Çevre sıcaklığı çok farklı olsa bile canlılar vücut sıcaklıklarını termoregülasyon adı verilen bir süreçle sıkı bir şekilde düzenler ve belirli sınırlar içinde tutulabilir. Hayvanlarda vücut sıcaklığını düzenlemenin birkaç farklı yolu vardır. Bu termoregülatör stratejiler, bazıları oldukça aşırı olanlar da dâhil olmak üzere farklı ortamlarda yaşamalarına izin verir. Örneğin, kutup ayıları ve penguenler, kutuplardaki soğuk evlerinde yüksek vücut ısısını korurken, kanguru fareleri, iguanalar ve çıngıraklı yılanlar, yaz mevsiminin en yüksek değerlerinin 38 santigrat derecenin üzerinde olduğu çöllerde bile gelişirler.
Aşağıda, termoregülasyon türlerine ve hayvanların vücut sıcaklığını düzenlemesine yardımcı olan stratejilere yer verilmiştir.
Termoregülasyon Türleri![Termoregülasyon ve Canlılarda Sıcaklık Düzenleme Stratejileri]()
Hayvanlar tarafından, ortam sıcaklıklarındaki dalgalanmalara karşı sergilenen iki ana tepki vardır:
1-Poikilotermi
2- Homeotermi
Poikilotermi: Poikilotermler ısı üretmek için fizyolojik araçlardan yoksun olduklarından, bu hayvanların vücut ısısı, herhangi bir davranışsal müdahalenin yokluğunda dış ortamın sıcaklığına uyma eğilimindedir. Poikiloterm örnekleri arasında çoğu balık, amfibi ve sürüngen gibi “soğukkanlı” hayvanlar bulunur. Poikilotermler ektotermler olarak da bilinir, çünkü vücut ısıları sadece dış ortamlarından elde edilir. Bu dış termal bağımlılık, daha düşük ve daha yüksek sıcaklıklara sahip alanlar arasında gidip gelerek, iletim ve radyasyon yoluyla ısı alışverişini ayarlamak için vücut pozisyonlarını değiştirerek davranışsal termoregülasyon kullanmalarını sağlar. Örneğin, ağaç kaplumbağaları (Glyptemys insculpta) güneşlenmek ve vücut sıcaklıklarını yükseltmek için her gün orman açıklıklarına giderler ancak su sıcaklığı hava sıcaklığı kadar düşmediği için geceleri akarsulara dönerler. Kertenkeleler genellikle ısınmak için sıcak bir kayanın üzerinde güneşlenirler. Poikilotermlerde davranışsal termoregülasyon, beslenme ve hareket gibi önemli metabolik aktiviteler için optimal olan sürekli ortalama vücut sıcaklıkları ile sonuçlanabilir.
Homeotermi: Homeotermlerin vücut sıcaklıklarını düzenlemek için özel fizyolojik adaptasyonları vardır; homeotermlerin vücut sıcaklıkları, poikilotermlerinki kadar dalgalanmaz. Homeotermler, kuşlar ve memeliler gibi “sıcakkanlı” hayvanları (endotermler) içerir. Bu canlılar iç sıcaklıklarını sabit tutabilmek için metabolik ısıdan yararlanır. Tüm homeotermler 36 ila 42 C santigrat derece aralığında yüksek vücut sıcaklıklarını korurlar. Homeotermler ayrıca vücut sıcaklıklarını ayarlamak için davranışsal termoregülasyon kullanırlar. Davranışları kullanarak vücut sıcaklığı düzenlenebilir. Örneğin, sıcak bir günde yüzmeye gidebilir, biraz soğuk su içebilir veya gölgede oturulabilir. Soğuk bir insan bir günde bir palto giyebilir, rahat bir köşede oturabilir veya bir kase sıcak çorba içebilir. İnsanların dışında, hayvanların da benzer davranışları vardır. Örneğin, filler sıcak bir günde serinlemek için kendilerine su püskürtür ve birçok hayvan çok ısındıklarında gölge arar. Penguen yavruları ısıyı korumak için grup halinde toplanırlar.
