 |
Svettdroppar på en människas hud. Man ser att vi är mycket rikligt utrustade med så kallade eckrina svettkörtlar, en körtel under varje droppe. Man har spekulerat i att detta är en anpassning till att undvika överhettning vid uthållig löpning under jakt. Våra, jämfört med andra apor, starkt omvandlade bakfötter och våra stora sätesmuskler är andra anpassningar till löpning. Läs om uthållighetsjakt på en annan sida. Courtesy of Minghong from Wikimedia Commons under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License. |
|
Människan är jämnvarm (homeoterm, "varmblodig"), i likhet med nästan alla andra däggdjur och fåglar. Det innebär att hon håller kroppstemperaturen nära nog konstant dygnet runt. Hon reglerar kroppstemperaturen genom flera intressanta mekanismer, som vi ska beskriva nedan.
Man brukar säga att människans normala kroppstemperatur är cirka 37,0±0,5 °C. Det finns dock förvånande stora individuella skillnader i kroppstemperatur, också mellan friska personer. Däggdjur och fåglar har också olika kroppstemperaturer. Läs om kroppens temperatur hos däggdjur och fåglar på en annan sida.
Kroppstemperaturen varierar inom vissa gränser
Hos alla människor uppvisar kroppens temperatur en dygnsrytm (cirkadiansk rytm) med en spännvidd på cirka 0,5-0,8 °C. Den är lägst sent under natten och högst under sen eftermiddag eller tidig kväll. Kroppstemperaturen påverkas även av en rad andra faktorer. Under loppet av kvinnors menstruationscykel stiger den något efter ägglossningen. Vid intensivt muskelarbete kan den normalt stiga till uppemot 40 °C. Denna temperaturhöjning anses, åtminstone delvis, bero på att kroppens värmeproduktion är så hög, att vi inte klarar av att bibehålla kroppstemperaturen. I varma och fuktiga miljöer kan temperaturen stiga ytterligare, något som kan leda till värmeslag i samband med arbete. Feber är märkligt nog en kontrollerad höjning av den temperatur som kroppens termostat är inställd på. Läs om hur feber uppkommer och om dess funktion på en annan sida.
Temperaturen regleras bara i kroppskärnan. Värmeväxlare finns i extremiteterna
Temperaturen är faktiskt inte strikt reglerad i hela kroppen. Det är bara temperaturen i kroppens kärna som hålls inom snäva gränser. Kärnan är de inre delarna av huvudet och bålen. I huden och inuti armar och ben varierar temperaturen avsevärt mer. Den är där oftast lägre än i kroppskärnan. Temperaturen i testiklarna hålls låg, vid cirka 32 °C. Detta sker genom att artärerna till dem och venerna från dem bildar värmeväxlare, som håller kvar värme i bålen. Detta är nödvändigt för att spermieproduktionen ska kunna ske. Värmeväxlare finns också i armar och ben. De håller dessa extremiteter kallare än normalt i kalla miljöer. Läs om dessa värmeväxlares funktion och betydelse på en annan sida. Texten fortsätter under bilden.
 |
Fjällräven (Alopex lagopus) är utrustad med värmeväxlare i bland annat benen och nosen, se texten ovanför bilden. Temperaturen i dessa kroppsdelar kan vara lägre än +10 °C, när det är kallt ute. Den nedre gränsen för den termoneutrala zonen hos en fjällräv i vinterpäls är cirka -30 °C (!). Detta innebär att en yttertemperatur på -30 °C upplevs som "behaglig" för en fjällräv, om det inte blåser. Motsvarande temperatur för en naken människa är cirka +27-28 °C. Läs om den termoneutrala zonen längre ner på denna sida. Människan är således anpassad till ett liv i tropikerna. Fjällräven är däremot mycket väl anpassad till ett arktiskt klimat. Det har en mycket tjock, värmeisolerande päls. Benen, nosen, öronen och svansen är kortare och tjockare än hos rävarter i varmare klimat. Läs om kroppsformens betydelse för värmeförlusten på en annan sida. Notera också hur fjällräven på bilden har krupit ihop för att minska den kroppsyta som den exponerar mot den kalla omgivningen. Courtesy of Greg Lasley, from Encyclopedia of Life under Creative Commons Attribution-NonCommercial 3.0 Unported License. |
|
Vad krävs för att hålla kroppstemperaturen konstant? Hur transporteras värme?
