สรีรวิทยากลไกความร้อนชนิดและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

การควบคุมอุณหภูมิ มันเป็นกระบวนการที่ช่วยให้สิ่งมีชีวิตควบคุมอุณหภูมิของร่างกายปรับการสูญเสียและความร้อน ในอาณาจักรสัตว์นั้นมีกลไกการควบคุมอุณหภูมิที่แตกต่างกันทั้งทางสรีรวิทยาและจริยธรรม.

การควบคุมอุณหภูมิของร่างกายเป็นกิจกรรมพื้นฐานสำหรับสิ่งมีชีวิตใด ๆ เพราะพารามิเตอร์มีความสำคัญสำหรับสภาวะสมดุลของร่างกายและมีอิทธิพลต่อการทำงานของเอนไซม์และโปรตีนอื่น ๆ , การไหลของเยื่อหุ้มเซลล์, การไหลของไอออน, หมู่คนอื่น ๆ.

ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดเครือข่ายการควบคุมอุณหภูมิจะทำงานโดยใช้วงจรที่รวมอินพุตของตัวรับความร้อนที่ตั้งอยู่ในผิวหนังในอวัยวะภายในอวัยวะภายในสมองและอื่น ๆ.

กลไกหลักในการเผชิญกับสิ่งเร้าความเย็นหรือความร้อนเหล่านี้ ได้แก่ vasoconstriction ทางผิวหนังการขยายตัวของหลอดเลือดการขยายตัวของความร้อน (thermogenesis) และเหงื่อออก กลไกอื่น ๆ รวมถึงพฤติกรรมในการส่งเสริมหรือลดการสูญเสียความร้อน.

ดัชนี

• 1 แนวคิดพื้นฐาน: ความร้อนและอุณหภูมิ
  • 1.1 อุณหภูมิ
  • 1.2 ความร้อน
• 2 ประเภท: ความสัมพันธ์ความร้อนระหว่างสัตว์
  • 2.1 Endotherm และ ectotherm
  • 2.2 Poikilotherm และ homeotherm
  • 2.3 ตัวอย่าง
  • 2.4 การสับเปลี่ยนของ endothermy เชิงพื้นที่และชั่วคราวและ ectothermia
• 3 สรีรวิทยาของการควบคุมอุณหภูมิ
• 4 กลไกการควบคุมอุณหภูมิ
  • 4.1 กลไกทางสรีรวิทยา
  • 4.2 กลไกทางจริยธรรม
• 5 การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
• 6 อ้างอิง

แนวคิดพื้นฐาน: ความร้อนและอุณหภูมิ

เพื่อพูดคุยเกี่ยวกับการควบคุมอุณหภูมิในสัตว์จำเป็นต้องรู้คำจำกัดความที่แน่นอนซึ่งมักทำให้นักเรียนสับสน.

การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างความร้อนและอุณหภูมินั้นเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการควบคุมความร้อนของสัตว์ เราจะใช้วัตถุที่ไม่มีชีวิตเพื่อแสดงความแตกต่าง: คิดว่าสองก้อนโลหะก้อนหนึ่งใหญ่กว่าอีก 10 เท่า.

แต่ละก้อนเหล่านี้อยู่ในห้องที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส หากเราวัดอุณหภูมิของแต่ละบล็อคทั้งสองจะอยู่ที่ 25 ° C แม้ว่าหนึ่งจะมีขนาดใหญ่และอีกเล็กน้อย.

ทีนี้ถ้าเราวัดปริมาณความร้อนในแต่ละบล็อคผลลัพธ์ระหว่างทั้งสองจะแตกต่างกัน ในการทำงานนี้เราจะต้องย้ายบล็อกไปที่ห้องที่มีอุณหภูมิเป็นศูนย์แน่นอนและคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา ในกรณีนี้ปริมาณความร้อนจะสูงขึ้น 10 เท่าในก้อนโลหะขนาดใหญ่.

