Presentaci

1
Universidad Nacional del Santa
Facultad de Ciencias
Departamento de Biología, Microbiología y
Biotecnología
TERMOFISIOLOGÍA
Eliana Zelada Mázmela Carmen Yzásiga Barrera
2
Combustible
ATP
Mantenimiento de su integridad
Trabajo
Energía eléctrica
Energía osmótica
Energía contráctil

• Mientras más eficazmente utilice el animal los
  recursos energéticos, tendrá mayor habilidad para
  competir con otras sps.
• Los animales no son eficientes en un 100 en su
  conversión de la energía

3
Una fracción se pierde como calor, que es
suficiente para incrementar la TEMPERATURA a
niveles que incrementan de manera notable la
velocidad de las reacciones, aunque puede crear
problemas cuando su producción es muy alta sobre
todo en climas cálidos. Una pérdida excesiva de
calor es un problema en climas fríos
4
La actividad metabólica de un animal se relaciona
con la Tº.
Tº corporal baja tasa metabólica
baja Tº corporal alta tasa
metabólica alta
Conjunto de reacciones químicas
Anabolismo
Catabolismo
En ausencia de trabajo intenso o de reposo, toda
la energía que se libera durante el metabolismo,
aparece como calor
Producción de calor se usa para indicar el
METABOLISMO ENRGÉTICO
5
Tasa Metabólica
Es el gasto energético de un ser vivo, por
unidad de tiempo
Mide la conversión de energía química a calor
Calcular las necesidades energéticas
Su medida a diferentes Tº proporciona información
de los mecanismos que usa el animal para disipar
o conservar calor
A diferentes tipos de ejercicios, da idea de los
costos energéticos de las diferentes actividades
nadar, volar, correr
Está influenciada por la Tº,ambiental, hora del
día, estación, edad, sexo, peso, talla, stress,
alimentación, preñez
Para comparar las TM entre 2 animales, se debe
escoger condiciones adecuadas
6
Energía química ingerida
Egestión
Energía química absorbida
calor
Nuevo tejido
MBS o MBR
Trabajo interno
calor
(químico, eléctrico o mecánico)
Trabajo externo
calor
Nado, locomoción, etc.
Pérdidas en secreciones, orina, piel, escamas,
pelo
7
Medida de la tasa metabólica

• Tasa metabólica basal Es la medida de las
  actividades estables de aves y mamíferos, en un
  estado psicológica, fisiológica y posturalmente
  adaptado, medido después que el ayuno detenga
  temporalmente los procesos digestivos y
  absortivos. Se expresa mlO2/h lO2/día
  Kcal/h Kcal/día

Para efectos de comparación ml O2 /g/h
No se refiere a la menor energía posible que es
capaz de gastar un homotermo, sino una línea base
sobre las cuales otras tasas metabólicas pueden
ser referidas. Sueño y drogas causan tasas
menores.
8

• TMS Mínimo metabolismo de los poiquilotermos,
  se mide a una Tº adecuada, en reposo y en ayunas.
  Debe considerarse la historia de su Tº previa,
  debido a la aclimatación térmica. Mínima
  producción de calor emitida por un pez no
  estresado, en estado post absortivo y que nada
  libremente en una masa de agua en reposo . En
  peces Fry considera

1. M. Standard Menor costo de energía, en donde
   todos los órganos están en una actividad mínima.
   Pez descansando y a menudo en la oscuridad, o ha
   sido sedado artificialmente, química o
   quirúrgicamente. Numerosos autores han obtenido
   estimaciones del MS inmovilizando físicamente a
   los peces, cuyos datos son discutibles, debido
   fundamentalmente a que la inmovilización
   solamente asegura que no se consume energía en el
   movimiento pero obvia que se puede inducir una
   situación de estrés que conlleva una movilización
   de nutrientes almacenados y consecuentemente un
   aumento del consumo de energía.

9
b) M. Rutina Promedio de consumo de oxígeno en
actividad moderada, es decir durante la actividad
libre en un acuario cerrado. Esto sugiere que la
actividad locomotora es la responsable de
alrededor del 67 de la energía utilizada por los
peces que nadan espontáneamente. Para considerar
el metabolismo de rutina, los peces deben mostrar
una actividad natatoria inferior a una longitud
corporal por segundo.
c) M. Activo Es la tasa con el más alto nivel
de actividad continua. El pez está continuamente
estimulado, tanto que su tasa de consumo de
oxígeno está muy cerca del nivel máximo posible
pero sin que exista agotamiento del pez.
10
M. Standard
11
M. Reposo
M. Activo
12
Tasa Metabólica Activa
El MB y el BS son útiles para efectos de
comparaciones, pero no dan idea del costo de las
diferentes actividades que realiza un animal. La
tasa metabólica activa es la que mejor describe
el comportamiento metabólico en su estado
natural representa la tasa promedio de
utilización de energía al realizar sus
actividades normales. Al rango de tasas
metabólicas de que es capaz un animal
alcance factorial metabólico o índice de
expansibilidad metabólica
13
Indica la relación entre la máxima TM que es
capaz de sostener y el MB o MS determinadas. Es
decir indica el aumento de energía que es capaz
de gastar un animal por encima de las condiciones
de reposo. Generalmente puede subir de 10 a 15
veces, y considera sólo el alcance aeróbico, por
ello debe medirse en actividad sostenida En peces
se ha encontrado que varía con la talla 5 en
peces de 5 g hasta 16 en peces de gt talla
14
Déficit de oxígeno (utilización de reservas)
Estado estacionario
Deuda de oxígeno
Tasa de capatación de O2
reposo
Ejercicio
R
TMB
Tiempo (min)
15
Medición de la tasa metabólica
I) Indirecta
a) A partir de la ingestión de alimentos e
ingestión de residuos
16
Material se deseca y se pone en la bomba, rodeada
de agua. Por su propio calor de combustión se
quema el material con ayuda de oxígeno. El calor
producido es retenido por el agua que incrementa
su Tº
No toda la energía del alimento está disponible
Una fracción se usa en el proceso de
asimilación Se puede estar usando la energía de
las reservas Parte del alimento es degradada y
usada por microorganismos
La determinación del metabolismo a través de un
balance es engorrosa.
17
II) Directa
Cuando no se realiza w físico y no se está
sintetizando sustancias la energía química
liberada por un animal al llevar a cabo sus
funciones metabólicas aparece como calor. Se
puede medir con efectividad la TM de un animal,
midiendo la cantidad de energía liberada como
calor en un tiempo dado
18

