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Thermoregulation ist die Fähigkeit eines Organismus , seine Körpertemperatur innerhalb bestimmter Grenzen zu halten, selbst wenn die Umgebungstemperatur sehr unterschiedlich ist. Im Gegensatz dazu nimmt ein thermokonformer Organismus einfach die Umgebungstemperatur als seine eigene Körpertemperatur an, wodurch die Notwendigkeit einer internen Wärmeregulierung vermieden wird. Der interne Thermoregulationsprozess ist ein Aspekt der Homöostase : ein Zustand dynamischer Stabilität unter den inneren Bedingungen eines Organismus, der weit vom thermischen Gleichgewicht mit seiner Umgebung entfernt ist (die Untersuchung solcher Prozesse in der Zoologie wurde als physiologische Ökologie bezeichnet ). Wenn der Körper nicht in der Lage ist, eine normale Temperatur aufrechtzuerhaltenund es steigt signifikant über den Normalwert an, ein Zustand, der als Hyperthermie bekannt ist, tritt auf. Menschen können auch unter tödlicher Hyperthermie leiden, wenn die Feuchtkugeltemperatur sechs Stunden lang über 35 ° C gehalten wird. [1] Der gegenteilige Zustand, bei dem die Körpertemperatur unter das normale Niveau fällt, wird als Unterkühlung bezeichnet . Es entsteht, wenn die homöostatischen Kontrollmechanismen der Wärme im Körper versagen und der Körper schneller Wärme verliert als sie produziert. Die normale Körpertemperatur liegt bei 37 ° C (99 ° F), und Unterkühlung setzt ein, wenn die Körpertemperatur des Kerns unter 35 ° C (95 ° F) fällt. [2] Hypothermie wird normalerweise durch längere Einwirkung kalter Temperaturen verursacht und normalerweise mit Methoden behandelt, die versuchen, die Körpertemperatur wieder auf einen normalen Bereich anzuheben. [3]

Erst mit der Einführung von Thermometern konnten genaue Daten zur Temperatur der Tiere erhalten werden. Es wurde dann festgestellt, dass lokale Unterschiede vorhanden waren, da die Wärmeerzeugung und der Wärmeverlust in verschiedenen Körperteilen erheblich variieren, obwohl die Durchblutung dazu neigt, eine mittlere Temperatur der inneren Teile zu bewirken. Daher ist es wichtig, die Körperteile zu identifizieren, die die Temperatur der inneren Organe am besten widerspiegeln . Damit solche Ergebnisse vergleichbar sind, müssen die Messungen unter vergleichbaren Bedingungen durchgeführt werden. Es wurde traditionell angenommen, dass das Rektum die Temperatur der inneren Teile oder in einigen Fällen des Geschlechts oder der Spezies, der Vagina , am genauesten widerspiegelt.Gebärmutter oder Blase . [4]

Einige Tiere durchlaufen eine von verschiedenen Formen der Ruhephase, bei denen der Wärmeregulierungsprozess vorübergehend die Körpertemperatur sinken lässt, wodurch Energie gespart wird. Beispiele hierfür sind hibernating Bären und torpor in Fledermäusen .

Klassifizierung von Tieren nach thermischen Eigenschaften [ Bearbeiten ]

Endothermie vs. Ektothermie [ Bearbeiten ]

Die Thermoregulation in Organismen verläuft entlang eines Spektrums von Endothermie bis Ektothermie . Endothermen erzeugen den größten Teil ihrer Wärme über Stoffwechselprozesse und werden umgangssprachlich als warmblütig bezeichnet . Wenn die Umgebungstemperaturen kalt sind, erhöhen Endothermen die Stoffwechselwärmeproduktion, um ihre Körpertemperatur konstant zu halten, wodurch die innere Körpertemperatur einer Endotherme mehr oder weniger unabhängig von der Umgebungstemperatur wird. [5] Eine Stoffwechselaktivität in Bezug auf die Wärmeerzeugung, die Endothermen leisten können, besteht darin, dass sie eine größere Anzahl von Mitochondrien pro Zelle besitzen als Ektothermen, wodurch sie mehr Wärme erzeugen können, indem sie die Geschwindigkeit erhöhen, mit der sie Fette und Zucker metabolisieren .[6] Ektothermen verwenden externe Temperaturquellen, um ihre Körpertemperaturen zu regulieren. Sie werden umgangssprachlich als kaltblütig bezeichnettrotz der Tatsache, dass die Körpertemperaturen oft in den gleichen Temperaturbereichen bleiben wie warmblütige Tiere. Ektothermen sind das Gegenteil von Endothermen, wenn es um die Regulierung der Innentemperaturen geht. Bei Ektothermen sind die inneren physiologischen Wärmequellen von vernachlässigbarer Bedeutung; Der größte Faktor, der es ihnen ermöglicht, angemessene Körpertemperaturen aufrechtzuerhalten, ist auf Umwelteinflüsse zurückzuführen. Das Leben in Gebieten, in denen die Temperatur das ganze Jahr über konstant bleibt, wie den Tropen oder dem Ozean, hat es Ektothermen ermöglicht, eine breite Palette von Verhaltensmechanismen zu entwickeln, die es ihnen ermöglichen, auf Außentemperaturen zu reagieren, wie z. B. Sonnenbaden, um die Körpertemperatur zu erhöhen, oder Suche nach der Abdeckung des Schattens, um die Körpertemperatur zu senken. [6] [5]