อุณหภูมิ

จากตัวอย่างก่อนหน้านี้เราสามารถสรุปได้ว่าอุณหภูมิจะเหมือนกันสำหรับทั้งสองและเป็นอิสระจากปริมาณของสสารในแต่ละบล็อก อุณหภูมิวัดเป็นความเร็วหรือความเข้มของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล.

ในวรรณคดีทางชีววิทยาเมื่อผู้เขียนกล่าวถึง "อุณหภูมิร่างกาย" พวกเขาอ้างถึงอุณหภูมิของภาคกลางของร่างกายและต่อพ่วง อุณหภูมิของภาคกลางสะท้อนให้เห็นถึงอุณหภูมิของเนื้อเยื่อ "ลึก" ของร่างกาย - สมองหัวใจและตับ.

ในทางกลับกันอุณหภูมิของบริเวณรอบ ๆ นั้นได้รับอิทธิพลจากการผ่านของเลือดไปยังผิวหนังและวัดจากผิวหนังของมือและเท้า.

ความร้อน

ในทางตรงกันข้าม - และกลับไปที่ตัวอย่างของบล็อก - ความร้อนจะแตกต่างกันทั้งร่างกายเฉื่อยและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณของสสาร มันเป็นรูปแบบของพลังงานและขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมและโมเลกุลของสารที่เป็นปัญหา.

ประเภท: ความสัมพันธ์ทางความร้อนระหว่างสัตว์

ในสรีรวิทยาของสัตว์มีชุดของคำศัพท์และหมวดหมู่ที่ใช้เพื่ออธิบายความสัมพันธ์เชิงความร้อนระหว่างสิ่งมีชีวิต แต่ละกลุ่มสัตว์เหล่านี้มีการดัดแปลงพิเศษ - ทางสรีรวิทยากายวิภาคหรือกายวิภาค - ที่ช่วยให้พวกเขารักษาอุณหภูมิของร่างกายในช่วงที่เพียงพอ.

ในชีวิตประจำวันเราเรียกสัตว์ endothermic และ homeothermic "เลือดอุ่น" และสัตว์ poikilothermic และ ectothermal เป็น "เลือดเย็น".

Endotherm และ ectotherm

เทอมแรกคือ endothermy, ใช้เมื่อสัตว์ทำการอุ่นเครื่องด้วยการเผาผลาญความร้อน แนวคิดที่ตรงกันข้ามคือ ectothermy, เมื่ออุณหภูมิของสัตว์ถูกกำหนดโดยสภาพแวดล้อมโดยรอบ.

สัตว์บางตัวไม่สามารถดูดความร้อนได้เพราะถึงแม้ว่าพวกมันจะสร้างความร้อนพวกมันก็ไม่เร็วพอที่จะจับมันได้.

Poikilotherm และ homeotherm

อีกวิธีในการจำแนกพวกมันก็คือการควบคุมอุณหภูมิของสัตว์ ระยะเวลา poikilothermic มันถูกใช้เพื่ออ้างถึงสัตว์ที่มีอุณหภูมิของร่างกายแปรปรวน ในกรณีเหล่านี้อุณหภูมิของร่างกายสูงในสภาพแวดล้อมที่ร้อนและต่ำในสภาพแวดล้อมที่เย็น.

สัตว์ poikilotherm สามารถควบคุมอุณหภูมิของมันเองโดยใช้พฤติกรรม นั่นคือโดยการค้นหาในพื้นที่ที่มีรังสีดวงอาทิตย์สูงเพื่อเพิ่มอุณหภูมิหรือซ่อนจากรังสีดังกล่าวเพื่อลด.

คำว่า poikilotherm และ ectotherm หมายถึงปรากฏการณ์เดียวกัน อย่างไรก็ตาม poikilotherm เน้นถึงความแปรปรวนของอุณหภูมิของร่างกายในขณะที่ ectotherm มันหมายถึงความสำคัญของอุณหภูมิโดยรอบเพื่อกำหนดอุณหภูมิของร่างกาย.

