Sinh lý nhiệt, cơ chế, loại và thay đổi



các điều nhiệt Đó là quá trình cho phép các sinh vật điều chỉnh nhiệt độ của cơ thể, điều chỉnh sự mất và tăng nhiệt. Trong vương quốc động vật có các cơ chế điều chỉnh nhiệt độ khác nhau, cả về sinh lý và đạo đức.

Điều chỉnh nhiệt độ của cơ thể là một hoạt động cơ bản cho bất kỳ sinh vật nào, bởi vì thông số này rất quan trọng đối với cân bằng nội môi của cơ thể và ảnh hưởng đến chức năng của enzyme và các protein khác, tính lưu động của màng, dòng ion, trong số những thứ khác..

Ở dạng đơn giản nhất, các mạng điều nhiệt được kích hoạt bằng một mạch tích hợp các đầu vào của các bộ điều nhiệt nằm trong da, trong nội tạng, trong não, cùng với các mạng khác.

Các cơ chế chính khi đối mặt với các kích thích lạnh hoặc nhiệt này bao gồm co mạch ở da, giãn mạch, sản xuất nhiệt (sinh nhiệt) và đổ mồ hôi. Các cơ chế khác bao gồm các hành vi để thúc đẩy hoặc giảm mất nhiệt.

Chỉ số

  • 1 Khái niệm cơ bản: nhiệt và nhiệt độ
    • 1.1 Nhiệt độ
    • 1.2 Nhiệt
  • 2 loại: mối quan hệ nhiệt giữa động vật
    • 2.1 Nhiệt kế và ngoại nhiệt
    • 2.2 Poikilotherm và gia nhiệt
    • 2.3 Ví dụ
    • 2.4 Sự xen kẽ của nhiệt độ không gian và thời gian và ngoại tâm mạc
  • 3 Sinh lý học điều chỉnh nhiệt
  • 4 cơ chế điều nhiệt
    • 4.1 Cơ chế sinh lý
    • 4.2 Cơ chế đạo đức
  • 5 thay đổi điều chỉnh nhiệt
  • 6 tài liệu tham khảo

Khái niệm cơ bản: nhiệt và nhiệt độ

Để nói về điều chỉnh nhiệt ở động vật, cần phải biết định nghĩa chính xác của các thuật ngữ thường gây nhầm lẫn giữa các học sinh.

Hiểu sự khác biệt giữa nhiệt độ và nhiệt độ là điều cần thiết để hiểu sự điều tiết nhiệt của động vật. Chúng ta sẽ sử dụng các vật vô tri để minh họa cho sự khác biệt: nghĩ về hai khối kim loại, một khối lớn hơn 10 lần so với khối kia.

Mỗi khối này ở trong một căn phòng ở nhiệt độ 25 ° C. Nếu chúng ta đo nhiệt độ của mỗi khối, cả hai sẽ ở 25 ° C, mặc dù một khối lớn và một khối nhỏ khác.

Bây giờ, nếu chúng ta đo lượng nhiệt trong mỗi khối, kết quả giữa hai khối sẽ khác nhau. Để thực hiện nhiệm vụ này, chúng ta phải di chuyển các khối đến một căn phòng có nhiệt độ bằng không tuyệt đối và định lượng lượng nhiệt mà chúng tỏa ra. Trong trường hợp này, hàm lượng nhiệt sẽ cao hơn 10 lần trong khối kim loại lớn hơn.

Nhiệt độ

Nhờ ví dụ trước, chúng ta có thể kết luận rằng nhiệt độ là như nhau cho cả hai và không phụ thuộc vào lượng vật chất của mỗi khối. Nhiệt độ được đo bằng tốc độ hoặc cường độ chuyển động của các phân tử.

Trong tài liệu sinh học, khi các tác giả đề cập đến "nhiệt độ cơ thể", họ đề cập đến nhiệt độ của các vùng trung tâm của cơ thể và các vùng ngoại vi. Nhiệt độ của các vùng trung tâm phản ánh nhiệt độ của các mô "sâu" của cơ thể - não, tim và gan.

Nhiệt độ của các vùng ngoại vi, mặt khác, bị ảnh hưởng bởi sự truyền máu đến da và được đo ở da tay và chân.

Nhiệt

Ngược lại - và trở lại ví dụ về các khối - nhiệt lượng khác nhau ở cả hai cơ thể trơ và tỷ lệ thuận với lượng vật chất. Nó là một dạng năng lượng và phụ thuộc vào số lượng nguyên tử và phân tử của chất được đề cập.

