التنظيم الحراري هو نظام متكامل للآليات البيولوجية ، مسؤول عن الحفاظ على درجة حرارة داخلية ثابتة تقريبا بشكل مستقل عن الظروف المناخية الخارجية للكائن الحي. هذه الآليات - فعالة بشكل خاص في الطيور والثدييات (جميع الأدوية المنزلية) ، أقل في الأسماك والحيوانات البرمائية والزواحف (الحيوانات ذات البويستايل الحراري) - وتشمل عمليات الإنتاج والحفظ وتشتت الحرارة.
وبما أن الشخص البدني لا يأكل بشكل غير طبيعي في كثير من الأحيان مقارنة بالأفراد الآخرين ذوي الوزن الطبيعي ، الذين يأكلون أكثر في بعض الأحيان ، فمن المفترض أنه - مع نفس النشاط البدني - يمكن أن تؤدي التغييرات في العمليات الحرارية إلى انخفاض استهلاك الطاقة ، مع تراكم الطاقة الزائدة في شكل الدهون. وبالتالي فإن الأشخاص الرقيقة ، على عكس البدناء ، سيكونون أفضل في التخلص من الطعام الزائد (انظر الأنسجة الدهنية البنية) في شكل حرارة.
يمكن أن يكون التنظيم الحراري طوعيًا أو لاإراديًا قبل كل شيء. في الحالة الأولى ، الحيوان نفسه هو أن يضع طواعية استراتيجيات السلوكية المناسبة ، مثل البحث عن مأوى محمي من العناصر أو الهجرة في الأماكن الأكثر ملائمة للحفاظ على درجة حرارة جسمه.
يمكن استحضار استجابات تنظيم الحرارة غير الطوعي عن طريق التعرض للبيئات الباردة أو البيئات الدافئة. على أي حال ، يتصورون تدخل مركز تنظيم الحرارة الوطائي ، القادر على التقاط ومعالجة الإشارات القادمة من المستقبلات الحرارية الجلدية والمركزية (الموجودة في الدماغ والحبل الشوكي والأعضاء المركزية) ، وتنسيق الاستجابة الفسيولوجية الأكثر ملاءمة للحفاظ على درجة حرارة الجسم.
منظم الحرارة في البيئات الباردة
تم تصميم التكيفات الحرارية القابلة للتنظيم للحفاظ على الحرارة و / أو إنتاجها.
تسمى قدرة الكائن الحي على إنتاج الحرارة بالحرارة. وهو إلزامي إلى حد كبير ويرتبط بالعمليات الفيزيولوجية والأيضية المسؤولة عن الحركة ، والهضم ، والامتصاص ومعالجة العناصر الغذائية المدخلة مع النظام الغذائي.
لدى الثدييات القدرة على زيادة إنتاج الحرارة (thermogenesis الاختيارية) ، التي تنطوي على آلية التبريد أو لا. في الحالة الأولى نتحدث عن ترتجج ثيرموغينيسيس (الارتعاش). هذه الآلية تؤدي إلى إنتاج الحرارة من خلال انكماش إيقاعي ومتساوي للنسيج العضلي ، وليس الهدف من الحركة. يؤدي التناوب بين التقلصات والاسترخاء إلى هزة مميزة تسمى الرجفة ، والتي تظهر عندما تنخفض درجة حرارة الجسم "بشكل ملحوظ". يولد الرجفة حصة من الحرارة حتى 6-8 مرات أكبر من تلك التي تنتجها العضلات عند الراحة. عادةً ما يحدث هذا فقط عندما لا يتمكن الحد الأقصى من تضيق الأوعية (انظر لاحقًا) من الحفاظ على درجة حرارة الجسم.
ينطوي ثيرموغينيسيس القصب ، الذي يسمى أيضًا بالحرارة الكيميائية ، على إنتاج الحرارة من خلال التفاعلات الكيميائية الحيوية الطاردة للحرارة (التي تولد الحرارة). تحدث هذه التفاعلات في أجهزة معينة ، مثل الأنسجة الدهنية البنية (BAT) والكبد والعضلات.
النسيج البني الشحمي ، نموذجي للحيوانات السبات ونقص في البشر (أعلى عند الرضع) ، وبالتالي يتم تعريفه للتصبغ البني المميز (المرئي للعين المجردة) الذي تعطيه الكاروتينات الموجودة على مستوى الميتوكوندريا. وتتميز هذه النباتات الطاقة من الخلايا الدهنية البنية عن طريق ميزة أخرى ، وجود البروتين الميتوكوندريا UCP1. هذا البروتين ، الموجود على مستوى الغشاء المتقدري ، له خاصية فصل الفسفرة التأكسدية ، مما يؤيد إنتاج الحرارة على حساب تشكيل الجزيئات ATP. باختصار ، تم تصميم الأنسجة الدهنية البنية لحرق العناصر الغذائية (الدهون بالدرجة الأولى) من أجل زيادة إنتاج الحرارة. ويرتبط تنشيط الأنسجة الدهنية البنية ، التي يحفزها البرد ، بشكل رئيسي بإطلاق النورأدرينالين وتفاعله مع المستقبلات β3 ، ولكن أيضًا بضمان آليات الغدد الصماء مثل إطلاق T3 و T4 من الغدة الدرقية. يتم تسجيل أكبر رواسب من الأنسجة الدهنية البنية في المواقع بين القطبين ، المحيطة بالكلية و perirenal ؛ على هذه المستويات ، يتم وضعها بالقرب من الأوعية الدموية ، والتي تعطي الحرارة بحيث يتم نقل هذا مع تدفق الدم إلى المناطق الطرفية من الجسم.
