Utrzymanie względnie stałej temperatury ciała, niezależnie od temperatury otoczenia, nie jest łatwe. Zarówno wychłodzenie, jak i przegrzanie organizmu homeotermicznegohomeotermia (homotermia, stałocieplność)homeotermicznego, może być śmiertelne w skutkach. Istnieje wiele fizjologicznych sposobów zapobiegania nadmiernej utracie ciepła, lub nadmiernemu pobieraniu go. Zasadniczą rolę w utrzymaniu ciepłoty organizmu odgrywa układ krążenia, który odpowiedzialny jest za dystrybucję ciepła.

Największa wymiana ciepła następuje między naczyniami krwionośnymi, a otoczeniem. Najbardziej narażone na wychłodzenie lub przegrzanie są kończyny i powłoki ciała. Dlatego adaptacje fizjologiczne lub anatomiczne, które ułatwiają termoregulację, dotyczą właśnie powłok ciała i kończyn. Jedną z takich adaptacji układu krążenia, minimalizującą wymianę ciepła między krwią, a otoczeniem, są przeciwprądowe wymienniki ciepłaprzeciwprądowy wymiennik ciepłaprzeciwprądowe wymienniki ciepła.

W organizmach zwierzęcych można spotkać wiele rodzajów fizjologicznych wymienników przeciwprądowychprzeciwprądowy wymiennik ciepławymienników przeciwprądowych, które pozwalają na efektywną wymianę gazów, jonów lub ciepła. Ich budowa polega na tym, że blisko siebie, równolegle przebiegają dwa naczynia krwionośne (tętnicatętnicatętnica i żyłażyłażyła), a krew płynie w nich w przeciwnych kierunkach.

R33yAN60NkOpD

Grafika przedstawia przepływ przeciwprądowy. Ciepła krew przepływa przez tętnice od lewej strony, stając się zimną. Zimna krew przepływa do żył od prawej strony, nagrzewając się.

Ze względu na to, że temperatura krwi w tętnicy i żyle jest różna, następuje wymiana ciepła, czyli stopniowe ochładzanie krwi tętniczej i jednoczesne ogrzewanie krwi żylnej. Teoretycznie, gdyby przepływ krwi w sąsiadującej tętnicy i żyle był jednokierunkowy, to wymiana ciepła byłaby nawet o połowę mniejsza, niż w wymienniku przeciwprądowym. Wydajność wymiennika ciepła zależy od długości kontaktu naczyń, lub powierzchni tego kontaktu.

Przeciwprądowe wymienniki ciepłaprzeciwprądowy wymiennik ciepłaPrzeciwprądowe wymienniki ciepła spotykane są u wielu gatunków ptaków i ssaków, w miejscach ciała, które są szczególnie narażone na nadmierne wychłodzenie (odmrożenieodmrożenieodmrożenie) lub przegrzanie. Ptaki posiadają wymienniki przeciwprądowe w kończynach dolnych.

Dzięki obecności przeciwprądowych wymienników ciepła, ogrzana krew tętnicza, docierając do kończyn dolnych, ulega stopniowemu ochłodzeniu (przez bliski kontakt z żyłą, niosącą chłodniejszą krew w przeciwnym kierunku). Temperatura krwi tętniczej ulega znacznemu obniżeniu, ale nie przekracza wartości, która umożliwia normalne funkcjonowanie tkanek kończyn. Obniżenie temperatury krwi powoduje zmniejszenie gradientu termicznegogradient termicznygradientu termicznego, czyli różnicy temperatur między ciałem, a otoczeniem. Gdy różnica ta jest mniejsza, to wymiana ciepła (w tym przypadku utrata ciepła) jest ograniczona.

Drugą zaletą systemu przeciwprądowego jest to, że krew żylna, płynąca do organów wewnętrznych, staje się cieplejsza (niż gdyby tętnica i żyła nie były położone obok siebie), co znacząco ułatwia utrzymanie odpowiedniej temperatury ciała.

Przeciwprądowe wymienniki ciepła (na analogicznej zasadzie) działają również w przypadku nadmiernego przegrzania części ciała. Krew tętnicza, dopływająca do kończyn dolnych ptaka, ma niższą temperaturę od otoczenia, ponieważ po drodze uległa ociepleniu przez powracającą do ciała krew żylną; gradient temperatur między krwią tętniczą, a otoczeniem zmniejszył się. Z kolei, powracająca do organów wewnętrznych krew żylna ma niższą temperaturę, co dodatkowo zmniejsza ryzyko przegrzania organizmu.

Słownik