Ektothermen [ bearbeiten ]

Schatten suchen ist eine Methode zum Kühlen. Hier verwenden Rußseeschwalbenküken ein schwarzfüßiges Albatrosküken als Schatten.

Ektotherme Kühlung [ Bearbeiten ]

  • Verdampfung:
    • Verdunstung von Schweiß und anderen Körperflüssigkeiten.
  • Konvektion:
    • Erhöhung der Durchblutung der Körperoberflächen, um die Wärmeübertragung über den vorbeugenden Gradienten zu maximieren.
  • Leitung:
    • Wärmeverlust durch Kontakt mit einer kälteren Oberfläche. Beispielsweise:
      • Auf kühlem Boden liegen.
      • In einem Fluss, See oder Meer nass bleiben.
      • Mit kühlem Schlamm bedecken.
  • Strahlung:
    • Wärme abgeben, indem sie vom Körper weggestrahlt wird.

Ektotherme Erwärmung (oder Minimierung des Wärmeverlusts) [ Bearbeiten ]

Die rote Linie repräsentiert die Lufttemperatur.
Die violette Linie repräsentiert die Körpertemperatur der Eidechse.
Die grüne Linie repräsentiert die Basistemperatur des Baues.
Eidechsen sind Ektothermen und verwenden Verhaltensanpassungen, um ihre Temperatur zu kontrollieren. Sie regulieren ihr Verhalten basierend auf der Außentemperatur. Wenn es warm ist, gehen sie bis zu einem gewissen Punkt nach draußen und kehren nach Bedarf in ihre Höhle zurück.
  • Konvektion:
    • Klettern zu höher gelegenen Bäumen, Kämmen, Felsen.
    • Eingabe eines warmen Wasser- oder Luftstroms.
    • Bau eines isolierten Nestes oder Baues.
  • Leitung:
    • Auf einer heißen Oberfläche liegen.
  • Strahlung:
    • In der Sonne liegen (die Erwärmung auf diese Weise wird durch den Winkel des Körpers zur Sonne beeinflusst).
    • Haut falten, um die Exposition zu reduzieren.
    • Flügelflächen verbergen.
    • Flügelflächen freilegen.
  • Isolierung:
    • Ändern der Form, um das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen zu ändern.
    • Den Körper aufblasen.
Thermografisches Bild einer Schlange um einen Arm

Um mit niedrigen Temperaturen fertig zu werden, haben einige Fische die Fähigkeit entwickelt, auch dann funktionsfähig zu bleiben, wenn die Wassertemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Einige verwenden natürliche Frostschutz- oder Frostschutzproteine , um der Bildung von Eiskristallen in ihren Geweben zu widerstehen. [7] Amphibien und Reptilien bewältigen den Wärmeverlust durch Verdunstungskühlung und Verhaltensanpassungen. Ein Beispiel für eine Verhaltensanpassung ist die einer Eidechse, die in der Sonne auf einem heißen Felsen liegt, um sich durch Strahlung und Wärmeleitung zu erwärmen.

Endothermie [ bearbeiten ]

Eine Endotherme ist ein Tier, das seine eigene Körpertemperatur reguliert, typischerweise indem es sie auf einem konstanten Niveau hält. Um die Körpertemperatur zu regulieren, muss ein Organismus möglicherweise Wärmegewinne in trockenen Umgebungen verhindern. Die Verdunstung von Wasser über die Atemwege oder über die Haut bei Tieren mit Schweißdrüsen hilft dabei, die Körpertemperatur auf den Toleranzbereich des Organismus zu senken. Tiere mit einem pelzbedeckten Körper können nur eingeschränkt schwitzen und sind stark auf Keuchen angewiesenum die Verdunstung von Wasser über die feuchten Oberflächen der Lunge sowie der Zunge und des Mundes zu erhöhen. Säugetiere wie Katzen, Hunde und Schweine sind auf Keuchen oder andere Mittel zur Wärmeregulierung angewiesen und haben Schweißdrüsen nur in Fußpolstern und Schnauze. Der Schweiß, der auf Pfotenpolstern sowie auf Handflächen und Fußsohlen erzeugt wird, dient hauptsächlich dazu, die Reibung zu erhöhen und den Griff zu verbessern. Vögel wirken Überhitzung auch durch Flattern des Gulars oder schnelle Vibrationen der Haut des Rachens entgegen . DaunenfedernFangen Sie warme Luft ein, die als hervorragende Isolatoren fungiert, genauso wie Haare bei Säugetieren als gute Isolatoren fungieren. Die Haut von Säugetieren ist viel dicker als die von Vögeln und weist häufig eine durchgehende Isolierfettschicht unter der Dermis auf. Bei Meeressäugern wie Walen oder Tieren, die in sehr kalten Regionen wie den Eisbären leben, wird dies als Speck bezeichnet . Dichte Mäntel, die in Wüstenendothermen gefunden werden, tragen auch dazu bei, einen Wärmegewinn zu verhindern, wie im Fall der Kamele.