Các loại: mối quan hệ nhiệt giữa động vật

Trong sinh lý động vật, có một loạt các thuật ngữ và danh mục được sử dụng để mô tả mối quan hệ nhiệt giữa các sinh vật. Mỗi nhóm động vật này có sự thích nghi đặc biệt - sinh lý, giải phẫu hoặc giải phẫu - giúp chúng duy trì nhiệt độ cơ thể trong một phạm vi thích hợp.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta gọi các động vật nội nhiệt và gia nhiệt là "máu nóng", và các động vật nhiệt trị và ngoại nhiệt là "máu lạnh"..

Nhiệt độ và ngoại nhiệt

Thuật ngữ đầu tiên là nhiệt đới, được sử dụng khi động vật làm nóng lên với quá trình trao đổi nhiệt. Khái niệm ngược lại là ngoại tâm thu, nơi nhiệt độ của động vật được áp đặt bởi môi trường xung quanh.

Một số động vật không thể chịu nhiệt, vì mặc dù chúng tạo ra nhiệt nhưng chúng không làm điều đó đủ nhanh để giữ nó.

Poikilotherm và gia nhiệt

Một cách khác để phân loại chúng là theo sự điều nhiệt của động vật. Thuật ngữ nhiệt kế nó được dùng để chỉ những động vật có thân nhiệt thay đổi. Trong những trường hợp này, nhiệt độ cơ thể cao trong môi trường nóng và thấp trong môi trường lạnh.

Một động vật poikilotherm có thể tự điều chỉnh nhiệt độ của nó bằng hành vi. Đó là, bằng cách định vị ở những khu vực có bức xạ mặt trời cao để tăng nhiệt độ hoặc ẩn khỏi bức xạ nói trên để giảm bớt nó.

Các thuật ngữ poikilotherm và ectotherm đề cập đến cơ bản cùng một hiện tượng. Tuy nhiên, poikilotherm nhấn mạnh đến sự thay đổi của nhiệt độ cơ thể, trong khi ở nhiệt đới, nó đề cập đến tầm quan trọng của nhiệt độ môi trường để xác định nhiệt độ cơ thể.

Thuật ngữ ngược lại với poikilotherm là phương pháp gia nhiệt: điều chỉnh nhiệt bằng phương pháp sinh lý - và không chỉ nhờ vào việc triển khai các hành vi. Hầu hết các động vật nội nhiệt có thể điều chỉnh nhiệt độ của chúng.

Ví dụ

Cá

Cá là ví dụ hoàn hảo của động vật ectthermic và poikil nhiệtmic. Trong trường hợp những người bơi động vật có xương sống này, các mô của chúng không tạo ra nhiệt thông qua con đường trao đổi chất và ngoài ra, nhiệt độ của cá được xác định bởi nhiệt độ của cơ thể nước nơi chúng bơi.

Bò sát

Các loài bò sát thể hiện các hành vi rất được đánh dấu cho phép chúng điều chỉnh (về mặt đạo đức) nhiệt độ của chúng. Những con vật này tìm kiếm những vùng ấm áp - chẳng hạn như đậu trên đá nóng - để tăng nhiệt độ. Nếu không, nơi họ muốn giảm nó, họ sẽ tìm cách trốn tránh bức xạ.

Chim và động vật có vú

Động vật có vú và chim là ví dụ của động vật nội nhiệt và gia nhiệt. Những chất chuyển hóa tạo ra nhiệt độ cơ thể của chúng và điều chỉnh nó về mặt sinh lý. Một số côn trùng cũng thể hiện mô hình sinh lý này.

Khả năng điều chỉnh nhiệt độ của nó đã mang lại lợi thế cho hai dòng động vật này so với các đối tác nhiệt trị của chúng, vì chúng có thể thiết lập trạng thái cân bằng nhiệt trong tế bào và các cơ quan của chúng. Điều này dẫn đến các quá trình dinh dưỡng, trao đổi chất và bài tiết trở nên mạnh mẽ và hiệu quả hơn.

Chẳng hạn, con người duy trì nhiệt độ ở 37 ° C, trong một phạm vi khá hẹp - trong khoảng từ 33,2 đến 38,2 ° C. Duy trì tham số này là hoàn toàn quan trọng cho sự sống còn của loài và làm trung gian cho một loạt các quá trình sinh lý trong cơ thể.

Sự xen kẽ của nhiệt độ không gian và thời gian và ngoại tâm mạc

Sự khác biệt giữa bốn loại này thường trở nên khó hiểu khi chúng ta kiểm tra các trường hợp động vật có thể xen kẽ giữa các loại, theo không gian hoặc thời gian.

Sự thay đổi theo thời gian của quy định nhiệt có thể được minh họa bởi các động vật có vú trải qua thời kỳ ngủ đông. Những động vật này thường là vật gia nhiệt trong các mùa trong năm khi chúng không ngủ đông và trong thời gian ngủ đông, chúng không thể điều chỉnh nhiệt độ cơ thể.

