Termoregulering

Termoregulering er et integrert system av biologiske mekanismer som er ansvarlig for å opprettholde en nesten konstant indre temperatur uavhengig av klimaforholdene utenfor organismen. Disse mekanismene - spesielt effektive hos fugler og pattedyr (alle homøotermiske dyr), mindre hos fisk, amfibier og reptiler ( poikilotermiske dyr) - inkluderer prosesser av produksjon, Oppbevaring Og spredning av varme.

Siden den overvektige personen ofte ikke spiser unormalt sammenlignet med andre normalvektige individer, som noen ganger spiser enda mer, er det antagelig at endringer i de termoregulerende prosessene med samme fysiske aktivitet kan føre til redusert energiforbruk, med akkumulering av overflødig energi i form av fett. Tynne individer, i motsetning til de fete, ville derfor være bedre til å kvitte seg med overflødig mat (se brunt fettvev) i form av varme.

Termoregulering kan først og fremst være frivillig eller ufrivillig. I det første tilfellet er det dyret selv som frivillig setter i gang adekvate atferdsstrategier, for eksempel søket etter en hu som er skjermet for elementene eller migrasjonen til de stedene som er best egnet for å opprettholde sin egen kroppstemperatur.

Et annet eksempel på atferdsmessig termoregulering er gitt av stillingsjusteringer, utført for å redusere eller øke kroppsoverflaten som er utsatt for luften; om vinteren, for eksempel, har revene en tendens til å krølle seg sammen og pakke kroppen med sine lange haler. Andre pattedyr, i de varmere månedene, drysser spytt i kroppen sin, noe som øker spredningen av varme ved fordampning.

Selv ufrivillige termoregulatoriske reaksjoner kan fremkalles ved eksponering for kalde eller varme omgivelser. I alle fall involverer de inngrep fra det hypothalamiske termoregulatoriske senteret, som er i stand til å fange og behandle signalene som kommer fra de kutane og sentrale termoreceptorene (lokalisert i hjernen, ryggraden ledning og sentrale organer), som koordinerer den fysiologiske responsen som er best egnet for å opprettholde kroppstemperaturen.

Termoregulering i kalde miljøer

De termoregulerende tilpasningene til kulde har som formål å bevare og / eller produsere varme.

Evnen til en organisme til å produsere varme kalles termogenese; det er i stor grad obligatorisk og knyttet til de fysiologiske og metabolske prosessene som er ansvarlige for bevegelse, fordøyelse, absorpsjon og behandling av næringsstoffene som blir introdusert med dietten.

Pattedyr har evnen til å øke varmeproduksjonen (valgfri termogenese), uansett om det involverer spenningsmekanismen eller ikke. I det første tilfellet snakker vi om skjelvende termogenese. Denne mekanismen fører til produksjon av varme gjennom en rytmisk og isometrisk sammentrekning av muskelvev, ikke rettet mot bevegelse. Vekslingen av sammentrekninger og avslapning fører til en karakteristisk skjelving som kalles skjelving, som dukker opp når kroppstemperaturen har en tendens til å synke "merkbart". Rystelsen genererer en mengde varme opp til 6-8 ganger større enn den som hvilemuskelen produserer. Typisk , skjer det bare når maksimal vasokonstriksjon (se nedenfor) ikke har klart å opprettholde kroppstemperaturen.

Ikke-spennende termogenese, også kalt kjemisk termogenese, innebærer produksjon av varme gjennom eksotermiske (varmegenererende) biokjemiske reaksjoner. Disse reaksjonene forekommer i bestemte organer, for eksempel brunt fettvev (BAT), lever og muskler.

Det brune fettvevet, typisk for dvaledyr og knappe hos mennesker (større hos spedbarn), er således definert for den karakteristiske brune pigmenteringen (synlig for det blotte øye) gitt av karotenoider som er tilstede på mitokondriellnivå. Disse energisentrene til den brune fettceller skiller seg ut for en ytterligere egenskap, tilstedeværelsen av mitokondrieproteinet UCP1. Dette proteinet, som ligger på nivået av mitokondriemembranen, har egenskapen til å koble fra oksidativ fosforylering, og favoriserer dermed produksjon av varme på bekostning av dannelsen av ATP -molekyler., Det brune fettvevet har til formål å brenne næringsstoffer (hovedsakelig fett) for å øke varmeproduksjonen. Aktiveringen av det brune fettvevet, stimulert av kulde, er hovedsakelig knyttet til frigjøring av noradrenalin og dets interaksjon med β3 -reseptorene, men også garantert av endokrine mekanismer som frigjøring av T3 e T4 fra skjoldbruskkjertelen. De største forekomstene av brunt fettvev er registrert i det interskapulære, periaortiske og perirenale området; på disse nivåene befinner de seg i nærheten av blodkar, som de frigjør varme til, slik at den transporteres med blodstrømmen til kroppens perifere områder.