• C. Directa El animal se coloca en una cámara
  aislada, determinándose su pérdida de calor por
  la subida de Tº de una masa conocida de agua, que
  es empleada como trampa.
• La pérdida de calor se calcula en base a la
  cantidad de agua recogida y el calor latente de
  fusión del hielo 80 Kcal 1Kg hielo.
• Se emplea en animales pequeños aves y mamíferos
  con TM altas, pero difícil con animales grandes y
  con pequeños con TM bajas.
• Se altera con el comportamiento por encierro.
• En el caso de los peces la medida directa de
  calor resulta poco práctica debido por una parte
  a la alta capacidad calorífica del agua, medio en
  el que se desenvuelven, y por otra, a su
  condición de poiquilotermos que conlleva una baja
  producción de calor.

19
Calorímetro de Lavoisier
20
b) C. Indirecta Hace uso de otros factores
relacionados y que además pueden ser convertidos
a unidades de energía metabólica O2 y CO2
El metabolismo respiratorio es un indicador
sensible y no invasivo de la condición
fisiológica general que puede usarse para
cuantificar la cantidad de energía que se usa.
Se basa en - Reacciones químicas importantes
son aerobias - Se asume que
la cantidad de calor producido cuando se consume
una cantidad de O2 es constante,
independientemente del sustrato
No es tan cierto porque se libera más calor al
usar un litro de O2 cuando se degradan
carbohidratos, pero el error no es gt 10
21
Cuociente Respiratorio
Transforma la cantidad de oxígeno al oxidar el
alimento en el equivalente de calor producido.
Requiere conocer las cantidades relativas de H y
C oxidados
Para transformar la cantidad de oxígeno consumido
en la oxidación de comida se requiere conocer
las cantidades de C e H oxidados
Se pierde con la orina y stress osmótico
22
Es más práctico medir el oxígeno consumido y el
CO2 producido
Tasa de producción de CO2
QR
Tasa de consumo de O2
Bajo condiciones de reposo el QR es
característico de cada tipo de alimento
23
www.cultivomarino.cl/ _notes/Cultivo 20jaiba...
Respirómetro
24
a) Carbohidratos El O2 se usa para oxidar el C y
formar CO2
n moles H2O y CO2 Consume n moles de O2
1 mol CH2O produce
C6 H12 O6 6O2
6CO2 6H2O
25
c) Proteínas No se oxidan totalmente para
producir H2O y CO2, parte del C e H de los AA
permanecen unidos al N y se excreta.
Es necesario conocer cuanta CHON se consume y
cuanto se excreta. Para oxidar el C e H en las
CHON se necesita 96,7 vol O2 que dan 77,5 vol CO2
26
Al hacer deducciones del QR, se supone

• Unicas sustancias metabolizadas son
  carbohidratos, grasas y CHON
• Sólo se produce degradación, no síntesis
• Cantidad de CO2 exhalado en un tiempo dado, es
  igual al producido en los tejidos

Esto no es del todo cierto en ayuno se usa sólo
carbohidratos y grasas, no CHON
27
Equivalentes oxicalóricos
La transformación de unidades de energía en
consumo de oxígeno y viceversa, se realiza
mediante equivalentes oxicalóricos (Qox). La
asignación de equivalentes oxicalóricos precisos,
depende de la proporción de proteínas, lípidos y
carbohidratos catabolizados. Es importante que
el valor del coeficiente Qox utilizado en los
experimentos sea el apropiado para la situación
en cuestión, ya que pequeñas diferencias en Qox
pueden conllevar a diferencias significativas en
el cálculo de la pérdida total de calorías del
sistema, en forma de calor.
28
BRAFIELD y SOLOMON (1972) aunque las vías
químicas involucradas en las oxidaciones
biológicas son complejas, es válido en este
contexto considerar solo los sustratos iniciales
y finales.
Respiración aerobia de la glucosa 3,53 cal
mg-1 O2 consumido ( 14,71 kj mg-1 O2).
En el caso de la respiración de las proteínas, la
situación es más compleja, tanto por las
variaciones en la naturaleza del sustrato como
del producto final.
En el caso de los peces, el equivalente
oxicalóricos apropiado parece ser de 3,20 cal
perdidas como calor por mg de oxígeno consumido
(13,4 kj mg-1 O2).
29
Acción Dinámica Específica
Representa las calorías adicionales requeridas
para metabolizar y utilizar los alimentos
aportados. Representa aproximadamente el 10 de
la TMB GEA
Es decir, después del consumo de oxígeno, su
consumo y la producción de calor se incrementa.
El incremento es diferente para cada tipo de
comida
30

• Incremento del trabajo de las células
  intestinales
• El hígado gasta más energía extra para preparar
  los productos de la digestión para su ingreso a
  las rutas metabólicas, disipándose calor.

