termoregulasi adalah proses yang memungkinkan organisme mengatur suhu tubuh mereka, modulasi kehilangan panas dan keuntungan. Dalam kingdom animalia terdapat mekanisme pengaturan suhu yang berbeda, baik fisiologis maupun etologis.
Mengatur suhu tubuh adalah aktivitas dasar bagi setiap makhluk hidup , karena parameter sangat penting untuk homeostasis tubuh dan mempengaruhi fungsi enzim dan protein lainnya, fluiditas membran, aliran ion, antara lain. .
Mamalia adalah homeotermik dan endotermik. Sumber: Alan Wilson [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]
Dalam bentuknya yang paling sederhana, jaringan termoregulasi diaktifkan melalui sirkuit yang mengintegrasikan input termoreseptor yang terletak di kulit, di dalam jeroan, di otak , antara lain.
Mekanisme utama untuk rangsangan panas atau dingin ini termasuk vasokonstriksi kulit, vasodilatasi, produksi panas (termogenesis), dan berkeringat. Mekanisme lain termasuk perilaku untuk mempromosikan atau mengurangi kehilangan panas.
Indeks artikel
Dasar-dasar: panas dan suhu
Untuk membicarakan termoregulasi pada hewan, perlu diketahui definisi yang tepat dari istilah-istilah yang sering membingungkan siswa.
Memahami perbedaan antara panas dan suhu sangat penting untuk memahami regulasi termal hewan. Kita akan menggunakan benda mati untuk mengilustrasikan perbedaannya: mari kita pikirkan dua kubus dari logam, yang satu 10 kali lebih besar dari yang lain.
Masing-masing kubus tersebut berada dalam sebuah ruangan yang bersuhu 25 °C. Jika kita mengukur suhu masing-masing balok, keduanya akan berada pada 25 ° C, meskipun yang satu besar dan yang lain kecil.
Sekarang, jika kita mengukur jumlah panas di setiap balok, hasil antara keduanya akan berbeda. Untuk melakukan tugas ini, kita harus memindahkan balok ke ruangan dengan suhu nol mutlak dan menghitung jumlah panas yang dikeluarkannya. Dalam hal ini, kandungan panas akan 10 kali lebih tinggi di kubus logam terbesar.
Suhu
Berkat contoh sebelumnya, kita dapat menyimpulkan bahwa suhunya sama untuk keduanya dan tidak bergantung pada jumlah materi di setiap blok. Suhu diukur sebagai kecepatan atau intensitas pergerakan molekul.
Dalam literatur biologi, ketika penulis menyebutkan “suhu tubuh” mereka mengacu pada suhu daerah pusat dan perifer tubuh. Suhu wilayah tengah mencerminkan suhu jaringan “dalam” tubuh – otak, jantung, dan hati.
Suhu daerah perifer, di sisi lain, dipengaruhi oleh aliran darah ke kulit dan diukur di kulit tangan dan kaki.
Panas
Sebaliknya – dan kembali ke contoh balok – panas berbeda di kedua benda inert dan berbanding lurus dengan jumlah materi. Ini adalah bentuk energi dan tergantung pada jumlah atom dan molekul zat yang bersangkutan.
Jenis: hubungan termal antara hewan
Dalam fisiologi hewan, ada sejumlah istilah dan kategori yang digunakan untuk menggambarkan hubungan termal antara organisme. Masing-masing kelompok hewan ini memiliki adaptasi khusus – fisiologis, anatomis atau anatomis – yang membantu mereka mempertahankan suhu tubuh mereka dalam kisaran yang sesuai.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita menyebut hewan endotermik dan homeotermik sebagai “berdarah panas”, dan hewan poikilothermic dan ektotermik sebagai “berdarah dingin”.
Endoterm dan ektoterm
Istilah pertama adalah endotermik, digunakan ketika hewan berhasil menghangatkan diri dengan memediasi produksi metabolisme panas. Konsep sebaliknya adalah ektotermi, di mana suhu hewan ditentukan oleh lingkungan sekitarnya.
