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Tema 13. Introducción a los principios de termorregulación

Fisiología Animal - Biología UCM

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Profesor: Alumno

Idioma: Castellano

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Parte 1: introducción. Existen varios tipos de relaciones térmicas entre los animales y su ambiente. Para clasificarlas, un concepto clave es la endotermia, proceso mediante el cual los tejidos de un animal se calientan por medio de la producción metabólica de calor. Otro concepto clave es la termorregulación, que implica el mantenimiento de una temperatura tisular relativamente constante. La mayoría de los animales no maneja la endotermia; aunque estos animales producen calor por procesos metabólicos, no lo hacen con suficiente rapidez o no lo conservan lo suficiente para que sus tejidos se calienten. Reciben el nombre de poiquilotermos o ectotermos. Un animal poiquilotermo puede manejar termorregulación o no; si la maneja, ésta forma parte de su conducta: el animal mantiene sus tejidos a una temperatura específica por medio de un comportamiento que lo obliga a elegir ambientes que permiten controlar esa temperatura en su cuerpo. Los animales con endotermia, los que calientan sus tejidos corporales mediante la producción de calor por procesos metabólicos, se denominan endodermos. Aunque los endodermos pueden manejar o no la termorregulación, la mayoría lo hace. Los mamíferos y las aves son ejemplos de animales que exhiben tanto endotermia como termorregulación. Un animal homeotermo es aquel que maneja termorregulación por métodos fisiológicos (y no sólo mediante conductas específicas). La heterotermia es la diferencia entre las relaciones térmicas en diferentes momentos o distintas regiones del cuerpo dentro de un mismo individuo. Las especies de mamíferos que hibernan son ejemplos de heterotermia temporal; los animales que cambian la temperatura de determinadas localizaciones de su cuerpo son ejemplos de heterotermia regional. PARTE 2: TEMPERATURA Y CALOR. La distinción entre la temperatura y el calor es engañosa, y es importante para comprender las relaciones térmicas observadas en los animales. Con el fin de analizar esta distinción, consideraremos un sistema inanimado simple: dos bloques de cobre, uno de los cuales tiene una concentración diez veces mayor que el otro, y ambos están ubicados en una habitación a 20ºC durante el tiempo suficiente para alcanzar un equilibrio con dicha temperatura ambiental. Si medimos la temperatura de cada bloque, se observa que es de 20ºC, a pesar de que un bloque es más pequeño que el otro. Por otro lado, supongamos que retiramos cada bloque del lugar y medimos su calor; por ejemplo, logramos que cada bloque alcance el cero absoluto y medimos la cantidad de calor liberada mientras la temperatura del bloque desciende desde los 20ºC hasta el cero absoluto. De esta manera descubriremos que el bloque grande libera diez veces más calor que el pequeño. Por ende, cuando los dos bloques están en la habitación a 20ºC sus temperaturas son las mismas e independientes de la cantidad de materia que forma cada bloque, pero sus constantes de calor son diferentes y directamente proporcionales a la cantidad de materia que forma cada bloque. Los átomos y las moléculas que forman cualquier sustancia sufren movimientos constantes al azar. La temperatura de una sustancia refleja la velocidad o intesidad de estos movimientos azarosos. En los dos bloques de cobre ubicados en el ambiente de 20ºC el promedio de la velocidad de los átomos y las moléculas durante los movimientos al azar es idéntico; en consecuencia, aunque los bloques tengan distintos tamaños poseen la misma temperatura. El calor, a diferencia de la temperatura, es una forma de energía; la energía que posee una sustancia como consecuencia de los movimientos azarosos de sus átomos y moléculas constituyentes. La cantidad de calor en un fragmento de materia depende del número de átomos y moléculas que componen el fragmento, así como de la velocidad de cada átomo y molécula. Un bloque de cobre con muchos átomos de cobre que se mueven a una velocidad promedio específica contiene una cantidad mayor de energía calórica en térmicos proporcionales que menos átomos que se mueven a la misma velocidad. Una propiedad esencial de la temperatura es que determina la dirección de transferencia del calor. - El calor se mueve por conducción o convección desde temperaturas elevadas hacia temperaturas bajas. - La transferencia de calor eleva la temperatura del objeto que la recibe y disminuye la del objeto que lo pierde. - En un sistema físico simple, por ejemplo dos objetos sólidos que contactan entre sí, se observa un equilibrio de temperaturas cuando éstas son iguales porque el calor no tiende a desplazarse de un objeto a otro. Un animal vivo intercambia calor con su alrededor por medio de cuatro mecanismos específicos de transferencia: conducción, convección, evaporación y radiación térmica. Se