayvanın termoregülasyonuna göredir. Poikilotherm terimi, değişen vücut sıcaklıklarına sahip hayvanları belirtmek için kullanılır. Bu durumlarda vücut ısısı sıcak ortamlarda yüksek, soğuk ortamlarda düşüktür.

Poikilotermik bir hayvan, davranışlarıyla kendi sıcaklığını düzenleyebilir. Yani, sıcaklığı artırmak için yüksek güneş radyasyonu olan alanlara yerleştirerek veya azaltmak için söz konusu radyasyondan saklanarak.

Poikilotherm ve ektotherm terimleri temelde aynı fenomeni ifade eder. Bununla birlikte, poikilotherm vücut sıcaklığının değişkenliğini vurgularken, ektotherm vücut sıcaklığını belirlemede çevresel sıcaklığın önemini ifade eder.

Poikilotherm için zıt terim homeotermiktir: fizyolojik yollarla termoregülasyon - ve sadece davranışların gösterilmesi sayesinde değil. Çoğu endotermik hayvan, sıcaklıklarını düzenleme yeteneğine sahiptir.

Örnekler

Balık

Balık, ektotermik ve poikilotermik hayvanların mükemmel bir örneğidir. Bu yüzen omurgalılarda dokuları metabolik yollardan ısı üretmez ve ayrıca balığın sıcaklığı yüzdükleri su kütlesinin sıcaklığına göre belirlenir.

Sürüngenler

Sürüngenler, sıcaklıklarını (etolojik olarak) düzenlemelerine izin veren çok belirgin davranışlar sergilerler. Bu hayvanlar, sıcaklığı artırmak için sıcak bir taşın üstüne tünemek gibi sıcak bölgeleri ararlar. Aksi takdirde, onu azaltmak istedikleri yerde radyasyondan saklanmaya çalışacaklar.

Kuşlar ve memeliler

Memeliler ve kuşlar, endotermik ve homeotermik hayvanlara örnektir. Metabolik olarak vücut ısınızı üretirler ve fizyolojik olarak düzenlerler. Bazı böcekler de bu fizyolojik modeli sergiler.

Sıcaklıklarını düzenleme yetenekleri, bu iki hayvan soyuna, hücrelerinde ve organlarında termal denge kurabildikleri için poikilotermik emsallerine göre bir avantaj sağladı. Bu, beslenme, metabolizma ve boşaltım süreçlerinin daha sağlam ve verimli olmasına yol açtı.

Örneğin insanlar, sıcaklıklarını 37 ° C'de oldukça dar bir aralıkta - 33,2 ila 38,2 ° C arasında tutar. Bu parametrenin korunması, türlerin hayatta kalması için tamamen kritiktir ve vücuttaki bir dizi fizyolojik sürece aracılık eder.

Endotermi ve ektoterminin mekansal ve zamansal değişimi

Mekansal veya zamansal olarak kategoriler arasında geçiş yapabilen hayvan vakalarını incelediğimizde, bu dört kategori arasındaki ayrım genellikle karıştırılır.

Termal düzenlemedeki zamansal değişim, kış uykusu dönemleri yaşayan memelilerle örneklenebilir. Bu hayvanlar genellikle kış uykusuna yatmadıkları mevsimlerde homeotermiktir ve kış uykusu sırasında vücut sıcaklıklarını düzenleyemezler.

Hayvan vücut bölgelerindeki sıcaklığı farklı şekilde düzenlediğinde mekansal değişim meydana gelir. Bombus arıları ve diğer böcekler, göğüs bölümlerinin sıcaklığını düzenleyebilir ve bölgelerin geri kalanını düzenleyemez. Bu diferansiyel düzenleme durumuna heterotermi denir.

Termoregülasyon fizyolojisi

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

İlk sistem olan afferent, deri reseptörleri aracılığıyla bilgi toplamaktan sorumludur. Daha sonra bilgi, kan yoluyla nöral yoldan termo-düzenleyici merkeze iletilir.

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

Hipotalamus, termoregülasyon merkezidir ve görevler ısı kaybı ve ısı kazancı olarak ikiye ayrılır. Isının korunmasına aracılık eden fonksiyonel bölge, hipotalamusun arka bölgesinde yer alırken, kayıp ön bölge aracılığıyla gerçekleşir. Bu organ bir termostat gibi çalışır.

Sistemin kontrolü iki şekilde gerçekleşir: pozitif ve negatif, beynin korteksinin aracılık ettiği. Efektör tepkiler davranışsal tiptedir veya otonom sinir sistemi tarafından aracılık edilir. Bu iki mekanizma daha sonra incelenecektir.

Termoregülasyon mekanizmaları

Fizyolojik mekanizmalar

Sıcaklığı düzenleme mekanizmaları, alınan uyaranın türüne, yani sıcaklıkta bir artış mı yoksa bir azalma mı olduğuna göre değişir. Bu nedenle, mekanizmaların bir sınıflandırmasını oluşturmak için bu parametreyi kullanacağız:

Yüksek sıcaklıklar için düzenleme

Isı uyarıcıları karşısında vücut ısısının düzenlenmesini sağlamak için vücudun kaybını teşvik etmesi gerekir. Birkaç mekanizma var:

Vazodilatasyon

İnsanlarda cilt dolaşımının en çarpıcı özelliklerinden biri sahip olduğu geniş kan damarları yelpazesidir. Derideki kan dolaşımı, çevresel koşullara bağlı olarak büyük ölçüde değişme ve yüksek kan akışından düşük kan akışına geçme özelliğine sahiptir.

