THERMOREGULATION: PISYOLOHIYA, MEKANISMO, URI AT PAGBABAGO - BIOLOGY - 2025

Ang thermoregulation ay ang proseso na nagpapahintulot sa mga organismo na ayusin ang temperatura ng kanilang katawan, modulate heat loss at makakuha. Sa kaharian ng hayop mayroong iba't ibang mga mekanismo para sa pag-regulate ng temperatura, kapwa sa physiological at etological.

Ang pag-regulate ng temperatura ng katawan ay isang pangunahing aktibidad para sa anumang buhay na nilalang, dahil ang parameter ay kritikal para sa homeostasis ng katawan at nakakaimpluwensya sa pag-andar ng mga enzyme at iba pang mga protina, ang pagkalikido ng lamad, ang daloy ng mga ions, bukod sa iba pa. .

Ang mga mamalya ay homeothermic at endothermic. Pinagmulan: Alan Wilson

Sa pinakasimpleng porma nito, ang mga network ng thermoregulation ay isinaaktibo sa pamamagitan ng isang circuit na isinasama ang mga input ng thermoreceptors na matatagpuan sa balat, sa viscera, sa utak, at iba pa.

Ang pangunahing mekanismo para sa mga mainit o malamig na stimuli na ito ay kasama ang cutaneous vasoconstriction, vasodilation, heat production (thermogenesis) at pagpapawis. Ang iba pang mga mekanismo ay may kasamang pag-uugali upang maitaguyod o mabawasan ang pagkawala ng init.

Mga Pangunahing Kaalaman: init at temperatura

Upang pag-usapan ang tungkol sa thermoregulation sa mga hayop, kinakailangang malaman ang eksaktong kahulugan ng mga term na madalas na nakalilito sa mga mag-aaral.

Ang pag-unawa sa pagkakaiba sa pagitan ng init at temperatura ay mahalaga upang maunawaan ang thermal regulation ng mga hayop. Gumagamit kami ng mga walang buhay na katawan upang mailarawan ang pagkakaiba: isipin natin ang dalawang cubes ng isang metal, ang isa ay 10 beses na mas malaki kaysa sa iba pa.

Ang bawat isa sa mga cubes na ito ay nasa isang silid sa temperatura na 25 ° C. Kung sinusukat namin ang temperatura ng bawat bloke, ang parehong ay nasa 25 ° C, bagaman ang isa ay malaki at ang iba pang maliit.

Ngayon, kung susukat natin ang dami ng init sa bawat bloke, ang magiging resulta sa pagitan ng dalawa. Upang maisagawa ang gawaing ito dapat nating ilipat ang mga bloke sa isang silid na may temperatura ng ganap na zero at masukat ang dami ng init na kanilang ibubuhos. Sa kasong ito, ang nilalaman ng init ay 10 beses na mas mataas sa pinakamalaking metal kubo.

Temperatura

Salamat sa nakaraang halimbawa, maaari nating tapusin na pareho ang temperatura para sa pareho at independiyenteng ng dami ng bagay sa bawat bloke. Sinusukat ang temperatura bilang ang bilis o intensity ng paggalaw ng mga molekula.

Sa biological na panitikan, kapag binanggit ng mga may-akda ang "temperatura ng katawan" tinutukoy nila ang temperatura ng sentral at peripheral na mga rehiyon ng katawan. Ang temperatura ng mga pangunahing rehiyon ay sumasalamin sa temperatura ng "malalim" na mga tisyu ng katawan - utak, puso at atay.

Ang temperatura ng mga peripheral na rehiyon, para sa bahagi nito, ay naiimpluwensyahan ng pagpasa ng dugo sa balat at sinusukat sa balat ng mga kamay at paa.

Mainit

Sa kaibahan - at bumalik sa halimbawa ng mga bloke - ang init ay naiiba sa parehong mga inert body at direktang proporsyonal sa dami ng bagay. Ito ay isang anyo ng enerhiya at nakasalalay sa bilang ng mga atomo at molekula ng sangkap na pinag-uusapan.

