TERMOREGULASI: FISIOLOGI, MEKANISME, JENIS DAN PERUBAHAN - BIOLOGI - 2025

The termoregulasi adalah proses yang memungkinkan organisme mengatur suhu tubuh mereka, modulasi kehilangan panas dan keuntungan. Di dunia hewan terdapat mekanisme yang berbeda untuk mengatur suhu, baik fisiologis maupun etologis.

Mengatur suhu tubuh adalah aktivitas dasar bagi setiap makhluk hidup, karena parameternya sangat penting untuk homeostasis tubuh dan memengaruhi fungsi enzim dan protein lain, fluiditas membran, aliran ion, dan lain-lain. .

Mamalia bersifat homeotermik dan endotermik. Sumber: Alan Wilson

Dalam bentuknya yang paling sederhana, jaringan termoregulasi diaktifkan melalui sirkuit yang mengintegrasikan input termoreseptor yang terletak di kulit, di 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 mendorong atau mengurangi kehilangan panas.

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 logam, yang satu 10 kali lebih besar dari yang lain.

Masing-masing kubus ini berada dalam sebuah ruangan dengan suhu 25 ° C. Jika kita mengukur suhu setiap balok, keduanya akan menjadi 25 ° C, meskipun yang satu besar dan yang lainnya kecil.

Nah, jika kita mengukur besarnya kalor pada tiap balok, hasil di antara keduanya akan berbeda. Untuk melakukan tugas ini, kita harus memindahkan balok ke ruangan dengan suhu nol mutlak dan menghitung jumlah panas yang dilepaskannya. Dalam hal ini, kandungan panasnya akan 10 kali lebih tinggi pada 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 di bagian tengah dan perifer tubuh. Suhu bagian inti mencerminkan suhu jaringan "dalam" tubuh - otak, jantung, dan hati.

Suhu daerah perifer, pada bagiannya, dipengaruhi oleh aliran darah ke kulit dan diukur pada kulit tangan dan kaki.

Panas

Sebaliknya - dan kembali ke contoh balok - panas berbeda pada kedua benda inert dan berbanding lurus dengan jumlah materi. Ini adalah bentuk energi dan bergantung pada jumlah atom dan molekul zat yang dimaksud.

Jenis: hubungan termal antar hewan

Dalam fisiologi hewan, ada sejumlah istilah dan kategori yang digunakan untuk menggambarkan hubungan termal antar organisme. Masing-masing kelompok hewan ini memiliki adaptasi khusus - fisiologis, anatomis, atau anatomis - yang membantu mereka menjaga suhu tubuh dalam kisaran yang sesuai.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menyebut hewan endotermik dan homeotermik sebagai "berdarah panas" dan hewan poikilotermik dan ektotermik sebagai "berdarah dingin".

Endoterm dan ektoterm

Istilah pertama adalah endotermi, digunakan saat hewan berhasil menghangatkan dirinya sendiri dengan memediasi produksi metabolisme panas. Konsep kebalikannya adalah ectothermy, di mana suhu hewan ditentukan oleh lingkungan sekitarnya.

Beberapa hewan tidak mampu menjadi endotermik, karena meskipun mereka menghasilkan panas, mereka tidak melakukannya cukup cepat untuk menahannya.

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 yang panas dan rendah di lingkungan yang 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 pada variabilitas suhu tubuh, sedangkan ektoterm mengacu pada pentingnya suhu lingkungan dalam menentukan suhu tubuh.

Istilah kebalikan untuk poikilotherm adalah homeotermik: termoregulasi dengan cara fisiologis - dan tidak hanya berkat tampilan perilaku. Kebanyakan hewan endotermik mampu mengatur suhunya.

Contoh

Ikan

Ikan adalah contoh sempurna dari hewan ektotermik dan poikilotermik. Dalam kasus vertebrata perenang ini, jaringannya tidak menghasilkan panas melalui jalur metabolisme dan, selanjutnya, suhu ikan ditentukan oleh suhu badan air tempat mereka berenang.

