TERMORREGULACIÓN: FISIOLOGIA, MECANISMES, TIPUS I ALTERACIONS - BIOLOGIA - 2025

La termoregulació és el procés que li permet als organismes regular la temperatura dels seus cossos, modulant la pèrdua i guany de calor. En el regne animal hi ha diferents mecanismes de regulació de la temperatura, tant fisiològics com etològics.

Regular la temperatura de el cos és una activitat bàsica per a qualsevol ésser viu, pel fet que el paràmetre és crític per a la homeòstasi de el cos i influència la funcionalitat dels enzims i altres proteïnes, la fluïdesa de la membrana, el flux d'ions, entre d'altres.

Els mamífers són homeoterms i endotermos. Font: Alan Wilson

En la seva forma més simple, les xarxes de termoregulació s'activen per mitjà d'un circuit que integra les entrades dels termoreceptors ubicats a la pell, a les vísceres, al cervell, entre altres.

Els mecanismes principals davant d'aquests estímuls de fred o calor inclouen vasoconstricció cutània, vasodilatació, producció de calor (termogènesi) i sudoració. Altres mecanismes inclouen comportaments per propiciar o reduir la pèrdua de calor.

Conceptes bàsics: calor i temperatura

Per parlar de la termoregulació en els animals, és menester conèixer la definició exacta de termes que sovint són confusos entre els estudiants.

Comprendre la diferència entre calor i temperatura és indispensable per entendre la regulació tèrmica dels animals. Farem servir cossos inanimats per il·lustrar la diferència: pensem en dues galledes d'un metall, un és 10 vegades més gran que l'altre.

Cada un d'aquests cubs està en una habitació a una temperatura de 25 ° C. Si mesurem la temperatura de cada bloc, tots dos estaran a 25 ° C, encara que un sigui gran i un altre petit.

Ara bé, si mesurem la quantitat de calor a cada bloc, el resultat entre tots dos serà diferent. Per dur a terme aquesta tasca hem de moure els blocs a un habitació amb temperatura de zero absolut i quantificar la quantitat de calor que desprenen. En aquest cas, el contingut de calor serà 10 vegades més gran en el cub de metall més gran.

temperatura

Gràcies a l'exemple anterior, podem concloure que la temperatura és la mateixa per als dos i independent de la quantitat de matèria de cada bloc. La temperatura és mesurada com la velocitat o intensitat de el moviment de les molècules.

En la literatura biològica, quan els autors esmenten a la "temperatura corporal" es refereixen a la temperatura de les regions centrals de el cos ia les perifèriques. La temperatura de les regions centrals reflecteixen la temperatura dels teixits "profunds" de el cos - cervell, cor i fetge.

La temperatura de les regions perifèriques, per la seva banda, és influenciada pel pas de la sang a la pell i es mesura en la pell de mans i peus.

calor

En contrast - i tornant a l'exemple dels blocs - la calor és diferent en els dos cossos inerts i directament proporcional a la quantitat de matèria. És una forma d'energia i depèn de el nombre d'àtoms i molècules de la substància en qüestió.

Tipus: relacions tèrmiques entre els animals

En fisiologia animal, hi ha una sèrie de termes i categories usades per a descriure les relacions tèrmiques entre els organismes. Cada un d'aquests grups animals té adaptacions especials - fisiològiques, anatòmiques o anatòmiques - que els ajuda a mantenir la seva temperatura corporal en un rang adequat.

A la vida quotidiana, fem una crida als animals endotermos i homeoterms com "de sang calenta", i als animals poiquiloterms i ectotermo com "de sang freda".

Endotermo i ectotermo

El primer terme és endotermia, usat quan l'animal aconsegueix escalfar mitjançant la producció metabòlica de calor. El concepte oposat és la ectotèrmia, on la temperatura de l'animal està imposada pel medi ambient circumdant.

Alguns animals són incapaços de ser endotermos, perquè encara que produeixen calor no ho fan prou ràpid com per retenir-lo.

Poiquilotermo i homeotermo

Una altra manera de classificar-los és segons la termoregulació de l'animal. El terme poiquilotermo és usat per referir-se a animals amb temperatures corporals variables. En aquests casos, la temperatura de el cos és alta en els ambients calents i és baixa en els ambients freds.

Un animal poiquilotermo pot autoregular la seva temperatura per mitjà de comportaments. És a dir, situant-se en zones amb alta radiació solar per incrementar la temperatura o bé amagar-se de aquesta radiació per disminuir-la.

Els termes poiquilotermo i ectotermo fan referència a bàsicament el mateix fenomen. No obstant això, poiquilotermo fa èmfasi en la variabilitat de la temperatura corporal, mentre a ectotermo es refereix a la importància de la temperatura ambiental per determinar la temperatura corporal.