Beberapa hewan tidak mampu menjadi endotermik, karena meskipun mereka menghasilkan panas, mereka tidak melakukannya dengan cukup cepat untuk mempertahankannya.
Poikilothermic dan homeothermic
Cara lain untuk mengklasifikasikannya adalah menurut termoregulasi hewan. Istilah poikilotherm digunakan untuk menyebut hewan dengan suhu tubuh yang bervariasi. Dalam kasus ini, suhu tubuh tinggi di lingkungan panas dan rendah di lingkungan dingin.
Hewan poikilothermic dapat mengatur sendiri suhunya melalui perilaku. Yaitu dengan menempatkan di daerah dengan radiasi matahari tinggi untuk meningkatkan suhu atau bersembunyi dari radiasi tersebut untuk menurunkannya.
Istilah poikilotherm dan ectotherm pada dasarnya mengacu pada fenomena yang sama. Namun, poikilotherm menekankan variabilitas suhu tubuh, sedangkan ectotherm mengacu pada pentingnya suhu lingkungan dalam menentukan suhu tubuh.
Istilah berlawanan untuk poikilothermic adalah homeothermic: termoregulasi dengan cara fisiologis – dan tidak hanya berkat tampilan perilaku. Kebanyakan hewan endotermik mampu mengatur suhu mereka.
Contoh
Ikan
ikan adalah contoh sempurna dari ectotherms dan hewan poikilothermic. Dalam kasus vertebrata yang berenang ini , jaringan mereka tidak menghasilkan panas melalui jalur metabolisme dan, lebih lanjut, suhu ikan ditentukan oleh suhu badan air tempat mereka berenang.
reptil
reptil menunjukkan perilaku yang sangat berbeda yang mengatur mereka (melalui etológica) suhu. Hewan ini mencari daerah hangat – seperti hinggap di atas batu panas – untuk menaikkan suhu. Jika tidak, di mana mereka ingin menguranginya, mereka akan berusaha bersembunyi dari radiasi.
Burung dan mamalia
mamalia dan burung adalah contoh dari endotermik dan hangat – berdarah hewan. Ini secara metabolik menghasilkan suhu tubuh Anda dan mengaturnya secara fisiologis. Beberapa serangga juga menunjukkan pola fisiologis ini.
Kemampuan untuk mengatur suhu mereka memberi dua garis keturunan hewan ini keuntungan lebih dari rekan-rekan poikilothermic mereka, karena mereka dapat membangun keseimbangan termal dalam sel dan organ mereka. Hal ini menyebabkan proses nutrisi, metabolisme dan ekskresi lebih kuat dan efisien.
Manusia, misalnya, mempertahankan suhunya pada 37 ° C, dalam kisaran yang cukup sempit – antara 33,2 dan 38,2 ° C. Pemeliharaan parameter ini sangat penting untuk kelangsungan hidup spesies dan menengahi serangkaian proses fisiologis dalam tubuh.
Pergantian spasial dan temporal endotermi dan ektotermi
Perbedaan antara keempat kategori ini sering membingungkan ketika kita memeriksa kasus hewan yang dapat berganti-ganti antara kategori, baik secara spasial maupun temporal.
Variasi temporal dalam regulasi termal dapat dicontohkan dengan mamalia yang menjalani periode hibernasi. Hewan-hewan ini umumnya homeotermik pada saat-saat dalam setahun ketika mereka tidak berhibernasi dan selama hibernasi mereka tidak dapat mengatur suhu tubuh mereka.
Variasi spasial terjadi ketika hewan secara berbeda mengatur suhu di daerah tubuh. Lebah dan serangga lainnya dapat mengatur suhu segmen toraks mereka dan tidak dapat mengatur bagian lainnya. Kondisi pengaturan diferensial ini disebut heterotermi.
Fisiologi termoregulasi
Seperti sistem lainnya, pengaturan fisiologis suhu tubuh memerlukan adanya sistem aferen, pusat kendali, dan sistem eferen.