Eine Strategie für kaltes Wetter besteht darin, die Stoffwechselrate vorübergehend zu verringern, den Temperaturunterschied zwischen dem Tier und der Luft zu verringern und dadurch den Wärmeverlust zu minimieren. Darüber hinaus ist eine niedrigere Stoffwechselrate energetisch weniger teuer. Viele Tiere überleben kalte, frostige Nächte durch Erstarrung , einen kurzfristigen vorübergehenden Abfall der Körpertemperatur. Wenn Organismen mit dem Problem der Regulierung der Körpertemperatur konfrontiert werden, haben sie nicht nur Verhaltens-, physiologische und strukturelle Anpassungen, sondern auch ein Rückkopplungssystem, um diese Anpassungen auszulösen und die Temperatur entsprechend zu regulieren. Die Hauptmerkmale dieses Systems sind Stimulus, Rezeptor, Modulator, Effektor und dann die Rückkopplung der neu eingestellten Temperatur an den Stimulus. Dieser zyklische Prozess unterstützt die Homöostase.

Homöothermie im Vergleich zur Poikilothermie [ Bearbeiten ]

Homöothermie und Poikilothermie beziehen sich darauf, wie stabil die Tiefkörpertemperatur eines Organismus ist. Die meisten endothermen Organismen sind wie Säugetiere homöotherm . Tiere mit fakultativer Endothermie sind jedoch häufig poikilotherm, was bedeutet, dass ihre Temperatur erheblich variieren kann. Die meisten Fische sind Ektothermen, da der größte Teil ihrer Wärme aus dem umgebenden Wasser stammt. Fast alle Fische sind jedoch poikilotherm.

Wirbeltiere [ bearbeiten ]

Durch zahlreiche Beobachtungen an Menschen und anderen Tieren zeigte John Hunter , dass der wesentliche Unterschied zwischen den sogenannten warmblütigen und kaltblütigen Tieren in der beobachteten Konstanz der Temperatur der ersteren und der beobachteten Variabilität der Temperatur der letzteren liegt . Fast alle Vögel und Säugetiere haben eine nahezu konstante und von der Umgebungsluft unabhängige hohe Temperatur ( Homöothermie ). Fast alle anderen Tiere zeigen je nach Umgebung eine Variation der Körpertemperatur ( Poikilothermie ). [8]

Gehirnkontrolle [ Bearbeiten ]

Die Thermoregulation sowohl bei Ektothermen als auch bei Endothermen wird hauptsächlich durch den preoptischen Bereich des vorderen Hypothalamus gesteuert . [9] Eine solche homöostatische Kontrolle ist vom Temperaturgefühl getrennt . [9]

Bei Vögeln und Säugetieren [ Bearbeiten ]

Känguru leckt seine Arme, um sich abzukühlen

In kalten Umgebungen wenden Vögel und Säugetiere die folgenden Anpassungen und Strategien an, um den Wärmeverlust zu minimieren:

  1. Verwendung kleiner glatter Muskeln ( Arrector Pili bei Säugetieren), die an Feder- oder Haarschäften befestigt sind; Dies verzerrt die Hautoberfläche und lässt den Feder- / Haarschaft aufrecht stehen (sogenannte Gänsehaut oder Pickel), was die Luftbewegung über die Haut verlangsamt und den Wärmeverlust minimiert.
  2. Erhöhung der Körpergröße, um die Körpertemperatur leichter aufrechtzuerhalten (warmblütige Tiere in kalten Klimazonen sind tendenziell größer als ähnliche Arten in wärmeren Klimazonen (siehe Bergmann-Regel )).
  3. Die Fähigkeit, Energie als Fett für den Stoffwechsel zu speichern
  4. Extremitäten verkürzt haben
  5. Habe Gegenstrom- Blutfluß in Extremitäten - dies ist , wo das warme arterielle Blut zum Schenkel fährt das kühlere venöse Blut aus dem Glied verläuft und Wärmeaustausch erwärmt das venöse Blut und das Abkühlen die arteriellen (zB Arctic Wolf [10] oder penguins [11 ] [12] )

