ĐIỀU HÒA NHIỆT ĐỘ: SINH LÝ HỌC, CƠ CHẾ, LOẠI VÀ SỰ THAY ĐỔI - SINH HỌC - 2026

Điều hòa nhiệt độ là quá trình cho phép các sinh vật điều chỉnh nhiệt độ cơ thể của chúng, điều chỉnh sự mất và tăng nhiệt. Trong giới động vật có những cơ chế khác nhau để điều hòa nhiệt độ, cả về sinh lý và thần thoại.

Điều hòa nhiệt độ cơ thể là một hoạt động cơ bản đối với bất kỳ sinh vật nào, bởi vì thông số này rất quan trọng đối với cân bằng nội môi của cơ thể và ảnh hưởng đến chức năng của các enzym và các protein khác, tính lưu động của màng, dòng chảy của các ion, v.v. .

Động vật có vú là loài thu nhiệt và thu nhiệt. Nguồn: Alan Wilson

Ở dạng đơn giản nhất, mạng lưới điều hòa nhiệt được kích hoạt nhờ một mạch tích hợp đầu vào của các cơ quan thụ cảm nhiệt nằm trong da, trong nội tạng, trong não, và các cơ quan khác.

Cơ chế chính của những kích thích nóng hoặc lạnh này bao gồm co mạch da, giãn mạch, sinh nhiệt (sinh nhiệt) và đổ mồ hôi. Các cơ chế khác bao gồm các hành vi để thúc đẩy hoặc giảm sự mất nhiệt.

Khái niệm cơ bản: nhiệt và nhiệt độ

Để nói về điều hòa nhiệt độ ở động vật, cần phải biết định nghĩa chính xác của các thuật ngữ thường gây nhầm lẫn trong học sinh.

Hiểu được sự khác biệt giữa nhiệt độ và nhiệt độ là điều cần thiết để hiểu sự điều hòa nhiệt của động vật. Chúng tôi sẽ sử dụng những vật vô tri vô giác để minh họa sự khác biệt: hãy nghĩ đến hai hình khối bằng kim loại, một viên lớn hơn hình kia 10 lần.

Mỗi khối này ở trong phòng ở nhiệt độ 25 ° C. Nếu chúng ta đo nhiệt độ của mỗi khối, cả hai sẽ ở 25 ° C, mặc dù một khối lớn và khối kia nhỏ.

Bây giờ, nếu chúng ta đo lượng nhiệt trong mỗi khối, kết quả giữa hai khối sẽ khác nhau. Để thực hiện nhiệm vụ này, chúng ta phải chuyển các khối đá sang một căn phòng có nhiệt độ bằng 0 tuyệt đối và định lượng nhiệt lượng chúng tỏa ra. Trong trường hợp này, nhiệt lượng sẽ cao hơn 10 lần trong khối kim loại lớn nhất.

Nhiệt độ

Nhờ ví dụ trước, chúng ta có thể kết luận rằng nhiệt độ là như nhau đối với cả hai và không phụ thuộc vào lượng vật chất trong mỗi khối. Nhiệt độ được đo bằng tốc độ hoặc cường độ chuyển động của các phân tử.

Trong tài liệu sinh học, khi các tác giả đề cập đến "nhiệt độ cơ thể", họ đề cập đến nhiệt độ của các vùng trung tâm và ngoại vi của cơ thể. Nhiệt độ của các vùng lõi phản ánh nhiệt độ của các mô "sâu" của cơ thể - não, tim và gan.

Nhiệt độ của các vùng ngoại vi, về phần nó, bị ảnh hưởng bởi sự truyền máu đến da và được đo trên da của bàn tay và bàn chân.

Nóng bức

Ngược lại - và quay trở lại ví dụ về khối - nhiệt khác nhau ở cả các vật thể trơ và tỷ lệ thuận với lượng vật chất. Nó là một dạng năng lượng và phụ thuộc vào số lượng nguyên tử và phân tử của chất được đề cập.

Các loại: mối quan hệ nhiệt giữa các động vật

Trong sinh lý học động vật, có một số thuật ngữ và danh mục được sử dụng để mô tả mối quan hệ nhiệt giữa các sinh vật. Mỗi nhóm động vật này đều có những cách thích nghi đặc biệt - sinh lý, giải phẫu hoặc giải phẫu - giúp chúng giữ thân nhiệt trong một phạm vi thích hợp.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta gọi động vật thu nhiệt và nội nhiệt là "máu nóng", động vật thu nhiệt và đẳng nhiệt là "máu lạnh".