Mga Uri: thermal na relasyon sa pagitan ng mga hayop

Sa pisyolohiya ng hayop, mayroong isang bilang ng mga termino at kategorya na ginamit upang ilarawan ang mga thermal na relasyon sa pagitan ng mga organismo. Ang bawat isa sa mga pangkat ng hayop na ito ay may mga espesyal na pagbagay - physiological, anatomical o anatomical - na makakatulong sa kanila na mapanatili ang temperatura ng kanilang katawan sa isang naaangkop na saklaw.

Sa pang-araw-araw na buhay, tinawag namin ang mga hayop na endothermic at homeothermic bilang "warm-blooded" at poikilothermic at ectothermic na mga hayop bilang "cold-blooded."

Endotherm at ectotherm

Ang unang termino ay endothermy, ginamit kapag ang hayop ay namamahala upang magpainit mismo sa pamamagitan ng pag-mediate ng metabolic production ng init. Ang kabaligtaran na konsepto ay ectothermy, kung saan ang temperatura ng hayop ay idinidikta ng nakapaligid na kapaligiran.

Ang ilang mga hayop ay hindi kayang maging endothermic, dahil bagaman gumagawa sila ng init, hindi nila ito ginagawa ng mabilis upang mapanatili ito.

Poikilothermic at homeothermic

Ang isa pang paraan upang maiuri ang mga ito ay ayon sa thermoregulation ng hayop. Ang salitang poikilotherm ay ginagamit upang sumangguni sa mga hayop na may iba't ibang temperatura ng katawan. Sa mga kasong ito, ang temperatura ng katawan ay mataas sa mga mainit na kapaligiran at mababa sa malamig na mga kapaligiran.

Ang isang poikilothermic na hayop ay maaaring maiayos ang sarili sa temperatura sa pamamagitan ng pag-uugali. Iyon ay, sa pamamagitan ng paghahanap sa mga lugar na may mataas na solar radiation upang madagdagan ang temperatura o itago mula sa sinabi na radiation upang bawasan ito.

Ang mga salitang poikilotherm at ectotherm ay tumutukoy sa pangunahing pareho ng kababalaghan. Gayunpaman, binibigyang diin ng poikilotherm ang pagkakaiba-iba ng temperatura ng katawan, habang ang ectotherm ay tumutukoy sa kahalagahan ng temperatura ng kapaligiran sa pagtukoy ng temperatura ng katawan.

Ang kabaligtaran na term para sa poikilotherm ay homeothermic: thermoregulation sa pamamagitan ng physiological means - at hindi lamang salamat sa pagpapakita ng mga pag-uugali. Karamihan sa mga hayop na endothermic ay may kakayahang regulahin ang kanilang temperatura.

Mga halimbawa

Mga Isda

Ang mga isda ay ang perpektong halimbawa ng mga ectothermic at poikilothermic na hayop. Sa kaso ng mga swimming vertebrates na ito, ang kanilang mga tisyu ay hindi gumagawa ng init sa pamamagitan ng mga metabolic pathway, at saka, ang temperatura ng mga isda ay tinutukoy ng temperatura ng katawan ng tubig kung saan sila lumangoy.

Mga Reptile

Ang mga Reptile ay nagpapakita ng mga minarkahang pag-uugali na nagpapahintulot sa kanila na mag-regulate (ethologically) ang kanilang temperatura. Ang mga hayop na ito ay naghahanap ng mga mainit na rehiyon - tulad ng perching sa isang mainit na bato - upang madagdagan ang temperatura. Kung hindi, kung saan nais nilang bawasan ito, hahanapin nilang itago mula sa radiation.