Endotermler, soğuk ortamlara tepki olarak metabolik ısı üretimini veya termogenezi arttırmanın çeşitli yollarına sahiptir. Metabolik ısı üretmenin bir yolu kas kasılmasıdır. Örneğin, kişiler çok üşüdüğünde kontrolsüz bir şekilde titrer. Titreme adı verilen iskelet kaslarının izometrik kasılması, mekanik ısıyı vücut içine aktarırken, periferik damarların vazokonstriksiyonu deriden ısı kaybını azaltır. Elleri birbirine sürtmek, tempolu bir yürüyüşe çıkmak gibi kasıtlı hareketler ve titreme, kas aktivitesini, böylece ısı üretimini artırır. Titremesiz termogenez, ısı üretimi için başka bir mekanizma sağlar. Bu mekanizma kahverengi yağ dokusu olarak bilinen özel yağ dokusuna bağlıdır. Kahverengi yağ dokusu ATP sentezi için değil, ısı üretimi için katabolize edilir. Bazı memelilerde, özellikle kış uykusuna yatanlarda ve yavru hayvanlar çok fazla kahverengi yağa sahiptir. Ortam sıcaklıkları arttıkça, homeotermler vücut sıcaklıklarını düzenlemek için terleme ve/veya hızlı soluma yoluyla evaporatif soğutmayı kullanır ve ayrıca ısı kaybını teşvik etmek için yüzey kan damarlarını genişletir.
Isı Kaybının ve Kazancının Kontrolü![Termoregülasyon ve Canlılarda Sıcaklık Düzenleme Stratejileri]()
Hayvanlar çevreyle ne kadar ısı alışverişinde bulunduklarını kontrol eden vücut yapılarına ve aşağıdaki fizyolojik tepkilere sahiptir:
1-Kan akış düzenlerini değiştirmek gibi dolaşım mekanizmaları
2-Kürk, yağ veya tüy gibi yalıtım yapıları
3-Nefes nefese kalma ve terleme gibi buharlaşma (evaporatif) mekanizmaları
1-Dolaşım mekanizmaları
Kan damarları deri altında bolca dağılmıştır. Vücudun yüzeyi, çevre ile ısı alışverişinin ana bölgesidir. Cilde kan akışını kontrol etmek, çevreye ısı kaybı veya çevreden kazanç oranını kontrol etmenin önemli bir yoludur. Endotermlerde, vücudun damarlarından gelen sıcak kan, cildin yakınından geçerken çevreye ısı kaybeder.
Vazokonstriksiyon ve Vazodilatasyon: Vazokonstriksiyon olarak bilinen bir süreç olan cildi besleyen kan damarlarının çapını küçültmek kan akışını azaltır ve ısının korunmasına yardımcı olur. Öte yandan, bir endotermin ısıdan kurtulması gerektiğinde, örneğin bir avcıdan kaçmak için çok koştuktan sonra bu kan damarları genişler. Bu duruma vazodilatasyon denir. Vazodilatasyon cilde kan akışını arttırır ve hayvanın ekstra ısısının bir kısmını çevreye kaybetmesine yardımcı olur. Kürklü memeliler genellikle çıplak deri bölgelerinde ısı alışverişi için özel kan damarı ağlarına sahiptir. Örneğin, tavşanların hızlı ısı kaybına izin veren geniş bir kan damarı ağına sahip büyük kulakları vardır. Bu adaptasyon, sıcak çöl ortamlarında yaşamalarına yardımcı olur. Bazı ektotermler ayrıca ısıyı korumanın bir yolu olarak cilde kan akışını düzenler. Örneğin, iguanalar, karadayken emdikleri ısıyı korumaya yardımcı olmak için soğuk suda yüzerken cilde kan akışını azaltır.
Ters akım ısı değişimi: Birçok kuş ve memelide, daha sıcak kan içeren damarlardan daha soğuk kan içeren damarlara doğru ısı transferi yapılır. Bu adaptasyona ters akımlı ısı değişimi denir. Uzun bacaklı bir su kuşunun bacağında, bacaktan aşağı inen atardamar vücuttan sıcak kan taşır. Arter (atardamar), ayaktan soğuk kan taşıyan bir damarın hemen yanında yer alır. Aşağı inen sıcak kan, ısısının çoğunu iletim yoluyla yükselen soğuk kana geçirir. Bu, soğutulan kan ve çevre arasındaki sıcaklık farkının azalması nedeniyle ayakta daha az ısı kaybedileceği ve vücudun içerisine geri dönen kanın nispeten sıcak olacağı ve iç kısmın soğumasını önleyeceği anlamına gelir.
