Termoregula
cja

Prof. dr hab. Barbara Jezierska, dr hab. Małgorzata
Witeska
Katedra Fizjologii Zwierząt Akademii Podlaskiej

Temperatura środowiska ma duży wpływ na
organizmy zwierzęce

Wzrost temperatury o 10

o

C - 2-3 krotny

wzrost tempa przemian metabolicznych

Aktywne życie zwierząt:
od ok. 0

o

C do ok. 50

o

C

U większości zwierząt:

< 10

o

C i > 45

o

C - hamowanie procesów

życiowych

< 10

o

C - odwracalny spadek aktywności

enzymów
> 45

o

C - nieodwracalne zmiany w strukturze

białek

Tolerancja termiczna różnych zwierząt
jest różna:

•

stenotermiczne ciepłolubne

•

stenotermiczne zimnolubne

•

eurytermiczne

Górne temperatury letalne ryb „ekstremalnych”:

• gatunki gorących źródeł (ok. 34

o

C) - do 43

o

C

• gatunki wód antarktycznych (ok. -2

o

C) - do 6

o

C

o

C

0

40

20

Zwierzęta muszą więc:

• znaleźć środowisko zewnętrzne o odpowiedniej
temperaturze lub...

• regulować swoje środowisko wewnętrzne, aby
temperatura nie przekroczyła zakresu, w którym
organizm zdolny jest do funkcjonowania

Termoregulacja - regulacja temperatury ciała

Zwierzęta zmiennocieplne - poikilotermiczne („zimnokrwiste”)
temperatura ciała zmienna (w ograniczonym zakresie),
zależna od zmian temperatury środowiska
zewnętrznego = ektotermiczne

Zwierzęta stałocieplne - homeotermiczne („ciepłokrwiste”)
temperatura ciała stała pomimo wahań temperatury
środowiska zewnętrznego = endotermiczne

Zmiennocieplne - dostosowują swój
metabolizm do zmian temperatury otoczenia,
ale...

Niektóre mogą utrzymywać temperaturę ciała
powyżej temperatury otoczenia, np.:

• jaszczurki - nagrzewają się na słońcu

• tuńczyki - podwyższają temperaturę ciała o 10-15

o

C

powyżej temperatury wody dzięki pracy mięśni

www.scielo.br

Sezonowe zmiany temperatury ciała jaszczurki

Temperatura podłoża

Temperatura powietrza

www.nhc.ed.ac.uk

Stałocieplne - utrzymują względnie stałą
temperaturę ciała, dzięki wysokiemu tempu
metabolizmu wytwarzają dużo ciepła, ale...

Temperatura powierzchni ciała zmienia się w
zależności od temperatury otoczenia

rainbow.ldeo.columbia.edu

stekowce

torbacz

Wewnętrzna temperatura

ciała u zwierząt stałocieplnych

człowiek 36,9 36,4 - 37,4
koń

38,0 37,5 - 38,5

pies

38,5 37,5 - 39,0

krowa

38,5 37,5 - 39,5

kot

39,0 38,0 - 39,5

królik

39,0 38,5 - 39,5

świnia

39,0 38,0 - 40,0

owca

39,1 38,4 - 40,0

indyk

40,5 40,0 - 41,5

kura

41,0 40,5 - 42,0

kaczka

42,0 41,0 - 43,0

Temperatura ciała człowieka

w zależności od temperatury otoczenia

20

o

C

35

o

C

Modified from figures by Jessen 1984, Ilmarinen 1987 and Lloyd 1994

herkules.oulu.fi

Stopniowy spadek temperatury dystalnych części

ciała człowieka w miarę spadku temperatury otoczenia

herkules.oulu.fi

Najzimniejsze rejony twarzy ludzkiej w

temperaturze otoczenia

0

o

C

Dobowe zmiany temperatury ciała (T

db

) myszy (n = 9)

(wg Frank, Tankersley 2002)

Stałocieplne regulują swój metabolizm
i procesy fizjologiczne, utrzymując
równowagę między produkcją i stratami
ciepła:

M=(H

r

+H

c

+H

d

+H

e

)

M - wytwarzane ciepło
H

r

- promieniowanie (podczerwone)

H

c

- konwekcja (prądy powietrza: ciepłe w górę,

zimne w dół)
H

d

- przewodzenie (bezpośredni kontakt z ośrodkiem)

H

e

- parowanie (skóry, błon śluzowych)

Przy temperaturze otoczenia przekraczającej
wartości temperatury wewnętrznej transport
ciepła na drodze:
konwekcji, promieniowania i przewodzenia
przebiega
w kierunku przeciwnym - z otoczenia do
organizmu !!!!!

Promieniowanie

Energia cieplna  emisja promieniowania

Absorpcja promieniowania  energia cieplna

Promieniowanie cieplne wysyłane przez organizmy
żywe - fale długie (podczerwone) o małej zdolności do
przenikania przez różne substancje.

