Procesele homeostatice asigură un mediu intern constant prin diferite mecanisme care lucrează în combinație pentru a menține punctele stabilite.

obiective de invatare

Dați un exemplu și descrieți un proces homeostatic.

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Homeostazia este încercarea organismului de a menține un mediu intern constant și echilibrat, care necesită monitorizare și ajustări persistente pe măsură ce condițiile se schimbă.
  • Reglarea homeostatică este monitorizată și ajustată de receptor, centrul de comandă și efectorul.
  • Receptorul primește informații bazate pe mediul intern; centrul de comandă, primește și procesează informațiile; iar efectorul răspunde la centrul de comandă, opunându-se sau sporind stimulul.

Termeni cheie

  • homeostazie: capacitatea unui sistem sau a unui organism viu de a-și regla mediul intern pentru a menține un echilibru stabil
  • efector: orice mușchi, organ etc. care poate răspunde la un stimul de la un nerv

Procesul homeostatic

Organismul uman este format din trilioane de celule care lucrează împreună pentru întreținerea întregului organism. În timp ce celulele pot îndeplini funcții foarte diferite, celulele sunt destul de similare în ceea ce privește cerințele lor metabolice. Menținerea unui mediu intern constant cu tot ceea ce au nevoie celulele pentru a supraviețui (oxigen, glucoză, ioni minerali, eliminarea deșeurilor etc.) este necesară pentru bunăstarea celulelor individuale și bunăstarea întregului corp. Procesele variate prin care organismul își reglează mediul intern sunt denumite în mod colectiv homeostazie.

Homeostazie

Homeostazia, în sens general, se referă la stabilitate, echilibru sau echilibru. Fiziologic, este încercarea organismului de a menține un mediu intern constant și echilibrat, care necesită monitorizare și ajustări persistente pe măsură ce condițiile se schimbă. Reglarea sistemelor fiziologice din corp se numește reglare homeostatică, care implică trei părți sau mecanisme: (1) receptorul, (2) centrul de control și (3) efectorul.

Receptorul primește informații că se schimbă ceva din mediu. Centrul de control sau centrul de integrare primește și procesează informații de la receptor. Efectorul răspunde comenzilor centrului de control fie prin opunerea, fie prin sporirea stimulului. Acest proces continuu funcționează continuu pentru a restabili și menține homeostazia. De exemplu, în timpul reglării temperaturii corpului, receptorii de temperatură din piele comunică informațiile către creier (centrul de control) care semnalizează efectorii: vasele de sânge și glandele sudoripare din piele. Deoarece mediul intern și extern al corpului se schimbă în mod constant, trebuie făcute reglaje în mod continuu pentru a rămâne la sau aproape de o anumită valoare: punctul stabilit.

Scopul homeostaziei

Scopul final al homeostaziei este menținerea echilibrului în jurul valorii stabilite. Deși există fluctuații normale de la punctul stabilit, sistemele corpului vor încerca de obicei să revină la el. O modificare a mediului intern sau extern (un stimul) este detectată de un receptor; răspunsul sistemului este de a regla parametrul de deviere către punctul de setare. De exemplu, dacă corpul devine prea cald, se fac ajustări pentru răcirea animalului. Dacă glicemia crește după masă, se fac ajustări pentru a scădea nivelul glicemiei prin mutarea nutrienților în țesuturile din centrul de comandă care o necesită sau pentru a le păstra pentru utilizare ulterioară.

Homeostazia glicemiei: Un exemplu al modului în care homeostazia se realizează prin controlul nivelului zahărului din sânge după masă.

Homeostazie: Termoreglare

Animalele folosesc diferite moduri de procese de termoreglare pentru a menține temperaturile interne ale corpului homeostatic.

obiective de invatare

Descrieți diferitele tipuri de procese utilizate de animale pentru a asigura termoreglarea.

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Ca răspuns la diferite temperaturi ale corpului, procese precum producția de enzime pot fi modificate pentru a se adapta la schimbările de temperatură.
  • Endotermele își reglează propria temperatură internă a corpului, indiferent de temperaturile externe fluctuante, în timp ce ectotermele se bazează pe mediul extern pentru a-și regla temperatura internă a corpului.
  • Homeotermele își mențin temperatura corpului într-un interval îngust, în timp ce poikilotermele pot tolera o variație largă a temperaturii interne a corpului, de obicei datorită variației mediului.
  • Căldura poate fi schimbată între mediu și animale prin radiații, evaporare, convecție sau procese de conducere.

Termeni cheie

  • ectoterm: Un animal care se bazează pe mediul extern pentru a-și regla temperatura internă a corpului.
  • endotermă: Un animal care își reglează propria temperatură internă a corpului prin procese metabolice.
  • homeotermă: Animal care menține o temperatură internă constantă a corpului, de obicei într-un interval îngust de temperaturi.
  • poikiloterm: Un animal care își variază temperatura internă a corpului într-o gamă largă de temperaturi, de obicei ca urmare a variației temperaturii mediului.