Låt oss då förklara hur vi reglerar kroppstemperaturen. Vi förutsätter att vi är i vila, vilket innebär att vi inte rör på oss, och att omgivningens temperatur är lägre än kroppens temperatur. Vi förutsätter också att vi befinner oss i skugga, så att vi inte tar upp värme från omgivningen, framför allt solstrålning. För att hålla en konstant kroppstemperatur måste vi då producera precis lika mycket värme som vi avger till omgivningen. Jämnvarma djur har en stor förmåga att själva producera värme i kroppen. Detta är en nödvändig förutsättning för att de ska kunna hålla sin kroppstemperatur nära nog konstant. Läs om hur jämnvarma djur värmer upp sig på en annan sida. Vi avger värme till miljön genom värmestrålning (IR-strålning), genom ledning av värme och genom så kallad konvektion. Ledning sker huvudsakligen genom att molekyler påverkar varandra, i synnerhet om kroppen är i kontakt med ett fast föremål eller en vätska. Vi har alla upplevt hur vi kyls, när vi sitter på ett kallt underlag eller när vi simmar i kallt vatten. Konvektion sker genom att luften intill oss rör på sig. Vi har alla upplevt hur vi svalkas av en sommarvind och hur vi kyls ner av en vinterstorm.
Termoneutral zon: det "behagliga" temperaturområdet i miljön
Den vilande kroppens ämnesomsättning är som lägst och konstant inom ett yttertemperaturområde som kallas den termoneutrala zonen eller TNZ. Den termoneutrala zonen för en naken fastande människa ligger vanligen mellan cirka +27-28°C och +31-32 °C i vindstilla luft och skugga. En naken människa upplever dessa omgivningstemperaturer som behagliga. Det finns dock individuella variationer, sannolikt också skillnader mellan olika folkgrupper. Dessutom ändras TNZ förmodligen, när man acklimatiserar sig till höga eller låga yttertemperaturer. Ibland anger man temperaturkomfortzonen, det vill säga det som människor subjektivt upplever som det behagliga temperaturområdet. Det uppges ligga på ungefär samma nivåer som TNZ, men med ett smalare temperaturspann. TNZ sjunker till lägre temperaturer om man isolerar sig med kläder.
Vår termoneutrala zon ligger högt på temperaturskalan. Detta beror på att människan fortfarande är ett tropiskt djur. Vi har ju till och med förlorat den värmeisolerande pälsen. Det är endast tack vare kläder som vi kunnat sprida oss till kallare områden på jorden.
Reglering i kall miljö
Vid yttertemperaturer under den termoneutrala zonen ökar våra värmeförluster och kroppens temperatur sjunker något. Vi försvarar då kroppstemperaturen genom att huttra. Huttrande är ofrivilliga lokala sammandragningar i skelettmusklerna. Vi märker av dem när vi hackar tänder. Muskelarbetet vid huttring leder till att ämnesomsättningen ökar. Då produceras mer spillvärme som används till att återställa kroppstemperaturen.
Människan och andra däggdjur kan också öka värmeproduktionen i kroppen utan hjälp av muskelsammandragningar. Detta kallas "non-shivering thermogenesis", vilket kan översättas med icke-huttrande värmeproduktion. Många däggdjur, i synnerhet på nordliga breddgrader, huttrar inte alls eller sällan.
