|
Skulle inte du också vilja kunna hålla huvudet kallt när
det hettar till? Experter på området hjärnkylning är
en del afrikanska gaseller som lever i varma miljöer. De kan låta
kroppstemperaturen stiga under dagen samtidigt som hjärnan hålls
flera grader kallare.
Thomsongasellen (Eudorcas thomsonii) har en normal kroppstemperatur på
cirka 39 °C. Den lever i miljöer där temperaturen är mycket hög under dagen. När det
är varmt och gasellerna rör sig mycket, kan deras kroppstemperatur stiga
till cirka 44 °C, medan deras hjärna inte alls blir lika varm.
Varför hålls just hjärnan kall?
Hjärnan är mycket mer känslig för värme än
andra organ i kroppen. När hjärnan hålls kall kan resten
av kroppen därför tillåtas bli mycket varm utan att djuret tar skada.
Varför är det bra att kunna höja kroppstemperaturen?
När djurets kroppstemperatur tillåts öka behöver det inte kyla sig genom avdunstning av vatten, det vill säga svettning eller flämtning. Detta gör att djuret förlorar
mindre vatten. Att kunna hålla nere vattenförlusterna är
viktigt med tanke på att djuren lever i varma och torra
miljöer i Afrika, där det är ont om vatten. Det kan också
vara så att djuret inte har något val, utan är tvungen
att låta kroppstemperaturen att stiga, eftersom den inte klarar av att kyla hela kroppen. En gasell som springer fort blir ordentligt överhettad, men kan kanske fortsätta i hög fart tack vare att hjärnan hålls kyld. Texten fortsätter under bilden.
 |
Schematisk bild av värmeväxlaren inne i gasellens huvud. Det venösa blodet i nosen (blått) kyls genom att vatten avdunstar till den torra inandningsluft som passerar näshålornas slemhinnor. Detta kalla venösa blod kyler i sin tur det arteriella blodet (rött) innan detta blod når hjärnan. Därmed kan hjärnan hållas kallare än resten av kroppen. Bild av Sandra Ullberg. |
|
Hur hålls hjärnan kall när resten av kroppen blir varm?
Hjärnan kyls med hjälp av blodomloppet. Se ovanstående figur. När den torra inandningsluften passerar näshålornas väggar, kyler den ned det venösa (syrefattiga) blod som strömmar genom väggarnas vener. Kylningen sker genom att vatten avdunstar från näshålornas slemhinnor. Vid avdunstningen förbrukas värme. Kylningen underlättas av att djuret har välutvecklade näsmusslor, slemhinneklädda utskott från näshåleväggarna. Näsmusslorna gör att avdunstning kan ske från en större yta.
Innan det venösa blodet från nosen strömmar vidare till hjärtat, möter det arteriellt (syrerikt) och varmt blod på väg från hjärtat till hjärnan. Detta sker inuti skallen intill hjärnans undersida. Från vardera näshålan löper vener med kallt blod. Blodet i dessa vener når en säckliknande bildning, sinus cavernosus. Det finns två sådana vensäckar, en på varje sida. De båda inre karotidartärerna innehåller varmt syrerikt blod på väg till hjärnan. De löper rakt igenom de båda vensäckarnas väggar. Inuti en vensäck grenar karotidartären upp sig till ett fint nätverk av smala artärer, ett så kallat rete mirabile ("underbart nätverk"). När de smala artärerna passerar ut genom vensäckens vägg, töms de i en enda stor artär, som försörjer hjärnan med blod. De smala artärerna omsköljes i vensäcken av det kalla venösa blodet. De har en mycket stor total väggyta genom vilken värme effektivt kan överföras från arteriellt till venöst blod så att det arteriella blodet kyls. Det kalla arteriella blodet kyler i sin tur hjärnan. Hjärnans temperatur kan hos thomsongaseller bli cirka 2-3 grader lägre än temperaturen i resten av kroppskärnan. Texten fortsätter under bilderna.
