Fisiologia della termoregolazione, meccanismi, tipi e alterazioni

IL Termoregolazione È il processo che consente agli organismi di regolare la temperatura dei loro corpi, modulando la perdita e il guadagno di calore. Nel regno animale ci sono diversi meccanismi di regolazione della temperatura, sia fisiologici che etologici.

La regolazione della temperatura corporea è un'attività di base per qualsiasi essere vivente, perché il parametro è fondamentale per l'omeostasi del corpo e influenza la funzionalità degli enzimi e altre proteine, fluidità della membrana, flusso ionico, tra gli altri.

I mammiferi sono homeooterms ed endoterms. Fonte: Alan Wilson [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Nella sua forma più semplice, le reti di termoregolazione sono attivate per mezzo di un circuito che integra gli ingressi dei termorecettori situati nella pelle, nei visceri, nel cervello, tra gli altri.

I principali meccanismi di fronte a questi stimoli freddi o di calore includono vasocostrizione cutanea, vasodilatazione, produzione di calore (termogenesi) e sudorazione. Altri meccanismi includono comportamenti per promuovere o ridurre la perdita di calore.

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Concetti di base: calore e temperatura

Per parlare di termoregolazione negli animali, è necessario conoscere l'esatta definizione di termini che sono spesso confusi tra gli studenti.

Comprendere la differenza tra calore e temperatura è indispensabile per comprendere la regolazione termica degli animali. Useremo i corpi inanimati per illustrare la differenza: pensiamo a due cubi di un metallo, uno è 10 volte più grande dell'altro.

Ognuno di questi cubi è in una stanza a una temperatura di 25 ° C. Se misuriamo la temperatura di ciascun blocco, entrambi saranno a 25 ° C, sebbene uno sia grande e piccolo.

Ora, se misuriamo la quantità di calore in ciascun blocco, il risultato tra loro sarà diverso. Per svolgere questo compito dobbiamo spostare i blocchi in una stanza con una temperatura di zero assoluto e quantificare la quantità di calore che emergono. In questo caso, il contenuto di calore sarà 10 volte più alto nel secchio di metallo più grande.

Temperatura

Grazie all'esempio precedente, possiamo concludere che la temperatura è la stessa per le due e indipendentemente dalla quantità di materia in ciascun blocco. La temperatura viene misurata come velocità o intensità del movimento delle molecole.

Nella letteratura biologica, quando gli autori menzionano la "temperatura corporea" si riferiscono alla temperatura delle regioni centrali del corpo e delle periferiche. La temperatura delle regioni centrali riflette la temperatura dei tessuti "profondi" del corpo - cervello, cuore e fegato.

La temperatura delle regioni periferiche, d'altra parte, è influenzata dal passaggio del sangue alla pelle e viene misurata nella pelle di mani e piedi.

Calore

Al contrario - e tornare all'esempio dei blocchi - il calore è diverso sia nei corpi inerti e direttamente proporzionale alla quantità di materia. È una forma di energia e dipende dal numero di atomi e molecole della sostanza in questione.

Tipi: relazioni termiche tra animali

Nella fisiologia degli animali, ci sono una serie di termini e categorie usati per descrivere le relazioni termiche tra organismi. Ognuno di questi gruppi animali ha adattamenti speciali - fisiologici, anatomici o anatomici - che li aiuta a mantenere la temperatura corporea in un intervallo adeguato.

Nella vita di tutti i giorni, chiamiamo animali endotermi e omeootermi come "sangue caldo" e animali poocilotermici ed ectotermus come "freddo".

Endoterma ed ectoterma

Il primo termine è endotermia, Utilizzato quando l'animale riesce a riscaldare la produzione di calore metabolico mediante. Il concetto opposto è il Ectotermia, dove la temperatura dell'animale è imposto dall'ambiente circostante.

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Alcuni animali non sono in grado di essere endotermi, perché sebbene producano calore non lo fanno abbastanza velocemente da trattenerlo.

Poiquilotherm e Hometerma

Un altro modo per classificarli è secondo la termoregolazione degli animali. Il termine Poiquilotherm viene utilizzato per fare riferimento agli animali con temperature corporee variabili. In questi casi, la temperatura corporea è ricca di ambienti caldi ed è bassa in ambienti freddi.

Un animale Poiquilotherm può auto -regolare la sua temperatura mediante comportamenti. Cioè, situato in aree con elevate radiazioni solari per aumentare la temperatura o nascondersi da detta radiazioni per ridurla.

I termini Poiquilotherm ed Ectothermus si riferiscono sostanzialmente allo stesso fenomeno. Tuttavia, Poiquilothermo sottolinea la variabilità della temperatura corporea, mentre in Ectothermus si riferisce all'importanza della temperatura ambiente per determinare la temperatura corporea.

