Flujos energéticos

1. Principios básicos de fisiología
animal:
Flujos energéticos

2. Organización
• Hay niveles jerárquicos
• Unicelulares a multicelulares (tejidos)
• Tejidos dan origen a órganos
• sistemas

4. ¿Cómo interactuar con el medio?
• Los tejidos, órganos y sistemas deberán
ajustarse para interactuar con el medio

5. • La talla y forma da el diseño anatómico
• El diseño del cuerpo es el resultado de un
patrón desarrollado y programado desde el
genoma

6. ….. Y por tanto, el diseño es una adaptación de
la selección natural que nos va preparando
para ser más eficientes
Desde tipo y forma de la célula hasta lo más
complejo de estructuras

7. E incluso se ha permitido la evolución
convergente

8. Seres Vivos
• Anatomía: Estudio de las estructuras de un
organismo
• Fisiología: El estudio de las funciones que lleva
a cabo un organismo

9. ¿Cómo se permite la interacción
con el medio ambiente?

10. Intercambio con el medio
ambiente
• Dependerá de la talla y forma del organismo
• El intercambio ocurre al difundirse las
substancias y sean transportadas a través de la
membrana
• Un organismo unicelular tiene mayor área
superficie

11. Homeostasis
• Significa “el mismo estado”
• Se refiere al proceso de mantener el medio ambiente
corporal en un estado estable cuando el medio
ambiente cambia
• Es la habilidad del organismo de mantener el medio
ambiente interno relativamente estable, a través de un
continuo monitoreo.
• Regulándolo con una serie de parámetros coordinados
que minimicen la perturbación del organismo
• Ocurren los cambio, pero la magnitud de ellos deben
ser menores y permanecer dentro de límites estrechos
• Percepción central de la fisiología animal

12. Los organismos multicelulares

13. Retroalimentación
• Los organismos utilizan comúnmente la
retroalimentación negativa para regular la
homeostasis
– La respuesta se opone o elimina la señal para
estabilizar la variable fisiológica para alcanzar su valor
normal (set point)
• Hay algunos reflejos que no están envueltos en la
homeostasis y usan retroalimentación positiva
– Como la iniciación de la coagulación, la digestión
enzimática del alimento, y el proceso de parto
– La respuesta refuerza o amplifica el estímulo más que
disminuirlo y quizás caiga en un circulo vicioso.

14. Mecanismo negativo de
retroalimentación
envuelve 4 aspectos:
• Variable del sistema
– Característico (e.g.,
temperatura) que necesita ser
regulado.
• Punto de partida
– El valor más apropiado para el
sistema
• Detector
– El valor actual del sistema que
necesita ser
• Mecanismo correctivo
– Reduce o elimina la
discrepancia entre el valor
actual y el ideal (partida)

15. Variación
• El nivel siempre variará
alrededor del punto de
partida
• Existe cuando ocurre un
tiempo-lag significativo
antes de que el sistema
correctivo regulado por
un sistema hormonal de
homeostasis se active

16. Termoregulación
• La habilidad del organismo
para mantener su
temperatura corporal
dentro de ciertos límites,
aún cuando el medio
ambiente sea muy distinto
• Ayuda a mantener la
temperatura corporal
dentro del rango óptimo
que permita las funciones
celulares de manera
eficiente

17. Importancia de la termorregulación
• La actividad metabólica de los animales y plantas
está afectada por la temperatura
– Las reacciones enzimáticas así como el movimiento de
átomos y moléculas está influenciado por la
temperatura
– Permite a las enzimas y demás moléculas el “afinar”
un estado específico de condiciones para operar de
manera más eficiente
• La fisiología animal esta afectada a través de su
sensibilidad bioquímica por la temperatura
– La actividad de neuronas y músculos es más eficiente
a altas temperaturas

18. Transferencia de calor

19. Balance de calor
• Los organismos pierden y ganan calor del medio ambiente
para mantener su temperatura estable
• Ganancia de calor
– Radiación de la atmosfera calentada por el sol
– Luz directa del sol
– Reflejos solares
– Radiación de calor de medios ambientes cálidos
– Conducción de un suelo cálido (cuerpo a cuerpo)
• Pérdida de calor
– Evaporación del agua de la superficie corporal
– Radiación del calor hacia un medio ambiente más frio
– Conducción del calor hacia un suelo más frio
– Convección entre agua y aire

