Termoregulácia je integrovaný systém biologických mechanizmov, navrhnutý na udržanie takmer konštantnej vnútornej teploty bez ohľadu na klimatické podmienky mimo organizmu. Tieto mechanizmy - obzvlášť účinné u vtákov a cicavcov (všetky homeotermné zvieratá), menej u rýb, obojživelníkov a plazov (hydinové mory) - zahŕňajú procesy výroby, konzervovania a rozptýlenia tepla.
Keďže obézny subjekt často nejedie abnormálne v porovnaní s inými jedincami normopeso, ktorí niekedy jedia ešte viac, je pravdepodobné, že - s rovnakou fyzickou aktivitou - zmeny v termoregulačných procesoch môžu viesť k zníženiu spotreby energie a akumulácii. prebytočnú energiu vo forme tuku. Tenké subjekty, na rozdiel od obéznych, by preto boli lepšie pri odstraňovaní potravinových prebytkov (pozri hnedé tukové tkanivo) vo forme tepla.
Termoregulácia môže byť predovšetkým dobrovoľná alebo nedobrovoľná. V prvom prípade je to samotné zviera, ktoré dobrovoľne uvedie do pohybu primerané stratégie správania, ako je napríklad hľadanie útulku chráneného pred poveternostnými podmienkami alebo migrácia na najvhodnejšie miesta na udržanie telesnej teploty.
Dokonca aj nedobrovoľné termoregulačné reakcie môžu byť vyvolané vystavením chladnému prostrediu alebo teplým prostrediam. V každom prípade predvídajú zásah hypotalamického termoregulačného centra, ktorý je schopný zachytiť a spracovať signály prichádzajúce z kožných a centrálnych termoreceptorov (nachádzajúcich sa v mozgu, mieche a centrálnych orgánoch), koordinujúc najvhodnejšiu fyziologickú reakciu na udržanie telesnej teploty.
Termoregulácia v chladnom prostredí
Termoregulačné adaptácie na chlad sú určené na ochranu a / alebo produkciu tepla.
Schopnosť organizmu produkovať teplo sa nazýva termogenéza; je do značnej miery povinný a súvisí s fyziologickými a metabolickými procesmi, ktoré sa podieľajú na pohybe, trávení, absorpcii a spracovaní živín zavedených v strave.
Cicavce majú schopnosť zvýšiť produkciu tepla (voliteľná termogenéza), vrátane alebo nie vzrušujúceho mechanizmu. V prvom prípade hovoríme o triaškovej termogenéze (chvenie). Tento mechanizmus vedie k produkcii tepla prostredníctvom rytmickej a izometrickej kontrakcie svalového tkaniva, ktorá nie je zameraná na pohyb. Striedanie kontrakcií a relaxácií vedie k charakteristickému traseniu, ktoré sa nazýva triaška, ktoré sa objaví, keď telesná teplota má tendenciu „znateľne klesať“. Triasa vytvára podiel tepla dokonca 6-8 krát väčší ako ten, ktorý produkuje sval v pokoji. Typicky sa vyskytuje len vtedy, keď maximálna vazokonstrikcia (pozri nižšie) nebola schopná udržať telesnú teplotu.
Termogenéza bez chvenia, tiež nazývaná chemická termogenéza, zahŕňa produkciu tepla exotermickými biochemickými reakciami (ktoré generujú teplo). Tieto reakcie prebiehajú v jednotlivých orgánoch, ako sú hnedé tukové tkanivo (BAT), pečeň a sval.
Hnedé tukové tkanivo typické pre hibernujúce zvieratá a vzácne u ľudí (väčšie u novorodencov) je teda definované charakteristickou hnedou pigmentáciou (viditeľnou voľným okom) danou karotenoidmi prítomnými na úrovni mitochondrií. Tieto elektrárne hnedej tukovej bunky sa vyznačujú ďalšou charakteristikou, prítomnosťou mitochondriálneho proteínu UCP1. Tento proteín, ktorý sa nachádza na úrovni mitochondriálnej membrány, má charakteristickú vlastnosť oddelenia oxidačnej fosforylácie, čím podporuje tvorbu tepla na úkor tvorby ATP molekúl. Jednoducho povedané, hnedé tukové tkanivo je určené na spaľovanie živín (najmä tukov), aby sa zvýšila produkcia tepla. Aktivácia hnedého tukového tkaniva, stimulovaného chladom, je spojená najmä s uvoľňovaním noradrenalínu a jeho interakciou s p3 receptormi, ale tiež garantovaná endokrinnými mechanizmami, ako je uvoľňovanie T3 a T4 zo štítnej žľazy. Najväčšie ložiská hnedého tukového tkaniva sa zaznamenávajú v interscapulárnych, periaortálnych a perirenálnych oblastiach; na týchto úrovniach sú umiestnené v blízkosti krvných ciev, ktorým dávajú teplo, takže sa transportujú s prietokom krvi do periférnych oblastí tela.