Vazodilatasyon yeteneği, bireylerin termoregülasyonunda çok önemlidir. Artan sıcaklık dönemlerinde artan kan akışı, vücudun, vücudun çekirdeğinden cildin yüzeyine ısı geçişini artırarak sonunda dağılmasına izin verir.

Kan akışı arttığında, kutanöz kan hacmi de artar. Böylece vücudun çekirdeğinden ısı transferinin gerçekleştiği deri yüzeyine daha fazla miktarda kan aktarılır. Şimdi daha soğuk olan kan, vücudun çekirdeğine veya merkezine geri aktarılır.

Ter

Vazodilatasyonla birlikte ter üretimi, aşırı ısıyı dağıtmaya yardımcı olduğu için termoregülasyon için çok önemlidir. Aslında, terin üretimi ve ardından buharlaşması vücudun ısı kaybetmek için ana mekanizmalarıdır. Fiziksel aktivite sırasında da çalışırlar.

Ter, ekrin adı verilen ter bezlerinin ürettiği, vücuda önemli bir yoğunlukta dağılan bir sıvıdır.Ter buharlaşması, ısıyı vücuttan çevreye su buharı olarak aktarır.

Düşük sıcaklıklar için düzenleme

Önceki bölümde bahsedilen mekanizmaların aksine, sıcaklık düşüşü durumlarında, vücut ısının korunmasını ve üretimini aşağıdaki şekilde teşvik etmelidir:

vazokonstriksiyon

Bu sistem vazodilasyonda tanımlanan zıt mantığı takip eder, bu nedenle açıklama üzerinde fazla ayrıntıya girmeyeceğiz. Soğuk, kutanöz damarların kasılmasını uyararak ısının yayılmasını önler.

Piloerection

Düşük sıcaklıkların önündeyken neden "tüylerim diken diken" olduğunu hiç merak ettiniz mi? Piloerection adı verilen ısı kaybını önleyen bir mekanizmadır. Bununla birlikte, insanların vücudumuzda nispeten az kılları olduğu için, bunun etkisiz ve ilkel bir sistem olduğu düşünülmektedir.

Her bir kılda yükselme meydana geldiğinde cilt ile temas eden hava tabakası artar, bu da havanın taşınımını azaltır. Bu ısı kaybını azaltır.

Isı üretimi

Düşük sıcaklıklara karşı koymanın en sezgisel yolu ısı üretmektir. Bu iki şekilde gerçekleşebilir: titreyerek ve titremeyen termojenez.

İlk durumda vücut, ısı üretimine yol açan hızlı ve istemsiz kas kasılmaları üretir (bu yüzden üşüdüğünüzde titrersiniz). Titreşim üretimi pahalıdır - enerjik olarak konuşursak - bu nedenle yukarıda belirtilen sistemler başarısız olursa vücut ona geri döner.

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

Bu sistem, metabolizmadaki enerji üretiminin ayrıştırılmasından sorumludur: ATP oluşturmak yerine, ısı üretimine yol açar. Çocuklarda ve küçük memelilerde özellikle önemli bir mekanizmadır, ancak daha yeni kanıtlar yetişkinlerde de geçerli olduğunu belirtmiştir.

Etolojik mekanizmalar

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

Bu tepkinin işlenmesinde beynin farklı bölümleri yer alır. İnsanlarda bu davranışlar, fizyolojik olanlar gibi hassas bir şekilde düzenlenmemiş olsalar da etkilidir.

Termoregülasyon bozuklukları

Vücut, diğer fizyolojik özelliklerin yanı sıra sirkadiyen ritim, hormonal döngü gibi bazı değişkenlere bağlı olarak gün boyunca küçük ve hassas sıcaklık değişiklikleri yaşar.

Bahsettiğimiz gibi, vücut ısısı çok çeşitli fizyolojik süreçleri yönetir ve regülasyonunun kaybı, etkilenen organizma içinde yıkıcı koşullara yol açabilir.

Her iki termal aşırılık - hem yüksek hem de düşük - organizmaları olumsuz etkiler. İnsanlarda 42 ° C'nin üzerindeki çok yüksek sıcaklıklar, proteinler üzerinde denatürasyonlarını teşvik ederek çok belirgin bir etkiye sahiptir. Ayrıca 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 sahiptir.

Termoregülasyon doğru şekilde çalışmadığında birden fazla organ etkilenir. Bunlara kalp, beyin, gastrointestinal sistem, akciğerler, böbrekler ve karaciğer dahildir.

Referanslar

1. Arellano, JLP ve del Pozo, SDC (2013). Genel patoloji el kitabı. Elsevier.
2. Argyropoulos, G. ve Harper, ME (2002). Davetli inceleme: proteinleri ayırma ve termoregülasyon. Uygulamalı Fizyoloji Dergisi, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). İnsanlarda refleks kaynaklı kutanöz vazodilatasyon ve vazokonstriksiyon mekanizmaları ve değiştiricileri. Uygulamalı fizyoloji dergisi (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Karşılaştırmalı Hayvan Fizyolojisi: Çevresel Bir Yaklaşım. Tersine döndüm.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. ve Anderson, M. (2004). Hayvan fizyolojisi. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Memeli termoregülasyonunu yeniden yapılandırmak. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Vücut ısısının merkezi kontrolü. F1000Research, 5, F1000 Fakülte Rev-880.