Il termine contrariamente alla Poiquilotherm è Homeotermus: termoregolazione con mezzi fisiologici - e non solo grazie alla mostra di comportamenti. La maggior parte degli endotermi sono in grado di regolare la loro temperatura.

Esempi

Pescare

I pesci sono l'esempio perfetto di ectotermi e animali Poiquilotermos. Nel caso di questi nuotatori dei vertebrati, i loro tessuti non producono calore per percorsi metabolici e anche la temperatura del pesce è determinata dalla temperatura del corpo idrico dove nuotano.

Rettili

I rettili presentano comportamenti molto marcati che consentono loro di regolare (etologicamente) la loro temperatura. Questi animali cercano regioni calde - come appollaiarsi su una pietra calda - per aumentare la temperatura. Altrimenti, dove desiderano ridurlo, cercheranno di nascondersi dalle radiazioni.

Uccelli e mammiferi

I mammiferi e gli uccelli sono esempi di endotermi e homeoterme. Questi producono la loro temperatura corporea e la regolano fisiologicamente. Alcuni insetti mostrano anche questo modello fisiologico.

La capacità di regolare la sua temperatura ha dato a questi due lignaggi animali un vantaggio rispetto alle loro controparti di Poiquiloterms, poiché possono stabilire un equilibrio termico nelle loro cellule e nei loro organi. Ciò ha portato ai processi di nutrizione, metabolismo ed escrezione sono stati più robusti ed efficienti.

L'essere umano, ad esempio, mantiene la sua temperatura a 37 ° C, in un intervallo abbastanza stretto - tra 33,2 e 38,2 ° C. Il mantenimento di questo parametro è totalmente fondamentale per la sopravvivenza della specie e una mezza serie di processi fisiologici nel corpo.

Spazio e alternanza temporale di endotermia e ectotermia

La distinzione tra queste quattro categorie di solito diventa confusa quando esaminiamo i casi di animali in grado di alternere tra le categorie, spazialmente o temporaneamente.

La variazione temporanea della regolazione termica può essere esemplificata con i mammiferi che sperimentano periodi di letargo. Questi animali sono generalmente omeootermi durante i periodi dell'anno in cui non sono in letargo e durante il letargo non sono in grado di regolare la temperatura corporea.

La variazione dello spazio si verifica quando l'animale regola in modo differenziato la temperatura nelle regioni del corpo. Abejorros e altri insetti possono regolare la temperatura dei loro segmenti toracici e non sono in grado di regolare il resto delle regioni. Questa condizione di regolazione differenziale è chiamata eterotermia.

Fisiologia della termoregolazione

Come ogni sistema, la regolazione fisiologica della temperatura corporea ha bisogno della presenza di un sistema afferente, di un centro di controllo e di un sistema emotivo.

Il primo sistema, l'afferente, è responsabile della cattura di informazioni attraverso i recettori della pelle. Successivamente, le informazioni vengono trasmesse al centro di termoregolatore attraverso il sangue attraverso il sangue.

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In condizioni normali, gli organi del corpo che generano calore sono il cuore e il fegato. Quando il corpo sta facendo un lavoro fisico (esercizio), il muscolo scheletrico è anche una struttura che genera calore.

L'ipotalamo è il centro termoregolatorio e i compiti sono divisi in perdita e guadagno di calore. La zona funzionale per mediare la manutenzione del calore si trova nell'area posteriore dell'ipotalamo, mentre la perdita è mediata dalla regione anteriore. Questo organo funziona come un termostato.

Il controllo del sistema si verifica doppio: positivo e negativo, mediato dalla corteccia del cervello. Le risposte effettrici sono di tipo comportamentale o mediate dal sistema nervoso autonomo. Questi due meccanismi saranno studiati in seguito.

Meccanismi di termoregolazione

Meccanismi fisiologici

I meccanismi per regolare la temperatura variano tra il tipo di stimolo ricevuto, cioè se si tratta di un aumento o di una diminuzione della temperatura. Quindi useremo questo parametro per stabilire una classificazione dei meccanismi:

Regolazione per le alte temperature

Per raggiungere la regolazione della temperatura corporea contro gli stimoli di calore, il corpo deve promuoverne la perdita di esso. Esistono diversi meccanismi:

Vasodilatazione

Nell'uomo, una delle caratteristiche più sorprendenti della circolazione cutanea è l'ampia gamma di vasi sanguigni che possiede. La circolazione sanguigna attraverso la pelle ha la proprietà di variare notevolmente a seconda delle condizioni dell'ambiente e di modifica da flussi di sangue alto a basso.