Glúcidos y grasas 5 10 CHON
25 30
La Acción Dinámica Específica (ADE) es el aumento
de calor producido por el gasto de energía que se
produce por el sólo hecho de comer, digerir y
absorber cada alimento. Depende de cantidad de
alimento ingerido, metabolismo basal y estado
nutricional del individuo.
31
La ADE es menor si se mezclan los alimentos y
menor aún si el alimento no tiene fibra. Cuanto
mayor sea la ADE mayor será la producción de
calor y el gasto energético en absorber ese
alimento y por lo tanto se perderán muchas
calorías que bajo otra forma del alimento el
organismo las ganaría en peso. Los alimentos
ricos en fibra tienen una alta ADE.
Hace bastante tiempo que se observó que tras la
ingestión de alimento se producía un aumento del
metabolismo, que RUBNER (1902) denominó efecto
dinámico específico, y también conocido como
metabolismo alimentario, efecto calorígeno, o
termogénesis inducida por la dieta.
32
Los factores que contribuyen a este aumento
metabólico son la formación y excreción de
deshechos metabólicos, la transformación e
interconversión de los substratos y su retención
en los tejidos y los procesos de digestión y
absorción (actividad muscular del tracto
digestivo, formación y liberación de enzimas
digestivos etc.). La SDA es relativamente
sencilla de cuantificar como la diferencia entre
la tasa metabólica de un pez alimentado y uno en
ayunas.
De las hipótesis propuestas para explicar la SDA,
la relacionada con la síntesis proteica y el
crecimiento ofrece las mejores bases. La mayoría
de los ecofisiólogos se contentan con definir la
ADE como los costos de la digestión y el
procesado del alimento, pero los nutricionistas
animales han buscado explicaciones más
satisfactorias al fenómeno, proponiendo algunas
teorías
33

• Trabajo intestinal
• Oxidación de AA/síntesis de úrea
• Síntesis de CHON/crecimiento

Aunque el incremento de la actividad muscular y
la secreción de enzimas digestivos contribuye a
aumentar la tasa metabólica tras la alimentación,
esta contribución es relativamente pequeña, y
gran parte del incremento se debe a procesos
post-absortivos
34
Los componentes de la SDA son principalmente la
motilidad de la musculatura gastrointestinal, la
formación y liberación de enzimas digestivos, los
costos asociados a la digestión y la absorción y
la asimilación de los productos digeridos. Se
observó que al aumentar la proporción de celulosa
no digerible en Micropterus salmoides, aumentaba
la SDA debido exclusivamente a procesos de
motilidad intestinal. Para otros, la energía
liberada en la SDA, procede en gran manera de la
desaminación de los aminoácidos.
35
Almacenamiento de energía
Los animales no comen continuamente, pero sí
gastan energía metabólica de forma
permanente. Cuando comen exceden el requerimiento
energético, el exceso lo almacenan grasa y
glúcidos para uso posterior.. Grasa es la forma
de almacenar más eficaz 9,56 Kcal/g Los
glúcidos se almacenan en su forma hidratada
animales sésiles
36
Calor Forma de energia (cinética) que fluye de
un objeto a otro como resultado del movimiento
aleatorio de las moléculas. Temperatura
Medida de la cantidad de energia cinética de las
partículas, generalmente indicada por um
termómetro.
37
HT Hm Hc Hr
He Ha

• Conducción Transferencia de calor entre objetos
  y sustancias que están en contacto unos con
  otros
• Entre mol del mismo cuerpo
• Entre dos fases cuerpo-aire cuerpo-agua

El calor fluye del más caliente al más frío. La
velocidad con que el calor se transfiere depende
del grado de contacto que haya entre ambos, la
diferencia de temperatura y del grado de
resistencia al calor que tengan los  organismos
38
b) Convección Transferencia de calor contenido
en una masa de gas o líquido por el movimiento de
la masa. El ser humano tiene una convección
forzada desde el núcleo homeotermo a la corteza
homeoterma. Esta convección la realiza el
corazón, que mueve la sangre desde el interior a
la superficie de la piel. La convección es otra
forma de transferencia de calor por los fluidos
debido a sus variaciones de densidad por la
temperatura las partes calientes ascienden y las
frías descienden formando las corrientes de
convección que hacen uniforme la temperatura del
fluido.
- Flujo impuesto externamente - Cambio en la
densidad
39
c) Radiación Transferencia de calor por
radiación electromagnética infrarroja, sin
contacto directo d) Evaporación Conversión del
agua en vapor por acumulación de calor
Convección
40
Formas de transferencia de calor
41
(No Transcript)
42
Tamaño corporal y Tasa Metabólica
El incremento de tamaño de una animal introduce
cambios que no siempre son simples y
proporcionales Duplicar la h pero mantiene las
proporciones corporales, va acompañado de
Aumento de la S en 4 veces
Aumento del V en 8 veces
El incremento de tamaño tiene efectos en la TM
Una musaraña puede pasar bajo el agua menos
tiempo que una ballena
Animales pequeños respiran a velocidades mayores
que los grandes
Relación inversa entre la tasa de consumo de
oxígeno/ gramo de masa corporal/ unidad de
tiempo Cantidad de mitocondrias/vol tisular
mayor en pequeños
43
Existe una relación muy estrecha entre el
metabolismo de un organismo y su 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. Los
homeotermos rara vez son menores a un cuerpo que
pese 2g.    Por otra parte, a los poiquilotermos
les afecta también esa relación peso/superficie
corporal y por ello, los más pequeños pueden
calentarse y perder calor más rápidamente que los
grandes. Hay pocos organismos poiquilotermos de
gran talla.
44
Como las diferencias de tamaño afectan las tasas
de consumo de oxígeno?
Animal Massa corpórea (kg) V02basal (LO2.h-1) V02basal específico (LO2.kg-1 h-1)
Mussaranho 0,0048 0,0355 7,40
Rato da colheita 0,0090 0,0225 2,50
Rato canguru 0,0152 0,0273 1,80
Rato 0,025 0,041 1,65
Esquilo do chão 0,096 0,09 1,03
Rato 0,290 0,25 0,87
Gato 2,5 1,70 0,68
Cachorro 11,7 3,87 0,33
Ovelha 41,7 9,59 0,22
Homem 70 14,76 0,21
Cavalo 650 71,10 0,11
Elefante 3.833 268,00 0,07
45
Tasa metabólica total (ml O2/h)
Masa corporal (g)
46
Taxa metabólica específica (ml O2/g.h)(por
unidade de massa corpórea)
Tasa metabólica total (ml O2/h)
Masa corporal (g)
47
0,75
Log Tasa metabólica total (ml O2/h)
Log Tasa metabólica específica (ml O2/g.h)(por
unidade de massa corpórea)
-0,25
Log Massa corporal (g)
48
(No Transcript)
49
(No Transcript)
50
A new study of metabolic rates of bacteria and
other organisms suggests that there may be a
"universal" energy rate required to sustain life.
Scientists have long thought that small organisms
are more metabolically active for their size than
large organisms, but this only holds true for
closely related organisms within 6-7 orders of
magnitude in size, such as a mouse and an
elephant.
A bacterium and elephant, by contrast, have the
same metabolic rate, about 1-10 watts per
kilogram of body mass, according to a study by
researchers from the University of California at
Riverside (UCR) and the Russian Academy of
Sciences.
Li and his coauthors found that despite this
limitation, elephants supply their tissues with
energy at a rate similar to that of microscopic
bacteria. In addition to bacteria, the study
found that insects, amoeba, and even the leaves
of green plants utilized energy at a similar rate
of 1-10 watts per kilogram of mass.
51
Valor cercano al cero absoluto Varios millones de
grados C
La temperatura en el universo

