Die Thermoregulation ist ein integriertes System biologischer Mechanismen, das entwickelt wurde, um eine nahezu konstante Innentemperatur unabhängig von den klimatischen Bedingungen außerhalb des Organismus aufrechtzuerhalten. Diese Mechanismen - besonders wirksam bei Vögeln und Säugetieren (alle homöothermischen Tiere), weniger bei Fischen, Amphibien und Reptilien (Geflügelfalter) - umfassen Prozesse der Erzeugung, Erhaltung und Verteilung von Wärme.
Da das fettleibige Individuum im Vergleich zu anderen normopischen Individuen, die manchmal sogar mehr essen, häufig nicht abnormal isst, ist es wahrscheinlich, dass Änderungen der thermoregulatorischen Prozesse bei gleicher körperlicher Aktivität zu einem verringerten Energieverbrauch mit Akkumulation führen können überschüssige Energie in Form von Fett. Die dünnen Probanden könnten daher im Gegensatz zu den fettleibigen die überschüssigen Nahrungsmittel (siehe braunes Fettgewebe) besser in Form von Wärme entsorgen.
Die Temperierung kann zunächst freiwillig oder unfreiwillig erfolgen. Im ersten Fall ist es das Tier selbst, das freiwillig adäquate Verhaltensstrategien in Gang setzt, wie die Suche nach einem wettergeschützten Schutz oder die Wanderung an die am besten geeigneten Orte, um die Körpertemperatur zu halten.
Selbst unwillkürliche thermoregulatorische Reaktionen können durch Kontakt mit kalten oder warmen Umgebungen hervorgerufen werden. In jedem Fall sehen sie die Intervention des hypothalamischen thermoregulatorischen Zentrums vor, das in der Lage ist, die von den kutanen und zentralen Thermorezeptoren (die sich im Gehirn, im Rückenmark und in den zentralen Organen befinden) kommenden Signale aufzunehmen und zu verarbeiten und die am besten geeignete physiologische Reaktion zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur zu koordinieren.
Wärmeregulierung in kalten Umgebungen
Die thermoregulatorischen Anpassungen an die Kälte sollen Wärme speichern und / oder erzeugen.
Die Fähigkeit eines Organismus, Wärme zu erzeugen, wird als Thermogenese bezeichnet. Es ist größtenteils obligatorisch und hängt mit den physiologischen und metabolischen Prozessen zusammen, die bei der Bewegung, Verdauung, Absorption und Verarbeitung der mit der Diät eingeführten Nährstoffe auftreten.
Säugetiere haben die Fähigkeit, die Wärmeproduktion zu erhöhen (optionale Thermogenese), wobei der Nervenkitzelmechanismus beteiligt ist oder nicht. Im ersten Fall spricht man von zitternder Thermogenese (Zittern). Dieser Mechanismus führt zur Erzeugung von Wärme durch eine rhythmische und isometrische Kontraktion des Muskelgewebes, die nicht auf Bewegung abzielt. Das Abwechseln von Kontraktionen und Relaxationen führt zu einem charakteristischen Zittern, dem so genannten Shiver, der auftritt, wenn die Körpertemperatur dazu neigt, "merklich" abzunehmen. Der Schauer erzeugt einen 6- bis 8-mal höheren Wärmeanteil als der Muskel im Ruhezustand. Typischerweise tritt es nur dann auf, wenn die maximale Vasokonstriktion (siehe unten) die Körpertemperatur nicht aufrechterhalten konnte.
Thermogenese ohne Zittern, auch chemische Thermogenese genannt, umfasst die Erzeugung von Wärme durch exotherme biochemische Reaktionen (die Wärme erzeugen). Diese Reaktionen treten insbesondere in Organen wie braunem Fettgewebe (BVT), Leber und Muskel auf.
Braunes Fettgewebe, typisch für Tiere im Winterschlaf und selten beim Menschen (größer bei Neugeborenen), wird somit durch die charakteristische braune Pigmentierung (mit bloßem Auge sichtbar) definiert, die durch die Carotinoide auf der Ebene der Mitochondrien gegeben ist. Diese Kraftwerke der Braunfettzelle zeichnen sich durch ein weiteres Merkmal aus, das Vorhandensein des mitochondrialen Proteins UCP1. Dieses Protein, das sich auf der Ebene der Mitochondrienmembran befindet, hat die Eigenschaft, die oxidative Phosphorylierung zu entkoppeln, wodurch die Erzeugung von Wärme zum Nachteil der Bildung von ATP-Molekülen begünstigt wird. Kurz gesagt, braunes Fettgewebe soll Nährstoffe (hauptsächlich Fett) verbrennen, um die Wärmeproduktion zu erhöhen. Die durch die Kälte stimulierte Aktivierung des braunen Fettgewebes hängt hauptsächlich mit der Freisetzung von Noradrenalin und seiner Wechselwirkung mit den β3-Rezeptoren zusammen, wird aber auch durch endokrine Mechanismen wie die Freisetzung von T3 und T4 aus der Schilddrüse gewährleistet. Die größten Ablagerungen von braunem Fettgewebe sind im interskapulären, periaortalen und perirenalen Bereich zu verzeichnen. Auf diesen Ebenen werden sie in der Nähe von Blutgefäßen platziert, denen sie Wärme zuführen, damit sie mit dem Blutstrom in die Randbereiche des Körpers transportiert werden.
