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HOMEOSTASISY
TERMORREGULACIÓN
HOMEOSTASIS El universo tiende al desorden Necesita menos energía para su mantenimiento Los organismos vivos tienden al orden Necesitan de mucha energía para su
mantenimiento Asegura la supervivencia para garantizar la
perpetuidad de la especie Los organismos están en un constante
intercambio dinámico con su ambiente Pequeños cambios en el ambiente producen una
perturbación, a la que el sistema tiene que responder
Claude Bernard
Observó la estabilidad de varios parámetros (variables de un sistema) fisiológicos
“todos los mecanismos vitales, por muy variados que sean, tienen un fin, mantener la constancia del medio interno, ...lo que es la condición de la vida libre“
Walter B. Cannon
En 1928, acuñó el término de homeostasis para describir y/o definir la regulación de este ambiente interno
“Organization for Physiological Homeostasis” Prefijo "homeo" = semejante Sufijo "estasis" = condición "condición similar", también definida como "una relativa
constancia del medio interno"
Propiedades de la Homeostasis
1. Importancia tanto del sistema nervioso como del endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulación.
2. Nivel tónico de actividad: Un agente puede existir cuando tiene una moderada actividad que puede variar ligeramente arriba o abajo.
3. Controles antagónicos: Si un factor puede cambiar un estado homeostático en una dirección, habrá otro factor o factores con efectos opuestos
4. Señales químicas puede tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales, antagonistas en una región del cuerpo, pueden ser agonistas en otras regiones".
Propiedades de la Homeostasis
5. La homeostasis es un proceso continuo que implica el registro y regulación de múltiples parámetros.
6. La efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vida de los individuos.
7. Un fallo de los mecanismos homeostáticos produce enfermedad o una condición patológica.
Factores que Influyen en la Homeostasis
Medio Interno:◦Productos de deshecho del metabolismo.
Medio Externo:◦Independencia de los organismos con su
entorno mediante la captura y conservación de la energía procedente del exterior.
◦La interacción con el exterior se da por sistemas que captan los estímulos externos.
Homeostasis
TERMORREGULACIÓN Todos los seres vivos realizan
continuamente intercambio de energía con el entorno: ambiente térmico.
La fuente primaria proviene de la radiación solar.
Para aminorar el efecto de los cambios de temperatura ambiental, los organismos deben desarrollar diferentes funciones.
POIQUILOTERMOSNo pueden regular su temperatura corporal y la mantienen cercana a la temperatura ambiental.
HOMEOTERMOSMantienen su temperatura corporal estable (+/- 2ºC) a pesar de las variaciones en la temperatura ambiental.
HETEROTERMOSTienen una temperatura corporal que varía de acuerdo con la del ambiente
CLASIFICACION SEGÚN CAPACIDAD DE REGULAR SU TEMPERATURA CORPORAL
POIQUILOTERMOS
HETEROTERMOS
HOMEOTERMOS
CLASIFICACION SEGÚN LA FUENTE DE CALOR ENDOTERMICOS
Mantienen su Tc generando calor por el metabolismo (aves y mamíferos).
ECTOTERMICOSMantienen su Tc a través de fuentes externas de calor (sol), como los reptiles.
MECANISMOS DE INTERCAMBIO DE ENERGIA
CONDUCCION: Transferencia de calor por contacto directo
RADIACION: Transferencia de calor entre dos cuerpos sin contacto por la emisión de energía electromagnética.
EVAPORACION: Se pone en marcha por encima de determinadas temperaturas. Se produce sudor que se evapora por el calor.
CONVECCION: Transferencia de calor por movimiento de un fluido o de un gas. Son más importantes en posición vertical que en horizontal.
INTERCAMBIO DE CALOR CON EL AMBIENTE
ENDOTERMOS
Hipotálamo: Centro Termorregulador
Región anterior y preóptica (Centro termorregulador anterior): Provoca pérdida de calor para prevenir elevaciones de la temperatura. Sudoracion
Región posterior (Centro termorregulador posterior): Aumento la producción de calor sirviendo de defensa contra el frío. Tiritar.
Mecanismos de ajuste ordenados por el Hipotálamo
Mecanismos que reducen la temperatura corporal:◦ Vasodilatación◦ Sudación (Est. simpática, fibras colinérgicas. NaCl)◦ Disminución de producción de calor
Mecanismos que elevan la temperatura corporal:◦ Vasoconstricción cutánea (tambien como reflejo
desde la piel)◦ Piloerección◦ Aumento de la producción de calor:
El acto de tiritar (también como reflejo desde la piel)
La excitacion simpática La secreción de tiroxina Inhibición de la sudoración (reflejo desde la piel)
Set Point Hipotalámico
SISTEMA REGULADOR DE LA TEMPERATURA
Sistema de control por retroalimentación negativa y posee tres elementos esenciales: ◦ Receptores que perciben las temperaturas
existentes en el núcleo central.
◦ Mecanismos efectores que consisten en los efectos metabólicos, sudomotores y vasomotores.
◦ Estructuras integradoras que determinan si la temperatura existente es demasiado alta o demasiado baja y que activan la respuesta motora apropiada.
Temperatura corporal normal
De 36.4 a 37 oC (oral) + 0.5 oC (recto) Tejidos profundos (el núcleo): + 0.6 oC. Es > 1 oC que la oral Soporta 12 oC – 60 oC de temperatura ambiental sin
cambiar La temperatura cutánea sigue a la temperatura ambiente. Diferentes temperaturas en el cuerpo:
◦ Las extremidades son más frías◦ El escroto tiene 32 oC◦ La sangre venosa es más fría que la arterial◦ La sangre se enfría en el pulmón
Variación Circadiana:◦ De 0.5 a 0.7 oC más baja en la mañana y más alta en la
noche. Más baja durante el sueño, sube en la vigilia y la actividad Sube durante la Ovulación, el ejercicio y la excitación
emocional. La regulación en los niños es menos precisa.
Termorregulación
HOMEOTERMIA = Homeostasis térmica es un balance entre la producción de calor y su pérdida.
Producción de calor: Reacciones celulares◦ Metabolismo basal (MB)◦ Actividad muscular (incluyendo tiritar)◦ Aumento del MB por la tiroxina (T4)◦ Aumento del MB por adrenalina, noradrenalina y
estimulación simpática◦ Aumento del MB por aumento de la actividad
química de las células.
DETECCION DEL FRIO
Surgen en receptores térmicos periféricos distribuídos por la piel y en la parte superior del tracto gastrointestinal.
Estímulos aferentes que llegan hasta el hipotálamo posterior. Activa el mecanismo necesario para conservar el calor:
◦ Vasoconstricción de la piel y piloerección. ◦ Señales procedentes de los receptores cutáneos y medulares
estimulan el "centro motor primario para el escalofrío“. ◦ Aumenta la secreción de la hormona liberadora de la
tirotropina (TRH)◦ TRH provoca en la adenohipófisis una liberación de la
hormona estimuladora del tiroides o tirotropina (TSH)◦ TSH que a su vez aumenta la producción de tiroxina (T4) por
la glándula tiroides, lo que estimula el metabolismo celular de todo el organismo y aumenta la producción de calor.
DETECCION DE CALOR El organismo comienza de inmediato a sudar
profusamente. Se produce una vasodilatación en la piel de todo el
cuerpo. Disminución del tono de la musculatura estriada. ↓TRH ↓TSH ↓T4 Reacción inmediata que causa pérdida de calor y
ayuda al organismo a recuperar su temperatura normal.
TEMPERATURAS AMBIENTALES EN DESCENSO
Reducción de la pérdida de calor mediante:
◦ Vasoconstricción periférica.◦ Incrementando la aislamiento corporal mediante aumento de la
cobertura adiposa, incrementando la capa de pelo (mayor densidad y pelos más largos), piloerección.
◦ Búsqueda de protección o cobertura del viento, lluvia, nieve, etc.◦ Reducción del área superficial. Mediante cambios de postura corporal
agrupándose estrechamente con otros animales.
Incremento en la producción de calor mediante:
◦ Incrementando el consumo del alimento (mayor ingesta de energía, incremento calórico de la digestión).
◦ Incrementando la actividad física. Temblor involuntario en condiciones extremas de frío.
◦ Buscando la exposición a la radiación solar.
TEMPERATURAS AMBIENTALES EN ASCENSO
Incremento de la pérdida de calor mediante:
◦ Vasodilatación periférica.◦ Disminución de la aislamiento corporal (caída de la capa o cubierta de
pelo).◦ Incrementando la superficie corporal (descansando en una posición
estirada o relajada).◦ Incrementando el enfriamiento evaporativo mediante la transpiración y el
jadeo. ◦ Evitando la exposición a la radiación solar., buscando sombra, por
ejemplo.