V súčasnosti sa predpokladá, že pečeň sa tiež zúčastňuje na termoregulácii, zvyšuje jej metabolickú aktivitu - s následnou produkciou tepla - keď je ľudské telo vystavené nízkym teplotám. Ďalším nedávnym objavom bol nález izoforiem proteínu UCP1 vo svaloch, čo naznačuje predpokladanú termogénnu úlohu metabolického pôvodu (okrem schopnosti produkovať teplo prostredníctvom chvenia). Napokon, vystavenie nízkym teplotám zvyšuje srdcovú aktivitu, ktorá je nevyhnutná na podporu metabolických požiadaviek aktívnych tkanív za týchto okolností (napríklad BAT) a na zvýšenie transportu tepla, ktoré sa v nich produkuje, vo všetkých anatomických okresoch. Okrem toho, že je toto všetko zaručené, je zvýšenie srdcovej aktivity samo o sebe schopné produkovať nezanedbateľné množstvo tepla.
Riadenie tepelných strát sa riadi fyzikálnymi zákonmi vedenia, konvekcie, žiarenia a odparovania.
KONDUKCIA : prenos tepla medzi dvoma objektmi pri rôznych teplotách, pri vzájomnom kontakte cez povrch.
RADIÁCIA alebo IRRADIÁCIA : prenos tepla medzi dvoma objektmi pri rôznych teplotách, ktoré NIE SÚ v kontakte. Strata alebo nákup tepla nastáva vo forme žiarenia s vlnovými dĺžkami vo viditeľnej alebo infračervenej oblasti; aby bolo jasné, je to tak, že slnko ohrieva zem cez vesmír. Strata tepla žiarením predstavuje viac ako polovicu množstva tepla, ktoré stratí ľudské telo.
KONVEKCIA : prenos tepla z tela na zdroj, ktorý sa ním pohybuje (prúdmi vzduchu alebo vody). Pohyb vody alebo studeného vzduchu cez teplejšiu pokožku spôsobuje nepretržitú elimináciu tepla.
ODOLNENIE : prenos tepla prechodom z kvapaliny do plynného stavu tekutín stratených potením, necitlivými stratami cez pokožku a dýchacie cesty.
Zníženie tepelnej disperzie v životnom prostredí nastáva v podstate prostredníctvom zadržiavania kožného prietoku krvi (vazokonstrikcia) a piloerekcie (pri kožušinových zvieratách, medzi teplou kožou a chladným prostredím sa vytvára vzduchový vankúš, ktorý funguje tepelnou izoláciou).
Zvýšenie chuti do jedla pre svoju časť zvyšuje produkciu tepla prostredníctvom termogénnych mechanizmov vyvolaných diétou a podporuje energetickú náročnosť termogénnych orgánov.
Termoregulácia v horúcom prostredí
Počas pobytu v teplom prostredí organizmus reaguje prostredníctvom radu termodisperzných mechanizmov, v mnohých smeroch, ktoré sú v protiklade s tými, ktoré boli práve ilustrované; okrem toho sú metabolické procesy, ktoré sú základom voliteľnej termogenézy, suspendované. Patrí medzi ne kožná vazodilatácia a zvýšené potenie, frekvencia a hĺbka dychu (polypnea), všetky procesy, ktorých cieľom je zvýšiť tepelnú disperziu odparovaním. Za týchto okolností sa znižuje aj chuť k jedlu a srdcová frekvencia, čo je reakciou na nižší dopyt po kyslíku termogénnymi orgánmi.
Z dlhodobých adaptačných procesov môžeme tiež hodnotiť zníženie sekrécie hypofýzy hormónu stimulujúceho štítnu žľazu, čo má za následok spomalenie metabolizmu a tým aj produkciu tepla.
Ako bolo uvedené v predchádzajúcej kapitole, proces vazokonstrikcie je do značnej miery kontrolovaný sympatickým nervovým systémom. Hladké svaly na úrovni predperilárnych sfinkterov a arteriol dostávajú afenzity od postganglionických sympatických (adrenergných) neurónov. Ak hlboká teplota klesne (vystavenie chladu), hypotalamus selektívne aktivuje tieto neuróny, ktoré uvoľňovaním norepinefrínu určujú kontrakciu hladkého svalstva arteriol, čo znižuje prietok krvi v koži. Táto termoregulačná odozva udržuje teplejšie krv na vnútorných orgánoch, čo minimalizuje prietok krvi na povrchu kože, ktorý je chladný počasím. Zatiaľ čo vazokonstrikcia je aktívny proces, vazodilatácia je prevažne pasívny proces, ktorý závisí od suspenzie vazokonstrikčnej aktivity inhibíciou sympatickej aktivity. Ak je tento proces typický pre končatiny, vazodilatácia je uprednostňovaná v iných častiach tela špecializovanými neurónmi, ktoré vylučujú acetylcholín. Konkrétne prípady sú tiež reprezentované lokálnou expanziou niektorých cievnych oblastí po uvoľnení oxidu dusného (NO) alebo iných vazodilatačných parakrinných látok.
V kontexte termoregulácie sa prietok krvi v koži mení od hodnôt blízkych nule, keď je potrebné šetriť teplo, až do takmer 1/3 srdcového rozsahu, keď sa teplo musí uvoľňovať do životného prostredia.