Thu nhiệt và nhiệt độ

Thuật ngữ đầu tiên là thu nhiệt, được sử dụng khi động vật tự làm ấm bằng cách làm trung gian cho quá trình trao đổi chất tạo ra nhiệt. Khái niệm ngược lại là ectothermy, trong đó nhiệt độ của động vật được quy định bởi môi trường xung quanh.

Một số loài động vật không có khả năng thu nhiệt, vì mặc dù chúng tạo ra nhiệt nhưng chúng không làm đủ nhanh để giữ lại nhiệt.

Poikilothermic và homeothermic

Một cách khác để phân loại chúng là theo sự điều nhiệt của động vật. Thuật ngữ poikilotherm được sử dụng để chỉ những động vật có thân nhiệt thay đổi. Trong những trường hợp này, nhiệt độ cơ thể cao trong môi trường nóng và thấp trong môi trường lạnh.

Động vật ưa nhiệt có thể tự điều chỉnh nhiệt độ thông qua các hành vi. Đó là, bằng cách đặt ở những khu vực có bức xạ mặt trời cao để tăng nhiệt độ hoặc ẩn khỏi bức xạ nói trên để giảm nhiệt độ.

Thuật ngữ poikilotherm và ectotherm về cơ bản là cùng một hiện tượng. Tuy nhiên, poikilotherm nhấn mạnh sự thay đổi của nhiệt độ cơ thể, trong khi ectotherm đề cập đến tầm quan trọng của nhiệt độ môi trường trong việc xác định nhiệt độ cơ thể.

Thuật ngữ đối lập với poikilotherm là home nhiệt: điều hòa nhiệt bằng các phương tiện sinh lý - và không chỉ nhờ vào việc hiển thị các hành vi. Hầu hết các động vật thu nhiệt đều có khả năng tự điều chỉnh nhiệt độ.

Ví dụ

Cá

Cá là ví dụ hoàn hảo về động vật nhiệt độ và đẳng nhiệt. Trong trường hợp của những động vật có xương sống bơi này, các mô của chúng không tạo ra nhiệt thông qua các con đường trao đổi chất và hơn nữa, nhiệt độ của cá được xác định bởi nhiệt độ của vùng nước nơi chúng bơi.

Bò sát

Các loài bò sát thể hiện những hành vi rất rõ ràng cho phép chúng điều chỉnh (về phương diện thần thoại) nhiệt độ của chúng. Những động vật này tìm kiếm những vùng ấm áp - chẳng hạn như đậu trên đá nóng - để tăng nhiệt độ. Nếu không, nơi họ muốn giảm bớt, họ sẽ tìm cách trốn phóng xạ.

Chim và động vật có vú

Động vật có vú và chim là những ví dụ về động vật thu nhiệt và nội nhiệt. Chúng chuyển hóa tạo ra nhiệt độ cơ thể của bạn và điều chỉnh nó về mặt sinh lý. Một số côn trùng cũng biểu hiện kiểu sinh lý này.

Khả năng điều chỉnh nhiệt độ của chúng đã mang lại cho hai dòng động vật này một lợi thế hơn so với các dòng giống thụ nhiệt, vì chúng có thể thiết lập trạng thái cân bằng nhiệt trong tế bào và các cơ quan của chúng. Điều này dẫn đến các quá trình dinh dưỡng, trao đổi chất và bài tiết diễn ra mạnh mẽ và hiệu quả hơn.

Ví dụ, con người duy trì nhiệt độ của họ ở 37 ° C, trong một phạm vi khá hẹp - từ 33,2 đến 38,2 ° C. Việc duy trì thông số này hoàn toàn quan trọng đối với sự tồn tại của loài và làm trung gian cho một loạt các quá trình sinh lý trong cơ thể.

Sự luân phiên theo không gian và thời gian của thu nhiệt và áp nhiệt

Sự phân biệt giữa bốn loại này thường bị nhầm lẫn khi chúng ta xem xét các trường hợp động vật có thể xen kẽ giữa các loại, theo không gian hoặc thời gian.

Sự thay đổi theo thời gian trong điều hòa nhiệt có thể được ví dụ với các động vật có vú trải qua thời kỳ ngủ đông. Những loài động vật này thường tỏa nhiệt trong các thời điểm trong năm khi chúng không ngủ đông và trong thời gian ngủ đông, chúng không thể điều chỉnh nhiệt độ cơ thể.

Sự biến đổi theo không gian xảy ra khi động vật điều hòa nhiệt độ ở các vùng cơ thể một cách khác biệt. Ong vò vẽ và các loài côn trùng khác có thể điều chỉnh nhiệt độ của các đoạn ở ngực của chúng và không thể điều chỉnh các vùng còn lại. Điều kiện điều hòa khác biệt này được gọi là dị nhiệt.

