Tělesný termostat připomíná svým designem lidskou technologii
Jonathan McLatchie
Z Creation Evolution News přeložil Pavel Akrman – 03/2024.
Asi všichni známe termostaty – zařízení, která používáme k regulaci teploty, obvykle v systémech ústředního vytápění a klimatizace, stejně jako v troubách, ledničkách a ohřívačích vody. Termostat sleduje teplotu systému a aktivuje nebo deaktivuje topné nebo chladicí zařízení pro udržení požadované teploty. Moderní termostatické ovládání vynalezl Skot Andrew Ure (1778-1857) ve 30. letech 19. století (ačkoli tento koncept sahá přinejmenším již do roku 1620, kdy holandský inovátor Cornelis Drebbel vyvinul rtuťový termostat pro řízení teploty inkubátoru pro kuřata). Andrew Ure vynalezl bimetalový termostat, který se v reakci na teplo ohýbal (jak se jeden z kovů roztahoval), čímž se přerušila dodávka energie.
Tělesný termostat
Ale i naše těla obsahují svůj vlastní termostat, který je zodpovědný za udržování naší tělesné teploty na optimální úrovni. Nachází se v mozku, v oblasti zvané hypotalamus – to je struktura, zodpovědná za udržování správného nastavení tělesné teploty vyrovnáváním produkce tepla v závislosti na tepelných ztrátách.
Aby hypotalamus dobře plnil svůj úkol, musí měřit vnitřní i vnější teplotu. Údaje o vnitřní teplotě jsou odečítány specializovanými neurony hypotalamu, které zjišťují změny teploty krve procházející mozkem. V kůži jsou také teplotní receptory, které předávají informace o vnější teplotě. Tyto senzorické informace jsou zpracovávány hypotalamem, který řídí reakce pro udržování nastavené teploty těla. Například pokud tělesná teplota stoupne nad nastavenou hodnotu, neurony hypotalamu zahájí mechanismy k odvádění tepla, jako je vazodilatace (rozšíření krevních cév v blízkosti povrchu kůže) a pocení. Naopak, pokud tělesná teplota klesne pod nastavenou hodnotu, neurony spustí mechanismy pro uchování tepla, jako je vazokonstrikce (zúžení krevních cév v blízkosti povrchu kůže) a chvění.
Jak tělo ztrácí teplo
Vazodilatace vede k větším ztrátám tepla do okolí (a tím k ochlazení), protože teplá krev je přiváděna blíž k povrchu těla. Pokud je teplota vnějšího prostředí vyšší než teplota těla, je tento proces samozřejmě neúčinný. V takových případech může být teplo odváděno pocením. Pot se z povrchu těla odpařuje přebytečným tělesným teplem. Produkce tepla může být také redukována snížením svalového tonusu (tj. mírně staženého stavu našich svalů, který udržuje naše držení těla. Toto je více rozvedeno např. v článku The Incredible Design of Muscles (Neuvěřitelný design svalů).
Jak tělo šetří teplo
Existují také mechanismy pro uchování tepla v chladném prostředí. Vazokonstrikce je proces, při kterém je krev odváděna dál od povrchu těla. Dochází také ke snížení či dokonce k zastavení pocení, pokud teplota hypotalamu klesne pod 37 stupňů Celsia. Dodatečné teplo může také vytvářet zvýšení svalového tonusu. Když se tělesná teplota přiblíží 36 stupňům Celsia, zvýšený svalový tonus je rozpoznatelný jako chvění, což má za následek pětkrát větší produkci tepla než obvykle.
Horečka
Během horečky je tělesná teplota zvýšena na abnormálně vysokou úroveň. Horečku mohou způsobit látky zvané pyrogeny, které pocházejí od bakterií, z chemikálií uvolňovaných během zánětu (tzv. endogenní pyrogeny) a z cizích proteinů. Předpokládá se, že pyrogeny chemicky ovlivňují hypotalamus a zvyšují tak nastavení teploty termostatu. Tělesné reakce jsou pak stimulovány ke zvýšení teploty na toto nové nastavení.
Předpokládejme například, že máte v krku streptokoka. Nastavení teploty hypotalamického termostatu se přenastaví na 38 nebo 39 stupňů Celsia. Protože je nyní tělesná teplota nižší než nastavená na termostatu, zapnou se mechanismy produkce a uchování tepla. To způsobuje chvění (tj. zimnici). Když bylo pro nové nastavení vytvořeno dostatečné množství navýšeného tepla, necítíme ani příliš chladno, ani příliš teplo, protože naše teplota je nyní na příslušné úrovni nastavené hypotalamickým termostatem. Nakonec pyrogeny přestanou účinkovat a nastavení teploty termostatu se opět sníží do normálu, tedy přibližně na 37 stupňů Celsia. Nyní nám začíná být už teplo, a to vede k aktivaci tělesných mechanismů pro odvádění tepla (tj. pocení a vazodilatace). Pocení je důkazem toho, že se obnovuje vaše normální teplota.
Co znamená horečka pro schopnost těla bránit se infekci? Při vyšších teplotách se výrazně zvyšuje aktivita bílých krvinek a také je ztížen metabolismus některých patogenů. Horečka tak hraje důležitou roli při vylučování patogenu z těla. Větší nebezpečí hrozí, pokud horečka dosáhne příliš vysoké úrovně. Rychlost metabolismu se zvyšuje v reakci na horečku. To zvyšuje tvorbu tepla, což má za následek ještě větší zvýšení teploty. Pokud není zastavena vnější událostí (jako je smrt patogenu nebo použití aspirinu), bude tato smyčka pozitivní zpětné vazby pokračovat. Po zvýšení teploty přibližně na 41 stupňů Celsia již hypotalamus není schopen správně kontrolovat teplotu. Důsledkem může být znehodnocení enzymů, což deformuje jejich tvar a znemožňuje jim provádět katalýzu. To má za následek buněčnou smrt. Smrt neuronů (které nemohou být snadno nahrazeny) může vést po dlouhodobé vysoké horečce dokonce až k poškození mozku. Na ovlivnění hypotalamu existují léky (např. aspirin), které lze použít ke snížení horečky.
Vše podle návrhu
Je velmi zvláštní, že výzkum odhalil tak nápadnou podobnost hypotalamu s naší vlastní technologií. Ovšem za předpokladu, že život je produktem cílevědomého Návrháře, není existence termostatické regulace naší tělesné teploty vůbec překvapivá. Ale jaká je šance, že tak skvěle řízený systém regulace teploty by mohl vzniknout postupně náhodnými procesy bez jakéhokoli záměru? I evoluční odborníci o tom raději mlčí…