ويعتقد حاليًا أن الكبد يشارك أيضًا في التنظيم الحراري ، مما يزيد من نشاطه الاستقلابي - مما يؤدي إلى إنتاج الحرارة - عندما يتعرض الجسم البشري لدرجات حرارة منخفضة. اكتشاف آخر تم اكتشافه هو اكتشاف البروتينات الإسوية UCP1 في العضلات ، مما يشير إلى دور حراري مفترض للأصل الأيضي (بالإضافة إلى القدرة على إنتاج الحرارة من خلال رجفة). وأخيراً ، يؤدي التعرض لدرجات الحرارة المنخفضة إلى زيادة نشاط القلب ، اللازم لدعم المتطلبات الأيضية للأنسجة النشطة في هذه الظروف (مثل BAT) ولزيادة نقل الحرارة المنتجة في جميع المناطق التشريحية. بالإضافة إلى ضمان كل هذا ، فإن الزيادة في نشاط القلب هي نفسها قادرة على إنتاج كمية لا تذكر من الحرارة.
يخضع التحكم في فقد الحرارة للقوانين الفيزيائية للتوصيل والحمل الحراري والإشعاع والتبخر.
CONDUCTION : نقل الحرارة بين جسمين في درجات حرارة مختلفة ، في اتصال مع بعضها البعض من خلال السطح.
الإشعاع أو الإشعاع : نقل الحرارة بين جسمين عند درجات حرارة مختلفة ، والتي ليست على اتصال. يحدث فقدان أو شراء الحرارة في شكل إشعاع بأطوال موجية في مدى الرؤية أو الأشعة تحت الحمراء ؛ إذا جاز التعبير ، فهي بنفس الطريقة التي تدفئ بها الشمس الأرض عبر الفضاء. يشكل فقدان الحرارة عن طريق الإشعاع أكثر من نصف الحرارة المفقودة بواسطة جسم الإنسان.
CONVECTION : انتقال الحرارة من الجسم إلى مصدر يتحرك خلاله (التيارات الهوائية أو الماء). حركة الماء أو الهواء البارد من خلال سخونة الجلد تسبب القضاء المستمر على الحرارة.
التخلل : انتقال الحرارة بالمرور من السائل إلى الحالة الغازية للسوائل المفقودة من خلال التعرق والخسائر غير الحساسة عبر الجلد والجهاز التنفسي.
الحد من التشتت الحراري في البيئة يحدث بشكل أساسي من خلال احتواء تدفق الدم الجلدي (تضيق الأوعية) و التحفيز (في حيوانات الفراء ، بين الجلد الساخن و البيئة الباردة ، يتم تكوين وسادة هوائية تعمل من العزل الحراري).
من ناحية أخرى ، فإن زيادة الشهية تزيد من إنتاج الحرارة من خلال الآليات الحرارية التي يسببها النظام الغذائي ، وتدعم متطلبات الطاقة للأجهزة الحرارية.
منظم الحرارة في البيئات الساخنة
خلال فترة البقاء في البيئات الدافئة ، يتفاعل الجسم من خلال سلسلة من الآليات الحرارية ، وبطرق عديدة تتعارض مع تلك التي تم توضيحها للتو. علاوة على ذلك ، هناك تعليق للعمليات الأيضية الكامنة وراء thermogenesis اختياري. من بين هؤلاء نتذكر توسع الأوعية الجلدي وزيادة التعرق ، وتواتر وعمق التنفس (polypnea) ، وجميع العمليات التي تهدف إلى زيادة تشتت الحرارة عن طريق التبخر. في هذه الظروف ، تنخفض الشهية ومعدل ضربات القلب أيضًا ، استجابةً لانخفاض الطلب على الأكسجين من الأعضاء الحرارية.
بين عمليات التكيف على المدى الطويل يمكننا أيضا أن نقدر انخفاض في إفراز هرمون الغدة النخامية الغدة النخامية ، مع تباطؤ بالتالي الأيض ، وبالتالي إنتاج الحرارة.
كما ذكر في الفصل السابق ، يتم التحكم في عملية تضيق الأوعية إلى حد كبير من قبل الجهاز العصبي الودي. العضلات الملساء على مستوى العضلة العاصرة ما قبل الصدمة والشرايين يتلقى afferents من الخلايا العصبية متعاطفة (adrenergic) postganglion. إذا انخفضت درجة الحرارة العميقة (التعرض للبرد) ، ينشط الوطاء انتقائيًا هذه العصبونات ، والتي من خلال إطلاق النورأدرينالين تحدد تقلص العضلات الملساء الشريانية ، مما يقلل من تدفق الدم الجلدي. هذه الاستجابة الحرارية تحافظ على دفء الدم إلى الأعضاء الداخلية ، مما يقلل من تدفق الدم على سطح الجلد البارد بسبب الطقس. في حين أن تضيق الأوعية هو عملية نشطة ، فإن توسع الأوعية هو عملية سلبية في الغالب ، تعتمد على تعليق نشاط تضيق الأوعية عن طريق تثبيط النشاط المتعاطف. إذا كانت هذه العملية نموذجية لأطراف الجسم ، في أجزاء أخرى من توسع الأوعية الدموية في الجسم يفضلها الخلايا العصبية المتخصصة التي تفرز أستيل كولين. حالات خاصة هي أيضا ممثلة بالتوسع المحلي لبعض المناطق الوعائية بعد إطلاق أول أكسيد النيتروجين (NO) ، أو غيرها من المواد paracrine توسع الأوعية.
في سياق تنظيم الحرارة ، يختلف تدفق الدم الجلدي من قيم قريبة من الصفر ، عندما يكون من الضروري الحفاظ على الحرارة ، حتى ما يقرب من 1/3 من النتاج القلبي عندما يجب إطلاق الحرارة إلى البيئة.