20. Termoregulación
• Temperatura corporal
interna es
homeostáticamente
mantenida
– La temperatura superficial
podría fluctuar
• Comportamiento es el
mecanismo principal
• Y el segundo importante
es el flujo sanguíneo
hacia la piel y otras
superficies expuestas

21. Clasificación
• Basada en la respuesta a la
temperatura
– Homeotermos
– Poiquilotermos
– Heterotermos
• Basados en la fuente de calor que
regula la temperatura corporal
– Ectotermos
• Utilizan fuentes externas
como el sol
• Usan comportamientos
especiales para regular la
temperatura
– Endotermos
• Producción metabólica del
calor
• También pueden exhibir una
conducta para mantener el
calor

22. Ectotermos
• Animales cuya
temperatura depende
del medio ambiente
• Baja tasa metabólica
• Regulan la
temperatura a través
del comportamiento
– La temperatura
corporal es
generalmente 1 o 2
grados C más abajo de
su medio ambiente

23. Ectotermos
• Conducta para termoregular
– Enterramiento
– Asoleo
– Búsqueda de sombra
– Escalando la vegetación
– Orientando la posición

24. Tortuga
• ectotermo
– Migración a aguas del
norte
• Problemas
– Aguas quietas
– Conducción
– Convección

25. Tortuga y regulación de
temperatura (?)
• Caparazón grueso
• Capa de grasa
• Asoleo
• Gigantotermia
• Flujo sanguíneo regionalizado
• Intercambio de
contracorrientes
• Incremento de la tasa
metabólica
• Grasa café
• Musculo rojo -mioglobina

26. Intercambio de contracorriente en
la tortuga
• Matriz circulatoria en la
tortuga “leatherback”
• Forma radial en las
tortugas verde y
“loggerheads”

27. Endotermos
• Capaces de regular su
temperatura corporal
fisiológicamente a través de La
compensación metabólica.
Mantienen la temperatura
constante a pesar de los
cambios climáticos
– Ganancia de calor metabólico a
través de respiración celular y
contracción muscular
• También regulan a través de la
conducta
– Se esconden en la sombra,
reducen su actividad o jadean

28. Endotermos
• Zona termoneutral: rango
de temperatura en la cual la
tasa metabólica es baja e
independiente a la
• Tasa metabólica basal: tasa
metabólica en reposo y
dentro de la zona
termoneutral
• Abajo o arriba de la zona
termoneutral, el animal
incrementa su tasa
metabólica

29. Endotermos
• Fuente principal de calor – el metabolismo de los organismos
– El cerebro contribuye con el 16% del total- casi igual que lo que
contribuye el tejido muscular
• Muchos mamíferos incrementan su tasa metabólica cuando el
ambiente se enfría, aunque el humano no está tan adaptado
• Durante ejercicio vigoroso, la producción de calor de los músculos
se incrementa significativamente. Y en la ausencia de calor, el
mismo músculo lo incrementa mediante movimientos involuntarios
a través de temblores (titiritando).
• La pérdida de calor de las extremidades pueden reducir
enormemente el suministro de sangre. En frio extremo, el
suministro de sangre hacia los dedos puede caer hasta el 1% de su
valor normal.

30. Endotermos
• Mecanismos
– Generando y conservando
calor
• Muchas mitocondrias por
célula
• aislamiento – grasa, pelo,
plumas
• Intercambio de calor por
contracorriente
• Vasoconstricción
• Contracción muscular
• Aglomeran (manadas)
– Evitan sobrecalentamiento
• Jadeo y vasodilatación
• Sudoración
• Movimiento de orejas

