การควบคุมอุณหภูมิ

การควบคุมอุณหภูมิเป็นระบบบูรณาการของกลไกทางชีววิทยาซึ่งรับผิดชอบในการรักษาอุณหภูมิภายในให้เกือบคงที่โดยไม่คำนึงถึงสภาพภูมิอากาศภายนอกสิ่งมีชีวิต กลไกเหล่านี้ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประสิทธิภาพในนกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (สัตว์ความร้อนใต้พิภพทั้งหมด) น้อยกว่าในปลา สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และสัตว์เลื้อยคลาน ( สัตว์ Poikilothermic) - รวมถึงกระบวนการของ การผลิต, พื้นที่จัดเก็บ และ การกระจายตัว ของความร้อน

เนื่องจากผู้ที่เป็นโรคอ้วนมักไม่รับประทานอาหารที่ผิดปกติเมื่อเปรียบเทียบกับบุคคลที่มีน้ำหนักปกติ ซึ่งบางครั้งกินมากกว่าเดิม สันนิษฐานได้ว่า - ด้วยการออกกำลังกายแบบเดียวกัน - การเปลี่ยนแปลงของกระบวนการควบคุมอุณหภูมิอาจทำให้การใช้พลังงานลดลงด้วย สะสมพลังงานส่วนเกินในรูปของไขมัน ตัวแบบบาง ไม่เหมือนคนอ้วน จึงควรกำจัดอาหารส่วนเกิน (ดู เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล) ในรูปของความร้อนได้ดีกว่า

การควบคุมอุณหภูมิสามารถทำได้โดยสมัครใจหรือไม่สมัครใจก่อน ในกรณีแรก สัตว์เองเป็นผู้กำหนดกลยุทธ์ด้านพฤติกรรมที่เพียงพอโดยสมัครใจ เช่น การค้นหาถ้ำที่กำบังจากองค์ประกอบต่างๆ หรือการอพยพไปยังที่ที่เหมาะสมที่สุดในการรักษาอุณหภูมิร่างกายของตัวเอง

อีกตัวอย่างหนึ่งของการปรับอุณหภูมิตามพฤติกรรมคือการปรับท่าทาง เพื่อลดหรือเพิ่มพื้นผิวของร่างกายที่สัมผัสกับอากาศ เช่น ในฤดูหนาว สุนัขจิ้งจอกมักจะขดตัวและห่อตัวด้วยหางยาว ในเดือนที่อากาศอบอุ่น สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ จะโรยร่างกายของพวกมันด้วยน้ำลาย เพิ่มการกระจายความร้อนโดยการระเหย

แม้แต่การตอบสนองทางอุณหภูมิโดยไม่สมัครใจก็สามารถเกิดขึ้นได้จากการสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่เย็นหรือร้อน ในกรณีใด ๆ สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการแทรกแซงของศูนย์ควบคุมอุณหภูมิไฮโปทาลามิกซึ่งสามารถจับและประมวลผลสัญญาณที่มาจากตัวรับความร้อนทางผิวหนังและส่วนกลาง (อยู่ในสมอง, กระดูกสันหลัง สายสะดือและอวัยวะส่วนกลาง) ประสานการตอบสนองทางสรีรวิทยาที่เหมาะสมที่สุดในการรักษาอุณหภูมิของร่างกาย

การควบคุมอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมที่เย็น

การปรับอุณหภูมิให้เข้ากับความเย็นมีวัตถุประสงค์เพื่ออนุรักษ์และ/หรือผลิตความร้อน

ความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการผลิตความร้อนเรียกว่าเทอร์โมเจเนซิส เป็นข้อบังคับส่วนใหญ่และเชื่อมโยงกับกระบวนการทางสรีรวิทยาและเมตาบอลิซึมที่รับผิดชอบในการเคลื่อนไหว การย่อยอาหาร การดูดซึมและการประมวลผลของสารอาหารที่นำมาใช้กับอาหาร

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความสามารถในการเพิ่มการผลิตความร้อน (thermogenesis ทางเลือก) ไม่ว่าจะเกี่ยวข้องกับกลไกความตื่นเต้นหรือไม่ก็ตาม ในกรณีแรกเราพูดถึงเทอร์โมเจเนซิสที่สั่นเทา กลไกนี้นำไปสู่การผลิตความร้อนผ่านการหดตัวของเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อเป็นจังหวะและมีมิติเท่ากัน ไม่ได้มุ่งเป้าไปที่การเคลื่อนไหว การหดตัวและการคลายตัวสลับกันทำให้เกิดอาการสั่นที่เรียกว่าตัวสั่นซึ่งจะปรากฏขึ้นเมื่ออุณหภูมิของร่างกายมีแนวโน้มลดลง "อย่างเห็นได้ชัด" ตัวสั่นจะสร้างความร้อนในปริมาณที่มากกว่าความร้อนที่เกิดจากกล้ามเนื้อพักถึง 6-8 เท่า โดยปกติ จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อการหดตัวของหลอดเลือดสูงสุด (ดูด้านล่าง) ไม่สามารถรักษาอุณหภูมิของร่างกายได้