In warmen Umgebungen wenden Vögel und Säugetiere die folgenden Anpassungen und Strategien an, um den Wärmeverlust zu maximieren:

  1. Verhaltensanpassungen wie tagsüber in Höhlen leben und nachtaktiv sein
  2. Verdunstungskühlung durch Schweiß und Keuchen
  3. Speichern Sie die Fettreserven an einem Ort (z. B. Kamelbuckel), um die isolierende Wirkung zu vermeiden
  4. Längliche, oft vaskularisierte Extremitäten, um die Körperwärme in die Luft zu leiten

Beim Menschen [ Bearbeiten ]

Vereinfachter Steuerkreis der menschlichen Wärmeregulierung. [13]

Wie bei anderen Säugetieren ist die Thermoregulation ein wichtiger Aspekt der menschlichen Homöostase . Die meiste Körperwärme wird in den tiefen Organen, insbesondere in Leber, Gehirn und Herz, sowie bei der Kontraktion der Skelettmuskulatur erzeugt. [14] Der Mensch konnte sich an eine große Vielfalt von Klimazonen anpassen, einschließlich heißer Feuchtigkeit und heißer Trockenheit. Hohe Temperaturen stellen eine ernsthafte Belastung für den menschlichen Körper dar und bergen große Verletzungs- oder sogar Todesgefahr. Eine der häufigsten Reaktionen auf heiße Temperaturen ist beispielsweise die Hitzeerschöpfung, eine Krankheit, die auftreten kann, wenn man hohen Temperaturen ausgesetzt ist, was zu einigen Symptomen wie Schwindel, Ohnmacht oder schnellem Herzschlag führt. [15] [16] Anpassung an den Menschenzu unterschiedlichen klimatischen Bedingungen gehören sowohl physiologische Mechanismen, die sich aus der Evolution ergeben, als auch Verhaltensmechanismen, die sich aus bewussten kulturellen Anpassungen ergeben. [17] [18] Die physiologische Kontrolle der Körpertemperatur erfolgt hauptsächlich über den Hypothalamus, der die Rolle des "Thermostats" des Körpers übernimmt. [19] Dieses Organ verfügt über Kontrollmechanismen sowie wichtige Temperatursensoren, die mit Nervenzellen verbunden sind, die als Thermorezeptoren bezeichnet werden. [20]Thermorezeptoren werden in zwei Unterkategorien eingeteilt. diejenigen, die auf kalte Temperaturen reagieren, und diejenigen, die auf warme Temperaturen reagieren. Diese Nervenzellen sind sowohl im peripheren als auch im zentralen Nervensystem im ganzen Körper verteilt und reagieren empfindlich auf Temperaturänderungen. Sie können dem Hypothalamus durch negative Rückkopplung nützliche Informationen liefern und so eine konstante Kerntemperatur aufrechterhalten. [21] [22]

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Ein Hund, der nach dem Training keucht

Es gibt vier Wege des Wärmeverlusts: Verdunstung, Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung. Wenn die Hauttemperatur höher als die Umgebungslufttemperatur ist, kann der Körper durch Konvektion und Wärmeleitung Wärme verlieren. Wenn jedoch die Lufttemperatur der Umgebung höher ist als die der Haut, gewinnt der Körper durch Konvektion und Wärmeleitung Wärme. Unter solchen Bedingungen kann sich der Körper nur durch Verdunstung von Wärme befreien. Wenn also die Umgebungstemperatur höher als die Hauttemperatur ist, führt alles, was eine ausreichende Verdunstung verhindert, zu einem Anstieg der inneren Körpertemperatur. [23] Bei intensiver körperlicher Aktivität (z. B. Sport) wird die Verdunstung zur Hauptursache für Wärmeverluste. [24]Die Luftfeuchtigkeit beeinflusst die Wärmeregulierung, indem sie die Schweißverdunstung und damit den Wärmeverlust begrenzt. [25]

In Pflanzen [ bearbeiten ]

Die Thermogenese tritt in den Blüten vieler Pflanzen der Familie Araceae sowie in Cycad- Zapfen auf. [26] Darüber hinaus kann sich der heilige Lotus ( Nelumbo nucifera ) selbst thermoregulieren [27] und bleibt während der Blüte durchschnittlich 20 ° C über der Lufttemperatur. Wärme wird erzeugt, indem die Stärke, die in ihren Wurzeln gespeichert war, abgebaut wird [28], was den Verbrauch von Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit erfordert, die der eines fliegenden Kolibris nahekommt . [29]

