Transferencia de calorTransferencia de calor

Existen 4 procesos de transferencia de

calor entre 2 objetos:

• Conducción (contacto directo)• Convección (movimientos de fluidos)• Radiación (sin contacto entre objetos)• Evaporación (evaporación del agua)

Balance de los factoresBalance de los factores

• La temperatura corporal de un animal es el resultado del balance de diferentes factores:

• Qcorporal = Qproducido + (Qgastado – Qperdido)

Qtransferido

Clasificación según relaciones Clasificación según relaciones térmicastérmicas

Según la constancia o variación de la

temperatura se clasifican en

• Poiquilotermos (poikilos=cambiente). Su

temperatura corporal fluctúa con el medio.• Homeotermos (homio=similar). Mantienen su

temperatura corporal constante independientemente de la del medio.

Otras clasificacionesOtras clasificaciones

• Según la procedencia de la fuente de calor, los orgs. se dividen en:

• Ectotermos (ecto=externo). Tienen una producción de calor metabólico nula o insignificante.

• Endotermos (endo=interno). Su fuente de calor es predominantemente interna y producen calor a partir de metabolismo.

Regulación de la temperatura en Regulación de la temperatura en PoiquilotermosPoiquilotermos

• Animales Heterotermos

Son organismos cuya temperatura corporal puede sufrir cambios regionales (partes diferentes del cuerpo pueden estar a temperaturas diferentes) o cambios temporales (con variaciones según el momento del día o la estación del año).

Ejem. Murciélagos, colibríes, abejas

TermopreferendumTermopreferendum

• Los animales viven en un rango límite de temperatura.

• El franja de T en donde las funciones vitales no se ven dañadas, se le llama zona de tolerancia. Esta limitada por la T límite, por encima y abajo del TL50

• En poiquilotermos se llama termopreferendum a la zona de temperatura donde la actividad del animal es idónea.

• La T óptima es aquella en la cual los procesos bioquímicos y fisiológicos se llevan a cabo con mayor eficacia.

Control de temperatura en Control de temperatura en PoiquilotermosPoiquilotermos

Los poiquilotermos controlan la temperatura corporal mediante algunos mecanismos:

• Ajustes bioquímicos y celulares• Ajustes mediante mecanismos fisiológicos• Ajustes de comportamiento

Ajustes bioquímicos y celularesAjustes bioquímicos y celulares

1) Tolerancia a la congelación.1) Tolerancia a la congelación.

• Ejem. Ranas y moluscos intermareales.

a) En ellos se congela el líquido extracelular.

b) Se forman cristales sin afectar la

estructura interna de las células.

c) El agua intracelular sale por ósmosis al medio extracelular, quedando solo agua intracelular químicamente “atrapada” la cual no se congela y evita el choque osmótico. Glucosa + glicerol intracelular.

2) Resistencia a la congelación2) Resistencia a la congelación

• a) sobre enfriamiento. • Es la posibilidad de que los fluidos corporales

estén ligeramente por debajo de los 0o sin congelarse debido a la ausencia de cristales de agua.

• Ejem: peces árticos.

b) descenso del punto de congelación : • El punto de congelación (PC) de una

disolución (líquido corporal) es inferior al del disolvente (agua).

• El descenso del PC se da de forma coligativa (proporcional a la conc. del soluto ó de forma no coligativa.

• Los solutos más comunes en el descenso coligativo son azúcares (glucosa) y alcoholes (glicerol, sorbitol).

• En los descensos no coligativos, los solutos son glicoproteínas (anticongelantes como en peces árticos).

3) Adaptaciones enzimáticas3) Adaptaciones enzimáticas

• Se han encontrado organismos con enzimas homólogos, con valores de km diferentes según la temperatura, que consiguen optimizar la función del enzima a lo largo de un amplio rango de temperaturas.

• Existen aplicaciones comerciales para estas enzimas.

Ajustes mediante mecanismos Ajustes mediante mecanismos fisiológicosfisiológicos

1) Ajustes neuro endocrinos1) Ajustes neuro endocrinos

• Los poiquilotermos aplican diferentes respuestas fisiológicas que conjugan mecanismos neuro endocrinos para regular la ganancia o pérdida de calor corporal.

