Termoregulacija je integrirani sustav bioloških mehanizama, odgovoran za održavanje gotovo konstantne unutarnje temperature bez obzira na klimatske uvjete izvan organizma. Ovi mehanizmi - osobito učinkoviti kod ptica i sisavaca (sve domaće životinje), manje u riba, vodozemaca i gmazova ( poikilotermne životinje) - uključuju procese proizvodnja, skladištenje I disperzija topline.
Budući da pretili subjekt često ne jede nenormalno u usporedbi s drugim osobama normalne tjelesne težine, koje ponekad jedu i više, vjerojatno je da - s istom tjelesnom aktivnošću - promjene procesa termoregulacije mogu dovesti do smanjene potrošnje energije, nakupljanje viška energije u obliku masti. Tanki ispitanici, za razliku od pretilih, stoga bi bili bolji u odlaganju viška hrane (vidi smeđe masno tkivo) u obliku topline.
Termoregulacija prije svega može biti dobrovoljna ili nenamjerna. U prvom slučaju, sama je životinja ta koja dobrovoljno pokreće odgovarajuće strategije ponašanja, poput potrage za jazbinom zaklonjenom od elemenata ili migracijom na mjesta najprikladnija za održavanje vlastite tjelesne temperature.
Čak i nehotični termoregulacijski odgovori mogu se izazvati izlaganjem hladnom ili vrućem okruženju. U svakom slučaju, oni uključuju intervenciju hipotalamusnog termoregulacijskog centra, sposobnog uhvatiti i obraditi signale koji dolaze iz kožnih i središnjih termoreceptora (koji se nalaze u mozgu, kralježnici vrpca i središnji organi), koordinirajući fiziološki odgovor najprikladniji za održavanje tjelesne temperature.
Termoregulacija u hladnom okruženju
Termoregulacijske prilagodbe hladnoći imaju za cilj očuvanje i / ili proizvodnju topline.
Sposobnost organizma da proizvodi toplinu naziva se termogeneza; uvelike je obvezan i povezan je s fiziološkim i metaboličkim procesima odgovornim za kretanje, probavu, apsorpciju i preradu hranjivih tvari unesenih prehranom.
Sisavci imaju sposobnost povećati proizvodnju topline (izborna termogeneza), bez obzira uključuje li to mehanizam uzbuđenja. U prvom slučaju govorimo o drhtavoj termogenezi. Ovaj mehanizam dovodi do stvaranja topline ritmičkim i izometrijskim kontrakcijama mišićnog tkiva, koje nije usmjereno na kretanje. Naizmjeničnost kontrakcija i opuštanja dovodi do karakterističnog podrhtavanja zvanog drhtavica, koje se javlja kada se tjelesna temperatura nastoji smanjiti "primjetno". Drhtavica stvara količinu topline 6-8 puta veću od one koju proizvodi mirovanje mišića. Obično , javlja se samo kada maksimalna vazokonstrikcija (vidi dolje) nije mogla održati tjelesnu temperaturu.
Neodoljiva termogeneza, koja se naziva i kemijska termogeneza, uključuje proizvodnju topline egzotermnim (generiranjem topline) biokemijskim reakcijama. Ove se reakcije javljaju u određenim organima, poput smeđeg masnog tkiva (BAT), jetre i mišića.
Smeđe masno tkivo, tipično za životinje u hibernaciji i rijetko kod ljudi (veće u dojenčadi), tako je definirano za karakterističnu smeđu pigmentaciju (vidljivu golim okom) koju daju karotenoidi prisutni na razini mitohondrija. Ti energetski centri smeđe boje masne stanice razlikuju se po daljnjoj karakteristici, prisutnosti mitohondrijskog proteina UCP1. Ovaj protein, koji se nalazi na razini mitohondrijske membrane, ima karakteristiku razdvajanja oksidativne fosforilacije, čime se pogoduje proizvodnji topline na račun stvaranja Molekule ATP., Smeđe masno tkivo ima svrhu sagorijevanja hranjivih tvari (uglavnom masti) kako bi povećalo proizvodnju topline. Aktivacija smeđeg masnog tkiva, potaknuta hladnoćom, uglavnom je povezana s oslobađanjem noradrenalina i njegovom interakcijom s receptorima β3, ali i zajamčeno endokrinim mehanizmima poput oslobađanja T3 e T4 iz štitnjače. Najveće naslage smeđeg masnog tkiva zabilježene su u interskapularnom, periaortnom i perirenalnom području; na tim razinama nalaze se u blizini krvnih žila, do kojih ispuštaju toplinu tako da se ona zajedno s protokom krvi prenosi do perifernih područja tijela.