Sinh lý học của điều nhiệt

Giống như bất kỳ hệ thống nào, sự điều hòa sinh lý của nhiệt độ cơ thể đòi hỏi sự hiện diện của hệ thống hướng tâm, trung tâm điều khiển và hệ thống hướng tâm.

Hệ thống đầu tiên, bộ phận hướng tâm, có nhiệm vụ nắm bắt thông tin thông qua các thụ thể trên da. Sau đó, thông tin được truyền đến trung tâm điều hòa nhiệt thông qua con đường thần kinh qua máu.

Ở điều kiện bình thường, cơ quan sinh nhiệt của cơ thể là tim và gan. Khi cơ thể hoạt động thể chất (tập thể dục), cơ xương cũng là một cấu trúc sinh nhiệt.

Vùng dưới đồi là trung tâm điều nhiệt và các nhiệm vụ được chia thành mất nhiệt và tăng nhiệt. Khu chức năng làm trung gian duy trì nhiệt nằm ở vùng sau của vùng dưới đồi, còn vùng mất đi trung gian của vùng trước. Cơ quan này hoạt động giống như một bộ điều nhiệt.

Việc kiểm soát hệ thống xảy ra theo hai cách: tích cực và tiêu cực, do vỏ não điều khiển. Các phản ứng của nỗ lực thuộc loại hành vi hoặc do hệ thống thần kinh tự chủ điều khiển. Hai cơ chế này sẽ được nghiên cứu sau.

Cơ chế điều nhiệt

Cơ chế sinh lý

Cơ chế điều hòa nhiệt độ khác nhau giữa các loại kích thích nhận được, tức là tăng hay giảm nhiệt độ. Vì vậy, chúng tôi sẽ sử dụng tham số này để thiết lập phân loại các cơ chế:

Quy định nhiệt độ cao

Để đạt được sự điều hòa thân nhiệt khi đối mặt với các tác nhân kích thích nhiệt, cơ thể phải phát huy tác dụng của nó. Có một số cơ chế:

Giãn mạch

Ở người, một trong những đặc điểm nổi bật nhất của tuần hoàn da là có rất nhiều mạch máu. Lưu thông máu qua da có đặc tính thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào điều kiện môi trường và thay đổi từ lưu lượng máu cao đến thấp.

Khả năng giãn mạch là rất quan trọng trong quá trình điều nhiệt của các cá nhân. Lưu lượng máu tăng cao trong thời gian nhiệt độ tăng cho phép cơ thể tăng sự truyền nhiệt, từ lõi cơ thể ra bề mặt da, cuối cùng sẽ bị tiêu tán.

Khi lưu lượng máu tăng lên thì lượng máu ở da cũng tăng theo. Do đó, một lượng máu lớn hơn được chuyển từ lõi của cơ thể đến bề mặt da, nơi truyền nhiệt xảy ra. Máu lạnh hơn bây giờ được chuyển trở lại lõi hoặc trung tâm của cơ thể.

Mồ hôi

Cùng với việc giãn mạch, tiết mồ hôi rất quan trọng đối với quá trình điều nhiệt vì nó giúp tản nhiệt dư thừa. Trên thực tế, sự sản sinh và bay hơi sau đó của mồ hôi là cơ chế chính của cơ thể để mất nhiệt. Chúng cũng hoạt động trong quá trình hoạt động thể chất.

Mồ hôi là chất lỏng do tuyến mồ hôi tiết ra có tên là eccrine, phân bố khắp cơ thể với mật độ đáng kể, mồ hôi bay hơi truyền nhiệt từ cơ thể ra môi trường dưới dạng hơi nước.

Quy định nhiệt độ thấp

Ngược lại với các cơ chế đã đề cập ở phần trước, trong các tình huống giảm nhiệt độ, cơ thể phải thúc đẩy quá trình bảo tồn và sản sinh nhiệt theo cách sau:

Co mạch

Hệ thống này tuân theo logic ngược lại được mô tả trong quá trình giãn mạch, vì vậy chúng tôi sẽ không giải thích chi tiết hơn. Cái lạnh kích thích sự co lại của các mạch da, do đó tránh được sự tản nhiệt.

Piloerection

Bạn đã bao giờ thắc mắc tại sao lại xuất hiện những cơn “nổi da gà” khi chúng ta ở trước nhiệt độ thấp? Đó là một cơ chế để ngăn chặn sự mất nhiệt được gọi là phản ứng hấp thụ. Tuy nhiên, vì con người có tương đối ít lông trên cơ thể nên nó được coi là một hệ thống không hiệu quả và thô sơ.

