التنظيم الحراري هو نظام متكامل من الآليات البيولوجية ، وهو مسؤول عن الحفاظ على درجة حرارة داخلية ثابتة تقريبًا بغض النظر عن الظروف المناخية خارج الكائن الحي.هذه الآليات - فعالة بشكل خاص في الطيور والثدييات (جميع الحيوانات ذات الحرارة المتجانسة) ، بدرجة أقل في الأسماك والبرمائيات والزواحف ( الحيوانات شديدة الحرارة) - تشمل عمليات إنتاج, تخزين و تشتت من الحرارة.
نظرًا لأن الشخص الذي يعاني من السمنة لا يأكل في كثير من الأحيان بشكل غير طبيعي عند مقارنته بالأفراد الآخرين ذوي الوزن الطبيعي ، والذين يأكلون أكثر في بعض الأحيان ، فمن المفترض - مع نفس النشاط البدني - أن التغييرات في عمليات التنظيم الحراري يمكن أن تؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة ، مع تراكم الطاقة الزائدة على شكل دهون ، لذا فإن الأشخاص النحيفين ، على عكس البدناء ، سيكونون أفضل في التخلص من الطعام الزائد (انظر الأنسجة الدهنية البنية) في شكل حرارة.
يمكن أن يكون التنظيم الحراري أولاً وقبل كل شيء طوعيًا أو لا إراديًا. في الحالة الأولى ، يكون الحيوان نفسه هو الذي يقوم طوعًا بتحريك استراتيجيات سلوكية مناسبة ، مثل البحث عن وكر محمي من العناصر أو الهجرة إلى الأماكن الأكثر ملاءمة للحفاظ على درجة حرارة جسمه.
حتى استجابات التنظيم الحراري اللاإرادية يمكن استحضارها من خلال التعرض للبيئات الباردة أو الساخنة. على أي حال ، فإنها تنطوي على تدخل مركز تنظيم الحرارة تحت المهاد ، القادر على التقاط ومعالجة الإشارات القادمة من المستقبلات الحرارية الجلدية والمركزية (الموجودة في الدماغ ، العمود الفقري) الحبل والجهاز المركزي) ، وتنسيق الاستجابة الفسيولوجية الأكثر ملاءمة للحفاظ على درجة حرارة الجسم.
التنظيم الحراري في البيئات الباردة
الغرض من التكيفات الحرارية المنظمة للبرودة هو الحفاظ على الحرارة و / أو إنتاجها.
تسمى قدرة الكائن الحي على إنتاج الحرارة توليد الحرارة ؛ إنه إلزامي إلى حد كبير ويرتبط بالعمليات الفسيولوجية والاستقلابية المسؤولة عن الحركة والهضم وامتصاص ومعالجة العناصر الغذائية التي يتم إدخالها مع النظام الغذائي.
تتمتع الثدييات بالقدرة على زيادة إنتاج الحرارة (التوليد الحراري الاختياري) ، سواء كانت تتضمن آلية التشويق أم لا. في الحالة الأولى نتحدث عن توليد الحرارة المرتعش. تؤدي هذه الآلية إلى إنتاج الحرارة من خلال تقلص إيقاعي ومتساوي القياس للأنسجة العضلية ، لا يهدف إلى الحركة. يؤدي تناوب الانقباضات والاسترخاء إلى رعشة مميزة تسمى الارتعاش ، والتي تظهر عندما تميل درجة حرارة الجسم إلى الانخفاض "بشكل ملحوظ". وتولد الرجفة كمية من الحرارة تصل إلى 6-8 مرات أكبر من تلك التي تنتجها العضلة المريحة. ، يحدث فقط عندما يكون تضيق الأوعية القصوى (انظر أدناه) غير قادر على الحفاظ على درجة حرارة الجسم.