• Ejem. Iguana de Galapagos:• Al bucear: Vaso constricción periférica (evita perdida de CC por

convección con el agua)+ disminución de frecuencia cardiaca (Enlentece la disipación del calor al medio acuático).

• Para calentarse: Aproxima cuerpo al sol, vasodilata los vasos dérmicos (gana calor por conveccion del aire) + aumenta la frecuencia cardiaca (acelera la distribución de este calor).

El corazón como los vasos s. están muy inervados por el SNA. Cambios de coloración (densidad de melanocitos) son otro

ejem

2) Ajustes comportamentales2) Ajustes comportamentales

• Los cambios de comportamiento que conllevan a ganancias, pérdidas o mantenimiento de calor son frecuentes en poiquilotermos.

• Ejem. Libélula (extensión de alas y exposición de tórax al sol –heliotermia-).

• Reptiles (elevación del cuerpo respecto al suelo -tigmotermia-).

• Peces (permanencia por encima o debajo de la termoclina, migraciones).

Control de temperatura en Control de temperatura en EndotermosEndotermos

• Mantienen temperatura constante(37ºC mamíferos, 40ºC aves).

• -Tasas metabólicas elevadas =10 veces > ectotermos).

• - Estricta regulación de T corporal =enzimas y estructuras celulares dependen de ello.

• - Es resultado de un balance entre mecanismos de producción y pérdida de calor = Alta demanda energética.

Sistemas de controlSistemas de control

• Mecanismos receptores (INPUTS)

• -Detectan cambios de T ambiente y corporal

• -Detectan y trasladan info al sistema de control central:

• *Terminales nerviosas periféricas (tegumento)

• *Sistema nervioso central (médula espinal, hipotálamo).

Sistema de control centralSistema de control central

• Se integra la info e inician respuestas.

• En mamíferos es el hipotálamo.

Mecanismos efectores (out Mecanismos efectores (out puts)puts)

• Sistemas de respuesta

• Mantienen constancia de la T corporal

• *Termogénesis

• *Termólisis

TERMONEUTRALIDADTERMONEUTRALIDAD

• En endotermos existe una zona termoneutra.

• Aquí el animal requiere gasto energético mínimo (tasa metabólica basal) para mantener T corporal constante.

• Es estrecho en valores

Temperatura CríticaTemperatura Crítica

• Es el límite de la T termoneutra en endotermos.

• Por encima o debajo de este valor se requiere aumentar tasas metabólicas para regular T corporal.

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• Temperatura ambiente aumenta:

• La To crítica superior se alcanza y la tasa metabólica aumenta activando mecanismos de disipación.

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• To ambiente disminuye:

• La temperatura crítica inferior se alcanza y la tasa metabólica aumenta para evitar pérdidas de calor y produce calor metabólico.

Mecanismos de regulación Mecanismos de regulación térmicatérmica

• 1EROS MECANISMOS

Aislamiento y regulación Aislamiento y regulación térmicatérmica

• Son estrategias para aumentar o disminuir el aislamiento térmico. Ej,

• Ajustes posturales: modifican la relación superficie - volumen.

• *Aumentar o reducir la capa de aire entre piel y medio: Piloerección/pilodepresión

• Ptiloereccion/Ptilodepresión

• Aumentar o disminuir el pelo o grasa subcutánea. Ej.

*Mudas de pelo o plumas.

*Alteración de disposición de grasa subcutánea

(control endocrino).

*Vaso constricción o vaso dilación: disminuye

aumenta respectivamente la disipación del

calor por radiación y convección.

• 2DOS MECANISMOS

TermogénesisTermogénesis

• Estrategias para generar calor metabólico.

• 3 mecanismos básicos:

• *Ejercicio. Trabajo muscular = calor metabólico.

• *Tiritar. Actividad muscular =produce calor.

• *Sin tiritar. En mamíferos, calor metabólico a partir de la oxidación de grasas en el tejido adiposo marrón (TAM).

• En mamíferos, TAM muy vascularizado, con muchas mitocondrias (producción de ATP).

