Równoważnik energetyczny tlenu- pomiar wymiany gazowej, ponieważ istnieje dość ścisła zależność pomiędzy wymianą a ilością wytworzonego ciepła. Wiadomo, iż przy zużyciu 1 litra tlenu, powstaje 20kJ energii cieplnej.
Prawem stałych sum cieplnych (reguła Hessa)- efekt energetyczny przemian chemicznych jest niezależny od drogi, po której te przemiany przebiegają, jeśli tylko substraty i produkty końcowe są takie same.
Metabolizm standardowy- zwierze musi znajdować się w stanie poabsorbcyjnym, w spokoju fizycznym i psychicznym oraz w neutralnej temperaturze otoczenia tj. w takiej w której zwierzę nie wydatkuje energii na obronę przed zimnem czy przegrzaniem. W przypadku zwierząt zmiennocieplnych, u których niemożliwe jest wyznaczenie temp. neutralnej, pomiary wykonuje się przy stałej, określonej temp. otoczenia.
Metabolizm względny (właściwy)- tempo metabolizmu standardowego w danej jednostce czasu przeliczone na jednostkę masy ciała.
Metaboliczna jednostka masy ciała- masa ciała zwierzęcia wyrażona w kilogramach i podniesiona do potęgi 0,75.
Poziom metabolizmu- dobowa produkcja ciepła zwierzęcia podzielona przez metaboliczną jednostkę masy ciała.
Strefa termoneutralna- występuje tam najniższe tempo metabolizmu w zakresie temperatur otoczenia. W strefie tej zwierzę nie ponosi dodatkowych wydatków energetycznych na utrzymywanie stałej temp. ciała
Odruch baroreceptorów- należy do odruchów, w których część eferentną tworzą włókna nerwowe należące do układu nerwowego wegetatywnego. Odruch ten podlega szybkiej adaptacji, stąd jego rola nie polega na utrzymywaniu ciśnienia tętniczego na stałym poziomie, ale na wyrównywaniu krótkotrwałych jego zmian. Jest to odruch własny układu krążenia, ponieważ zarówno efektory jak i receptory sa zlokalizowane w obrębie układu sercowo-naczyniowego.
Kontrola dowolna oddechu- zależy od kory mózgu, przez pewien czas możemy się powstrzymać bez oddychania. Również zmiana rytmu oddechowego występuje podczas mowy, czy śpiewu, prowadząca niejednokrotnie do zakłócenia homeostazy gazowej krwi, jest niewątpliwie skutkiem wpływu odpowiednich obszarów kory mózgowej. Ponadto, nasilenie oddychania obserwowane po rozpoczęciu wysiłku fizycznego jest również skutkiem pobudzenia płynącego z kory ruchowej mózgu, ponieważ występuje wcześniej niż zmiana zawartości gazów we krwi wywołana podwyższonym zużyciem tlenu i wytwarzanie dwutlenku węgla.
Rytm oddechowy charakteryzuje cykliczność; po fazie wdechu następuje dłuższa od niego faza wydechu. Kolejne wdechy i wydechy są zapewnione przez okresowe hamowanie tonicznej aktywności neuronów wdechowych wywołane impulsacją z wolno adaptujących mechanoreceptorów płuc i ośrodka pneumotaksycznego. Ośrodek oddechowy charakteryzuje się duża wrażliwością na wzrost prężności CO2 w osoczu i podwyższenie kwasowości płynu mózgowo-rdzeniowego, natomiast obniżenie prężności O2 we krwi ma niewielki wpływ na jego funkcjonowanie. Aktywność neuronów ośrodka oddechowego kontrolowana jest także przez impulsację biegnącą z wyższych pięter układu nerwowego- z kory mózgowej układu limbicznego i ośrodka termoregulacji w podwzgórzu. Impulsy od neuronów wdechowych biegną przez gałązkę zstępującą aksonu do opisanych wyżej motoneuronów w rdzeniu kręgowym i jednocześnie przez gałązkę wstępująca aksonu do neuronów tworu siatkowatego mostu, tworząc ośrodek pneumotaksyczny. Ośrodek ten zwrotnie hamuje neurony wdechowe na 1-2 s, po czym ośrodek wdechu ponownie pobudza się i wysyła salwę impulsów do rdzenia kręgowego. Rytmiczność oddechowa związana jest z występującymi po sobie okresami pobudzenia i hamowania ośrodka wdechu.