Sự biến đổi không gian xảy ra khi động vật điều chỉnh nhiệt độ khác nhau ở các vùng cơ thể. Bumblebees và các côn trùng khác có thể điều chỉnh nhiệt độ của các phần ngực của chúng và không thể điều chỉnh phần còn lại của các khu vực. Điều kiện này của quy định khác biệt được gọi là dị.

Sinh lý học điều nhiệt

Giống như bất kỳ hệ thống nào, sự điều hòa sinh lý của nhiệt độ cơ thể đòi hỏi phải có sự hiện diện của một hệ thống hướng tâm, một trung tâm điều khiển và một hệ thống chất lỏng.

Hệ thống đầu tiên, một hệ thống hướng tâm, chịu trách nhiệm nắm bắt thông tin bằng các thụ thể ở da. Sau đó, thông tin được truyền đến trung tâm điều nhiệt qua máu thông qua thần kinh.

Trong điều kiện bình thường, các cơ quan của cơ thể tạo ra nhiệt là tim và gan. Khi cơ thể đang làm việc thể chất (tập thể dục), cơ xương cũng là một cấu trúc tạo nhiệt.

Vùng dưới đồi là trung tâm điều nhiệt và các nhiệm vụ được chia thành mất nhiệt và tăng nhiệt. Vùng chức năng để trung gian duy trì nhiệt nằm ở vùng sau của vùng dưới đồi, trong khi tổn thất được điều hòa bởi vùng trước. Cơ quan này hoạt động như một bộ điều nhiệt.

Kiểm soát hệ thống xảy ra gấp đôi: tích cực và tiêu cực, qua trung gian vỏ não. Các phản ứng của effector thuộc loại hành vi hoặc qua trung gian của hệ thống thần kinh tự trị. Hai cơ chế này sẽ được nghiên cứu sau.

Cơ chế điều nhiệt

Cơ chế sinh lý

Các cơ chế điều chỉnh nhiệt độ khác nhau giữa các loại kích thích nhận được, nghĩa là, liệu đó có phải là tăng hay giảm nhiệt độ. Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng tham số này để thiết lập phân loại các cơ chế:

Điều chỉnh nhiệt độ cao

Để đạt được sự điều chỉnh nhiệt độ cơ thể chống lại các kích thích nhiệt, cơ thể phải thúc đẩy sự mất mát của nó. Có một số cơ chế:

Giãn mạch

Ở người, một trong những đặc điểm nổi bật nhất của tuần hoàn da là phạm vi rộng của các mạch máu mà nó có. Sự lưu thông máu qua da có đặc tính rất khác nhau tùy thuộc vào điều kiện môi trường và sự thay đổi từ lưu lượng máu cao đến thấp.

Khả năng giãn mạch là rất quan trọng trong việc điều nhiệt của các cá nhân. Lưu lượng máu cao trong thời gian nhiệt độ tăng cho phép cơ thể tăng sự truyền nhiệt, từ lõi của cơ thể đến bề mặt của da, cuối cùng bị tiêu tan.

Khi lưu lượng máu tăng, lượng máu lần lượt tăng. Do đó, một lượng máu lớn hơn được truyền từ lõi của cơ thể đến bề mặt da, nơi xảy ra sự truyền nhiệt. Máu, bây giờ đã lạnh hơn, được đưa trở lại nhân hoặc trung tâm của cơ thể.

Đổ mồ hôi

Cùng với việc giãn mạch, việc sản xuất mồ hôi rất quan trọng cho việc điều nhiệt vì nó giúp tản nhiệt quá mức. Trên thực tế, việc sản xuất và bốc hơi mồ hôi sau đó là cơ chế chính khiến cơ thể mất nhiệt. Họ cũng hành động trong khi hoạt động thể chất.

Mồ hôi là chất lỏng được sản xuất bởi các tuyến mồ hôi gọi là eccrine, được phân phối khắp cơ thể với mật độ đáng kể. Sự bốc hơi của mồ hôi giúp truyền nhiệt cơ thể ra môi trường dưới dạng hơi nước.

Điều chỉnh nhiệt độ thấp

Trái ngược với các cơ chế được đề cập trong phần trước, trong tình huống giảm nhiệt độ, cơ thể phải thúc đẩy việc bảo tồn và sản xuất nhiệt theo cách sau:

Thuốc co mạch

Hệ thống này tuân theo logic ngược lại được mô tả trong giãn mạch, vì vậy chúng tôi sẽ không mở rộng nhiều trong phần giải thích. Cái lạnh kích thích sự co bóp của các mạch máu, do đó tránh tản nhiệt.  

