Termorregulación: fisiología, mecanismos, tipos y alteraciones
La termorregulación es el proceso que le permite a los organismos regular la temperatura de sus cuerpos, modulando la pérdida y ganancia de calor. En el reino animal existen distintos mecanismos de regulación de la temperatura, tanto fisiológicos como etológicos.
Regular la temperatura del cuerpo es una actividad básica para cualquier ser vivo, debido a que el parámetro es crítico para la homeostasis del cuerpo e influencia la funcionalidad de las enzimas y otras proteínas, la fluidez de la membrana, el flujo de iones, entre otros.
En su forma más simple, las redes de termorregulación se activan por medio de un circuito que integra las entradas de los termorreceptores ubicados en la piel, en las vísceras, en el cerebro, entre otros.
Los mecanismos principales ante estos estímulos de frio o calor incluyen vasoconstricción cutánea, vasodilatación, producción de calor (termogénesis) y sudoración. Otros mecanismos incluyen comportamientos para propiciar o reducir la pérdida de calor.
Índice del artículo
- 1 Conceptos básicos: calor y temperatura
- 2 Tipos: relaciones térmicas entre los animales
- 3 Fisiología de la termorregulación
- 4 Mecanismos de termorregulación
- 5 Alteraciones de la termorregulación
- 6 Referencias
Para hablar de la termorregulación en los animales, es menester conocer la definición exacta de términos que a menudo son confusos entre los estudiantes.
Comprender la diferencia entre calor y temperatura es indispensable para entender la regulación térmica de los animales. Usaremos cuerpos inanimados para ilustrar la diferencia: pensemos en dos cubos de un metal, uno es 10 veces más grande que el otro.
Cada uno de estos cubos está en una habitación a una temperatura de 25°C. Si medimos la temperatura de cada bloque, ambos estarán a 25°C, aunque uno sea grande y otro pequeño.
Ahora bien, si medimos la cantidad de calor en cada bloque, el resultado entre ambos será diferente. Para llevar a cabo esta tarea debemos mover los bloques a un habitación con temperatura de cero absoluto y cuantificar la cantidad de calor que desprenden. En este caso, el contenido de calor será 10 veces mayor en el cubo de metal más grande.
Gracias al ejemplo anterior, podemos concluir que la temperatura es la misma para los dos e independiente de la cantidad de materia de cada bloque. La temperatura es medida como la velocidad o intensidad del movimiento de las moléculas.
En la literatura biológica, cuando los autores mencionan a la “temperatura corporal” se refieren a la temperatura de las regiones centrales del cuerpo y a las periféricas. La temperatura de las regiones centrales reflejan la temperatura de los tejidos “profundos” del cuerpo – cerebro, corazón e hígado.
La temperatura de las regiones periféricas, por su parte, es influenciada por el paso de la sangre a la piel y se mide en la piel de manos y pies.
En contraste – y volviendo al ejemplo de los bloques – el calor es diferente en ambos cuerpos inertes y directamente proporcional a la cantidad de materia. Es una forma de energía y depende del número de átomos y moléculas de la sustancia en cuestión.
En fisiología animal, existen una serie de términos y categorías usadas para describir las relaciones térmicas entre los organismos. Cada uno de estos grupos animales tiene adaptaciones especiales – fisiológicas, anatómicas o anatómicas – que les ayuda a mantener su temperatura corporal en un rango adecuado.
En la vida cotidiana, llamamos a los animales endotermos y homeotermos como “de sangre caliente”, y a los animales poiquilotermos y ectotermo como “de sangre fría”.
El primero término es endotermia, usado cuando el animal logra calentarse mediando la producción metabólica de calor. El concepto opuesto es la ectotermia, donde la temperatura del animal está impuesta por el medio ambiente circundante.
Algunos animales son incapaces de ser endotermos, porque aunque producen calor no lo hacen lo suficientemente rápido como para retenerlo.
Otra manera de clasificarlos es según la termorregulación del animal. El término poiquilotermo es usado para referirse a animales con temperaturas corporales variables. En estos casos, la temperatura del cuerpo es alta en los ambientes calientes y es baja en los ambientes fríos.
Un animal poiquilotermo puede autorregular su temperatura por medio de comportamientos. Es decir, ubicándose en zonas con alta radiación solar para incrementar la temperatura o bien esconderse de dicha radiación para disminuirla.
Los términos poiquilotermo y ectotermo hacen referencia a básicamente el mismo fenómeno. Sin embargo, poiquilotermo hace énfasis en la variabilidad de la temperatura corporal, mientras en ectotermo se refiere a la importancia de la temperatura ambiental para determinar la temperatura corporal.
El término contrario a poiquilotermo es homeotermo: termorregulación por medios fisiológicos – y no solo gracias al despliegue de comportamientos. La mayoría de los animales endotermos son capaces de regular su temperatura.