 |
 |
Överst ses ett preparat som visar artärsystemet vid hjärnans undersida hos ett får. Man har injicerat en röd vätska som stelnar i artärerna. Man ser karotidartärernas båda rete mirabile (rm) som bildar härvor av ett otal små artärer. Övriga bokstäver betecknar olika artärer. Vensystemet syns inte på bilden. Därför syns inte heller någon vensäck, sinus cavernosus, omkring ett rete mirabile. Nederst ses hur den inre karotidartären löper genom vensäcken, sinus cavernosus, hos människan utan att bilda något rete mirabile. Bilden är ett lodrätt snitt parallellt med ansiktet på vänster sida. Ovanför vensäcken finns hjärnan, under den skallbasen med en av näsans bihålor, kilbenshålan. Läs om bihålorna på en annan sida. Courtesy of Uwe Gille Wikimedia Commons under GNU Free Documentation License (above). Modified image, original from "Gray's Anatomy", 20th ed, 1918, in the public domain (below). |
|
Värmeöverföringen blir effektivare genom att det varma arteriella blodet och det kalla venösa blodet flyter i motsatta riktningar och bildar ett så kallat motströmssystem. I detta system kyls det arteriella blodet successivt ner på sin väg mot hjärnan, samtidigt som det venösa blodet successivt värms upp på sin väg åt andra hållet, mot hjärtat. Värmeutbytet blir effektivare i och med att värme kan lämna artärerna utmed hela deras längd, så länge de omsköljs av venöst blod. Värmeväxlare konstruerade av människan fungerar på samma sätt. Värmeväxlare fanns således i djurriket långt innan de uppfanns av människan.
Enligt en alternativ hypotes är motströmssystemets viktigaste roll inte att kyla hela hjärnan, utan att kyla värmereceptorer som mäter kroppstemperaturen. Sådana värmereceptorer finns i den hjärndel som kalla hypothalamus. Hypotalamus är belägen i den undre delen av hjärnan, nära de blodkärl som bildar motströmssystemet. En kylning av värmereceptorerna skulle kunna leda till att flämtning eller svettning hämmas och därmed till en minskad avdunstning av vatten från kroppen. Detta skulle medföra att vatten sparas, men förutsätter att större delen av hjärnan tål en kraftig temperaturhöjning.
Finns det fler djur som kan kyla hjärnan på samma sätt?
Det är inte bara gaseller som kan kyla hjärnan, utan fenomenet
har även observerats hos tamboskap och andra partåiga hovdjur samt hos kattdjur. Hos alla dessa djur bildar de båda inre karotidartärerna var sitt rete mirabile som löper genom en sinus cavernosus. Många däggdjur, bland annat människan, saknar emellertid rete mirabile, men har sinus cavernosus. Det är oklart om dessa däggdjur kyler hjärnan med hjälp av ett motströmssystem.
En del menar att människan har ett motströmssystem, genom vilket de inre karotidartärernas blod kyls av kallt venöst blod. Det kalla venösa blodet skulle kunna komma antingen från ansiktet, som kyls när svett avdunstar, eller från näshålorna, som kyls när vatten avdunstar från deras väggar. Andra menar att vår hjärna kan kylas av kallt blod som strömmar från vener i skallen hud, genom skallen bens via så kallade emissarievener till vener på hjärnans yta och sedan till vensäckar som kyler arteriellt blod. Åter andra menar att vi saknar förmåga att hålla en lägre temperatur i hjärnan än i resten av kroppskärnan.
Läs om hur djur sparar vatten genom att låta sig överhettas, om återvinning av vatten i nosen, om svettning och flämtning och om hur däggdjur reglerar kroppstemperaturen på andra sidor.
Referenser
Texten har uppdaterats och utökats år 2013 av Anders Lundquist.
C.G. Crandall, G.L. Brengelmann, L. Covaciu, O. Jay, A. Fuller, A.A. Romanovsky, M. Caputa, C.-H. Nordstr–m, P. Reinstrup, T. Nishiyasu, A.D. Flouris, M.C. Vagula, J.H. Choi och D. Shrivastava: Comments on Point Counterpoint. Humans do/do not demonstrate selective brain cooling during hyperthermia (Journal of Applied Physiology 110:575-580, 2011).
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
C. Jessen: Brain cooling in mammals and birds (Japanese Journal of Physiology 51:291-301, 2001).
M.D. White, J.G. Greiner och P.L.L. McDonald: Point Counterpoint. Humans do/do not demonstrate selective brain cooling during hyperthermia (Journal of Applied Physiology 110:569-574, 2011).
Till början på sidan
Till "Artiklar om djur"
|
