THERMOREGULATION: FISIOLOGI, MEKANISME, JENIS DAN PERUBAHAN - BIOLOGI - 2024

The thermoregulation adalah proses yang membolehkan organisma mengawal suhu badan mereka, modulasi kehilangan haba dan keuntungan. Di kerajaan binatang ada mekanisme yang berbeda untuk mengatur suhu, baik fisiologis maupun etologi.

Mengatur suhu badan adalah aktiviti asas bagi setiap makhluk hidup, kerana parameternya sangat penting untuk homeostasis tubuh dan mempengaruhi fungsi enzim dan protein lain, kelancaran membran, aliran ion, antara lain. .

Mamalia adalah homeotermik dan endotermik. Sumber: Alan Wilson

Dalam bentuknya yang paling sederhana, rangkaian termoregulasi diaktifkan melalui rangkaian yang menyatukan input termoreceptor yang terletak di kulit, di visera, di otak, antara lain.

Mekanisme utama untuk rangsangan panas atau sejuk ini termasuk vasokonstriksi kulit, vasodilatasi, pengeluaran haba (termogenesis), dan berpeluh. Mekanisme lain termasuk tingkah laku untuk mempromosikan atau mengurangkan kehilangan haba.

Asas: haba dan suhu

Untuk membincangkan mengenai termoregulasi pada haiwan, perlu mengetahui definisi istilah yang tepat yang sering membingungkan di kalangan pelajar.

Memahami perbezaan antara haba dan suhu sangat penting untuk memahami peraturan terma haiwan. Kami akan menggunakan badan mati untuk menggambarkan perbezaannya: mari kita fikirkan dua kiub logam, satu 10 kali lebih besar daripada yang lain.

Setiap kubus ini berada di dalam bilik pada suhu 25 ° C. Sekiranya kita mengukur suhu setiap blok, kedua-duanya akan berada pada 25 ° C, walaupun satu besar dan satu lagi kecil.

Sekarang, jika kita mengukur jumlah haba di setiap blok, hasilnya antara kedua akan berbeza. Untuk melaksanakan tugas ini, kita mesti memindahkan blok ke bilik dengan suhu sifar mutlak dan mengukur jumlah haba yang mereka keluarkan. Dalam kes ini, kandungan haba akan menjadi 10 kali lebih tinggi dalam kiub logam terbesar.

Suhu

Terima kasih kepada contoh sebelumnya, kita dapat menyimpulkan bahawa suhu sama untuk kedua-duanya dan tidak bergantung pada jumlah jirim di setiap blok. Suhu diukur sebagai kelajuan atau intensiti pergerakan molekul.

Dalam literatur biologi, ketika penulis menyebutkan "suhu badan" mereka merujuk pada suhu kawasan tengah dan pinggir badan. Suhu kawasan inti mencerminkan suhu tisu "dalam" badan - otak, jantung dan hati.

Suhu kawasan pinggiran, sebahagiannya, dipengaruhi oleh aliran darah ke kulit dan diukur pada kulit tangan dan kaki.

Panas

Sebaliknya - dan kembali ke contoh blok - haba berbeza di kedua-dua badan lengai dan berkadar langsung dengan jumlah jirim. Ia adalah bentuk tenaga dan bergantung pada jumlah atom dan molekul bahan yang dimaksudkan.

Jenis: hubungan termal antara haiwan

Dalam fisiologi haiwan, terdapat sebilangan istilah dan kategori yang digunakan untuk menggambarkan hubungan termal antara organisma. Setiap kumpulan haiwan ini mempunyai penyesuaian khas - fisiologi, anatomi, atau anatomi - yang membantu mereka menjaga suhu badan mereka dalam julat yang sesuai.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menyebut haiwan endotermik dan homeotermik sebagai "berdarah panas" dan haiwan poikilothermik dan ectothermic sebagai "berdarah sejuk."

Endoterma dan ectotherm

Istilah pertama adalah endotermi, digunakan apabila haiwan berjaya memanaskan dirinya dengan memediasi metabolisme pengeluaran haba. Konsep sebaliknya adalah ectothermy, di mana suhu haiwan ditentukan oleh persekitarannya.