Reduciendo la producción de calor mediante:
◦ Reduciendo el consumo de alimento. ◦ Menores niveles de la hormona tiroxina y menor tasa metabólica.◦ Reducción de la actividad física.
Anomalías de la regulación térmica
Hipertermia (FIEBRE) e Hipotermia. FIEBRE:
◦ Estímulos: Pirógenos Exógenos (bacterias, virus, reacciones Ag-Ac,
drogas, etc) Pirógeno Endogeno (Interleukina 1) producida por
macrófagos, monocitos, etc con la liberación local en hipotálamo de PGs.
◦ Mecanismo: Los pirógenos hacen que el punto de ajuste del hipotálamo se eleve por encima de su valor normal y empiezan los mecanismos para aumentar la temperatura corporal (escalofríos, vasoconstricción, tiritación) hasta alcanzar el punto de ajuste. Los antipiréticos disminuyen bruscamente el punto de ajuste y se produce intensa sudoración y vasodilatación.
ECTOTERMOS
Temperatura corporal variable ecofisiológica mas importante afecta el performance de los ectotermos
Temperatura óptima temperatura corporal máximo performance.
ECTOTERMOS ACUATICOS No evaporación. No radiación. Regulación por conductividad térmica, minimizar la
pérdida de calor. Agua alta conductividad térmica, favorece la perdida
de calor. Animales voluminosos:
◦ > relación área superficie/volúmen Animales pequeños:
◦ < relación área superficie/volúmen
ECTOTERMOS TERRESTRES Heliothermia
◦ Obtienen calor del sol.
Thigmothermia ◦ Obtienen calor de los sustratos
Tc se controla por una mezcla de adaptaciones fisiológicas y de comportamiento.
ECTOTERMOS CONGELADOS
Permitir el congelamiento extracelular de sus tejidos (sapos).
Usar un anticongelante◦ Glicerol (artrópodos)◦ Glicoproteinas (peces)
Supercongelamiento: Líquidos corporales no pasan a estado sólido en aguas congeladas (algunos peces).
COSTOS DE LA ECTOTERMIA
No todos los habitats tienen suficiente cantidad de energía solar.
La Tc puede ser insuficiente para mantener la actividad física.
Los periodos de inactividad son periodos más vulnerables.
BENEFICIOS DE LA ECTOTERMIA
La energía de mantenimiento se reduce◦ Vida posible con poco alimento◦ Vida posible en habitats donde la comida es
estacional. Gran eficiencia en la relación:
◦ energía absorbida/energía usada en desarrollarse o reproducirse
MECANISMOS FISIOLOGICOS ADAPTATIVOS PARA LA TERMORREGULACION
Alta conductancia térmica. Como su piel no es buen aislante, se calientan rápidamente
Formación de capas aislantes mediante grandes capas de grasa
Disminuir el área superficie de algunos órganos para evitar la perdida de calor por convección
Tamaño: Un animal grande pierde menos calor que un animal pequeño en el mismo tiempo ya que tiene expuesta una menor cantidad de superficie en relación a su masa total que la que tiene un organismo pequeño.
RELACION SUPERFICIE/VOLUMEN
El tamaño de un animal influye a través de la relación superficie / volumen.
Cuanto mayor sea el individuo mas pequeña es esa relación.
Endotermos tienen que eliminar el exceso de calor producido por su metabolismo a través de la superficie del cuerpo.
Mas difícil cuanto menor sea la superficie relativa, es decir, cuanto mayor sea su tamaño.
TASA METABOLICA (TM) Y TAMAÑO CORPORAL (Pc)
↑ Masa Corporal (M) = ↓ VO2
↑ VO2 ↑ tasa metabólica > producc. de calor. Asumiendo que VO2 es proporcional a Pc:
• Vaca diseñada a partir del VO2 de
ratón:
• Ratón diseñado a partir del VO2 de una vaca:
tendría que teneruna temperatura basal de100 (ºC)
tendría que tener un pelaje de 20cm de espesor para mantenerse caliente
Curva: “Del Ratón al Elefante”Max Kleiber, 1932
HIBERNACIÓN
Desaparece prácticamente cualquier función metabólica.
Poiquilotermos:◦ Disminuyen el azúcar en sangre◦ Aumentan el almacenamiento de
glucógeno en el hígado◦ Disminuye la frecuencia cardiaca.
Homeotermos: ◦ Se comportan como poiquilotermos
adoptando una hipotermia controlada.
◦ Respiración, frecuencia respiratoria y cardiaca bajan notablemente
◦ La temperatura corporal puede caer hasta los 10ºC.
ADAPTACIÓN ANIMAL
La vida animal activa está limitada a una Tº (entre -2°C y 50°C y algunas bacterias hasta el hervor ).
La tolerancia a bajas temperaturas es mayor a la tolerancia a altas temperaturas.
Mayoría de animales tienen prácticamente la misma temperatura que el medio en el que viven.
Solo las aves y los mamíferos mantienen la Tº de su cuerpo casi constante independiente de las variaciones de temperaturas de su medio ambiente.
Conceptos a) Poiquilotermo: Organismo de sangre fría, como los
reptiles y los invertebrados. Su temperatura corporal fluctúa con la del medio que los rodea.
b) Homeotermo: Organismo de sangre caliente, como las aves y los mamíferos. Su temperatura corporal normalmente es más elevada que la del medio, y permanecen activos tanto en ambientes fríos como en calientes.
c) Heterotérmico: Organismo que en ocasiones posee una temperatura corporal igual a la del medio que lo rodea, mientras que en otras ocasiones son más parecidos a los de sangre fría.
Animales Poiquilotermos
Animales Homeotermos
Conceptos
d) Endotérmico: Organismo que mantiene una temperatura corporal elevada, mediante la producción interna de calor.
e) Ectotérmico: Organismo que depende de fuentes externas de calor, para mantener una temperatura corporal relativamente constante, principalmente de la radiación solar.
Temperaturas extremas: límites de la vida Una temperatura extrema puede ser tolerada
por un corto período de tiempo y transformarse en letal luego de un período prolongado.
Los animales que viven en zonas templadas y frías, soportan largos períodos de temperaturas invernales (debajo de 0ºC), pueden evitar los daños producidos por el frío mediante dos procesos: ◦ «superenfriado»◦ «tolerancia a la congelación».
Superenfriado Descenso de la temperatura de un fluído
por debajo de su punto de congelación, sin formación de hielo.
La presencia de solutos en un líquido, disminuye considerablemente el punto de congelación.
Tolerancia a la congelación: Tolerancia del organismo a la formación de
hielo dentro del cuerpo. En los insectos se ha sugerido la existencia
de elevadas concentraciones de glicerol que puede influenciar la resistencia al frío por su acción protectora frente a los daños producidos por la congelación, disminuye el punto de congelación y aumenta el grado de superenfriado
En muchos insectos la concentración de glicerol aumenta antes del invierno.
Aclimatación térmica y tasa metabólica La mayoría de los organismos disminuyen la
tasa metabólica al bajar la temperatura, por lo que entran en un período de hibernación o inactividad
ADAPTACIÓN ANIMAL 2
Los seres vivos unicelulares Detectar el calor y el frío, la luz. Evitar temperaturas extremas que harían imposible
su supervivencia. Proceso evolutivo adaptativo mediante “filum” hasta
llegar a los mamíferos.
Mamíferos Cerebro muy grande desarrollo de la
homeotermia (o endotermia) Más independientes del medio y posibilita la
supervivencia en habitats más extremos Proceso evolutivo del SNC (mayor control de la
temperatura conduce a una mayor supervivencia)
Mantenimiento de la temperatura exige una capacidad metabólica muy elevada que puede conducir a sobrecalentamientos y, por lo tanto, a la muerte.
Cerebro Un órgano especializado para controlar la
temperatura. Desarrolla métodos de “enfriamiento
selectivo”. En mamíferos los cornetes nasales que
actúan como refrigeradores cerebrales◦ Intercambio de calor y evaporación de agua,
posibilitan una mayor capacidad ventilatoria y una alta tasa metabólica.
Ventajas del Enfriamiento Intercambiador de calor venoso/arterial en
el seno Compensaciones placenteras (como ser la
regulación de la temperatura durante el sueño REM, donde somos de nuevo poiquiIilotermos y donde se especula con que el sueño de ondas lentas sirva para ”enfriar” al cerebro).
Aclimataciones La temperatura basal es la de 37 ºC . Los
organismos también tienen la capacidad de aclimatación al frío o al calor◦ Esquimales: Poseen la ausencia de aclimatación al frío.,
porque no exponen nada más que porciones pequeñas de superficie corporal a las bajas temperaturas
◦ Aborígenes australianos: Son capaces de dormir desnudos a muy bajas temperaturas.