يتضمن التوليد الحراري غير المثير ، الذي يُطلق عليه أيضًا التوليد الحراري الكيميائي ، إنتاج الحرارة من خلال التفاعلات الكيميائية الحيوية الطاردة للحرارة (المولدة للحرارة). تحدث هذه التفاعلات في أعضاء معينة ، مثل الأنسجة الدهنية البنية (BAT) والكبد والعضلات.
النسيج الدهني البني ، النموذجي للحيوانات السباتية والندرة عند البشر (أكبر عند الرضع) ، يُعرف بالتصبغ البني المميز (المرئي للعين المجردة) الناتج عن الكاروتينات الموجودة على مستوى الميتوكوندريا. مراكز الطاقة هذه للبني تتميز الخلية الدهنية بخاصية أخرى ، وهي وجود بروتين الميتوكوندريا UCP1. هذا البروتين ، الموجود على مستوى غشاء الميتوكوندريا ، له خاصية فصل الفسفرة المؤكسدة ، وبالتالي يفضل إنتاج الحرارة على حساب تكوين جزيئات ATP. ، الأنسجة الدهنية البنية تهدف إلى حرق العناصر الغذائية (الدهون بشكل أساسي) من أجل زيادة إنتاج الحرارة.يرتبط تنشيط النسيج الدهني البني ، الذي يحفزه البرد ، بشكل أساسي بإطلاق النورأدرينالين وتفاعله مع مستقبلات β3 ، ولكن أيضًا مضمونة بآليات الغدد الصماء مثل إطلاق T3 e T4 من الغدة الدرقية. يتم تسجيل أكبر رواسب الأنسجة الدهنية البنية في المنطقة بين القطبين ، حول الأورطي ، ومنطقة المحيط ؛ في هذه المستويات ، توجد بالقرب من الأوعية الدموية ، حيث تطلق الحرارة بحيث يتم نقلها مع تدفق الدم إلى المناطق الطرفية من الجسم.
يُعتقد حاليًا أن الكبد يشارك أيضًا في التنظيم الحراري ، مما يزيد من نشاطه الأيضي - مما يؤدي إلى إنتاج الحرارة - عندما يتعرض جسم الإنسان لدرجات حرارة منخفضة. اكتشاف آخر حديث هو اكتشاف الأشكال الإسوية لبروتين UCP1 في العضلات ، مما يشير إلى الدور الحراري المزعوم للأصل الأيضي (بالإضافة إلى القدرة على إنتاج الحرارة من خلال الارتعاش). وأخيرًا ، "يزيد التعرض لدرجات حرارة منخفضة من" نشاط القلب ، ضروري لدعم متطلبات التمثيل الغذائي للأنسجة النشطة في هذه الظروف (مثل أفضل التقنيات المتاحة) وزيادة نقل الحرارة الناتجة فيها في جميع المناطق التشريحية. بالإضافة إلى ضمان كل هذا ، فإن الزيادة في نشاط القلب في حد ذاتها قادرة على إنتاج كمية غير ضئيلة من الحرارة.
التحكم في فقد الحرارة محكوم بالقوانين الفيزيائية للتوصيل والحمل الحراري والإشعاع والتبخر.
التوصيل: انتقال الحرارة بين جسمين عند درجات حرارة مختلفة ، في اتصال مع بعضهما البعض من خلال سطح.
الإشعاع أو الإشعاع: انتقال الحرارة بين جسمين عند درجات حرارة مختلفة ، والتي ليست على اتصال. يحدث فقدان الحرارة أو اكتسابها في شكل إشعاع بأطوال موجية في النطاق المرئي أو الأشعة تحت الحمراء ؛ لكي نكون واضحين ، إنها نفس الطريقة التي تسخن بها الشمس الأرض عبر الفضاء. تشكل أكثر من نصف كمية الحرارة المفقودة بواسطة جسم الانسان.
الحمل: انتقال الحرارة من الجسم إلى مصدر يتحرك خلاله (تيارات الهواء أو الماء). تؤدي حركة الماء أو الهواء البارد عبر الجلد الأكثر دفئًا إلى التخلص المستمر من الحرارة.