Eine mögliche Erklärung für die Thermoregulierung von Anlagen ist der Schutz vor Kälte. Zum Beispiel ist der Stinktierkohl nicht frostbeständig, aber er beginnt zu wachsen und zu blühen, wenn noch Schnee auf dem Boden liegt. [26] Eine andere Theorie besagt, dass Thermogenität dazu beiträgt, Bestäuber anzuziehen, was durch Beobachtungen bestätigt wird, dass die Wärmeerzeugung mit der Ankunft von Käfern oder Fliegen einhergeht. [30]

Es ist bekannt, dass sich einige Pflanzen mit Frostschutzproteinen vor kälteren Temperaturen schützen . Dies kommt bei Weizen ( Triticum aestivum), Kartoffeln ( Solanum tuberosum ) und mehreren anderen Angiospermenarten vor. [7]

Verhaltenstemperaturregulierung [ Bearbeiten ]

Andere Tiere als Menschen regulieren und halten ihre Körpertemperatur durch physiologische Anpassungen und Verhaltensweisen aufrecht. Wüstenechsen sind Ektothermen und daher nicht in der Lage, ihre Temperatur metabolisch zu kontrollieren, können dies jedoch tun, indem sie ihren Standort ändern. Sie können dies am Morgen nur tun, indem sie ihren Kopf aus dem Bau heben und dann ihren gesamten Körper freilegen. Durch aalen in der Sonne absorbiert die Eidechse Sonnenwärme. Es kann auch Wärme durch Wärmeleitung von erhitzten Gesteinen absorbieren, die strahlende Sonnenenergie gespeichert haben. Um ihre Temperatur zu senken, zeigen Eidechsen ein unterschiedliches Verhalten. Sandmeere oder ErgsProduzieren Sie bis zu 57,7 ° C (135,9 ° F), und die Sandeidechse hält ihre Füße in die Luft, um sich abzukühlen, kühlere Gegenstände zu suchen, mit denen sie Kontakt aufnehmen, Schatten finden oder in ihren Bau zurückkehren kann. Sie gehen auch in ihre Höhlen, um eine Abkühlung zu vermeiden, wenn die Sonne untergeht oder die Temperatur sinkt. Wassertiere können ihre Temperatur auch verhaltensmäßig regulieren, indem sie ihre Position im thermischen Gradienten ändern. [31]

Bei kaltem Wetter erhöhen viele Tiere ihre thermische Trägheit durch Zusammenballen.

Tiere betreiben auch Kleptothermie, bei der sie sich gegenseitig die Körperwärme teilen oder sogar stehlen. Bei Endothermen wie Fledermäusen [32] und Vögeln (wie dem Mausvogel [33] und dem Kaiserpinguin [34] ) kann die Körperwärme (insbesondere bei Jugendlichen) geteilt werden. Dies ermöglicht es den Individuen, ihre thermische Trägheit (wie bei der Gigantothermie ) zu erhöhen und so den Wärmeverlust zu verringern. [35] Einige Ektothermen teilen sich Ektothermenhöhlen. Andere Tiere nutzen Termitenhügel aus . [36] [37]

Einige Tiere, die in kalten Umgebungen leben, halten ihre Körpertemperatur aufrecht, indem sie Wärmeverluste verhindern. Ihr Fell wächst dichter, um die Isolierung zu erhöhen . Einige Tiere sind regional heterotherm und können ihre weniger isolierten Extremitäten auf Temperaturen abkühlen lassen, die weit unter ihrer Kerntemperatur liegen - fast auf 0 ° C (32 ° F). Dies minimiert den Wärmeverlust durch weniger isolierte Körperteile wie Beine, Füße (oder Hufe) und Nase.

Verschiedene Arten der Sonora-Wüste Drosophila werden verschiedene Arten von Kakteen ausnutzen, basierend auf den Thermotoleranzunterschieden zwischen Arten und Wirten. Zum Beispiel kommt Drosophila mettleri in Kakteen wie Saguaro und Senita vor; Diese beiden Kakteen bleiben durch die Speicherung von Wasser kühl. Im Laufe der Zeit wurden die Gene, die für eine höhere Hitzetoleranz ausgewählt wurden, in der Population aufgrund des kühleren Wirtsklimas, das die Fliege nutzen kann, reduziert.

Einige Fliegen, wie Lucilia sericata , legen ihre Eier massenhaft ab. Die resultierende Gruppe von Larven kann sich je nach Größe thermoregulieren und sich auf der für die Entwicklung optimalen Temperatur halten.

Ein Strauß kann seine Körpertemperatur relativ konstant halten, obwohl die Umgebung tagsüber sehr heiß und nachts kalt sein kann.

