Fisiologi, mekanisme, jenis dan perubahan termoregulasi

itu termoregulasi Ini adalah proses yang memungkinkan organisme untuk mengatur suhu tubuh mereka, memodulasi kehilangan dan perolehan panas. Di dunia hewan terdapat mekanisme pengaturan suhu yang berbeda, baik secara fisiologis dan etologis.

Mengatur suhu tubuh adalah aktivitas dasar bagi makhluk hidup apa pun, karena parameternya sangat penting untuk homeostasis tubuh dan memengaruhi fungsi enzim dan protein lain, fluiditas membran, aliran ion, dan lain-lain..

Dalam bentuknya yang paling sederhana, jaringan termoregulasi diaktifkan melalui rangkaian yang mengintegrasikan input dari termoreptor yang terletak di kulit, di jeroan, di otak, antara lain.

Mekanisme utama dalam menghadapi rangsangan dingin atau panas ini termasuk vasokonstriksi kulit, vasodilatasi, produksi panas (termogenesis) dan berkeringat. Mekanisme lain termasuk perilaku untuk mempromosikan atau mengurangi kehilangan panas.

Indeks

• 1 Konsep dasar: panas dan suhu
  • 1.1 Suhu
  • 1.2 Panas
• 2 Jenis: hubungan termal antar hewan
  • 2.1 Endoterm dan ektoterm
  • 2.2 Poikilotherm dan homeotherm
  • 2.3 Contoh
  • 2.4 Pergantian endotermal dan ektotermia temporal dan temporal
• 3 Fisiologi termoregulasi
• 4 mekanisme termoregulasi
  • 4.1 Mekanisme fisiologis
  • 4.2 Mekanisme etologis
• 5 Perubahan termoregulasi
• 6 Referensi

Konsep dasar: panas dan suhu

Untuk berbicara tentang termoregulasi pada hewan, perlu untuk mengetahui definisi yang tepat dari istilah yang sering membingungkan di kalangan siswa.

Memahami perbedaan antara panas dan suhu sangat penting untuk memahami pengaturan termal hewan. Kami akan menggunakan benda mati untuk menggambarkan perbedaan: pikirkan dua kubus logam, satu 10 kali lebih besar dari yang lain.

Masing-masing kubus ini berada di sebuah ruangan pada suhu 25 ° C. Jika kita mengukur suhu masing-masing blok, keduanya akan berada pada 25 ° C, meskipun satu besar dan satu kecil.

Sekarang, jika kita mengukur jumlah panas di setiap blok, hasil antara keduanya akan berbeda. Untuk melaksanakan tugas ini, kita harus memindahkan balok ke ruangan dengan suhu nol absolut dan menghitung jumlah panas yang dihasilkannya. Dalam hal ini, konten panas akan 10 kali lebih tinggi di kubus logam yang lebih besar.

Suhu

Berkat contoh sebelumnya, kita dapat menyimpulkan bahwa suhunya sama untuk keduanya dan tidak tergantung pada jumlah materi setiap blok. Temperatur diukur sebagai kecepatan atau intensitas pergerakan molekul.

Dalam literatur biologis, ketika penulis menyebutkan "suhu tubuh", mereka merujuk pada suhu daerah pusat tubuh dan ke daerah periferal. Suhu daerah pusat mencerminkan suhu jaringan "dalam" tubuh - otak, jantung, dan hati.

Suhu daerah periferal, di sisi lain, dipengaruhi oleh aliran darah ke kulit dan diukur di kulit tangan dan kaki..

Panas

Sebaliknya - dan kembali ke contoh balok - panas berbeda di kedua badan inert dan berbanding lurus dengan jumlah materi. Ini adalah bentuk energi dan tergantung pada jumlah atom dan molekul zat yang dimaksud.

Jenis: hubungan termal antar hewan

Dalam fisiologi hewan, ada serangkaian istilah dan kategori yang digunakan untuk menggambarkan hubungan termal antara organisme. Masing-masing kelompok hewan ini memiliki adaptasi khusus - fisiologis, anatomi atau anatomi - yang membantu mereka menjaga suhu tubuh mereka dalam kisaran yang memadai..

