Nội nhiệt và Ngoại nhiệt

Hai chiến lược chính để điều chỉnh nhiệt độ cơ thể: tự tạo nhiệt và duy trì sự ấm áp ổn định, hoặc để môi trường và hành vi điều hòa.

Definition

Nội nhiệt là việc duy trì nhiệt độ cơ thể chủ yếu bằng nhiệt trao đổi chất được tạo ra bên trong, trong khi ngoại nhiệt là sự phụ thuộc vào các nguồn nhiệt bên ngoài và hành vi để thiết lập nhiệt độ cơ thể; các thuật ngữ này mô tả nguồn nhiệt chứ không phải việc nhiệt độ có được điều hòa hay không.

Scope

Chủ đề này bao gồm sinh lý học của các chiến lược điều hòa nhiệt chính: ngoại nhiệt, trong đó nhiệt độ cơ thể phần lớn phụ thuộc vào môi trường và được điều chỉnh bằng hành vi, và nội nhiệt, trong đó quá trình sản xuất nhiệt trao đổi chất cao duy trì nhiệt độ ổn định, thường là cao. Nó đề cập đến các con đường trao đổi nhiệt, các cơ chế mà động vật nội nhiệt sử dụng để sản xuất và bảo tồn nhiệt, vùng nhiệt trung tính, các chiến lược trung gian và khu vực như dị nhiệt, cũng như chi phí và lợi ích của từng chiến lược. Phạm vi bao gồm so sánh và cơ chế.

Core questions

• Động vật thu và mất nhiệt bằng những con đường nào?
• Động vật nội nhiệt tạo ra và bảo tồn đủ nhiệt để giữ ấm như thế nào?
• Động vật ngoại nhiệt điều hòa nhiệt độ của chúng như thế nào mà không cần nhiệt trao đổi chất cao?
• Chi phí năng lượng và lợi ích sinh thái của nội nhiệt so với ngoại nhiệt là gì?

Key theories

Phương trình cân bằng nhiệt

Nhiệt độ của động vật thay đổi theo tổng nhiệt trao đổi chất được tạo ra và nhiệt trao đổi với môi trường bằng dẫn truyền, đối lưu, bức xạ và bay hơi, do đó điều hòa nhiệt là việc quản lý các yếu tố này.

Vùng nhiệt trung tính ở động vật nội nhiệt

Trong một phạm vi nhiệt độ môi trường nhất định, động vật nội nhiệt có thể giữ nhiệt độ cơ thể không đổi bằng cách điều chỉnh cách nhiệt và lưu lượng máu mà không cần sản xuất thêm nhiệt, và chỉ bên ngoài vùng nhiệt trung tính này, chúng mới phải tăng cường trao đổi chất hoặc làm mát bằng bay hơi.

Mechanisms

Nhiệt di chuyển giữa động vật và môi trường xung quanh bằng dẫn truyền, đối lưu, bức xạ và bay hơi, và nhiệt độ cơ thể phản ánh sự cân bằng của các yếu tố này với nhiệt trao đổi chất. Động vật ngoại nhiệt có quá trình trao đổi chất cơ bản thấp và điều chỉnh nhiệt độ bằng hành vi — phơi nắng, tìm bóng râm, thay đổi tư thế — và sinh lý bằng cách thay đổi lưu lượng máu và màu sắc. Động vật nội nhiệt tạo ra nhiều nhiệt từ tốc độ trao đổi chất cao, giữ nhiệt bằng lớp cách nhiệt như lông, lông vũ và mỡ, và điều hòa sự mất nhiệt thông qua kiểm soát vận mạch; khi trời lạnh, chúng tăng sản xuất nhiệt bằng cách run rẩy và, ở một số loài, sinh nhiệt không run rẩy trong mỡ nâu, trong khi khi trời nóng, chúng tản nhiệt bằng cách thở hổn hển, đổ mồ hôi hoặc các phương tiện bay hơi khác. Trong vùng nhiệt trung tính, những điều chỉnh này đủ mà không tốn thêm chi phí trao đổi chất. Nhiều loài động vật là dị nhiệt, kết hợp các chiến lược theo thời gian hoặc trên các vùng cơ thể, ví dụ chỉ làm ấm các cơ bay hoặc não.

Clinical relevance

Sinh lý học nhiệt so sánh làm sáng tỏ các phản ứng với căng thẳng do lạnh và nóng, vai trò của mỡ nâu trong sinh nhiệt, và hậu quả của sốt và hạ thân nhiệt. Mục này là tài liệu tham khảo giáo dục và không phải là hướng dẫn y tế.

History

Các nghiên cứu của Scholander và Irving về cách nhiệt và trao đổi nhiệt ở động vật vùng Bắc Cực và nhiệt đới đã định lượng cách động vật nội nhiệt bảo tồn nhiệt, và Bartholomew cùng các nhà khoa học khác đã khám phá sự đa dạng của hành vi điều hòa nhiệt ở động vật ngoại nhiệt và dị nhiệt, thiết lập sinh lý học so sánh về nhiệt độ cơ thể.

Key figures

• Knut Schmidt-Nielsen
• Per Scholander
• George Bartholomew
• Laurence Irving

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Động vật 'máu lạnh' có luôn lạnh không?

Không. Nhiều loài động vật ngoại nhiệt giữ cơ thể khá ấm bằng cách phơi nắng và chọn các vi môi trường ấm áp; thuật ngữ này chỉ đơn giản có nghĩa là nhiệt của chúng chủ yếu đến từ môi trường chứ không phải từ quá trình trao đổi chất của chính chúng.

Tại sao nội nhiệt lại tốn nhiều năng lượng đến vậy?

Duy trì nhiệt độ cơ thể cao, ổn định đòi hỏi phải sản xuất nhiệt liên tục, vì vậy động vật nội nhiệt phải ăn nhiều hơn đáng kể so với động vật ngoại nhiệt có cùng kích thước để cung cấp năng lượng cho quá trình sản xuất nhiệt liên tục đó.