Homeostasis Termo y Osmo[1]

HOMEOSTASISTERMORREGULACION Y

OSMORREGULACION

MVZ leoncio Calle Charaja

HOMEOSTASISEl universo tiende al desordenNecesita menos energía para su mantenimientoLos organismos vivos tienden al ordenNecesitan de mucha energía para su mantenimientoAsegura la superviviencia para garantizar la perpetuidad de la especieLos organismos están en un constante intercambio dinámico con su ambientePequeños cambios en el ambiente producen una perturbación, a la que el sistema tiene que responder

Claude BernardObservó 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. CannonEn 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

Propiedades de la Homeostasis

4. Señales químicas puede tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales, antagonistas en una región del cuerpo, pueden ser agonistas en otras regiones".

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

TERMORREGULACIONTodos 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.

CLASIFICACION SEGÚN CAPACIDAD DE REGULAR SU TEMPERATURA

CORPORALPOIQUILOTERMOS

No 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.

CLASIFICACION SEGÚN LA FUENTE DE CALOR

ENDOTERMICOSMantienen 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

CONDUCCIONTransferencia de calor por contacto directo

RADIACIONTransferencia de calor entre dos cuerpos sin contacto por la emisión de energía electromagnética.

EVAPORACIONSe pone en marcha por encima de determinadas temperaturas. Se produce sudor que se evapora por el calor.

CONVECCIONTransferencia 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

DEFINICIONES

TM

•Cantidad de energía total empleada por un animal por unidad de tiempo

•Afectada por

•Mediciones estandarizadas son necesarias para

Edad, Sexo, Tamaño, Temperatura ambiental

Temperatura Corporal, Tipo de alimento ingerido

Cantidad de alimento ingerido, Grado de actividad

Disponibilidad de O2 ,Hormonas, Estado de salud

Fotoperiodo Estudiar el efecto real de un factor dado sobre el metabolismo energético

Comparar la TM inter o intra especies

TMB

TME

•TM en condiciones mínimas de estrés fisiológico y ambiental

•ENDOTERMOS (aves y mamíferos)

•TM de un animal en condiciones mínimas de estrés fisiológico y ambiental y a una temperatura dada

•ECTOTERMOS

reposo, ayuno, con la detención de procesos absortivos y digestivos, y en zona termoneutral*

(*Temperatura ambiental optima para procesos metabólicos y supervivencia de dicho animal)

TMdC

•Costo energético diario de un animal salvaje por unidad de tiempo

•Tasa promedio de utilización de energía

•Incluye

•TMB

•Termorregulación

•Locomoción

•Grado de actividad

•Alimentación

•Digestión y asimilación

•Crecimiento

•Reproducción

ENDOTERMOS

TERMOSTATO HIPOTALAMICO

El control de la temperatura corporal, es función del hipotalamo:

integra los diferentes mecanismos de producción y pérdida de calor con sus correspondientes procesos físicos y químicos.

Región preóptica del hipotálamo anterior:centro que regula el exceso de calor.

Hipotálamo posterior:centro de mantenimiento del calor que regula el exceso de frío y la pérdida de calor.

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.

DETECCION DEL FRIOSurgen 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 CALOREl 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↓T4Reacción 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.

ECTOTERMOS

Temperatura corporal variable ecofisiológica mas importante afecta el performance de los ectotermos

Temperatura óptima temperatura corporal máximo performance.

ECTOTERMOS ACUATICOSNo evaporación.No radiación.Regulación por conductividad térmica, minimizar la pérdida de calor.Agua alta conductividad termica, favorece la perdida de calor.Animales voluminosos:

> relación área superficie/volúmen

Animales pequeños:< relacón área superficie/volúmen

ECTOTERMOS TERRESTRES

HeliothermiaObtienen 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 anticongelanteGlicerol (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 reduceVida posible con poco alimentoVida 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.

EFECTOS DE ESCALA:ISOMETRIA

Una relación isométrica ocurrira cuando las proporciones de las dimensiones corporales varian proporcionalmente:

Ejemplo:

Cuando la altura es el doble, la longitud del brazo es el doble etc…toda relación linear es el doble

Pero…. el volumen se convierte en 8 veces mayor que el original volume y el área superficial se convierte 4 veces mayor que el original

RELACION SUPERFICIE/VOLUMEN

El tamaño de un animal  influye a través de la relación superficie / volumenCuanto 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 cuerpoMas 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 metabolica > 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

Log VO2 (mL / h) = Log 0.68 + 0.75 Log Pc

HIBERNACIONDesaparece prácticamente cualquier función metabólica. Poiquilotermos:

Disminuyen el azúcar en sangreAumentan el almacenamiento de glucógeno en el hígadoDisminuye 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.

