TERMOREGOLAZIONE: FISIOLOGIA, MECCANISMI, TIPOLOGIE E ALTERAZIONI - BIOLOGIA - 2025

La termoregolazione è il processo che consente agli organismi di regolare la propria temperatura corporea, modulando la dispersione e il guadagno di calore. Nel regno animale esistono diversi meccanismi di regolazione della temperatura, sia fisiologici che etologici.

La regolazione della temperatura corporea è un'attività fondamentale per qualsiasi essere vivente, perché il parametro è fondamentale per l'omeostasi del corpo e influenza la funzionalità degli enzimi e di altre proteine, la fluidità della membrana, il flusso di ioni, tra gli altri. .

I mammiferi sono omeotermici ed endotermici. Fonte: Alan Wilson

Nella sua forma più semplice, le reti di termoregolazione vengono attivate per mezzo di un circuito che integra gli input dei termocettori situati nella pelle, nei visceri, nel cervello, tra gli altri.

I principali meccanismi di questi stimoli caldi o freddi includono vasocostrizione cutanea, vasodilatazione, produzione di calore (termogenesi) e sudorazione. Altri meccanismi includono comportamenti per promuovere o ridurre la perdita di calore.

Nozioni di base: calore e temperatura

Per parlare di termoregolazione negli animali è necessario conoscere l'esatta definizione di termini che spesso creano confusione tra gli studenti.

Comprendere la differenza tra calore e temperatura è essenziale per comprendere la regolazione termica degli animali. Useremo corpi inanimati per illustrare la differenza: pensiamo a due cubi di un metallo, uno è 10 volte più grande dell'altro.

Ciascuno di questi cubetti si trova in una stanza ad una temperatura di 25 ° C. Se misuriamo la temperatura di ogni blocco, entrambi saranno a 25 ° C, sebbene uno sia grande e l'altro piccolo.

Ora, se misuriamo la quantità di calore in ogni blocco, il risultato tra i due sarà diverso. Per svolgere questo compito dobbiamo spostare i blocchi in una stanza con una temperatura di zero assoluto e quantificare la quantità di calore che emanano. In questo caso, il contenuto di calore sarà 10 volte superiore nel cubo di metallo più grande.

Temperatura

Grazie all'esempio precedente, possiamo concludere che la temperatura è la stessa per entrambi e indipendentemente dalla quantità di materia in ciascun blocco. La temperatura è misurata come la velocità o l'intensità del movimento delle molecole.

Nella letteratura biologica, quando gli autori menzionano la “temperatura corporea” si riferiscono alla temperatura delle regioni centrali e periferiche del corpo. La temperatura delle regioni centrali riflette la temperatura dei tessuti "profondi" del corpo: cervello, cuore e fegato.

La temperatura delle regioni periferiche, da parte sua, è influenzata dal passaggio del sangue alla pelle e si misura sulla pelle delle mani e dei piedi.

Caldo

Al contrario - e tornando all'esempio dei blocchi - il calore è diverso nei due corpi inerti e direttamente proporzionale alla quantità di materia. È una forma di energia e dipende dal numero di atomi e molecole della sostanza in questione.

Tipi: relazioni termiche tra animali

Nella fisiologia animale, ci sono una serie di termini e categorie usati per descrivere le relazioni termiche tra gli organismi. Ciascuno di questi gruppi di animali ha adattamenti speciali - fisiologici, anatomici o anatomici - che li aiutano a mantenere la temperatura corporea in un intervallo adeguato.

Nella vita di tutti i giorni, chiamiamo animali endotermici e omeotermici come "sangue caldo" e animali poichilotermici ed ectotermici come "sangue freddo".

Endoterma ed ectoterma

Il primo termine è endotermia, utilizzato quando l'animale riesce a riscaldarsi mediando la produzione metabolica di calore. Il concetto opposto è l'ectotermia, dove la temperatura dell'animale è dettata dall'ambiente circostante.

Alcuni animali non sono in grado di essere endotermici, perché sebbene producano calore, non lo fanno abbastanza velocemente da trattenerlo.

Poichilotermico e omeotermico

Un altro modo per classificarli è in base alla termoregolazione dell'animale. Il termine poikilotherm è usato per riferirsi ad animali con temperature corporee variabili. In questi casi, la temperatura corporea è alta negli ambienti caldi e bassa negli ambienti freddi.

Un animale poichilotermico può autoregolare la propria temperatura attraverso comportamenti. Cioè, posizionandosi in aree con elevata radiazione solare per aumentare la temperatura o nascondersi da detta radiazione per diminuirla.

I termini poikilotherm ed ectotherm si riferiscono sostanzialmente allo stesso fenomeno. Tuttavia, poikilotherm sottolinea la variabilità della temperatura corporea, mentre ectotherm si riferisce all'importanza della temperatura ambientale nel determinare la temperatura corporea.

Il termine opposto per poikilotherm è omeotermico: termoregolazione con mezzi fisiologici - e non solo grazie all'esibizione di comportamenti. La maggior parte degli animali endotermici è in grado di regolare la propria temperatura.