◦ Tolerancia a las altas temperaturas: donde juegan un papel importante las proteínas del shock térmico (HSP) en el mantenimiento de la integridad de las barreras epiteliales.
Adaptándose al medio Seres vivos sobreviven en su propio medio,
si tienen la capacidad de responder a los distintos cambios que en este se producen (capacidad de adaptación)◦ Irritabilidad: capacidad de responder a los
distintos cambios del medio y le permite la adaptación a éste.
Estímulo y respuesta Estimulo: Cambios que se producen en el
medio ambiente -ya sea en el interno o el externo. Ej.: el agua, la tierra, la luz, las sustancias químicas, etc.
Frente a cada uno, los seres vivos van a tener una respuesta determinada. La capacidad de adaptación de los seres vivos se manifiesta de distintas formas.◦ Los vegetales: 3 tipos de respuesta: tropismos,
nastias y movimientos de turgencia.◦ Los animales utilizan los tactismos, reflejos e
instintos.
Vegetales
Animales
Adaptación animal Hechos que han marcado la adaptación animal
◦ Jean Baptiste Lamarck (1744-1829) es el creador de la teoría de la adaptación de las especies dirigidas por las influencias del medio (transformismo).
◦ Charles Darwin (1809-1882) elaboró la teoría de la evolución de las especies por la selección natural de caracteres producida de manera aleatoria.
◦ Gregor Mendel (1822-1884), padre de la genética estableció las leyes de la herencia de los caracteres
Adaptaciones fisiológicas a las
temperaturas extremas
DESIERTOS
POLOS
BIOMAS EXTREMOS
CLASIFICACIÓN DE LOS ANIMALES SEGÚN LA TEMPERATURA
HOMEOTERMOS:
mantienen temperaturas por encima de las ambientales. Controlan la pérdida de calor.
POIQUILOTERMOS
su temperatura varia con el medio en el que se encuentren.
HETEROTERMOS:
producen diferentes grados de calor, pero no regulan su temperatura corporal.
TEMPORALES: su temperatura varia con el tiempo.
REGIONALES: consiguen calor mediante los musculos.
MECANISMOS DE LOS ANIMALES PARA ADAPTARSE AL FRÍO IEN
DOTERMIA
•Se produce calor a partir del metabolismo del propio animal.Métodos:•-Contracción rápida muscular.•-Tejido adiposo.•-Pelaje en los mamíferos.•-Circulación contra corriente.
ECTOTER
MIA
•La fuente de calor es el sol,porque son incapaces de producir calor por ellos mismos.Métodos:•-Aumento capacidad enzimática.•-Presentan isoenzimas de calor.•-Aumentan la capacidad de enzimas.
MECANISMOS DE LOS ANIMALES PARA ADAPTARSE AL FRÍO II
HETEROTERMIA:método
intermedio entre los dos anteriores.
¿A qué temperatura se produce?
- Se produce por debajo de los 0ºC.
¿Cómo se produce?- Cuando el agua de
los seres vivos empieza a congelarse,se forma hielo en los espacios intercelulares.
Peligros:- Sobrefusión- Daños celulares- Daños en las conexiones extracelulares
- Trastornos metabólicos
CONGELACIÓN EN LOS
ANIMALES I
Tejido adiposo:- Sus lípidos se consumen
para generar calor.- Tiene proteínas
desacoplantes mitocondrias que generan el calor gastando poco ATP.
ADAPTACIONES AL FRÍO DE LOS HOMEOTERMOS III
Hibernación:- Refugio de algunos animales en sus
madrigueras cuando llega el frío para resguardarse del frío.
ADAPTACIONES AL FRÍO EXTREMO
ECTODERMOS
Algunos animales tienen que soportar temperaturas extremas tanto de manera estacional como diaria.
El agua pura se congela a 0°C pero este punto puede bajar al aumentar la presión osmótica en los fluidos corporales súperenfriamiento
Peces producen agentes anticongelantes que les permiten sobrevivir en condiciones de frío alrededor bajo cero. Pueden ser glicoproteínas y ciertos polipéptidos de bajo peso molecular.
Lagartijas de altura expuestas a temperaturas de congelación por las noches
mantienen concentraciones osmóticas altas súperenfriarse
Los anfibios: salamandras, sapos y ranas acuáticas en estaciones muy frías se entierran profundamente en el suelo o hibernan en el lodo en el fondo de lagunas
Anfibios hibernan cerca dela superficie y se congelan resisten el congelamiento. Hasta 48% de hielo en el cuerpo El hielo no se forma en el citoplasma celular por polipéptidos
de bajo peso molecular. Anfibio s congelados no se mueven, no respiran, sus latidos
son excesivamente bajos o cesan, no hay circulación. Las células se mantienen vivas por metabolismo anaerobio.
eNDoDermos
La mayor cantidad de energía metabólica en aves y mamíferos se destina a mantenerse calientes
Ambientes acuáticos
Frío más estresante •Conductividad del agua
Se pierde entre 50 a 100 veces más calor moviéndose en el agua que a la misma velocidad en el aire
Dos posibles estrategias: disminuyendo la pérdida o aumentando la producción
de calor
Aumentar la
producción
Aumento de
energía
ingerida
Productividad de páramo y polar
es baja
El pelo aislante mantiene una capa de aire no circulante entre la piel y el medio externo.
El pelo pierde su capacidad aislante en contacto con el agua porque el agua desplaza al aire
Aire
Aislante en agua grasa
Se acumula bajo la piel formando un gradiente térmico entre la temperatura corporal y la de la piel que es prácticamente igual que la temperatura del agua en el ambiente
Agua
Las extremidades de ciertos mamíferos pueden funcionar hasta temperaturas muy cercanas al punto de congelación para evitar ser un foco de pérdida de temperatura.
Para aumentar el calor corporal un endodermo puede aumentar sus movimientos musculares sin locomoción (tiritar) o la oxidación de depósitos de grasa
O hipotermia adaptativa ayuda a racionar energía y agua perdiendo las ventajas de la endotermia, en situaciones críticas.
La temperatura corporal baja drásticamente (hasta muy poco por sobre el punto de congelamiento).
El metabolismo oxidativo se reduce a 1/20 del normal. La respiración se reduce hasta a 1/minuto. Pulso se reduce a menos del 10% y la sangre no llega a los tejidos periféricos y al diafragma
no se presenta en carnívoros
TORPOR
Al finalizar el proceso el animal se calienta en unos casos con su propio metabolismo y en otros con aumento de temperatura externa
El torpor se relaciona al tamaño corporal, la marmota (5 kg) es al animal más grande que entra a torpor profundo.
Animales pequeños gastan más energía relativa para mantenerse calientes, se enfrían más rápidamente y además gastan menos energía en despertar.
Animales grandes entran en dormanciaosos.
Bajan su temperatura sólo unos 5°C y disminuyen su metabolismo sólo un 50% gran ahorro de energía
Al combinar esta dormancia con una sobrealimentación anterior que le permite tener grandes reservas de grasa, les permite a estos animales pasar todo el invierno en dormancia, a diferencia de los micromamíferos que sólo pueden pasar en torpor profundo por pocos días
Impiden el congelamiento de sus tejidos Formación de hielo destruye estructuras
muerte del animal Han desarrollado diversos mecanismos para
evitar el congelamiento
Estrategias
Mecanismos
Comportamiento
Sitios de hibernación
Donde la temperatura sea mayor al congelamiento del agua
Refugios bajo tierra
culebras ,sapos, salamandras, lagartijas, ciempiés
Bajo el agua
Tortugas, sapos, insectos
Mecanismos de defensa contra la
cristalización
Común para los microbios (nematodes del suelo) y muchos estados de descanso de animales y plantas (quistes, huevos, esporas y semillas).
Los organismos tolerantes a la desecación pueden perder hasta el 99% de su agua original, lo que representa el contenido de toda su agua libre. Sólo permanece el agua de las conchas o el que está formando parte de sus macromoléculas que no es posible que cristalice.
Ejemplo: embriones enquistados de camarones, que pueden almacenarse secos
por años, pero pueden hidratarse y empollar en 48 horas cuando se agrega agua.
Los quistes secos son metabólicamente inactivos ya que en ellos no queda agua libre en la que los metabolitos puedan difundir. El estrés extremo a que son sometidas estas macromoléculas y estructuras celulares por la desecación requieren de estabilización, lo que se logra en la mayoría de las veces por carbohidratos.