Tętno- odkształcenie elastycznych ścian tętnic na skutek rytmicznej czynności serca. W miejscach, w których tętnice biegną tuz pod skórą na podłożu twardym. Za pomoca dotyku można wyczuć odkształcenie naczyń. Tętno bada się metodą palpacyjną, czyli dotykiem, najczęściej na tętnicy promieniowej lub rejestruje za pomocą sfigmografów.
Pomiar ciśnienia tętniczego za pomocą sfigmomanometr- sfigmomanometr składa się z gumowo-płuciennego mankietu połączonego wężykami gumowymi z pompka i manometrem. Przepływ krwi w tętnicy osłuchujemy przez fonendoskop umieszczony nad tętnica ramieniową, w zgięciu łokciowym.
Pomiary ciśnienia tetniczego dokonuje się zwykle na tętnicy ramieniowej, na poziomie ujścia lewej komory do aorty. Pozwala to pominąć wpływ siły ciążenia, która działa tak samo na jednakowym poziomie, a ponadto, tak zmierzone ciśnienie skurczowe odpowiada panującemu w kurczacej się lewej komorze serca.
Surfakant- jest to lipoproteina wytwarzana przez ziarniste pneumocyty, której cząsteczki podczas wdechu ulegają rozciągnięciu, co wywołuje wzrost napięcia powierzchniowego i zapobiega rozerwaniu pęcherzyka, a w czasie wydechu odwrotnie- skupiają się, napięcie powierzchniowe obniża się i to zapobiega zlepianiu się ścian na szczycie wydechu.
Dlaczego nie obserwuje się znacznego obniżenia ciśnienia krwi w tętnicach w czasie rozkurczu komór serca?- dzięki temu, że ściany zbiornika tętniczego sa sprężyste ciśnienie w czasie rozkurczu komór nigdy nie obniża się do zera; krew tłoczona podczas każdego skurczu serca rozciąga ściany tętnic i powstające napięcie sprężyste ich ścian zapewnia utrzymanie ciśnienia w czasie rozkurczu serca.
Jakie mięśnie i kiedy biorą udział w oddychaniu?- Skurcz mięśni wdechowych- przepona i mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne powodują powiększenie wymiarów wewnętrznych klatki piersiowej, a co za tym idzie powiększenie jej objętości w czasie wdechu. Na szczycie wdechu mięśnie rozkurczają się zmniejsza się objętośc klatki piersiowej dzięki sile wywieranej przez rozciągnięte elementy sprężyste w tkance płucnej. Spokojny wydech jest aktem biernym, nie wymagającym skurczu mięśni, natomiast podczas nasilonego wydechu kurczą się mięśnie międzyżebrowe wewnętrzne oraz mięśnie przedniej ściany jamy brzusznej, przede wszystkim mięśnie proste brzucha.
Sposoby wymiany ciepła-przez przewodnictwo, konwekcję, promieniowanie i parowanie.
Przewodnictwo- cząsteczki jednego ośrodka, mającego większą energię kinetyczną, przekazują je innemu ośrodkowi. Szybkość przewodnictwa zależy od różnicy temperatur pomiędzy ośrodkami oraz od współczynnika przewodnictwa (im ten współczynnik mniejszy, tym większa wartość izolacyjna). Wysoką wartość izolacyjna posiada futro i podskórna warstwa tłuszczu.
Konwekcja- ciecze i gazy stykają się z ciepłą powierzchnią ogrzewają się i w rezultacie unoszą się a ich miejsce zajmują nowe porcje, które znowu ulegają ogrzaniu i uniesieniu. Jest to konwekcja naturalna. W przypadku, gdy ruch wywołany jest ruchem zwierząt, falami powietrza czy też wody, mamy do czynienia z konwekcją wymuszoną.
Promieniowanie- każde ciało o temp. wyższej od zera bezwzględnego wysyła energię do otoczenia przez promieniowanie z szybkością równą szybkości światła. Promieniowanie to a rozchodzenie się fal o długości zależnej od temp. ciała promieniującego, nie wymagającego na swej drodze ośrodka. Ciała o temp. niższej o 500 C wysyłają głównie promieniowanie podczerwone. W stosunku do tego promieniowania ciało zwierzęcia zachowuje się jak doskonale czarne czyli pochłania je całkowicie i zamienia je w ciepło.