Peces
Los peces son el ejemplo perfecto de animales ectotermos y poiquilotermos. En el caso de estos vertebrados nadadores, sus tejidos no producen calor por vías metabólicas y además, la temperatura del pez viene determinada por la temperatura del cuerpo de agua donde nadan.
Reptiles
Los reptiles exhiben comportamientos muy marcados que les permite regular (por vía etológica) su temperatura. Estos animales buscan regiones cálidas – como posarse sobre una piedra caliente – para lograr aumentar la temperatura. En caso contrario, donde deseen disminuirla, buscaran esconderse de la radiación.
Aves y mamíferos
Los mamíferos y las aves son ejemplos de animales endotermos y homeotermos. Estos producen por vía metabólica su temperatura corporal y la regulan fisiológicamente. Algunos insectos también exhiben este patrón fisiológico.
La capacidad de regular su temperatura le otorgó a estos dos linajes de animales una ventaja sobre sus contrapartes poiquilotermos, ya que pueden establecer un equilibrio térmico en sus células y en sus órganos. Esto llevó a que los procesos de nutrición, metabolismo y excreción fuesen más robustos y eficientes.
El ser humano, por ejemplo, mantiene su temperatura a 37°C, dentro de un rango bastante estrecho – entre los 33,2 y 38,2°C. El sostenimiento de este parámetro es totalmente crítico para la supervivencia de la especie y media una serie de procesos fisiológicos en el cuerpo.
La distinción entre estas cuatro categorías suele tornarse confusa cuando examinamos casos de animales que son capaces de alternar entre las categorías, ya sea de manera espacial o temporal.
La variación temporal de la regulación térmica puede ejemplificarse con los mamíferos que experimentan periodos de hibernación. Estos animales generalmente son homeotermos durante las épocas del año en que no están hibernando y durante la hibernación no son capaces de regular su temperatura corporal.
La variación espacial ocurre cuando el animal regula de manera diferencial la temperatura en las regiones corporales. Los abejorros y otros insectos pueden regular la temperatura de sus segmentos torácicos y son incapaces de regular el resto de las regiones. A esta condición de regulación diferencial se le denomina heterotermia.
Como cualquier sistema, la regulación fisiológica de la temperatura corporal necesita de la presencia de un sistema aferente, un centro de control y un sistema eferente.
El primer sistema, el aferente, se encarga de la captación de la información por medio de los receptores cutáneos. Posteriormente, la información es transmitida al centro termorregulador por vía neural a través de la sangre.
En condiciones normales, los órganos del cuerpo que generan calor son el corazón y el hígado. Cuando el cuerpo se encuentra realizando trabajo físico (ejercicio), el músculo esquelético también es una estructura generadora de calor.
El hipotálamo es el centro termorregulador y las tareas se dividen en pérdida y ganancia de calor. La zona funcional para mediar el mantenimiento de calor se localiza en la zona posterior del hipotálamo, mientras que la pérdida es mediada por la región anterior. Este órgano funciona como un termostato.
El control del sistema ocurre de manera doble: positivo y negativo, mediado por la corteza del cerebro. Las respuestas efectoras son del tipo conductual o mediadas por el sistema nervioso autónomo. Estos dos mecanismos serán estudiados más adelante.
Los mecanismos para regular la temperatura varían entre el tipo de estímulo recibido, es decir, si es un aumento o una disminución de la temperatura. Así que usaremos este parámetro para establecer una clasificación de los mecanismos:
Regulación para temperaturas altas
Para lograr la regulación de la temperatura corporal frente a estímulos de calor, el cuerpo debe propiciar la pérdida del mismo. Existen varios mecanismos:
Vasodilatación
En los humanos, una de las características más llamativas de la circulación cutánea es el amplio rango de vasos sanguíneos que posee. La circulación sanguínea por la piel tiene la propiedad de variar enormemente dependiendo de las condiciones del ambiente y modificarse desde altos hasta bajos flujos de sangre.
La habilidad de la vasodilatación es crucial en la termorregulación de los individuos. El flujo sanguíneo elevado durante los periodos de incremento de temperatura permite al cuerpo incrementar la transmisión de calor, desde el núcleo del cuerpo a la superficie de la piel, para finalmente ser disipado.
Cuando se incrementa el flujo de sangre, se acrecienta a su vez el volumen cutáneo sanguíneo. Así, una mayor cantidad de sangre es transferida desde el núcleo del cuerpo a la superficie de la piel, donde ocurre la transferencia de calor. La sangre, ahora más fría, es transferida nuevamente al núcleo o al centro del cuerpo.
Sudor
Junto con la vasodilatación, la producción de sudor es crucial para la termorregulación ya que ayuda a la disipación del calor excesivo. De hecho, la producción y posterior evaporación del sudor son los mecanismos principales del cuerpo para perder calor. También actúan durante la actividad física.