Winterschlaf, Stillstand und tägliche Erstarrung [ Bearbeiten ]

Um mit begrenzten Nahrungsressourcen und niedrigen Temperaturen fertig zu werden, halten einige Säugetiere in kalten Perioden Winterschlaf . Um lange Zeit in "Stasis" zu bleiben, bauen diese Tiere braune Fettreserven auf und verlangsamen alle Körperfunktionen. Echte Winterschlaf (z. B. Murmeltiere) halten ihre Körpertemperaturen während des gesamten Winterschlafes niedrig, während die Kerntemperatur falscher Winterschlaf (z. B. Bären) variiert. gelegentlich kann das Tier für kurze Zeit aus seiner Höhle auftauchen. Einige Fledermäuse sind echte Winterschlaf und verlassen sich auf eine schnelle, nicht zitternde Thermogenese ihrer braunen Fettablagerung, um sie aus dem Winterschlaf zu bringen.

Die Schätzung ähnelt dem Winterschlaf, tritt jedoch normalerweise in heißen Perioden auf, damit die Tiere hohe Temperaturen und Austrocknung vermeiden können . Sowohl terrestrische als auch aquatische Wirbellose und Wirbeltiere treten in die Estivation ein. Beispiele hierfür sind Marienkäfer ( Coccinellidae ), [38] nordamerikanischen Wüstenschildkröten , Krokodile , Molche , Aga - Kröten , [39] und die Wasserhalte Frosch . [40]

Tägliche Erstarrung tritt bei kleinen Endothermen wie Fledermäusen und Kolibris auf , die vorübergehend ihre hohen Stoffwechselraten reduzieren, um Energie zu sparen. [41]

Variation bei Tieren [ Bearbeiten ]

Diagramm mit tageszeitlichen Schwankungen der Körpertemperatur.

Normale menschliche Temperatur [ Bearbeiten ]

Zuvor wurde die durchschnittliche orale Temperatur für gesunde Erwachsene als 37,0 ° C (98,6 ° F) angesehen, während die normalen Bereiche 36,1 bis 37,8 ° C (97,0 bis 100,0 ° F) betragen. In Polen und Russland wurde die Temperatur axillär (unter dem Arm) gemessen . 36,6 ° C (97,9 ° F) wurden in diesen Ländern als "ideale" Temperatur angesehen, während die normalen Bereiche 36,0 bis 36,9 ° C (96,8 bis 98,4 ° F) betragen. [ Zitat benötigt ]

Jüngste Studien legen nahe, dass die Durchschnittstemperatur für gesunde Erwachsene 36,8 ° C (98,2 ° F) beträgt (gleiches Ergebnis in drei verschiedenen Studien). Variationen (eine Standardabweichung ) von drei anderen Studien sind:

  • 36,4–37,1 ° C (97,5–98,8 ° F)
  • 36,3–37,1 ° C (97,3–98,8 ° F) für Männer,
    36,5–37,3 ° C (97,7–99,1 ° F) für Frauen
  • 36,6–37,3 ° C (42,9–99,1 ° F) [42]

Die gemessene Temperatur variiert je nach Platzierung des Thermometers. Die Rektaltemperatur ist 0,3–0,6 ° C (0,5–1,1 ° F) höher als die orale Temperatur, während die Achseltemperatur 0,3–0,6 ° C (0,5–1,1 ° F) niedriger als die orale Temperatur ist. [43] Der durchschnittliche Unterschied zwischen oralen und axillären Temperaturen bei indischen Kindern im Alter von 6 bis 12 Jahren betrug nur 0,1 ° C (Standardabweichung 0,2 ° C) [44] und der mittlere Unterschied bei maltesischen Kindern im Alter von 4 bis 14 Jahren zwischen oralen und die Achseltemperatur betrug 0,56 ° C, während die mittlere Differenz zwischen Rektal- und Achseltemperatur für Kinder unter 4 Jahren 0,38 ° C betrug. [45]

Variationen aufgrund zirkadianer Rhythmen [ Bearbeiten ]

Beim Menschen wurde eine tageszeitliche Variation in Abhängigkeit von den Ruhe- und Aktivitätsperioden beobachtet, die zwischen 23:00 und 3:00 Uhr am niedrigsten und zwischen 10:00 und 18:00 Uhr am höchsten ist. Affen weisen auch eine gut ausgeprägte und regelmäßige tageszeitliche Variation der Körpertemperatur auf, die auf Perioden folgt von Ruhe und Aktivität und ist nicht abhängig von der Häufigkeit von Tag und Nacht; nachtaktive Affen erreichen nachts ihre höchste und tagsüber die niedrigste Körpertemperatur. Sutherland Simpson und JJ Galbraith beobachteten, dass alle nachtaktiven Tiere und Vögel - deren Ruhe- und Aktivitätsperioden durch Gewohnheit und nicht durch äußere Einflüsse auf natürliche Weise umgekehrt werden - während der natürlichen Aktivitätsperiode (Nacht) ihre höchste Temperatur und während der Ruheperiode ihre niedrigste Temperatur erfahren (Tag). [8]Diese Tagestemperaturen können durch Umkehren ihres Tagesablaufs umgekehrt werden. [46]

Im Wesentlichen die Temperaturkurve des Tag ist Vögel ähnlich der des Mensch und andere homoeothermal Tiere, mit Ausnahme , dass die maximalen am Nachmittag früher auftritt und das Minimum früher am Morgen. Auch die von Kaninchen, Meerschweinchen und Hunden erhaltenen Kurven waren denen vom Menschen ziemlich ähnlich. [8] Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Körpertemperatur teilweise durch zirkadiane Rhythmen reguliert wird .