Manejo adecuado del agua libre
No solidifica en cristales
Forma: Vidrio amorfo
Vitrificación
Agregar
solutos
Bajan el punto
de congela
ción
Dos tipos•Azúcares de bajo peso molecular y los azúcares alcohol
•llamadas proteínas anticongelantes
Impedir el congelamiento
anticongelantes coligativos, en muy alta concentración a los líquidos del cuerpo y actúan del mismo modo, bajando el punto de congelación del aguaen peces marinos polares y en algunos insectos. desplazan el punto de congelamiento de 0.5°C a 1.9°C en los peces polares. En los insectos terrestres y otros artrópodos son más poderosas y pueden bajar a -10 o -15°C.
Mecanismos para soportar el congelamiento tolerar y controlar el proceso de congelamiento del
líquido extracelular Preservar liquido el citoplasma insectos, invertebrados marinos, o anfibios y reptiles. larvas de algunos insectos pueden permanecer
congeladas por 12 semanas y soportar una temperatura de -16°C.
Lo mismo que las cuncunas de la madera, pueden permanecer congeladas hasta temperaturas de -70°C.
Tolerancia al congelamiento
ORGANIGRAMA
Animales pluricelulares
Sistemas y aparatos
órganos
Tejidos
Conectivo
Sostén Fuerza
Elasticidad
Denso Laxo Reticular Elástico
Epitelial
Revestimiento- Transporte - Secreción -
Absorción
Simple Estratificado
Pseudoestratificado
Muscular
Esquelético Liso
Cardiaco
Movimiento
Nervioso
Síntesis de la información, comunicación
y control
Células gliales,
Neuronas
FISIOLOGÍA ANIMAL Y HOMEOSTASIS I
Animales pluricelulares
Relación fisiológica
Medio interno
Concentración salina
osmorregulacion
Temperatura
Termorregulacion
ectotermos
endotermos
Homeotermos
heterotermos -
poiquilotermos
Animales congelados y
supercongelados
estrategias que utilizan para lidiar con los problemas (desecación, frío y anoxia)
los animales disminuyen:◦ Metabolismo muy bajos mediante dos procesos
fundamentales:
Estados de interrupción metabólica
En estados de interrupción metabólica: no pueden mantener la homeostasis intracelular
el animal sobrevive por un tercer proceso◦ fortaleciendo los mecanismos de protección de las
estructuras intracelulares (ribosomas, mitocondrias, ARN mensajero, etc)
Un animal capaz de manejar su metabolismo, maneja el tiempo, extendiéndoloy escapando a él.
Es la disminución de oxígeno ambiental Varias especies mediante distintas
adaptaciones la resisten.
Animales buceadores
hipoxia
El desarrollo de sistemas que permiten la respiración sin oxígeno, llamada anaerobiosis,
Animales anaerobios facultativos” o “buenos anaerobios”
◦ eficientes al cambiar de un medio rico en oxígeno a otro pobre en el.
Conformistas.- se conforman al cambio en la cantidad de oxígeno en el ambiente disminuyendo su consumo hasta llegar a niveles mínimos, estrategia hábil.
Adaptación 1
Consiste en detener el metabolismo oxidante
El grado de detención metabólica varía en los diferentes tipos de células, tejidos y órganos
Metabolismo basal puede decrecer de 5-20 veces.
Esta adaptación es típica de ectotermos.
Adaptación 2
Entre los vertebrados endotermos sólo existen dos tipos capaces de tales estrategias:
◦ |los mamíferos marinos ◦ Las aves buceadoras.
Ambos pueden reservar su aporte de energía para mantener el requerimiento básico de los tejidos◦ consumiendo sustratos fermentables◦ minimizando la acumulación de productos de desecho
mediante una serie de mecanismos que integran el reflejo fisiológico del buceo,
◦ esto es, la reacción del organismo al momento de la inmersión, la primera línea de defensa contra la hipoxia.
Animales vertebrados
se produce apnea, bradicardia y vasoconstricción periférica.
Distribución preferente de la sangre, ◦ va a los tejidos que presentan una mayor demanda
energética◦ reducción en la tasa metabólica de los tejidos que no la
demandan.
Acumulación de productos anaeróbicos terminales◦ como el ácido láctico, el cual se utilizará durante la
recuperación posterior a la inmersión.
Efectos de Inmersión
Con esfuerzo físico la musculatura esquelética demanda mucha energía
◦requieren cierta cantidad de energía aeróbica en el músculo en movimiento.
◦energía se obtiene a partir del reservorio de glóbulos rojos que son almacenados en el bazo (al iniciarse el buceo)
diez o quince minutos de un buceo corto
◦ la cantidad de hemoglobina en la sangre aumenta hasta en 60%, ya que el bazo se contrae debido a un efecto vasoconstrictor, seguramente provocado por la hipoxia.
◦ Así, los diferentes tejidos hipofundidos sufren distintos grados
de interrupción metabólica, y el tiempo biológico se torna lento, extendiéndose de diez a veinte veces respecto del tiempo cronométrico.
Un buceo de treinta minutos es equivalente a un lapso de 1.5 a 3 minutos de vasoconstricción de estos órganos a tasas metabólicas normales.
Varios mamíferos capaces de evitar daños por bajas en la temperatura ambiental
presentan estados conductuales◦ disminución en la temperatura corporal
verdaderos maestros de la hipotermia adaptativa mantienen temperaturas por debajo de 0°C durante mas de
tres semanas No caen en una hipotermia letal
Animales hibernantes: torpor
animales que presentan estados de torpor muy profundos y regulares
Roedores Osos Murciélagos
Presentan ritmos endógenos anuales de reproducción, engorde e hibernación. El ciclo comienza en la primavera
◦ apareamiento, la gestación y el nacimiento de las crías quienes engordan surante invierno para resistir la hibernación.
En el otoño◦ construyen túneles bajo tierra y permanecen en ellos hasta la primavera sin comer ni beber,
protegiéndose de la lluvia y la nieve◦ mas no permanecen estáticos, ya que presentan ciclos con fases de torpor y despertar.
La estación de hibernación comprende una serie de brotes de torpor ◦ duración de entre una y tres semanas◦ alcanzan temperaturas muy cercanas a las del ambiente (menores de 0 °C).
Estos periodos de hipotermia alternan con periodos de recalentamiento ◦ veinticuatro horas, ◦ alcanzan temperaturas de 37°C, y se consume una gran cantidad de energía.
En estos estados tórpidos◦ temperatura como el consumo de oxígeno y la tasa metabólica decrecen enormemente; ◦ la frecuencia cardiaca en una ardilla tórpida puede decrecer de ciento sesenta y cinco a veinte
latidos por minuto.
Roedores
El metabolismo de un animal hibernador se puede dividir en tres fases:
entrada,
• dura alrededor de veinte horas
el torpor
• dura de unos días a un mes,
el despertar,
• dura alrededor de dos horas y recalienta.
En un roedor la entrada en torpor representa alrededor de 13% del costo energético de la hibernación,
pero la salida puede representar un costo mayor.
Ardilla: ◦ hibernación representa una ventaja, ◦ interrupción metabólica le permite sobrevivir
durante la privación alimentaria del invierno mediante sus reservas de grasas y carbohidratos;
las ventajas no son tan claras adopta estrategias similares a las de los
roedores◦ sus reservas grasas aumentan en el otoño◦ su metabolismo se deprime durante el torpor, ◦ Los ácidos grasos y los cuerpos cetónicos
constituyen el combustible metabólico durante el periodo de hibernación.
OSOS
Reducción metabólica de entre 15 y 30% permite conservar una tasa metabólica
baja, sin el costo energético que representa el despertar,
conservan grasas y las proteínas activan al ciclo de la urea (100% eficiente:
casi suprime pérdida de nitrógeno) escapan al tiempo biológico y lo extienden en forma indefinida →convirtiéndose en
animales atemporales.
OSOS
Animales congelados y supercongelados
Climas templados o polares
dos estrategias para sobrevivir estas temperaturas:
INSECTOS TERRESTRES
◦ 1) activar mecanismos que les permiten evitar el frío de congelación,
◦ 2) o helarse y vivir en estado de congelación.
depresión del punto de supercongelación de los líquidos corporales;
eliminación de posibles sitios de formación de hielo, que es nucleación,
acumulación de crioprotectores (alcoholes polihídricos)
mantenimiento de proteínas anticongelantes en la hemolinfa.
1) Estrategias para resistir el frio extremo
son capaces de sintetizar sustancias anticongelantes :◦ polioles: el glicerol, el sorbitol y el manitol,◦ agentes nucleantes: polipéptidos y los glicopéptidos.◦ son los productos finales del metabolismo inmediatamente
antes de que el animal entre en suspensión metabólica. congelación
◦ se deprime el metabolismo en forma severa◦ consumo de oxígeno cae a menos de 1% de la tasa normal.◦ La síntesis de polioles cesa ◦ producción de energía oxidante cae◦ producción de energía glicolítica continúa (producción de
lactato.)
