تنظیم دمای موجود زنده؛ جگر: گرم ترین اندام بدن

همه موجودات زنده به حفظ مجموعه پیچیده ای از واکنش‌های شیمیایی متابولیک متقابل وابسته هستند. از ساده‌ترین موجودات تک سلولی گرفته تا پیچیده‌ترین گیاهان و جانوران، فرآیندهای داخلی برای حفظ شرایط در محدوده ثابتی عمل می‌کنند تا این واکنش‌ها ادامه یابد. هومئوستازی فرآیندی است که ثبات محیط داخلی بدن را در پاسخ به تغییرات شرایط خارجی حفظ می‌کند. این فرآیندها در سطح سلول، بافت و اندام و همچنین برای کل ارگانیسم عمل می‌کنند. نمونه‌هایی از هومئوستازی عبارتند از تنظیم دما و تعادل بین اسیدیته و قلیایی (pH). با توجه به تحمل دما، ممکن است انسان به عنوان هوموترم (خونگرم) شناخته شود، به این معنی که (در مقابل پویکیلوترم‌ها: خونسرد) دمای بدن را در محدوده ثابتی حفظ می‌کنیم. علاوه بر این، گونه‌های انسانی متعلق به گرما هستند، به این معنی که ما دمای بدن خود را از طریق فرآیندهای متابولیک داخلی مختلف تنظیم می‌کنیم.

در مورد اهمیت تنظیم حرارت، ذکر این نکته ضروری است که معمولاً حدی وجود دارد که فراتر از آن فرآیندهای بیوشیمیایی و بافت‌های یک موجود زنده عمیقاً تحت تأثیر و حتی آسیب قرار می‌گیرند. از نظر فیزیولوژیکی، موجودات زنده می‌توانند هم تحت تأثیر دمای پایین (هیپوترمی) و هم دمای بالا (هیپرترمی) قرار گیرند. بنابراین، تنظیم حرارت توسط فرآیندهای، گاهی اوقات، منطقاً مغایر برای اطمینان از دمای مناسب حفظ می‌شود. این بدان معناست که هم تولید مداوم گرما و هم خلاص شدن از شر آن در صورت زیاد شدن آن می‌تواند بر مسیرهای متابولیک، ساختارهای غشایی و بافت‌ها تأثیر بگذارد

تولید گرما

گرمای بدن ما معمولاً از طریق متابولیسم طبیعی، در فرآیندهای کاتابولیک و به عنوان انرژی از دست رفته در تنفس سلولی تولید می‌شود. این با مصرف غذا مرتبط است، زیرا در یک ساده‌سازی بزرگ، غذا بستری برای آن فرآیندهای پیچیده است. بنابراین گرما بیشتر در کبد (گرم‌ترین اندام بدن) و همچنین قلب و مغز تولید می‌شود. اندام‌های عمیق آن را با خونی که از آن عبور می‌کند پخش می‌کنند و بنابراین تقریباً کل بدن را گرم می‌کنند. در شرایط سرمای بیش از حد یا فعالیت کم، می‌توانیم با لرزیدن – انقباض ماهیچه‌های اسکلتی، گرمای اضافی ایجاد کنیم. برای ایجاد لرز، ماهیچه‌ها پیام‌هایی را از مرکز تنظیم کننده حرارت مغز (هیپوتالاموس) دریافت می‌کنند. این باعث افزایش تولید گرما می‌شود زیرا تنفس یک واکنش گرمازا در سلول‌های ماهیچه ای است. دو نوع لرز وجود دارد: شدت کم و شدت زیاد. مواردی که در بدن انسان رخ می‌دهد شدت بالایی دارند، به این معنی که به شدت و برای مدت نسبتاً کوتاهی ادامه می‌یابد. گلوکز را به عنوان منبع انرژی مصرف می‌کند. در مقایسه، برخی از حیواناتی که در زمستان به خواب زمستانی می‌روند، از لرز با شدت کم استفاده می‌کنند که به طور مداوم در سطح پایین برای ماه‌ها رخ می‌دهد. آنها از چربی قهوه ای به عنوان سوخت برای میتوکندری استفاده می‌کنند. علاوه بر این، نوزادان نیز در ماه‌های اول پس از تولد از بافت چربی قهوه ای استفاده می‌کنند تا جایی که هنوز مکانیسم‌های موثر تولید گرما را ایجاد نکرده اند.