คำที่ตรงกันข้ามกับ poikilotherm คือ homeotherm: การควบคุมอุณหภูมิด้วยวิธีทางสรีรวิทยา - และไม่เพียง แต่ต้องขอบคุณการปรับใช้พฤติกรรม สัตว์ที่ดูดความร้อนส่วนใหญ่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้.

ตัวอย่าง

ปลา

ปลาเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของสัตว์ ectothermic และสัตว์ poikilothermic ในกรณีของนักว่ายน้ำที่มีกระดูกสันหลังเหล่านี้เนื้อเยื่อของพวกเขาจะไม่ผลิตความร้อนผ่านทางเมแทบอลิซึมและนอกจากนี้อุณหภูมิของปลาจะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของร่างกายของน้ำที่ว่ายน้ำ.

สัตว์เลื้อยคลาน

สัตว์เลื้อยคลานแสดงพฤติกรรมที่ทำเครื่องหมายไว้อย่างชัดเจนซึ่งทำให้พวกเขาสามารถควบคุมอุณหภูมิของพวกมันได้ สัตว์เหล่านี้มองหาบริเวณที่อบอุ่นเช่นเกาะอยู่บนหินร้อนเพื่อเพิ่มอุณหภูมิ มิฉะนั้นที่พวกเขาต้องการที่จะลดมันพวกเขาจะพยายามซ่อนตัวจากรังสี.

นกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนกเป็นตัวอย่างของสัตว์ที่ดูดความร้อนและสัตว์เลี้ยงในบ้าน เหล่านี้เผาผลาญอุณหภูมิร่างกายของพวกเขาและควบคุมมันทางสรีรวิทยา แมลงบางชนิดก็มีรูปแบบทางสรีรวิทยาเช่นกัน.

ความสามารถในการควบคุมอุณหภูมิของมันทำให้สัตว์สองสายพันธุ์นี้ได้เปรียบกว่าสัตว์เลี้ยงที่เป็นพิษเนื่องจากพวกเขาสามารถสร้างสมดุลความร้อนในเซลล์และอวัยวะของพวกเขา สิ่งนี้นำไปสู่กระบวนการทางโภชนาการการเผาผลาญและการขับถ่ายที่แข็งแกร่งและมีประสิทธิภาพมากขึ้น.

ยกตัวอย่างเช่นมนุษย์รักษาอุณหภูมิของมันที่ 37 ° C อยู่ในช่วงที่ค่อนข้างแคบ - ระหว่าง 33.2 ถึง 38.2 ° C การคงไว้ซึ่งพารามิเตอร์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการอยู่รอดของสปีชีส์และเป็นสื่อกลางในกระบวนการทางสรีรวิทยาในร่างกาย.

การสลับของ endothermy เชิงพื้นที่และชั่วขณะและ ectothermia

ความแตกต่างระหว่างสี่หมวดหมู่เหล่านี้มักจะทำให้เกิดความสับสนเมื่อเราตรวจสอบกรณีของสัตว์ที่สามารถสลับระหว่างหมวดหมู่ได้ไม่ว่าจะเป็นเชิงพื้นที่หรือชั่วคราว.

การเปลี่ยนแปลงทางความร้อนของกฎระเบียบทางความร้อนสามารถให้สุดขั้วโดยสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ประสบกับช่วงเวลาของการจำศีล สัตว์เหล่านี้มักจะเป็นความรู้สึกเหมือนอยู่บ้านในช่วงฤดูกาลของปีเมื่อพวกมันไม่ได้จำศีลและในช่วงไฮเบอร์เนตพวกเขาจะไม่สามารถควบคุมอุณหภูมิร่างกายของพวกเขาได้.

การเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่เกิดขึ้นเมื่อสัตว์ควบคุมอุณหภูมิในบริเวณร่างกายต่างกัน ผึ้งและแมลงอื่น ๆ สามารถควบคุมอุณหภูมิของเซ็กเมนต์ทรวงอกของพวกเขาและไม่สามารถควบคุมส่วนที่เหลือของภูมิภาค เงื่อนไขของการควบคุมที่แตกต่างนี้เรียกว่า heterothermy.

สรีรวิทยาของการควบคุมอุณหภูมิ

เช่นเดียวกับระบบใด ๆ การควบคุมทางสรีรวิทยาของอุณหภูมิของร่างกายจะต้องมีระบบ afferent, ศูนย์ควบคุมและระบบออกจากระบบ.

ระบบแรกระบบ afferent รับผิดชอบการเก็บข้อมูลโดยวิธีรับของผิวหนัง จากนั้นข้อมูลจะถูกส่งไปยังศูนย์ควบคุมความร้อนผ่านทางเลือดผ่านทางระบบประสาท.

ภายใต้สภาวะปกติอวัยวะของร่างกายที่สร้างความร้อนคือหัวใจและตับ เมื่อร่างกายทำงานออกกำลังกายกล้ามเนื้อโครงร่างก็เป็นโครงสร้างสร้างความร้อน.

hypothalamus เป็นศูนย์ควบคุมอุณหภูมิและงานแบ่งออกเป็นการสูญเสียความร้อนและการได้รับ เขตการทำงานเพื่อเป็นสื่อกลางในการบำรุงรักษาความร้อนตั้งอยู่ในเขตหลังของมลรัฐในขณะที่การสูญเสียจะถูกสื่อกลางโดยภูมิภาคด้านหน้า อวัยวะนี้ทำงานเหมือนเทอร์โมสตัท.

การควบคุมของระบบเกิดขึ้นสองเท่า: บวกและลบ, ไกล่เกลี่ยโดยเปลือกนอกของสมอง การตอบสนองของ effector เป็นประเภทพฤติกรรมหรือเป็นสื่อกลางโดยระบบประสาทอัตโนมัติ กลไกทั้งสองนี้จะได้รับการศึกษาในภายหลัง.

กลไกการควบคุมอุณหภูมิ

กลไกทางสรีรวิทยา

กลไกในการควบคุมอุณหภูมินั้นแตกต่างกันไปตามประเภทของสิ่งเร้าที่ได้รับนั่นคือไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มหรือลดอุณหภูมิ ดังนั้นเราจะใช้พารามิเตอร์นี้เพื่อสร้างการจำแนกประเภทของกลไก:

ระเบียบสำหรับอุณหภูมิสูง

เพื่อให้บรรลุการควบคุมอุณหภูมิของร่างกายกับสิ่งเร้าความร้อนร่างกายจะต้องส่งเสริมการสูญเสียมัน มีกลไกหลายอย่าง:

ขยายตัวของหลอดเลือด

ในมนุษย์หนึ่งในลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของการไหลเวียนของผิวคือหลอดเลือดที่หลากหลาย การไหลเวียนของเลือดผ่านผิวหนังมีคุณสมบัติแตกต่างกันไปอย่างมากทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมและการเปลี่ยนแปลงจากกระแสเลือดสูงถึงต่ำ.

ความสามารถของ vasodilatation เป็นสิ่งสำคัญในการควบคุมอุณหภูมิของแต่ละบุคคล การไหลเวียนของเลือดสูงในช่วงเวลาที่อุณหภูมิสูงขึ้นทำให้ร่างกายสามารถเพิ่มการส่งผ่านความร้อนจากแกนกลางของร่างกายไปสู่พื้นผิว.

เมื่อกระแสเลือดเพิ่มขึ้นปริมาณเลือดก็จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นเลือดจำนวนมากจะถูกถ่ายโอนจากแกนกลางของร่างกายไปยังพื้นผิวของผิวหนังที่เกิดการถ่ายเทความร้อน เลือดตอนนี้เย็นลงจะถูกส่งกลับไปยังนิวเคลียสหรือศูนย์กลางของร่างกาย.

