Termorregulação: fisiologia, mecanismos, tipos e alterações - Ciência - 2023

science
Termorregulação: fisiologia, mecanismos, tipos e alterações - Ciência
Termorregulação: fisiologia, mecanismos, tipos e alterações - Ciência

Contente

o termorregulação É o processo que permite aos organismos regular a temperatura de seus corpos, modulando a perda e o ganho de calor. No reino animal existem diferentes mecanismos de regulação da temperatura, tanto fisiológicos quanto etológicos.

Regular a temperatura corporal é uma atividade básica para qualquer ser vivo, pois o parâmetro é fundamental para a homeostase do corpo e influencia a funcionalidade de enzimas e outras proteínas, a fluidez da membrana, o fluxo de íons, entre outros. .

Em sua forma mais simples, as redes de termorregulação são ativadas por meio de um circuito que integra as entradas de termorreceptores localizados na pele, nas vísceras, no cérebro, entre outros.

Os principais mecanismos para esses estímulos quentes ou frios incluem vasoconstrição cutânea, vasodilatação, produção de calor (termogênese) e sudorese. Outros mecanismos incluem comportamentos para promover ou reduzir a perda de calor.


Noções básicas: calor e temperatura

Para falar em termorregulação em animais, é necessário conhecer a definição exata de termos que muitas vezes confundem os alunos.

Entender a diferença entre calor e temperatura é essencial para entender a regulação térmica dos animais. Usaremos corpos inanimados para ilustrar a diferença: vamos pensar em dois cubos de metal, um é 10 vezes maior que o outro.

Cada um desses cubos está em uma sala a uma temperatura de 25 ° C. Se medirmos a temperatura de cada bloco, ambos estarão a 25 ° C, embora um seja grande e o outro pequeno.

Agora, se medirmos a quantidade de calor em cada bloco, o resultado entre os dois será diferente. Para realizar esta tarefa, devemos mover os blocos para uma sala com temperatura de zero absoluto e quantificar a quantidade de calor que eles emitem. Nesse caso, o conteúdo de calor será 10 vezes maior no maior cubo de metal.


Temperatura

Graças ao exemplo anterior, podemos concluir que a temperatura é a mesma para ambos e independente da quantidade de matéria em cada bloco. A temperatura é medida como a velocidade ou intensidade do movimento das moléculas.

Na literatura biológica, quando os autores mencionam “temperatura corporal”, referem-se à temperatura das regiões centrais e periféricas do corpo. A temperatura das regiões centrais reflete a temperatura dos tecidos "profundos" do corpo - cérebro, coração e fígado.

A temperatura das regiões periféricas, por sua vez, é influenciada pela passagem do sangue para a pele e é medida na pele das mãos e dos pés.

Quente

Em contraste - e voltando ao exemplo dos blocos - o calor é diferente em ambos os corpos inertes e diretamente proporcional à quantidade de matéria. É uma forma de energia e depende do número de átomos e moléculas da substância em questão.


Tipos: relações térmicas entre animais

Na fisiologia animal, há vários termos e categorias usados ​​para descrever as relações térmicas entre os organismos. Cada um desses grupos de animais possui adaptações especiais - fisiológicas, anatômicas ou anatômicas - que os ajudam a manter sua temperatura corporal em uma faixa adequada.

Na vida cotidiana, chamamos os animais endotérmicos e homeotérmicos de "sangue quente" e os animais poiquilotérmicos e ectotérmicos de "sangue frio".

Endotérmico e ectotérmico

O primeiro termo é endotermia, usado quando o animal consegue se aquecer mediando a produção de calor metabólico. O conceito oposto é ectotermia, onde a temperatura do animal é ditada pelo ambiente circundante.

Alguns animais são incapazes de ser endotérmicos porque, embora produzam calor, não o fazem rápido o suficiente para retê-lo.

Poiquilotérmico e homeotérmico

Outra forma de classificá-los é de acordo com a termorregulação do animal. O fim poiquilotérmico É usado para se referir a animais com temperaturas corporais variáveis. Nestes casos, a temperatura corporal é alta em ambientes quentes e baixa em ambientes frios.

Um animal poiquilotérmico pode autorregular sua temperatura por meio de comportamentos. Ou seja, localizando-se em áreas com alta radiação solar para aumentar a temperatura ou escondendo-se dessa radiação para diminuí-la.

Os termos poiquilotérmico e ectotérmico referem-se basicamente ao mesmo fenômeno. No entanto, o poiquilotérmico enfatiza a variabilidade da temperatura corporal, enquanto o ectotérmico se refere à importância da temperatura ambiente na determinação da temperatura corporal.

