Termoregulacja to zintegrowany system mechanizmów biologicznych, odpowiedzialnych za utrzymywanie niemal stałej temperatury wewnętrznej niezależnie od warunków klimatycznych na zewnątrz organizmu.Mechanizmy te - szczególnie skuteczne u ptaków i ssaków (wszystkie zwierzęta homeotermiczne), w mniejszym stopniu u ryb, płazów i gadów ( zwierzęta poikilotermiczne) - obejmują procesy produkcja, składowanie I dyspersja ciepła.
Ponieważ osoba otyła często nie je nienormalnie w porównaniu z innymi osobami o normalnej wadze, które czasami jedzą nawet więcej, można przypuszczać, że - przy tej samej aktywności fizycznej - zmiany procesów termoregulacyjnych mogą prowadzić do zmniejszonego zużycia energii, z gromadzenie nadmiaru energii w postaci tłuszczu. Osoby szczupłe, w przeciwieństwie do osób otyłych, lepiej radzą sobie z usuwaniem nadmiaru pożywienia (patrz brązowa tkanka tłuszczowa) w postaci ciepła.
Termoregulacja może być przede wszystkim dobrowolna lub mimowolna. W pierwszym przypadku to zwierzę dobrowolnie uruchamia odpowiednie strategie behawioralne, takie jak poszukiwanie legowiska osłoniętego przed żywiołami lub migracja do miejsc najbardziej odpowiednich do utrzymania własnej temperatury ciała.
Nawet mimowolne reakcje termoregulacyjne mogą być wywołane przez wystawienie na działanie zimnych lub gorących środowisk, w każdym przypadku obejmują one interwencję ośrodka termoregulacji podwzgórza, zdolnego do wychwytywania i przetwarzania sygnałów pochodzących z termoreceptorów skórnych i centralnych (zlokalizowanych w mózgu, rdzeniu kręgowym). pępowiny i narządy centralne), koordynując odpowiedź fizjologiczną najbardziej odpowiednią do utrzymania temperatury ciała.
Termoregulacja w niskich temperaturach
Adaptacje termoregulacyjne do zimna mają na celu zachowanie i/lub wytwarzanie ciepła.
Zdolność organizmu do wytwarzania ciepła nazywana jest termogenezą; jest w dużej mierze obowiązkowa i związana z procesami fizjologicznymi i metabolicznymi odpowiedzialnymi za ruch, trawienie, wchłanianie i przetwarzanie wprowadzanych z dietą składników odżywczych.
Ssaki mają zdolność do zwiększania produkcji ciepła (opcjonalnie termogenezy), niezależnie od tego, czy wiąże się to z mechanizmem dreszczyku. W pierwszym przypadku mówimy o termogenezie drżącej. Mechanizm ten prowadzi do wytwarzania ciepła poprzez rytmiczny i izometryczny skurcz tkanki mięśniowej, nie nastawiony na ruch. Naprzemienne skurcze i rozluźnienie prowadzą do charakterystycznego drżenia zwanego dreszczem, które pojawia się, gdy temperatura ciała ma tendencję do „zauważalnego spadku”. Drżenie generuje ilość ciepła do 6-8 razy większą niż wytwarzana przez mięsień w spoczynku. Zazwyczaj , występuje tylko wtedy, gdy maksymalne zwężenie naczyń (patrz poniżej) nie jest w stanie utrzymać temperatury ciała.
Termogeneza bez drgawek, zwana również termogenezą chemiczną, obejmuje wytwarzanie ciepła poprzez egzotermiczne (generujące ciepło) reakcje biochemiczne. Reakcje te zachodzą w poszczególnych narządach, takich jak brązowa tkanka tłuszczowa (BAT), wątroba i mięśnie.
Brązowa tkanka tłuszczowa, typowa dla hibernujących zwierząt i rzadka u ludzi (większa u niemowląt), jest zatem zdefiniowana jako charakterystyczna brązowa pigmentacja (widoczna gołym okiem) powodowana przez karotenoidy obecne na poziomie mitochondrialnym. komórki tłuszczowe wyróżniają się dalszą cechą, jaką jest obecność białka mitochondrialnego UCP 1. Białko to, zlokalizowane na poziomie błony mitochondrialnej, ma właściwości odsprzęgania fosforylacji oksydacyjnej, sprzyjając w ten sposób produkcji ciepła kosztem tworzenia Cząsteczki ATP, brązowa tkanka tłuszczowa ma za zadanie spalać składniki odżywcze (głównie tłuszcz) w celu zwiększenia produkcji ciepła.Aktywacja brunatnej tkanki tłuszczowej, stymulowana przez zimno, związana jest głównie z uwalnianiem noradrenaliny i jej interakcją z receptorami β3, ale także gwarantowane przez mechanizmy endokrynologiczne, takie jak uwalnianie T3 e T4 z tarczycy. Największe złogi brunatnej tkanki tłuszczowej odnotowuje się w obszarze międzyłopatkowym, okołoaortalnym i okołonerkowym; na tych poziomach znajdują się w pobliżu naczyń krwionośnych, do których oddają ciepło, aby wraz z przepływem krwi było ono transportowane do obwodowych obszarów ciała.