• 2 ºC cerca del punto de congelación
• 50 ºC las CHON comienzan a desnaturalizarse

En la tierra
Algunas algas pueden vivir a 70 ºC, bacterias
termófilas muy por encima del punto de
ebullición. Existen organismos que viven fuera de
estos rangos pero sus Tº corporales están dentro
de él. Otros viven fuera de de estos rangos, pero
ingresan a estado de inactividad
La temperatura es el factor que determina cómo y
donde debe vivir un animal
52
(No Transcript)
53
La variaçión de la temperatura corporal y la
capacidad para la producción de calor endógeno
son utilizados en la clasificación metabólica de
los animales
54

• Animales de sangre fría
• Animales de sangre caliente

Por su constancia en el mantenimiento de la Tº
corporal

• Poiquilotermos
• Homotermos

55
40
35
30
25
Temperatura corporal (C)
20
y x
15
10
5
10
15
20
25
30
35
40
Temperatura del aire (C)
56
Por la fuente de calor en el mantenimiento de la
Tº corporal

• Su calor depende del calor metabólico
• Tienen conductividad térmica relativamente baja
• Animales bien aislados pelos, plumas
• Regulan su Tº entre límites relativamente
  estrechos

Endotermos
57

• Producen calor metabólico en proporciones
  comparativamente bajas, por ello su intercambio
  con el medio es importante para mantener su
  temperatura por encima de éste.
• Regulación compartamental de la Tº, eligen el
  microclima más adecuado dentro de su ambiente.
• Tienen conductividad térmica altas para absorber
  calor del medio
• Animales mal aislados

Ectotermos
58
No basta fortalecer el aislamiento térmico a un
ectotermo para volverlo un endotermo!
59
(No Transcript)
60
Endotermos
Tasa metabólica
Ectotermos
Temperatura ambiente
61
(No Transcript)
62
Heterotermos Son capaces de variar el grado de
producción de calor metabólico, pero
generalmente no regulan su temperatura dentro de
márgenes estrechos.

• H. Temporales Su Tº varía ampliamente con el
  tiempo Insectos voladores, serpiente pitón,
  camellos tienen Tº endotérmicas en
  actividad y menores Tº en reposo pueden
  entrar en estado de torpor.
• H. Regionales Son generalmente poiquilotermos
  como los atunes, que pueden mantener alta la Tº
  del centro del cuerpo, mientras que la periferia
  permanece cercana a la del ambiente
  rete mirabilis. Nadan continuamente y músculo
  rojo no se enfría
• Escroto en mamíferos

63
Ectotermos heterotermos
Dermochelys coriacea
Inercia térmica asociada a gran tamaño
corpóreo. Regionalización de circulación Cama
aislante periférica de tecido adiposo.
64
Los pitones al ser animales ectotermos no pueden
incubar a sus huevos con su temperatura corporal
habitual. Para elevarla, contraen
espasmódicamente su cuerpo (a modo de escalofrío)
alrededor de la puesta, elevando la TºC hasta en
7ºC
65
Tunnus thynnus
Inercia térmica asociada a gran tamaño
corporal. Especialización de circulación formando
un sistema contra-corriente de intercambio de
calor. Musculatura oxidativa concentrada en la
parte central.
66
Vasos cutáneos
Rete mirabile
Rete mirabile
67
(No Transcript)
68
(No Transcript)
69
Many tunas also warm the viscera and brain with
associated retia. These retia allow the tissues
to be kept at temperatures higher than the
surrounding water, enhancing metabolic capacity,
but also act as effective insulators, slowing the
rate of heat loss during forays into cooler
waters. The yellowfin tuna Thunnus albacares is a
tropical-subtropical species inhabiting the
surface waters, but periodically makes rapid
dives through the thermocline in search of
prey, encountering water temperatures as much as
10C cooler (Holland et al., 1990). Tunas of the
genus Thunnus possess a carotid rete in the blood
supply to the eye and brain, which can act as a
thermal barrier (Linthicum and Carey, 1972).
70
Ejemplos de endotermos heterotermos
Musaraña hibernando
Ave en torpor
71
En cuanto a la relación entre metabolismo y
temperatura.
Al homeotermo puede llamársele taquimetabólico,
de metabolismo rápido, y al poiquilotermo puede
llamársele bradimetabólico

• Taquimetabolismo (del griego tachosrápido,
  metabolocambiar) Es un término usado para
  describir a criaturas que mantienen una tasa de
  metabolismo de reposo alta. Criaturas
  taquimetabólicas están encendidas
  permanentemente. Aunque su metabolismo de reposo
  es aún muchas veces más lento que su metabolismo
  en actividad, la diferencia es a menudo menor que
  la observada en criaturas bradimetabólicas. Las
  criaturas taquimetabólicas tienen mayores
  dificultades enfrentándose a la escasez de
  alimentos.