Sistem pertama, aferen, bertanggung jawab untuk menangkap informasi melalui reseptor kulit. Selanjutnya, informasi ditransmisikan ke pusat termoregulasi secara saraf melalui darah.
Dalam kondisi normal, organ tubuh yang menghasilkan panas adalah jantung dan hati. Saat tubuh melakukan pekerjaan fisik (olahraga), otot rangka juga merupakan struktur penghasil panas.
hipotalamus adalah pusat termoregulasi dan tugas-tugas dibagi menjadi kehilangan panas dan keuntungan panas. Zona fungsional untuk memediasi pemeliharaan panas terletak di zona posterior hipotalamus, sedangkan kehilangan diperantarai oleh wilayah anterior. Organ ini bekerja seperti termostat.
Kontrol sistem terjadi dalam dua cara: positif dan negatif, dimediasi oleh korteks otak . Respons efektor adalah tipe perilaku atau dimediasi oleh sistem saraf otonom . Kedua mekanisme ini akan dipelajari kemudian.
Mekanisme termoregulasi
Mekanisme fisiologis
Mekanisme pengaturan suhu berbeda-beda antara jenis rangsangan yang diterima, yaitu kenaikan atau penurunan suhu. Jadi kita akan menggunakan parameter ini untuk membuat klasifikasi mekanisme:
Peraturan untuk suhu tinggi
Untuk mencapai pengaturan suhu tubuh dalam menghadapi rangsangan panas, tubuh harus meningkatkan kehilangannya. Ada beberapa mekanisme:
Vasodilatasi
Pada manusia, salah satu ciri peredaran kulit yang paling mencolok adalah luasnya jangkauan pembuluh darah yang dimilikinya. Sirkulasi darah melalui kulit memiliki sifat yang sangat bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan dan berubah dari aliran darah tinggi ke rendah.
Kemampuan vasodilatasi sangat penting dalam termoregulasi individu. Aliran darah yang tinggi selama periode peningkatan suhu memungkinkan tubuh meningkatkan transmisi panas, dari inti tubuh ke permukaan kulit, untuk akhirnya hilang.
Ketika aliran darah meningkat, volume darah kulit meningkat pada gilirannya . Dengan demikian, lebih banyak darah yang ditransfer dari inti tubuh ke permukaan kulit, di mana terjadi perpindahan panas. Darah yang sekarang lebih dingin ditransfer kembali ke inti atau pusat tubuh.
Keringat
Seiring dengan vasodilatasi, produksi keringat sangat penting untuk termoregulasi karena membantu menghilangkan kelebihan panas. Faktanya, produksi dan penguapan keringat selanjutnya adalah mekanisme utama tubuh untuk kehilangan panas. Mereka juga bekerja selama aktivitas fisik.
Keringat adalah cairan yang diproduksi oleh kelenjar keringat yang disebut ekrin, didistribusikan ke seluruh tubuh dalam kepadatan yang signifikan.Penguapan keringat memindahkan panas dari tubuh ke lingkungan sebagai uap air.
Peraturan untuk suhu rendah
Berbeda dengan mekanisme yang disebutkan di bagian sebelumnya, dalam situasi penurunan suhu, tubuh harus meningkatkan konservasi dan produksi panas dengan cara berikut:
Vasokonstriksi
Sistem ini mengikuti logika berlawanan yang dijelaskan dalam vasodilatasi, jadi kita tidak akan menguraikan banyak dalam penjelasannya. Dingin merangsang kontraksi pembuluh kulit, sehingga menghindari disipasi panas.
Piloereksi
Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa “merinding” muncul ketika kita berada di depan suhu rendah? Ini adalah mekanisme untuk mencegah kehilangan panas yang disebut piloerection. Namun, karena manusia memiliki rambut yang relatif sedikit di tubuh kita, itu dianggap sebagai sistem yang tidak efektif dan belum sempurna.