Mga ibon at mammal

Ang mga hayop at ibon ay mga halimbawa ng mga endothermic at homeothermic na hayop. Nagagawa nilang metaboliko ang temperatura ng iyong katawan at kinokontrol ito nang physiologically. Ang ilang mga insekto ay nagpapakita rin ng pattern na ito ng physiological.

Ang kakayahang i-regulate ang kanilang temperatura ay nagbigay sa dalawang mga linya ng hayop na ito ng isang kalamangan sa kanilang mga katapat na poikilothermic, dahil maaari silang magtatag ng thermal equilibrium sa kanilang mga cell at organo. Ito ang humantong sa mga proseso ng nutrisyon, metabolismo at excretion na mas matatag at mahusay.

Ang mga tao, halimbawa, ay nagpapanatili ng kanilang temperatura sa 37 ° C, sa loob ng medyo makitid na saklaw - sa pagitan ng 33.2 at 38.2 ° C. Ang pagpapanatili ng parameter na ito ay lubos na kritikal para sa kaligtasan ng mga species at mediates isang serye ng mga proseso ng physiological sa katawan.

Spatial at temporal na pagpapalit ng endothermy at ectothermy

Ang pagkakaiba sa pagitan ng apat na mga kategorya na ito ay madalas na nalilito kapag sinusuri natin ang mga kaso ng mga hayop na magagawang kahalili sa pagitan ng mga kategorya, alinman sa spatially o pansamantala.

Ang temporal na pagkakaiba-iba sa thermal regulation ay maaaring maipakita sa mga mamal na nakakaranas ng mga panahon ng pagdulog. Ang mga hayop na ito ay karaniwang homeothermic sa mga oras ng taon kung hindi sila hibernating at sa panahon ng pagdiriwang hindi nila maiayos ang temperatura ng kanilang katawan.

Ang pagkakaiba-iba ng spatial ay nangyayari kapag ang hayop na kaugalian ay nag-regulate ng temperatura sa mga rehiyon ng katawan. Ang mga bumblebees at iba pang mga insekto ay maaaring umayos sa temperatura ng kanilang mga thoracic segment at hindi mai-regulate ang natitirang mga rehiyon. Ang kondisyong ito sa regulasyon ng kaugalian ay tinatawag na heterothermy.

Physiology ng thermoregulation

Tulad ng anumang sistema, ang regulasyon ng physiological ng temperatura ng katawan ay nangangailangan ng pagkakaroon ng isang afferent system, isang control center, at isang efferent system.

Ang unang system, ang afferent, ay responsable para sa pagkuha ng impormasyon sa pamamagitan ng mga receptor ng balat. Kasunod nito, ang impormasyon ay ipinadala sa thermoregulatory center sa pamamagitan ng neural pathway sa pamamagitan ng dugo.

Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang mga organo ng katawan na naglilikha ng init ay ang puso at atay. Kapag ang katawan ay gumagawa ng pisikal na gawain (ehersisyo), ang kalamnan ng kalansay ay isang istraktura din ng pagbuo ng init.

Ang hypothalamus ay ang thermoregulatory center at ang mga gawain ay nahahati sa pagkawala ng init at pagkakaroon ng init. Ang functional zone upang mamagitan ang pagpapanatili ng init ay matatagpuan sa posterior zone ng hypothalamus, habang ang pagkawala ay pinapamagitan ng anterior na rehiyon. Ang organ na ito ay gumagana tulad ng isang termostat.

Ang control ng system ay nangyayari sa dalawang paraan: positibo at negatibo, na pinagsama ng cortex ng utak. Ang mga tugon ng tagapagtatrabaho ay uri ng pag-uugali o pinagsama ng autonomic nervous system. Ang dalawang mekanismong ito ay pag-aralan sa ibang pagkakataon.