72
Temperatura corporal
73
Efectos de la temperatura
a) Dependencia térmica de la Tº

• La velocidad de las reacciones metabólicas
  depende de la Tº, así la vida de un animal
  depende del mantenimiento del medio interno a la
  TºC adecuada

En vertebrados ectotérmicos, juega el papel más
importante en el control de las funciones
fisiológicas, tales como la tasa de consumo de
oxígeno. Ésta, generalmente aumenta de forma
exponencial con la temperatura.  Este aumento
fue modelizado por Arrhenius
v A e -Eq/(RT)
74
en donde v es la velocidad de la reacción, y E y
R son constantes. Estas constantes pueden
reunirse en una sola K, resultando 
V A e(-K/T)
En el caso de la respiración, v es la velocidad
de consumo de oxígeno, A y K son constantes para
cada individuo, T k es la temperatura en grados
Kelvin a la cual se realiza el proceso.
75

• Al considerar la influencia de la TºC en la
  velocidad de las reacciones, es útil obtener un
  cuociente de Tº por comparación de las
  velocidades a dos Tº distintas Q10
• Las reacciones químicas tienen valores de Q10
  entre 2-3
• Ambientes acuáticos -2 a 40 ºC, Tº no es
  un problema
• Invertebrados intermareales presentan un Q10 1,
  por lo que las tasa metabólicas no cambian con
  alteraciones de Tº de hasta 20 ºC. Poseen
  sistemas enzimáticos con Tº óptimas amplias
  lo pueden hacer por la alternancia de Tº óptimas
  de la secuencia de enzimas que participan en las
  reacciones.

Ecuación de vant Hoff
76
(No Transcript)
77
(No Transcript)
78
(No Transcript)
79
(No Transcript)
80
b) Aclimatación Térmica
Calor Frío
Stress
Determina cambio compensatorios
Aclimatización
Fisiología
Morfología
Aclimatación térmica
Comprobada en tejidos y animales completos
Músculos de ranas aclimatas a 5ºC se contraen con
más fuerza que los aclimatados a 20ºC
La conducción nerviosa persiste a bajas Tº en
peces aclimatados al frío pero se bloquea en los
aclimatados al calor
Puede ocurrir modificación en la sensibilidad de
la enzima Cambio en la cantidad de la enzima
81
(No Transcript)
82
Aclimatada al frío
Log tasa metabólica
Aclimatada al calor
Temperatura
83
Se sugiere que la aclimatación a temperaturas
crecientes ocurre más rápidamente que a
temperaturas decrecientes. Son varios los
ajustes fisiológicos responsables de la
aclimatación a una nueva temperatura. Entre
otros, la aclimatación contrarresta en parte los
cambios en la afinidad de la hemoglobina por el
oxígeno y por tanto mejora la captación de
oxígeno por las branquias
Hasta cierto punto los animales pueden
aclimatarse a Tº extremas, pero aunque el aumento
o descenso sea muy lento, llega un momento en que
el animal no puede soportar un incremento o
descenso más y muere.
84
Tolerancia de carassius auratus al calor, luego
de una aclimatación térmica
85
(No Transcript)
86
Factores determinantes del calor corporal y la
temperatura
La Tº en los ecto y endotermos depende de la
cantidad de calor/unidad de masa
Tejidos formados por agua su capacidad
calórica es 1 cal/ºC/g (0 40ºC)
Se infiere que
A gt mayor masa muscular, mayor es la Tº corporal
a una Tº dada
Tasa de intercambio de calor Depende de

• Tasa de producción por metabolismo
• Tasa de ganancia de calor
• Tasa de pérdida de calor

87
Calor producido Está determinado por

• Mecanismos de comportamiento ejercicio.
• Mecanismos autónomos Aumento de metabolismo de
  las reservas energéticas
• Mecanismos adaptativos O ambientales, son más
  lentos y causan elevación del MB

88
Conductancia elevada
Conductancia baja
89
Mecanismos para regular transferencia de calor
- Control del comportamiento Incluye desplazarse
a otros ambientes con Tº próxima al óptimo.

• Control autónomo del flujo sanguíneo a la piel
  de los vertebrados. Activación de músculo
  piloerectores controla grosor del pelaje y
  plumaje.
• Control adaptativo Cambios a largo plazo del
  pelaje, del grosor de la capa de grasa,
  sudoración, jadeo

90
(No Transcript)
91
(No Transcript)
92
Ectotermos y su relación con la temperatura
a) En climas fríos
- Por debajo de 0ºC congelación de
tejidos

• Sobreenfriamiento Es la estrategia que evita
  el congelamiento de los líquidos en estos casos.
  Se sumergen muy por debajo de la superficie
• Sustancias anticongelantes Glicerol se
  incrementa en invierno y baja punto de
  congelación a 17ºC

93
Glucoproteínas Peces que viven en áreas con
hielo de fondo, como Gymnodraco, entran en
contacto con cristales de hielo. Como adaptación
para bajar el punto de congelación, concentran
sustancias anticongelantes en sangre. Se trata de
glicoproteínas que interfieren en la adición de
nuevas moléculas a los cristales de hielo
Fosfolípidos Con mayor concentración en AG
poliinsaturados
Estrategia de comportamiento Se solea, enviando
sangre a sus tejidos para absorber calor. Cuando
bucea en aguas frías reduce envío de sangre a
tejidos periféricos y pérdida de velocidad de la
circulación general.
94
Superenfriamiento
95
EJEMPLO MECANISMO ECTOTERMIA PECES POLARES

• El PC depende de la concentración molar de un
  fluido
• PC Agua marina 1,86ºC. PC Peces (fluido)
  0,6/0,8 ºC
• La temperatura en mares polares baja de 1,8ºC en
  invierno pero los peces no se congelan.