Sebilangan haiwan tidak mampu menjadi endotermik, kerana walaupun menghasilkan haba, mereka tidak melakukannya dengan cukup pantas untuk mengekalkannya.

Poikilothermic dan homeothermic

Kaedah lain untuk mengklasifikasikannya adalah mengikut termoregulasi haiwan. Istilah poikilotherm digunakan untuk merujuk kepada haiwan dengan suhu badan yang berbeza-beza. Dalam kes ini, suhu badan tinggi di persekitaran panas dan rendah di persekitaran sejuk.

Seekor haiwan poikilothermic dapat mengatur sendiri suhu melalui tingkah laku. Maksudnya, dengan mencari di kawasan yang mempunyai sinaran suria tinggi untuk meningkatkan suhu atau menyembunyikan dari sinaran tersebut untuk menurunkannya.

Istilah poikilotherm dan ectotherm merujuk pada fenomena yang sama. Walau bagaimanapun, poikilotherm menekankan kebolehubahan suhu badan, sementara ectotherm merujuk kepada pentingnya suhu persekitaran dalam menentukan suhu badan.

Istilah sebaliknya untuk poikilotherm adalah homeotermik: termoregulasi dengan kaedah fisiologi - dan bukan hanya berkat paparan tingkah laku. Sebilangan besar haiwan endotermik mampu mengatur suhu mereka.

Contoh

Ikan

Ikan adalah contoh sempurna haiwan ectothermic dan poikilothermic. Sekiranya vertebrata berenang ini, tisu mereka tidak menghasilkan haba melalui jalur metabolik dan, selanjutnya, suhu ikan ditentukan oleh suhu badan air di mana mereka berenang.

Reptilia

Reptilia menunjukkan tingkah laku yang sangat ketara yang membolehkan mereka mengatur (secara etologis) suhu mereka. Haiwan ini mencari kawasan yang hangat - seperti bertengger di atas batu panas - untuk meningkatkan suhu. Jika tidak, di mana mereka mahu mengurangkannya, mereka akan berusaha untuk bersembunyi dari sinaran.

Burung dan mamalia

Mamalia dan burung adalah contoh haiwan endotermik dan homeotermik. Mereka secara metabolik menghasilkan suhu badan anda dan mengaturnya secara fisiologi. Sebilangan serangga juga menunjukkan corak fisiologi ini.

Keupayaan untuk mengatur suhu mereka memberi kedua keturunan haiwan ini kelebihan berbanding rakan poikilotermik mereka, kerana mereka dapat mewujudkan keseimbangan termal dalam sel dan organ mereka. Ini menyebabkan proses pemakanan, metabolisme dan perkumuhan menjadi lebih kuat dan berkesan.

Manusia, misalnya, mengekalkan suhu pada 37 ° C, dalam jarak yang cukup sempit - antara 33.2 dan 38.2 ° C. Pemeliharaan parameter ini benar-benar penting untuk kelangsungan hidup spesies dan menjadi pengantara serangkaian proses fisiologi dalam badan.

Penggantian spatial dan temporal endotermi dan ectothermy

Perbezaan antara empat kategori ini sering dikelirukan ketika kita mengkaji kes-kes haiwan yang dapat bergantian antara kategori, sama ada secara spasial atau temporal.

Variasi temporal dalam pengaturan termal dapat dicontohkan dengan mamalia yang mengalami masa hibernasi. Haiwan ini secara amnya homeotermik sepanjang tahun ketika mereka tidak hibernasi dan semasa hibernasi mereka tidak dapat mengatur suhu badan mereka.

Variasi spasial berlaku apabila haiwan secara berbeza mengatur suhu di kawasan badan. Lebah dan serangga lain dapat mengatur suhu segmen toraks mereka dan tidak dapat mengatur kawasan lain. Keadaan peraturan pembezaan ini disebut heterothermy.

