Homeostasis Termo y Osmo[1]

HOMEOSTASIS TERMORREGULACION TERMORREGULA CION Y  OSMORREGULACION Lic. Carla Gonzales

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 superviviencia supervivienci a 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. 2. 3.

Importancia tanto del sistema nervioso como del endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulación. Nivel tónico de actividad: Un agente puede existir cuando tiene una moderada actividad que puede variar ligeramente arriba o abajo. 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.

5. 6. 7.

Señales químicas puede tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales, antagonistas en una región del cuerpo, pueden ser agonistas en otras regiones". La homeostasis es un proceso continuo que implica el registro y regulación de múltiples parámetros. La efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vida de los individuos. 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

TERMORREGULACION 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.

CLASIFICACION SEGÚN CAPACIDAD DE REGULAR SU TEMPERATURA CORPORAL POIQUILOTERMOS No pueden regular su temperatura corporal y la mantienen cercana a la temperatura ambiental.

HOMEOTERMOS Mantienen su temperatura corporal estable (+/- 2ºC) a pesar de las variaciones en la temperatura ambiental.

CLASIFICACION SEGÚN LA FUENTE DE CALOR  ENDOTERMICOS Mantienen su Tc generando calor por el metabolismo (aves y mamíferos).

ECTOTERMICOS Mantienen 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

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

TM

• Afectada por

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

•Mediciones estandarizadas

son necesarias para

Estudiar el efecto real de un factor dado sobre el metabolismo energético Comparar la TM inter o intra especies

•TM en condiciones

TMB

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

TME

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)

•Costo energético diario de un animal

salvaje por unidad de tiempo

TMdC

•Tasa promedio de utilización de energía

•Incluye

•TMB

• Alimentación

•Termorregulación

•Digestión y asimilación

•Locomoción

•Crecimiento

•Grado de actividad

•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 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.

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 termica, favorece la perdida de calor.  Animales voluminosos: > relación área superficie/volúmen

 Animales pequeños: < relacón 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.

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 / 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 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 tener  una temperatura basal de 100 (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

HIBERNACION 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.

OSMORREGULACION Término acuñado por Rudolph Höber en 1902 Referente 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 medio La regulación de la composición y de las concentraciones iónicas en diversos compartimentos (células y tejidos)

FLUJO DEL AGUA INGRESO Bebida Resultado de reacciones metabolicas Osmosis

SALIDA Orina Sudor Osmosis

CLASIFICACION DE LOS AMBIENTES Marino  Agua dulce Terrestre

CLASIFICACION SEGUN TOLERANCIA AL MEDIO ESTENOHALINOS Tolerancia limitada a los cambios en las concentraciones del ambiente externo. EURIHALINOS Toleran un intervalo mas amplio de concentraciones osmoticas.

 ANIMALES ACUATICOS Osmoconformadores: 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. Hipoosmorreguladores Hiperosmorreguladores

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

PROTONEFRIDIO Son típicos animales sin celoma Constan 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.

METANEFRIDIO Estructuras 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 útiles Los desechos salen al exterior por el nefridioporo.

TUBOS DE MALPIGHI Son 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.

RIÑON Glomerulo: filtración Tubo contorneado proximal: reabsorción de sales, agua y nutrientes  Asa de Henle: concentra la orina Tubo contorneado distal: reabsorbe agua y sales Tubo 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.

•

Filtro: •

•

ESTRUCTURAS RENALES

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.

OSMOCONFORMADORES La 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)

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

Osmosis 2 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.

HIPEROSMORREGULADORES Problema: Hiperosmotico con el medio. Ganan agua y sales Solución: Pierden agua y reabsorben sales Desarrollan organos excretores Producen orina hipotonica a los fluidos corporales Recuperan sales (branquias, piel, tracto gastrointestinal)

Peces Dulceacuicolas

HIPOOSMORREGULADORES Problema: Hipoosmoticos con el medio Solución: Transporte activo con control nervioso y endocrino  Adaptaciones morfologicas (piel altamente permeable)

Organos reguladores Glomerulos Tubos de Malpighi Riñon

Peces Marinos

Elasmobranquios: osmoconformes

  

[NaCl] respecto al medio [Urea]plasmatica perdida de agua

Teleosteos: Hipoosmoreguladores

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

Dulceacuícolas: Hiperoosmorreguladores

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

PECES DIADROMOS Numerosos 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 TERRESTRES Principal 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 AEREA Piel impermeable Perdida de agua por epitelios respiratorios > desarrollo de riñones para concentrar la orina Mecanismos para adquirir y conservar el agua

OSMORREGULACION EN  AMBIENTES TERRESTRES MAMÍFEROS Y AVES Superficies 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 agua Conservación de agua en el tracto respiratorio Riñones especializados para concentrar la orina  Aprovechan el agua metabólica