VERANO
Cambios en el punto de congelación (PC) de los
fluidos corporales en peces árticos
Agua 5ºC
Profundidad
Agua -1,73ºC
Punto congelación del plasma
96
ENDOTERMIA vs ECTOTERMIA
EJEMPLO MECANISMO ECTOTERMIA PECES POLARES
Cambios en el punto de congelación (PC) de los
fluidos corporales en peces árticos
Aunque el PC de los fluidos de los peces de fondo
es 0,8ºC, viven a menos tª. La congelación
del agua se acelera con agentes nucleantes
(facilitan la orientación molecular para la
cristalización en red). En su ausencia, el agua
pura es líquida hasta 20ºC.
97
ENDOTERMIA vs ECTOTERMIA
EJEMPLO MECANISMO ECTOTERMIA PECES POLARES
Verano temperatura superficial por encima de la
congelación, pero -1,73ºC en fondo Invierno
temperaturas igualadas y de -1,73ºC. Pese a
estas condiciones existen poblaciones de peces
tanto en el fondo como en las capas superficiales
Cambios en el punto de congelación (PC) de los
fluidos corporales en peces árticos
98
(No Transcript)
99
ENDOTERMIA vs ECTOTERMIA
EJEMPLO MECANISMO ECTOTERMIA PECES POLARES
Los peces se mantienen bien en tª bajas pero si
les toca el hielo (agente nucleante) se congelan
no hay hielo en el fondo! En invierno, con
hielo superficial, los peces generan
anticongelantes que bajan el PC (glicoproteínas).
Cambios en el punto de congelación (PC) de los
fluidos corporales en peces árticos
INVIERNO
Profundidad
Agua -1,73ºC
Agua -1,73ºC
Punto congelación del plasma
100
(No Transcript)
101
b) Ectotermos en climas cálidos

• Ectotermo pequeño pierde más calor que grande
• A Tº altas la afinidad de la Hb por el O2 baja
  iguana jadea para minimizar Tº
• Estrategia de comportamiento Busca sombra

102
Beneficios y Costos

• La ventaja de un organismo ectotermo, es que
  requiere mucho menos alimento, haciendo más fácil
  la supervivencia en condiciones desfavorables. El
  precio por esta capacidad de supervivencia es la
  necesidad de tener múltiples sistemas químicos
  para operar a distintas temperaturas.
• Pueden operar en nichos ecológicos diferentes
• Pocos incrementan su Tº corporal por encima de
  la del medio, entonces no hay problema con
  pérdida de calor al disminuir su tamaño.

103
ENDOTERMIA vs ECTOTERMIA
La ectotermia es ancestral en verte-brados, pero
no es una desventaja, pues puede ser tan efectivo
como la endotermia, que requiere un importante
gasto energético. Así, los mecanismos de
termorregulación ectotérmicos pueden ser tan
complejos y especializados como los endotérmicos.
104
ENDOTERMIA vs ECTOTERMIA
Los ectotermos alcanzan la temperatura corporal
necesaria para realizar su actividad con menos
energía que los endotermos la tasa metabólica de
un ectotermo terrestre es 10 o 14 de la de un
pájaro o mamífero del mismo tamaño (y precisan
menos comida para un mismo tamaño corporal!).
105

• Esto les permite dirigir una mayor proporción de
  energía al crecimiento y reproducción.
• - Pueden permanecer inactivos por largos períodos
  evitan predatores
• Limitaciones en la duración del movimiento de
  gran intensidad baja tasa de
  metabolismo aerobio y desarrollo de deuda de
  oxígeno.
• Limitación en conseguir grandes tamaños.
• El número de sps disminuye al acercarse a los
  polos

106
Endotermos y su relación con la temperatura
- La Tº del cuerpo está controlada por mecanismos
homeostáticos
37 40 ºC
37 41 ºC
La TMB de endotermos de tamaño semejante es
parecida y es de 3 a 10 veces superior a la TMS
de ectotermos del mismo tamaño
107
a) Endotermia en climas fríos
La disminución de la Tº interna causa

• Ejercicio
• Producción de calor extra

. Con tiriteo . Sin tiriteo Catabolismo de
grasa parda, sistema que no produce ATP sino agua
y calor . Erizamiento del pelaje o plumaje
108
Incremento de tamaño corporal para reducir
relación S/V Engrosamiento de la capa de
pelo Presencia de capa de grasa Vasoconstricción
de arteriolas que van a la piel Presencia de
estructuras en contracorriente calor
fluye de sangre arterial caliente que va a
extremidades hacia sangre venosa fría que retorna
al core. Debido a la contracorriente las
extremidades están más frías los
lípidos se pueden volver más viscosos por debajo
de su punto de fusión
Ácido graso saturado pf
Ácido graso insaturado pf
Frío
Calor
109
Sistema de Contracorriente
110
(No Transcript)
111
La Tº de los tejidos externos y extremidades son
menos constantes, aproximándose a la Tº ambiental
112
b) Endotermia en climas cálidos