2- Yalıtım Yapıları
Vücuttan çevreye ısı kaybını en aza indirmenin bir başka yolu da yalıtımdır. Kuşlar tüy, memelilerin çoğu deriye yakın bir hava tabakasının hapsedilmesi ve çevreye ısı kaybını azaltmak için kıl veya kürk kullanır. Balina gibi deniz memelilerinde yalıtımı oldukça dayanıklı olan kalın yağ tabakası (balina yağı) sağlar. Kuşlar tüylerini kabartarak, memeli hayvanlar yalıtım tabakalarının kalınlaşması için kürklerini kabartarak soğuktan korunur. İnsanlarda benzer davranışsal tepki olan kılların diken diken olması sınırlı vücut kılları nedeniyle o kadar etkili değildir.
3-Buharlaşma Mekanizmaları
Buharlaşma, yüksek hava sıcaklıklarında gerekli bir soğutma mekanizmasıdır. Kara hayvanları genellikle buharlaşma (evaporasyon)yoluyla derilerinden, ağızlarından ve burunlarından havaya su kaybederler. Buharlaşma ısıyı uzaklaştırır ve bir soğutma mekanizması olarak işlev görebilir. Örneğin, memelilerin çoğu vücut sıcaklıkları yükseldiğinde terleyerek ve hızlı soluma yaparak evaporatif (buharlaşmayla) soğutmayı artırır. Terlemede, derideki bezler çeşitli iyonlar (elektrolitler) içeren suyu serbest bırakır. Sadece memeliler terler. Köpekler ağız yüzeylerinden buharlaşmayı artırmak için ağzı açıkken hızlı ve yüzeysel nefes alır. Memelilerde de kuşlarda da hızlı soluma ya da benzeri nefes alma stratejileri kullanılır. Köpekler gibi bazı türlerde, karşı akımlı bir ısı eşanjörü ile birlikte hızlı solumadan kaynaklanan buharlaşmalı soğutma, beynin aşırı ısınmasını önlemeye yardımcı olur.
Termoregülasyonun Kontrolü
Hem sinir hem de endokrin sistemler termoregülatuar fizyolojiyi kontrol eder. Birçok poikiloterm davranışsal termoregülasyonda periyodiklik sergiler; gündüz aktif olarak termoregülasyon yaparlar ve gece boyunca pasif olarak uyum sağlarlar. Melatonin hormonu (pineal bez tarafından üretilir) birçok ektotermde sıcaklık düzenlenmesinde rol oynar, tiroid hormonu ise endotermlerde termojenik bir etkiye sahiptir. Omurgalılar için “termostat”, beynin hipotalamusunda bulunur ve bu, ayar noktalarının üzerindeki ve altındaki ortam sıcaklıklarına fizyolojik tepkileri tetikler. Gerçekten de, yaygın cerrahi anestezikler ve alkol, sıcaklığın hipotalamik regülasyonunu, özellikle periferik kan damarlarının vazomotor kontrolünü bozarak hipotermiye neden olabilir.
Aşırı Sıcaklıklarda Yaşam
Göç ve metabolik ayarlama seçenekleri uygun olmadığında, yerleşik homeotermler aşırı sıcaklıklara dayanabilir. Ren geyiği (Rangifer tarandus) aşırı soğuk (-23 santigrat derece ) ortamlarda, hatta kışın en yüksek olduğu zamanlarda bile gençken aktif kalmaları ile dikkat çekicidir. Kalın kürkleri izolasyona yardımcı olurken, bölgesel heterotermi vücut içindeki ısıyı korur. Ayrıca, termonötral bölgeleri, diğer omurgalılardan çok daha düşük sıcaklıklara uzanır. Gerçekten de, kış kürklerine sahip olan bir ren geyiğinin metabolik hızı, yaz aylarındaki bir ren geyiğininkinden daha düşüktür. Develer ve oriksler gibi aşırı sıcağa dayanması gereken ancak günlük olarak aktif olması gereken büyük memeliler, bunun tam tersi bir sorunla karşı karşıyadır. Ren geyiğinde olduğu gibi develerin de kalın kürkleri vardır ancak bu yalıtım atmosferden gelen ortam ısısının konveksiyon ve radyasyon yoluyla vücuda girmesini önlemek içindir. Develer ve oriksler, vücutlarına ısı giriş gradyanını azaltmak için günün sıcağında hipertermik (41 santigrat dereceye varan vücut ısısıyla) hale gelirler. Aşırı sıcaklıklara tolerans, sadece homeotermler için bir başarı değildir. Bazı poikilotermler de bunu yapabilir. Birkaç amfibi ve balık türü donma sıcaklıklarına dayanabilir. Örneğin, ağaç kurbağası (Rana sylvatica) donabilir ve ilkbaharda çözülene kadar askıya alınmış bir canlılık durumunda kalabilir. Ağaç kurbağaları ve diğer donmaya toleranslı hayvanlar, hücreleri dehidrate etmek ve donmayı hücre dışı boşluklarla sınırlamak için glikoz ve üre gibi kriyoprotektanları kullanır.
