Lämmönsäätely

Lämmönsäätely on integroitu biologisten mekanismien järjestelmä, jonka tehtävänä on ylläpitää lähes vakaa sisäinen lämpötila riippumatta organismin ulkopuolisista ilmasto -olosuhteista. Nämä mekanismit - erityisen tehokkaita lintuilla ja nisäkkäillä (kaikki homeotermiset eläimet), vähemmän kaloilla, sammakkoeläimillä ja matelijoilla ( poikilotermiset eläimet) - sisältävät prosessit tuotantoa, varastointi Ja hajonta lämmöstä.

Koska lihava henkilö ei usein syö epänormaalisti verrattuna muihin normaalipainoisiin yksilöihin, jotka joskus syövät jopa enemmän, oletetaan, että - samalla fyysisellä aktiivisuudella - muutokset lämmönsäätelyprosesseissa voivat johtaa energiankulutuksen pienenemiseen. Ohuet koehenkilöt, toisin kuin lihavat, olisivat siksi parempia hävittämään ylimääräinen ruoka (ks. ruskea rasvakudos) lämmön muodossa.

Lämpösäätely voi olla ennen kaikkea vapaaehtoista tai tahatonta. Ensimmäisessä tapauksessa eläin itse käynnistää vapaaehtoisesti riittävät käyttäytymisstrategiat, kuten elementtien suojelemisen luolan etsiminen tai muuttaminen paikkoihin, jotka sopivat parhaiten oman kehon lämpötilan ylläpitämiseen.

Toinen esimerkki käyttäytymiseen liittyvästä termoregulaatiosta on asennon säätö, jonka tarkoituksena on pienentää tai lisätä ilmalle altistunutta kehon pintaa; esimerkiksi talvella ketut taipuvat käpertymään itsensä ympärille ja käärivät ruumiinsa pitkillä hännillä. Muut nisäkkäät, lämpiminä kuukausina, sirottavat kehoaan sylkeä lisäämällä lämmön hajaantumista.

Kylmässä tai kuumassa ympäristössä altistuminen voi aiheuttaa jopa tahattomia lämmönsäätelyä. johto ja keskuselimet), koordinoiden fysiologista vastetta, joka soveltuu parhaiten kehon lämpötilan ylläpitämiseen.

Lämmönsäätely kylmissä olosuhteissa

Lämpöä säätelevien kylmän mukautusten tarkoituksena on säästää ja / tai tuottaa lämpöä.

Organismin kykyä tuottaa lämpöä kutsutaan termogeneesiksi; se on suurelta osin pakollista ja liittyy fysiologisiin ja aineenvaihduntaprosesseihin, jotka vastaavat ruokavalion sisältämien ravintoaineiden liikkeestä, ruoansulatuksesta, imeytymisestä ja käsittelystä.

Nisäkkäillä on kyky lisätä lämmöntuotantoa (valinnainen termogeneesi) riippumatta siitä, liittyykö siihen jännitysmekanismi. Ensimmäisessä tapauksessa puhumme vilunväristyksestä. Tämä mekanismi johtaa lämmön tuottamiseen lihaskudoksen rytmisen ja isometrisen supistumisen kautta, joka ei ole suunnattu liikkumaan. Supistusten ja rentoutumisen vuorottelu johtaa tyypilliseen vapinaan, jota kutsutaan vilunväristyksiksi, joka ilmenee, kun kehon lämpötila pyrkii laskemaan "huomattavasti". , se tapahtuu vain, kun suurin verisuonten supistuminen (katso alla) ei ole kyennyt ylläpitämään kehon lämpötilaa.

Ei-jännittävä termogeneesi, jota kutsutaan myös kemialliseksi termogeneesiksi, sisältää lämmön tuottamisen eksotermisten (lämpöä tuottavien) biokemiallisten reaktioiden kautta. Näitä reaktioita esiintyy tietyissä elimissä, kuten ruskeassa rasvakudoksessa (BAT), maksassa ja lihaksissa.

Ruskea rasvakudos, joka on tyypillistä talvehtiville eläimille ja harva ihmisillä (suurempi imeväisillä), määritellään siten mitokondrioiden läsnä olevien karotenoidien aiheuttaman ominaisen ruskean pigmentaation (paljaalla silmällä näkyvän) perusteella. Rasvasolut erottuvat toisesta ominaisuudesta, mitokondrio -proteiinin UCP1 läsnäolosta. Tällä proteiinilla, joka sijaitsee mitokondrioiden kalvon tasolla, on ominaisuus irrottaa oksidatiivinen fosforylaatio, mikä edistää lämmön tuotantoa solujen muodostumisen kustannuksella ATP -molekyylien, ruskean rasvakudoksen tarkoituksena on polttaa ravinteita (pääasiassa rasvaa) lämmöntuotannon lisäämiseksi. Ruskean rasvakudoksen aktivoituminen, jota kylmä stimuloi, liittyy pääasiassa noradrenaliinin vapautumiseen ja sen vuorovaikutukseen β3 -reseptoreiden kanssa, mutta myös hormonaaliset mekanismit, kuten T3: n vapautuminen T4 kilpirauhasesta. Suurimmat ruskean rasvakudoksen kerrostumat on kirjattu interscapular-, periaortic- ja perirenal -alueelle; näillä tasoilla ne sijaitsevat verisuonten lähellä, joihin ne vapauttavat lämpöä niin, että se kulkeutuu verenkierron mukana kehon reuna -alueille.