O termo oposto para poiquilotérmico é homeotérmico: termorregulação por meios fisiológicos - e não apenas graças à exibição de comportamentos. A maioria dos animais endotérmicos é capaz de regular sua temperatura.

Exemplos

Peixes

Os peixes são o exemplo perfeito de animais ectotérmicos e poiquilotérmicos. No caso desses vertebrados nadadores, seus tecidos não produzem calor por meio de vias metabólicas e, além disso, a temperatura dos peixes é determinada pela temperatura do corpo d'água onde nadam.

Répteis

Os répteis exibem comportamentos muito marcantes que lhes permitem regular (etologicamente) sua temperatura. Esses animais procuram regiões quentes - como empoleirar-se em uma pedra quente - para aumentar a temperatura. Caso contrário, onde quiserem reduzi-lo, procurarão se esconder da radiação.

Pássaros e mamíferos

Mamíferos e pássaros são exemplos de animais endotérmicos e homeotérmicos. Eles produzem metabolicamente a temperatura do corpo e a regulam fisiologicamente. Alguns insetos também exibem esse padrão fisiológico.

A capacidade de regular sua temperatura deu a essas duas linhagens de animais uma vantagem sobre suas contrapartes poiquilotérmicas, pois podem estabelecer equilíbrio térmico em suas células e órgãos. Isso fez com que os processos de nutrição, metabolismo e excreção fossem mais robustos e eficientes.

O ser humano, por exemplo, mantém sua temperatura em 37 ° C, dentro de uma faixa bastante estreita - entre 33,2 e 38,2 ° C. A manutenção desse parâmetro é totalmente crítica para a sobrevivência da espécie e medeia uma série de processos fisiológicos no organismo.

Alternância espacial e temporal de endotermia e ectotermia

A distinção entre essas quatro categorias é freqüentemente confundida quando examinamos casos de animais que são capazes de alternar entre as categorias, seja espacial ou temporalmente.

A variação temporal da regulação térmica pode ser exemplificada com mamíferos em períodos de hibernação. Estes animais são geralmente homeotérmicos durante as épocas do ano em que não hibernam e durante a hibernação não conseguem regular a temperatura corporal.

A variação espacial ocorre quando o animal regula diferencialmente a temperatura nas regiões do corpo. Zangões e outros insetos podem regular a temperatura de seus segmentos torácicos e são incapazes de regular o resto das regiões. Essa condição de regulação diferencial é chamada de heterotermia.

Fisiologia da termorregulação

Como qualquer sistema, a regulação fisiológica da temperatura corporal requer a presença de um sistema aferente, um centro de controle e um sistema eferente.

O primeiro sistema, o aferente, é responsável pela captura de informações por meio de receptores cutâneos. Posteriormente, a informação é transmitida ao centro termorregulador neuralmente através do sangue.

Em condições normais, os órgãos do corpo que geram calor são o coração e o fígado. Quando o corpo realiza trabalho físico (exercício), o músculo esquelético também é uma estrutura geradora de calor.

O hipotálamo é o centro termorregulador e as tarefas são divididas em perda e ganho de calor. A zona funcional para mediar a manutenção do calor está localizada na zona posterior do hipotálamo, enquanto a perda é mediada pela região anterior. Este órgão funciona como um termostato.

O controle do sistema ocorre de duas maneiras: positiva e negativa, mediada pelo córtex do cérebro. As respostas efetoras são do tipo comportamental ou mediadas pelo sistema nervoso autônomo. Esses dois mecanismos serão estudados posteriormente.

Mecanismos de termorregulação

Mecanismos fisiológicos

Os mecanismos de regulação da temperatura variam entre o tipo de estímulo recebido, ou seja, se é um aumento ou uma diminuição da temperatura. Portanto, usaremos este parâmetro para estabelecer uma classificação dos mecanismos:

Regulamento para altas temperaturas

Para conseguir a regulação da temperatura corporal diante dos estímulos de calor, o corpo deve promover sua perda. Existem vários mecanismos:

Vasodilatação

Em humanos, uma das características mais marcantes da circulação cutânea é a ampla gama de vasos sanguíneos que possui. A circulação sanguínea através da pele tem a propriedade de variar enormemente dependendo das condições ambientais e de alto para baixo fluxo sanguíneo.

A capacidade de vasodilatação é fundamental na termorregulação dos indivíduos. O fluxo sanguíneo elevado durante os períodos de aumento da temperatura permite que o corpo aumente a transmissão de calor, do centro do corpo para a superfície da pele, para ser finalmente dissipado.

Quando o fluxo sanguíneo é aumentado, o volume de sangue cutâneo, por sua vez, aumenta. Assim, uma maior quantidade de sangue é transferida do núcleo do corpo para a superfície da pele, onde ocorre a transferência de calor. O sangue agora mais frio é transferido de volta para o núcleo ou centro do corpo.