Przewodzenie

Bezpośrednia wymiana ciepła pomiędzy
obiektami o różnej temperaturze ( wyrównanie

temperatury), np. między organizmem a wodą
(woda ma duże przewodnictwo i pojemność
cieplną).

Przewodzeniu zapobiega izolacja cieplna
(tłuszcz, sierść, ubranie).

Konwekcja

Konwekcyjne oddawanie ciepła z organizmu do
otoczenia - ogrzewanie przyskórnych warstw powietrza
i jego ruch w kierunku od powierzchni skóry. Ogrzane
powietrze jest zastępowane przez warstwy powietrza
chłodniejszego, o większej gęstości.

1. naturalna - ruch powietrza uwarunkowany
spadkiem gęstości powietrza przylegającego do skóry
na skutek ogrzania go przez ciepło z organizmu
2. wymuszona - ruch powietrza wywołany przez
czynniki
zewnętrzne (wiatr)

Parowanie

Przejście cieczy ze stanu płynnego w stan gazowy
(para), wymaga dostarczenia energii cieplnej:
-1 litr wody - około 580 kcal
Dyfuzja przez skórę i błony śluzowe dróg
oddechowych

Ssss

www.ttuhsc.edu

Fizjologiczne mechanizmy utraty
ciepła oparte na parowaniu:

1. Pocenie się
2. Zianie
3. Wydzielanie śliny oraz pokrywanie nią skóry
4. Nurzanie się w wodzie, błocie, moczu

Przewodzenie

Konwekcj
a

Promieniowanie

Parowani
e

5-10%

mięśnie

tkanka
tłuszczow
a

skóra

naskórek

włosy

40%

40-
50%

10-20%

tętnica

żyła

Utrata ciepła

Ustrój traci ciepło przez powierzchnię ciała i
drogi oddechowe.

U zwierząt stałocieplnych powstało wiele
przystosowań zapobiegających (lub
sprzyjających) utracie ciepła:

• izolacja ciała - sierść, pióra, tkanka
tłuszczowa
• wymienniki ciepła

• kształt ciała

Reguła Allena (1877)

U zwierząt stałocieplnych, wielkość zewnętrznych
„wymienników ciepła” (dystalnych części ciała: kończyny,
ogony, uszy) maleje w miarę spadku średniej temperatury
otoczenia - maleje więc stosunek P/V - ograniczenie utraty ciepła.

www.mc.maricopa.edu

www.mun.ca

Regulacja temperatury krwi

ZIMNO

CIEPŁO

Energia
chemiczna

Energia mechaniczna

Energia
osmotyczna

Energia cieplna

Energia
świetlna

Energia
elektryczna

Energi
a

ATP

AD
P

Oddychan
ie

Produkcja ciepła [%]

Narządy

spoczynek

aktywność

fizyczna

% masy

ciała

Mózg

16

3

2

Narządy

wewnętrzne

56

22

6

Skóra i

mięśnie

18

73

52

Produkcja ciepła u człowieka

Termogeneza - tworzenie ciepła

• Termogeneza bezdrżeniowa - produkcja ciepła
spowodowana wzrostem tempa przemian
metabolicznych (katabolicznych)

• Aktywność mięśniowa (wysiłek fizyczny)

• Termogeneza drżeniowa - spowodowana
kurczeniem się niezależnie od woli mięśni
szkieletowych - drżenie - stosowana przez
zwierzęta stałocieplne (dreszcze pozwalają na
wytworzenie 5 x więcej ciepła niż w spoczynku,
mniej jednak niż aktywność ruchowa)

Termoregulacja

Termorecepto
ry:

• skórne

• wewnętrzne

Ośrodek termoregulacji

Efektory

Termoreceptory

• Receptory ciepła i zimna znajdują się głównie
na powierzchni skóry.

• Przez wypustki neuronu czuciowego bodźce
przekazywane są do rdzenia kręgowego.

• Zero fizjologiczne - występuje gdy temperatura
otoczenia równa się temperaturze powierzchni
skóry.

• Czucie zimna lub ciepła powstaje tylko wtedy,
kiedy zmiany temperatury dotyczą samych
receptorów i występują dostatecznie szybko.

• Receptory zimna i ciepła adaptują się szybko i
wówczas czucie ciepła lub zimna nie występuje.