التبخر: انتقال الحرارة بالمرور من السائل إلى الحالة الغازية للسوائل المفقودة من خلال التعرق ، وخسائر غير حساسة عبر الجلد والجهاز التنفسي.
يحدث الحد من تشتت الحرارة في البيئة بشكل أساسي من خلال احتواء تدفق الدم الجلدي (تضيق الأوعية) وانفصال الشعر (في حيوانات الفراء ، بين الجلد الدافئ والبيئة الباردة ، يتم إنشاء وسادة هوائية تعمل بمثابة عازل حراري) .
زيادة الشهية ، من جانبها ، تزيد من إنتاج الحرارة من خلال آليات التوليد الحراري التي يسببها النظام الغذائي ، وتدعم متطلبات الطاقة للأعضاء الحرارية.
التنظيم الحراري في البيئات الحارة
أثناء الإقامة في البيئات الدافئة ، يتفاعل الكائن الحي من خلال سلسلة من آليات التشتت الحراري ، بعدة طرق على عكس تلك الموضحة للتو ؛ علاوة على ذلك ، هناك تعليق لعمليات التمثيل الغذائي الكامنة وراء التوليد الحراري الاختياري. ومن بين هذه الآليات نتذكر توسع الأوعية الجلدية والزيادة من التعرق وتكرار وعمق التنفس (polypnea) ، جميع العمليات التي تهدف إلى زيادة تشتت الحرارة من خلال التبخر. في هذه الظروف ، تنخفض أيضًا الشهية ومعدل ضربات القلب ، استجابةً لانخفاض الطلب على الأكسجين من قبل أعضاء التوليد الحراري.
من بين عمليات التكيف طويلة المدى ، من الممكن أيضًا تقدير انخفاض في إفراز الغدة النخامية للهرمون الدرقي ، مع ما يترتب على ذلك من تباطؤ في عملية التمثيل الغذائي ، وبالتالي إنتاج الحرارة.
كما ذكرنا في الفصل السابق ، يتم التحكم في عملية تضيق الأوعية بشكل كبير بواسطة الجهاز العصبي الودي. تتلقى العضلات الملساء في العضلة العاصرة والشرايين مدخلات من الخلايا العصبية الودي (الأدرينالية). إذا انخفضت درجة الحرارة العميقة (التعرض للبرد) ، يقوم الوطاء بتنشيط هذه الخلايا العصبية بشكل انتقائي ، والتي من خلال إطلاق النورأدرينالين تحدد تقلص العضلات الملساء الشريانية ، مما يقلل من تدفق الدم الجلدي. هذه الاستجابة الحرارية المنظمة تحافظ على دفء الدم إلى الأعضاء الداخلية . ، تقليل تدفق الدم على سطح الجلد الناتج عن الطقس البارد. في حين أن تضيق الأوعية هو عملية نشطة ، فإن توسع الأوعية هو عملية سلبية في الغالب ، والتي تعتمد على تعليق نشاط مضيق الأوعية عن طريق تثبيط النشاط الودي. إذا كانت هذه العملية نموذجية للتعاطف نشاط أطراف الجسم ، في أجزاء أخرى من الجسم يفضل توسع الأوعية بواسطة الخلايا العصبية المتخصصة التي تفرز الأسيتيل كولين ، كما يتم تمثيل الحالات الخاصة من خلال التمدد الموضعي لبعض مناطق الأوعية الدموية بعد إطلاق أول أكسيد النيتروجين (NO) ، أو غيرها من مواد paracrine الأوعية الدموية.
في سياق التنظيم الحراري ، يختلف تدفق الدم الجلدي من قيم قريبة من الصفر ، عندما يكون من الضروري الحفاظ على الحرارة ، ما يصل إلى ثلث الناتج القلبي تقريبًا عندما يجب إطلاق الحرارة في البيئة.