• Animales grandes poseen baja relación S/V y
  grueso pelaje que retrazan la absorción de calor
  del medio.
• Pierden calor por radiación, evaporación
  (acuáticos no), conducción, a través de
  ventanas orejas de conejos, patas y hocicos.
• La evaporación se da a través de la sudoración,
  jadeo

- Interviene un sistema de enfriamiento
constituido por las glándulas sudoríparas
distribuidas a través de todo el cuerpo. Estas
glándulas producen un líquido llamado sudor, que
baña la piel y que, al evaporarse, la refresca.
113
(No Transcript)
114
Beneficios y Costos

• Mantiene Tº alta
• Pueden alcanzar gran tamaño
• Resisten actividad alta por largos períodos
• Consumen grandes cantidades de comida y agua
• Gran intercambio de gases (susceptible a
  desecación)
• Tºc alta problema en animales pequeños.

115
Which is Better? It has always been thought that
mammals being "warm-blooded" were one step above
the reptiles and usurped their role as the
dominant land animals by the end of the
Cretaceous. Then paleontology went and showed us
that mammals had been living under reptile rule
for over 185 million years. So maybe endothermy
isn't the advantage. If your an ectotherm then
you can, instead of using most of your energy
towards keeping warm, devote almost 100 of it to
hunting, foraging, mating, and all those other
things that make life interesting. When things
cool down, you slow down to compensate for it. If
your endothermic on the other hand you can stay
active in any weather. Of course in order to stay
active you'll have to keep eating and the cooler
it gets the more you'll have to eat. So when even
the most resilient ectotherm is in torpor, you
can stay awake, just so you can search for more
food to keep you going. With this in mind, one
should expect to find a lack of reptiles the
further north one goes, yet this is not always
the case. While the majority of reptiles live
around equatorial regions of the planet and while
their numbers do decrease towards the poles (both
of these things are also common of birds
mammals as well), we still do find reptiles that
survive in rather cold areas of the world. From
lizards in Tibet to the leatherback sea turtles
surviving in arctic waters. How do these animals
accomplish these feats while still remaining
"cold-blooded?"
116
For Tibetan animals such as Thermophis baleyi,
the trick lies in where they are located. This
species maintains it's survival on the cold
Tibetan plateus by living near hot springs where
it lives off of fish and invertebrates. Lizards
and snakes of the region (i.e. Laudakia sacra)
tend to have longer basking times and give birth
to live young. This does not explain all the
animals here though, for instance the little
gecko Cyrtodactylus tibetanus, which attains a
length of only 10.16cm, not only survives on
these montane places, but does so while
maintaining the nocturnal existence so common to
Gekkonidae. Just how these lizards survive the
4.4 C (40 F) and cooler nights, while
maintaining their 10 C (50 F) body
temperatures, is still a bit of a mystery.
117
One theory on how they handle the cold is by
absorbing heat on the rocks in the day and using
it as a bit of a thermal battery. Another
thermally enigmatic gecko is Palmatogecko rangei
from the Namib desert. This little reptile is
also active on 4 nights with an added wind chill
from the Atlantic as well. One of the most
thermally adaptive of all the reptiles though, is
the Leatherback sea turtle (Dermochelys
coriacea). One of the means that allows these
turtles to maintain internal temperatures 18
higher than their surrounding environment (64 F)
is their sheer size. The term used for this is
known as gigantic endothermy or gigantothermy.
What is gigantothermy
118
Zona Termoneutral
119
Centros termorreguladores
120
(No Transcript)
121
(No Transcript)
122
(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
127
(No Transcript)
128
(No Transcript)
129

• De sangre fría generalmente se refiere a tres
  áreas separadas de termorregulación.
• Ectotermia
• Poiquilotermia
• Bradimetabolismo
• Ectotermia se refiere a criaturas que controlan
  la temperatura corporal por medios exteriores
  (del griego ecto exterior y therm calor)
• Poiquilotermia se refiere a criaturas cuya
  temperatura interior varia, frecuentemente siendo
  igual a la temperatura del entorno inmediato (del
  griego poikilos, variado, y therm calor)
• Bradimetabolismo se refiere al metabolismo de
  reposo de una criatura. Si dicha criatura tiene
  un metabolismo de reposo bajo, se la considera de
  Bradimetabolismo (del griego brady, lento, y
  metabol, cambiar). Animales bradimetabólicos
  frecuentemente pueden cambiar dramáticamente la
  velocidad del metabolismo, de acuerdo a la
  disponibilidad de alimento y la temperatura.
  Muchas criaturas bradimetabólicas en desiertos y
  areas de duros inviernos pueden apagar su
  metabolismo y permanecer casi muertos hasta que
  retornen las condiciones favorables.
• Nota Es importante recordar que un animal
  bradimetabólico tiene un metabolismo bajo de
  reposo solamente. Su metabolismo en actividad es
  frecuentemente muchas veces más alto, de modo que
  una criatura bradimetabólica no debe ser
  considerada lenta.
• En realidad, pocas criaturas caen en las tres
  categorías anteriores. La mayor parte de los
  animales usan una combinación de estos tres
  aspectos de termofisiología, junto con sus
  contrapartes (endotermia, homotermia y
  taquimetabolismo), creando una amplia gama de
  tipos de temperaturas del cuerpo. La mayor parte
  del tiempo, criaturas que usan uno de los
  aspectos previamente definidos, se los encuadra
  en el término de sangre fría. Los fisiologos
  han inventado también el término heterotermia
  para criaturas que exhiben un único caso de
  poiquilotermia.