Esempi

Pesci

I pesci sono il perfetto esempio di animali ectotermici e poichilotermici. Nel caso di questi vertebrati nuotatori, i loro tessuti non producono calore attraverso vie metaboliche e, inoltre, la temperatura del pesce è determinata dalla temperatura del corpo idrico in cui nuotano.

Rettile

I rettili mostrano comportamenti molto marcati che consentono loro di regolare (etologicamente) la loro temperatura. Questi animali cercano regioni calde, come appollaiarsi su una pietra calda, per aumentare la temperatura. Altrimenti, dove vogliono ridurlo, cercheranno di nascondersi dalle radiazioni.

Uccelli e mammiferi

I mammiferi e gli uccelli sono esempi di animali endotermici e omeotermici. Producono metabolicamente la temperatura corporea e la regolano fisiologicamente. Alcuni insetti mostrano anche questo modello fisiologico.

La capacità di regolare la loro temperatura ha dato a questi due lignaggi animali un vantaggio rispetto alle loro controparti poichilotermiche, poiché possono stabilire l'equilibrio termico nelle loro cellule e negli organi. Ciò ha portato a processi di nutrizione, metabolismo ed escrezione più robusti ed efficienti.

Gli esseri umani, ad esempio, mantengono la loro temperatura a 37 ° C, entro un intervallo abbastanza ristretto - tra 33,2 e 38,2 ° C. Il mantenimento di questo parametro è assolutamente fondamentale per la sopravvivenza della specie e media una serie di processi fisiologici nell'organismo.

Alternanza spaziale e temporale di endotermia ed ectotermia

La distinzione tra queste quattro categorie è spesso confusa quando esaminiamo casi di animali che sono in grado di alternare le categorie, spazialmente o temporalmente.

La variazione temporale nella regolazione termica può essere esemplificata con i mammiferi che attraversano periodi di ibernazione. Questi animali sono generalmente omeotermici durante i periodi dell'anno in cui non sono in letargo e durante il letargo non sono in grado di regolare la loro temperatura corporea.

La variazione spaziale si verifica quando l'animale regola in modo differenziale la temperatura nelle regioni del corpo. I bombi e altri insetti possono regolare la temperatura dei loro segmenti toracici e non sono in grado di regolare il resto delle regioni. Questa condizione di regolazione differenziale è chiamata eterotermia.

Fisiologia della termoregolazione

Come ogni sistema, la regolazione fisiologica della temperatura corporea richiede la presenza di un sistema afferente, un centro di controllo e un sistema efferente.

Il primo sistema, l'afferente, è responsabile dell'acquisizione di informazioni attraverso i recettori cutanei. Successivamente, l'informazione viene trasmessa al centro termoregolatore attraverso il percorso neurale attraverso il sangue.

In condizioni normali, gli organi del corpo che generano calore sono il cuore e il fegato. Quando il corpo svolge un lavoro fisico (esercizio), anche il muscolo scheletrico è una struttura che genera calore.

L'ipotalamo è il centro di termoregolazione e le attività sono suddivise in dispersione e guadagno di calore. La zona funzionale per mediare il mantenimento del calore si trova nella zona posteriore dell'ipotalamo, mentre la perdita è mediata dalla regione anteriore. Questo organo funziona come un termostato.

Il controllo del sistema avviene in due modi: positivo e negativo, mediato dalla corteccia cerebrale. Le risposte effettive sono di tipo comportamentale o mediate dal sistema nervoso autonomo. Questi due meccanismi verranno studiati in seguito.

Meccanismi termoregolatori

Meccanismi fisiologici

I meccanismi di regolazione della temperatura variano a seconda del tipo di stimolo ricevuto, cioè se si tratta di un aumento o di una diminuzione della temperatura. Quindi useremo questo parametro per stabilire una classificazione dei meccanismi:

Regolazione per alte temperature

Per ottenere la regolazione della temperatura corporea di fronte agli stimoli termici, il corpo deve favorirne la perdita. Esistono diversi meccanismi:

Vasodilatazione

Negli esseri umani, una delle caratteristiche più sorprendenti della circolazione cutanea è l'ampia gamma di vasi sanguigni che ha. La circolazione sanguigna attraverso la pelle ha la proprietà di variare enormemente a seconda delle condizioni ambientali e di passare da un flusso sanguigno alto a uno basso.

La capacità di vasodilatazione è fondamentale nella termoregolazione degli individui. L'elevato flusso sanguigno durante i periodi di aumento della temperatura consente al corpo di aumentare la trasmissione del calore, dal nucleo del corpo alla superficie della pelle, per essere finalmente dissipato.

Quando il flusso sanguigno aumenta, il volume del sangue cutaneo a sua volta aumenta. Pertanto, una maggiore quantità di sangue viene trasferita dal centro del corpo alla superficie della pelle, dove si verifica il trasferimento di calore. Il sangue ora più freddo viene ritrasferito al centro o al centro del corpo.

Sudore

Insieme alla vasodilatazione, la produzione di sudore è fondamentale per la termoregolazione in quanto aiuta a dissipare il calore in eccesso. Infatti, la produzione e la successiva evaporazione del sudore sono i principali meccanismi dell'organismo per la dispersione del calore. Funzionano anche durante l'attività fisica.

Il sudore è un fluido prodotto dalle ghiandole sudoripare chiamate eccrine, distribuito in tutto il corpo in una densità significativa.L'evaporazione del sudore riesce a trasferire il calore dal corpo all'ambiente sotto forma di vapore acqueo.

Regolazione per basse temperature

A differenza dei meccanismi citati nel paragrafo precedente, in situazioni di bassa temperatura il corpo deve favorire la conservazione e la produzione di calore nel modo seguente:

vasocostrizione

Questo sistema segue la logica opposta descritta nella vasodilatazione, quindi non approfondiremo molto la spiegazione. Il freddo stimola la contrazione dei vasi cutanei, evitando così la dissipazione del calore.

Piloerezione

Vi siete mai chiesti perché la “pelle d'oca” compare quando siamo di fronte alle basse temperature? È un meccanismo per prevenire la perdita di calore chiamato piloerezione. Tuttavia, poiché gli esseri umani hanno relativamente pochi peli sul nostro corpo, è considerato un sistema inefficace e rudimentale.

Quando si verifica l'elevazione di ogni capello, lo strato d'aria che viene a contatto con la pelle viene aumentato, il che diminuisce la convezione dell'aria. Ciò riduce la perdita di calore.

Produzione di calore

Il modo più intuitivo per contrastare le basse temperature è produrre calore. Ciò può avvenire in due modi: con la termogenesi tremante e senza brividi.

Nel primo caso il corpo produce contrazioni muscolari rapide e involontarie (ecco perché rabbrividisci quando hai freddo) che portano alla produzione di calore. La produzione dei brividi è costosa - energeticamente parlando - quindi il corpo ricadrà su di essa se i sistemi sopra menzionati falliscono.

Il secondo meccanismo è guidato da un tessuto chiamato tessuto adiposo bruno (o tessuto adiposo bruno, nella letteratura inglese è solitamente riassunto sotto l'acronimo di BAT per tessuto adiposo bruno).

Questo sistema è responsabile del disaccoppiamento della produzione di energia nel metabolismo: invece di formare ATP, porta alla produzione di calore. È un meccanismo particolarmente importante nei bambini e nei piccoli mammiferi, sebbene prove più recenti abbiano rilevato che è rilevante anche negli adulti.

Meccanismi etologici

I meccanismi etologici consistono in tutti i comportamenti che gli animali esibiscono per regolare la loro temperatura. Come abbiamo accennato nell'esempio dei rettili, gli organismi possono essere collocati nel giusto ambiente per promuovere o prevenire la perdita di calore.

Diverse parti del cervello sono coinvolte nell'elaborazione di questa risposta. Nell'uomo questi comportamenti sono efficaci, sebbene non siano finemente regolati come quelli fisiologici.

Disturbi della termoregolazione

Il corpo subisce piccoli e delicati sbalzi di temperatura durante il giorno, a seconda di alcune variabili, come il ritmo circadiano, il ciclo ormonale, tra gli altri aspetti fisiologici.

Come abbiamo detto, la temperatura corporea orchestra una vasta gamma di processi fisiologici e la sua perdita di regolazione può portare a condizioni devastanti all'interno dell'organismo colpito.

Entrambi gli estremi termici, sia alti che bassi, influenzano negativamente gli organismi. Temperature molto elevate, superiori a 42 ° C nell'uomo, hanno un effetto molto marcato sulle proteine, favorendone la denaturazione. Inoltre, la sintesi del DNA è influenzata. Anche organi e neuroni sono danneggiati.

Allo stesso modo, temperature inferiori a 27 ° C portano a una grave ipotermia. I cambiamenti nell'attività neuromuscolare, cardiovascolare e respiratoria hanno conseguenze fatali.

Più organi sono interessati quando la termoregolazione non funziona nel modo giusto. Questi includono cuore, cervello, tratto gastrointestinale, polmoni, reni e fegato.

Riferimenti

1. Arellano, JLP e del Pozo, DSC (2013). Manuale di patologia generale. Elsevier.
2. Argyropoulos, G. e Harper, ME (2002). Revisione su invito: disaccoppiamento di proteine ​​e termoregolazione. Journal of Applied Physiology, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Meccanismi e modificatori della vasodilatazione cutanea e della vasocostrizione indotta da riflesso nell'uomo. Giornale di fisiologia applicata (Bethesda, Md .: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Fisiologia animale comparata: un approccio ambientale. Ho invertito.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M. e Anderson, M. (2004). Fisiologia animale. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Decostruzione della termoregolazione dei mammiferi. Atti della National Academy of Sciences degli Stati Uniti d'America, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Controllo centralizzato della temperatura corporea. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-880.