Suor

Junto com a vasodilatação, a produção de suor é crucial para a termorregulação, pois ajuda a dissipar o excesso de calor. Na verdade, a produção e a subsequente evaporação do suor são os principais mecanismos do corpo para a perda de calor. Eles também trabalham durante a atividade física.

O suor é um fluido produzido pelas glândulas sudoríparas denominado écrino, distribuído por todo o corpo em alta densidade. A evaporação do suor transfere calor do corpo para o meio ambiente na forma de vapor d'água.

Regulamento para baixas temperaturas

Ao contrário dos mecanismos mencionados na seção anterior, em situações de diminuição da temperatura, o corpo deve promover a conservação e produção de calor da seguinte forma:

Vasoconstrição

Este sistema segue a lógica oposta descrita na vasodilatação, portanto, não entraremos em detalhes sobre a explicação. O frio estimula a contração dos vasos cutâneos, evitando assim a dissipação do calor. 

Piloereção

Você já se perguntou por que “arrepios” aparecem quando estamos diante de baixas temperaturas? É um mecanismo para evitar a perda de calor denominado piloereção. No entanto, como os humanos têm relativamente poucos pelos em nosso corpo, é considerado um sistema ineficaz e rudimentar.

Quando ocorre a elevação de cada fio de cabelo, a camada de ar que entra em contato com a pele é aumentada, o que diminui a convecção do ar. Isso reduz a perda de calor.

Produção de calor

A maneira mais intuitiva de neutralizar as baixas temperaturas é produzindo calor. Isso pode ocorrer de duas maneiras: por tremores e termogênese sem tremores.

No primeiro caso, o corpo produz contrações musculares rápidas e involuntárias (é por isso que você estremece com frio) que levam à produção de calor. A produção de tremores é cara - energeticamente falando - então o corpo vai recorrer a ela se os sistemas mencionados falharem.

O segundo mecanismo é liderado por um tecido denominado gordura marrom (ou tecido adiposo marrom, na literatura inglesa geralmente é resumido sob a sigla de BAT por tecido adiposo marrom).

Este sistema é responsável por desacoplar a produção de energia no metabolismo: em vez de formar ATP, leva à produção de calor. É um mecanismo particularmente importante em crianças e pequenos mamíferos, embora evidências mais recentes tenham observado que também é relevante em adultos.

Mecanismos etológicos

Os mecanismos etológicos consistem em todos os comportamentos que os animais exibem para regular sua temperatura. Como mencionamos no exemplo dos répteis, os organismos podem ser colocados no ambiente certo para promover ou prevenir a perda de calor.

Diferentes partes do cérebro estão envolvidas no processamento dessa resposta. Em humanos, esses comportamentos são eficazes, embora não sejam tão regulados como os fisiológicos.

Transtornos de termorregulação

O corpo experimenta pequenas e delicadas mudanças de temperatura ao longo do dia, dependendo de algumas variáveis, como o ritmo circadiano, o ciclo hormonal, entre outros aspectos fisiológicos.

Como mencionamos, a temperatura corporal orquestra uma grande variedade de processos fisiológicos e a perda de regulação disso pode levar a condições devastadoras no organismo afetado.

Ambos os extremos térmicos - altos e baixos - afetam negativamente os organismos. Temperaturas muito altas, acima de 42 ° C em humanos, têm um efeito muito acentuado sobre as proteínas, promovendo sua desnaturação. Além disso, a síntese de DNA é afetada. Órgãos e neurônios também são danificados.

Da mesma forma, temperaturas abaixo de 27 ° C levam à hipotermia grave. Alterações na atividade neuromuscular, cardiovascular e respiratória têm consequências fatais.

Vários órgãos são afetados quando a termorregulação não funciona da maneira certa. Isso inclui o coração, cérebro, trato gastrointestinal, pulmões, rins e fígado.

Referências

  1. Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013).Manual de patologia geral. Elsevier.
  2. Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Revisão convidada: proteínas desacopladoras e termorregulação.Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
  3. Charkoudian N. (2010). Mecanismos e modificadores da vasodilatação cutânea induzida por reflexo e vasoconstrição em humanos.Jornal de fisiologia aplicada (Bethesda, Md .: 1985), 109(4), 1221-8.
  4. Hill, R. W. (1979).Fisiologia Animal Comparada: Uma Abordagem Ambiental. Eu inverti.
  5. Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004).Fisiologia animal. Sinauer Associates.
  6. Liedtke W. B. (2017). Desconstruindo a termorregulação em mamíferos.Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América, 114(8), 1765-1767.
  7. Morrison S. F. (2016). Controle central da temperatura corporal.F1000Research, 5, F1000 Corpo Docente Rev-880.