Fisiologi termoregulasi

Seperti mana-mana sistem, peraturan fisiologi suhu badan memerlukan adanya sistem aferen, pusat kawalan, dan sistem eferen.

Sistem pertama, aferen, bertanggungjawab untuk menangkap maklumat melalui reseptor kulit. Selepas itu, maklumat tersebut dihantar ke pusat termoregulasi melalui jalan saraf melalui darah.

Dalam keadaan normal, organ tubuh yang menghasilkan haba adalah jantung dan hati. Semasa badan melakukan kerja fizikal (senaman), otot rangka juga merupakan struktur yang menghasilkan haba.

Hipotalamus adalah pusat termoregulasi dan tugasnya dibahagikan kepada kehilangan haba dan penambahan haba. Zon fungsional untuk memediasi pemeliharaan haba terletak di zon posterior hipotalamus, sementara kehilangannya dimediasi oleh kawasan anterior. Organ ini berfungsi seperti termostat.

Pengendalian sistem berlaku dalam dua cara: positif dan negatif, dimediasi oleh korteks otak. Tindak balas berkesan adalah jenis tingkah laku atau dimediasi oleh sistem saraf autonomi. Kedua-dua mekanisme ini akan dikaji kemudian.

Mekanisme termoregulasi

Mekanisme fisiologi

Mekanisme untuk mengatur suhu bervariasi antara jenis rangsangan yang diterima, yaitu, apakah itu peningkatan atau penurunan suhu. Oleh itu, kami akan menggunakan parameter ini untuk menetapkan klasifikasi mekanisme:

Peraturan untuk suhu tinggi

Untuk mencapai peraturan suhu badan dalam menghadapi rangsangan panas, tubuh mesti mempromosikan kehilangannya. Terdapat beberapa mekanisme:

Vasodilatasi

Pada manusia, salah satu ciri peredaran kulit yang paling mencolok adalah pelbagai saluran darah yang dimilikinya. Peredaran darah melalui kulit mempunyai sifat yang sangat berbeza bergantung pada keadaan persekitaran dan mengubah dari aliran darah tinggi ke rendah.

Keupayaan vasodilatasi sangat penting dalam termoregulasi individu. Aliran darah yang meningkat dalam tempoh peningkatan suhu membolehkan tubuh meningkatkan penghantaran haba, dari inti badan ke permukaan kulit, akhirnya hilang.

Apabila aliran darah meningkat, jumlah darah kulit meningkat. Oleh itu, sejumlah besar darah dipindahkan dari inti badan ke permukaan kulit, di mana pemindahan haba berlaku. Darah yang kini lebih sejuk dipindahkan kembali ke inti atau pusat badan.

Peluh

Seiring dengan vasodilatasi, pengeluaran peluh sangat penting untuk termoregulasi kerana ia membantu menghilangkan panas yang berlebihan. Sebenarnya, pengeluaran dan penyejatan peluh seterusnya adalah mekanisme utama badan untuk kehilangan haba. Mereka juga bekerja semasa melakukan aktiviti fizikal.

Peluh adalah cairan yang dihasilkan oleh kelenjar peluh yang disebut eccrine, yang disebarkan ke seluruh badan dalam ketumpatan yang ketara.Penyejatan peluh berjaya memindahkan haba dari badan ke persekitaran sebagai wap air.

Peraturan untuk suhu rendah

Berbeza dengan mekanisme yang disebutkan di bahagian sebelumnya, dalam situasi penurunan suhu, tubuh mesti mempromosikan pemuliharaan dan pengeluaran panas dengan cara berikut:

Vasokonstriksi

Sistem ini mengikuti logik yang berlawanan yang dijelaskan dalam vasodilasi, jadi kami tidak akan banyak mengulas penjelasannya. Selsema merangsang pengecutan saluran kulit, sehingga mengelakkan penyebaran haba.

