体温調節：生理学、メカニズム、種類、変化 - 生物学 - 2025

体温は、熱損失および利得を調節する、生物は自分の体の温度を調節可能なプロセスです。動物界には、生理学的および行動学的両方の温度を調節するためのさまざまなメカニズムがあります。

パラメータは体の恒常性に重要であり、酵素や他のタンパク質の機能、膜の流動性、イオンの流れなどに影響を与えるため、体温の調整はあらゆる生物にとって基本的な活動です。 。

哺乳類は恒温性と吸熱性です。出典：アラン・ウィルソン

最も単純な形態では、体温調節ネットワークは、皮膚、内臓、脳などにある熱受容器の入力を統合する回路によってアクティブ化されます。

これらの高温または低温の刺激の主なメカニズムには、皮膚の血管収縮、血管拡張、熱産生（熱発生）および発汗が含まれます。その他のメカニズムには、熱損失を促進または低減する動作が含まれます。

基本：熱と温度

動物の体温調節について話すには、学生の間でしばしば混乱している用語の正確な定義を知る必要があります。

動物の温度調節を理解するには、熱と温度の違いを理解することが不可欠です。違いを説明するために無生物を使用します。金属の2つの立方体を考えてみましょう。一方は他方の10倍の大きさです。

これらの各キューブは、25°Cの温度の部屋にあります。各ブロックの温度を測定すると、どちらも25°Cになりますが、一方は大きく、他方は小さくなります。

ここで、各ブロックの熱量を測定すると、2つのブロック間の結果は異なります。このタスクを実行するには、絶対零度の部屋にブロックを移動し、それらが放出する熱の量を定量化する必要があります。この場合、熱容量は最大の金属キューブの10倍になります。

温度

前の例のおかげで、温度は両方で同じであり、各ブロック内の物質の量とは無関係であると結論付けることができます。温度は、分子の移動の速度または強度として測定されます。

生物学的文献では、著者が「体温」に言及するとき、それらは体の中心領域と末梢領域の温度を指します。コア領域の温度は、脳、心臓、肝臓など、体の「深い」組織の温度を反映しています。

周辺領域の温度は、その一部として、皮膚への血液の通過に影響され、手足の皮膚で測定されます。

ホット

対照的に、ブロックの例に戻ると、熱は両方の不活性体で異なり、物質の量に正比例します。それはエネルギーの一種であり、問​​題の物質の原子と分子の数に依存します。

タイプ：動物間の熱関係

動物生理学では、生物間の熱関係を説明するために使用されるいくつかの用語とカテゴリがあります。これらの各動物グループには、生理学的、解剖学的、または解剖学的な特別な適応があり、体温を適切な範囲に維持するのに役立ちます。

日常生活では、吸熱および恒温動物を「温血」と呼び、変温動物および外温動物を「冷血」と呼びます。

吸熱と外温

最初の用語は吸熱であり、動物が代謝による熱の生成を媒介することによって自身を温めることができる場合に使用されます。反対の概念は外部温度であり、動物の温度は周囲の環境によって決定されます。

一部の動物は吸熱性ではありません。なぜなら、彼らは熱を発生しますが、それを保持するのに十分な速さでそれをしないからです。

Poikilothermicおよびhomeothermic

それらを分類する別の方法は、動物の体温調節によるものです。poikilothermという用語は、体温が変化する動物を指すために使用されます。これらの場合、体温は暑い環境では高く、寒い環境では低くなります。

poikilothermic動物は、行動を通じて温度を自己調整することができます。つまり、日射量の多いエリアに配置して温度を上げるか、上記の日射から隠して温度を下げます。

poikilothermおよびectothermという用語は、基本的に同じ現象を指します。ただし、外部温度は体温を決定する上での環境温度の重要性を指し、poikilothermは体温の変動性を強調します。

poikilothermの反対の用語は恒温性です：生理的手段による体温調節-行動の表示によるものだけではありません。ほとんどの吸熱動物は、その温度を調整することができます。

例

魚類

魚は、吸熱性およびpoikilothermic動物の完璧な例です。これらの泳ぐ脊椎動物の場合、それらの組織は代謝経路を通じて熱を生成せず、さらに、魚の温度は、泳ぐ水域の温度によって決定されます。

爬虫類

爬虫類は、彼らが（行動学的に）体温を調節することを可能にする非常に顕著な行動を示します。これらの動物は、温度を上げるために、熱い石の上に止まるなど、暖かい地域を探します。さもなければ、彼らがそれを減らしたいと思うところで、彼らは放射線から隠そうとします。

鳥と哺乳類

哺乳類と鳥は吸熱および恒温動物の例です。それらは代謝的にあなたの体温を作り出し、それを生理学的に調節します。一部の昆虫もこの生理学的パターンを示します。

彼らの温度を調節する能力は、彼らが彼らの細胞と器官の熱平衡を確立することができるので、彼らのpoikilothermic対応物よりこれらの2つの動物系統に利点を与えました。これにより、栄養、代謝、排泄のプロセスがより堅牢で効率的になります。

たとえば、人間は自分の体温を37°Cに保ち、33.2から38.2°Cのかなり狭い範囲に収めます。このパラメータの維持は、種の生存にとって完全に重要であり、体内の一連の生理学的プロセスを仲介します。

吸熱と外温の空間的および時間的交替

これらの4つのカテゴリーの区別は、カテゴリーを空間的または時間的に切り替えることができる動物のケースを検討する場合、しばしば混乱します。

温度調節の時間的変動は、冬眠期間を経験している哺乳類で例示することができます。これらの動物は通常、冬眠していない1年の間は恒温動物であり、冬眠中は体温を調節できません。