Mga mekanismo ng thermoregulatory

Mga mekanismo ng phologicalological

Ang mga mekanismo para sa regulate na temperatura ay nag-iiba sa pagitan ng uri ng stimulus na natanggap, iyon ay, kung ito ay isang pagtaas o pagbaba ng temperatura. Kaya gagamitin namin ang parameter na ito upang magtatag ng isang pag-uuri ng mga mekanismo:

Regulasyon para sa mataas na temperatura

Upang makamit ang regulasyon ng temperatura ng katawan sa harap ng stimuli ng init, dapat itaguyod ng katawan ang pagkawala nito. Mayroong maraming mga mekanismo:

Vasodilation

Sa mga tao, ang isa sa mga pinaka kapansin-pansin na katangian ng sirkulasyon ng balat ay ang malawak na hanay ng mga daluyan ng dugo na mayroon nito. Ang sirkulasyon ng dugo sa pamamagitan ng balat ay may pag-aari ng iba't ibang depende sa mga kondisyon ng kapaligiran at pagbabago mula sa mataas hanggang mababang daloy ng dugo.

Ang kakayahan ng vasodilation ay mahalaga sa thermoregulation ng mga indibidwal. Ang nakataas na daloy ng dugo sa mga panahon ng pagtaas ng temperatura ay nagbibigay-daan sa katawan upang madagdagan ang paghahatid ng init, mula sa core ng katawan hanggang sa ibabaw ng balat, na sa wakas ay mawawala.

Kapag nadagdagan ang daloy ng dugo, tumataas ang dami ng dugo ng kutan. Kaya, ang isang mas malaking halaga ng dugo ay inilipat mula sa core ng katawan sa ibabaw ng balat, kung saan nangyayari ang paglilipat ng init. Ang mas malamig na dugo ay inilipat pabalik sa core o sentro ng katawan.

Pawis

Kasabay ng vasodilation, ang paggawa ng pawis ay mahalaga para sa thermoregulation dahil nakakatulong ito sa pag-agaw ng labis na init. Sa katunayan, ang paggawa at kasunod na pagsingaw ng pawis ay ang pangunahing mekanismo ng katawan para sa pagkawala ng init. Nagtatrabaho rin sila sa pisikal na aktibidad.

Ang pawis ay isang likido na ginawa ng mga glandula ng pawis na tinatawag na eccrine, na ipinamamahagi sa buong katawan sa isang makabuluhang density.Ang pagsingaw ng pawis ay naglilipat ng init mula sa katawan patungo sa kapaligiran bilang singaw ng tubig.

Regulasyon para sa mababang temperatura

Sa kaibahan sa mga mekanismo na nabanggit sa nakaraang seksyon, sa mga sitwasyon ng pagbaba ng temperatura ay dapat itaguyod ang pag-iingat at paggawa ng init sa sumusunod na paraan:

Vasoconstriction

Ang sistemang ito ay sumusunod sa kabaligtaran na lohika na inilarawan sa vasodilation, kaya hindi namin masasalamin ang paliwanag. Ang sipon ay pinasisigla ang pag-urong ng mga vessel ng cutaneous, kaya iniiwasan ang pag-iwas ng init.

Piloerection

Naisip mo na ba kung bakit lumilitaw ang "mga goose bumps" na nasa harap tayo ng mababang temperatura? Ito ay isang mekanismo upang maiwasan ang pagkawala ng init na tinatawag na piloerection. Gayunpaman, dahil ang mga tao ay medyo may maliit na buhok sa ating mga katawan, itinuturing itong hindi epektibo at hindi maayos na sistema.

Kapag nangyayari ang taas ng bawat buhok, ang layer ng hangin na nakikipag-ugnay sa balat ay nadagdagan, na nagpapababa sa kombeksyon ng hangin. Binabawasan nito ang pagkawala ng init.

Produksyon ng init

Ang pinaka madaling gamitin na paraan upang mapaglabanan ang mababang temperatura ay sa pamamagitan ng paggawa ng init. Ito ay maaaring mangyari sa dalawang paraan: sa pamamagitan ng pagyanig at hindi pag-uyog thermogenesis.