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menyebut hewan endotermik dan homeotermik "berdarah panas", dan hewan poikilotermik dan ektotermal sebagai "berdarah dingin"..

Endoterm dan ektoterm

Istilah pertama adalah endotermia, digunakan ketika hewan berhasil melakukan pemanasan dengan produksi panas metabolik. Konsep yang berlawanan adalah ectothermia, dimana suhu hewan dipaksakan oleh lingkungan sekitarnya.

Beberapa hewan tidak dapat menjadi endotermik, karena walaupun mereka menghasilkan panas, mereka tidak melakukannya cukup cepat untuk menahannya.

Poikilotherm dan homeotherm

Cara lain untuk mengklasifikasikan mereka adalah berdasarkan termoregulasi hewan. Istilahnya poikilotherm ini digunakan untuk merujuk pada hewan dengan suhu tubuh yang bervariasi. Dalam kasus ini, suhu tubuh tinggi di lingkungan panas dan rendah di lingkungan dingin.

Seekor hewan poikilotherm dapat mengatur sendiri suhunya dengan perilaku. Artinya, dengan mencari di daerah dengan radiasi matahari tinggi untuk meningkatkan suhu atau bersembunyi dari radiasi tersebut untuk menguranginya.

Istilah poikilotherm dan ectotherm pada dasarnya merujuk pada fenomena yang sama. Namun, poikilotherm menekankan variabilitas suhu tubuh, sedangkan dalam ektoterm merujuk pada pentingnya suhu sekitar untuk menentukan suhu tubuh..

Istilah yang berlawanan dengan poikilotherm adalah homeotherm: termoregulasi dengan cara fisiologis - dan tidak hanya berkat penyebaran perilaku. Sebagian besar hewan endotermik mampu mengatur suhu mereka.

Contohnya

Ikan

Ikan adalah contoh sempurna dari hewan ectothermic dan poikilothermic. Dalam kasus perenang vertebrata ini, jaringannya tidak menghasilkan panas melalui jalur metabolisme dan di samping itu, suhu ikan ditentukan oleh suhu tubuh air tempat mereka berenang..

Reptil

Reptil menunjukkan perilaku yang sangat nyata yang memungkinkan mereka untuk mengatur (secara etologis) suhu mereka. Hewan-hewan ini mencari daerah hangat - seperti bertengger di atas batu panas - untuk meningkatkan suhu. Kalau tidak, di mana mereka ingin menguranginya, mereka akan berusaha bersembunyi dari radiasi.

Burung dan mamalia

Mamalia dan burung adalah contoh hewan endotermik dan homeotermik. Ini secara metabolisme menghasilkan suhu tubuh mereka dan mengaturnya secara fisiologis. Beberapa serangga juga menunjukkan pola fisiologis ini.

Kemampuan untuk mengatur suhunya memberi dua garis keturunan hewan ini keunggulan dibandingkan rekan poikilothermic mereka, karena mereka dapat membangun kesetimbangan termal dalam sel dan organ mereka. Hal ini menyebabkan proses nutrisi, metabolisme, dan ekskresi menjadi lebih kuat dan efisien.

Manusia, misalnya, mempertahankan suhu pada 37 ° C, dalam kisaran yang cukup sempit - antara 33,2 dan 38,2 ° C. Mempertahankan parameter ini sangat penting untuk kelangsungan hidup spesies dan memediasi serangkaian proses fisiologis dalam tubuh.

Pergantian endotermal dan ektotermia temporal dan temporal

Perbedaan antara empat kategori ini sering menjadi membingungkan ketika kita memeriksa kasus-kasus hewan yang dapat berganti-ganti antar kategori, baik secara spasial atau temporal.

Variasi temporal dari regulasi termal dapat dicontohkan oleh mamalia yang mengalami periode hibernasi. Hewan-hewan ini biasanya homeotermik selama musim tahun ketika mereka tidak berhibernasi dan selama hibernasi mereka tidak dapat mengatur suhu tubuh mereka..