Trenutno se vjeruje da jetra također sudjeluje u termoregulaciji, povećavajući svoju metaboličku aktivnost - što rezultira proizvodnjom topline - kada je ljudsko tijelo izloženo niskim temperaturama. Još jedno nedavno otkriće bilo je otkriće izoformi proteina UCP1 u mišićima, što ukazuje na navodnu termogenetsku ulogu metaboličkog podrijetla (uz sposobnost stvaranja topline kroz drhtanje). Konačno, "izloženost niskim temperaturama povećava" srčanu aktivnost, neophodne za podnošenje metaboličkih zahtjeva aktivnih tkiva u tim okolnostima (kao što su BAT) i za povećanje prijenosa topline koja se u njima proizvodi u svim anatomskim područjima. Osim što jamči sve to, povećanje srčane aktivnosti samo po sebi može proizvodeći zanemarivu količinu topline.
Kontrolom gubitaka topline upravljaju fizički zakoni provođenja, konvekcije, zračenja i isparavanja.
VODENJE: prijenos topline između dva objekta na različitim temperaturama, u međusobnom dodiru kroz površinu.
ZRAČENJE ili ZRAČENJE: prijenos topline između dva objekta na različitim temperaturama, koji NISU u dodiru. Gubitak ili stjecanje topline događa se u obliku zračenja valnih duljina u vidljivom ili infracrvenom području; da budemo jasni, to je isti način na koji Sunce grije Zemlju kroz svemir. Čini više od polovice količine topline izgubljene ljudsko tijelo.
KONVEKCIJA: prijenos topline s tijela na izvor koji se kroz njega kreće (strujanja zraka ili vode). Kretanje vode ili hladnog zraka kroz topliju kožu uzrokuje kontinuirano uklanjanje topline.
ISPARIVANJE: prijenos topline prolaskom iz tekućeg u plinovito stanje tekućina izgubljenih znojenjem, neosjetljivi gubici kroz kožu i dišne puteve.
Do smanjenja toplinske disperzije u okolišu dolazi u osnovi ograničavanjem kožnog protoka krvi (vazokonstrikcija) i piloerekcijom (kod krznenih životinja između tople kože i hladnog okoliša stvara se zračni jastuk koji djeluje kao toplinski izolator) .
Povećanje apetita, sa svoje strane, povećava proizvodnju topline kroz termogenetske mehanizme izazvane ishranom i podržava energetske potrebe termogenetskih organa.
Termoregulacija u vrućim okruženjima
Tijekom boravka u toplim okruženjima organizam reagira kroz niz termodisperzivnih mehanizama, na mnogo načina suprotnih od upravo prikazanih; štoviše, postoji suspenzija metaboličkih procesa u osnovi izborne termogeneze. Među njima se sjećamo kožne vazodilatacije i povećanja znojenja, učestalosti i dubine udisaja (polipneja), svih procesa koji imaju za cilj povećati raspršivanje topline isparavanjem. U tim okolnostima, apetit i broj otkucaja srca također se smanjuju, kao odgovor na manju potražnju za kisikom od strane termogenetskih organa.
Među procesima dugotrajne prilagodbe također je moguće ocijeniti smanjenje lučenja hipofize tireotropnog hormona, s posljedičnim usporavanjem metabolizma, dakle proizvodnje topline.
Kao što je spomenuto u prethodnom poglavlju, proces vazokonstrikcije uvelike kontrolira simpatički živčani sustav. Glatki mišići u prekapilarnim sfinkterima i arteriolama primaju ulaz od postganglijskih simpatičkih (adrenergičkih) neurona. Ako duboka temperatura padne (izloženost hladnoći), hipotalamus selektivno aktivira te neurone, koji oslobađanjem noradrenalina određuju kontrakciju glatkih mišića arteriola, smanjujući protok krvi kroz kožu. Ovaj termoregulacijski odgovor održava krv toplijom prema unutarnjim organima ., umanjujući protok krvi na površini kože koju su vremenske prilike hladile. Iako je vazokonstrikcija aktivan proces, vazodilatacija je pretežno pasivan proces, koji ovisi o obustavi vazokonstriktorske aktivnosti inhibiranjem simpatičke aktivnosti. Ako je ovaj proces tipičan za simpatikus ekstremiteti tijela, u drugim dijelovima tijela vazodilataciju pogoduju specijalizirani neuroni koji luče acetilkolin. Posebne slučajeve predstavljaju i lokalno širenje nekih vaskularnih okruga nakon oslobađanja dušikovog monoksida (NO) ili drugih vazodilatacijskih parakrinih tvari.
U kontekstu termoregulacije, kožni protok krvi varira od vrijednosti blizu nule, kada je potrebno očuvati toplinu, do gotovo 1/3 srčanog volumena kada se toplina mora otpustiti u okoliš.