considera que el centro del cuerpo del animal posee una temperatura corporal uniforme, que se simboliza como TB. La temperatura del ambiente se denomina temperatura ambiental, simbolizada como TA. La de la superficie corporal suele ser diferente de las otras dos, y por ende se distingue con el nombre de temperatura superficial bajo la simbología de TS. Parte 3: poiquilotermia o ectotermia. La poiquilotermia es por mucho el tipo más frecuente de relación térmica observado en animales. La característica distintiva de la poiquilotermia es que la temperatura corporal del animal depende de la capacidad de lograr un equilibrio con las condiciones térmicas del ambiente y que varía de acuerdo con las modificaciones de las condiciones ambientales. Poiquilotermia y ectotermia son sinónimos; los dos térmicos destacan aspectos diferentes de un único fenómeno: mientras que la primera señala la variabilidad de la temperatura, la segunda destaca que las condiciones externas determinan la temperatura corporal. Los animales poiquilotermos o ectotermos suelen denominarse de sangre fría en el lenguaje no científico por la frialdad al tacto que revelan en determinadas ocasiones. Los ambientes naturales de los poiquilotermos típicos poseen condiciones térmicas que difieren de un lugar a otro. Los poiquilotermos salvajes pueden alterar su posición por medio de modificaciones en la conducta y de esta manera controlan su propia temperatura. Si un poiquilotermo mantiene una temperatura corporal constante mediante modificaciones de la conducta, se afirma que posee termorregulación conductual. Los poiquilotermos típicos deben ser generalistas térmicos: deben ser capaces de funcionar a varias temperaturas corporales diferentes. Las especies poseen diversas amplitudes en el rango de temperaturas que consideran aceptable. Algunas especies, las euritérmicas, pueden vivir dentro de rangos bastante amplios de temperatura corporal. Otro poiquilotermos, los estenotérmicos, funcionan dentro de rangos de temperatura más estrechos. PARTE 4: HOMEOTERMIA DE AVES Y MAMÍFEROS. La homeotermia, esto es la regulación de la temperatura corporal por métodos fisiológicos, permite que los mamíferos y las aves sean mucho más independientes de las condiciones térmicas del exterior en comparación con los poiquilotermos. Los mamíferos placentarios típicos poseen una temperatura corporal interna de alrededor de 37ºC cuando están en reposo no sujetos a estrés calórico o frío. Las aves mantienen temperaturas más elevadas en condiciones similares, alrededor de 39ºC. La temperatura corporal interna no se mantiene constante de forma absoluta. Se detectan ciclos diarios (circadianos) en la temperatura corporal; las temperaturas corporales típicas de los mamíferos y de las aves son de entre 1'5-2ºC más elevadas durante las fases activas del día en comparación con las temperaturas durante las fases de reposo. El índice metabólico típico en reposo de un mamífero o un ave varía de acuerdo con la temperatura ambiental. Dentro de un rango específico de temperaturas ambientales conocido como zona termoneutral (ZTN), el índice metabólico en reposo es independiente de la temperatura externa. La temperatura ambiental más baja de la ZTN se denomina temperatura crítica mínima, y la más alta temperatura crítica máxima. Estas temperaturas críticas son diferentes en cada especie y pueden variar si el animal se somete a aclimatación. El índice metabólico basal de un animal es el índice metabólico en reposo y ayuno dentro de la zona termoneutral. El índice metabólico en reposo de un mamífero o un ave aumenta a medida que la temperatura ambiental disminuye por debajo de la temperatura crítica mínima para ese animal o se eleva por encima de su temperatura crítica máxima. Estos incrementos se deben a que el animal necesita poner en marcha mecanismos fisiológicos para mantener la temperatura corporal interna constante mientras la temperatura ambiental disminuye o asciende. Uno de los atributos más importantes de la homeotermia es su costo metabólico en comparación con la poiquilotermia. Los índices metabólicos elevados de los mamíferos y las aves implican que estos animales deben adquirir una cantidad mucho mayor de alimentos en comparación con los vertebrados poiquilotermos con tamaños corporales equivalentes. Cuando un mamífero o un ave se someten a una temperatura por debajo de su nivel crítico mínimo, debe aumentar la tasa de producción de calor a medida que desciende la temperatura ambiental. Aunque todos los procesos metabólicos producen calor, los mamíferos y las aves adquirieron mecanismos denominados termogénicos especializados para producir calor para la termorregulación. Existen dos tipos: . Termogénesis con temblor. Los temblores son contracciones y relajaciones no sincronizadas de las unidades motoras de los músculos esqueléticos con frecuencias elevadas y mediados por neuronas motoras (células somáticas) pertenecientes al sistema nervioso somático. Los músculo

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