Termoregulace Rozmezí teplot v němž žijí různé organizmy na Zemi velmi široké: od -80 °C po teploty nad 100 °C. Pro možnosti úspěšné adaptace je také podstatné časové kolísání teplot: 1. jinak budou přizpůsobeny organizmy v teplotně stálém prostředí, 2. jinak v poušti, kde teploty kolísají mezi dnem a nocí o mnoho desítek stupňů. Hospodaření teplem Adaptace na kolísající teplotu prostředí V průběhu fylogeneze lze sledovat vývoj živočichů od těch, jejichž teplota kolísá s teplotou okolí –k těm, kteří mají schopnost tělesnou teplotu udržovat na konstantní hodnotě Teplota – faktor ovlivňující intenzitu fyziologických pochodů. Poikilotermí (ektotermní, studenokrevní) t kolísá se změnou v prostředí x homoitermní (endotermní, teplokrevní) živočichové, t udržovaná na konstantní hodnotě, teplo umí generovat živočich sám – endotermie, či zda jen přebírá teplotu okolí – ektotermie Silná závislost na teplotě prostředí- zvýšení t u P - ovlivnění aktivitou (zvýšení až o 12o C) - ovlivnění energií slunečního záření - aktivní ovlivňování tělesné teploty kolektivně – včely v úlu (může určitým způsobem, i když jen na omezenou dobu, regulovat svou teplotu – behaviorální a fyzická termoregulace) [USEMAP] přechodná skupina organizmů heterotermních (různotepelných). Tyto organizmy (někteří savci a ptáci) v nepříznivých teplotních a současně i výživových podmínkách snižují tělesnou aktivitu a teplotu těla na konstatních 3–5 °C Homoitermové Specifické receptory na teplotní změny – až plazi Teplota homoiotermů – okolo 37oC savci, ptáci vyšší. Tělesnou teplotu může ovlivňovat: 1)pohlaví, 2)ontogenetické stadium, 3) denní doba, 4) výživa, 5) svalová činnost, 6) emoční stavy, 7) teplota okolí, 8) funkční stav organizmu. Povrchové oblasti – většinou chladnější (i výrazně). T > 41oC – smrt savců, T < 25oC ireverzibilní poruchy srdeční činnosti (nepravidelnosti převodu vzruchů mezi předsíněmi a komorami). Stálost tělesné teploty – regulační systémy (vznik x výdej tepla podle prostředí, izolační vrstvy, vysoký metabolismus, nároky na potravu) teplot režim Zisk tepla: - oxidace základních látek (cukry, tuky, bílkoviny) – spalování a) primárně vedlejší produkt u metabolismu cukrů – 2,88 kJ/mol (0,69 kcal/mol) b) štěpení ATP – zbytek (45 %) energie živin → chemická energie fosfátových vazeb – využitelná pro všechny biologické děje c) teplo z prostředí – fyzikální cesty Ztráty tepla: povrchem těla prouděním (konvekce), sáláním (radiace) - velikost ztrát stoupá se snižující se teplotou okolí. Význam vypařování - stoupá se zvyšující se t okolí. Ztráty tepla vedením (kondukce) jsou málo významné ve vzdušném prostředí. Mechanismy tepelné rovnováhy Homoiotermové – při určité t okolí rovnováha mezi výdejem a příjmem tepla bez termoregulačních dějů – zóna termoneutrality – okolo 30o C. Různý rozsah. Přesáhnutí termoneutrální zóny – činnost termoregulačních mechanismů: chemické a fyzikální Souhra: neurohumorální děje Chemická termoregulace Změny produkce tepla v těle. Nižší teplota (než termoneutrální zóna) – teplotní ztráty – zvýšení metabolismu kompenzace produkcí tepla (zvýšení metabolismu až do bodu, organismus nestačí pokrýt tepelné ztráty a prochládá). teplot prod Chemická termoregulace Produkce tepla v chladu: svalový třes, netřesová termogeneze. Zvýšení metabolismu Svalový třes – primární termoregulační význam. Rytmické nevolní oscilace příčně pruhovaných svalů. Jsou náhodné, nekoordinované pohyby svalů, končetin. Synchronizace do tzv. výbuchů Netřesová termogeneze je vyvolána termogenním působením hormonů (noradrenalin) ze sympatického nervového systému a dřeně nadledvinek. Novorozenci a chladově adaptovaní živočichové, u hibernátorů (hnědá tuk. tkáň, v mitochondriích buněk hnědé tukové tkáně se tepelná energie uvolňuje přímo bez vazby na ATP), s věkem se NST ztrácí. U malých jedinců zvyšení BMH (b. met.) až 5krát. Je lokalizována v hnědé tukové tkáni a částečně v kosterní svalovině. Fyzikální termoregulace Mechanismy hospodaření s teplem (vyrobeným i získaným) jako tepelná obrana proti ztrátám Izolace těla Prokrvení kůže Změny v chování Tepelné ztráty Pocení – někteří, potní žlázy nerovnoměrně rozloženy. Člověk denně až 10 l potu – neutrální - slabě kyselý, 2 % sušiny – kyselina močová, glukóza, NaCl, nižší mastné kyseliny (zápach). Ztráty tepla dýchacími cestami. Vazodilatace – při přehřátí – roztažení cév, zvýšení tepelných ztrát povrchem (teplé prostředí, práce, teplé jídlo a pití). Nepozorovatelné vypařování (perspiratio insensibilis) – denní ztráty až 800 ml vody a 1884 J Chování živočichů Klidová stádia – „uteč“ strategie Hibernace – zimní spánek (jezevec, ježek, lelek, medvěd atd.) Estivace – letní klidové stádium (např. měkkýši) Torpor – noční ztuhnutí (např. kolibříci, netopýři) Řízení hospodaření teplem Fyzikální a chemická termoregulace – nervový a endokrinní systém Termorecepce - termoreceptory v kůži Další reakce: změny t krve zásobující mozkový kmen. Integrace - přední hypotalamus, odstředivé dráhy začínají v (zadním) hypotalamu Nižší termoregulační centra – segmenty míchy (vazomotorické reakce, vylučování potu), mozková kůra - podmíněné reflexy (vazodilatace, pocení - emoce bez termoregulačního významu, denní rytmy tělesné teploty). , teplot režim říz Vývoj termoregulace v ontogenezi Podle kvality termoregulace v okamžiku porodu: 1. zralé formy (kuře, morče) 2. formy s termoregulací odlišnou od dospělců (pes, člověk) 3. nezralé formy (myš, krysa, křeček, holub aj.) Stárnutí organismu - snižování termoregulačních schopností (menší funkční plastičnost mozkové kůry, zhoršení vazomotorických reakcí, snížení aktivity metabolismu aj.).