Parowanie- woda parująca z powierzchni ciała zwierzęcia lub z jego dróg oddechowych odprowadza z organizmu duże ilości ciepła. Ciepło parowania potu przy temp. skóry 35 C wynosi ok.2,42 kJ/g. Niezwykle istotnym jest fakt iż zwierzęta mogą tracić ciepło przez parowanie wówczas gdy utrata ciepła innymi drogami jest niemożliwa.
Ośrodek wdechu- wysyła impulsy nerwowe do rdzenia kręgowego, do motoneuronów unerwiających mięśnie wdechowe (te unerwiające przeponę znajdują się w słupach bocznych istoty szarej rdzenia w segmentach szyjnych :C4-C5, a unerwiające mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne- w słupach brzusznych istoty szarej segmentów piersiowych rdzenia). Neurony ośrodka wdechu rytmicznie generują impulsy nerwowe, średnio 16 razy na minutę. Neurony te nie mają jednak właściwości komorek rozrusznikowych, które samoistnie się depolaryzują., neurony te przetwarzają na aktywność rytmiczną pobudzenie docierające do nich z zewnątrz, głównie z aktywującego tworu siatkowatego pnia mózgu, z chemodetektorów obecnych w mózgu, oraz z obwodowych chemoreceptorów tętniczych.
Ośrodki oddechowe- Ośrodek wdechu- wysyła impulsy nerwowe do rdzenia kręgowego, do motoneuronów unerwiających mięśnie wdechowe (te unerwiające przeponę znajdują się w słupach bocznych istoty szarej rdzenia w segmentach szyjnych :C4-C5, a unerwiające mięśnie międzyżebrowe zewnętrzne- w słupach brzusznych istoty szarej segmentów piersiowych rdzenia). Ośrodek wydechu- do zaopatrujących mięśnie wydechowe (ciała tych motoneuronów znajdują się w słupach brzusznych istoty szarej rdzenia piersiowego)
Mechanizm obrony przed zimnem-
Termoregulacja behawioralna- zmiany postawy ciała, skupienie się w gromady, wyszukiwanie odpowiedniej niszy ekologicznej
Obkurczenie naczyń krwionośnych na powierzchni skóry- wazokonstrykcja obwodowa
Termogeneza drżeniowa- jest wynikiem aktywności mięśniowej nie związanej z pracą mechaniczną. Polega ona na szybkich równoczesnych skurczach różnych mięśni. Dla małych zwierząt drżenie jest niezwykle kosztowne, gdyż wymaga dużych nakładów energii a ponadto przyspiesza utratę ciepła na skutek konwekcji wymuszonej. Produkcja ciepła podczas Termogeneza drżeniowej jest jednak co najwyżej pięciokrotnie wyższy od obserwowanej podczas metabolizmu standardowego.
Tonus mięśniowy
Termogeneza bezdrżeniowa- mechanizm zamieniający energię chemiczną w cieplną dzięki procesom , które nie angażują skurczów mięśni. Zachodzi ona w brunatnej tkance tłuszczowej i dlatego ograniczona jest do ssaków. Polega ona na rozprzężeniu fosforylacji oksydacyjnej, dzięki czemu mniej energii wiązanej jest w ATP a więcej uwalniane jest w formie ciepła. Termogeneza ta jest bardzo wydajna i niezwykle istotna u noworodków i zwierząt przemiennocieplnych.
RQ większe od 1,0.
