Termoregula
cja

Prof. dr hab. Barbara Jezierska.
Katedra Fizjologii Zwierząt Akademii Podlaskiej

Środowisko termiczne - całość
termicznych
oddziaływań na organizmy zwierzęce

Zależność życia organizmu
zwierzęcego od temperatury
Temperatura środowiska - dominujący
wpływ na organizmy zwierzęce
Temperatura ciała organizmu -
temperatura środowiska
wewnętrznego - wpływ na tempo
przemiany materii

Zakres temperatur umożliwiających
życie organizmom zwierzęcym
< 10 - hamowanie procesów
życiowych
> 45 - nieodwracalne zmiany w
białkach

Wszystkie zwierzęta muszą albo
znaleźć środowisko zewnętrzne o
odpowiedniej temperaturze, albo
tak regulować swoje środowisko
wewnętrzne, aby nie przekroczyła
zakresu, w którym układy
chemiczne zdolne są do
funkcjonowania

Termoregulacja - regulacja temperatury ciała

Wpływ temperatury może być modyfikowany

Kompensacja na poziomie:
1 - biochemicznym i komórkowym
2 - narządów i układów
3 - całego organizmu

Zwierzęta zmiennocieplne - poikilotermiczne
zmienna temperatura ciała (w ograniczonym zakresie)
zależna od zmian temperatury środowiska zewnętrznego

Zwierzęta stałocieplne - homoiotermiczne
stała temperatura ciała pomimo znacznych
wahań temperatury środowiska
zewnętrznego

Zmiennocieplne - dostosowują swój
metabolizm do zmian temperatury

Dodatkowe mechanizmy pozwalające zapewnić
odpowiednią temperaturę w niesprzyjających
okolicznościach, np.:

• Zmiany ubarwienia (gady)

• Charakterystyczna aktywność (owady)

Stałocieplne regulują swój metabolizm
i procesy fizjologiczne do zmian temperatury
Utrzymują dokładną równowagę
między produkcją i stratami ciepła
M=(H

r

+H

c

+H

d

+H

e

)

M - wytwarzane ciepło
H

r

- promieniowanie

(elektromagnetyczne długofalowe)

H

c

- konwekcja

(prądy powietrza)

H

d

- przewodzenie

(bezpośredni kontakt)

H

e

- parowanie

(na powierzchni skóry)

Przyczyną promieniowania cieplnego jest ruch cząstek
i atomów
spowodowany energią cieplną doprowadzoną z
zewnątrz
lub energią wewnętrzna ciała
Energia cieplna emisja promieniowania
absorpcja promieniowania energia cieplna

Wzrost temperatury ciała emitującego
promieniowanie cieplne powoduje zmianę długości fal
od krótkich do długich

Promieniowanie cieplne wysyłane przez organizmy
żywe -wchodzące w zakres promieniowania
podczerwonego fale długie
( max 9.6 μm) o małej zdolności do przenikanie przez
różne substancje

Promieniowanie

Konwekcja

Konwekcyjne oddawanie ciepła z organizmu do
otoczenia polega na
ogrzewaniu przyskórnych warstw powietrza oraz jego
ruchu
w kierunku od powierzchni skóry. Ogrzane i
przemieszczone
są zastępowane przez warstwy powietrza
chłodniejszego, które wykazują wyższą gęstość i masę
właściwą

1. naturalna - ruch powietrza uwarunkowany zmianą
gęstości
powietrza przylegającego do skóry na skutek
podwyższenia jego
temperatury z powodu ogrzania przez ciepło z
organizmu
2. wymuszona - ruch powietrza wywołany przez
czynniki
zewnętrzne spoza organizmu

Przewodzenie

Polega na przechodzeniu ciepła od
organizmu
do przedmiotów o niższej
temperaturze, będących w
bezpośrednim kontakcie ze skórą

w przypadku wyższej temperatury
przedmiotów ciepło jest przewodzone do
organizmu

Oddawanie ciepła w wodzie (duża pojemność cieplna)