Variasi spasial terjadi ketika hewan secara berbeda mengatur suhu di wilayah tubuh. Lebah lebah dan serangga lainnya dapat mengatur suhu segmen toraks mereka dan tidak dapat mengatur sisa daerah. Kondisi pengaturan diferensial ini disebut heteroterm.

Fisiologi termoregulasi

Seperti sistem apa pun, pengaturan fisiologis suhu tubuh memerlukan adanya sistem aferen, pusat kontrol, dan sistem eferen.

Sistem pertama, aferen, bertugas menangkap informasi melalui reseptor kulit. Selanjutnya, informasi ditransmisikan ke pusat termoregulasi melalui darah melalui saraf.

Dalam kondisi normal, organ tubuh yang menghasilkan panas adalah jantung dan hati. Ketika tubuh melakukan pekerjaan fisik (olahraga), otot rangka juga merupakan struktur penghasil panas.

Hipotalamus adalah pusat termoregulasi dan tugas-tugas dibagi menjadi kehilangan dan perolehan panas. Zona fungsional untuk memediasi pemeliharaan panas terletak di zona posterior hipotalamus, sedangkan kerugiannya diperantarai oleh daerah anterior. Organ ini berfungsi seperti termostat.

Kontrol sistem terjadi dua kali lipat: positif dan negatif, dimediasi oleh korteks otak. Respons efektor adalah tipe perilaku atau dimediasi oleh sistem saraf otonom. Kedua mekanisme ini akan dipelajari nanti.

Mekanisme termoregulasi

Mekanisme fisiologis

Mekanisme untuk mengatur suhu bervariasi antara jenis stimulus yang diterima, yaitu apakah itu kenaikan atau penurunan suhu. Jadi kita akan menggunakan parameter ini untuk menetapkan klasifikasi mekanisme:

Regulasi untuk suhu tinggi

Untuk mencapai pengaturan suhu tubuh terhadap rangsangan panas, tubuh harus mempromosikan kehilangannya. Ada beberapa mekanisme:

Vasodilasi

Pada manusia, salah satu karakteristik paling mencolok dari sirkulasi kulit adalah berbagai pembuluh darah yang dimilikinya. Sirkulasi darah melalui kulit memiliki sifat yang sangat bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan dan perubahan dari aliran darah tinggi ke rendah.

Kemampuan vasodilatasi sangat penting dalam termoregulasi individu. Aliran darah tinggi selama periode peningkatan suhu memungkinkan tubuh untuk meningkatkan transmisi panas, dari inti tubuh ke permukaan kulit, hingga akhirnya hilang.

Ketika aliran darah meningkat, volume darah pada gilirannya meningkat. Dengan demikian, sejumlah besar darah ditransfer dari inti tubuh ke permukaan kulit, tempat terjadi perpindahan panas. Darah, sekarang lebih dingin, ditransfer kembali ke nukleus atau pusat tubuh.

Keringat

Seiring dengan vasodilatasi, produksi keringat sangat penting untuk termoregulasi karena membantu pembuangan panas yang berlebihan. Faktanya, produksi dan penguapan keringat selanjutnya adalah mekanisme utama tubuh untuk kehilangan panas. Mereka juga bertindak selama aktivitas fisik.

Keringat adalah cairan yang diproduksi oleh kelenjar keringat yang disebut ekrin, didistribusikan ke seluruh tubuh dalam kepadatan yang signifikan. Penguapan keringat mengelola untuk mentransfer panas tubuh ke lingkungan sebagai uap air.

Regulasi untuk suhu rendah

Berbeda dengan mekanisme yang disebutkan di bagian sebelumnya, dalam situasi penurunan suhu, tubuh harus mempromosikan konservasi dan produksi panas dengan cara berikut:

Vasokonstriksi

Sistem ini mengikuti logika berlawanan yang dijelaskan dalam vasodilatasi, jadi kami tidak akan banyak menjelaskan. Dingin merangsang kontraksi pembuluh kulit, sehingga menghindari disipasi panas.  

