Termoregulace je integrovaný systém biologických mechanismů, určený k udržení téměř konstantní vnitřní teploty bez ohledu na klimatické podmínky mimo organismus. Tyto mechanismy - zvláště účinné u ptáků a savců (všech domácích zvířat), méně u ryb, obojživelníků a plazů (drůbeží můry) - zahrnují procesy výroby, konzervace a rozptylování tepla.
Vzhledem k tomu, že obézní subjekt často nesní abnormálně ve srovnání s jinými jedinci normopeso, kteří někdy jedí ještě více, je pravděpodobné, že - se stejnou fyzickou aktivitou - mohou změny termoregulačních procesů vést ke snížené spotřebě energie, s akumulací přebytečná energie ve formě tuku. Tenké subjekty, na rozdíl od obézních, by proto byly lepší při likvidaci potravinových nadbytků (viz hnědá tuková tkáň) ve formě tepla.
Termoregulace může být především dobrovolná nebo nedobrovolná. V prvním případě se jedná o zvíře samo, které dobrovolně uvede do pohybu odpovídající strategie chování, jako je hledání útulku chráněného před povětrnostními vlivy nebo migrace na nejvhodnější místa pro udržení tělesné teploty.
Dokonce i nedobrovolné termoregulační reakce mohou být vyvolány vystavením chladnému prostředí nebo teplým prostředím. V každém případě předpokládají zásah hypotalamického termoregulačního centra, který je schopen zachytit a zpracovat signály přicházející z kožních a centrálních termoreceptorů (umístěných v mozku, míše a centrálních orgánech), koordinujících nejvhodnější fyziologickou reakci na udržení tělesné teploty.
Termoregulace v chladném prostředí
Termoregulační adaptace na chlad jsou určeny k ochraně a / nebo produkci tepla.
Schopnost organismu produkovat teplo se nazývá termogeneze; je do značné míry povinná a souvisí s fyziologickými a metabolickými procesy, které se podílejí na pohybu, trávení, absorpci a zpracování živin zavedených s dietou.
Savci mají schopnost zvýšit produkci tepla (volitelná termogeneze), zahrnující nebo nezahrnující mechanismus vzrušení. V prvním případě hovoříme o třepání termogeneze (třes). Tento mechanismus vede k produkci tepla prostřednictvím rytmické a izometrické kontrakce svalové tkáně, která není zaměřena na pohyb. Střídání kontrakcí a relaxací vede k charakteristickému třesu, který se nazývá třes, který se objeví, když tělesná teplota má tendenci „znatelně klesat“. Třepání generuje podíl tepla dokonce 6-8 krát větší než ten, který produkuje sval v klidu. Typicky se vyskytuje pouze tehdy, když maximální vazokonstrikce (viz níže) nebyla schopna udržet tělesnou teplotu.
Termogeneze bez chvění, také nazývaná chemická termogeneze, zahrnuje produkci tepla exotermními biochemickými reakcemi (které generují teplo). Tyto reakce probíhají v jednotlivých orgánech, jako je hnědá tuková tkáň (BAT), játra a sval.
Hnědá tuková tkáň, typická pro hibernující zvířata a vzácná u lidí (větší u novorozenců), je tedy definována charakteristickou hnědou pigmentací (viditelnou pouhým okem) danou karotenoidy přítomnými na úrovni mitochondrií. Tyto elektrárny hnědé tukové buňky se vyznačují další charakteristikou, přítomností mitochondriálního proteinu UCP1. Tento protein, který se nachází na úrovni mitochondriální membrány, má charakter oddělování oxidační fosforylace, čímž podporuje produkci tepla na úkor tvorby ATP molekul. Jednoduše řečeno, hnědá tuková tkáň je určena ke spalování živin (zejména tuků), aby se zvýšila produkce tepla. Aktivace hnědé tukové tkáně, stimulované chladem, je spojena především s uvolňováním noradrenalinu a jeho interakcí s receptory β3, ale také zajištěna endokrinními mechanismy, jako je uvolňování T3 a T4 ze štítné žlázy. Největší ložiska hnědé tukové tkáně se zaznamenávají v mezikloubních, periaortálních a perirenálních oblastech; na těchto úrovních jsou umístěny v blízkosti krevních cév, kterým dávají teplo, takže je transportován krevním oběhem do periferních oblastí těla.