130

• Endotermia (del griego endo interno therm
  calor) Este término se refiere a criaturas que
  son capaces de controlar su temperatura corporal
  mediante actividad interior, como tiritar, quemar
  grasas y jadear.
• Homeotermia (del griego homoios mismo, therm
  calor) Este término se refiere a criaturas que
  mantienen una temperatura interna estable
  independientemente de las condiciones exteriores.
  Esta temperatura es a menudo mayor que la del
  entorno inmediato.
• Una gran proporción de las criaturas
  tradicionalmente de sangre caliente ( mamíferos y
  pájaros) encajan en todas las anteriores tres
  categorías. En los últimos 30 años, estudios en
  la termofisiología animal han mostrado que hay
  todavía bastantes miembros de estos grupos que no
  encajan en los criterios anteriores por ejemplo,
  muchos murciélagos y pequeños pájaros son
  poiquilotermicos y bradimetabólicos cuando
  duermen por la noche o día. Para describir este
  tipo de criaturas, se acuñó el termino
  heterotermia.
• Estudios en animales tradicionalmente
  considerados de sangre fría, han mostrado que la
  mayor parte de las criaturas incorporan
  diferentes variaciones de los tres terminos
  definidos arriba, junto con sus contrapartes
  (ectotermia, poiquilotermia y bradimetabolismo),
  creando de esta manera un amplio espectro de
  tipos de temperatura corporal (Véase Condiciones
  intermedias).

131
Mecanismos de control en endotermos Los
endotermos son criaturas entre las cuales están
los mamíferos y los pájaros. Las ventajas de la
endotermia son una mayor actividad de las enzimas
y temperatura corporal constante, que permite a
estos animales permanecer activos a bajas
temperaturas. La desventaja es que se debe
mantener la termorregulación aun en periodos de
inactividad, porque de otro modo los organismos
mueren. En invierno, puede no haber suficiente
alimento para mantener estable la tasa metabólica
de un endodermo todo el día, por lo que algunos
organismos pasan a un estado controlado de
hipotermia llamado hibernación o letargo. En
hibernación, la temperatura del cuerpo se
disminuye para conservar energía. En un clima
cálido, los endodermos usan considerable energía
para no sobrecalentarse, ya sea por jadeo, sudor,
buscando refugio o agua. Diversos mecanismos son
usados para regular la temperatura del cuerpo,
como tiritar (generando calor por contracciones
musculares), palidez y rubor (cambios
circulatorios para disminuir o incrementar el
flujo de calor a la piel), jadeo o sudor (para
perder calor por evaporación).
132
Sangre caliente versus sangre fría Los procesos
bioquímicos dependen de la temperatura. En
general se puede decir que estos procesos se
aceleran con el calor y se retardan con el
frío. La ventaja de un organismo homeotérmico es
que puede mantenerse alrededor de una temperatura
óptima a la cual las reacciones químicas
interiores funcionan mejor, es decir que los
procesos de pensar, moverse, digerir, etcétera
son óptimos. La desventaja es que se requieren
grandes cantidades de calorías y si la
temperatura del cuerpo cambia aunque sea solo por
pocos grados, el organismo rápidamente deja de
funcionar. Por el contrario, la ventaja de un
organismo de sangre fría es que requiere mucho
menos alimento, haciendo más fácil la
supervivencia en condiciones desfavorables. El
precio por esta capacidad de supervivencia es la
necesidad de tener múltiples sistemas químicos
para operar a distintas temperaturas.
133

• Condiciones intermedias
• Como se ha mencionado, la clasificación de
  organismos en ya sea de sangre caliente o de
  sangre fría no es suficientemente flexible. Hay
  organismos que no se dejan clasificar con estos
  criterios, por ejemplo
• El atún y el pez espada Estos peces se sumergen
  a gran profundidad en el océano donde el agua es
  más fría. El pez espada puede aumentar la
  temperatura de su cerebro y de sus ojos en el
  ambiente frío, posiblemente dándole una ventaja
  en la caza. El atún puede calentar todo su cuerpo
  con un sistema de intercambio de calor llamado
  rete mirable, que le ayuda a conservar calor y
  evita pérdidas de calor por las agallas cuando el
  pez esta en aguas frías. El atún tiene también
  los músculos de natación en el interior del
  cuerpo, y no cerca de la superficie.
• Las abejas una abeja por sí sola no controla su
  temperatura corporal. Sin embargo, el colectivo
  de abejas si controla la temperatura de la
  colmena. Si la temperatura sube demasiado,
  algunas abejas van a la entrada de la colmena y
  la ventilan. Cuando la temperatura baja
  demasiado, las abejas vibran los músculos de las
  alas para producir calor. Una abeja por sí sola
  no tendría ningún efecto en la temperatura, pero
  el esfuerzo conjunto sube la temperatura de la
  colmena.
• Una variedad de planta (Symplocarpus foetidus).
  Generalmente se asume que las plantas tienen
  exactamente la misma temperatura que su entorno.
  La Symplocarpus foetidus, produce calor propio
  por medios químicos al final del invierno. Este
  calentamiento es pequeño comparado a los
  estándares de calentamiento de animales, pero es
  suficiente para permitirle comenzar a crecer más
  antes en primavera. Esto le da una ventaja porque
  la planta puede crecer cuando sus depredadores y
  sus competidores están todavía dormidos por el
  frío.

134
La capacidad de hibernar es un mecanismo
adaptativo que muchos organismos han desarrollado
para sobrevivir a los fríos inviernos.    
Durante la hibernación desaparece prácticamente
cualquier función metabólica. Los poiquilotermos
disminuyen el azúcar en sangre, aumentan el
almacenamiento de glucógeno en el hígado, aumenta
el tono muscular, entre otros cambios
fisiológicos.    Los homeotermos se comportan
como heterotermos adoptando una hipotermia
controlada. Tanto la respiración como la
frecuencia respiratoria y cardiaca bajan
notablemente y la temperatura corporal puede caer
hasta los 10ºC.