OSMORREGULACIONTérmino acuñado por Rudolph Höber en 1902Referente a los procesos relacionados con la regulación de la presión osmótica y la concentración de sales. Estos procesos han tenido un efecto importante en la especialización y diversificación de las especies a lo largo de la evolución.Implica el mantenimiento de una concentración osmótica interna diferente de la del medioLa regulación de la composición y de las concentraciones iónicas en diversos compartimentos (células y tejidos)

FLUJO DEL AGUAINGRESO

BebidaResultado de reacciones metabolicasOsmosis

SALIDAOrinaSudorOsmosis

CLASIFICACION DE LOS AMBIENTES

MarinoAgua dulceTerrestre

CLASIFICACION SEGUN TOLERANCIA AL MEDIO

ESTENOHALINOSTolerancia limitada a los cambios en las concentraciones del ambiente externo.

EURIHALINOSToleran un intervalo mas amplio de concentraciones osmoticas.

ANIMALES ACUATICOSOsmoconformadores:

La concentración interna varia paralelamente con los cambios del medio externo.

Osmorreguladores:Mantienen su concentración osmótica interna en un nivel constante, aun con cambios en el medio externo.HipoosmorreguladoresHiperosmorreguladores

ORGANOS REGULADORESProtonefridios (platelmintos)Metanefridios (celenterios)Tubos de Malpighi (insectos)Glandula verde (crustaceos)Riñon (vertebrados)

PROTONEFRIDIOSon típicos animales sin celomaConstan de una serie de túbulos muy ramificados cuyos extremos internos terminan en la célula flamígera provista de varios flagelos que se dirigen hacia la luz del túbulo. Las sustancias de desecho atraviesan las células flamígeras, penetran en los túbulos y son empujadas por el batido rítmico de los flagelos saliendo al exterior por los poros excretores.

METANEFRIDIOEstructuras abiertas por los dos extremos. Uno se abre a la cavidad celómica tiene forma de embudo ciliado y el otro extremo se abre al exterior por un poro.El líquido en el celoma contiene los productos de desecho, es recogido por los cilios del nefrostoma, pasa a los túbulos, donde se reabsorben las sustancias que son útilesLos desechos salen al exterior por el nefridioporo.

TUBOS DE MALPIGHISon tubos delgados, cerrados por el extremo que se encuentra en la cavidad corporal y abiertos por el otro extremo al tubo digestivo, entre el intestino medio y el intestino posterior.

De esta forma, se vierten al exterior los productos de desecho, junto con los alimentos sin digerir.

GLANDULA VERDE• Organo renal de los

crustáceos (se ubica en la cabeza).

• Presenta filtro, tubo y una especie de vejiga se abre en un poro excretor en la base de las antenas.

RIÑONGlomerulo: filtraciónTubo contorneado proximal: reabsorción de sales, agua y nutrientesAsa de Henle: concentra la orinaTubo contorneado distal: reabsorbe agua y salesTubo colector: concentra la orina

ESTRUCTURAS RENALES• El rol de los riñones en la adaptación depende

de su capacidad de concentrar o diluir la orina, capacidad que a su vez depende de su estructura.

• En la escala animal se pueden dividir los órganos excretores de acuerdo a su función en tres grupos:• Órganos excretores que producen orina isotónica (con

respecto a los fluidos corporales).• Órganos excretores que producen hipotónica.• Órganos excretores que producen orina hipertónica.

ESTRUCTURAS RENALES• Filtro:

• Donde se realiza la filtración del plasma, separando materia particulada y coloides de solutos cristaloides, los cuales pasan junto con el H2O a un tubo corto.

• Tubo Corto: • En algunos animales es llamado Tubo Proximal, donde se

reabsorben y secretan moléculas orgánicas e inorgánicas, y donde el H2O fluye libremente.

• Sólo necesitan estas dos estructuras los animales que producen orina isotónica.

ESTRUCTURAS RENALES• Tubo Largo:

• Equivale al Asa de Henle y al Tubo Distal.