El terme contrari a poiquilotermo és homeotermo: termoregulació per mitjans fisiològics - i no només gràcies a l'desplegament de comportaments. La majoria dels animals endotermos són capaços de regular la seva temperatura.

exemples

peixos

Els peixos són l'exemple perfecte d'animals ectoterms i poiquiloterms. En el cas d'aquests vertebrats nedadors, els seus teixits no produeixen calor per vies metabòliques ia més, la temperatura de l'peix ve determinada per la temperatura de el cos d'aigua on neden.

rèptils

Els rèptils exhibeixen comportaments molt marcats que els permet regular (per via etològica) la seva temperatura. Aquests animals busquen regions càlides - com posar-se sobre una pedra calenta - per aconseguir augmentar la temperatura. En cas contrari, on vulguin disminuir-la, busquessin amagar-se de la radiació.

Aus i mamífers

Els mamífers i les aus són exemples d'animals endotermos i homeoterms. Aquests produeixen per via metabòlica seva temperatura corporal i la regulen fisiològicament. Alguns insectes també exhibeixen aquest patró fisiològic.

La capacitat de regular la seva temperatura li va atorgar a aquests dos llinatges d'animals un avantatge sobre els seus contraparts poiquiloterms, ja que poden establir un equilibri tèrmic en les seves cèl·lules i en els seus òrgans. Això va fer que els processos de nutrició, metabolisme i excreció fossin més robustos i eficients.

L'ésser humà, per exemple, manté la seva temperatura a 37 ° C, dins d'un rang bastant estret - entre els 33,2 i 38,2 ° C. El sosteniment d'aquest paràmetre és totalment crític per a la supervivència de l'espècie i mitja una sèrie de processos fisiològics en el cos.

Alternança de espacial i temporal de la endotermia i ectotèrmia

La distinció entre aquestes quatre categories sol tornar confusa quan examinem casos d'animals que són capaços d'alternar entre les categories, ja sigui de manera espacial o temporal.

La variació temporal de la regulació tèrmica pot exemplificar amb els mamífers que experimenten períodes d'hibernació. Aquests animals generalment són homeoterms durant les èpoques de l'any en què no estan hibernant i durant la hibernació no són capaços de regular la seva temperatura corporal.

La variació espacial passa quan l'animal regula de manera diferencial la temperatura a les regions corporals. Els borinots i altres insectes poden regular la temperatura de les seves segments toràcics i són incapaços de regular la resta de les regions. A aquesta condició de regulació diferencial se li denomina heterotermia.

Fisiologia de la termoregulació

Com qualsevol sistema, la regulació fisiològica de la temperatura corporal necessita de la presència d'un sistema aferent, un centre de control i un sistema eferent.

El primer sistema, el aferent, s'encarrega de la captació de la informació per mitjà dels receptors cutanis. Posteriorment, la informació és transmesa a el centre termoregulador per via neural a través de la sang.

En condicions normals, els òrgans de el cos que generen calor són el cor i el fetge. Quan el cos es troba realitzant treball físic (exercici), el múscul esquelètic també és una estructura generadora de calor.

L'hipotàlem és el centre termoregulador i les tasques es divideixen en pèrdua i guany de calor. La zona funcional per intervenir el manteniment de calor es localitza a la zona posterior de l'hipotàlem, mentre que la pèrdua és intervinguda per la regió anterior. Aquest òrgan funciona com un termòstat.

El control de sistema passa de manera doble: positiu i negatiu, intervingut per l'escorça del cervell. Les respostes efectores són de l'tipus conductual o intervingudes pel sistema nerviós autònom. Aquests dos mecanismes seran estudiats més endavant.

Mecanismes de termoregulació

mecanismes fisiològics

Els mecanismes per regular la temperatura varien entre el tipus d'estímul rebut, és a dir, si és un augment o una disminució de la temperatura. Així que farem servir aquest paràmetre per establir una classificació dels mecanismes:

Regulació per a temperatures altes

Per aconseguir la regulació de la temperatura corporal davant estímuls de calor, el cos ha de propiciar la pèrdua de la mateixa. Existeixen diversos mecanismes:

vasodilatació

En els humans, una de les característiques més cridaneres de la circulació cutània és la gran quantitat de vasos sanguinis que posseeix. La circulació sanguínia per la pell té la propietat de variar molt en funció de les condicions de l'ambient i modificar-se des alts fins baixos fluxos de sang.

L'habilitat de la vasodilatació és crucial en la termoregulació dels individus. El flux sanguini elevat durant els períodes d'increment de temperatura permet el cos incrementar la transmissió de calor, des del nucli de el cos a la superfície de la pell, per finalment ser dissipat.

