De thermoregulatie is een geïntegreerd systeem van biologische mechanismen, ontworpen om een vrijwel constante interne temperatuur te handhaven, ongeacht de klimaatomstandigheden buiten het organisme. Deze mechanismen - vooral effectief bij vogels en zoogdieren (alle homeotherme dieren), minder bij vissen, amfibieën en reptielen (pluimvee motten) - omvatten productieprocessen, conservering en verspreiding van warmte.
Omdat de obese persoon vaak niet abnormaal eet in vergelijking met andere normopeso-personen, die soms zelfs meer eten, is het waarschijnlijk dat - met gelijke fysieke activiteit - veranderingen van de thermoregulerende processen kunnen leiden tot een lager energieverbruik, met accumulatie overtollige energie in de vorm van vet. De dunne onderwerpen, in tegenstelling tot de zwaarlijvige, zouden daarom beter zijn in het afvoeren van de voedseloverschotten (zie bruin vetweefsel) in de vorm van warmte.
De thermoregulatie kan allereerst vrijwillig of onvrijwillig zijn. In het eerste geval is het het dier zelf dat vrijwillig passende gedragsstrategieën in werking stelt, zoals het zoeken naar een beschutte plek tegen het weer of migratie naar de meest geschikte plaatsen om zijn lichaamstemperatuur te handhaven.
Zelfs onvrijwillige thermoregulatorische reacties kunnen worden opgeroepen door blootstelling aan koude omgevingen of warme omgevingen. In elk geval voorzien ze de interventie van het hypothalamische thermoregulatorische centrum, in staat om de signalen op te vangen en te verwerken die afkomstig zijn van de cutane en centrale thermoreceptoren (in de hersenen, het ruggenmerg en centrale organen), en coördineert de meest geschikte fysiologische respons om de lichaamstemperatuur te handhaven.
Thermoregulatie in koude omgevingen
De thermoregulatorische aanpassingen aan de kou zijn bedoeld om warmte te behouden en / of te produceren.
Het vermogen van een organisme om warmte te produceren wordt thermogenese genoemd; het is grotendeels verplicht en gekoppeld aan de fysiologische en metabolische processen die betrokken zijn bij de beweging, de spijsvertering, de absorptie en de verwerking van de voedingsstoffen die met het dieet worden geïntroduceerd.
Zoogdieren hebben het vermogen om de warmteproductie te verhogen (optionele thermogenese), al dan niet met het sensiemechanisme. In het eerste geval spreken we van rillende thermogenese (rillingen). Dit mechanisme leidt tot de productie van warmte door middel van een ritmische en isometrische samentrekking van spierweefsel, niet gericht op beweging. De afwisseling van samentrekkingen en relaxaties leidt tot een karakteristieke trilling, rilling genoemd, die optreedt wanneer de lichaamstemperatuur "merkbaar" afneemt. De rilling genereert een aandeel warmte dat zelfs 6-8 keer groter is dan dat van de spier in rust. Meestal treedt het alleen op als de maximale vasoconstrictie (zie hieronder) de lichaamstemperatuur niet heeft kunnen handhaven.
Thermogenese zonder rillen, ook wel chemische thermogenese genoemd, betreft de productie van warmte door middel van exotherme biochemische reacties (die warmte genereren). Deze reacties vinden plaats in bepaalde organen, zoals bruin vetweefsel (BAT), lever en spieren.
Bruin vetweefsel, typerend voor winterslaap en schaars bij de mens (groter bij pasgeborenen), wordt dus bepaald door de karakteristieke bruine pigmentatie (zichtbaar voor het blote oog) die wordt gegeven door de carotenoïden die aanwezig zijn op het mitochondriale niveau. Deze krachtcentrales van de bruine vetcel onderscheiden zich door een ander kenmerk, de aanwezigheid van het mitochondriale eiwit UCP1. Dit eiwit, dat zich op het niveau van het mitochondriale membraan bevindt, heeft het kenmerk van ontkoppeling van oxidatieve fosforylering, waardoor de productie van warmte wordt bevorderd ten nadele van de vorming van ATP-moleculen. Simpel gezegd, bruin vetweefsel is bedoeld om voedingsstoffen (voornamelijk vet) te verbranden om de warmteproductie te verhogen. De activering van het bruine vetweefsel, gestimuleerd door de kou, is voornamelijk gekoppeld aan de afgifte van noradrenaline en de interactie met de β3-receptoren, maar wordt ook gegarandeerd door endocriene mechanismen zoals de afgifte van T3 en T4 uit de schildklier. De grootste afzettingen van bruin vetweefsel worden geregistreerd in de interscapulaire, periaortische en perirenale gebieden; op deze niveaus worden ze in de buurt van bloedvaten geplaatst, waaraan ze warmte afgeven, zodat deze met de bloedstroom naar de perifere gebieden van het lichaam wordt getransporteerd.