2) Estado de congelación
Si animal se congela a -18°C◦ procesos metabólicos para auto congelarse no
serían posibles.◦ la rápida formación de cristales de hielo rompería
las membranas celulares, ◦ la congelación se extendería al compartimiento
intracelular
agentes nucleantes ◦ minimizan el riesgo de la congelación, ◦ Suben hacia cero la temperatura a la que se lleva
a cabo este proceso.
¿Como se congelan?
síntesis controlada de agentes nucleantes◦ controlan la formación del hielo, ◦ Produciéndose una congelación lenta y controlada
Acción de los polioles ◦ Mantenienen el balance hídrico y osmótico
¿Cómo se congelan ?
se produce la interrupción del metabolismo,
una sola molécula de sustrato puede mantener un insecto totalmente helado durante cien veces más de tiempo que a un insecto normotérmico
es decir, que la duración del tiempo biológico aumenta en dos o más órdenes de magnitud.
Una vez congelados
Prácticamente nada ◦ no respira◦ corazón no late◦ Corazón e hígado son casi blancos-carecen de
flujo sanguíneo,◦ sangre congelada se acumula en los grandes
vasos cercanos al corazón.
no parece haber flujo de oxígeno ni de sustratos.
¿Cuánta actividad metabólica hay en una rana congelada?
En este estado animal obtiene oxígeno por:◦ medio de la vía cutánea, ◦ través de la piel
la rana obtiene únicamente 1% delo normal.
mediante la fermentación anaeróbica de las reservas de glucógeno, ◦ se produce lactato
y consumo de las reservas de fosfátenos y adenilatociclasa.
¿Cómo pueden entoncesobtener la energía estas especies?
Influencia de la aclimatación en la tolerancia a altas temperaturas
del chanchito de la humedad Porcellio laevis
Los isópodos terrestres incluyen cerca de 3600 especies de microcrustáceos adaptados a la vida en el suelo, y que exhiben adaptaciones morfológicas, fisiológicas y de comportamiento.
Porcellio laevis Latreille, 1804 conocido como “cochinilla de la humedad” o “chanchito de la humedad”, es un isópodo nocturno
Dependiendo de la aclimatación recibida, el animal respondió mejor al cambio de temperatura.
La tolerancia a altas temperaturas fue mejor en una aclimatación a altas temperaturas
Inclusive se puede aumentar la tolerancia a las temperaturas extremas letales dependiendo del tiempo y temperatura a la que se aclimaten
ADAPTACIONES DE LOS ANIMALESA LAS TEMPERATURAS EXTREMAS
¿Cuáles son los grandes biomas en los que se dan las temperaturas extremas?
TUNDRA
Es el más frío de todos los cinco biomas del mundo. El terreno está siempre congelado y existen muy pocas plantas Hay dos tipos diferentes de tundra: ártica y alpina. Lobos, lemmings, caribúes, alces, osos polares, búhos de la nieve, gansos, venados,
cabras montañesas y varias especies de oveja viven todos en el bioma de la tundra
La tundra ártica
◦ En el ártico el suelo se encuentra siempre congelado, por lo que grandes extensiones de agua se forman encima del suelo. Las tundras árticas se localizan en el hemisferio norte.
La tundra alpina
◦ Las temperaturas pueden llegar al punto de congelamiento (el suelo es aún permeable)◦ Se localizan en montañas por todo el mundo en altitudes que los árboles no pueden crecer.
DESIERTO Las temperaturas son generalmente altas Las noches pueden ser frías (la variación diaria de la temperatura es más
extrema en los climas secos) Baja precipitación Se forma donde las masas de aire han perdido la mayor parte de su vapor
de o donde una masa terrestre caliente se encuentra próxima a un océano frío
Los animales de desierto exhiben muchas adaptaciones fisiológicas y anatómicas a la sequía, incluyendo la capacidad de sobrevivir sin beber agua (su agua metabólica la obtienen totalmente de las plantas).
Especies solamente son activas durante las noches (o, para las especies diurnas, temprano y tarde en el día)
Coloración críptica Ectotérmicos diurnos son de colores pálidos para reflejar la luz solar y
evitar el sobrecalentamiento.
¿Entre qué valores de temperatura se puede dar la vida?
La vida se puede dar entre los -30ºC y los 60ºC. Hay vida tanto en climas extremos en los cuales la
temperatura es demasiado bajas como en los fondos marinos y tundras como en temperaturas muy altas como en desiertos e incluso laderas volcánicas con bacterias termófilas.
¿Cuáles son los mecanismos de pérdida de calor ?
Los mecanismos de pérdida de calor son◦ Conducción.- es el flujo de calor por gradiente.
El fundamento físico es la transferencia de energía calorífica entre moléculas. Es la transferencia de calor por contacto con el aire, la ropa, el agua, u otros objetos.
◦ Convección.- Este proceso, que ocurre en todo fluido, hace que el aire caliente ascienda y sea reemplazado por aire más frío. Así se pierde el 12% del calor.
◦ Radiación.- es la propagación de energía a través del espacio vacío, sin requerir presencia de materia. Como todo cuerpo con temperatura mayor que 26,5 °C, los seres vivos también irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagnéticas. Es el proceso en que más se pierde calor: el 60%.
◦ Evaporación.- Se pierde así el 22% del calor corporal, mediante el sudor, debido a que el agua tiene un elevado calor específico, y para evaporarse necesita absorber calor, y lo toma del cuerpo, el cual se enfría. Una corriente de aire que reemplace el aire húmedo por el aire seco, aumenta la evaporación. Para que se evapore 1 g de sudor de la superficie de la piel se requieren aproximadamente 0,58 kcal las cuales se obtienen del tejido cutáneo, con lo que la piel se enfría y consecuentemente el organismo.
La evaporación de agua en el organismo se produce por los siguientes mecanismos:
- Evaporación insensible o perspiración: se realiza en todo momento y a través de los poros de la piel, siempre que la humedad del aire sea inferior al 100%. También se pierde agua a través de las vías respiratorias.
- Evaporación superficial: formación del sudor por parte de las glándulas sudoríparas, que están distribuidas por todo el cuerpo, pero especialmente en la frente, palmas de manos, pies, zona axilar y púbica.
Estos animales son capaces de mantener temperaturas corporales estables, con cierta independencia de las ambientales y controlan la pérdida de calor.
¿Qué caracteriza a los animales homeotermos?
Su temperatura varía según el medio en el que encuentren.
.¿Cuál es la característica principal de los animales poiquilotermos?
Tienen diferentes grados de producción de calor, pero no regulan su temperatura corporal. Hay dos tipos:
¿Qué caracteriza a los heterotermos?
Heterotermos temporales.- la variación de calor se produce a lo largo del tiempo.
Heterotermos regionales.- Mantienen tan solo una parte del cuerpo con una temperatura constante, mientras que otra parte del cuerpo será
dependiente del ambiente.
Estos mecanismos son:.
¿Cuáles son los mecanismos de adaptación de los animales al frío?
Ectotermia.- se refiere a criaturas que controlan la temperatura corporal por medios exteriores .
Endotermia.- controlar la temperatura corporal mediante actividad interna, como tiritar, quemar grasas y jadear.
Heterotermia.- control de temperatura mediante una actividad interna y externa
La regla de Bergman dice que dentro de una misma especie, las tallas más grandes se dan en las zonas frías.
La regla de Allen se refiere a que las extremidades de los animales que viven en lugares fríos, son más pequeñas.
¿Qué dice la regla de Bergman?¿Y la de Allen?
El hipotálamo se activa gracias a: la circulación cutánea, la contracción muscular, la piloerección y el aumento del metabolismo.
¿Porqué se activa el hipotálamo?
Su aislamiento se debe a las acumulaciones de grasa debajo de la piel, la acumulación de aire en los pelos de la piel, y gracias a las plumas.
¿Cuál es el aislamiento al exterior de los homeotermos?
Estos mecanismos son: las pérdidas de calor y agua por el pulmón, la evaporación del agua en el cuerpo, la sudoración y el jadeo.
¿Cuáles son los mecanismos de adaptación de los animales al calor?
Organismos vivos que pueden soportar condiciones extremas de temperatura relativamente altas, por encima de los 45ºC, o relativamente bajas. Es un subtipo de vida extremófila. Muchos termófilos pertenecen al dominio Archaea.
¿Cómo se llaman los organismos que pueden vivir a temperaturas superiores a los 60ºC?