Piloereaksi

Pernahkah anda terfikir mengapa "benjolan angsa" muncul ketika kita berada di depan suhu rendah? Ini adalah mekanisme untuk mencegah kehilangan haba yang disebut piloerection. Tetapi, kerana manusia mempunyai rambut yang sedikit di tubuh kita, ia dianggap sebagai sistem yang tidak berkesan dan tidak sempurna.

Apabila ketinggian setiap rambut berlaku, lapisan udara yang bersentuhan dengan kulit meningkat, yang menurunkan perolakan udara. Ini mengurangkan kehilangan haba.

Pengeluaran haba

Cara paling intuitif untuk mengatasi suhu rendah adalah dengan menghasilkan haba. Ini boleh berlaku dalam dua cara: dengan termogenesis menggigil dan tidak menggigil.

Dalam kes pertama, tubuh menghasilkan pengecutan otot yang cepat dan tidak disengajakan (sebab itulah anda menggigil ketika anda sejuk) yang menyebabkan pengeluaran haba. Pengeluaran menggigil adalah mahal - secara bertenaga - jadi badan akan jatuh ke belakangnya sekiranya sistem yang disebutkan di atas gagal.

Mekanisme kedua dipimpin oleh tisu yang disebut lemak coklat (atau tisu adiposa coklat, dalam kesusasteraan Inggeris biasanya diringkaskan di bawah akronim BAT untuk tisu adiposa coklat).

Sistem ini bertanggungjawab untuk melepaskan pengeluaran tenaga dalam metabolisme: bukannya membentuk ATP, ia membawa kepada pengeluaran haba. Ini adalah mekanisme yang sangat penting pada kanak-kanak dan mamalia kecil, walaupun bukti yang lebih baru menunjukkan bahawa ia juga relevan pada orang dewasa.

Mekanisme etologi

Mekanisme etologi terdiri daripada semua tingkah laku yang ditunjukkan oleh haiwan untuk mengatur suhu mereka. Seperti yang kita sebutkan dalam contoh reptilia, organisme dapat ditempatkan di lingkungan yang tepat untuk mempromosikan atau mencegah kehilangan panas.

Bahagian otak yang berbeza terlibat dalam memproses tindak balas ini. Pada manusia tingkah laku ini berkesan, walaupun tidak diatur dengan baik seperti tingkah laku fisiologi.

Gangguan termoregulasi

Tubuh mengalami perubahan suhu yang kecil dan halus sepanjang hari, bergantung pada beberapa pemboleh ubah, seperti irama sirkadian, kitaran hormon, antara aspek fisiologi yang lain.

Seperti yang telah kami sebutkan, suhu tubuh mengatur sejumlah besar proses fisiologi dan hilangnya peraturan dapat menyebabkan keadaan yang menghancurkan dalam organisma yang terkena.

Kedua-dua ekstrem termal - tinggi dan rendah - memberi kesan negatif kepada organisma. Suhu yang sangat tinggi, di atas 42 ° C pada manusia, mempunyai kesan yang sangat ketara pada protein, yang mendorong denaturasinya. Juga, sintesis DNA terjejas. Organ dan neuron juga rosak.

Begitu juga, suhu di bawah 27 ° C menyebabkan hipotermia teruk. Perubahan aktiviti neuromuskular, kardiovaskular dan pernafasan mempunyai akibat yang membawa maut.

Banyak organ terjejas apabila termoregulasi tidak berfungsi dengan betul. Ini termasuk jantung, otak, saluran gastrointestinal, paru-paru, ginjal, dan hati.

Rujukan

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual patologi umum. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Ulasan yang dijemput: melepaskan protein dan termoregulasi. Jurnal Fisiologi Gunaan, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mekanisme dan pengubah vasodilatasi dan vasokonstriksi kulit yang disebabkan oleh refleks pada manusia. Jurnal fisiologi gunaan (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Fisiologi Haiwan Perbandingan: Pendekatan Alam Sekitar. Saya terbalik.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi haiwan. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Menurunkan termoregulasi mamalia. Prosiding Akademi Sains Kebangsaan Amerika Syarikat, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Pusat kawalan suhu badan. F1000Research, 5, F1000 Fakulti Rev-880.