Obecnie uważa się, że wątroba uczestniczy również w termoregulacji, zwiększając jej aktywność metaboliczną – powodując produkcję ciepła – gdy organizm ludzki jest narażony na działanie niskich temperatur. Kolejnym niedawnym odkryciem było odkrycie izoform białka UCP1 w mięśniach, co sugeruje rzekomą termogenetyczną rolę pochodzenia metabolicznego (oprócz zdolności do wytwarzania ciepła poprzez dreszcze). niezbędne do wspierania zapotrzebowania metabolicznego tkanek aktywnych w tych warunkach (takich jak BAT) i zwiększenia transportu wytwarzanego w nich ciepła we wszystkich obszarach anatomicznych. wytwarzając nie bez znaczenia ilość ciepła.
Kontrola strat ciepła rządzi się fizycznymi prawami przewodnictwa, konwekcji, promieniowania i parowania.
PRZEWODZENIE: przenoszenie ciepła pomiędzy dwoma obiektami w różnych temperaturach, w kontakcie ze sobą poprzez powierzchnię.
PROMIENIOWANIE lub PROMIENIOWANIE: przenikanie ciepła między dwoma obiektami w różnych temperaturach, które NIE stykają się. Utrata lub pozyskiwanie ciepła następuje w postaci promieniowania o długościach fal w zakresie widzialnym lub podczerwonym; dla jasności, jest to ten sam sposób, w jaki słońce ogrzewa Ziemię w przestrzeni. Ciało ludzkie.
KONWEKCJA: przenoszenie ciepła z ciała do źródła, które przez nie przechodzi (prądy powietrza lub wody). Ruch wody lub zimnego powietrza przez cieplejszą skórę powoduje ciągłą eliminację ciepła.
PAROWANIE: przenoszenie ciepła poprzez przejście ze stanu ciekłego do stanu gazowego płynów traconych w wyniku pocenia się, niewrażliwych ubytków przez skórę i drogi oddechowe.
Zmniejszenie dyspersji ciepła w środowisku następuje zasadniczo poprzez zatrzymanie przepływu krwi przez skórę (zwężenie naczyń krwionośnych) i piloerekcję (u zwierząt futerkowych, pomiędzy ciepłą skórą a zimnym środowiskiem powstaje poduszka powietrzna, która działa jak izolator termiczny) .
Z kolei wzrost apetytu zwiększa produkcję ciepła poprzez mechanizmy termogenetyczne wywołane dietą i wspiera zapotrzebowanie energetyczne organów termogenetycznych.
Termoregulacja w gorących środowiskach
Podczas pobytu w ciepłym środowisku organizm reaguje szeregiem mechanizmów termodyspersyjnych, w wielu przypadkach odmiennych od przedstawionych, ponadto dochodzi do zawieszenia procesów metabolicznych leżących u podstaw ewentualnej termogenezy, wśród których pamiętamy rozszerzenie naczyń skórnych i wzrost pocenie się, częstotliwość i głębokość oddechu (polipnea), wszystkie procesy, które mają na celu zwiększenie rozpraszania ciepła poprzez parowanie. W tych okolicznościach zmniejsza się również apetyt i częstość akcji serca, w odpowiedzi na mniejsze zapotrzebowanie na tlen przez narządy termogenetyczne.
Wśród długotrwałych procesów adaptacyjnych można również docenić zmniejszenie wydzielania przez przysadkę hormonu tyreotropowego, a co za tym idzie spowolnienie metabolizmu, a tym samym produkcji ciepła.
Jak wspomniano w poprzednim rozdziale, proces zwężania naczyń jest w dużej mierze kontrolowany przez współczulny układ nerwowy. Mięśnie gładkie w zwieraczach przedwłośniczkowych i tętniczkach otrzymują sygnał z postganglionowych neuronów współczulnych (adrenergicznych). Jeśli głęboka temperatura spada (ekspozycja na zimno), podwzgórze selektywnie aktywuje te neurony, które poprzez uwalnianie noradrenaliny warunkują skurcz mięśni gładkich tętniczek, zmniejszając przepływ krwi przez skórę.Ta reakcja termoregulacyjna utrzymuje krew cieplejszą do narządów wewnętrznych , minimalizując przepływ krwi na powierzchni skóry oziębionej przez pogodę. Podczas gdy zwężenie naczyń jest procesem aktywnym, rozszerzenie naczyń jest głównie procesem pasywnym, który polega na zawieszeniu aktywności zwężającej naczynia poprzez hamowanie aktywności współczulnej. Jeśli proces ten jest typowy dla współczulnego kończyn ciała, w innych częściach ciała rozszerzeniu naczyń krwionośnych sprzyjają wyspecjalizowane neurony, które wydzielają acetylocholinę.Szczególne przypadki to również miejscowe rozszerzenie niektórych rejonów naczyniowych po uwolnieniu tlenku azotu (NO) lub innych substancji parakrynnych rozszerzających naczynia.
W kontekście termoregulacji przepływ krwi przez skórę waha się od wartości bliskich zeru, gdy konieczne jest zachowanie ciepła, do prawie 1/3 pojemności minutowej serca, gdy ciepło musi zostać uwolnione do otoczenia.