เทอร์โมเจเนซิสแบบไม่ตื่นเต้นหรือที่เรียกว่าเทอร์โมเจเนซิสเคมี เกี่ยวข้องกับการผลิตความร้อนผ่านปฏิกิริยาทางชีวเคมีแบบคายความร้อน ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในอวัยวะโดยเฉพาะ เช่น เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล (BAT) ตับ และกล้ามเนื้อ

เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลตามแบบฉบับของสัตว์จำศีลและพบได้ไม่บ่อยในมนุษย์ (มากกว่าในทารก) จึงถูกกำหนดไว้สำหรับลักษณะการสร้างเม็ดสีสีน้ำตาล (มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า) ที่ได้รับจากแคโรทีนอยด์ที่ระดับไมโทคอนเดรีย เซลล์ไขมันมีความแตกต่างกันสำหรับลักษณะเพิ่มเติมคือการปรากฏตัวของโปรตีนยล UCP1 โปรตีนนี้ตั้งอยู่ที่ระดับของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียมีลักษณะของการแยกตัวออกซิเดชันฟอสโฟรีเลชั่นดังนั้นจึงสนับสนุนการผลิตความร้อนโดยสร้าง โมเลกุลของเอทีพี เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลมีจุดประสงค์ในการเผาผลาญสารอาหาร (ส่วนใหญ่เป็นไขมัน) เพื่อเพิ่มการผลิตความร้อน การกระตุ้นของเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลซึ่งถูกกระตุ้นโดยความเย็นนั้นเชื่อมโยงกับการหลั่งของ noradrenaline และปฏิกิริยาเป็นหลัก ด้วยตัวรับ β3 แต่ยังรับประกันโดยกลไกต่อมไร้ท่อเช่นการปล่อย T3 e T4 จากต่อมไทรอยด์ เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลที่สะสมมากที่สุดจะถูกบันทึกไว้ในบริเวณ interscapular, periortic และ perirenal; ในระดับเหล่านี้พวกเขาจะตั้งอยู่ใกล้หลอดเลือดซึ่งปล่อยความร้อนเพื่อให้เลือดไหลเวียนไปยังบริเวณรอบข้างของร่างกาย

ปัจจุบันเชื่อกันว่าตับยังมีส่วนร่วมในการควบคุมอุณหภูมิ เพิ่มกิจกรรมการเผาผลาญซึ่งส่งผลให้เกิดความร้อนขึ้นเมื่อร่างกายมนุษย์สัมผัสกับอุณหภูมิต่ำ การค้นพบล่าสุดอีกประการหนึ่งคือการค้นพบไอโซฟอร์มของโปรตีน UCP1 ในกล้ามเนื้อ ซึ่งชี้ให้เห็นถึงบทบาททางความร้อนที่เกิดจากการเผาผลาญ (นอกเหนือจากความสามารถในการผลิตความร้อนผ่านการสั่น) สุดท้าย "การสัมผัสกับอุณหภูมิต่ำจะเพิ่ม" กิจกรรมการเต้นของหัวใจ จำเป็นเพื่อรองรับความต้องการเมแทบอลิซึมของเนื้อเยื่อที่เคลื่อนไหวในสถานการณ์เหล่านี้ (เช่น BAT) และเพื่อเพิ่มการถ่ายเทความร้อนที่เกิดขึ้นในทุกพื้นที่ทางกายวิภาค นอกจากการรับประกันทั้งหมดนี้แล้ว กิจกรรมการเต้นของหัวใจที่เพิ่มขึ้นยังอยู่ในตัวมันเองด้วย ทำให้เกิดความร้อนในปริมาณที่ไม่สำคัญ

การควบคุมการสูญเสียความร้อนอยู่ภายใต้กฎทางกายภาพของการนำ การพา การแผ่รังสี และการระเหย

การนำ: การถ่ายเทความร้อนระหว่างวัตถุสองชิ้นที่อุณหภูมิต่างกันโดยสัมผัสกันผ่านพื้นผิว

การแผ่รังสีหรือการแผ่รังสี: การถ่ายเทความร้อนระหว่างวัตถุสองชิ้นที่อุณหภูมิต่างกันซึ่งไม่ได้สัมผัสกัน การสูญเสียหรือได้มาซึ่งความร้อนเกิดขึ้นในรูปแบบของการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นในช่วงที่มองเห็นหรือช่วงอินฟราเรด ให้ชัดเจน เช่นเดียวกับที่ดวงอาทิตย์ทำให้โลกร้อนผ่านอวกาศ คิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของปริมาณความร้อนที่สูญเสียไปโดย ร่างกายมนุษย์.