Khi độ cao của từng sợi lông xảy ra, lớp không khí tiếp xúc với da tăng lên, làm giảm sự đối lưu của không khí. Điều này làm giảm sự mất nhiệt.

Sản xuất nhiệt

Cách trực quan nhất để chống lại nhiệt độ thấp là tạo ra nhiệt. Điều này có thể xảy ra theo hai cách: sinh nhiệt run và không run.

Trong trường hợp đầu tiên, cơ thể tạo ra các cơn co cơ nhanh chóng và không tự chủ (đó là lý do tại sao bạn rùng mình khi lạnh) dẫn đến sản sinh nhiệt. Sản xuất rùng mình rất tốn kém - nói một cách mạnh mẽ - vì vậy cơ thể sẽ rơi vào trạng thái quay trở lại nếu các hệ thống nói trên bị lỗi.

Cơ chế thứ hai được dẫn dắt bởi một mô gọi là chất béo nâu (hay mô mỡ nâu, trong tài liệu tiếng Anh, nó thường được tóm tắt dưới từ viết tắt của BAT cho mô mỡ nâu).

Hệ thống này chịu trách nhiệm phân tách sản xuất năng lượng trong quá trình trao đổi chất: thay vì tạo thành ATP, nó dẫn đến sản sinh nhiệt. Đây là một cơ chế đặc biệt quan trọng ở trẻ em và động vật có vú nhỏ, mặc dù nhiều bằng chứng gần đây đã ghi nhận rằng nó cũng có liên quan ở người lớn.

Cơ chế thần thoại

Cơ chế thần thoại bao gồm tất cả các hành vi mà động vật thể hiện để điều chỉnh nhiệt độ của chúng. Như chúng ta đã đề cập trong ví dụ về loài bò sát, các sinh vật có thể được đặt trong môi trường thích hợp để thúc đẩy hoặc ngăn chặn sự mất nhiệt.

Các bộ phận khác nhau của não có liên quan đến việc xử lý phản ứng này. Ở người, những hành vi này có hiệu quả, mặc dù chúng không được điều chỉnh tinh vi như những hành vi sinh lý.

Rối loạn điều nhiệt

Cơ thể trải qua những thay đổi nhiệt độ nhỏ và tinh tế trong ngày, tùy thuộc vào một số biến số, chẳng hạn như nhịp sinh học, chu kỳ nội tiết tố, trong số các khía cạnh sinh lý khác.

Như chúng tôi đã đề cập, nhiệt độ cơ thể điều phối một loạt các quá trình sinh lý và sự mất điều hòa của nó có thể dẫn đến các tình trạng tàn phá bên trong cơ thể bị ảnh hưởng.

Cả hai cực nhiệt - cả cao và thấp - đều ảnh hưởng tiêu cực đến sinh vật. Nhiệt độ rất cao, trên 42 ° C ở người, có ảnh hưởng rất rõ rệt đến protein, thúc đẩy sự biến tính của chúng. Ngoài ra, quá trình tổng hợp DNA cũng bị ảnh hưởng. Các cơ quan và tế bào thần kinh cũng bị tổn thương.

Tương tự, nhiệt độ dưới 27 ° C dẫn đến hạ thân nhiệt nghiêm trọng. Những thay đổi trong hoạt động thần kinh cơ, tim mạch và hô hấp có hậu quả gây tử vong.

Nhiều cơ quan bị ảnh hưởng khi điều chỉnh nhiệt không hoạt động đúng cách. Chúng bao gồm tim, não, đường tiêu hóa, phổi, thận và gan.

Người giới thiệu

1. Arellano, JLP và del Pozo, SDC (2013). Sách hướng dẫn bệnh học đại cương. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Bài đánh giá được mời: tách protein và điều chỉnh nhiệt. Tạp chí Sinh lý học Ứng dụng, 92 (5), 2187-2198.
3. Charkoudian N. (2010). Cơ chế và điều chỉnh của phản xạ gây giãn mạch và co mạch da ở người. Tạp chí sinh lý học ứng dụng (Bethesda, Md: 1985), 109 (4), 1221-8.
4. Hill, RW (1979). Sinh lý động vật so sánh: Phương pháp tiếp cận môi trường. Tôi đã đảo ngược.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Sinh lý động vật. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Giải cấu trúc điều nhiệt động vật có vú. Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Kiểm soát trung tâm của nhiệt độ cơ thể. F1000Research, 5, F1000 Khoa Rev-880.