Termoregulācija ir integrēta bioloģisko mehānismu sistēma, kas paredzēta, lai saglabātu gandrīz nemainīgu iekšējo temperatūru neatkarīgi no klimatiskajiem apstākļiem ārpus organisma. Šie mehānismi - īpaši efektīvi putniem un zīdītājiem (visi homeotermiskie dzīvnieki), mazāk zivis, abinieki un rāpuļi (putnu putni) - ietver siltuma ražošanas, saglabāšanas un izkliedēšanas procesus.
Tā kā aptaukošanās temats bieži vien neparedz neparasti, salīdzinot ar citām normopeso indivīdiem, kuri reizēm ēd vēl vairāk, iespējams, ka - ar vienādu fizisko aktivitāti - termoregulācijas procesu izmaiņas var samazināt enerģijas patēriņu, uzkrāšanos lieko enerģiju tauku veidā. Plāni priekšmeti, atšķirībā no aptaukošanās, labāk būtu iznīcināt pārtikas pārpalikumus (skat. Brūno taukaudu) siltuma veidā.
Termoregulācija var būt vispirms brīvprātīga vai piespiedu kārtā. Pirmajā gadījumā pats dzīvnieks brīvprātīgi uzsāk atbilstošas uzvedības stratēģijas, piemēram, meklējot patvērumu, kas pasargāts no laika apstākļiem, vai migrāciju uz piemērotākajām vietām ķermeņa temperatūras uzturēšanai.
Pat piespiedu termoregulācijas reakciju var izraisīt auksta vide vai silta vide. Jebkurā gadījumā tie paredz hipotalāmu termoregulācijas centra iejaukšanos, kas spēj paņemt un apstrādāt signālus, kas nāk no ādas un centrālajiem termoreceptoriem (kas atrodas smadzenēs, muguras smadzenēs un centrālajos orgānos), koordinējot vispiemērotāko fizioloģisko reakciju, lai saglabātu ķermeņa temperatūru.
Termoregulācija aukstā vidē
Aukstuma termoregulācijas pielāgojumi ir paredzēti siltuma saglabāšanai un / vai ražošanai.
Organisma spēju ražot siltumu sauc par termoģenēzi; tas ir lielā mērā obligāts un saistīts ar fizioloģiskajiem un vielmaiņas procesiem, kas saistīti ar uzturā ievadīto uzturvielu kustību, gremošanu, absorbciju un apstrādi.
Zīdītājiem ir iespēja paaugstināt siltuma ražošanu (pēc izvēles termogenēzi), iesaistot vai neietverot aizraušanās mehānismu. Pirmajā gadījumā mēs runājam par termogēzes drebušanu (drebēšanu). Šis mehānisms noved pie siltuma rašanās, izmantojot muskuļu audu ritmisku un izometrisku kontrakciju, kas nav paredzēta kustībai. Kontrakcijas un relaksācijas maiņa noved pie raksturīga trīce, ko sauc par drebuļiem, kas parādās, kad ķermeņa temperatūra mēdz samazināties "ievērojami". Drebuļi rada siltuma daļu pat 6-8 reizes lielākai par to, ko rada muskuļi atpūtā. Raksturīgi, ka tas notiek tikai tad, kad maksimālā vazokonstrikcija (skatīt zemāk) nav spējusi uzturēt ķermeņa temperatūru.
Termogenēze bez drebuļiem, ko sauc arī par ķīmisko termogēnu, ietver siltuma ražošanu, izmantojot eksotermiskas bioķīmiskas reakcijas (kas rada siltumu). Šīs reakcijas notiek īpaši orgānos, piemēram, brūnā taukaudos (BAT), aknās un muskuļos.
Brūnus taukaudus, kas raksturīgi ziemas guļas dzīvniekiem un cilvēkiem, kuri ir mazi (lielāki jaundzimušajiem), nosaka raksturīgā brūnā pigmentācija (redzama ar neapbruņotu aci), ko sniedz karotinoīdi, kuri atrodas mitohondriju līmenī. Šīs brūnās tauku šūnas spēkstacijas atšķiras ar vēl vienu raksturlielumu - mitohondriju proteīna UCP1 klātbūtni. Šim proteīnam, kas atrodas mitohondriju membrānas līmenī, ir raksturīga oksidatīvās fosforilācijas atdalīšana, tādējādi veicinot siltuma ražošanu, kaitējot ATP molekulu veidošanai. Vienkārši runājot, brūnais taukauds ir paredzēts, lai sadedzinātu uzturvielas (galvenokārt taukus), lai palielinātu siltuma ražošanu. Brūna taukauda aktivācija, ko stimulē aukstums, galvenokārt ir saistīta ar noradrenalīna izdalīšanos un tās mijiedarbību ar β3 receptoriem, bet arī ar endokrīno mehānismu, piemēram, T3 un T4 izdalīšanos no vairogdziedzera. Lielākie brūnā taukaudu noguldījumi tiek reģistrēti starpkristālajos, periaortos un perirenālajos apgabalos; šajos līmeņos tie atrodas pie asinsvadiem, kur tie dod siltumu, lai to transportētu ar asins plūsmu uz ķermeņa perifērijas zonām.