การพาความร้อน: การถ่ายเทความร้อนจากร่างกายไปยังแหล่งที่เคลื่อนที่ผ่าน (กระแสอากาศหรือน้ำ) การเคลื่อนตัวของน้ำหรืออากาศเย็นผ่านผิวหนังที่อุ่นขึ้นทำให้เกิดการขจัดความร้อนอย่างต่อเนื่อง

การระเหย: การถ่ายเทความร้อนโดยทางผ่านจากของเหลวไปสู่สถานะก๊าซของของเหลวที่สูญเสียไปจากการขับเหงื่อ การสูญเสียที่ไม่รู้สึกตัวผ่านผิวหนังและทางเดินหายใจ

การลดการกระจายความร้อนในสิ่งแวดล้อมโดยพื้นฐานแล้วเกิดขึ้นจากการควบคุมการไหลเวียนของเลือดที่ผิวหนัง (vasoconstriction) และ piloerection (ในสัตว์ที่มีขน ระหว่างผิวหนังที่อบอุ่นและสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น เบาะอากาศจะถูกสร้างขึ้นซึ่งทำหน้าที่เป็นฉนวนความร้อน) .

ในส่วนของความอยากอาหารที่เพิ่มขึ้นนั้น จะเพิ่มการผลิตความร้อนผ่านกลไกเทอร์โมเจเนติกส์ที่เกิดจากอาหาร และสนับสนุนความต้องการพลังงานของอวัยวะที่เกี่ยวกับความร้อน

การควบคุมอุณหภูมิในสภาพแวดล้อมที่ร้อน

ในระหว่างที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่น สิ่งมีชีวิตจะทำปฏิกิริยาผ่านชุดของกลไกการกระจายตัวของความร้อน ในหลาย ๆ วิธีที่ตรงกันข้ามกับที่แสดงภาพประกอบ นอกจากนี้ ยังมีการระงับกระบวนการเมตาบอลิซึมที่เป็นรากฐานของการสร้างเทอร์โมเจเนซิสอีกด้วย ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ เราจำการขยายหลอดเลือดที่ผิวหนังและการเพิ่มขึ้นได้ ของเหงื่อออก ความถี่และความลึกของลมหายใจ (polypnea) กระบวนการทั้งหมดที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มการกระจายความร้อนผ่านการระเหย ในสถานการณ์เหล่านี้ ความอยากอาหารและอัตราการเต้นของหัวใจก็ลดลงเช่นกัน เพื่อตอบสนองต่อความต้องการออกซิเจนที่ลดลงโดยอวัยวะที่เกี่ยวกับความร้อน

ในกระบวนการปรับตัวในระยะยาว ยังสามารถเห็นคุณค่าของการหลั่งฮอร์โมนไทโรโทรปิกที่ต่อมใต้สมองลดลง ส่งผลให้การเผาผลาญอาหารช้าลง ดังนั้น การผลิตความร้อน

ดังที่กล่าวไว้ในบทที่แล้ว กระบวนการหดตัวของหลอดเลือดส่วนใหญ่ควบคุมโดยระบบประสาทขี้สงสาร กล้ามเนื้อเรียบในกล้ามเนื้อหูรูดและหลอดเลือดแดง precapillary ได้รับข้อมูลจากเซลล์ประสาท postganglionic sympathetic (adrenergic) หากอุณหภูมิลดลง (สัมผัสกับความเย็น) ไฮโปทาลามัสจะกระตุ้นเซลล์ประสาทเหล่านี้โดยการปล่อย noradrenaline เป็นตัวกำหนดการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือดแดงลดการไหลเวียนของเลือดที่ผิวหนัง . , ลดการไหลเวียนของเลือดบนผิวที่ทำให้เย็นโดยสภาพอากาศ ในขณะที่ vasoconstriction เป็นกระบวนการที่แอคทีฟ vasodilation เป็นกระบวนการที่ไม่โต้ตอบอย่างเด่นซึ่งขึ้นอยู่กับการระงับกิจกรรม vasoconstrictor โดยการยับยั้งกิจกรรมความเห็นอกเห็นใจ หากกระบวนการนี้เป็นเรื่องปกติของความเห็นอกเห็นใจ กิจกรรม แขนขาของร่างกายในส่วนอื่น ๆ ของร่างกาย vasodilation ได้รับการสนับสนุนโดยเซลล์ประสาทเฉพาะที่หลั่ง acetylcholine กรณีพิเศษยังแสดงโดยการขยายท้องถิ่นของเขตหลอดเลือดบางส่วนหลังจากการปล่อยไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) หรือสารพาราไครน์ขยายหลอดเลือดอื่น ๆ

ในบริบทของการควบคุมอุณหภูมิ การไหลเวียนของเลือดทางผิวหนังจะแตกต่างกันไปจากค่าที่ใกล้เคียงกับศูนย์ เมื่อจำเป็นต้องรักษาความร้อน มากถึงเกือบ 1/3 ของการส่งออกของหัวใจเมื่อความร้อนต้องถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม