HOMEOSTASIS
TERMORREGULACION 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 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
Edad, Sexo, Tamaño, Temperatura ambiental
Temperatura Corporal, Tipo de alimento ingerido
TM
Cantidad de alimento ingerido, Grado de actividad
•Afectada por
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
TMB
•TM en condiciones
mínimas de estrés
fisiológico y ambiental
•ENDOTERMOS
(aves y mamíferos)
TME
•TM de un animal en
condiciones mínimas
de estrés fisiológico y
ambiental y a una
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:
•
tendría que tener
una temperatura basal de
100 (ºC)
Ratón diseñado
a partir del VO2 de
una vaca:
tendría que tener un
pelaje de 20cm de
espesor para mantenerse
caliente
Vaca diseñada
a partir del VO2 de
ratón:
•
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.
ESTRUCTURAS RENALES
•
Filtro:
• 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
Disminuir la tasa de evaporación y
aumentar la ingesta de agua
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Homeostasis - UPCH - Universidad Peruana Cayetano …