Momenteel wordt aangenomen dat de lever ook deelneemt aan thermoregulatie, waardoor de metabole activiteit - met als gevolg de productie van warmte - toeneemt wanneer het menselijk lichaam wordt blootgesteld aan lage temperaturen. Een andere recente ontdekking was de vondst van isovormen van het UCP1-eiwit in spieren, wat duidt op een veronderstelde thermogenetische rol van metabole oorsprong (naast het vermogen om warmte te produceren door de rilling). Ten slotte verhoogt blootstelling aan lage temperaturen de hartactiviteit, noodzakelijk om de metabolische eisen van actieve weefsels onder deze omstandigheden (zoals BBT) te ondersteunen en om het transport van de geproduceerde warmte in alle anatomische districten te vergroten. Naast het garanderen van dit alles, is de toename van de hartactiviteit op zichzelf in staat om een niet-verwaarloosbare hoeveelheid warmte te produceren.
De regeling van warmteverliezen wordt beheerst door de fysische wetten van geleiding, convectie, bestraling en verdamping.
GEDRAG : warmteoverdracht tussen twee voorwerpen bij verschillende temperaturen, in contact met elkaar door een oppervlak.
STRALING of IRRADIATIE : warmteoverdracht tussen twee objecten bij verschillende temperaturen, die NIET in contact zijn. Het verlies of de aankoop van warmte vindt plaats in de vorm van straling met golflengten in het zichtbare of infrarode bereik; om duidelijk te zijn, het is dezelfde manier waarop de zon de aarde door de ruimte verwarmt. Warmteverlies door straling vormt meer dan de helft van de hoeveelheid warmte die door het menselijk lichaam verloren gaat.
CONVECTIE : overdracht van warmte van een lichaam naar een bron die er doorheen gaat (stroming van lucht of water). De beweging van water of koude lucht door de warmere huid veroorzaakt de continue verwijdering van warmte.
VERDAMPING : overdracht van warmte door het passeren van de vloeibare naar de gasvormige toestand van vloeistoffen verloren door zweten, ongevoelige verliezen door de huid en de luchtwegen.
De reductie van thermische dispersie in de omgeving vindt hoofdzakelijk plaats door de insluiting van de cutane bloedstroom (vasoconstrictie) en de pilo-erectie (bij pelsdieren, tussen de warme huid en de koude omgeving, wordt een luchtkussen gecreëerd dat werkt door thermische isolatie).
De toename van de eetlust, van zijn kant, verhoogt de productie van warmte door de thermogenetische mechanismen geïnduceerd door het dieet, en ondersteunt de energiebehoefte van de thermogenetische organen.
Thermoregulatie in warme omgevingen
Tijdens het verblijf in warme omgevingen reageert het organisme via een reeks thermodispersieve mechanismen, in veel opzichten in tegenstelling tot de zojuist geïllustreerde; bovendien zijn de metabole processen die ten grondslag liggen aan de optionele thermogenese opgeschort. Deze omvatten cutane vasodilatatie en toegenomen zweten, frequentie en diepte van ademhaling (polypnea), alle processen die gericht zijn op het vergroten van de warmtedispersie door verdamping. Onder deze omstandigheden nemen de eetlust en hartslag ook af, als reactie op een lagere vraag naar zuurstof door de thermogenetische organen.
Onder de langetermijnaanpassingsprocessen kunnen we ook een afname van de secretie van de hypofyse van een schildklierstimulerend hormoon waarderen, met als gevolg een vertraging van het metabolisme en dus van de warmteproductie.
Zoals vermeld in het vorige hoofdstuk, wordt het proces van vasoconstrictie grotendeels beheerst door het sympathische zenuwstelsel. De gladde spieren op het niveau van de precapillaire sluitspieren en arteriolen ontvangen afferenten van postganglionische sympathische (adrenerge) neuronen. Als de diepe temperatuur daalt (blootstelling aan kou), activeert de hypothalamus selectief deze neuronen, die door de afgifte van noradrenaline de samentrekking van de arteriolaire gladde spier bepalen, waardoor de cutane bloedstroom wordt verminderd. Deze thermoregulatorische reactie houdt het bloed warmer op de inwendige organen en minimaliseert de bloedstroom op het huidoppervlak, koud gemaakt door het weer. Hoewel vasoconstrictie een actief proces is, is vaatverwijding een overwegend passief proces, dat afhankelijk is van de suspensie van vasoconstrictieve activiteit door remming van sympathische activiteit. Als dit proces typisch is voor lichamelijke extremiteiten, wordt vasodilatatie in andere delen van het lichaam bevorderd door gespecialiseerde neuronen die acetylcholine afscheiden. Bijzondere gevallen worden ook weergegeven door de lokale expansie van sommige vasculaire districten na de afgifte van stikstofmonoxide (NO) of andere vaatverwijdende paracriene stoffen.
In het kader van thermoregulatie varieert de cutane bloedstroom van waarden dicht bij nul, wanneer het nodig is om warmte te behouden, tot bijna 1/3 van het cardiale bereik wanneer de warmte moet worden afgegeven aan de omgeving.
