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Clase Homeostasis

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(1)

Bases Biológicas y

Ambientales de la Salud

Clase 2015-II

(2)

OBJETIVOS

Reconocer los mecanismos de la homeostasis y su

relación con la termodinámica y el metabolismo

Comprender los procesos de termorregulación en el

mantenimiento de la homeostasis

(3)

HOMEOSTASIS

(4)

¿Qué es homeostasis?

Claude Bernard:

"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:

Acuño el termino Homeostasis (Homeo = semejante; estasis= condición) para “describir y/o definir la

(5)
(6)

En general…

El universo tiende al desorden

:

Necesita menos energía para su mantenimiento

Los seres vivos tienden al orden

:

Necesitan mucha energía para su mantenimiento

¿Por qué?

Para asegurar la supervivencia y

(7)

¿Cómo se mantiene la homeostasis?...Por el

metabolismo

• Estudia los mecanismos de control químico que ocurren dentro de los organismo vivos.

– Expresión de genes

– Vías de biosíntesis y catálisis enzimáticas

– Modificación, transformación y

degradación de sustancias biológicas

– Regulación bioquímica de las acciones e interacciones de tales sustancias

Vías de obtención, almacenamiento

(8)

El metabolismo es un proceso de formación y

destrucción…

Catabolismo

Descomposición de sustratos

orgánicos

• Libera energía para síntesis de ATP

• Procede en una serie de pasos

Anabolismo

Síntesis de nuevas moléculas

orgánicas

• Realización de funciones celulares

(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)

Los sistemas de retroalimentación regulan las

condiciones internas

(15)

Propiedades de la homeostasis

1. Importancia tanto del sistema nervioso como del endocrino

en el mantenimiento de los mecanismos de regulación.

2. Nivel tónico de actividad: Un agente puede existir cuando tiene una moderada actividad que puede variar ligeramente arriba o abajo.

(16)

Propiedades de la homeostasis

4. Señales químicas puede tener diferentes efectos en

diferentes tejidos corporales: antagonistas en una región del cuerpo, pueden ser agonistas en otras regiones.

5. La homeostasis es un proceso continuo que implica el registro y regulación de múltiples parámetros.

6. La efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vida de los individuos.

7. Un fallo de los mecanismos homeostáticos produce

(17)

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

(18)

TERMORREGULACIÓN

(19)

Según las leyes de la termodinámica…

Todos los seres vivos realizan continuamente

intercambio de energía

con el entorno:

ambiente

térmico.

La fuente primaria proviene de la radiación solar.

(20)

Si clasificamos a los seres vivos

según

su capacidad de regular su

temperatura corporal

POIQUILOTERMOS

No pueden regular su

temperatura corporal y la mantienen cercana a la temperatura ambiental.

Animales de “sangre fría”Reptiles, anfibios, peces e

invertebrados

HOMEOTERMOS

Mantienen su temperatura

corporal estable (+/- 2°C) a pesar de las variaciones en la temperatura ambiental.

Animales de “sangre

caliente”

(21)
(22)

…y si los clasificamos

según la fuente de

calor

Endotérmicos

• Mantienen su temperatura corporal (Tc) generando calor por medio del metabolismo • Mamíferos y aves

• : VO2 y Producción de calor • Baja conductividad térmica

Ectotérmicos

• Mantienen su Tc a través de fuentes externas de calor (sol) • Reptiles, anfibios, y mayoría de

peces e invertebrados

(23)

Intercambio de calor con el ambiente

Ley de la conducción de calor de Fourier:

(24)

Mecanismos de intercambio de calor con el

ambiente

CONDUCCIÓN: Transferencia de calor por contacto directo

RADIACIÓN: Transferencia de calor entre dos cuerpos sin contacto por la emisión de energía electromagnética.

EVAPORACIÓN: Se pone en marcha por encima de determinadas temperaturas. Se produce sudor que se evapora por el calor.

