Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Класс эндотермических организмов, известных как гомеотермы, поддерживает внутреннюю температуру с минимальной регуляцией метаболизма в диапазоне температур окружающей среды, называемом термической нейтральной зоной (TNZ) . В пределах TNZ базовая скорость производства тепла равна скорости потери тепла в окружающую среду. Гомеотермные организмы приспосабливаются к температурам в TNZ посредством различных реакций, требующих небольшого количества энергии.

Температура окружающей среды может вызывать колебания скорости метаболизма гомеотермных организмов. Этот отклик обусловлен энергией, необходимой для поддержания относительно постоянной температуры тела выше температуры окружающей среды за счет управления потерями тепла и притоком тепла. [1] Степень этой реакции зависит не только от вида, но и от уровней инсуляционной и метаболической адаптации. [2] Температура окружающей среды ниже TNZ, более низкой критической температуры (LCT), требует от организма увеличения скорости метаболизма, чтобы удовлетворить потребности окружающей среды в тепле. [3] Регулирование TNZ требует метаболического производства тепла при достижении LCT, так как тепло теряется в окружающую среду. Организм достигает LCT, когда T a (окружающая температура) уменьшается.

Когда организм достигает этой стадии, скорость метаболизма значительно увеличивается, а термогенез увеличивает T b (температуру тела). Если Ta ​​продолжает снижаться намного ниже LCT, возникает гипотермия. В качестве альтернативы, потери тепла за счет испарения для охлаждения при температурах выше TNZ, верхней критической зоны (UCT), реализованы Speakman and Keijer 2013). Когда T a выходит слишком далеко за пределы UCT, скорость притока тепла и выработка тепла становятся выше, чем скорость рассеивания тепла (потеря тепла за счет испарительного охлаждения ), что приводит к гипертермии.

Он может отображать изменения осанки, когда он меняет форму своего тела или движется и подвергает различные области воздействию солнца / тени, а также посредством излучения, конвекции и теплопроводности происходит теплообмен . Вазомоторные реакции позволяют контролировать кровоток между периферией и ядром, чтобы контролировать потерю тепла с поверхности тела. Наконец, организм может показать изменения изоляции; распространенным примером является «мурашки по коже» у людей, когда волосяные фолликулы поднимаются пиломоторными мышцами, что также проявляется в шерсти и оперении животных. [4]

У людей [ править ]

Термонейтральная зона описывает диапазон температур непосредственного окружения, в котором обычный здоровый взрослый может поддерживать нормальную температуру тела без необходимости использовать энергию сверх нормальной скорости основного обмена. Она начинается примерно с 21 градуса Цельсия для мужчин с нормальным весом и примерно с 18 градусов Цельсия для полных [5] и достигает примерно 30 градусов Цельсия. Обратите внимание, что это для отдыхающего человека и не допускает дрожи, потоотделения или физических упражнений. Даже с легкой одеждой потери на излучение и конвекцию резко снижаются, что эффективно снижает TNZ. Следовательно, комфортная температура в отапливаемом здании может составлять 18–22 градуса по Цельсию (64,4–71,6 градуса по Фаренгейту). [6] [7]

Людивырабатывают обязательные ~ 100 Вт тепловой энергии в качестве побочного продукта основных процессов, таких как перекачивание крови, пищеварение, дыхание, биохимический синтез, катаболизм и т. д. Это сопоставимо с обычной лампочкой накаливания. Следовательно, если бы тело было идеально изолировано, внутренняя температура продолжала бы расти до тех пор, пока не будет достигнута смертельная внутренняя температура. И наоборот, мы обычно находимся в окружающей среде, которая значительно холоднее, чем температура тела (37 градусов по Цельсию или 98,6 градусов по Фаренгейту), и, следовательно, существует большой градиент потока тепловой энергии от ядра к окружающей среде. Следовательно, тело должно гарантировать, что оно также может минимизировать потерю тепла примерно до 100 Вт, если оно должно поддерживать внутреннюю температуру. Короче говоря, кожа должна отводить 100 ватт тепла в относительно теплой среде.но также убедитесь, что он не теряет слишком много в относительно холодных условиях.

Внешняя или периферическая оболочка человека (кожа, подкожно-жировая клетчатка и т. Д.) Действует как регулируемый изолятор / излучатель, причем основным механизмом регулировки является приток крови к этому отсеку. Если окружающая среда теплая, потери тепла меньше, поэтому тело направляет больше крови к периферии, чтобы поддерживать градиент потока энергии. И наоборот, если окружающая среда прохладная, кровоток к коже может быть значительно уменьшен, так что потери тепла значительно уменьшатся.

Эти пассивные процессы определяют TNZ, поскольку выполняется незначительная работа по перенаправлению крови на периферию или ядро.

