фізіологія

терморегуляції

Терморегуляція - це інтегрована система біологічних механізмів, призначена для підтримки майже постійної внутрішньої температури незалежно від кліматичних умов поза організмом. Ці механізми - особливо ефективні у птахів і ссавців (всі домашніотермічні тварини), менше в рибах, земноводних і плазунах (птиці-молі) - включають процеси виробництва, збереження і розсіювання тепла.

Оскільки часто суб'єкт, що страждає ожирінням, не харчується ненормально, якщо порівнювати з іншими індивідуумами, які іноді їдять ще більше, ймовірно, що - з однаковою фізичною активністю - зміни терморегуляторних процесів можуть призвести до зниження споживання енергії, при накопиченні надлишок енергії у вигляді жиру. Тонкі суб'єкти, на відміну від ожиріння, були б більш схильними до утилізації надмірностей у їжі (див. Коричневу жирову тканину) у вигляді тепла.

Терморегуляція може бути в першу чергу добровільною або мимовільною. У першому випадку саме тварина добровільно запускає адекватні поведінкові стратегії, такі як пошук притулку, захищеного від погоди або міграції до найбільш відповідних місць для підтримки температури тіла.

Іншим прикладом поведінкової терморегуляції є постуральні корекції, що виконуються для зменшення або збільшення поверхні тіла, що піддається впливу повітря; взимку, наприклад, лисиці схиляються до себе, обертаючи тіло довгим хвостом. У теплі місяці інші ссавці поширюють свої тіла зі слиною, збільшуючи розсіювання тепла випаровуванням.

Навіть мимовільні реакції терморегуляції можна викликати внаслідок впливу холодного середовища або теплого середовища. У будь-якому випадку вони передбачають втручання гіпоталамусного центру терморегуляції, здатного підбирати і обробляти сигнали, що надходять від шкірних і центральних терморецепторів (розташованих в мозку, спинному мозку і центральних органах), координуючи найбільш відповідну фізіологічну реакцію для підтримки температури тіла.

Терморегуляція в холодних умовах

Терморегуляторні пристосування до холоду призначені для збереження та / або виробництва тепла.

Здатність організму виробляти тепло називається термогенезом; воно в основному є обов'язковим і пов'язане з фізіологічними та метаболічними процесами, що беруть участь у русі, перетравленні, всмоктуванні та обробці поживних речовин, введених у раціон.

Ссавці мають здатність збільшувати виробництво тепла (необов'язковий термогенез), залучаючи чи ні механізм гортання. У першому випадку ми говоримо про тремтіння термогенезу (тремтіння). Цей механізм призводить до вироблення тепла через ритмічне і ізометричне скорочення м'язової тканини, не спрямоване на рух. Чергування скорочень і релаксацій призводить до характерного тремтіння, яке називається тремтінням, яке виникає, коли температура тіла має тенденцію до зменшення «помітно». Тремтіння генерує частку тепла навіть в 6-8 разів більше, ніж у спокою, що виробляється м'язом. Як правило, це відбувається тільки тоді, коли максимальне звуження судин (див. Нижче) не в змозі підтримувати температуру тіла.

Термогенез без тремтіння, також званий хімічним термогенезом, передбачає виробництво тепла через екзотермічні біохімічні реакції (які генерують тепло). Ці реакції відбуваються в певних органах, таких як коричнева жирова тканина (БАТ), печінка і м'яз.

Коричнева жирова тканина, типова для зимових тварин і дефіцитна у людей (більша у новонароджених), визначається, таким чином, характерною коричневою пігментацією (видимою неозброєним оком), яку дають каротиноїди, наявні на мітохондріальному рівні. Ці енергетичні установки коричневої жирової клітини відрізняються ще однією характеристикою, наявністю мітохондріального білка UCP1. Цей білок, розташований на рівні мітохондріальної мембрани, має характеристику роз'єднання окисного фосфорилювання, тим самим сприяючи утворенню тепла на шкоду утворенню молекул АТФ. Простіше кажучи, коричнева жирова тканина призначена для спалювання поживних речовин (головним чином жирів) для збільшення виробництва тепла. Активація коричневої жирової тканини, стимульованої холодом, в основному пов'язана з вивільненням норадреналіну і його взаємодією з β3-рецепторами, але також гарантована ендокринними механізмами, такими як вивільнення T3 і T4 з щитовидної залози. Найбільші відкладення коричневої жирової тканини зафіксовані в міжлопаткової, періаортальній і периренальній областях; на цих рівнях вони розміщуються поблизу кровоносних судин, до яких вони дають тепло, щоб він транспортувався з кровотоком до периферійних ділянок тіла.