INTERRELACIÓN DE LOS ORGANISMOS CON SU MEDIO
Individuo
Alimentos
Humedad
Luz Temperatura
Refugios
Otros individuo
s
Medio ambiente
Condiciones
• Características físico químicas del ambiente que determinan donde puede vivir un individuo: sobrevivir, crecer o reproducirse
• Humedad, luz, temperatura
Recursos
• Son las cosas que los organismos consumen para poder sobrevivir, crecer o reproducirse. El uso por un organismo los hace indisponibles para los otros.
• Alimentos, luz, refugios
Homeostasis: mantenimiento de un
medio interno cte.Monitoreo, regulación
Condición ambiental
Puede fluctuar
IndividuoMedio interno
constante
Control de la
homeostasis
Ejemplo:regulación de la osmolaridad en el hombre
Constancia del medio interno
Independencia del medio externo
Unicelulares<
Insectos, anfibios, reptiles
Mamíferos, aves
>
El ambiente puede ser heterogéneo en cuanto a las condiciones y recursos
• Distinta intensidad• Distinta disponibilidad
Individuos
• Tienen un tango de tolerancia• Pueden diferir en su tolerancia
Rango de tolerancia: rango de intensidades de una condición o un recurso donde los individuos de una especie pueden al menos sobrevivir.
Nicho ecológico de la especie: rangos de las condiciones y recursos, espacio multidimensional donde se puede mantener una población viable.
El nicho ecológico es afectado por las interacciones
Condiciones: factores del medio ambiente que influyen el desenvolvimiento de los individuos
No son consumidas
Pueden ser modificadas por los
organismos(comportamiento)
Temperatura, pH, salinidad
Corto plazo;
sobre los individu
os
•Comportamiento•Supervivencia•Crecimiento •Reproducción
Largo plazo;
sobre la especie
•Cambios evolutivos
El medio ambiente funciona como “molde” Si el ambiente no cambia, luego de una extinción masiva volverán a aparecer las mismas especies
Las necesidades impuestas por el medio producen cambios heredables en los individuos Los individuos van adquiriendo características “útiles” para el medio en que viven, durante la ontogenia y a lo largo de generaciones
El ambiente “selecciona” aquéllos individuos con las características más adecuadas
A lo largo de generaciones va aumentando la proporción de individuos con características útiles
Relación de los organismos con
el medio
En una población no todos los individuos son iguales. Las diferencias pueden causar diferente supervivencia, reproducción o crecimiento
Al menos parte de las diferencias son heredables, tienen base genética. Sobreviven y tienen más hijos los que tienen mejores características que los otros.
A lo largo de las generaciones, si el ambiente no cambia, va aumentando la proporción de los que muestran mayor supervivencia y reproducción. Aumenta la proporción de verdes claros
Fitness de un individuo o de un genotipo: Contribución relativa de descendientes a las futuras generaciones.
Favorabilidad del ambiente: fitness promedio de los individuos que lo habitan
Fitness
especie verde > que especie negra en A
Favorabilidad
Ambiente A > ambiente B
Cambio del ambiente
con el tiempo
Cambios estacional
es
Tolerancia
Evitamiento
Ambiente:Espacialmente heterogéneoCambia con el tiempo
Norma de reacción
Distinción entre ecotipos y normas de reacción
Respuestas adaptativas frente a condiciones extremas
Fisiológicas
Funcionamiento de riñones
Uso de agua metabólica
Grasa parda
Mecanismos contra corriente
Hibernación y torpor
Morfológicas
Pelaje
Depósitos de grasa
Forma corporal
Tamaño corporal
Tamaño extremidades
Respuestas comportamentales
Comportamiento social
Uso de cuevas
AsolearseMovimientos
Migraciones
Intensidad
Duración
Distribución en tiempo
Del organismo
Aclimatación Aclimatizaciónrespuesta a condiciones de altura, con baja
presión de oxígeno: mayor número de
glóbulos rojos.
cambios metabólicos asociados a la
variación en las condiciones del
medio
aclimatación de plantas en
invernaderos, insectos en
laboratorios de cría
cambios metabólicos asociados a las
variaciones en las condiciones del
medio en laboratorio
El rango de tolerancia puede cambiar de acuerdo a las condiciones a las que estuvo sometido un individuo. Si se somete a un individuo a temperaturas cada vez más bajas en forma gradual, puede desplazar su respuesta hacia la parte inferior de la escala.
Las condiciones pueden actuar como ESTÍMULO o INDICADORES de cambios que se avecinan en el ambiente.
Acortamiento de días
Migración
de aves
Lluvias
Germinació
n de plantas
Las condiciones pueden afectar las relaciones entre individuos
Especie A Especie Bdesenvolvimiento
Intensidad de la condición
Respuestas frente a condiciones extremas
TOLERANCIA
el organismo se mantiene con menor desenvolvimiento
Los mamíferos interrumpen la reproducción y su actividad.
ESPECIALIZACIÓN
Existen adaptaciones particulares.
bacterias termófilas, peces de agua salada, roedores de salinas, plantas de desiertos
EVITAMIENTO
Los organismos evitan determinadas condiciones.
Migración
Ectotermos
Dependen de fuentes externas de calor
Pueden controlar su temperatura corporal hasta cierto límite
Cambiando la insolación, Cambiando la actividad, Usando cuevas,
Presentando estacionalidad en el ciclo
Capacidad de generar calor
Ectotermos
Endotermos
Poiquilotermos
su temperatura varía con la del
ambiente
Grado de variación de la temperatura
Respuesta metabólica frente a la temperatura
Ectotermos
Grado- día: los ectotermos necesitan una combinación de tiempo y temperatura para su desarrollo
Ejemplo: Un saltamontes necesita para la eclosión de los huevos 17.5 días a 20 ° C, pero 5 días a 30 ° C
05
101520253035404550
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Temperatura ambiente
Gasto metabólico temperatura corporal
Endotermos
Efectos de temperaturasAltas
desnaturalización de proteínas
desbalance de procesos (por ej. Respiración y fotosíntesis)
deshidratación
Recursos
Son consumi
dos
Generan compete
ncia
Se caracterizan
por su abundancia y disponibilidad
Proveen energía para las funciones
vitales
Proveen materiales para
construir las estructuras de
los seres vivos.
Satisfacen otras necesidades,
como refugios, sitios de
nidificación
Así como hay rangos de tolerancia para las condiciones, hay rangos de recursos dentro de los cuales los organismos pueden desarrollarse
Variedad de ítems consumidos
Especialistas o monófagos
consumen un único tipo de alimento
Oligófagos
consumen poca variedad de alimentos
Polífagos o generalistas
consumen una gran variedad de alimentos
Relación entre consumo y disponibilidad
Oportunistas
consumen en la misma proporción en que está en el
ambiente
Consumo= disponibilid
ad
Selectivos
consumen en distinta proporción a la que está en el
ambiente.
Consumo ≠ disponibilid
ad
EFECTO DEL STRESS CALÓRICO SOBRE
EL GANADO LECHERO
Zona de confort del ganadoSe lo define como una zona con un rango de temperatura, dentro de la cual el animal puede estar sin que sea necesario activar sus mecanismos de autorregulación térmica.
Mecanismos de termorregulación
• El animal experimenta un aumento de su respiración y vaporización, principales mecanismos de disipación calórica de los bovinos
Stress calórico
• Falla en los sistemas de termorregulación aumentándose así la temperatura rectal del animal, disminución del consumo de alimento, disminución de la producción de leche con un cambio en la composición de la misma y en ganado de carne, posiblemente pérdida de peso que conlleva a retardos en el crecimiento.
•Animales de clima templado
Bos taurus
•Animales de clima tropicalBos indicus
Bovino expuesto a altas
temperaturas
Aumento del ritmo
respiratorio
Aumento de la temperatura
corporal
Aumenta la ventilación de las vías por las que
pasa el aire
favorece la evaporación de esas superficies
húmedas entre las que figuran, lengua, boca y
vías nasales
Se enfría la sangre que fluye por las mismas.
Efecto sobre los hábitos de pastoreo
Efecto sobre la nutrición
Efectos sobre el crecimiento
Efectos sobre la producción
Efecto sobre la fertilidad
Efectos del stress calórico
Efecto sobre los hábitos
de pastoreoEn medios térmicos elevados los bovinos tienden a reducir su producción de calor mediante anorexia voluntaria
Al pastar menos, reducen tanto el consumo de alimentos (la fermentación a nivel ruminal y la digestión generan calor) así como la actividad muscular desplegada en la búsqueda de los mismos
Cambian hábitos de pastoreo, realizando éste en horas de la noche donde las temperaturas son más frescas
Este efecto de la radiación solar en la conducta del pastoreo sobre los bovinos es importante pues indica la necesidad de suministrar buen pasto nocturno a los animales que tienen que soportar temperaturas diurnas de 27°C o más, o suministrarles potreros con sombras (preferiblemente naturales de árboles) en el caso que la variación de temperatura entre el día y la noche sea inferior a 11°C.