Termoreglare pentru menținerea homeostaziei

Termoreglarea internă contribuie la capacitatea animalului de a menține homeostazia într-un anumit interval de temperaturi. Pe măsură ce temperatura internă a corpului crește, procesele fiziologice sunt afectate, cum ar fi activitatea enzimei. Deși activitatea enzimei crește inițial odată cu temperatura, enzimele încep să se denatureze și își pierd funcția la temperaturi mai ridicate (în jur de 40-50 C pentru mamifere). Deoarece temperatura corpului intern scade sub nivelurile normale, apare hipotermia și sunt afectate alte procese fiziologice. Există diferite mecanisme de termoreglare pe care animalele le folosesc pentru a-și regla temperatura internă a corpului.

Tipuri de termoreglare (Ectotermie vs. Endotermie)

Termoreglarea în organisme se desfășoară de-a lungul unui spectru de la endotermie la ectotermie. Endotermele își creează cea mai mare parte a căldurii prin procese metabolice și sunt denumite în mod colocvial „cu sânge cald”. Ectotermele folosesc surse externe de temperatură pentru a-și regla temperatura corpului. Ectotermele sunt denumite în mod colocvial „cu sânge rece”, chiar dacă temperatura corpului lor rămâne adesea în aceleași intervale de temperatură ca și animalele cu sânge cald.

Ectotherm

Ectotherm: Broasca comună este o ecotermă și își reglează corpul în funcție de temperatura mediului extern.

O ectotermă, din greacă (ektós) „afară” și (thermós) „fierbinte”, este un organism în care sursele fiziologice interne de căldură au o importanță relativ mică sau destul de neglijabilă în controlul temperaturii corpului. Deoarece ectotermele se bazează pe surse de căldură din mediul înconjurător, ele pot funcționa la rate metabolice economice. Ectotermele trăiesc de obicei în medii în care temperaturile sunt constante, cum ar fi tropice sau ocean. Ectotermele au dezvoltat mai multe mecanisme comportamentale de termoreglare, cum ar fi relaxarea la soare pentru a crește temperatura corpului sau căutarea umbrei pentru a scădea temperatura corpului.

Endotermi

Spre deosebire de ectoterme, endotermele își reglează propria temperatură corporală prin procese metabolice interne și, de obicei, mențin o gamă îngustă de temperaturi interne. Căldura este de obicei generată din metabolismul normal al animalului, dar în condiții de frig excesiv sau activitate scăzută, o endotermă generează căldură suplimentară prin tremurături. Multe endoterme au un număr mai mare de mitocondrii pe celulă decât ectotermele. Aceste mitocondrii le permit să genereze căldură prin creșterea vitezei cu care metabolizează grăsimile și zaharurile. Cu toate acestea, animalele endotermice trebuie să-și susțină metabolismul mai ridicat, consumând mai des alimente mai des. De exemplu, un șoarece (endoterm) trebuie să consume alimente în fiecare zi pentru a-și susține metabolismul ridicat, în timp ce un șarpe (ectoterm) poate mânca doar o dată pe lună, deoarece metabolismul său este mult mai mic.

Homeotermia vs. Poikilotermie

metabolică

Homeotherm vs. Poikiloterm: Producția de energie susținută a unui animal endoterm (mamifer) și a unui animal ectoterm (reptilă) în funcție de temperatura centrală. În acest scenariu, mamiferul este, de asemenea, o homeotermă, deoarece își menține temperatura corpului intern într-un interval foarte îngust. Reptila este, de asemenea, un poikiloterm, deoarece poate rezista la o gamă largă de temperaturi.

Un poikiloterm este un organism a cărui temperatură internă variază considerabil. Este opusul unei homeoterme, un organism care menține homeostazia termică. Temperatura internă a Poikilotherm variază de obicei în funcție de temperatura ambiantă a mediului ambiant și multe ectoterme terestre sunt poikilotermice. Animalele poikiloterme includ multe specii de pești, amfibieni și reptile, precum și păsări și mamifere care își reduc metabolismul și temperatura corpului ca parte a hibernării sau a torpelor. Unele ectoterme pot fi, de asemenea, homeoterme. De exemplu, unele specii de pești tropicali locuiesc în recifele de corali care au temperaturi ambiante atât de stabile încât temperatura lor internă rămâne constantă.

Mijloace de transfer termic

Căldura poate fi schimbată între un animal și mediul său prin patru mecanisme: radiații, evaporare, convecție și conducere. Radiația este emisia de unde electromagnetice de „căldură”. Căldura radiază de la soare și de la pielea uscată în același mod. Când un mamifer transpiră, evaporarea îndepărtează căldura de pe o suprafață cu un lichid. Curenții de convecție a aerului îndepărtează căldura de pe suprafața pielii uscate pe măsură ce aerul trece peste ea. Căldura poate fi condusă de la o suprafață la alta în timpul contactului direct cu suprafețele, cum ar fi un animal care se sprijină pe o piatră caldă.