空間変動は、動物が体の部位の温度を異なって調節するときに発生します。マルハナバチや他の昆虫は、胸部の温度を調節することができ、その他の地域を調節することはできません。この差動調節状態は、ヘテロサーミィと呼ばれます。

体温調節の生理学

他のシステムと同様に、体温の生理的調節には、求心性システム、コントロールセンター、および遠心性システムの存在が必要です。

最初のシステムである求心性神経は、皮膚受容体を介して情報を取得する責任があります。その後、情報は血液を介した神経経路を介して体温調節センターに送信されます。

通常の状態では、熱を発生する身体の臓器は心臓と肝臓です。体が肉体的な仕事（運動）をしているとき、骨格筋も熱を発生させる構造です。

視床下部は体温調節の中心であり、タスクは熱損失と熱増加に分けられます。熱の維持を仲介する機能ゾーンは、視床下部の後部ゾーンにありますが、損失は前部によって仲介されます。このオルガンはサーモスタットのように機能します。

システムの制御は、2つの方法で発生します：正と負、脳の皮質によって仲介されます。エフェクター応答は行動型であるか、自律神経系によって媒介されます。これら2つのメカニズムについては、後で検討します。

体温調節メカニズム

生理学的メカニズム

温度を調整するメカニズムは、受け取った刺激のタイプによって異なります。つまり、温度の上昇か低下かによって異なります。したがって、このパラメーターを使用してメカニズムの分類を確立します。

高温に対する規制

熱刺激に直面して体温の調節を達成するには、体がその損失を促進する必要があります。いくつかのメカニズムがあります：

血管拡張

人間では、皮膚循環の最も顕著な特徴の1つは、血管が広範囲にわたることです。皮膚を通る血液循環は、環境条件に応じて大きく変化し、血流量が高い状態から低い状態へと変化する特性があります。

血管拡張の能力は、個人の体温調節において重要です。体温が上昇している期間中の血流の増加により、体は体の中心から皮膚の表面への熱の伝達を増加させ、最終的に消散することができます。

血流が増加すると、皮膚の血液量が増加します。したがって、より多くの量の血液が体の中心から皮膚の表面に移動し、そこで熱の移動が起こります。冷たくなった血液は、体の中心または中心に戻されます。

汗

血管拡張とともに、汗の産生は過剰な熱を放散するのに役立つため、体温調節にとって重要です。実際、汗の生成とその後の蒸発は、体温を失う主なメカニズムです。彼らはまた、身体活動中に動作します。

汗はエクリンと呼ばれる汗腺によって生成される液体で、体全体にかなりの密度で分布します。汗の蒸発により、体から環境へ熱が水蒸気として移動します。

低温に対する規制

前のセクションで述べたメカニズムとは対照的に、体温低下の状況では、身体は次のように熱の保存と生成を促進する必要があります。

血管収縮

このシステムは、血管拡張で説明されている反対のロジックに従っているため、説明についてはあまり詳しく説明しません。寒さは皮膚血管の収縮を刺激し、熱の放散を防ぎます。

ピロエレクション

私たちが低温の前にいるときになぜ「鳥肌」が現れるのか疑問に思ったことはありますか？立毛と呼ばれる熱損失を防ぐ仕組みです。ただし、人間の髪の毛は比較的少ないため、効果のない基本的なシステムと見なされています。

各髪の高さが発生すると、皮膚に接触する空気の層が増加し、空気の対流が減少します。これは熱損失を減らします。

熱生産

低温に対抗する最も直感的な方法は、熱を発生させることです。これは2つの方法で発生する可能性があります：震えと震えない熱発生。

最初のケースでは、体が急速で不随意の筋肉収縮を起こします（そのため、寒いときに震えます）、それが熱の発生につながります。震える生産は高価です-エネルギー的に言えば-したがって、前述のシステムが失敗した場合、体はそれに頼ります。

2番目のメカニズムは、褐色脂肪と呼ばれる組織（または褐色脂肪組織、英語の文献では、褐色脂肪組織のBATの頭字語で通常要約されています）が主導しています。

このシステムは、代謝におけるエネルギー生成の分離に責任があります。ATPを形成する代わりに、熱の生成につながります。これは、子供や小さな哺乳類では特に重要なメカニズムですが、より最近の証拠では、成人にも関連があることが示されています。

行動学的メカニズム

行動学的メカニズムは、動物が体温を調節するために示すすべての行動からなる。爬虫類の例で述べたように、生物は熱損失を促進または防止するために適切な環境に置くことができます。

脳のさまざまな部分がこの応答の処理に関与しています。人間ではこれらの行動は効果的ですが、生理学的な行動のように細かく制御されているわけではありません。

体温調節障害

身体は、概日リズム、ホルモンサイクルなどのいくつかの変数に応じて、1日を通して小さな繊細な温度変化を経験します。

私たちが述べたように、体温は広範囲の生理学的プロセスを調整し、それの調節の喪失は影響を受ける生物内の壊滅的な状態につながる可能性があります。

高温と低温の両方の極端な温度は、生物に悪影響を及ぼします。人間では42°Cを超える非常に高い温度は、タンパク質に非常に顕著な影響を及ぼし、タンパク質の変性を促進します。また、DNA合成も影響を受けます。臓器やニューロンも損傷を受けています。

同様に、27°C未満の温度は重度の低体温症につながります。神経筋、心臓血管および呼吸活動の変化は致命的な結果をもたらします。

体温調節が正しく機能しない場合、複数の臓器が影響を受けます。これらには、心臓、脳、消化管、肺、腎臓、および肝臓が含まれます。

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