Det antas for tiden at leveren også deltar i termoregulering, og øker dets metabolske aktivitet - noe som resulterer i produksjon av varme - når menneskekroppen utsettes for lave temperaturer. En annen nylig oppdagelse var oppdagelsen av isoformer av UCP1 -proteinet i muskler, noe som antyder en påstått termogenetisk rolle av metabolsk opprinnelse (i tillegg til evnen til å produsere varme gjennom rystelser). Til slutt øker "eksponering for lave temperaturer" hjerteaktiviteten, nødvendig for å støtte de metabolske kravene til det aktive vevet under disse omstendighetene (for eksempel BAT) og for å øke varmen som transporteres der i alle anatomiske distrikter.I tillegg til å garantere alt dette, er økningen i hjerteaktivitet i seg selv i stand til produserer en ubetydelig mengde varme.

Kontrollen av varmetap styres av de fysiske lovene om ledning, konveksjon, stråling og fordampning.

LEDNING: varmeoverføring mellom to objekter ved forskjellige temperaturer, i kontakt med hverandre gjennom en overflate.

STRÅLING eller STRÅLING: varmeoverføring mellom to objekter ved forskjellige temperaturer, som IKKE er i kontakt. Tapet eller opptaket av varme skjer i form av stråling med bølgelengder i det synlige eller infrarøde området; for å være tydelig, er det på samme måte som solen varmer jorden gjennom rommet. Utgjør over halvparten av mengden varme tapt av menneskekroppen.

KONVEKSJON: overføring av varme fra et legeme til en kilde som beveger seg gjennom det (luft- eller vannstrømmer). Bevegelsen av vann eller kald luft gjennom den varmere huden forårsaker kontinuerlig eliminering av varme.

FORDAMPING: varmeoverføring ved passering fra væsken til væskenes gassform som går tapt ved svette, ufølsomme tap gjennom hud og luftveier.

Reduksjonen av varmespredning i miljøet skjer hovedsakelig gjennom inneslutning av kutan blodstrøm (vasokonstriksjon) og piloereksjon (hos pelsdyr, mellom den varme huden og det kalde miljøet, opprettes en luftpute som fungerer som varmeisolator) .

Økningen i appetitt, på sin side, øker produksjonen av varme gjennom de termogenetiske mekanismene indusert av dietten, og støtter energibehovet til de termogenetiske organene.

Termoregulering i varme miljøer

Under oppholdet i varme miljøer reagerer organismen gjennom en rekke termodispersive mekanismer, på mange måter i motsetning til de som nettopp er vist; dessuten er det suspensjon av de metabolske prosessene som ligger til grunn for den valgfrie termogenesen. Blant disse husker vi kutan vasodilatasjon og økningen svette, frekvens og pustedybde (polypné), alle prosesser som tar sikte på å øke spredningen av varme gjennom fordampning. Under disse omstendighetene reduseres også appetitt og hjertefrekvens, som svar på et lavere behov for oksygen fra de termogenetiske organene.

Blant de langsiktige tilpasningsprosessene er det også mulig å sette pris på en reduksjon i hypofysekresjonen av tyrotrop hormon, med en påfølgende nedgang i metabolismen, derfor av varmeproduksjonen.

Som nevnt i forrige kapittel, kontrolleres vasokonstriksjonsprosessen i stor grad av det sympatiske nervesystemet. Glatt muskel i de precapillære lukkemuskler og arterioler mottar innspill fra postganglioniske sympatiske (adrenerge) nevroner. Hvis den dype temperaturen synker (eksponering for kulde), aktiverer hypothalamus selektivt disse nevronene, som gjennom frigjøring av noradrenalin bestemmer sammentrekningen av den arteriolære glatte muskelen, noe som reduserer kutan blodstrøm. Denne termoregulerende responsen holder blodet varmere til de indre organene ., minimerer blodstrømmen på hudoverflaten som er kald av været. Selv om vasokonstriksjon er en aktiv prosess, er vasodilatasjon en overveiende passiv prosess, som avhenger av suspensjon av vasokonstriktoraktivitet ved å hemme sympatisk aktivitet. Hvis denne prosessen er typisk for sympatisk aktivitet. kroppens ekstremiteter, i andre deler av kroppen er vasodilatasjon foretrukket av spesialiserte nevroner som skiller ut acetylkolin. Spesielle tilfeller er også representert ved lokal utvidelse av noen vaskulære distrikter etter frigjøring av nitrogenmonoksid (NO), eller andre vasodilaterende parakriniske stoffer.

I forbindelse med termoregulering varierer den kutane blodstrømmen fra verdier nær null, når det er nødvendig å spare varme, opptil nesten 1/3 av hjerteeffekten når varmen må slippes ut i miljøet.