Termoregulasi adalah sistem terpadu mekanisme biologis, yang dirancang untuk mempertahankan suhu internal yang hampir konstan terlepas dari kondisi iklim di luar organisme. Mekanisme-mekanisme ini - khususnya efektif pada burung dan mamalia (semua hewan homeotermik), lebih sedikit pada ikan, amfibi dan reptil (ngengat unggas) - termasuk proses produksi, konservasi dan penyebaran panas.
Karena sering subjek gemuk tidak makan secara abnormal jika dibandingkan dengan individu normopeso lain, yang kadang-kadang makan lebih banyak, ada kemungkinan bahwa - dengan aktivitas fisik yang sama - perubahan proses termoregulasi dapat menyebabkan konsumsi energi berkurang, dengan akumulasi kelebihan energi dalam bentuk lemak. Subjek yang kurus, tidak seperti obesitas, akan lebih baik membuang kelebihan makanan (lihat jaringan adiposa coklat) dalam bentuk panas.
Termoregulasi dapat menjadi yang pertama-tama bersifat sukarela atau tidak sukarela. Dalam kasus pertama adalah hewan itu sendiri yang secara sukarela menggerakkan strategi perilaku yang memadai, seperti mencari tempat berlindung yang terlindung dari cuaca atau migrasi ke tempat-tempat yang paling cocok untuk menjaga suhu tubuhnya.
Bahkan respons termoregulasi paksa dapat ditimbulkan oleh paparan lingkungan dingin atau lingkungan hangat. Bagaimanapun, mereka memperkirakan intervensi dari pusat termoregulasi hipotalamus, yang mampu mengambil dan memproses sinyal yang berasal dari termoreptor kulit dan pusat (terletak di otak, sumsum tulang belakang, dan organ pusat), mengoordinasikan respons fisiologis yang paling cocok untuk menjaga suhu tubuh.
Termoregulasi di lingkungan dingin
Adaptasi termoregulasi dengan dingin dimaksudkan untuk menghemat dan / atau menghasilkan panas.
Kemampuan organisme untuk menghasilkan panas disebut thermogenesis; itu sebagian besar wajib dan terkait dengan proses fisiologis dan metabolisme yang terlibat dalam pergerakan, pencernaan, penyerapan, dan pengolahan nutrisi yang diperkenalkan dengan makanan.
Mamalia memiliki kemampuan untuk meningkatkan produksi panas (thermogenesis opsional), melibatkan atau tidak mekanisme sensasi. Dalam kasus pertama kita berbicara tentang thermogenesis menggigil (menggigil). Mekanisme ini mengarah pada produksi panas melalui kontraksi ritmik dan isometrik dari jaringan otot, tidak ditujukan untuk pergerakan. Pergantian kontraksi dan relaksasi menyebabkan tremor khas yang disebut menggigil, yang muncul ketika suhu tubuh cenderung menurun "terasa". Menggigil menghasilkan bagian panas bahkan 6-8 kali lebih besar dari yang dihasilkan oleh otot saat istirahat. Biasanya, itu terjadi hanya ketika vasokonstriksi maksimal (lihat di bawah) belum mampu mempertahankan suhu tubuh.
Termogenesis tanpa menggigil, juga disebut termogenesis kimia, melibatkan produksi panas melalui reaksi biokimia eksotermik (yang menghasilkan panas). Reaksi ini terjadi pada organ tertentu, seperti jaringan adiposa coklat (BAT), hati dan otot.
Jaringan adiposa coklat, khas hewan hibernasi dan langka pada manusia (lebih besar pada bayi baru lahir), dengan demikian didefinisikan oleh pigmentasi coklat yang khas (terlihat dengan mata telanjang) yang diberikan oleh karotenoid yang terdapat pada tingkat mitokondria. Pembangkit listrik sel lemak coklat ini dibedakan oleh karakteristik lebih lanjut, yaitu adanya protein mitokondria UCP1. Protein ini, yang terletak pada tingkat membran mitokondria, memiliki karakteristik fosforilasi oksidatif decoupling, sehingga mendukung produksi panas sehingga merusak pembentukan molekul ATP. Sederhananya, jaringan adiposa coklat dimaksudkan untuk membakar nutrisi (terutama lemak) untuk meningkatkan produksi panas. Aktivasi jaringan adiposa coklat, distimulasi oleh dingin, terutama terkait dengan pelepasan noradrenalin dan interaksinya dengan reseptor β3, tetapi juga dijamin oleh mekanisme endokrin seperti pelepasan T3 dan T4 dari tiroid. Endapan terbesar jaringan adiposa coklat dicatat di daerah interscapular, periaortic dan perirenal; pada tingkat ini, mereka ditempatkan di dekat pembuluh darah, di mana mereka memberikan panas sehingga diangkut dengan aliran darah ke area perifer tubuh.
