Kroppstemperatur

Regulering av kroppstemperatur

Utveksling av varme med omgivelsene skjer ved

- Konveksjon (varmestrømning) hvor varm luft som er lettere enn kald stiger opp og kaldere luft kommer inn fra siden. Vind er påtvunget konveksjon og fjerner varme meget effektivt.

- Konduksjon (varmeledning) hvor kroppen er i direkte kontakt med et kaldt eller varmt objekt. Det kan være at man sitter på en iskald stein, eller legger hendene på en panelovn. Faller man i iskaldt vann ledes varmen så effektivt bort fra kroppen at det går ikke mange minuttene før musklene lammes og man dør. Ved nedkjøling starter muskelskjelving for å produsere varme og oksygenforbruket stiger. Hjernen dør etter 4 minutter uten oksygentilførsel.  Fra varmt vann kan vi motta varme ved varmeledning, prinsippet bak varmeflaske, en gummibeholder med skrukork som man kan fylle med varmt vann og ha i en kald seng og varme føttene.  

- Transpirasjon/evaporasjon ved fordampning av vann

- Varmestråling som avhenger av kroppstemperaturen i fjerde potens (Stefans lov). Alle objekter over det absolutte nullpunkt (-273.16^oC) sender ut langbølget varmestråling. Bølgelengden for maksimal varmestråling kan finnes ved bruk av Wiens forskyvningslov.

 Aktiv metabolisme produserer varme. Vi kan regulere varmetapet ved bruk av klær, fettlag i underhuden og hvor mye vi har spist. Kvinner har vanligvis tykkere lag med underhudsfett enn menn. Ull har spesielt gode varmeisolerende egenskaper, og er absolutt det beste undertøy ved lav temperatur, ved at det også isolerer selv om det er vått, i motsetning til bomull.

    Hos menneske og hest fjernes kroppsvarme ved svetting.  Ved pesing fjernes varme fra fugl og hunder. Innåndingsluften blir tilført vanndamp.  Pels, fjær og fettlag isolerer mot kulde. I kaldt vær vil fuktig og varm luft fra lungene bli byttet med  kald luft med varierende vanndampinnhold. Ved å puste gjennom en lang nese med store overflater kan den kalde utelufta bli forvarmet før den kommer ned i lungene, bl.a. hos elg og reinsdyr.  Det finnes både kulde- og varmereseptorer i kroppen. Ved lav temperatur trekker de ytre blodårene seg sammen, for å konsentrere varmen om de viktige indre organene. Kalde kroppsekstremiteter får varme ved en motstrøms varmeveksler mellom blodårer med henholdsvis varmt og kaldt blod.  Atferden kan endres ved oppsøking av steder med et gunstig mikroklima, bli inaktive ved å krølle seg sammen, eller få økt aktivitet for å produsere varme. Hos menneske er det stort varmetap i hode- og halsregion siden det er stor blodtilstrømning til hjernen,  og eskimoene regulerer kroppstemperaturen ved mer eller mindre tildekning av disse kroppsområdene.  Ved infeksjoner av bakterier eller virus øker den innstilte kroppstemperaturen og man får feber.

Dyr som lever i varme strøk har behov for å kjøle ned hjernen, og motsatt i varme strøk hvor hjernen må holdes varm.

Ektoterme dyr

 Ektoterme dyr ("kaldblodige"/poikiloterme) absorberer solvarme fra omgivelsene. Hos disse blir kroppstemperaturen bestemt av omgivelsene, slik at kroppstemperaturen svinger med omgivelsestemperaturen. Kroppstemperaturen blir litt høyere enn omgivelsestemperaturen pga.  metabolisme. Invertebrater, fisk, krypdyr og amfibier er ektoterme, selv om kaldblodig nødvendigvis ikke betyr at de er kalde. Mange ektoterme dyr har en atferd hvor de oppsøker områder som er temperaturmessig gunstige.

Endoterme dyr

Endoterme dyr ("varmblodige", homeoterme) har temperatur høyere enn omgivelsene pga. aktiv metabolisme, men som igjen er avhengig av matinntak. Endoterme dyr bruker mye tid på å lete etter mat, men den høye kroppstemperaturen gjør at de kan være aktive hele døgnet. Temperaturen kan også opprettholdes ved muskelskjelvinger eller via metabolisme i brunt fettvev. "Varmblodige" pattedyr kan senke kroppstemperaturen når de hibernerer, derfor blir begrepene kald- og varmblodig upresise. Fugl (40-42^oC) og pattedyr (36-38 ^oC) har omtrent konstant kroppstemperatur. Kroppsekstremiteter som bein, føtter og armer har lavere temperatur enn resten av kroppen. Kroppstemperaturen hos mennesker blir målt i rektum, ved trommehinnen eller under tunga.  Noen få krypdyr og fisk er ektoterme. Fett og fjær- eller hårkledning brukes som varmeisolering. Mengden isolasjon kan endres med vinter- eller sommerpels, som også ofte har forskjellig farge. Muskelaktivitet med muskelskjelvinger og muskelbevegelser produserer varme. Fjær og hår reiser seg ved muskelskjelvinger, noe som gir økt isolasjon. Hos oss registrerer vi dette som gåsehud hvor hårene reiser seg, en evolusjonær reminiscens fra den gang våre stammødre hadde pels.   Stort matinntak gir økt varmeproduksjon. Varmeproduksjonen er ca. 10W per kilo kroppsvekt.  Et endotermt dyr må spise mer enn et ektotermt med samme størrelse. Brunt fettvev har spesielt mange mitokondrier (mye cytokrom gir rødbrun farge), og brukes til å produsere varme (termogenese) hvor termogenin er et avkoblerprotein i mitokondriene som frikobler elektrontransporten fra protongradient og ATPsyntese. Kroppstemperatur i et miljø hvor yttemperatur varierer storfe 38.5^oC, sau 39^oC oggris 39oC.