Hos många däggdjur, särskilt små sådana, äger den icke-huttrande värmeproduktionen rum i det bruna fettet, ett slags biologiskt värmeelement. Man har länge vetat att spädbarn använder brunt fett för att värma upp sig. Det bruna fettets roll hos vuxna människor har dock varit oklar. Man har emellertid nu påvisat en ökad värmeproduktion i det bruna fettet vid kyla även hos vuxna människor. Dessutom har man funnit att icke-huttrande värmeproduktion även sker i vanligt fett, vit fettvävnad, både hos spädbarn och vuxna. Där sker det i så kallade beigefärgade fettceller. Det finns också studier som antyder att brunt fett kan bidra till att reglera kroppsvikten hos människor genom att aktiveras vid ökat födointag. Därmed skulle det bidra till att förhindra en viktuppgång. Läs om brunt fett och hur det fungerar på en annan sida.
Icke nog med detta, man har på senare tid hos människan och andra däggdjur påvisat icke-huttrande värmeproduktion i skelettmuskelceller, alltså en ökad värmeproduktion i dessa celler utan att de drar ihop sig. Det handlar om så kallade futila cykler, ett ökat läckage av joner ut ur de menbranomslutna cellkomponenter som kallas mitokondrier och endoplasmatiskt nätverk. Dessa joner pumpas ständigt in i dessa cellkomponenter. Pumpningen är energikrävande. Om läckaget ökar går pumparna på "tomgång" och värmeproduktionen ökar. Läs mer om futila cykler på en annan sida. Texten fortsätter under bilderna.
 |
 |
Till vänster burrar en frusen talgoxe (Parus major) upp fjädrarna och drar in benen i fjäderdräkten. Blir det kallare sticker den kanske in huvudet i fjäderdräkten. Värmeförlusterna minskar då av två orsaker. För det första innehåller uppburrad fjäderdräkt ett tjockare lager av värmeisolerande luft, än ouppburrad sådan. För det andra minskar den värmeavgivande kroppsyta som exponeras mot omgivningen. Talgoxen antar en i det närmaste sfärisk form. Detta är faktiskt den bästa möjliga formen, eftersom sfären är den geometriska kropp som har den minsta ytan per volymenhet. Vi människor brukar också minska den värmeavgivande kroppsytan när vi fryser, dock inte lika effektivt som talgoxen. Vi tenderar att kura ihop oss till fosterställning. Till höger flämtar en överhettad blodhund. Den kyler sig då genom att öka avdunstningen av vatten från de övre luftvägarna. Hundar kan inte kyla sig genom svettning. Se vidare texten nedan, Courtesy of Maciej Jaros from Encyclopedia of Life, under Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported License (left) and Lisa Runnels, in the public domain (right). |
|
Reglering i varm miljö
Vid yttertemperaturer ovanför den termoneutrala zonen minskar våra värmeförluster och kroppstemperaturen stiger. Om vi lämnar skuggan, tar vi till och med upp värme från den brännande solen. I båda fallen måste vi försvara kroppens temperatur genom avdunstning av vatten (evaporation). När vatten avdunstar från kroppen, överförs värme från kroppen till vattenmolekylerna i det gasformiga vatten (vattenånga) som bildas. Vi människor kyler oss genom att svettas och låta svetten avdunsta. Även då ökar ämnesomsättningen, eftersom det krävs energi för att producera svett. Den mängd spillvärme, som då produceras i kroppen, är emellertid betydligt mindre, än den mängd värme, som vi gör oss av med när svetten avdunstar. De flesta däggdjur flämtar i stället för att svettas. Läs om svettning och flämtning på en annan sida.
Om det finns vattensamlingar eller vattendrag i närheten, kan däggdjur och fåglar även kyla sig genom att bada. När de stiger upp ur badet, är kroppen täckt av vatten. När detta vatten avdunstar, åtgår värme och huden kyls. Detta fungerar bäst om pälsen eller fjäderdräkten är tunn. Allra bäst fungerar det hos däggdjur som saknar päls, till exempel människor och elefanter. Fördelen med denna kylmekanism är att djuren inte förlorar dyrbart kropsvatten i en varm och torr miljö, men den kräver naturligtvis tillgång till vatten någonstans i miljön.