Saat ini diyakini bahwa hati juga berpartisipasi dalam termoregulasi, meningkatkan aktivitas metabolismenya - dengan akibatnya timbulnya panas - ketika tubuh manusia terpapar pada suhu rendah. Penemuan terbaru lainnya adalah penemuan isoform dari protein UCP1 di otot, yang menunjukkan peran termogenetik yang diduga berasal dari metabolisme (selain kemampuan menghasilkan panas melalui shiver). Akhirnya, paparan suhu rendah meningkatkan aktivitas jantung, yang diperlukan untuk mendukung tuntutan metabolisme jaringan aktif dalam keadaan ini (seperti BAT) dan untuk meningkatkan pengangkutan panas yang dihasilkan di sana di semua distrik anatomi. Selain menjamin semua ini, peningkatan aktivitas jantung dengan sendirinya mampu menghasilkan jumlah panas yang tidak dapat diabaikan.
Kontrol kehilangan panas diatur oleh hukum fisik konduksi, konveksi, radiasi dan penguapan.
KONDUKSI : perpindahan panas antara dua benda pada suhu yang berbeda, bersentuhan satu sama lain melalui permukaan.
RADIASI atau IRRADIASI : perpindahan panas antara dua benda pada suhu yang berbeda, yang TIDAK bersentuhan. Kehilangan atau pembelian panas terjadi dalam bentuk radiasi dengan panjang gelombang dalam rentang yang terlihat atau inframerah; untuk menjadi jelas, itu adalah cara yang sama bahwa matahari menghangatkan bumi melalui ruang. Kehilangan panas oleh radiasi merupakan lebih dari setengah jumlah panas yang hilang oleh tubuh manusia.
KONVEKSI : transfer panas dari benda ke sumber yang bergerak melaluinya (arus udara atau air). Pergerakan air atau udara dingin melalui kulit yang lebih hangat menyebabkan penghilangan panas secara terus menerus.
EVAPORASI : transfer panas dengan melewatkan dari cairan ke cairan gas yang hilang melalui keringat, kehilangan sensitif melalui kulit dan saluran pernapasan.
Pengurangan dispersi termal di lingkungan terjadi pada dasarnya melalui penahanan aliran darah kulit (vasokonstriksi) dan piloerection (pada hewan bulu, antara kulit hangat dan lingkungan dingin, dibuat bantalan udara yang berfungsi oleh isolasi termal).
Peningkatan nafsu makan, pada bagiannya, meningkatkan produksi panas melalui mekanisme termogenetik yang disebabkan oleh makanan, dan mendukung permintaan energi dari organ-organ termogenetik.
Termoregulasi di lingkungan yang panas
Selama tinggal di lingkungan yang hangat organisme bereaksi melalui serangkaian mekanisme termodispersif, dalam banyak hal bertentangan dengan yang baru saja digambarkan; Selain itu, proses metabolisme yang mendasari termogenesis opsional dihentikan. Ini termasuk vasodilatasi kulit dan peningkatan keringat, frekuensi dan kedalaman napas (polypnea), semua proses yang bertujuan untuk meningkatkan dispersi panas oleh penguapan. Dalam keadaan ini nafsu makan dan detak jantung juga menurun, sebagai tanggapan terhadap permintaan oksigen yang lebih rendah oleh organ-organ termogenetik.
Di antara proses adaptasi jangka panjang, kita juga bisa menghargai penurunan sekresi hipofisis dari hormon perangsang tiroid, dengan konsekuensinya memperlambat metabolisme, dan karenanya produksi panas.
Seperti disebutkan dalam bab sebelumnya, proses vasokonstriksi sebagian besar dikendalikan oleh sistem saraf simpatik. Otot polos pada tingkat sfingter dan arteriol prapapiler menerima aferen dari neuron simpatis (adrenergik) postganglionik. Jika suhu dalam turun (terpapar dingin), hipotalamus secara selektif mengaktifkan neuron ini, yang melalui pelepasan norepinefrin menentukan kontraksi otot polos arteriolar, mengurangi aliran darah kulit. Respons termoregulasi ini membuat darah lebih hangat di organ internal, meminimalkan aliran darah pada permukaan kulit yang menjadi dingin oleh cuaca. Sementara vasokonstriksi adalah proses aktif, vasodilatasi adalah proses yang dominan pasif, yang tergantung pada suspensi aktivitas vasokonstriktor dengan menghambat aktivitas simpatis. Jika proses ini khas pada ekstremitas tubuh, vasodilatasi lebih disukai di bagian lain tubuh oleh neuron khusus yang mengeluarkan asetilkolin. Kasus-kasus tertentu juga diwakili oleh ekspansi lokal beberapa distrik vaskular setelah pelepasan nitrogen monoksida (NO), atau zat parakrin vasodilatasi lainnya.
Dalam konteks termoregulasi, aliran darah kulit bervariasi dari nilai mendekati nol, ketika perlu untuk menghemat panas, hingga hampir 1/3 dari rentang jantung ketika panas harus dilepaskan ke lingkungan.