V současné době se má za to, že játra se také účastní termoregulace, což zvyšuje její metabolickou aktivitu - s následnou produkcí tepla - když je lidské tělo vystaveno nízkým teplotám. Dalším nedávným objevem byl nález izoforem proteinu UCP1 ve svalu, což naznačuje předpokládanou termogenní úlohu metabolického původu (kromě schopnosti produkovat teplo skrze třes). Konečně, vystavení nízkým teplotám zvyšuje srdeční aktivitu, nezbytnou pro podporu metabolických požadavků aktivních tkání za těchto okolností (jako je BAT) a pro zvýšení transportu tepla, které je v nich produkováno, ve všech anatomických oblastech. Kromě toho, že toto vše zaručuje, je zvýšení srdeční aktivity samo o sobě schopno produkovat nezanedbatelné množství tepla.
Řízení tepelných ztrát se řídí fyzikálními zákony vedení, konvekcí, ozařováním a odpařováním.
CONDUCTION : přenos tepla mezi dvěma objekty při různých teplotách, ve vzájemném kontaktu přes povrch.
RADIACE nebo IRRADIACE : přenos tepla mezi dvěma objekty při různých teplotách, které NENÍ v kontaktu. Ztráta nebo nákup tepla nastává ve formě záření s vlnovými délkami ve viditelné nebo infračervené oblasti; Abych byl jasný, je to tak, že slunce ohřívá zem vesmírem. Tepelné ztráty vyzařováním představují více než polovinu množství tepla, které lidské tělo ztrácí.
PŘEPRAVA : přenos tepla z těla na zdroj, který se přes něj pohybuje (proudy vzduchu nebo vody). Pohyb vody nebo studeného vzduchu teplejší kůží způsobuje nepřetržité odstraňování tepla.
ODPAD : přenos tepla průchodem z kapaliny do plynného stavu tekutin ztracených pocení, necitlivých ztrát kůží a dýchacích cest.
K redukci tepelné disperze v životním prostředí dochází v podstatě prostřednictvím zadržení krevního průtoku kůže (vazokonstrikce) a piloerekce (u kožešinových zvířat, mezi teplou kůží a chladným prostředím je vytvořen vzduchový polštář, který funguje tepelnou izolací).
Zvýšení chuti k jídlu, pro jeho část, zvyšuje produkci tepla přes termogenetické mechanismy vyvolané stravou a podporuje energetickou náročnost termogenních orgánů.
Termoregulace v horkém prostředí
Během pobytu v teplém prostředí organismus reaguje prostřednictvím řady termodisperzních mechanismů, v mnoha směrech, které jsou v rozporu s těmi, které jsou právě ilustrovány; kromě toho jsou metabolické procesy, které jsou základem případné termogeneze, suspendovány. Mezi ně patří kožní vazodilatace a zvýšené pocení, četnost a hloubka dechu (polypnea), všechny procesy, jejichž cílem je zvýšení tepelné disperze odpařováním. Za těchto okolností také klesá chuť k jídlu a srdeční frekvence, což je reakcí na nižší poptávku po kyslíku termogenními orgány.
Mezi dlouhodobými adaptačními procesy můžeme také ocenit pokles sekrece hypofýzy hormonu stimulujícího štítnou žlázu, s následným zpomalením metabolismu a tím i produkce tepla.
Jak bylo uvedeno v předchozí kapitole, proces vazokonstrikce je do značné míry řízen sympatickým nervovým systémem. Hladké svaly na úrovni předplášťových sfinkterů a arteriol dostávají afenzity z postganglionických sympatických (adrenergních) neuronů. Pokud hluboká teplota klesne (vystavení chladu), hypotalamus selektivně aktivuje tyto neurony, které uvolněním norepinefrinu určují kontrakci hladkého svalstva arteriol, což snižuje průtok krve kůže. Tato termoregulační odezva udržuje teplejší krev na vnitřních orgánech, minimalizuje průtok krve na povrchu kůže, který je chladný počasím. Zatímco vazokonstrikce je aktivní proces, vazodilatace je převážně pasivní proces, který závisí na suspenzi vazokonstrikční aktivity inhibicí sympatické aktivity. Pokud je tento proces typický pro tělesné končetiny, je v jiných částech těla doporučována vazodilatace specializovanými neurony, které vylučují acetylcholin. Konkrétní případy jsou také reprezentovány lokální expanzí některých cévních oblastí po uvolnění oxidu dusnatého (NO) nebo jiných vazodilatačních parakrinních látek.
V souvislosti s termoregulací se průtok krve kůže liší od hodnot blízkých nule, kdy je nutné šetřit teplo až do téměř 1/3 srdečního rozsahu, kdy musí být teplo uvolňováno do okolí.