• En aves: goteo de iones en la bomba Na / k de células hepáticas o musculares.

TermólisisTermólisis• Estrategias para generar pérdidas de calor

por evaporación

• Salivar u orinar (urohidrosis) sobre el cuerpo.• Sudoración (eliminar calor por evaporación en glándulas

sudoríparas).• Jadeo.• Movimientos golares

• Hay un punto en el que la tasa metabólica es mínima (la Zona Termoneutral o Punto Óptimo). Ahí no cambian de tasa metabólica aunque varíe la temperatura corporal.

• Hay límites en los puntos críticos tanto inferiores y superiores a partir de los cuales en ambos puntos aumenta la tasa metabólica:

• -     Por el inferior aumenta la termogénesis (ante el frío aumenta el calor hasta el máximo).

• -     Por el superior se elimina calor por procesos energéticos como la evaporación, si no hay pelos o pelos cortos se da sudoración y con pelos largos y plumas se da jadeo).

• Las adaptaciones al frío ambiental son diferentes según sean animales de gran tamaño o de pequeño tamaño.

• Ante el frío prolongado se buscan cambios anatómicos variando el aislamiento con muchas capas celulares y las externas de células muertas ayudándose por pelos para atrapar el aire que es un buen aislante (baja conductividad térmica).

• A su vez implica tener mudas con un aumento de pelos o plumas en épocas concretas para prepararse para fríos o calores y esto provoca una diferencia metabólica respecto al ambiente según sea el momento.

• Un animal aislado tiene una tasa metabólica mínima en la zona de la tasa neutral y al aumentar el aislamiento la zona de termogénesis se aplana (con menor producción de calor hay más aislamiento). 

• Así, la temperatura ambiental que provoca incrementos en el interior es cada vez menor.

• Con lo anterior se presenta una heterotermia regional muy acusada.

• No todas las partes se aislan igual (más en el tronco, menos en cara y zonas asociadas y menos en pies, patas y colas al ser zonas protuberantes del animal).

• Estas zonas poco aisladas dependen del calor que les proporciona la sangre por una baja musculación (Puntos de Fuga de Calor]. 

• Aparecen así mecanismos contracorriente especiales para retener el calor en el cuerpo. 

• El calor arterial generado en el tronco se pasa a las venas de retorno, más frías y esto les permite no tener una pérdida de calor.

• Así las extremidades se mantienen a temperatura similar a la ambiental para evitar una fuga importante aunque se da de forma controlada.

HeterotermiaHeterotermia

• Es la condición fisiológica en la que algunos animales presentan características tanto poiquilotermia y homeotermia.

• Se refiere a los animales que pueden cambiar entre las estrategias exotérmicos y endotérmicos.

• Estos cambios en las estrategias típicamente ocurren a diario o una vez al año.

• Más a menudo que no, se utiliza como una manera de disociar las tasas metabólicas fluctuantes visto en algunos pequeños mamíferos y aves.

• En muchas especies de murciélagos, la temperatura corporal y la tasa metabólica se elevan sólo durante la actividad.

• Cuando está en reposo, estos animales reducen su metabolismo drásticamente, lo que resulta en su temperatura corporal cayendo a la del medio ambiente circundante.

• Esto hace que sean homeotermos cuando está activo y poiquilotermos cuando están en reposo.

2 tipos de heterotermia2 tipos de heterotermia

• H. Regional

• H. Estacional

Heterotermia RegionalHeterotermia Regional

• Describe organismos que son capaces de mantener la temperatura diferentes "zonas" en diferentes regiones del cuerpo. Esto ocurre generalmente en las extremidades.

•  Hace posible mediante el uso de intercambiadores de calor contra corriente, como la rete mirabile en el atún, tortuga Laúd y algunas aves.

Heterotermia TemporalHeterotermia Temporal

• Algunos animales reducen la temperatura corporal según ciclos temporales.

• *A lo largo del día: Letargo

• *A lo largo de semanas o meses: Hibernación o estivación (según estación del año).

• El objetivo es reducir la tasa metabólica (dependiendo de la To corporal).