La capacità di vasodilatazione è cruciale nella termoregolazione degli individui. L'alto flusso sanguigno durante i periodi di aumento della temperatura consente al corpo di aumentare la trasmissione del calore, dal nucleo del corpo alla superficie della pelle, di essere finalmente dissipato.

Quando il flusso sanguigno viene aumentato, il volume della pelle del sangue aumenta a sua volta. Pertanto, una maggiore quantità di sangue viene trasferita dal nucleo del corpo alla superficie della pelle, dove si verifica il trasferimento di calore. Il sangue, ora più freddo, viene nuovamente trasferito nel nucleo o al centro del corpo.

Sudore

Insieme al vasodilatazione, la produzione di sudore è cruciale per la termoregolazione poiché aiuta a dissipare il calore eccessivo. In effetti, la produzione e l'evaporazione posteriore del sudore sono i principali meccanismi del corpo a perdere calore. Agiscono anche durante l'attività fisica.

Il sudore è un fluido prodotto da ghiandole sudoriose chiamate ecrina, distribuite in tutto il corpo in una densità importante.L'evaporazione del sudore riesce a trasferire il calore del corpo nell'ambiente come vapore acqueo.

Regolazione per basse temperature

Contrariamente ai meccanismi menzionati nella sezione precedente, le situazioni di temperatura diminuiscono il corpo devono promuovere la conservazione e la produzione di calore come segue:

Vasocostrizione

Questo sistema segue la logica opposta descritta in vasodilatazione, quindi non ci estenderemo molto nella spiegazione. Il freddo stimola la contrazione dei vasi cutanei, evitando così la dissipazione del calore.  

Piloerecion

Ti sei chiesto perché la "pelle di pollo" appaia quando stiamo affrontando basse temperature? È un meccanismo per evitare la perdita di calore chiamata pionrezione. Tuttavia, poiché gli umani hanno relativamente piccoli capelli nel nostro corpo, è considerato un po 'efficace e rudimentale.

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Quando si verifica l'elevazione di ciascun pelo, viene aumentato lo strato d'aria che entra in contatto con la pelle, il che riduce la convezione dell'aria. Questo riduce la perdita di calore.

Produzione di calore

Il modo più intuitivo per contrastare la bassa temperatura è per produzione di calore. Ciò può verificarsi in due modi: termogenesi brividi e non spostanti.

Nel primo caso, il corpo produce contrazioni muscolari rapide e involontarie (ecco perché tremo) che portano alla produzione di calore. La produzione che mostra è costosa - parlando energicamente - quindi il corpo ti ricorrerà se i sistemi di cui sopra non riusciranno a fallire.

Il secondo meccanismo è guidato da un tessuto chiamato grasso marrone (o tessuto adiposo marrone, nella letteratura inglese è generalmente riassunto sotto l'acrononico di pipistrello da Tessuto adiposo marrone).

Questo sistema è responsabile del disaccoppiamento della produzione di energia nel metabolismo: invece di formare ATP, sta portando alla produzione di calore. È un meccanismo particolarmente importante nei bambini e nei mammiferi di piccole dimensioni, sebbene le prove più recenti abbiano notato che è rilevante anche negli adulti.

Meccanismi etologici

I meccanismi etologici sono costituiti da tutti i comportamenti che gli animali presentano per regolare la loro temperatura. Come menzionato nell'esempio dei rettili, gli organismi possono essere collocati in un ambiente di buon auspicio per promuovere o evitare la perdita di calore.

Diverse parti del cervello sono coinvolte nell'elaborazione di questa risposta. Nell'uomo questi comportamenti sono efficaci, sebbene non siano finemente regolati come fisiologici.

Alterazioni della termoregolazione

Il corpo sperimenta piccoli e delicati variazioni di temperatura durante il giorno, a seconda di alcune variabili, come il ritmo circadiano, il ciclo ormonale, tra gli altri aspetti fisiologici.

Come abbiamo detto, Orchestra di temperatura corporea.

Entrambi gli estremi termici - sia alti che a basso contenuti - influenzano negativamente gli organismi. Temperature molto elevate, sopra i 42 ° C nell'uomo, influenzano le proteine ​​in modo molto marcato, promuovendo la loro denaturazione. Inoltre, la sintesi del DNA è influenzata. Anche gli organi e i neuroni sono danneggiati.

Allo stesso modo, le temperature inferiori a 27 ° C portano a grave ipotermia. I cambiamenti nell'attività neuromuscolare, cardiovascolare e respiratoria hanno conseguenze fatali.

Gli organi multipli sono interessati quando la termoregolazione non funziona nel modo giusto. Tra questi, il cuore, il cervello, il tratto gastrointestinale, i polmoni, i reni e il fegato.

Riferimenti

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