Parowanie
przejście ze stanu płynnego w stan
gazowy (para wodna) wymaga
dostarczenia energii cieplnej

utajone ciepło parowania wody

-1 litr około 580 kcal
dyfuzja przez skórę przez błony śluzowe
dróg oddechowych

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

Straty cieplne

5-10%

mięśnie

Tkanka
tłuszczowa

skóranaskórek

Pokrywa włosowa

40%

40-
50%

10-20%

tętnica

żyła

Oddawanie ciepła wytworzonego
przez organizm zależy od
właściwości danego zwierzęcia oraz
jego środowiska życia.
Ustrój traci ciepło przez pokrycie
ciała i drogi oddechowe

U zwierząt stałocieplnych powstało
wiele przystosowań :

kształt ciała,
izolacja ciała - długa sierść, wełna,
pióra, tkanka tłuszczowa,
wymienniki ciepła

W zimnym otoczeniu powłoki ciała tzn skóra
i podskórna tkanka tłuszczowa pełnia funkcje
termoizolatora
W środowisku o wysokiej temperaturze
są główną drogą usuwania ciepła z głębiej
położonych narządów i tkanek

Pełnienie tej roli związane jest przede wszystkim
z przepływem przez nie krwi
Dzięki dużej pojemności cieplnej krew może
przenosić znaczne ilości ciepła

Regulacja temperatury krwi

Przy temperaturze otoczenia
przekraczającej wartości temperatury
wewnętrznej następuje przechodzenie
ciepła na drodze;
konwekcji, promieniowania i
przewodzenia
w kierunku przeciwnym - z otoczenia
do organizmu !!!!!

Produkcja ciepła

człowiek

Narządy

Tkanki

Produkcja ciepła

% w spoczynku % przy aktywności

Ciężar

%

mózg

16

3

2

Narządy

wewnętrzne

56

22

6

Skóra i

mięśnie

18

73

52

Energia
chemiczna

Energia
mechaniczna

Energia
osmotyczna

Energia

cieplna

Energia
świetlna

Energia
elektryczna

Energi
a

ATP

AD
P

Oddycha
nie

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

Termogeneza drżeniowa -
spowodowana kurczeniem się
niezależnie od woli mięśni
szkieletowych - drżenie
Stosowana przez zwierzęta
stałocieplne
(37-42

0

C), 24

0

C- zagraża życiu

Izolatory, warstwa ochronna

Podstawowe elementy termoregulacji

Termoreceptory

struktury wrażliwe
na zmianę
temperatury
otoczenia

Fizjologiczne ośrodki termoregulacji

Efektory -

termoregulacja fizyczna
termoregulacja chemiczna

Termoreceptory

Receptory ciepła i zimna znajdują się na
powierzchni skóry.
Przez wypustki neuronu czuciowego bodźce
przekazywane 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
czucie ciepła lub zimna nie występuje.

Efektory

Termoregulacja fizyczna

Układ krwionośny

Gruczoły potowe

Termoregulacja
chemiczna

Mięśnie
szkieletowe

Tkanka tłuszczowa

Wątroba

Ośrodki
termoregulacji

Oddawanie
ciepła

Tworzenie ciepła

podwzgórze

Część
przednia

Część tylna

Receptory termiczne w
skórze

Temperatura

środowiska

Temperatura
krwi

-obniżenie tempa procesów
metabolicznych
-zmniejszenie aktywności
mięśni
-rozszerzenie naczyń
krwionośnych
-zwiększenie wydzielania
potu
-zwiększenie tempa
oddychania

-

wzrost tempa procesów metabolicznych

-zwiększenie aktywności mięśni

-zwężenie naczyń krwionośnych
-podnoszenie się włosów

-

Bodźce
zimna

Bodźce ciepła

- przysadka - TSH
TSH - tarczyca -
tyroksyna

Mięśnie
poprzecznie
prążkowane

Inne
tkanki

Brunatna tkanka
tłuszczowa

Termogeneza drżeniowa

Termogeneza bezdrżeniowa

Podwzgórze

Nerwy współczulne

Rdzeń nadnerczy - Adrenalina
Noradrenalina

Temperatura wewnętrzna

człowiek 36,9 36,4 - 37,4
koń 38,0 37,5 - 38,5
pies 38,5 37,5 - 39,0
bydło 38,5 37,5 - 39,5
kot 39,0 38,0 - 39,5
królik 39,0 38,5 - 39,5
świnie 39,0 38,0 - 40,0
owce 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

Utrzymanie względnie stałej
temperatury wewnętrznej jest
nieodzownym warunkiem sprawnego
działania organizmu stałocieplnego.
Jej zmiany przekraczające 4

0

C

wartość prawidłową prowadzą do
uszkodzeń aktywności enzymów oraz
wielu zależnych od temperatury
procesów zachodzących w
organizmie.