เหงื่อ

นอกเหนือจากการขยายตัวของหลอดเลือดแล้วการผลิตเหงื่อมีความสำคัญต่อการควบคุมอุณหภูมิเนื่องจากช่วยลดความร้อนที่มากเกินไป ในความเป็นจริงการผลิตและการระเหยของเหงื่อตามมาเป็นกลไกหลักของร่างกายในการสูญเสียความร้อน พวกเขายังทำหน้าที่ในระหว่างการออกกำลังกาย.

เหงื่อเป็นของเหลวที่ผลิตโดยต่อมเหงื่อที่เรียกว่า eccrine ซึ่งกระจายอยู่ทั่วร่างกายในความหนาแน่นที่สำคัญการระเหยของเหงื่อสามารถถ่ายโอนความร้อนในร่างกายสู่สิ่งแวดล้อมในรูปของไอน้ำ.

ระเบียบสำหรับอุณหภูมิต่ำ

ตรงกันข้ามกับกลไกที่กล่าวถึงในส่วนก่อนหน้าในสถานการณ์อุณหภูมิลดลงร่างกายต้องส่งเสริมการอนุรักษ์และการผลิตความร้อนในลักษณะดังต่อไปนี้:

vasoconstriction

ระบบนี้ใช้ตรรกะตรงข้ามที่อธิบายไว้ในการขยายหลอดเลือดดังนั้นเราจะไม่ขยายคำอธิบายมากนัก ความเย็นช่วยกระตุ้นการหดตัวของเส้นเลือดที่ผิวหนังดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงการกระจายความร้อน.  

piloerection

คุณเคยสงสัยบ้างไหมว่าทำไม "ห่านกระแทก" ปรากฏขึ้นเมื่อเราเผชิญกับอุณหภูมิต่ำ มันเป็นกลไกในการหลีกเลี่ยงการสูญเสียความร้อนที่เรียกว่า piloerection อย่างไรก็ตามในขณะที่มนุษย์มีผมค่อนข้างน้อยในร่างกายของเราจึงถือเป็นระบบพื้นฐานที่ไม่ดี.

เมื่อความสูงของเส้นผมแต่ละเส้นเกิดขึ้นชั้นของอากาศที่สัมผัสกับผิวหนังจะเพิ่มขึ้นซึ่งจะลดการพาความร้อนของอากาศ เป็นการลดการสูญเสียความร้อน.

การผลิตความร้อน

วิธีที่ง่ายที่สุดในการต่อต้านอุณหภูมิต่ำคือการผลิตความร้อน สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้สองวิธี: โดยการเขย่าและการทำให้ไม่ร้อน.

ในกรณีแรกร่างกายผลิตกล้ามเนื้อหดตัวเร็วและไม่ได้ตั้งใจ (นั่นคือสาเหตุที่คุณสั่นเมื่อคุณเป็นหวัด) ซึ่งนำไปสู่การสร้างความร้อน การผลิตสั่นสะเทือนมีราคาแพง - พูดอย่างกระตือรือร้น - ดังนั้นร่างกายจะหันไปใช้มันหากระบบดังกล่าวล้มเหลว.

กลไกที่สองนำโดยเนื้อเยื่อที่เรียกว่าไขมันสีน้ำตาล (หรือเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลในวรรณคดีอังกฤษมักจะสรุปภายใต้ย่อ BAT โดย เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล).

ระบบนี้มีหน้าที่ในการแยกการผลิตพลังงานในการเผาผลาญ: แทนที่จะสร้าง ATP มันจะนำไปสู่การผลิตความร้อน มันเป็นกลไกที่สำคัญอย่างยิ่งในเด็กและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กถึงแม้ว่าหลักฐานล่าสุดได้ระบุว่ามันมีความเกี่ยวข้องในผู้ใหญ่.