El sudor es un fluido producido por glándulas sudoríparas denominadas ecrinas, distribuidas por todo el cuerpo en una densidad importante.La evaporación del sudor logra transferir el calor del cuerpo al ambiente como vapor de agua.
Regulación para temperaturas bajas
En contraste a los mecanismos mencionados en el apartado anterior, ante situaciones de descenso de temperatura el cuerpo debe promover la conservación y producción del calor de la siguiente manera:
Vasoconstricción
Este sistema sigue la lógica contraria descrita en la vasodilatación, así que no nos extenderemos mucho en la explicación. El frio estimula contracción de los vasos cutáneos, evitando así la disipación de calor.
Piloerección
¿Te has preguntado por qué aparece la “piel de gallina” cuando estamos frente a temperaturas bajas? Es un mecanismo para evitar la pérdida de calor denominado piloerección. Sin embargo, como los humanos tenemos relativamente poco pelo en nuestro cuerpo, se considera un sistema poco efectivo y rudimentario.
Cuando ocurre la elevación de cada pelo, se ve incrementada la capa de aire que entra en contacto con la piel, lo cual disminuye la convección del aire. Así se reduce la pérdida de calor.
Producción de calor
La manera más intuitiva de contrarrestar las bajas temperatura es mediante la producción de calor. Esta puede ocurrir de dos maneras: por termogénesis tiritante y no tiritante.
En el primer caso, el cuerpo produce contracciones musculares rápidas e involuntarias (por eso tiemblas cuando tienes frío) que llevan a la producción de calor. La producción tiritante es costosa – energéticamente hablando – así que el cuerpo recurrirá a esta si llegasen a fallar los sistemas anteriormente mencionados.
El segundo mecanismo está liderado por un tejido llamado grasa parda (o tejido adiposo marrón, en la literatura en inglés suele resumirse bajo el acrónico de BAT por brown adipose tissue).
Este sistema se encarga de desacoplar la producción de energía en el metabolismo: en vez de formar ATP, se lleva a la producción de calor. Es un mecanismo particularmente importante en niños y en mamíferos de tamaño pequeño, aunque la evidencia más reciente ha notado que también es relevante en adultos.
Los mecanismos etológicos consisten en todas las conductas que exhiben los animales para regular su temperatura. Como mencionamos en el ejemplo de los reptiles, los organismos pueden situarse en el ambiente propicio para propiciar o evitar la pérdida de calor.
Distintas partes del cerebro se ven involucradas en el procesamiento de esta respuesta. En los humanos estas conductas son efectivas, aunque no están finamente reguladas como las fisiológicas.
El cuerpo experimenta pequeños y delicados cambios de temperatura a los largo del día, dependiendo de algunas variables, como el ritmo circadiano, el ciclo hormonal, entre otros aspectos fisiológicos.
Como mencionamos, la temperatura corporal orquesta un enorme abanico de procesos fisiológicos y la pérdida de regulación de la misma puede llevar a condiciones devastadoras dentro del organismo afectado.
Ambos extremos térmicos – tanto altos como bajos – afectan de manera negativa a los organismos. Temperaturas muy altas, por encima de los 42°C en el ser humano, afectan de manera muy marcada a las proteínas, promoviendo su desnaturalización. Además, se ve afectada la síntesis del ADN. Los órganos y las neuronas también se ven dañados.
Del mismo modo, temperaturas menores a 27°C llevan a la hipotermia severa. Los cambios en la actividad neuromuscular, cardiovascular y respiratoria tienen consecuencias fatales.
Múltiples órganos se ven afectados cuando la termorregulación no funciona de la manera correcta. Entre ellos, el corazón, el cerebro, el tracto gastrointestinal, los pulmones, los riñones y el hígado.
- Arellano, J. L. P., & del Pozo, S. D. C. (2013). Manual de patología general. Elsevier.
- Argyropoulos, G., & Harper, M. E. (2002). Invited review: uncoupling proteins and thermoregulation. Journal of Applied Physiology, 92(5), 2187-2198.
- Charkoudian N. (2010). Mechanisms and modifiers of reflex induced cutaneous vasodilation and vasoconstriction in humans. Journal of applied physiology (Bethesda, Md. : 1985), 109(4), 1221-8.
- Hill, R. W. (1979). Fisiología animal comparada: un enfoque ambiental. Reverté.
- Hill, R. W., Wyse, G. A., Anderson, M., & Anderson, M. (2004). Animal physiology. Sinauer Associates.
- Liedtke W. B. (2017). Deconstructing mammalian thermoregulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 114(8), 1765-1767.
- Morrison S. F. (2016). Central control of body temperature. F1000Research, 5, F1000 Faculty Rev-880.