Piloerection

Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa "benjolan angsa" muncul ketika kita menghadapi suhu rendah? Ini adalah mekanisme untuk menghindari kehilangan panas yang disebut piloerection. Namun, karena manusia memiliki rambut yang relatif sedikit di tubuh kita, itu dianggap sebagai sistem yang kurang sempurna.

Ketika ketinggian setiap rambut terjadi, lapisan udara yang bersentuhan dengan kulit meningkat, yang mengurangi konveksi udara. Ini mengurangi kehilangan panas.

Produksi panas

Cara paling intuitif untuk menangkal suhu rendah adalah melalui produksi panas. Ini dapat terjadi dalam dua cara: dengan menggigil dan termogenesis yang tidak menggigil.

Dalam kasus pertama, tubuh menghasilkan kontraksi otot yang cepat dan tidak disengaja (itulah sebabnya Anda gemetar saat kedinginan) yang menyebabkan produksi panas. Menggigil produksi adalah mahal - berbicara penuh semangat - sehingga tubuh akan menggunakan itu jika sistem yang disebutkan di atas gagal..

Mekanisme kedua dipimpin oleh jaringan yang disebut lemak coklat (atau jaringan adiposa coklat, dalam literatur Inggris biasanya diringkas di bawah akronim BAT oleh jaringan adiposa coklat).

Sistem ini bertanggung jawab untuk memisahkan produksi energi dalam metabolisme: alih-alih membentuk ATP, itu mengarah pada produksi panas. Ini adalah mekanisme yang sangat penting pada anak-anak dan pada mamalia kecil, meskipun bukti terbaru mencatat bahwa itu juga relevan pada orang dewasa..

Mekanisme etologis

Mekanisme etologis terdiri dari semua perilaku yang ditunjukkan oleh hewan untuk mengatur suhu mereka. Seperti yang kami sebutkan dalam contoh reptil, organisme dapat ditempatkan di lingkungan yang menguntungkan untuk mempromosikan atau menghindari kehilangan panas.

Bagian otak yang berbeda terlibat dalam pemrosesan respons ini. Pada manusia, perilaku ini efektif, meskipun tidak diatur secara halus seperti perilaku fisiologis.

Perubahan thermoregulation

Tubuh mengalami perubahan kecil dan halus dalam suhu sepanjang hari, tergantung pada beberapa variabel, seperti ritme sirkadian, siklus hormon, di antara aspek fisiologis lainnya..

Seperti yang disebutkan, suhu tubuh mengatur sejumlah besar proses fisiologis dan hilangnya regulasi dapat menyebabkan kondisi yang menghancurkan dalam organisme yang terpengaruh..

Kedua ekstrem termal - tinggi dan rendah - memengaruhi organisme secara negatif. Temperatur yang sangat tinggi, di atas 42 ° C pada manusia, sangat memengaruhi protein, mendorong denaturasi mereka. Selain itu, sintesis DNA juga terpengaruh. Organ dan neuron juga rusak.

Demikian pula, suhu di bawah 27 ° C menyebabkan hipotermia berat. Perubahan aktivitas neuromuskuler, kardiovaskular, dan pernapasan memiliki konsekuensi fatal.

Banyak organ yang terpengaruh ketika termoregulasi tidak bekerja dengan cara yang benar. Diantaranya, jantung, otak, saluran pencernaan, paru-paru, ginjal dan hati.

Referensi

1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Manual patologi umum. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Ulasan yang diundang: memisahkan protein dan termoregulasi. Jurnal Fisiologi Terapan, 92(5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mekanisme dan pengubah refleks menginduksi vasodilatasi kulit dan vasokonstriksi pada manusia. Jurnal fisiologi terapan (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
4. Hill, R. W. (1979). Dibandingkan fisiologi hewan: pendekatan lingkungan. Saya terbalik.
5. Hill, R.W., Wyse, G.A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi hewan. Sinauer Associates.
6. Liedtke W. B. (2017). Mendekonstruksi termoregulasi mamalia. Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Amerika Serikat, 114(8), 1765-1767.
7. Morrison S. F. (2016). Kontrol pusat suhu tubuh. Penelitian F1000, 5, F1000 Faculty Rev-880.