Efektory

Termoregulacja

fizyczna

Układ krwionośny

Gruczoły potowe

Termoregulac

ja chemiczna

Mięśnie
szkieletowe

Tkanka tłuszczowa

Wątroba

Powierzchnia ciała

Ośrodki
termoregulacji

Oddawanie
ciepła

Tworzenie ciepła

podwzgórz
e

Receptory termiczne

w skórze

Temperatura

środowiska

Temperatura

krwi

• obniżenie tempa procesów
metabolicznych

• zmniejszenie aktywności mięśni

• rozszerzenie naczyń krwionośnych
skóry

• zwiększenie wydzielania potu

• zwiększenie tempa wentylacji

• wzrost tempa procesów
metabolicznych

• zwiększenie aktywności mięśni

• zwężenie naczyń krwionośnych
skóry

• podnoszenie się włosów

Bodźce
zimna

Bodźce ciepła

przysadka (TSH)

mięśnie

szkieletowe

inne
tkanki

brunatna tkanka
tłuszczowa

(termogeneza drżeniowa)

(termogeneza bezdrżeniowa)

Podwzgórze

układ współczulny (Nad)

rdzeń nadnerczy (AD)

tarczyca (tyroksyna)

Utrzymanie względnie stałej temperatury
wewnętrznej jest nieodzownym warunkiem
sprawnego działania organizmu stałocieplnego.

Jej zmiany przekraczające o 4

o

C wartość

prawidłową prowadzą do zaburzeń aktywności
enzymów, a więc - wielu zależnych od
temperatury procesów zachodzących w
organizmie.

Jednak:

• temperatura ciała zwierząt stałocieplnych
zmienia się w cyklu dobowym

• temperatura nie jest równa w całym organizmie

• niektóre zwierzęta stałocieplne mają zdolność do
okresowego obniżania temperatury ciała

Temperatura otoczenia

Zmiany tempa metabolizmu zwierząt stałocieplnych

ze wzrostem temperatury otoczenia

zmiennocieplne

Zmiany temperatury ciała zwierząt stałocieplnych

Hipotermia
Hibernacja
Sen zimowy

Hipertermia
Gorączka

Hipotermia -

obniżenie temperatury

wewnętrznej poniżej normalnego zakresu jej
wahań - następstwo ujemnego bilansu
cieplnego, wynikające z przewagi strat
cieplnych nad ilością ciepła metabolicznego
(24

o

C- zagraża życiu)

Hipotermia sztuczna

Śródoperacyjna i terapeutyczna (zwykle 33-
35

o

C)

Przy temperaturze 19

o

C następuje

zatrzymanie oddechów.
Przy temperaturze 9

o

C nerwy tracą zdolność

przewodzenia.

Hibernacja

- odrętwienie i znaczne obniżenie

temperatury wewnętrznej (tempo metabolizmu
maleje, funkcje życiowe są spowolnione).

Stan fizjologiczny związanym z ewolucją zwierząt
stałocieplnych w środowiskach zimnych - pozwala
na oszczędzanie energii, kiedy koszty ogrzewania
organizmu są zbyt duże (zimno, brak pokarmu).
Występuje u zwierząt małych (np. świstaki,
chomiki, jeże, nietoperze).

Hibernacja, chociaż zaczyna się podczas chłodu,
jest regulowana sezonowo przez czynniki
wewnętrzne (dokrewne), spadek temperatury jest
czynnikiem wyzwalającym (sygnalnym).

Sen zimowy

(niedźwiedzie) - nie jest

„prawdziwą” hibernacją - temperatura ciała i
tempo metabolizmu obniżają się nieznacznie.

Sen zimowy przerywany jest okresami budzenia
się,
w których następuje podniesienie temperatury
wewnętrznej, wydalanie nagromadzonych
produktów przemiany materii, a potem ponowne
obniżenie temperatury wewnętrznej i zapadanie
w sen.

Budzenie się poprzedzone jest aktywacją
termogenezy.

Hipertemia

(przegrzanie) - wzrost temperatury

wewnętrznej powyżej fizjologicznej normy i powyżej
podwzgórzowego wzorca, który utrzymany jest na
stałym poziomie

• wzrost oddawania ciepła do otoczenia jest
niewystarczający do obniżenia temperatury
wewnętrznej,

• przekroczenie wydolności mechanizmów
fizjologicznego oddawania ciepła

44

o

C - niebezpieczne, powoduje zmiany w stanie

koloidalnym białek

Zapaść cieplna

Hiper
temia

Gorączka

Podwyższenie temperatury podwzgórzowego wzorca
- „przestawienie termostatu”, regulacja temperatury
wewnętrznej ciała na wyższym poziomie

Wywołana zwykle przez pirogeny egzogenne -
toksyny chorobotwórczych bakterii, wirusów i
pierwotniaków, które powodują uwalnianie
pirogenów endogennych

Gorączka

Podwyższenie temperatury ciała następuje dzięki:

• wzrostowi termogenezy drżeniowej i
bezdrżeniowej

• zmniejszeniu oddawania ciepła do otoczenia

• wyborowi cieplejszego otoczenia

Gorączka hamuje rozwój patogenów i
stymuluje reakcje
odpornościowe

Gorączka

Hiper
t
emia

Gorączka

Patoge
n

patogenówmmmmmmmmmm

upload.wikimedia.org