Gegenwärtig wird angenommen, dass die Leber auch an der Thermoregulation teilnimmt und ihre Stoffwechselaktivität - mit daraus folgender Wärmeerzeugung - erhöht, wenn der menschliche Körper niedrigen Temperaturen ausgesetzt wird. Eine weitere kürzlich entdeckte Entdeckung war die Entdeckung von Isoformen des UCP1-Proteins im Muskel, was auf eine vermutete thermogenetische Rolle des Stoffwechsels schließen lässt (zusätzlich zur Fähigkeit, Wärme durch den Schauer zu erzeugen). Schließlich erhöht die Exposition gegenüber niedrigen Temperaturen die Herzaktivität, die erforderlich ist, um den Stoffwechselbedarf des aktiven Gewebes unter diesen Umständen (wie z. B. BVT) zu decken und den darin erzeugten Wärmetransport in allen anatomischen Bereichen zu erhöhen. Zusätzlich zur Gewährleistung all dessen kann die Zunahme der Herzaktivität an sich eine nicht zu vernachlässigende Wärmemenge erzeugen.
Die Kontrolle der Wärmeverluste richtet sich nach den physikalischen Gesetzen von Leitung, Konvektion, Strahlung und Verdunstung.
LEITUNG : Wärmeübertragung zwischen zwei Objekten bei unterschiedlichen Temperaturen, die durch eine Oberfläche miteinander in Kontakt stehen.
STRAHLUNG oder STRAHLUNG : Wärmeübertragung zwischen zwei Objekten mit unterschiedlichen Temperaturen, die sich NICHT berühren. Der Verlust oder Kauf von Wärme erfolgt in Form von Strahlung mit Wellenlängen im sichtbaren oder infraroten Bereich; Um es klar zu sagen, es ist die gleiche Art und Weise, wie die Sonne die Erde durch den Raum erwärmt. Wärmeverlust durch Strahlung macht mehr als die Hälfte der Wärmeverluste des menschlichen Körpers aus.
KONVECTION : Übertragung von Wärme von einem Körper zu einer Quelle, die sich durch ihn bewegt (Luft- oder Wasserströmungen). Die Bewegung von Wasser oder kalter Luft durch die wärmere Haut bewirkt die kontinuierliche Wärmeabgabe.
VERDAMPFUNG : Wärmeübertragung beim Übergang von der Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand von Flüssigkeiten, die durch Schwitzen verloren gehen, unempfindliche Verluste durch die Haut und die Atemwege.
Die Reduzierung der thermischen Streuung in der Umgebung erfolgt im Wesentlichen durch die Eindämmung des Hautblutstroms (Vasokonstriktion) und der Piloerektion (bei Pelztieren wird zwischen der warmen Haut und der kalten Umgebung ein Luftpolster erzeugt, das funktioniert durch Wärmedämmung).
Die Steigerung des Appetits wiederum erhöht die Wärmeproduktion durch die durch die Ernährung induzierten thermogenetischen Mechanismen und unterstützt den Energiebedarf der thermogenetischen Organe.
Wärmeregulierung in heißen Umgebungen
Während des Aufenthalts in warmen Umgebungen reagiert der Organismus durch eine Reihe von thermodispersiven Mechanismen, die in vielerlei Hinsicht den gerade dargestellten entgegenstehen. Darüber hinaus werden die der optionalen Thermogenese zugrunde liegenden Stoffwechselprozesse ausgesetzt. Dazu gehören die kutane Vasodilatation und vermehrtes Schwitzen sowie die Häufigkeit und Tiefe des Atems (Polypnoe). Diese Prozesse zielen darauf ab, die Wärmeverteilung durch Verdunstung zu erhöhen. Unter diesen Umständen verringern sich auch der Appetit und die Herzfrequenz als Reaktion auf einen geringeren Sauerstoffbedarf der thermogenetischen Organe.
Unter den langfristigen Anpassungsprozessen ist auch eine Abnahme der Hypophysensekretion eines Schilddrüsen-stimulierenden Hormons mit einer daraus folgenden Verlangsamung des Stoffwechsels und damit der Wärmeerzeugung festzustellen.
Wie bereits im vorigen Kapitel erwähnt, wird der Prozess der Vasokonstriktion weitgehend vom sympathischen Nervensystem gesteuert. Die glatten Muskeln auf der Ebene der vorkapillären Schließmuskeln und Arteriolen erhalten Afferenzen von postganglionären sympathischen (adrenergen) Neuronen. Wenn die tiefe Temperatur sinkt (Kälteeinwirkung), aktiviert der Hypothalamus selektiv diese Neuronen, die durch die Freisetzung von Noradrenalin die Kontraktion des arteriolaren glatten Muskels bestimmen und den kutanen Blutfluss verringern. Diese thermoregulatorische Reaktion hält das Blut in den inneren Organen wärmer und minimiert den durch das Wetter erkalteten Blutfluss auf der Hautoberfläche. Während die Vasokonstriktion ein aktiver Prozess ist, ist die Vasodilatation ein überwiegend passiver Prozess, der von der Aufhebung der Vasokonstriktoraktivität durch Hemmung der sympathischen Aktivität abhängt. Wenn dieser Prozess typisch für die Extremitäten des Körpers ist, wird die Vasodilatation in anderen Teilen des Körpers von spezialisierten Neuronen begünstigt, die Acetylcholin ausscheiden. Besondere Fälle sind auch die lokale Ausdehnung einiger Gefäßbereiche nach der Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) oder anderen gefäßerweiternden parakrinen Substanzen.
Im Zusammenhang mit der Thermoregulation variiert der kutane Blutfluss von Werten nahe Null, wenn Wärme gespeichert werden muss, bis zu fast 1/3 des Herzbereichs, wenn die Wärme an die Umgebung abgegeben werden muss.