Efecto sobre la nutrición
•Como disminuye el pastoreo, disminuye la nutrición
•La vaca con estrés calórico tiende a perder más saliva y minerales como sodio y potasio
•Aumenta la posibilidad de tener acidosis ruminal por el efecto de perdida de saliva .
Efectos sobre el crecimiento
altas temperaturas ambientales , disminuyen el
apetito
reducen la ingestión de alimentos y
horas de pastoreo
Animal se ve afectado indirectamente en cuanto
a crecimiento por no cubrir sus requerimientos
nutricionales.
Temperatura rectal
Respiración
Peso del animal y la tasa de crecimiento
Becerros de los animales de origen
tropical son más pequeños y con una tasa de crecimiento
menor que los becerros de los
animales de origen templado
Si los animales de origen templado nacen en clima
tropical su tamaño es más pequeño que el de sus homólogos en
condiciones tropicales y su tasa
de crecimiento menor.
Temperatura ( C)10 C 27 C
3 meses 12 meses 3 meses 12 mesesSta. Gertrudis 93 343 89 313Brahman 88 286 90 298Shorthorn 67 299 61 209Jersey 66 220 57 217Pardo Suizo 74 326 89 334Holstein 104 360 95 326
Efecto en el peso (kg) de algunas razas a la edad de 3 y 12 meses a diferentes temperaturas ( C)
Fuente: McDowell, 1972.
Efectos sobre la producción
altas temperaturas ambientales , disminuyen el
apetito
reducen la ingestión de alimentos y
horas de pastoreo
Afecta la producción y composición de la
leche
Los rendimientos lácteos disminuyen de un 50 a un 75% a temperaturas superiores a 26,5°C con vacas Holstein y superiores a 29,5°C con vacas Jersey y Pardo Suizo. No se notan efectos negativos en vacas Brahman a temperaturas del orden de los 32°C. La temperatura crítica para el descenso en la producción láctea radica entre 21 y 26,5°C para las vacas Holstein y Jersey, y entre 29,5 y 32°C para las vacas Pardo Suizo.
Temperatura
Temperatura óptima para el
rendimiento lácteo de las razas
templadas de bovinos entre 10 y
15,5°C.
Temperaturas tan bajas como 0°C apenas
tienen efectos sobre la producción láctea en
tanto que temperaturas superiores a 15,5°C
afectan adversamente el rendimiento lácteo.
Disminuye el rendimiento en grasa y disminuye la proporción de los ácidos grasos de
cadena corta, sin embargo el Palmítico y
Esteárico aumentan. Los sólidos no grasos
también disminuyen.
Efecto sobre la fertilidadLa temperatura afecta la reproducción en vacas notablemente, pudiendo bajar de 75% a 10% en la eficiencia reproductiva del rebaño. El principal problema es la implantación del embrión
Vaca
con stress
calórico
Presenta
vasodilatación
periférica, para
disipar
calor
Aporte
sanguíneo a
los órgan
os como
el útero disminuye.
Cualquier tipo de stress determina liberación de Prostaglandinas y entre ellas la PgF2 la cual tiene efecto luteolitico y agrava más el cuadro de infertilidad.
Hipertermia
crónica
Disminuye el peso al
nacer de los becerros
Prolonga el curso del parto natural lo cual puede resultar
en becerros de viabilidad sub-
óptima
Reduce en forma notoria
la tasa de concepción
Disminuye la cantidad y calidad del eyaculado
Incrementa la mortalidad embrionaria.
Los machos también son afectados en su eficiencia reproductiva por el efecto de stress calórico. Aunque bovinos, caprinos, ovinos y bufalinos tienen mecanismos de disipar calor en el escroto, a medida que aumenta la temperatura ambiental se ve disminuida la espermatogénesis, y aumenta el porcentaje de atipias y de espermatozoides muertos.
Estación Excelente Bueno Deficiente TotalCaliente y Húmedo 136 62 26 224Frío y seco 200 28 12 240Total 336 90 38 464
Fuente: Sing et al., 2000.
Excelente: Toros que montaron con erección total del pene y eyaculación completa.Bueno: Toros que montaron con erección total del pene, pero no eyacularon en el primer intento.Deficiente: Toros que no montaron con o sin interés sexual.
Efecto sobre la libido en mestizos Holstein.
Estrategias para
minimizar el efecto
del estrés calórico
En áreas cálidas como en el trópico donde la temperatura promedio es de 27-28°C, el animal tiene que disipar calor activando sus mecanismos de termorregulación como son:
Radiación
• Está en relación con la superficie del animal y depende de la postura del animal; si está encogido, pierde menos calor que si está estirado. Este mecanismo no es muy importante.
Convección
• Se transmite el calor a otro cuerpo distante sin necesidad de calentar el medio que los separa; también depende de la postura del animal y la velocidad del aire.
Conducción
• Aquí hay pérdida de calor al entrar en contacto la superficie del animal con una superficie fría dependiendo entonces del área de contacto del animal, la diferencia entre temperaturas y el tiempo que está el animal en contacto.
Evaporación
• Potencialmente, la evaporación del agua es el medio más importante de disipación térmica. A 33°C un gramo de agua, gasta al evaporarse aproximadamente 580 calorías. La evaporación del agua desde la piel y la superficie respiratoria da cuenta de la mayor parte del calor perdido por el animal.
Polypnea
•disipación térmica aumenta al incrementar la vaporización de la humedad de las vías respiratorias
Trasudación térmic
a
•de la humedad a través de la piel
Reducción de la
producción
térmica
•mediante la anorexia voluntaria
Para tener un manejo eficiente en condiciones de áreas cálidas, se debe garantizar a los animales instalaciones adecuadas para facilitar que los mecanismos de disipación térmica funcionen como tal.
Asegurar sombra a los animales, puesto que un m2 de superficie recibe 663 kcal/hora de los cuales 50% provienen directamente del
sol, 43% provienen del reflejo del suelo y 7% provienen del horizonte (calor que recibe el animal del medio ambiente que lo rodea)
El techo es importante que esté alto (4 m en su parte más baja y con caballete) para permitir el movimiento del aire. Si el movimiento del aire
es menor de 10 km./hora no se remueve el aire alrededor del animal y se produce la crisis
térmica; lo ideal está entre 10-30 km./hora.
El baño del bovino debe ser de gota gruesa y debe mojar completamente la
piel del mismo. La ventilación no "refresca" al animal sino que lo seca, por
lo cual favorece la evotranspiración a través de la piel.
En cuanto al manejo del rebaño en áreas cálidas; se deben usar las horas más frescas para el ordeño y para que los animales pastoreen, pues si el ordeño empieza tarde, los animales salen a pastorear a las horas más calurosas y activan sus mecanismos de termorregulación como es la anorexia voluntaria. Las vacas tienden a comer las dos terceras partes del consumo total en las horas más frescas del día.
En el caso de animales estabulados donde hay que suministrarles su alimentación es preferible dividir la ración total en el mayor numero de veces al día, obteniendo un mejor aprovechamiento de la ración, el animal no desperdicia tanto ya que cuando se le suministra de una sola vez una gran cantidad de pasto picado o ensilaje la temperatura aumenta en el fondo del montón lo cual hace que el animal lo rechace. Por supuesto una fuente adecuada de agua fresca y limpia es necesaria. Todos los potreros y corrales deben tener bebederos con tamaño y agua suficiente para que el 20% de los animales del rebaño beban al mismo tiempo. Además es conveniente aumentar a 1.5% el potasio, 0.4% el sodio, 0.5% el magnesio y 0.75% de bicarbonato de sodio en la ración total ya que estos minerales se pierden con mayor facilidad en caso de estrés calórico.
Criterio de selección del cruzamiento entre animales
Bos taurus X Bos índicus
La alta producción de leche o ganancia diaria de peso es superior en animales Bos taurus pero tienen una zona de confort con temperaturas más bajas y por lo tanto en medio tropical, tienen que activar sus mecanismos de termorregulación para disipar calor, por lo cual se ven afectados por la anorexia voluntaria, disminución del pastoreo, problemas de fertilidad y baja en la producción. Por el contrario los animales de origen Bos índicus son más resistentes a climas tropicales y su zona de confort es más elevada por lo cual no tendrán que activar sus mecanismos de disipación de calor o si los activan serán suficientes para que el animal se desarrolle y produzca en forma normal, aunque sus producciones no serán tan elevadas como las de los bovinos Bos taurus en su zona de confort.