از دست دادن حرارت

همانطور که قبلا ذکر شد، دمای بیش از حد بالا به همان اندازه که دمای بسیار پایین بر یک موجود زنده تأثیر می‌گذارد. برای جلوگیری از آن، ما شامل فرآیندهای فیزیکی از دست دادن گرما هستیم.

چهار راه برای از دست دادن گرما وجود دارد:

• همرفت که زمانی رخ می دهد که هوای خنک تری بدن را احاطه کند. 

• هدایت و رسانایی که انتقال گرمای بدن به آب سرد یا یخ مجاور است. 

• تابش – تشعشع که به معنای انتشار گرما در هوای اطراف است. 

• تبخیر که با تعریق حاصل می‌شود. 

هنگامی که دمای پوست بر دمای محیط غلبه کند، ارگانیسم مستعد افزایش گرما است. به طور مشابه، اگر دمای محیط بالاتر از دمای اصلی بدن باشد، تعریق یعنی تعریق تنها راه فیزیولوژیکی برای انسان برای از دست دادن گرما است. بنابراین هنگامی‌که دمای محیط از دمای پوست بالاتر باشد، هر چیزی که از تبخیر کافی جلوگیری کند باعث افزایش دمای داخلی بدن می‌شود. هنگامی‌که شما عرق می‌کنید، مایعی را از غدد عرق بدن آزاد می‌کنید. در طول ورزش شدید، بدن انسان تقریباً ۸۵ درصد گرمای خود را از طریق تعریق از دست می‌دهد. میزان ترشح عرق رابطه مستقیمی با دمای محیط، فعالیت بدنی و شرایط روانی مانند استرس یا اضطراب دارد. به همین ترتیب، گرمای موجود در بدن انسان از طریق تشعشع دفع می‌شود. این فرآیند مربوط به انتقال گرما از یک محیط هیپرترمیک، بدن، به یک محیط هیپوترمی‌مانند، در شرایط طبیعی، هوا است. به طور مشابه، بخش مؤثری از گرما از طریق رسانایی از دست می‌رود (مانند از دست دادن گرما در اثر خوابیدن روی زمین سرد). علاوه بر این، هنگامی‌که بدن خیس است یا توسط آب احاطه شده است، میزان این فرآیندها در مقایسه با هوا افزایش می‌یابد. بنابراین به طور متناسب رطوبت هوا با محدود کردن تبخیر عرق بر این متغیرها تأثیر می‌گذارد.

اتساع عروق

یکی دیگر از فرآیندهای مربوط به دفع گرما، که به شدت با تشعشع مرتبط است، مربوط به انبساط حجم عروق بدن است. به اصطلاح اتساع عروق نامیده می‌شود، اساساً شامل شل شدن سلول‌های ماهیچه صاف واقع در شریان‌ها و وریدهای پهن است که باعث کاهش مقاومت عروقی می‌شود و مستقیماً منجر به افزایش جریان خون می‌شود. در نتیجه، بزرگ شدن رگ‌های خونی شریانی (عمدتاً شریان‌ها) باعث کاهش فشار خون می‌شود.

هورمون‌هایی که از سیستم عصبی خارج می‌شوند معمولاً مسئول القای این فرآیند هستند، اگرچه چنین پاسخی می‌تواند در بافت اطراف نیز ایجاد شود. برای مثال در مورد مغز، گرمای تولید شده توسط این اندام بسیار فعال باید دفع شود تا از آن در برابر به اصطلاح: گرمازدگی محافظت شود. سر سیستم پیچیده ای از رگ‌های خونی دارد که با رساندن خون به پوست نازک سر، از گرم شدن بیش از حد مغز جلوگیری می‌کند و اجازه می‌دهد گرما از آن خارج شود. علاوه بر این، اتساع عروق می‌تواند کل سیستم گردش خون را درگیر کند و همچنین ممکن است به یک اندام خاص محدود شود.

انقباض عروق نشان دهنده فرآیند مشابهی است که طی آن رگ‌های خونی به جای بزرگ شدن خود به منظور محدود کردن اتلاف حرارت توسط تشعشع باریک می‌شوند.