Piloerection

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao "da ngỗng" xuất hiện khi chúng ta phải đối mặt với nhiệt độ thấp chưa? Đó là một cơ chế để tránh mất nhiệt gọi là piloerection. Tuy nhiên, vì con người có khá ít lông trong cơ thể chúng ta, nó được coi là một hệ thống thô sơ kém.

Khi độ cao của mỗi sợi tóc xảy ra, lớp không khí tiếp xúc với da sẽ tăng lên, làm giảm sự đối lưu của không khí. Điều này làm giảm mất nhiệt.

Sản xuất nhiệt

Cách trực quan nhất để chống lại nhiệt độ thấp là thông qua việc sản xuất nhiệt. Điều này có thể xảy ra theo hai cách: bằng cách sinh nhiệt run rẩy và không run.

Trong trường hợp đầu tiên, cơ thể tạo ra các cơn co thắt cơ bắp nhanh chóng và không tự nguyện (đó là lý do tại sao bạn run rẩy khi bạn lạnh) dẫn đến việc sản xuất nhiệt. Sản xuất run rẩy là tốn kém - nói năng lượng - vì vậy cơ thể sẽ dùng đến nó nếu các hệ thống nói trên thất bại..

Cơ chế thứ hai được dẫn dắt bởi một mô gọi là mỡ nâu (hay mô mỡ màu nâu, trong tài liệu tiếng Anh, nó thường được tóm tắt dưới chữ viết tắt BAT bởi mô mỡ).

Hệ thống này chịu trách nhiệm tách rời việc sản xuất năng lượng trong quá trình trao đổi chất: thay vì hình thành ATP, nó dẫn đến việc sản xuất nhiệt. Đây là một cơ chế đặc biệt quan trọng ở trẻ em và ở động vật có vú nhỏ, mặc dù bằng chứng gần đây nhất đã ghi nhận rằng nó cũng có liên quan ở người lớn.

Cơ chế đạo đức

Các cơ chế đạo đức bao gồm tất cả các hành vi được thể hiện bởi động vật để điều chỉnh nhiệt độ của chúng. Như chúng tôi đã đề cập trong ví dụ về các loài bò sát, các sinh vật có thể được đặt trong môi trường thuận lợi để thúc đẩy hoặc tránh mất nhiệt.

Các phần khác nhau của não có liên quan đến việc xử lý phản ứng này. Ở người, những hành vi này có hiệu quả, mặc dù chúng không được điều chỉnh một cách tinh vi như những hành vi sinh lý.

Thay đổi điều chỉnh nhiệt

Cơ thể trải qua những thay đổi nhỏ và tinh tế về nhiệt độ trong suốt cả ngày, tùy thuộc vào một số biến số, chẳng hạn như nhịp sinh học, chu kỳ nội tiết tố, trong số các khía cạnh sinh lý khác.

Như đã đề cập, nhiệt độ cơ thể điều phối một loạt các quá trình sinh lý và sự mất điều hòa của nó có thể dẫn đến các điều kiện tàn phá trong sinh vật bị ảnh hưởng.

Cả hai thái cực nhiệt - cả cao và thấp - đều ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật. Nhiệt độ rất cao, trên 42 ° C ở người, ảnh hưởng mạnh đến protein, thúc đẩy sự biến tính của chúng. Ngoài ra, tổng hợp DNA bị ảnh hưởng. Các cơ quan và tế bào thần kinh cũng bị hư hại.

Tương tự, nhiệt độ dưới 27 ° C dẫn đến hạ thân nhiệt nghiêm trọng. Những thay đổi trong hoạt động thần kinh cơ, tim mạch và hô hấp có những hậu quả nghiêm trọng.

Nhiều cơ quan bị ảnh hưởng khi điều chỉnh nhiệt không hoạt động đúng cách. Trong số đó, tim, não, đường tiêu hóa, phổi, thận và gan.

Tài liệu tham khảo

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Hướng dẫn bệnh lý tổng quát. Yêu tinh.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Mời xem xét: tách protein và điều chỉnh nhiệt. Tạp chí sinh lý học ứng dụng, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Cơ chế và biến điệu của phản xạ gây giãn mạch da và co mạch ở người. Tạp chí sinh lý học ứng dụng (Bethesda, Md.: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Đồi, R. W. (1979). So sánh sinh lý động vật: một cách tiếp cận môi trường. Tôi đã đảo ngược.
  5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Sinh lý động vật. Cộng sự.
  6. Liedtke W. B. (2017). Giải cấu trúc động vật có vú. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Kiểm soát trung tâm nhiệt độ cơ thể. Nghiên cứu F1000, 5, Khoa F1000 Rev-880.