กลไกทางจริยธรรม

กลไกทางจริยธรรมประกอบด้วยพฤติกรรมทั้งหมดที่สัตว์แสดงออกเพื่อควบคุมอุณหภูมิ ดังที่เรากล่าวถึงในตัวอย่างของสัตว์เลื้อยคลานสิ่งมีชีวิตสามารถอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ดีเพื่อส่งเสริมหรือหลีกเลี่ยงการสูญเสียความร้อน.

ส่วนต่าง ๆ ของสมองมีส่วนร่วมในการประมวลผลของการตอบสนองนี้ ในมนุษย์พฤติกรรมเหล่านี้มีประสิทธิภาพแม้ว่าพวกเขาจะไม่ได้รับการควบคุมอย่างประณีตว่าเป็นพฤติกรรมทางสรีรวิทยา.

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

ร่างกายมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเล็กน้อยและละเอียดอ่อนตลอดทั้งวันขึ้นอยู่กับตัวแปรบางอย่างเช่นจังหวะ circadian, รอบฮอร์โมน, ในด้านสรีรวิทยาอื่น ๆ.

ดังกล่าวอุณหภูมิของร่างกายจัดการกระบวนการทางสรีรวิทยาที่หลากหลายและการสูญเสียการควบคุมสามารถนำไปสู่สภาวะที่ทำลายล้างภายในสิ่งมีชีวิตที่ได้รับผลกระทบ.

ทั้งสุดขั้วความร้อน - ทั้งสูงและต่ำ - ส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในทางลบ อุณหภูมิที่สูงมากสูงกว่า 42 ° C ในมนุษย์ส่งผลกระทบอย่างมากต่อโปรตีนส่งเสริมการสูญเสียสภาพธรรมชาติ นอกจากนี้การสังเคราะห์ดีเอ็นเอได้รับผลกระทบ อวัยวะและเซลล์ประสาทก็เสียหายเช่นกัน.

ในทำนองเดียวกันอุณหภูมิต่ำกว่า 27 ° C นำไปสู่ภาวะอุณหภูมิสูงอย่างรุนแรง การเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมประสาทและกล้ามเนื้อหัวใจและหลอดเลือดและระบบทางเดินหายใจมีผลกระทบร้ายแรง.

อวัยวะหลายส่วนได้รับผลกระทบเมื่อการควบคุมอุณหภูมิไม่ทำงานอย่างถูกวิธี ในหมู่พวกเขาหัวใจสมองระบบทางเดินอาหาร, ปอด, ไตและตับ.

การอ้างอิง

1. Arellano, J. L. P. , & del Pozo, S. D. C. (2013). คู่มือพยาธิวิทยาทั่วไป. เอลส์.
2. Argyropoulos, G. , & Harper, M. E. (2002) ความคิดเห็นที่ได้รับเชิญ: โปรตีนแยกตัวและการควบคุมอุณหภูมิ. วารสารสรีรวิทยาประยุกต์, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010) กลไกและโมดิฟายเออร์ของการขยายตัวของหลอดเลือดที่เกิดจากการสะท้อนกลับและการขยายตัวของหลอดเลือดในมนุษย์. วารสารสรีรวิทยาประยุกต์ (Bethesda, Md .: 1985), 109(4) 1221-8.
4. Hill, R. W. (1979). เปรียบเทียบสรีรวิทยาของสัตว์: แนวทางด้านสิ่งแวดล้อม. ฉันกลับรายการ.
5. ฮิลล์, R.W. , Wyse, G.A. , แอนเดอร์สัน, M. , & Anderson, M. (2004). สรีรวิทยาสัตว์. ผู้ร่วมงาน Sinauer.
6. Liedtke W. B. (2017) แยกส่วนประกอบของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอุณหภูมิ. การดำเนินการของ National Academy of Sciences ของสหรัฐอเมริกา, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016) ควบคุมอุณหภูมิของร่างกาย. F1000Research, 5, คณะ F1000 Rev-880.