Quan s'incrementa el flux de sang, augmenta al seu torn el volum cutani sanguini. Així, una major quantitat de sang es fa arribar des del nucli de el cos a la superfície de la pell, on ocorre la transferència de calor. La sang, ara més freda, es fa arribar novament a l'nucli o a centre de el cos.

suor

Juntament amb la vasodilatació, la producció de suor és crucial per a la termoregulació ja que ajuda a la dissipació de la calor excessiva. De fet, la producció i posterior evaporació de la suor són els mecanismes principals de el cos per perdre calor. També actuen durant l'activitat física.

La suor és un fluid produït per glàndules sudorípares denominades eccrines, distribuïdes per tot el cos en una densitat importante.La evaporació de la suor aconsegueix transferir la calor de el cos a l'ambient com a vapor d'aigua.

Regulació per a temperatures baixes

En contrast als mecanismes esmentats a l'apartat anterior, davant de situacions de descens de temperatura el cos ha de promoure la conservació i producció de la calor de la següent manera:

vasoconstricció

Aquest sistema segueix la lògica contrària descrita a la vasodilatació, així que no ens estendrem molt en l'explicació. El fred estimula contracció dels vasos cutanis, evitant així la dissipació de calor.

piloerecció

T'has preguntat per què apareix la "pell de gallina" quan estem davant d'temperatures baixes? És un mecanisme per evitar la pèrdua de calor denominat piloerecció. No obstant això, com els humans tenim relativament poc pèl en el nostre cos, es considera un sistema poc efectiu i rudimentari.

Quan ocorre l'elevació de cada pèl, es veu incrementada la capa d'aire que entra en contacte amb la pell, la qual cosa disminueix la convecció de l'aire. Així es redueix la pèrdua de calor.

Producció de calor

La manera més intuïtiva de contrarestar les baixes temperatura és mitjançant la producció de calor. Aquesta pot ocórrer de dues maneres: per termogènesi tiritante i no tiritante.

En el primer cas, el cos produeix contraccions musculars ràpides i involuntàries (per això tremoles quan tens fred) que porten a la producció de calor. La producció tiritante és costosa - energèticament parlant - així que el cos recorrerà a aquesta si arribessin a fallar els sistemes anteriorment esmentats.

El segon mecanisme està liderat per un teixit anomenat greix marró (o teixit adipós marró, en la literatura en anglès sol resumir sota el acrònic de BAT per brown adipose tissue).

Aquest sistema s'encarrega de desacoblar la producció d'energia en el metabolisme: en comptes de formar ATP, es porta a la producció de calor. És un mecanisme particularment important en nens i en mamífers de mida petita, encara que l'evidència més recent ha notat que també és rellevant en adults.

mecanismes etològics

Els mecanismes etològics consisteixen en totes les conductes que exhibeixen els animals per regular la seva temperatura. Com esmentem en l'exemple dels rèptils, els organismes poden situar-se en l'ambient propici per a propiciar o evitar la pèrdua de calor.

Diferents parts d'el cervell es veuen involucrades en el processament d'aquesta resposta. En els humans aquestes conductes són efectives, encara que no estan finament regulades com les fisiològiques.

Alteracions de la termoregulació

El cos experimenta petits i delicats canvis de temperatura al llarg del dia, depenent d'algunes variables, com el ritme circadià, el cicle hormonal, entre altres aspectes fisiològics.

Com hem esmentat, la temperatura corporal orquestra un enorme ventall de processos fisiològics i la pèrdua de regulació de la mateixa pot portar a condicions devastadores dins l'organisme afectat.

Tots dos extrems tèrmics - tant alts com baixos - afecten de manera negativa als organismes. Temperatures molt altes, per sobre dels 42 ° C en l'ésser humà, afecten de manera molt marcada a les proteïnes, promovent la seva desnaturalització. A més, es veu afectada la síntesi de l'ADN. Els òrgans i les neurones també es veuen danyats.

De la mateixa manera, temperatures menors a 27 ° C porten a la hipotèrmia severa. Els canvis en l'activitat neuromuscular, cardiovascular i respiratòria tenen conseqüències fatals.

Múltiples òrgans es veuen afectats quan la termoregulació no funciona de la manera correcta. Entre ells, el cor, el cervell, el tracte gastrointestinal, els pulmons, els ronyons i el fetge.

referències

1. Arellano, JLP, & de el Pou, SDC (2013). Manual de patologia general. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Invited review: uncoupling proteins and thermoregulation. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Mechanisms and modifiers of reflex induced Cutaneous vasodilation and vasoconstriction in humans. Journal of applied physiology (Bethesda, Md.: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Fisiologia animal comparada: un enfocament ambiental. Reverté.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Animal physiology. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Deconstructing mammalian thermoregulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Central control of body temperature. F1000Research, 5, F1000 Facultat Rev-880.