Det viser seg at endoterme dyr slik som fugler og pattedyr ikke har statistisk høyere kroppstemperatur enn de eksoterme.  

Dvale og vintersøvn

   Dyrene kan akklimatisere seg til endringer i temperatur gjennom årstidene. Ved hibernering (l. hibernus - vinter) senkes kroppstemperaturen til noen få grader over frysepunktet og gjør at dyret kan overleve en periode med lav temperatur og dårlig mattilgang. Pinnsvin, bjørkemus, hoppemus, murmeldyr (Marmota) og flaggermus er eksempler på dyr som hibernerer. Klargjøring for hibernering skjer gradvis i flere faser. Først lagres kroppsfett som brunt fettvev. Først senkes kroppstemperaturen forsøksvis noen få grader før den returnerer til normal. Deretter senkes temperaturen trinnvis ned til noen få grader over frysepunktet og metabolismen senkes betydelig siden behovet for oksygen og energi blir lavere. Hjerteslagsfrekvensen senkes fra flere hundre slag i minuttet til under ti slag i minuttet. Hibernerende dyr responderer ikke på ytre stimuli. Det er perioder i hiberneringen med oppvarming ved hjelp av brunt fettvev, før temperaturen senkes igjen.

   Noen dyr går om vinteren i dvale/vintersøvn.  Kroppstemperaturen senkes noen få grader, og hjerteslagsfrekvensen senkes litt f.eks. bjørn, grevling, vaskebjørn og pungrotte har vintersøvn. Ved vintersøvn kan dyret reagere raskt på ytre forstyrrelser. Før hibernering eller vintersøvn som varer flere måneder har dyrene en periode med stort matinntak og fettlagring (hyperfagi - gr. hyper - stor, overskrider; phagein - spise) hvor metthetsfølelsen er skrudd av. 

   Hormoner kan aktivisere eller redusere metabolismen for å regulere kroppstemperaturen.

   Varmereguleringssenteret (termostat) med temperaturreseptorer sitter i hypothalamus og registrerer temperaturen i alle deler av kroppen Ved kulde gir hypothalamus signal om å trekke sammen blodkar i huden og ytre overflater og gir beskjed til somatiske nervesystem om å starte varmeproduksjon og skjelving.

Dyr som lever i varme strøk har behov for å kjøle ned hjernen, og motsatt i varme strøk hvor hjernen må holdes varm. Pattedyr som er dekket av pels i tropiske strøk med høy temperatur og som løper kan bli rammet av varmedøden og må ha en effektiv nedkjøling av hjernen.

   Dykkende sjøpattedyr har et tykt isolerende spekklag som isolerer mot den lave vanntemperaturen. Dykkende sjøpattedyr har ikke luft i lungene når de dykker, noe som ville ha gitt stor oppdrift og problemer med dykkersyke, men de får redusert hjerterytme (bradykardia (gr. bradys - sakte; kardia - hjerte). Vasokonstriksjon som stenger av blodtilførselen til de fleste delene av kroppen, bortsett fra til hjernen og hjerte, sørger for oksygentilførsel til de mest vitale organer. I tillegg kan nedkjøling av hjernen og senket metabolisme gi redusert behov for oksygentilførsel. I resten av kroppen blir det anaerob respirasjon med produksjon av melkesyre (laktat) som påvirker pH og  bindingen av oksygen til hemoglobin og myoglobin (Bohr-effekt).

Store kirurgiske operasjoner ble mulig ved bruk av hjerte-lungemaskin som overtar kroppens puste- og pumpefunksjon. Blodet hindres i å koagulere i maskinen ved tilsetning av heparin (glukuronsyre-galaktosamin-sulfat) isolert fra kuinnvoller. Effekten av heparin oppheves ved tilsetning av protamin fra laksesperm.   Heparin hindrer dannelsen av tromber. Dessuten kjøles kroppen ned for å redusere oksygenbehovet i hjernen, samtidig må også musklene slappes slik at ikke muskelskjelvinger gir varmeproduksjon. Lavtemperaturbehandling ved slag kan redusere hjerneskader som følge av for liten oksygentilførsel.

 Varmereseptorer (Ruffini organ) øker nerveaktiviteten når temperaturen øker og hemmer varmesenteret i hypothalamus. Kuldereseptorer (Krause bulbus) øker nerveaktiviteten når temperaturen synker og aktiverer varmesenteret i hypothalamus. Varmesentret kontrollerer sammentrekningen av blodårene i huden (vasokonstriksjon), muskelskjelving og reising av hår eller fjær. Kuldesenteret kontroller vasodilasjon med økt blodstrøm i huden og svetting/transpirasjon eller pesing. Vinterpels med isolerende underhår er tilpasset lav temperatur. Varmetap fra bein og føtter, f.eks. en vadefugl som står på isen, reduseres ved motstrøms varmeveksling mellom vener og arterier. Noen dyr lever under et isolerende lag av snø om vinteren f.eks. smågnagere. Kald luft kan varmes opp i luftveiene før den kommer fram til lungene. Flaggermus kan ha høy kroppstemperatur når de er aktive, og senker kroppstemperaturen når de er inaktive eller sover. Kolibrier kan senke kroppstemperaturen om natten.

   Atferd ved å forflytte seg ut i sol eller skygge kan påvirke varmebalansen. I varme omgivelser kan dyrene være nattaktive eller leve nedgravd (fossorialt, l. fossor - graver).