Termoregulacja

Przemiany energetyczne w komórkach powodują, że temperatura organizmu może być wyższa od temperatury otoczenia. Różnica temperatur między powierzchnią ciała a otoczeniem powoduje ciągły ubytek cie-pła i konieczność jego stałego wytwarzania (termogenezy).

U zwierząt zmiennocieplnych temperatura ciała jest ściśle uzależniona od warunków termicznych środowiska i niewiele ją przewyższa, a u niektórych płazów jest często niższa od temperatury zewnętrznej. Ponieważ szybkość procesów metabolicznych i aktywność życiowa są uwarunkowane temperaturą zewnętrzną, więc zwierzęta te pozostają w stałej zależności od warunków cieplnych środowiska, a stan aktywny utrzymują tylko w optymalnym zakresie temperatur. Cykl życiowy tych zwierząt albo ogranicza się do jednego sezonu, albo wykazuje okresowe wahania i wtedy aktywność życiowa ogranicza się do tych pór roku, w których temperatura jest korzystna. W niesprzyjających porach roku aktywność maleje, a zwierzę przechodzi w stan snu letniego (estywacja).

Tylko niektóre zwierzęta potrafią stale utrzymywać znacznie wyższą temperaturę wnętrza ciała bez względu na temperaturę otoczenia, a więc potrafią regulować ciepłotę ciała.

Regulowanie temperatury ciała u gadów polega przede wszystkim na odpowiednim zachowaniu się, np. wygrzewaniu się na słońcu, zmianie barwy, chowaniu się pod powierzchnią podłoża itp. Tego typu termoregulację określamy mianem etologicznej.

Zdecydowana większość ptaków i ssaków zachowuje wysoką aktywność życiową przez cały rok. Są one zdolne do utrzymania stałej i stosunkowo wysokiej temperatury wnętrza ciała (ssaki 36-38°C, ptaki 39-42°C) bez wzglę¬du na zmiany termiczne otoczenia. Zwierzęta stałocieplne dostosowują się do zmian temperatury przez odpowiednie zmiany ilości ciepła wytwarzane¬go przez organizm i ilości ciepła rozpraszanego. Dzięki mechanizmom regulacji fizjologicznej zwierzęta mogą zachować wysoką temperaturę wewnętrzną i ciągłą aktywność, która z kolei gwarantuje im wysokie tempo metabolizmu.
Podstawą utrzymania stałej temperatury ciała jest zachowanie równowagi między ciepłem traconym a wytwarzanym.

Wytwarzanie ciepła odbywa się głównie w procesach metabolicznych, zwłaszcza podczas oddychania. Dużo ciepła produkują też niektóre organy, np. wątroba i mózg. Wymienionymi wyżej sposobami powstaje 40% całkowitej produkcji ciepła w ciele ssaka. Pozostała część przypada na ciepło tworzone podczas pracy mięśni. One też w największym stopniu produkują ciepło w czasie oziębienia organizmu, np. na skutek drga-wek mięśniowych.

U ssaków zapadających w stan hibernacji następuje okresowe obniżenie temperatury ciała, mimo że wy-stępuje u nich tzw. brunatna tkanka tłuszczowa, której komórki, spalając tłuszcz, generują bardzo dużo ciepła. Nie¬które kolibry zapadają nocą w stan odrętwienia ze względu na wielkie zapotrzebowanie energetyczne przy podtrzymywaniu aktywności.

Ciepło tracone jest głównie przez powierzchnię ciała oraz parowanie z po¬wierzchni błon śluzowych układu oddechowego i jamy gębowej. Oddawanie ciepła przez powierzchnię ciała może zachodzić trzema sposobami: przez promieniowanie, przez przewodzenie i przez parowanie. Udział każdego z tych sposobów w ogól-nej utracie ciepła jest różny u różnych zwierząt i w dużej mierze zależy od środowiska (wodne, lądowe) i trybu życia. Gdy temperatura skóry jest wyższa od temperatury otoczenia, ciepło jest tracone głównie przez promieniowanie i przewodzenie. Tymi drogami człowiek traci około 4/5 całej ilości ciepła.

Ogrzana powierzchnia oddaje ciepło w postaci promieni podczerwonych. Utrata ciepła przez przewodzenie polega na jego oddawaniu cząsteczkom otaczającego środowiska. Ilość strat cieplnych jest wówczas uzależniona od różnicy temperatur między powierzchnią ciała a otoczeniem. Zwierzęta wodne w ten właśnie sposób tracą szczególnie dużo ciepła.

Regulacja oddawania ciepła przez promieniowanie i przewodzenie polega na zmianach ukrwienia skóry. Ogrzana, płynąca w naczyniach skóry krew, oddaje ciepło. Gdy zachodzi potrzeba zmniejszenia strat ciepła, prze¬pływ krwi do warstw powierzchniowych ciała oraz ich przewodnictwo cieplne zostają ograniczone. Skóra jest wtedy blada, a naczynia krwionośne wnętrza ciała rozszerzają się. Dużą rolę odgrywa tu izolacja w postaci tłuszczu podskórnego i różnych struktur izolujących, np. sierści, włosów, piór, barwników, które zabezpieczają przed ubytkiem ciepła lub ograniczają jego do¬pływ z zewnątrz, zależnie od temperatury środowiska.

Pocenie się jest u wielu zwierząt ważnym mechanizmem regulującym bilans cieplny organizmu. Ten sposób utraty ciepła dominuje, gdy temperatura otoczenia jest taka sama jak temperatura ciała lub wyższa od niej. Wysokie ciepło parowania wody powoduje silne ochłodzenie skóry i odbiera ciepło z krwi płynącej w naczyniach powłok ciała. Intensywność paro¬wania zależy też od wilgotności i ruchu otaczającego powietrza. Im mniejsza wilgotność tym większe parowanie, a ruch powietrza sprzyja oddawaniu ciepła.

Parowanie wody z dróg oddechowych u człowieka powoduje niewielkie ubytki ciepła - w ten sposób tracimy go około 13%. Jednak u wielu zwierząt, szczególnie tych, które się nie pocą, podstawowym sposobem utraty ciepła jest zianie, obserwowane u psów i ptaków, gdy jest im zbyt gorąco.
Rozwój stałocieplności odbywał się w ścisłym związku z ewolucyjnym doskonaleniem się głównie układu nerwowego i krwionośnego, a także oddechowego. Ośrodek termoregulacji znajduje się w podwzgórzu. Reaguje on na temperaturę krwi dopływającej do mózgu. On też, stosownie do zapotrzebowania energetyczne-go, reguluje tempo procesów metabolicznych - endogennych sposobów termogenezy. Ośrodek termoregulacji otrzymuje także informacje z termoreceptorów powłok ciała i w ten sposób jest zawiadamia¬ny o stanie termicznym środowiska zewnętrznego.