Reptil

Reptil menunjukkan perilaku yang sangat khas yang memungkinkan mereka mengatur (secara etologis) suhu mereka. Hewan-hewan ini mencari daerah hangat - seperti bertengger di atas batu panas - untuk meningkatkan suhu. Jika tidak, di mana mereka ingin menguranginya, mereka akan bersembunyi dari radiasi.

Burung dan mamalia

Mamalia dan burung adalah contoh hewan endotermik dan homeotermik. Mereka 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 keunggulan dibandingkan rekan poikilothermic mereka, karena mereka dapat membangun keseimbangan termal dalam sel dan organ mereka. Hal ini menyebabkan proses nutrisi, metabolisme, dan ekskresi menjadi lebih kuat dan efisien.

Manusia, misalnya, mempertahankan suhu mereka 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 dari endotermi dan ektotermi

Perbedaan antara keempat kategori ini sering kali membingungkan ketika kita memeriksa kasus hewan yang dapat berpindah antar kategori, baik secara spasial maupun temporal.

Variasi temporal dalam regulasi termal dapat dicontohkan dengan mamalia yang mengalami periode hibernasi. Hewan-hewan ini umumnya homeotermik selama tahun-tahun ketika mereka tidak sedang hibernasi dan selama hibernasi mereka tidak dapat mengatur suhu tubuh mereka.

Variasi spasial terjadi ketika hewan mengatur suhu di daerah tubuh secara berbeda. Lebah dan serangga lainnya dapat mengatur suhu bagian dada mereka dan tidak dapat mengatur bagian tubuh lainnya. Kondisi regulasi diferensial ini disebut heterothermy.

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 tersebut ditransmisikan ke pusat termoregulasi melalui jalur saraf melalui darah.

Dalam kondisi normal, organ tubuh yang menghasilkan panas adalah jantung dan hati. Saat tubuh sedang melakukan pekerjaan fisik (latihan), otot rangka juga merupakan struktur penghasil panas.

Hipotalamus adalah pusat termoregulasi dan tugasnya dibagi menjadi kehilangan panas dan perolehan panas. Zona fungsional untuk memediasi pemeliharaan panas terletak di zona posterior hipotalamus, sedangkan hilangnya diperantarai oleh daerah anterior. Organ ini bekerja seperti termostat.

Pengendalian sistem terjadi dalam dua cara: positif dan negatif, dimediasi oleh korteks otak. Respon efektor adalah tipe perilaku atau dimediasi oleh sistem saraf otonom. Kedua mekanisme ini akan dipelajari nanti.

Mekanisme termoregulasi

Mekanisme fisiologis

Mekanisme untuk mengatur suhu bervariasi antara jenis rangsangan yang diterima, apakah itu peningkatan atau penurunan suhu. Jadi kami akan menggunakan parameter ini untuk menetapkan 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 karakteristik sirkulasi kulit yang paling mencolok adalah banyaknya pembuluh darah yang dimilikinya. Sirkulasi darah melalui kulit memiliki sifat yang sangat bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan dan perubahan aliran darah dari tinggi ke rendah.

Kemampuan vasodilatasi sangat penting dalam termoregulasi individu. Aliran darah yang meningkat 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 pada gilirannya meningkat. Jadi, lebih banyak darah yang ditransfer dari inti tubuh ke permukaan kulit, di mana terjadi perpindahan panas. Darah yang sekarang lebih dingin dipindahkan kembali ke inti atau pusat tubuh.

Keringat

Bersamaan dengan vasodilatasi, produksi keringat sangat penting untuk termoregulasi karena membantu menghilangkan panas berlebih. Faktanya, produksi dan penguapan keringat berikutnya adalah mekanisme utama tubuh untuk menghilangkan panas. Mereka juga bekerja selama aktivitas fisik.

Keringat adalah cairan yang dihasilkan oleh kelenjar keringat yang disebut eccrine, didistribusikan ke seluruh tubuh dalam kepadatan yang signifikan. Penguapan keringat mentransfer 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 mendorong konservasi dan produksi panas dengan cara berikut:

Vasokonstriksi

Sistem ini mengikuti logika berlawanan yang dijelaskan dalam vasodilatasi, jadi kami tidak akan menguraikan banyak penjelasannya. Dingin menstimulasi kontraksi pembuluh kulit, sehingga menghindari pembuangan panas.