•Seleccionar animales grandes de elevada amplitud torácica que permite una capacidad respiratoria elevada lo cual va a permitir una elevada evaporación que es el
principal método de disipación calórica de los bovinos.
•Seleccionar animales grandes de elevada amplitud abdominal que permite una capacidad ruminal y digestiva mayor, con lo cual se favorece el consumo de grandes cantidades de forrajes toscos, los cuales tienen la característica de generar gran cantidad de calor en su digestión.
•Seleccionar animales pigmentados principalmente, pero de pelaje claro, ya que los animales pigmentados están más protegidos a los rayos ultravioletas dañinos del sol que los no pigmentados. Y los animales de pelaje claro absorben menos radiaciones ultravioletas. Un ejemplo de esto son los bovinos de la raza Carora.
PROTECCION FRENTE AL ENFRIAMIENTO INTENSO POR
ANTICONGELANTES NATURALES
MODELO EX -VIVODE PRESERVACION DE PULMON DE
RATA
El enfriamiento del órgano es el método utilizado para aumentar su tolerancia a la isquemia. Sin embargo, el enfriamiento a las temperaturas precisas para atenuar la lesión isquémica es causa de lesión por sí mismo
Lesión de Pulmón por enfriamiento
Mecanismos de lesión por enfriamiento.
El enfriamiento
provoca un enlentecimiento general del metabolismo
La mayoría de las encimas de animales homeotermos muestran una disminución de su actividad a la mitad por cada 10 ᵒC de descenso de la temperatura
Enfriamiento produce el efecto deseado de disminuir
Las necesidades celulares de energía
ATP
aumentando de ese modo la tolerancia del órgano a la isquemia
Por el enfriamiento
Se enlentece pero no detiene el metabolismo
Enlentece el metabolismo de forma no selectiva
Durante preservación pulmonar fría, se ha demostrado consumo de O² y eliminación de CO² que se origina en el ciclo de Krebs, incluso a temperaturas tan bajas como 10ºC
Interrumpe los mecanismos de inhibición selectiva que la célula despliega frente a la Hipoxia.
Se enlentece la producción de ATP
Inhibición de la fosforilación oxidativa, mediada por la entrada de Ca++ en la mitocondria
La eficiencia de la bomba de Na+/K+ queda reducida
Por el enfriamiento
El cambio de fase del agua líquida a sólida puede ser lesivo
Limitación de las encimas de la glucólisisanaerobia
Se inhibe la síntesis proteica
Mecanismos normales de regeneración y reparación celular estarán también limitados
A nivel del citoplasma
A nivel de las membranas y/o del citoesqueleto
La formación de cristales de hielo se inicia a los 4ºC
Causa de rigidez de las estructuras celulares y secundariamente de lesión
Podría dar lugar a roturas o desgarros de la membrana citoplásmica, nuclear o de las organelas intracitoplasmáticas
Mecanismos metabólicos de adaptación al enfriamiento
Mecanismos de adaptación metabólica al frío ambiental intenso
Temperaturas ambientales que pueden llegar incluso a ser inferiores a la temperatura de congelación del agua
Han sido estudiadas en
Insectos
Batracios
Animales que adquieren siempre la temperatura ambiental
Carecen de mecanismos fisiológicos de homeotermia, es decir, conservación de la temperatura interna
Mecanismos desarrollados solamente por mamíferos y aves.
www.venezuelatuya.com/natura/imagenes/012sapo.jpg
web.educastur.princast.es/.../insectos1.jpg
http://www.elpais.com/recorte.php?xref=20060730elpdmgrep_2&id=SCO200&type=Ies&img=Colostethus_ruthveni.jpg
Algunos insectos y batracios
capaces de sobrevivir a una situación de frío ambiental tan intensamente crítica que es en apariencia incompatible con la vida
El cuerpo de estos animales puede llegar incluso a congelarse
El cambio metabólico básico es que los animales se hacen intensamente diabéticosGrandes cantidades de
glucosa, cuerpos cetónicos y polialcoholes son vertidos a la sangre (batracios) o hemolinfa (insectos)
Concentraciones que alcanzan incluso los 3,000 mMol/litro
Esta situación de hiperosmolaridad les haceresistentes a la congelación por descenso crioscópico del punto de congelación de sus líquidos internos
www.patricio00.com/post/imagenes/sapito380.jpg
Estos mecanismos de defensa frente al frío intenso
son
extremadamente sutiles
La glucosa
Permanece básicamente fuera de las células
Hace las veces de impermeante
retiene agua en el espacio extracelular
Intentando evitar la ingurgitación celular que se sigue de la inhibición de la bomba Na+/K+.
Los cuerpos cetónicos y los alcoholes
Pueden atravesar libremente las membranas lipídicas
Pueden distribuirse uniformemente porambos espacios intra y extracelular
incrementan la osmolaridad simultáneamente y por igual intensidad en ambos espacios
Sin provocar cambios secundarios de arrastre de agua y/o electrólitos por gradiente osmótico y/o eléctrico
Diferencia Importante
Preservación de órganos por enfriamientoSe realiza mediante
perfusión fría del órgano por vía vascular
Consigue un enfriamiento rápido o casi inmediato del mismo
No hay tiempo de adaptación
Descensos de temperatura que sufren los animales en su medio ambiente natural
son graduales
siguen la velocidad del tiempo atmosférico
Detectan el descenso de temperatura y gozan de un margen de tiempo para modificar su situación metabólica y adaptarse a la situación crítica que se avecina
No hay en la clínica una fase de recalentamiento gradual y progresivo. El órgano preservado pasa de una temperatura extremadamente baja, de 4ºC ó 5ºC, a 36ºC sin que apenas medie tiempo alguno de “desadaptación”. El choque térmico al que el órgano es sometido es muy intenso, y podría ser lesivo
www.esi2.us.es/~ramonrd/images/princi1.jpg
Factor crítico en la preservación del órgano
La temperatura
Temperatura óptima de preservación sigue siendo objeto de discusión
Cuanto mayor sea el descenso de temperatura, menores serán las necesidades de O2 y de sustratos metabólicos para la síntesis de ATP
Los cristales de hielo empiezan a formarse por debajo de los cuatro grados centígrados
quizá sean preferiblestemperaturas algo superiores, facilitando así un mínimo, pero cierto metabolismo aerobio durante la preservación
Por una parte
Por otra parte
finalmente
óptima temperatura de preservación pulmonar
numerosos estudios
alrededor de 10ºC, entre los 8ºC y 15ºC
Evalúan que es
En cambio
es preferible realizar la perfusión a temperatura ambiente
permitir que el órgano vaya enfriándose despacio
Evitar así el choque térmico que supondría el descenso inmediato desde 37ºC a menos de 10ºC
Bibliografía Beede, D., D. Bray y R. Bucklin. 1993. Planifique su estrategia contra el calor. Venezuela Bovina. Año 7 N 23. 1993. Pp 38-39. Flemenbaum, I. 1998. Manejo de ganado lechero en climas cálidos. Curso Internacional de Ganadería Lechera intensiva en diferentes condiciones de producción. CINADCO. Israel. Flemenbaum, I. 1997. Practicas de reducción del estrés térmico. Agua y aire es todo el secreto. Agrotecnología en Israel. 1997. Hall, M. 2000. Meet the challenges of heat stress feeding. Howard`s Dairyman. May. 2000. pp 344. Harmer, J., J. Smith, M. Brouk y P. Murphy. 2000. Reducing heat stress in holding pens. Howard`s Dairyman. May. 2000. pp 66. McDowell, R. 1972. Improvement of Livestock Production in Warm Climates. W. H. Freeman and Company. San Francisco. U.E. pp.711. Mora, H. 1989. Diseño de infraestructuras lecheras en climas tropicales. Manual Practicas de la Ganadería de Leche.
http://www.google.com.ec/imgres?imgurl=http://en.academic.ru/pictures/enwiki/66/Bos_taurus_indicus.jpg&imgrefurl=http://new.taringa.net/posts/info/4032067/Ganader%25C3%25ADa.html&usg=__ayAyW38X3mz89AvWFCQ_c9ll7uI=&h=769&w=1000&sz=114&hl=es&start=2&um=1&itbs=1&tbnid=z7gTHhMmAJvOGM:&tbnh=115&tbnw=149&prev=/images%3Fq%3Dbos%2Btaurus%2By%2Bbos%2Bindicus%26um%3D1%26hl%3Des%26sa%3DN%26rlz%3D1R2ADBF_es%26tbs%3Disch:1