CONVECCIÓN: Transferencia de calor por movimiento de un

(25)

Para regular su temperatura, producir y

gastar energía:

Tasa metabólica

Cantidad de energía total empleada por un animal por

unidad de tiempo

Tasa de liberación de calor durante las reacciones

químicas del metabolismo celular.

Depende de:

E

dad,

S

exo,

T

amaño,

ambiental y corporal,

T

ipo y

C

antidad de alimento ingerido,

G

rado de actividad,

D

isponibilidad de O

2

,

H

ormonas,

E

stado de salud,

(26)

Tasa metabólica basal (TMB)

TM en condiciones mínimas de estrés fisiológico y ambiental.Número de calorías que utiliza el cuerpo cuando está en

reposo

Ayuno: 12h

T° ambiente: 25°

(27)

Tasa metabólica basal (TMB)

Gastada en:

Mantenimiento de las

funciones orgánicas

Homeostasis corporalEstimulación del SN

simpático

Mantenimiento de la

temperatura corporal

Depende de:

Respiración Digestión

Ritmo cardíaco Función cerebral.Edad

SexoPeso

(28)

Tasa metabólica estándar (TME)

TM en condiciones mínimas de estrés fisiológico y ambiental y a una T° dada

Objetivo:

Estudiar el efecto real de un factor dado sobre el

metabolismo energético

Comparar la TM inter- o intra- especies

(29)

Termorregulación en endotermos

El hipotálamo

(30)

El termostato hipotalámico

El Hipotálamo integra los diferentes mecanismos de

producción y pérdida de calor con sus correspondientes procesos físicos y químicos.

Centros involucrados:

Región pre-óptica del hipotálamo anterior: centro que

regula el exceso de calor.

Hipotálamo posterior: centro de mantenimiento del calor

(31)

Sistema regulador de la temperatura

Sistema de control: Retroalimentación negativaElementos:

1. Receptores que perciben las temperaturas existentes en el núcleo central.

2. Estructuras integradoras que determinan si la

temperatura existente es demasiado alta o demasiado baja y que activan la respuesta motora apropiada.

(32)
(33)

Termorreceptores

Corpúsculos de Krause: Están en la

superficie de la dermis y son

sensibles a las bajas temperaturas (sensación de frío). Se encuentran en mayor número.

Corpúsculos de Ruffini: Se localizan

a mayor profundidad que los corpúsculos de Krause y son sensibles a los aumentos de

(34)

Detección del frío

Los estímulos aferentes de los receptores llegan hasta el hipotálamo posterior.

Se 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“.

Activación del eje H-H-Tiroideo (TRH – TSH – T4/T3)

(35)

Detección de calor

Las vías eferentes llevan información a la región pre-óptica del

hipotálamo anterior

Inicio del mecanismo de perdida de calor:Aumento de sudor

Vasodilatación en la piel de todo el cuerpo.

Disminución del tono de la musculatura estriada.

Inactivación del eje H-H-Tiroideo (↓TRH ↓TSH ↓T4)

Reacción inmediata que causa pérdida de calor y ayuda al

(36)
(37)
(38)

La temperatura corporal en ectotermos

Temperatura corporal es la variable ecofisiológica mas

importante que afecta el performance de los ectotermos

Temperatura óptima: temperatura corporal de máximo

(39)

Ectotermos acuáticos

No evaporación, No radiación.

Regulación por conductividad térmica para minimizar la

pérdida de calor.

Agua alta conductividad térmica que favorece la perdida

de calor.

Animales voluminosos: > relación área

superficie/volúmen

(40)

Ectotermos terrestres

Clasificación:

Heliothermia: Obtienen calor del sol.

Thigmothermia: Obtienen calor de los sustratos

Temperatura corporal se controla por una

(41)

Ectotermos congelados

Permitir el congelamiento extracelular de sus tejidos

(sapos).