hiperwentylacji; RQ wzrasta powyżej 1,0 ponieważ zwiększa się usuwanie CO2 z organizmu;
na dużych wysokościach dochodzi do hipoksji, która również pociąga za soba wzrost wartości RQ powyżej 1,0. wiadomo, że hipoksja wywołuje hiperwentylację, a równocześnie ilość pobieranego tlenu jest zmniejszona, ze względu na jego niższe ciśnienie parcjalne,
podczas bardzo intensywnego wysiłku fizycznego RQ może osiągać wartość 2,0. Podczas wysiłku powstaje kwas mlekowy, który wnikając do krwi powoduje wypieranie CO2, który jest usuwany z płuc w nadmiernych ilościach,
w matabolicznej acydozie RQ wzrasta, gdyż kompensacja oddechowa powoduje zwiększone usuwanie CO2 z organizmu,
w czasie lipogenezy
RQ mniejsze od 0,7:
głodzeniu oraz cukrzycy; RQ obniża się do wartości 0,6 na skutek zwiększenia intensywności utleniania tłuszczów i białek przy zmniejszonej przemianie cukrowej, co jest w dużej mierze spowodowane brakiem insuliny,
w czasie hibernacji,
w metabolicznej alkalozie,
długotrwałym wysiłku fizycznym, w czasie którego energia uzyskiwana jest z utleniania tłuszczów,
w czasie glukoneogenezy
Co wpływa na ciśnienie tętnicze
Przyczyną wzrostu ciśnienia tętniczego jest zmniejszenie objętości wyrzutowej oraz powrotu żylnego, przyspieszenie akcji serca, zwężenie (skurcz) naczyń krwionośnych oporowych, a także dużych żył.
Przyczyną spadku ciśnienia tętniczego jest zwiększenie objętości wyrzutowej i powrotu żylnego, zwolnieni akcji serca, rozciągnięcie ścian aorty i zatok szyjnych.
Współczynnik oddechowy- inaczej iloraz lub równoważnik oddechowy, to stosunek objętości wytworzonego CO2 w stosunku do zużytego tlenu w jednostce czasu.
Od czego zależy ciśniecie tętnicze-
Od dopływu (określa go pojemność minutowa serca)- jest iloczyn objętości wyrzutowej i częstotliwości pracy serca. Wzrost aktywności części współczulnej układu wegetatywnego prowadzi do przyspieszenia rytmu serca, czego skutkiem jest zwiększenie dopływu krwi do zbiornika tętniczego i w konsekwencji, podwyższenie ciśnienia tętniczego krwi; pobudzenie części przywspółczulnej wywołuje skutki odwrotne;
Od odpływu krwi ze zbiornika tętniczego (zależy od oporu naczyniowego)- opór jest spowodowany tarciem cieczy o ściany naczynia oraz tarciem warstwy poruszającej się cieczy względem siebie. Opór ten zalezy głównie od średnicy naczynia, a także od lepkości cieczy.
25. Hiperwentylacja -
hiperwentylacji; RQ wzrasta powyżej 1,0 ponieważ zwiększa się usuwanie CO2 z organizmu;
na dużych wysokościach dochodzi do hipoksji, która również pociąga za soba wzrost wartości RQ powyżej 1,0. wiadomo, że hipoksja wywołuje hiperwentylację, a równocześnie ilość pobieranego tlenu jest zmniejszona, ze względu na jego niższe ciśnienie parcjalne,
Opisać ośrodki regulacji pracy serca-
Ośrodek sercowy zlokalizowany jest w różnych strukturach ośrodkowego układu nerwowego, składa się z:
Neuronów przyspieszających pracę serca (ciała tych komorek znajdują się w rogach bocznych rdzenia kręgowego w części piersiowej w segmentach od 1-5). Neurony tego ośrodka wysyłają impulsy do serca we włóknach przedzwojowych do zwojów pnia współczulnego i zwojów współczulnych szyjnych- górnego, środkowego i dolnego. Z zakończeń włókien zazwojowych uwalniana jest noradrenalina.
Neuronów zwalniających pracę serca (ciała tych komórek znajdują się w rdzeniu przedłużonym i należą do jądra grzbietowego nerwu błędnego). Neurony tego jądra zwalniaja prace serca za pośrednictwem włókien eferentnych biegnących do serca w nerwach błędnych, czyli włókien typu B, i przywspółczulnych komórek zwojowych znajdujących się w samym sercu. Uwalniaja na zakończeniach pozazwojowych acetylocholinę.
Jak pracuje serce podczas wysiłku fizycznego?- następuję przyspieszenie tętna i wzrost ciśnienia tętniczego krwi. Zmiany te szybko osiągają wartość maksymalna, a do wartości wyjściowych wracają po pewnym czasie od zakończenia wysiłku.