В даний час вважається, що печінка також бере участь у терморегуляції, збільшуючи свою метаболічну активність - з наступним виробництвом тепла - коли організм людини піддається впливу низьких температур. Іншим недавнім відкриттям було виявлення ізоформ білка UCP1 в м'язах, що передбачає передбачувану термогенетичну роль метаболічного походження (на додаток до здатності виробляти тепло через тремтіння). Нарешті, вплив низьких температур підвищує серцеву активність, необхідну для підтримки метаболічних потреб активних тканин в таких умовах (таких як НДТ), і збільшити транспорт тепла, що виробляється в усіх анатомічних районах. На додаток до гарантування всього цього, збільшення серцевої діяльності само по собі здатне виробляти незначну кількість тепла.

Контроль втрат тепла регулюється фізичними законами провідності, конвекції, випромінювання та випаровування.

Проведення : теплообмін між двома об'єктами при різних температурах, що контактують один з одним через поверхню.

Випромінювання або опромінення : теплообмін між двома об'єктами при різних температурах, які НЕ знаходяться в контакті. Втрата або придбання тепла відбувається у вигляді випромінювання з довжинами хвиль у видимому або інфрачервоному діапазоні; щоб бути ясним, це те саме, що сонце зігріває землю через простір. Втрати тепла випромінюванням становлять більше половини кількості тепла, що втрачається людським тілом.

КОНВЕКЦІЯ : передача тепла від тіла до джерела, що рухається через нього (струми повітря або води). Рух води або холодного повітря через більш теплу шкіру викликає постійне усунення тепла.

ІВАПОРАЦІЯ : перенесення тепла шляхом переходу від рідини до газоподібного стану рідини, втраченої через потовиділення, нечутливі втрати через шкіру і дихальні шляхи.

Зниження теплової дисперсії в навколишньому середовищі відбувається, по суті, через утримання шкірного кровотоку (вазоконстрикції) і пілорекції (у хутрових тварин, між теплою шкірою і холодним середовищем, створюється повітряна подушка, яка працює теплоізоляцією).

Збільшення апетиту, зі свого боку, збільшує вироблення тепла через термогенетичні механізми, викликані дієтою, і підтримує енергетичні потреби термогенетичних органів.

Терморегуляція в гарячих середовищах

Під час перебування в теплих середовищах організм реагує через ряд термодисперсійних механізмів, багато в чому суперечать тим, що тільки що проілюстровані; причому метаболічні процеси, що лежать в основі необов'язкового термогенеза, припиняються. До них відносяться вазодилятація шкіри і підвищена пітливість, частота і глибина дихання (поліпнея), всі процеси, спрямовані на збільшення дисперсії тепла шляхом випаровування. За цих обставин також знижується апетит і частота серцевих скорочень у відповідь на менший попит на кисень термогенетичними органами.

Серед довгострокових адаптаційних процесів можна також оцінити зниження секреції гіпофіза тиреотропного гормону, що призводить до уповільнення метаболізму, а отже, і виробництва тепла.

Як згадувалося в попередній главі, процес вазоконстрикції значною мірою контролюється симпатичною нервовою системою. Гладкі м'язи на рівні прекапілярних сфінктерів і артеріол отримують афферентами від постгангліонарних симпатичних (адренергічних) нейронів. Якщо глибока температура падає (під впливом холоду), гіпоталамус вибірково активує ці нейрони, які за рахунок вивільнення норадреналіну визначають скорочення гладких м'язів артеріол, зменшуючи шкірний кровотік. Ця терморегуляторна реакція утримує кров тепліше на внутрішніх органах, мінімізуючи приплив крові на поверхні шкіри, що стало холодним від погоди. Хоча вазоконстрикція є активним процесом, вазодилатація є переважно пасивним процесом, який залежить від суспензії судинозвужувальної активності шляхом інгібування симпатичної активності. Якщо цей процес характерний для тілесних кінцівок, то вазодилатацію сприяють інші частини тіла спеціалізованими нейронами, які виділяють ацетилхолін. Особливі випадки також представлені локальним розширенням деяких судинних районів після вивільнення монооксиду азоту (NO) або інших судинорозширювальних паракринних речовин.

У контексті терморегуляції шкірний кровотік змінюється від значень, близьких до нуля, коли необхідно зберегти тепло, майже до 1/3 серцевого діапазону, коли тепло повинне вивільнятися в навколишнє середовище.