Usar un

anticongelante

Glicerol (artrópodos)

Glicoproteinas (peces)

Supercongelamiento:

Líquidos corporales no pasan a

(42)

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

(43)

Costos de la ectotermia

No todos los hábitats tienen suficiente cantidad de

energía solar

.

La

temperatura corporal

puede ser insuficiente para

mantener la actividad física.

Los

periodos de inactividad

son periodos más

(44)
(45)
(46)
(47)
(48)

Efectos de escala: Isometría

Una relación isométrica ocurrirá cuando las proporciones de

las dimensiones corporales varían 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

(49)

Relación 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,

(50)
(51)

OSMORREGULACIÓN

(52)

¿Qué es la Osmorregulación?

• Término acuñado por Rudolph Höber en 1902

Referente a los procesos relacionados con la regulación de la presión

osmótica y la concentración de sales.

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)

(53)

¿Qué es Ósmosis?

Difusión de agua a través de una

membrana selectivamente permeable.

La dirección de la ósmosis se

determina sólo por la diferencia en la

concentración total del soluto.

Entonces, el agua difundirá a través

(54)

¿Qué es Tonicidad?

Capacidad de una solución de causar que una célula gane o pierda agua.

Completando el concepto de Osmosis: Difusión del agua a través de una membrana de una región de menor

(55)

Otros conceptos…

• Osmolaridad (osmoles/lt) de una solución depende del número de

partículas disueltas y puede establecerse sin saber qué solutos específicos están presentes.

– Es una expresión de la concentración de la solución que indica las concentraciones molares de todas las partículas activas de un soluto en la ósmosis

• Molaridad (moles/lt): Concentración de soluto disuelto en 1lt. de solución

• Presión osmótica: Se define como la presión que se debe aplicar a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una

(56)
(57)
(58)

Flujo de agua

INGRESO

Bebida

Resultado de reacciones metabolicas

Osmosis

SALIDA

(59)
(60)

Clasificación de los ambientes

Marino

(61)

Clasificación según la tolerancia al medio

ESTENOHALINOS

Tolerancia limitada a los cambios en las

concentraciones del ambiente externo.

EURIHALINOS

Toleran un intervalo mas amplio de

(62)

En animales acuáticos…

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:

(63)

Órganos reguladores

(64)

Protonefridio

• Típicos animales sin celoma

• 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.

(65)

Metanefridio

Estructuras abiertas por los dos extremos.

Uno se abre a la cavidad celómica y 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

(66)

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

(67)

Glándula verde

Órgano renal de los crustáceos (se ubica en la

cabeza).

Presenta filtro, tubo y una especie de vejiga se abre

(68)

Riñón

Glomérulo: filtración

Tubo contorneado proximal:

reabsorción de sales, agua y nutrientes

Asa de Henle: concentra la orina

Tubo contorneado distal:

reabsorbe agua y sales

(69)

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).

(70)

Osmoconformes: Elasmobranquios

[NaCl] respecto al medio

[Urea]

plasmática

(71)

Hiperosmorreguladores

• Problema: Hiperosmótico con el medio. • Ganan agua y sales

• Solución:

Pierden agua y reabsorben salesDesarrollan órganos excretores

Producen orina hipotónica a los fluidos corporales

(72)
(73)

Hipoosmorreguladores

Problema: Hipoosmóticos con el medio

Solución:

Transporte activo con control nervioso y endocrino

Adaptaciones morfológicas (piel altamente

permeable)

Órganos reguladores:

Glomérulos

(74)
(75)
(76)

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

(77)

Osmorregulación en ambientes terrestres

RESPIRACION AEREA

Piel impermeable

Perdida de agua por epitelios respiratorios

(78)

Osmorregulación en ambientes terrestres

MAMÍFEROS Y AVES

Superficies permeables reducidas

Control hormonal (pe. elevada concentración de

hormona antidiurética)

Aves marinas poseen glándula nasal que secretan

una solución hiperosmótica

(79)

Osmorregulación 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

 Tasa de evaporación

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