Elefanter har en skrynklig hud. Afrikanska elefanter har dessutom rikligt med mycket tunna sprickor i huden, cirka 0,1 mm breda. Efter ett bad kan vatten stanna kvar länge i skrynklorna och sprickorna. Därmed kan elefanten kylas genom avdunstning långt efter den har badat.
Reglering i "behaglig" miljö
Vid yttertemperaturer inom den termoneutrala zonen kan vi reglera kroppstemperaturen genom att ändra blodflödet till huden och därmed kroppens värmeisolering. Är vi varma så ökar vi blodflödet och därmed värmeavgivningen. Huden blir röd. Fryser vi så minskar vi blodflödet och därmed värmeavgivningen. Huden blir vit. När de flesta andra däggdjur fryser, kan de dessutom öka sin värmeisolering genom att höja pälsens hår, "resa ragg". En tjockare päls minskar värmeförlusterna. När dessa djur är varma, sänker de pälsen och minskar då sin värmeisolering. Vi människor kan också höja och sänka pälshåren. Men eftersom de flesta håren är så små att de inte syns påverkar vi inte vår värmeisolering. När vi fryser yttrar sig raggresningen bara som så kallad gåshud. Men vi kan ersätta pälsen med kläder. Då kan vi öka och minska vår värmeisolering genom att anpassa klädedräkten efter vädret. Läs om hur päls och späck fungerar värmeisolerande på en annan sida.
Vad händer i mycket stark hetta?
Men vad händer om vi befinner oss i en miljö med en högre temperatur än vi själva eller om vi är utsatta för mycket intensiv solstrålning, till exempel under en lång ökenvandring? Då tar vi upp mera värme, än vi klarar av att avge till omgivningen. Nu finns det bara ett sätt att försvara kroppens temperatur: genom avdunstning av svett. Vattenförlusten bli då mycket stor. Man kan avge flera liter svett i timmen. Så länge vi har god tillgång till dricksvatten finns det hopp om livet. Vi måste dock skydda huvudet så att hjärnan inte överhettas. Det leder till värmeslag (solsting). Men när dricksvattnet tagit slut, klarar vi oss inte länge. Vattenförlusten leder snart till blodtrycksfall och sedan till cirkulatorisk chock. Utan medicinsk hjälp överlever vi då inte. Men vi får hoppas att vi dessförinnan upptäcks av räddningsmanskapet.
Referenser
N.C. Bal et al: Sarcolipin is a newly identified regulator of muscle-based thermogenesis in mammals (Nature Medicine 10:1575-1579, 2012).
K.E. Barnett, S.M. Barman, S. Boitano, and H.L. Brooks: Ganong's review of medical physiology (23rd ed, McGraw-Hill Lange, 2010).
S.D. Clarke et al: Postprandial heat production in skeletal muscle is associated with altered mitochondrial function and altered futile calcium cycling. (American Journal of Physiology - Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 303:R1071–R1079, 2012).
A.M. Cypess et al: Anatomical localization, gene expression profiling and functional characterization of adult human neck brown fat (Nature Medicine 19:635-9, 2013).
H. Færevik, D. Markussen, G.E. Øglænd and R.E. Reinertsen: The thermoneutral zone when wearing aircrew protective clothing (Journal of Thermal Biology 26:419-425, 2001).
R.W. Hill, G.A. Wyse, and M. Anderson: Animal Physiology (3rd ed, Sinauer, 2012).
P. Willmer, G. Stone, and I. Johnston: Environmental Physiology of Animals (2nd ed, Blackwell, 2005).
Till början på sidan
Till "Djurfakta"
|