Tällä hetkellä uskotaan, että maksa osallistuu myös lämmönsäätelyyn ja lisää sen aineenvaihduntaa - mikä johtaa lämmön tuotantoon - kun ihmiskeho altistuu alhaisille lämpötiloille. Toinen äskettäinen löytö oli UCP1 -proteiinin isoformien löytäminen lihaksissa, mikä viittaa metabolisen alkuperän väitettyyn termogeeniseen rooliin (sen lisäksi, että se kykenee tuottamaan lämpöä vilunväristysten kautta). Lopuksi "altistuminen alhaisille lämpötiloille lisää" sydämen toimintaa, tarpeen ylläpitää aktiivisten kudosten aineenvaihduntatarpeita näissä olosuhteissa (kuten parasta käytettävissä olevaa tekniikkaa) ja lisätä niiden tuottaman lämmön siirtoa kaikissa anatomisissa alueilla. tuottaa merkityksettömän määrän lämpöä.

Lämpöhäviöiden hallintaa ohjaavat johtamisen, konvektion, säteilyn ja haihtumisen fyysiset lait.

RAKENTAMINEN: lämmönsiirto kahden esineen välillä eri lämpötiloissa, kosketuksissa toisiinsa pinnan kautta.

SÄTEILY tai SÄTEILY: lämmönsiirto kahden kohteen välillä eri lämpötiloissa, jotka EI ole kosketuksissa. Lämmön menetys tai hankkiminen tapahtuu säteilyn muodossa, jonka aallonpituudet ovat näkyvällä tai infrapuna -alueella; on selvää, että se on sama tapa, jolla aurinko lämmittää maata avaruuden kautta. Muodostaa yli puolet menetetystä lämmöstä Ihmisruumis.

KONVEKTIO: lämmön siirtyminen kehosta lähteeseen, joka liikkuu sen läpi (ilman tai veden virtaukset). Veden tai kylmän ilman liikkuminen lämpimän ihon läpi poistaa lämmön jatkuvasti.

HAJOITTAMINEN: lämmön siirtyminen nesteestä hikoilun menettämien nesteiden kaasumaiseen tilaan, epäherkät menetykset ihon ja hengitysteiden kautta.

Lämmön leviämisen vähentäminen ympäristössä tapahtuu pääasiassa ihon verenkierron (verisuonten supistuminen) ja piloerectionin estämisen kautta (turkiseläimissä lämpimän ihon ja kylmän ympäristön välille luodaan ilmatyyny, joka toimii lämpöeristeenä) .

Ruokahalun lisääntyminen puolestaan ​​lisää lämmöntuotantoa ruokavalion aiheuttamien termogeenisten mekanismien kautta ja tukee termogeenisten elinten energiantarvetta.

Lämmönsäätely kuumissa olosuhteissa

Lämpimässä ympäristössä olon aikana organismi reagoi useiden termodispersiivisten mekanismien kautta, monin tavoin päinvastoin kuin kuvataan; lisäksi valinnaisen termogeneesin taustalla on aineenvaihduntaprosessien keskeytyminen. Näistä muistamme ihon vasodilataation ja lisääntymisen hikoilusta, hengityksen tiheydestä ja syvyydestä (polypnea), kaikista prosesseista, joilla pyritään lisäämään lämmön hajaantumista. Näissä olosuhteissa ruokahalu ja syke vähenevät myös, koska termogeeniset elimet tarvitsevat vähemmän happea.

Pitkäaikaisista sopeutumisprosesseista voidaan myös havaita tyreotrooppisen hormonin aivolisäkkeen erittymisen heikkeneminen, minkä seurauksena aineenvaihdunta ja lämmöntuotanto hidastuvat.

Kuten edellisessä luvussa mainittiin, verisuonten supistumisprosessia ohjaa suurelta osin sympaattinen hermosto. Sileät lihakset esisilmäsulkuissa ja valtimoissa saavat tietoa postganglionisista sympaattisista (adrenergisistä) neuroneista. Jos syvä lämpötila laskee (altistuminen kylmälle), hypotalamus aktivoi selektiivisesti nämä neuronit, jotka noradrenaliinin vapautumisen kautta määrittävät valtimoiden sileän lihaksen supistumisen ja vähentävät ihon verenkiertoa. ., minimoiden veren virtauksen ihon pinnalla, jonka sää on kylmä. Vaikka verisuonten supistuminen on aktiivinen prosessi, vasodilataatio on pääasiassa passiivinen prosessi, joka riippuu vasokonstriktorin toiminnan keskeyttämisestä estämällä sympaattista toimintaa. Jos tämä prosessi on tyypillistä sympaattiselle kehon raajat, muissa kehon osissa vasodilataatiota suosivat erikoistuneet neuronit, jotka erittävät asetyylikoliinia.

Lämpösäätelyn yhteydessä ihon verenkierto vaihtelee lähellä nollaa olevista arvoista, kun on tarpeen säästää lämpöä, jopa lähes 1/3 sydämen tehosta, kun lämpö on vapautettava ympäristöön.