Mechanizm obrony przed przegrzaniem-
Termoregulacja behawioralna- zmiany postawy ciała, wyszukiwanie odpowiedniej niszy ekologicznej, kąpiele wodne i błotne,
Rozszerzenie naczyń krwionośnych na powierzchni skóry- wazodylacja obwodowa
Parowanie- jest jedyną metoda rozpraszania ciepła, gdy temp. otoczenia jest równa bądź wyższa od temp. powierzchni ciała. Istnieją 4 sposoby rozproszenia ciepła za pomoca parowania- pocenie się, zianie, dyfuzja i ślinienie.
Pocenie się - wydzielanie wodnistego płynu przez gruczoły potowe na powierzchni skóry. Parowanie potu umożliwia odprowadzenie ciepła. Pocenie się nie występuje u ptaków i wielu ssaków.
Zianie (dyszenie)- płytkie oddechy o dużej częstotliwości. Ciepło rozpraszane jest w skutek parowania śliny i wody z przestrzeni nosowo- gardłowych i tchawicy. Ten sposób rozpraszani ciepła występuje u gadów, ptaków i ssaków. U ptaków występuje tzw. trzepotanie podgardla, czyli szybki drgania dna jamy gębowej i górnej części gardła.
Dyfuzja- parowanie wody, która może dyfundować na powierzchni skóry z krwi przepływającej w skórnych naczyniach krwionośnych. Występuje u niektórych ptaków.
Ślinienie- rozprowadzanie śliny stanowi najmniej wydajny sposób rozpraszania ciepła, ponieważ ochładza ono głównie powierzchnię futra a nie ciała.
Różnice i budowa warstwy izolacyjnej u ssaków lądowych i morskich. czym różni sie warstwa izolacyjna niedźwiedzia polarnego i wielbłąda, co dzięki nim zyskują
U ssaków wodnych izolator (tran) znajduje się po wewnętrznej stronie powierzchni rozpraszania ciepłą. Zważywszy że krew może być przepompowywana przez ten izolator, rozpraszanie ciepła podczas intensywnego wysiłku może przebiegać tak, jakby tego izolatora nie było.
U ssaków lądowych izolator (futro) usuwany jest po zewnętrznej powierzchni rozpraszania ciepła. Dlatego nie potrafią one w znacznym stopniu modulować rozpraszania ciepła z powierzchni całego ciała i musza uciekać się do innych sposobów utraty ciepła z powierzchni ciała.
Interesującym zwierzęciem jest niedźwiedź polarny, ponieważ jego szorstki i malo zwarte futro stanowi, w stosunku do jego grubości, dość marną izolację. Co ważniejsze po wejściu niedźwiedzia do lodowatej wody, jego futro traci większa część swej wartości izolacyjne. Przy wzburzonej wodzie utrata ciepła rośnie do 50-razy. Przyczyną tego jest przenikanie wody do powierzchni skóry, któremu towarzyszy usuwanie powietrza z warstwy futra.
Grube futro u wielbłąda stanowi znakomitą warstwe izolacyjna między ciałęm a zewnętrznym źródłem ciepła i w ten sposób ogranicza napływ ciepła ze środowiska.
Zmiana stopnia przewodnictwa wraz ze spadkiem temperatury-:
Nastroszenie piór i wciągnięcie nóg oraz głowy jak najgłębiej w warstwe piór.
Dopuszczenie do znacznego spadku temp. tkanek obwodowych z jednoczesnym zachowaniem normalnej ciepłoty wnętrza ciała. Spadek temp. wnętrza ciała ma następujące skutki: zmniejsza krążenie w tej warstwie, zwiększa jej grubość i zmniejsza objętość termicznego wnętrza ciała.
W jaki sposób foki chronią się przed przegrzaniem, gdy woda jest cieplejsza, lub gdy wzrasta tempo metabolizmu podczas pływania?
Po wydobyciu foki z wody i umieszczeniu jej w powietrzu, temp. jej skóry znacznie wzrasta. Jest to konieczne aby rozproszyć ciepło do ośrodka powietrznego, mającego znacznie mniejszy potencjał chłodzący niż woda. Wzrost temp. skóry wywołany jest wzmożonym przepływem krwi przez warstwę tranu do powierzchni skóry, która jest bogato unaczyniona.
Wymienniki ciepła u foki na płetwach-
Płetwy fok i wielorybów nie zawierają podskórnego tłuszczu i sa słabo izolowane. Są one bogato unaczynione i może przez nie przepływać znaczna ilość krwi.