Hipotermia -

obniżenie temperatury

wewnętrznej
poniżej normalnego zakresu jej wahań,
jest następstwem ujemnego bilansu
cieplnego , który wynika z przewagi
strat cieplnych nad ilością ciepła
metabolicznego
24

0

C- zagraża życiu,

wiele zwierząt stałocieplnych unika
skrajnych temperatur

Hipotermia sztuczna - narkoza

Przy temperaturze 19

0

C następuje

zatrzymanie oddechów
Przy temperaturze 9

0

C nerwy tracą zdolność

przewodzenia

Hibernacja, sen zimowy - obniżenie
temperatury wewnętrznej
a metabolizm i czynności organizmu maleją

Nawet przy temperaturze 5

0

C zwierzęta hibernujące

oddychają
Sen zimowy przerywany jest okresami budzenia się, w
których
dochodzi do podniesienia temperatury wewnętrznej,
wydalanie
nagromadzonych produktów przemiany materii i
następnie obniżenia temperatury wewnętrznej i
zapadania w sen.
Budzenie się poprzedzone aktywacją termogenezy.
Hibernacja chociaż zaczyna się podczas chłodu, jest
regulowana sezonowo przez czynniki wewnętrzne
(dokrewne).

Hibernacja jest wyspecjalizowanym stanem
fizjologicznym związanym z ewolucją
zwierząt stałocieplnych w pewnych
skrajnych środowiskach

.

Hipertemia - wzrost temperatury
wewnętrznej utrzymuje się powyżej
fizjologicznej normy i powyżej
podwzgórzowego wzorca, który
utrzymany jest na stałym poziomie

- wzrost oddawania ciepła do
otoczenia niewystarczający do
obniżenia temperatury wewnętrznej,
- przekroczenie wydolności
mechanizmów fizjologicznego
oddawania ciepła
- temperatura wewnętrzna zależna
od bilansu strat ciepła do otoczenia i
jego zysków, a także od ciepła
metabolicznego

44

0

C - niebezpieczne, powoduje

zmiany w stanie koloidalnym białek

Gorączka

podwyższenie temperatury podwzgórzowego
wzorca

- zmniejszenie oddawania ciepła do otoczenia
oraz wzrost termogenezy drżeniowej i
bezdrżeniowej
- zachowanie sprawności termogenezy i
oddawania ciepła
- temperatura wewnętrzna utrzymana na
poziomie niższym
od temperatury letalnej ok. 2

0

C

- temperatura wewnętrzna niezależna od
endogennych i
egzogennych obciążeń cieplnych
- temperatura wewnętrzna zależna od wartości
przestawienia
podwzgórzowego wzorca
- organizm nie broni się przed zyskami ciepła i
dodatnim bilansem lecz je wyzwala, przez
zmniejszenie strat i zwiększenie wytwarzania
ciepła

Gorączka

regulacja temperatury wewnętrznej ciała na
wyższym o kilka stopni poziomie, wynikającym z
przestawienie temperatury neuronów ośrodków
termoregulacji do wyższych wartości

gorączka powoduje:
+

hamowanie ich rozwoju i stymulacja

fagocytozy i reakcji
odpornościowych

-

zmiany neurohormonalne, immunologiczne i

behawioralne

Pirogeny egzogenne - toksyny
chorobotwórczych bakterii wirusówi
pierwotniaków
pirogeny egzogenne, powodują uwalnianie
pirogenów endogennych - wyzwalają zespoły
objawów
powodujące podwyższenie temperatury
wewnętrznej