Mecanisme de schimb de căldură: Căldura poate fi schimbată prin patru mecanisme: (a) radiații, (b) evaporare, (c) convecție sau (d) conducere.

Conservarea și disiparea căldurii

Animalele au procese care permit conservarea și disiparea căldurii pentru a menține o temperatură internă a corpului homeostatică.

obiective de invatare

Descrieți unele dintre modificările pe care le folosesc animalele pentru a menține temperatura corpului

Chei de luat masa

Puncte cheie

  • Conservarea căldurii se caracterizează prin capacitatea de a se asigura că sângele rămâne în miez prin supunere la vasoconstricție, reducând fluxul sanguin către periferie (cunoscut și sub numele de vasoconstricție periferică).
  • Disiparea căldurii se caracterizează prin capacitatea de a suferi vasodilatație care crește fluxul sanguin către periferie, rezultând pierderi de căldură prin evaporare.
  • Animalele endoterme sunt definite prin capacitatea lor de a utiliza atât vasoconstricție, cât și vasodilatație pentru a menține temperatura corporală internă.
  • Animalele ectoterme sunt definite de schimbarea comportamentului lor (culcat la lumina soarelui pentru a se încălzi, ascunzându-se la umbră pentru a se răci) pentru a regla temperatura corpului.

Termeni cheie

  • endotermă: un animal cu sânge cald care menține o temperatură corporală constantă
  • ectoterm: un animal cu sânge rece care își reglează temperatura corpului schimbând căldura cu împrejurimile sale

Conservarea și disiparea căldurii

Animalele conservă sau disipă căldura într-o varietate de moduri. În anumite clime, animalele endoterme au o anumită formă de izolație, cum ar fi blana, grăsimea, penele sau o combinație a acestora. Animalele cu blană groasă sau pene creează un strat izolator de aer între pielea lor și organele interne. Urșii polari și focile trăiesc și înoată într-un mediu subghelat, dar mențin o temperatură constantă, caldă, a corpului. Vulpea arctică își folosește coada pufoasă ca izolație suplimentară atunci când se îndoaie pentru a dormi pe vreme rece. Mamiferele au un efect rezidual din cauza tremurăturilor și a creșterii activității musculare: mușchii arector pili creează „pielea de găină”, determinând părul mic să se ridice atunci când individul este rece; acest lucru are ca efect creșterea temperaturii corpului. Mamiferele folosesc straturi de grăsime pentru a atinge același scop; pierderea unor cantități semnificative de grăsime corporală va compromite capacitatea unei persoane de a conserva căldura.

Endotermele își folosesc sistemele circulatorii pentru a ajuta la menținerea temperaturii corpului. De exemplu, vasodilatația aduce mai mult sânge și căldură la suprafața corpului, facilitând pierderile de radiații și căldură prin evaporare, care ajută la răcirea corpului. Cu toate acestea, vasoconstricția reduce fluxul de sânge în vasele de sânge periferice, forțând sângele spre miez și organele vitale găsite acolo, conservând căldura. Unele animale au adaptări la sistemul lor circulator care le permit să transfere căldura de la artere la vene, astfel încălzind sângele care revine în inimă. Aceasta se numește schimb de căldură contracurent; previne sângele venos rece să răcească inima și alte organe interne. Această adaptare, care poate fi oprită la unele animale pentru a preveni supraîncălzirea organelor interne, se găsește la multe animale, inclusiv delfini, rechini, pești osoși, albine și colibri. În schimb, adaptări similare (ca în cazurile de delfini și urechile de elefant) pot ajuta la răcirea endotermelor atunci când este nevoie.

Controlul temperaturii corpului: În endoterme, sistemul circulator este utilizat pentru a ajuta la menținerea temperaturii corpului, fie prin vasodilatație, fie prin vasoconstricție.

Multe animale, în special mamifere, folosesc căldura metabolică reziduală ca sursă de căldură. Când mușchii sunt contractați, cea mai mare parte a energiei din ATP folosită în acțiunile musculare este energie irosită care se traduce prin căldură. În caz de răceală severă, se activează un reflex tremurător care generează căldură pentru corp. Multe specii au, de asemenea, un tip de țesut adipos numit grăsime brună, specializat în generarea căldurii.

Animalele ecotermice folosesc schimbări în comportamentul lor pentru a ajuta la reglarea temperaturii corpului. De exemplu, un animal ectotermic din deșert poate căuta pur și simplu zone mai reci în cea mai fierbinte parte a zilei în deșert pentru a nu se încălzi prea mult. Aceleași animale pot urca pe pietre pentru a captura căldura în timpul unei nopți reci de deșert. Unele animale caută apă pentru a ajuta evaporarea la răcirea lor, așa cum se vede cu reptilele. Alte ectoterme folosesc activitatea de grup, cum ar fi activitatea albinelor pentru a încălzi un stup pentru a supraviețui iernii.