Физиологические механизмы:

Кожа обладает огромной способностью принимать кровоток, что составляет от 1 мл / 100 г кожи / мин до 150 мл / 100 г / мин. Его метаболические потребности очень низкие, и, следовательно, для поддержания собственного роста и метаболизма требуется очень небольшая часть работы сердца. В умеренных климатических условиях приток крови к коже намного выше, чем требуется для обмена веществ, определяющим фактором является необходимость избавления организма от тепла. Фактически, кожа может выжить в течение длительного периода времени (часы) с субфизиологическим кровотоком и оксигенацией, и, пока за этим следует период хорошей перфузии, некроза не произойдет.

В условиях умеренного климата есть место для резкого увеличения или уменьшения притока крови к коже. Это достигается за счет специальных приспособлений в сосудистых руслах кожи. Имеется значительное количество дополнительных сосудов, особенно в конечностях с большой площадью поверхности (руки, уши, пальцы ног и т. Д.). Это прямые связи между артерией и веной, которые обходят питательные капилляры и контролируются симпатической нервной системой. Эти шунты обычно в основном закрыты, но их открытие позволяет коже наполняться кровью, а поскольку эти сосуды имеют низкое сопротивление, кровоток по ним быстрый. И наоборот, когда кровоснабжение кожи должно быть уменьшено, эти шунты могут быть закрыты, и, кроме того, нормальный механизм вазоконстрикции артериол может резко снизить перфузию кожи.

Между видами [ править ]

У разных видов разные температуры своих тепловых нейтральных зон.

У собак термонейтральная зона находится в диапазоне 20-30 ° C (68-86 ° F). [8]

У лошадей нижняя критическая температура составляет 5 ° C, а верхняя критическая температура зависит от используемого определения. [9] Их термонейтральная зона составляет примерно 5-30 ° C (41-86 ° F). [10]

У мышей нижняя критическая температура и верхняя критическая температура могут быть одинаковыми, создавая термонейтральную точку вместо термонейтральной зоны. Эта точка меняется в течение дня в зависимости от того, находится ли мышь в активной темной фазе (33 ° C) или в фазе покоя света (29 ° C). [11]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Röhrig, Brian (октябрь 2013 года). «Расслабление, разминка: как животные выживают при экстремальных температурах» . Американское химическое общество . Проверено 26 апреля 2018 года .
  2. ↑ Mount, LE (сентябрь 1971 г.). «Скорость метаболизма и теплоизоляция у мышей-альбиносов и мышей без шерсти» . Журнал физиологии . 217 (2): 315–326. DOI : 10.1113 / jphysiol.1971.sp009573 . PMC 1331779 . PMID 5097602 .  
  3. ^ Расмуссен и Брандер (1972). «Стандартная скорость метаболизма и более низкая критическая температура для рябчика» (PDF) . Архив орнитологических исследований с возможностью поиска . Проверено 26 апреля 2018 года .
  4. ^ Д. Рэндалл, В. Бурггрен, К. Френч. Физиология животных Эккерта2001 WH Freeman
  5. ^ Nahon, KJ; Бун, MR; Doornink, F; Jazet, IM; Ренсен, PCN; Абреу-Виейра, Г. (октябрь 2017 г.). «Более низкая критическая температура и индуцированный холодом термогенез у худых и полных людей обратно пропорциональны массе тела и скорости основного метаболизма». Журнал термобиологии . 69 : 238–248. DOI : 10.1016 / j.jtherbio.2017.08.006 . PMID 29037389 . 
  6. ^ Kingma, Frijns, Schellen, ван Маркен Lichtenbelt (2014-06-08). «За пределами классической термонейтральной зоны» . Температура . 2 (1): 142–149. DOI : 10.4161 / temp.29702 . PMC 4977175 . PMID 27583296 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ Kingma, Frijns, ван Маркен Lichtenbelt (2012). «Термонейтральная зона: значение для метаболических исследований». Границы биологических наук . E4 (5): 1975–1985. DOI : 10.2741 / E518 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Мэри Джордан, Эми Э. Бауэр, Джудит Л. Стелла, Кэндис Крони. «Температурные требования для собак» (PDF) . Расширение Purdue . Проверено 21 февраля 2021 года . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  9. Перейти ↑ Morgan, K (1998). «Термонейтральная зона и критические температуры лошадей». Журнал термобиологии . 23 (1): 59-61. DOI : 10.1016 / S0306-4565 (97) 00047-8 .
  10. ^ "Покрывало Лошади: что можно и чего нельзя" . Колледж сельского хозяйства, продовольствия и окружающей среды Великобритании . Проверено 21 февраля 2021 года .
  11. ^ Шкоп, V; Guo, J; Лю, Н.; Сяо, C; Холл, КД; Гаврилова, О; Рейтман, ML (2020). «Терморегуляция мыши: введение в понятие термонейтральной точки» . Отчеты по ячейкам . 31 (2). DOI : 10.1016 / j.celrep.2020.03.065 .