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 – 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. Svalový třes – primární termoregulační význam. Rytmické nevolní oscilace příčně pruhovaných svalů. Jsou náhodné, nekoordinované, 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 zvyšuje 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.).