• Orina hiposmótica : animales necesitan además un tubo más largo donde se reabsorben iones monovalentes (Na+,CL-).

• Retención de H2O es gobernada por ADH.( ADH = diuresis)

• Orina hipertónica requieren además una relación espacial paralela entre nefrones, vasos sanguíneos y tubos colectores que actúen como un intercambiador, multiplicador de corriente.

OSMOCONFORMADORESLa concentración interna varia paralelamente con los cambios del medio externo.

OSMOCONFORMADORES INVERTEBRADOS

• Tipos de Riñón:• Protonefridio• Metanefridio

• Órgano Regulador:• Superficie corporal o• Branquias.

OSMOCONFORMADORES VERTEBRADOS

• Estructuras del riñón: • Glomérulos• Tubo contorneado proximal• Tubo contorneado distal• Regulan la [solutos] y el volumen.

Excretan H2O• Absorben úrea

• Órgano Regulador: • Glándula Rectal excreta NaCl

(elasmobranquios)• Superficie corporal (anfibios)

OSMORREGULADORESMantienen su concentración osmótica interna en un nivel constante, aun con cambios en el medio externo.

Osmosis2 disoluciones acuosas de distinta concentración separadas por una membrana semipermeable Osmosis: el paso del agua a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica)

La membrana plasmática de la célula puede considerarse como semipermeable, y por ello las células deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos que las bañan.

HIPEROSMORREGULADORESProblema: Hiperosmotico con el medio.Ganan agua y salesSolución:

Pierden agua y reabsorben salesDesarrollan organos excretoresProducen orina hipotonica a los fluidos corporalesRecuperan sales (branquias, piel, tracto gastrointestinal)

Peces Dulceacuicolas

HIPOOSMORREGULADORES

Problema: Hipoosmoticos con el medioSolución:

Transporte activo con control nervioso y endocrinoAdaptaciones morfologicas (piel altamente permeable)

Organos reguladoresGlomerulosTubos de MalpighiRiñon

Peces Marinos

Elasmobranquios: osmoconformes

[NaCl] respecto al medio [Urea]plasmatica

perdida de agua

Teleosteos: Hipoosmoreguladores

Hipoosmoticos respecto al medioTienden a perder agua. Toman agua del medio.Tienden a ganar sales. Eliminan sales por las branquias y orina.

Dulceacuícolas: Hiperoosmorreguladores

Hiperosmoticos respecto al medioTienden a ganar agua. Eliminan egua en la orina.Tienden a perder sales. Reabsorben sales

PECES DIADROMOSNumerosos animales acuáticos presentan migraciones entre ambientes de diferente salinidad. Diádromos: peces que migran de diferentes medios osmóticos. Patrones de migraciones variados varias estrategias:

Anádromos: peces que pasan la mayor parte de su vida en el mar y migran al río para la reproducción (ejemplos: salmones, esturiones). Catádromos: peces que pasan la mayor parte de su vida en el río y migran al mar para la reproducción (ejemplo: anguilas). Anfídromos: peces que migran de mar a río o de río a mar durante algunas etapas de su vida no relacionado con la reproducción (ejemplos: Plecoglossus alltivelis, algunas especies de clupeidos).

ANIMALES TERRESTRESPrincipal problema que deben de enfrentar los animales de los ambientes terrestres es EVITAR LA DESHIDRATACIÓN

La Regulación Osmótica de estos animales entonces esta basada en mecanismos que eviten la perdida de agua y con esta la perdida de solutos

OSMORREGULACION EN AMBIENTES TERRESTRES

RESPIRACION AEREAPiel impermeablePerdida de agua por epitelios respiratorios> desarrollo de riñones para concentrar la orinaMecanismos para adquirir y conservar el agua

OSMORREGULACION EN AMBIENTES TERRESTRES

MAMÍFEROS Y AVESSuperficies permeables reducidas Control hormonal (p.e. elevada concentración de hormona antidiurética) Aves marinas poseen glándula nasal que secretan una solución hiperosmótica

Producción de orina hipertónica

OSMORREGULACION EN AMBIENTES TERRESTRES

MAMIFEROS DESERTICOS Y MARINOS

Problema pérdida de aguaConservación de agua en el tracto respiratorioRiñones especializados para concentrar la orinaAprovechan el agua metabólica

Disminuir la tasa de evaporación y aumentar la ingesta de agua