İnsanlarda Termoregülasyon![Termoregülasyon ve Canlılarda Sıcaklık Düzenleme Stratejileri]()
İnsanlarda normal vücut sıcaklığı aralığı (36,1 ila 37,2 santigrat derece) kişiden kişiye değişebilir, ayrıca yaş, aktivite ve günün saatinden etkilenebilir. İnsanlarda sıcaklık kontrolü için ayar noktası 37,1 santigrat derecedir. Tüm sıcaklık mekanizmaları sürekli olarak vücut sıcaklığını bu ayar noktasına geri getirmeye çalışır. Yorucu egzersiz sırasında, sıcaklık geçici olarak 40 dereceye kadar yükselebilir. Vücut aşırı soğuğa maruz kaldığında, sıcaklık 35,6 derecenin altına düşebilir. Giyinik olmayan (çıplak) bir kişi kuru havada 12,8 dereceye kadar düşük veya 54,4 dereceye kadar yüksek sıcaklıklara maruz kalabilir ve yine de neredeyse sabit vücut sıcaklığını koruyabilir. Vücut sıcaklığının 35 santigrat derecenin altına düşmesi olarak tanımlanan hipotermi, vücudun termoregülatuar kapasitesinde başlangıç/hafif bozulma ile sonuçlanır. Artan hipotermi şiddeti ile daha belirgin bozulma meydana gelir; şiddetli hipotermi, vücut sıcaklığının 28 derecenin altına düşmesi olarak tanımlanır. 29,4 derecenin altındaki vücut iç sıcaklığı, hipotalamusun vücut sıcaklığını düzenleme yeteneğini bozar. Şiddetli hipotermiyi gösteren aşırı semptomlar arasında zihinsel durum değişiklikleri, konuşma bozukluğu, bilinç kaybı, ventriküler aritmiler ve kaba motor beceri bozukluğu bulunur. Son aşama, vücudun tüm termoregülatör işlevini (“titreme” yeteneği dahil) baskılayan merkezi sinir sistemi depresyonunudur. Hipotermi durumunda posterior hipotalamik sempatik merkezlerin uyarılması, cilt kan damarlarında vazokonstriksiyona neden olur. Ayrıca piloereksiyon gerçekleşir, bu da kılların diken diken olması anlamına gelir. Bu mekanizma insanlarda önemli değildir. Titreme, ısı üretiminin sempatik uyarımı ve tiroksin salgılanmasını teşvik ederek termogenez gerçekleşir.
Vücut ısısının aşırı artması (hipertermi), sıcak çarpması, 40 santigrat dereceyi aşan bir vücut sıcaklığı ile tanımlanan acil bir klinik durum olarak ortaya çıkarır. Hipertermide ısı ödemi, ısı senkopu, ısıya bağlı kramp durumu, ısı bitkinliği de ortaya çıkabilir. Hipertermi durumunda posterior hipotalamustaki (kan damarı tonunu kontrol eden) sempatik merkezlerin inhibisyonu, cilt kan damarlarında vazodilatasyona neden olur. Vücut içi sıcaklığı kritik seviye olan 37 santigrat derecenin üzerine çıktığında terleme ile ısı kaybı oranında bir artış olur. Titreme ve kimyasal termogenez güçlü bir şekilde engellenir.
Kaynakça:
https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/homeostatic-processes-for-thermoregulation-23592046/
https://www.khanacademy.org/science/ap-biology/ecology-ap/energy-flow-through-ecosystems/a/animal-temperature-regulation-strategies
https://cdn.istanbul.edu.tr/FileHandler2.ashx?f=termoregulasyon.pdf
Yazar: Müşerref Özdaş