Variationen aufgrund menschlicher Menstruationszyklen [ Bearbeiten ]

Während der Follikelphase (die vom ersten Tag der Menstruation bis zum Tag des Eisprungs dauert ) liegt die durchschnittliche Basaltemperatur bei Frauen zwischen 36,45 und 36,7 ° C (97,61 bis 98,06 ° F). Innerhalb von 24 Stunden nach dem Eisprung treten bei Frauen aufgrund der erhöhten Stoffwechselrate, die durch stark erhöhte Progesteronspiegel verursacht wird, Erhöhungen von 0,15 bis 0,45 ° C (0,27 bis 0,81 ° F) auf . Die Basaltemperatur liegt während der gesamten Lutealphase zwischen 36,7 und 37,3 ° C und fällt innerhalb weniger Tage nach der Menstruation auf das Niveau vor dem Eisprung ab . [47] Frauen können dieses Phänomen aufzeichnen, um festzustellen, ob und wann sie Eisprung haben, um die Empfängnis oder Empfängnisverhütung zu unterstützen.

Variationen aufgrund von Fieber [ Bearbeiten ]

Fieber ist eine regulierte Erhöhung des Sollwerts der Kerntemperatur im Hypothalamus , die durch zirkulierende Pyrogene verursacht wird, die vom Immunsystem produziert werden. Für das Subjekt kann ein Anstieg der Kerntemperatur aufgrund von Fieber dazu führen, dass es sich in einer Umgebung kalt anfühlt, in der Menschen ohne Fieber dies nicht tun.

Variationen aufgrund von Biofeedback [ Bearbeiten ]

Einige Mönche praktizieren bekanntermaßen Tummo , Biofeedback- Meditationstechniken , mit denen sie ihre Körpertemperaturen erheblich erhöhen können. [48]

Niedrige Körpertemperatur erhöht die Lebensdauer [ Bearbeiten ]

Es wurde angenommen, dass eine niedrige Körpertemperatur die Lebensdauer verlängern kann. Im Jahr 2006 wurde berichtet, dass transgene Mäuse mit einer Körpertemperatur von 0,3–0,5 ° C (0,5–0,9 ° F) niedriger als normale Mäuse länger lebten als normale Mäuse. [49] Dieser Mechanismus beruht auf der Überexpression des Entkopplungsproteins 2 in Hypocretin- Neuronen (Hcrt-UCP2), wodurch die Hypothalamustemperatur erhöht und der Hypothalamus gezwungen wurde, die Körpertemperatur zu senken. Die Lebensdauer wurde bei Männern und Frauen um 12% bzw. 20% erhöht. Die Mäuse wurden ad libitum gefüttert . [50] [51]Die Auswirkungen einer solchen genetischen Veränderung der Körpertemperatur auf die Langlebigkeit sind beim Menschen schwieriger zu untersuchen. 2011 waren die genetischen UCP2-Allele beim Menschen mit Fettleibigkeit assoziiert. [52]

Mit dem Leben kompatible Grenzen [ Bearbeiten ]

Es gibt sowohl Hitze- als auch Kältegrenzen, die ein endothermes Tier tragen kann, und andere weitaus umfassendere Grenzen, die ein ektothermes Tier aushalten und dennoch leben kann. Eine zu extreme Erkältung bewirkt eine Verringerung des Stoffwechsels und damit eine Verringerung der Wärmeerzeugung. Sowohl katabolische als auch anabole Wege sind an dieser Stoffwechseldepression beteiligt, und obwohl weniger Energie verbraucht wird, wird immer noch weniger Energie erzeugt. Die Auswirkungen dieses verminderten Stoffwechsels werden zuerst auf das Zentralnervensystem , insbesondere auf das Gehirn und die das Bewusstsein betreffenden Teile, deutlich. [53] sowohl Herzfrequenz als auch Atemfrequenzverringern; Das Urteilsvermögen wird beeinträchtigt, wenn die Schläfrigkeit zunimmt, und wird immer tiefer, bis das Individuum das Bewusstsein verliert. Ohne medizinische Intervention folgt schnell der Tod durch Unterkühlung . Gelegentlich können jedoch gegen Ende Krämpfe auftreten, und der Tod wird durch Erstickung verursacht . [54] [53]