Nadmiernej utracie ciepła z krwi krążącej w płetwach zapobiegają specjalne struktury naczyniowe, pełniące funkcję wymienników ciepła. W płetwie wieloryba każda tetnica otoczona jest wiązką żył i gdy ciepła krew tętnicza płynie do płetwy, jest stopniowo chłodzona zimna krwią żylną, otaczająca ją ze wszystkich stron. Dlatego krew tętnicza docierająca do płetw jest już silnie wychłodzona id o wody traci tylko niewielką ilość ciepła. Ciepło z krwi tętniczej jest przekazywane do krwi żylnej, która w ten sposób się ogrzewa, jeszcze przed powrotem do wnętrza tułowia. Jeśli ta tętniczo-żylna wymiana ciepła jest skuteczna, to krew żylna może ogrzać się niemal do poziomu temp. krwi tetniczej, dzięki czemu nie przyczynia się właściwie wcale do chłodzenia wnętrza ciała
Rozpraszanie ciepła przez zwierzęta pływające-
Zależności anatomiczne w ich wymiennikach ciepła sa takie, ze zwiększony dopływ krwi tętniczej i wzrost ciśnienia w centralnej tętnicy wymiennika wywołuje wzrost jej objętości, a to z kolei powoduje ucisk na otaczające żyły zamknięcie ich światła. Wówczas krew żylna musi wracać innymi naczyniami, leżącymi bliżej powierzchni płetw. W tych warunkach krew tętnicza będzie oddawać ciepło do wody, a krew żylna wróci do serca jako ochłodzona i w ten sposób będzie ochładzać wnętrze ciała.
Gołe nogi kaczki-
Dopóki nie istnieje niebezpieczeństwo zamarzania, dopóty utrata ciepła przez nogi jest minimalna, natomiast na mrozie rośnie ona proporcjonalnie do spadku temperatury. Zmniejszenie przepływu krwi i chłodzenie krwi tętniczej w wymienniku ciepła umożliwia zmniejszenie utraty ciepła do minimum.
Wielbłąd i człowiek na pustyni:
Główną przyczyna tego, że wielbłąd na pustyni zużywa mniej wody niż człowiek (ok.0,28 l/h u wielbłąda w porównaniu z ponad 1 l /h u człowieka) jest wyzsza temp. ciała wielbłąda. Oznacza to zarówno kumulację ciepła metabolicznego, jak też zmniejszenia napływu ciepła ze środowiska. W przeciwieństwie do wielbłąda człowiek utrzymuje temp. ciała na prawie stałym poziomie ok. 37 C, nie kumulując znacznych ilości ciepła. Ponadto człowiek utrzymuje znacznie większy gradient temp. między otoczeniem a powierzchnią swego ciała,.
Mała utrata wody przez wielbłąda spowodowana jest:
Kumulacją ciepła metabolicznego związaną ze wzrostem temp. ciała;
Zmniejszeniem napływu ciepla ze środowiska do organizmu, dzięki podwyższonej temp. ciala;
Izolowanie ciała futrem, które w dużej mierze utrudnia wnikanie ciepła ze środowiska.
Wymienniki ciepła u tuńczyka:
Naczynia krwionośne zaopatrujące ciemnoczerwone mięśnie biegą tuż pod skórą wzdłuż boków ciala ryby. Od tych głównych naczyń odchodzi wiele równoległych drobnych naczyń, tworzących zwarty blok, w którym tętnice są gęsto poprzedzielane żyłami biegnącymi w przeciwnym kierunku. Dzięki temu zimna Strona wymiennika ciepła leży przy powierzchni ciała ryby, natomiast ciepła- głęboko w mięśniach. Krew tętnicza opuszczająca skrzela ma temp. wody, a gdy przepływa przez delikatne tętnice, biegnące między żyłami, pobiera ciepło od krwi żylnej, opuszczające mięśnie. Wymianę ciepła ułatwia mała srednica naczyń. Krew żylna wchodząca do większych żył podskórnych pozbywa się uprzednio ciepła, które wraca do mięsni za pośrednictwem krwi tętniczej. Dzięki temu tuńczyk potrafi utrzymać temp. mięśni wyższa od temp. wody w której pływa.