Ketika elevasi setiap rambut terjadi, lapisan udara yang bersentuhan dengan kulit meningkat, yang menurunkan konveksi udara. Ini mengurangi kehilangan panas.
Produksi panas
Cara paling intuitif untuk melawan suhu rendah adalah dengan menghasilkan panas. Hal ini dapat terjadi dalam dua cara: dengan thermogenesis menggigil dan non-menggigil.
Dalam kasus pertama, tubuh menghasilkan kontraksi otot yang cepat dan tidak disengaja (itulah sebabnya Anda menggigil saat kedinginan) yang mengarah pada produksi panas. Produksi menggigil itu mahal – berbicara dengan penuh semangat – sehingga tubuh akan jatuh kembali jika sistem yang disebutkan di atas gagal.
Mekanisme kedua dipimpin oleh jaringan yang disebut lemak coklat (atau jaringan adiposa coklat, dalam literatur bahasa Inggris biasanya diringkas di bawah akronim BAT untuk jaringan adiposa coklat ).
Sistem ini bertanggung jawab untuk memisahkan produksi energi dalam metabolisme: alih-alih membentuk ATP , ini mengarah pada produksi panas. Ini adalah mekanisme yang sangat penting pada anak-anak dan mamalia kecil, meskipun bukti yang lebih baru telah menemukan bahwa hal itu juga relevan pada orang dewasa.
Mekanisme etologis
Mekanisme etologis terdiri dari semua perilaku yang ditunjukkan hewan untuk mengatur suhunya. Seperti yang kita sebutkan dalam contoh reptil, organisme dapat ditempatkan di lingkungan yang tepat untuk meningkatkan atau mencegah kehilangan panas.
Bagian otak yang berbeda terlibat dalam memproses respons ini. Pada manusia, perilaku ini efektif, meskipun tidak diatur dengan baik seperti perilaku fisiologis.
Gangguan termoregulasi
Tubuh mengalami perubahan suhu kecil dan halus sepanjang hari, tergantung pada beberapa variabel, seperti ritme sirkadian, siklus hormonal, di antara aspek fisiologis lainnya.
Seperti yang kita sebutkan, suhu tubuh mengatur sejumlah besar proses fisiologis dan hilangnya regulasinya dapat menyebabkan kondisi yang menghancurkan di dalam organisme yang terkena.
Kedua ekstrem termal – baik tinggi maupun rendah – berdampak negatif pada organisme. Suhu yang sangat tinggi, di atas 42 ° C pada manusia, memiliki efek yang sangat nyata pada protein, mendorong denaturasinya. Selain itu, sintesis DNA juga terpengaruh . Organ dan neuron juga rusak.
Demikian pula, suhu di bawah 27 ° C menyebabkan hipotermia parah. Perubahan aktivitas neuromuskular, kardiovaskular, dan pernapasan memiliki konsekuensi yang fatal.
Beberapa organ terpengaruh ketika termoregulasi tidak bekerja dengan benar. Ini termasuk jantung, otak, saluran pencernaan, paru-paru, ginjal, dan hati.
Referensi
- Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual patologi umum. lain.
- Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Tinjauan yang diundang: memisahkan protein dan termoregulasi. Jurnal Fisiologi Terapan , 92 (5), 2187-2198.
- Charkoudian N. (2010). Mekanisme dan pengubah refleks yang diinduksi vasodilatasi kulit dan vasokonstriksi pada manusia. Jurnal fisiologi terapan (Bethesda, Md.: 1985) , 109 (4), 1221-8.
- Bukit, RW (1979). Perbandingan Fisiologi Hewan: Suatu Pendekatan Lingkungan . saya terbalik.
- Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi hewan. Rekan Sinauer.
- Liedtke WB (2017). Mendekonstruksi termoregulasi mamalia. Prosiding National Academy of Sciences Amerika Serikat , 114 (8), 1765-1767.
- Morrison SF (2016). Kontrol pusat suhu tubuh. F1000Research , 5 , F1000 Fakultas Rev-880.