In Experimenten an Katzen, die von Sutherland Simpson und Percy T. Herring durchgeführt wurden, konnten die Tiere nicht überleben, wenn die Rektaltemperatur unter 16 ° C fiel. [53] Bei dieser niedrigen Temperatur wurde die Atmung zunehmend schwächer; Der Herzimpuls setzte sich normalerweise fort, nachdem die Atmung aufgehört hatte. Die Schläge wurden sehr unregelmäßig, schienen aufzuhören und begannen dann wieder. Der Tod schien hauptsächlich auf Erstickung zurückzuführen zu sein , und das einzige sichere Anzeichen dafür war der Verlust von Knie-Rucken. [54]

Eine zu hohe Temperatur beschleunigt jedoch den Stoffwechsel verschiedener Gewebe so stark, dass ihr Stoffwechselkapital bald erschöpft ist. Zu warmes Blut erzeugt Atemnot, indem es das metabolische Kapital des Atmungszentrums erschöpft. [ Bearbeiten ] Herzfrequenz erhöht wird; Die Beats werden dann arrhythmisch und hören schließlich auf. Das Zentralnervensystem ist auch stark von Hyperthermie und Delir betroffen , und es können Krämpfe auftreten. Das Bewusstsein kann ebenfalls verloren gehen und die Person in einen komatösen Zustand versetzen . Diese Veränderungen können manchmal auch bei Patienten mit akutem Fieber beobachtet werden . [ Zitat benötigt] Der Säugetiermuskel wird bei etwa 50 ° C hitzestarr, wobei die plötzliche Steifheit des gesamten Körpers das Leben unmöglich macht. [54]

HM Vernon führte Arbeiten an der Todestemperatur und der Lähmungstemperatur (Temperatur der Hitzebeständigkeit) verschiedener Tiere durch. Er fand heraus, dass Arten derselben Klasse sehr ähnliche Temperaturwerte zeigten, die aus der untersuchten Amphibia waren 38,5 ° C, Fische 39 ° C, Reptilien 45 ° C und verschiedene Weichtiere 46 ° C. [ Bearbeiten ] Auch im Fall der pelagischen Tiere, zeigte er eine Beziehung zwischen dem Tod der Temperatur und der Menge der festen Bestandteile des Körpers. Bei höheren Tieren zeigen seine Experimente jedoch tendenziell, dass sowohl die chemischen als auch die physikalischen Eigenschaften des Protoplasmas stärker variierenund daher eine größere Variation der extremen Temperatur, die mit dem Leben vereinbar ist. [54]

Arthropoda [ bearbeiten ]

Die von bestimmten thermophilen Arthropoden tolerierten Höchsttemperaturen überschreiten die tödlichen Temperaturen für die meisten Wirbeltiere. [55]

Die hitzebeständigsten Insekten sind drei Gattungen von Wüstenameisen aus drei verschiedenen Teilen der Welt. Die Ameisen haben für die Kadaver von Insekten und anderen Lebensformen, die Hitzestress erlegen sind, einen Lebensstil entwickelt, bei dem sie während der heißesten Stunden des Tages für eine kurze Zeitspanne von mehr als 50 ° C (122 ° F) fressen. [56]

Im April 2014 wurde die südkalifornische Milbe Paratarsotomus macropalpis mit einer Geschwindigkeit von 322 Körperlängen pro Sekunde als das im Verhältnis zur Körperlänge schnellste Landtier der Welt registriert. Neben der ungewöhnlich hohen Geschwindigkeit der Milben waren die Forscher überrascht, dass die Milben bei solchen Geschwindigkeiten auf Beton bei Temperaturen von bis zu 60 ° C (140 ° F) liefen, was von Bedeutung ist, da diese Temperatur weit über der tödlichen Grenze für die Milben liegt Mehrheit der Tierarten. Außerdem können die Milben sehr schnell anhalten und die Richtung ändern. [55]

Spinnen wie Nephila-Pilipes zeigen ein aktives Wärmeregulierungsverhalten. [57] An sonnigen Tagen mit hohen Temperaturen richtet es seinen Körper an der Richtung des Sonnenlichts aus, um den Körperbereich unter direkter Sonneneinstrahlung zu verkleinern. [57]

Siehe auch [ Bearbeiten ]

  • Körpertemperatur des Menschen
  • Angeborene Hitze
  • Insektenthermoregulation
  • Thermisch neutrale Zone

Referenzen [ bearbeiten ]

  1. ^ "Globale Erwärmung: Zukünftige Temperaturen könnten lebenswerte Grenzen überschreiten, finden Forscher" .
  2. ^ "Unterkühlung" . Mayo-Klinik . Abgerufen am 1. Mai 2017 .
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Externe Links [ Bearbeiten ]

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