• En aves y roedores por la disminución de tamaño presentan una tasa metabólica específica (calor/gr.) que es muy elevada por alta relación S/V y la longitud del pelo y la pluma es pequeña en invierno.

• Así lo único que pueden hacer es aumentar el calor interno gracias al alimento pero como en invierno suele faltar el alimento que ayuda a compensar la temperatura, pueden pasar a ser termoconformistas parciales (Heterotermia Temporal).

• -   Los mamíferos de gran tamaño y medianos como osos y mofetas presentan un Sueño Invernal o Falsa Hibernación:

• Un letargo estacional de baja actividad y en un ambiente protegido, con descenso de la temperatura interna corporal (8-10 grados respecto a la normal) y que dura varios meses presentando Hipofagia (come más de los que necesita durante la época preparatoria para tener un acumulo de grasas).

• -   Los organismos de pequeño tamaño padecen de Torpor Diario (como en colibríes y vencejos o pequeños ratones y musarañas) al presentar una relación S / V muy elevada y elevada tasa metabólica, cuando les falta alimento permiten que la temperatura corporal durante unas varias horas (en momentos de reposo) disminuya hasta casi la temperatura ambiental y luego se calientan para retornar a la actividad. Han de generar una gran cantidad de calor.

• -    Estivación que implica lo contrario a la hibernación.

• Es un letargo por elevadas temperaturas para no gastar agua al dejar que su temperatura corporal se acerque a laambiental.

• Los animales se encuentran aletargados (zarigüellas y ardillas del desierto). 

• -    Hibernación: Permite a los termorreguladores estar en fríos extremos ahorrando energía al disminuir la temperatura corporal hasta 1-2 grados por encima de la ambiental.

• Se enlentecen las funciones del animal que se enrolla sobre si mismo semejando una esfera disminuyendo así la relación S / V y la tasa metabólica que depende del ambiente, con descensos de 1/100 el valor normal metabólico y alargando el uso de las reservas acumuladas en su cuerpo o en las madrigueras.

Continua hibernación..Continua hibernación..

• Se aletarga la frecuencia ventilatoria y se hace irregular, acumulándose el CO2 lo que provoca una acidificación respiratoria. 

• También se aletarga el trabajo del corazón (disminuyen las frecuencias cardíacas). Algunas zonas disminuyen o detienen el flujo sanguíneo por una vasoconstricción a nivel de la cintura, sobretodo hacia la parte posterior (intestinos y ríñones).

Continúa hibernación..Continúa hibernación..

• Se detiene la formación de orina pero no la de urea.

•  Aumenta el hematocrito y así la viscosidad de la sangre con peligro de coagulación por trombosis por lo que a la vez también disminuye el tiempo de coagulación por disminución de algunos de los elementos implicados en el proceso. 

• Todas las glándulas exocrinas disminuyen de función y las endocrinas de hormonas casi se detienen. Es un proceso lento que implica una preparación más o menos rápida según sea facultativa u obligaroria.

Hibernación continúa..Hibernación continúa..

• *    H. Facultativa: Entran en hibernación por cambios ambientales y del fotoperiodo (señales externas), siendo rápidos si los cambios son rápidos y viceversa.

•   *    H. Obligatoria: Se da en zonas de frío crudos. Internalizan los procesos de hibernación como si fuera un ritmo interno. En otoño acumulan reservas en el tejido adiposo marrón y blanco por hipofagia siendo todo controlado en los centros del hambre y de la saciedad del hipotálamo.

Hibernación fin..Hibernación fin..

• La entrada en hibernación es muy rápida y se recupera la temperatura gracias al tejido adiposo marrón o Grasa parda que se encuentra muy cerca del corazón, entre la nuca y los omoplatos.

• Es un tejido compacto de adipocitos (con elevadas cantidades de mitocondrias), muy irrigado y con terminales del sistema nervioso vegetativo que actúan sobre la grasa parda. La energía liberada no pasa a ATP sino que por desacopladores del mecanismo oxidativo en las mitocondrias la pasan a calor que se reparte por sangre primeramente circula hacia arriba siendo un mecanismo costoso, pues el 90% de la energía de hibernación se gasta en los despertares.