Sa unang kaso, ang katawan ay gumagawa ng mabilis at hindi sinasadyang pag-ikot ng kalamnan (na ang dahilan kung bakit nanginginig ka kapag malamig ka) na humantong sa paggawa ng init. Mahal ang paggawa ng Shivering - masigasig na nagsasalita - kaya ang katawan ay babagsak dito kung mabigo ang nabanggit na mga system.

Ang pangalawang mekanismo ay pinamunuan ng isang tisyu na tinawag na brown fat (o brown adipose tissue, sa Ingles na panitikan ito ay karaniwang binubuod sa ilalim ng acronym ng BAT para sa brown adipose tissue).

Ang sistemang ito ay responsable para sa pagkabulok ng paggawa ng enerhiya sa metabolismo: sa halip na bumubuo ng ATP, humahantong ito sa paggawa ng init. Ito ay isang partikular na mahalagang mekanismo sa mga bata at maliliit na mammal, bagaman mas kamakailang katibayan ay nabanggit na may kaugnayan din ito sa mga matatanda.

Mga mekanismo ng etolohikal

Ang mga mekanismong etolohikal ay binubuo ng lahat ng mga pag-uugali na ipinapakita ng mga hayop upang ayusin ang kanilang temperatura. Tulad ng nabanggit namin sa halimbawa ng mga reptilya, ang mga organismo ay maaaring mailagay sa tamang kapaligiran upang maitaguyod o maiwasan ang pagkawala ng init.

Ang iba't ibang mga bahagi ng utak ay kasangkot sa pagproseso ng tugon na ito. Sa mga tao ang mga pag-uugali na ito ay epektibo, bagaman hindi sila maayos na kinokontrol tulad ng mga pisyolohikal.

Mga karamdaman sa thermoregulation

Ang katawan ay nakakaranas ng maliit at pinong mga pagbabago sa temperatura sa buong araw, depende sa ilang mga variable, tulad ng ritmo ng circadian, ang hormonal cycle, bukod sa iba pang mga aspeto ng physiological.

Tulad ng nabanggit namin, ang temperatura ng katawan ay orkestra ng isang malaking saklaw ng mga proseso ng physiological at ang pagkawala ng regulasyon nito ay maaaring humantong sa nagwawasak na mga kondisyon sa loob ng apektadong organismo.

Parehong thermal extremes - parehong mataas at mababa - negatibong nakakaapekto sa mga organismo. Ang napakataas na temperatura, sa itaas ng 42 ° C sa mga tao, ay may napaka-minarkahang epekto sa mga protina, na nagsusulong ng kanilang denaturation. Gayundin, apektado ang synthesis ng DNA. Nasira rin ang mga organo at neuron.

Katulad nito, ang temperatura sa ilalim ng 27 ° C ay humantong sa malubhang hypothermia. Ang mga pagbabago sa aktibidad ng neuromuscular, cardiovascular at paghinga ay may malubhang kahihinatnan.

Maramihang mga organo ang apektado kapag ang thermoregulation ay hindi gumagana sa tamang paraan. Kabilang dito ang puso, utak, gastrointestinal tract, baga, bato, at atay.

Mga Sanggunian

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manwal ng pangkalahatang patolohiya. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Inimbitahan na pagsusuri: hindi paglulutas ng mga protina at thermoregulation. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Ang mga mekanismo at modifier ng reflex na sapilitan ng cutaneous vasodilation at vasoconstriction sa tao. Journal ng inilapat na pisyolohiya (Bethesda, M.: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Comparative Animal Physiology: Isang Diskarte sa Kapaligiran. Baligtad ko.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Pisyolohiya ng hayop. Mga Associate ng Sinauer.
6. Liedtke WB (2017). Ang pagbubuo ng mammalian thermoregulation. Mga pamamaraan ng National Academy of Sciences ng Estados Unidos ng Amerika, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Central control ng temperatura ng katawan. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-880.