Pašlaik tiek uzskatīts, ka aknas piedalās arī termoregulācijā, palielinot tā metabolisko aktivitāti - līdz ar to radot siltumu -, kad cilvēka ķermenis ir pakļauts zemām temperatūrām. Vēl viens nesenais atklājums bija UCP1 olbaltumvielu izoformu atrašana muskuļos, kas liecina par iespējamu metaboliskās izcelsmes termogenētisko lomu (papildus spējai ražot siltumu ar drebuļiem). Visbeidzot, iedarbība uz zemām temperatūrām palielina sirdsdarbību, kas nepieciešama, lai atbalstītu aktīvo audu vielmaiņas prasības šajos apstākļos (piemēram, LPTP) un palielinātu tajā saražotās siltuma transportu visos anatomiskajos rajonos. Papildus tam, lai to garantētu, sirdsdarbības pieaugums pats par sevi spēj radīt nenozīmīgu siltuma daudzumu.
Siltuma zudumu kontroli regulē fiziskie vadīšanas, konvekcijas, radiācijas un iztvaikošanas likumi.
NORĀDĪJUMS : siltuma pārnese starp diviem objektiem dažādās temperatūrās, saskaroties ar otru caur virsmu.
RADIĀCIJA vai IRRADIĀCIJA : siltuma pārnešana starp diviem objektiem dažādās temperatūrās, kas NAV saskarē. Siltuma zudums vai iegāde notiek starojuma veidā ar viļņu garumiem redzamā vai infrasarkanā diapazonā; lai būtu skaidrs, tas ir tāpat kā saule sasilda zemi caur telpu. Siltuma zudumi ar radiāciju veido vairāk nekā pusi no cilvēka ķermeņa zaudētā siltuma daudzuma.
CONVECTION : siltuma pārnešana no ķermeņa uz avotu, kas kustas caur to (gaisa vai ūdens strāvas). Ūdens vai aukstā gaisa kustība caur siltāku ādu izraisa pastāvīgu siltuma likvidēšanu.
IEROBEŽOŠANA : siltuma pārnešana no šķidruma līdz gāzveida stāvoklim, kas izzudis sviedri, nejutīgi zudumi caur ādu un elpceļiem.
Termiskās dispersijas samazināšanās vidē notiek galvenokārt ar ādas asins plūsmas ierobežošanu (vazokonstrikciju) un piloerāciju (kažokzvēriem, starp siltu ādu un aukstu vidi, izveido gaisa spilvenu, kas darbojas siltumizolācija).
Apetītes pieaugums savukārt palielina siltuma ražošanu, izmantojot termogēniskos mehānismus, ko izraisa diēta, un atbalsta termogēnisko orgānu enerģijas prasības.
Termoregulācija karstā vidē
Uzturoties siltā vidē, organisms reaģē ar vairākiem termodispersīviem mehānismiem, daudzējādā ziņā pretēji tikko ilustrētajiem; turklāt tiek apturēti vielmaiņas procesi, kas ir pamatā izvēles termogenēzei. Tie ir ādas vazodilatācija un pastiprināta svīšana, biežums un elpošanas dziļums (polipnea), visi procesi, kuru mērķis ir palielināt siltuma izkliedes iztvaikošanu. Šādos apstākļos samazinās arī ēstgriba un sirdsdarbības ātrums, reaģējot uz zemāku termogenētisko orgānu pieprasījumu pēc skābekļa.
Starp ilgtermiņa adaptācijas procesiem varam novērtēt arī vairogdziedzera stimulējošā hormona hipofīzes sekrēcijas samazināšanos, kā rezultātā palēninās vielmaiņa un līdz ar to arī siltuma ražošana.
Kā minēts iepriekšējā nodaļā, vazokonstrikcijas procesu lielā mērā kontrolē simpātiskā nervu sistēma. Gludie muskulatūras priekštelpu sphincters un arteriolu līmenī saņem afferātus no postganglioniem simpātiskiem (adrenerģiskiem) neironiem. Ja dziļa temperatūra pazeminās (pakļaušana aukstumam), hipotalāms selektīvi aktivizē šos neironus, kas, atbrīvojot norepinefrīnu, nosaka arteriolārā gludās muskulatūras kontrakciju, samazinot ādas asins plūsmu. Šī termoregulatīvā reakcija saglabā asins siltumu uz iekšējiem orgāniem, samazinot asins plūsmu uz ādas virsmas, ko laika apstākļi padara aukstu. Kaut vazokonstrikcija ir aktīvs process, vazodilatācija ir pārsvarā pasīvs process, kas ir atkarīgs no vazokonstriktora aktivitātes suspensijas, inhibējot simpātisku aktivitāti. Ja šis process ir raksturīgs ķermeņa ekstremitātēm, pārējās ķermeņa daļās vazodilatāciju veicina specializēti neironi, kas izdalās no acetilholīna. Īpaši gadījumi ir arī dažu asinsvadu rajonu lokālā paplašināšanās pēc slāpekļa monoksīda (NO) vai citu vazodilatējošu vielu izdalīšanās.
Termoregulācijas kontekstā ādas asins plūsma mainās no vērtībām, kas ir tuvu nullei, kad ir nepieciešams saglabāt siltumu, līdz gandrīz 1/3 no sirds diapazona, kad siltums ir jāizplūst vidē.