Piloerection

Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa “merinding” muncul saat 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 pengangkatan setiap rambut terjadi, lapisan udara yang bersentuhan dengan kulit meningkat, yang menurunkan konveksi udara. Ini mengurangi kehilangan panas.

Produksi panas

Cara paling intuitif untuk mengatasi suhu rendah adalah dengan menghasilkan panas. Hal ini dapat terjadi dalam dua cara: dengan thermogenesis yang menggigil dan tidak menggigil.

Dalam kasus pertama, tubuh menghasilkan kontraksi otot yang cepat dan tidak disengaja (itulah mengapa Anda menggigil saat kedinginan) yang mengarah pada produksi panas. Produksi menggigil itu mahal - berbicara dengan penuh semangat - jadi tubuh akan menggunakannya kembali jika sistem yang disebutkan di atas gagal.

Mekanisme kedua dipimpin oleh jaringan yang disebut lemak coklat (atau jaringan adiposa coklat, dalam literatur Inggris biasanya diringkas dengan akronim BAT untuk jaringan adiposa coklat).

Sistem ini bertanggung jawab untuk memisahkan produksi energi dalam metabolisme: alih-alih membentuk ATP, ia mengarah pada produksi panas. Ini adalah mekanisme yang sangat penting pada anak-anak dan mamalia kecil, meskipun bukti yang lebih baru telah mencatat bahwa ini juga relevan pada orang dewasa.

Mekanisme etologis

Mekanisme etologis terdiri dari semua perilaku yang ditunjukkan hewan untuk mengatur suhu mereka. Seperti yang kami sebutkan dalam contoh reptil, organisme dapat ditempatkan di lingkungan yang tepat untuk mendorong atau mencegah hilangnya panas.

Bagian otak yang berbeda terlibat dalam memproses respons ini. Pada manusia, perilaku ini efektif, meskipun tidak diatur dengan cermat seperti perilaku fisiologis.

Gangguan termoregulasi

Tubuh mengalami perubahan suhu yang kecil dan halus sepanjang hari, tergantung pada beberapa variabel, seperti ritme sirkadian, siklus hormonal, di antara aspek fisiologis lainnya.

Seperti yang telah kami sebutkan, suhu tubuh mengatur serangkaian besar proses fisiologis dan hilangnya pengaturannya dapat menyebabkan kondisi yang menghancurkan dalam organisme yang terpengaruh.

Kedua ekstrem termal - tinggi dan rendah - mempengaruhi organisme secara negatif. Temperatur yang sangat tinggi, di atas 42 ° C pada manusia, memiliki efek yang sangat nyata pada protein, meningkatkan denaturasinya. Juga, sintesis DNA terpengaruh. Organ dan neuron juga rusak.

Demikian pula, suhu di bawah 27 ° C menyebabkan hipotermia parah. Perubahan aktivitas neuromuskuler, kardiovaskular, dan pernapasan memiliki konsekuensi yang fatal.

Banyak organ terpengaruh ketika termoregulasi tidak bekerja dengan benar. Ini termasuk jantung, otak, saluran gastrointestinal, paru-paru, ginjal, dan hati.

Referensi

1. Arellano, JLP, & del Pozo, SDC (2013). Manual patologi umum. Elsevier.
2. Argyropoulos, G., & Harper, ME (2002). Ulasan yang diundang: protein pelepasan dan termoregulasi. Jurnal Fisiologi Terapan, 92 (5), 2187-2198.
3. 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.
4. Hill, RW (1979). Fisiologi Hewan Komparatif: Pendekatan Lingkungan. Saya terbalik.
5. Hill, RW, Wyse, GA, Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Fisiologi hewan. Sinauer Associates.
6. Liedtke WB (2017). Mendekonstruksi termoregulasi mamalia. Prosiding National Academy of Sciences of the United States of America, 114 (8), 1765-1767.
7. Morrison SF (2016). Kontrol pusat suhu tubuh. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-880.