31. Endotermos
En medios ambientes fríos
• Usan el músculo liso ligado a pluma o pelo;
• Incrementando el tamaño corporal para mantener más
estable la temperatura corporal
• Presentan la habilidad de acumular grasa como fuente de
energía
• Extremidades cortas
• Flujo sanguíneo con contracorrientes en las extremidades
en medios ambientes calientes
• Viven en zonas protegidas durante el día y son de hábitos
nocturnos
• Enfriamiento por jadeo y respiración
• Almacenan la reserva de grasa en un solo lugar (cadera)
para evitar conserva el calor
• Extremidades elongadas, frecuentemente vascularizadas
para extraer calor al aire (Convección)
• Las aves evitan el sobrecalentamiento por aleteo
• Cubiertas densas se encuentran en endotermos del
desierto

32. Termoregulación en humanos
• Controlada por el hipotálamo
– Anterior – pérdida de calor
– Posterior – producción de calor
• Reciben impulsos de dos
grupos de termoreceptores:
– El hipotálamo en si, monitorea
la temperatura central
– receptores en la piel
monitorean la temperatura del
medio ambiente
• Envían impulsos a diversos
efectores para ajustar la
temperatura

34. Termorregulación en humanos
• El promedio de la temperatura corporal (boca) en humanos
sanos es de 37.0 °C, (de 36.1 a 37.8 °C). En Polonia y
Rusia, la temperatura axilar de 36.6 °C es considerada
"ideal", mientras que el normal es de 36 °C a 36.9 °C.
• Estudios recientes sugieren que la temperatura promedio
debe ser de 36.8 °C

35. Termorregulación en humanos
En el calor
• Secreción de sudor a través de glándulas
• El pelo es lacio para prevenir que el calor se atrape
• El músculo en las paredes de las arterias incrementan el
flujo sanguíneo a través de los capilares de la piel
En el frio
• Se deja de sudar
• “cuero de gallina”
• Las arteriolas se contraen, re-enrutando la sangre lejos de la piel
y hacia las partes protegidas del cuerpo
• Músculos reciben mensajes del hipotálamo para causar
temblores. Esto incrementa la producción de calor como
respiración (reacción exotérmica de los músculos). El temblor
involuntario de los músculos es más eficiente que el ejercicio
para producir el calor ya que el organismo permanece en
reposo. Esto significa que menos calor se pierde hacia el medio
ambiente por convección.

37. Termoregulación en humanos
• Cuando hay fiebre el hipotálamo cambia temporalmente el punto
inicial (set point) a un punto más alto (fiebre)
• Como resultado de:
– Inflamación o
– infección
– Pirógenos endógenos
• Pirógenos son liberados por los leucocitos elevan el punto de
regulación térmica dando lugar a que la temperatura corporal se
eleve entre 2-3 °C. Esto ayuda a matar a las bacterias, inhibición
de virus y se explica el porque hay temblores aun cuando hay más
calor
• Durante el proceso de inflamación las prostaglandinas incrementan
el punto de inicio. Si la temperatura aun no llega a ese punto el
cuerpo empieza a temblar para incrementar la temperatura y fiebre
cuando esta llega al punto nuevo

38. Golpe de calor y calor exhaustivo
• Calor exhaustivo
– Ocurre después de llevar a cabo un trabajo extenuante o competir en un
evento atlético o en un día muy caluroso
– Los síntomas incluyen una elevación de la temperatura (más de 40C), sudado
excesivo, color pálido, calambres musculares, mareo, y en algunas
circunstancias extremas, desmayo y/o pérdida de la conciencia
– Disrupción del sistema de termorregulación
• Golpe de calor
– la temperatura corporal se incrementa hasta perder el control fallando el
sistema de termorregulación.
– El cerebro empieza a funcionar mal, hay delirio y pérdida de la conciencia.
– El centro cerebral del control de la sudoración deja de funcionar y causa que la
temperatura suba aun más.
– El proceso metabólico para, resultando en un mayor aumento de la
temperaturaa
– Surgimiento de resequedad en piel

39. Heterotermos
• Estrategias en invertebrados
y vertebrados menores
• Los insectos requieren
temperaturas torácicas de
35-40oC para el vuelo
• La termogénesis por
temblores es la más
importante para el vuelo
• El tórax por lo general se
aísla con escamas parecidas
a pelos
• El abdomen se comporta
como un radiador

40. Heterotermos

41. Heterotermos
• Comportamiento grupal
• Las abejas permanecen
juntos para mantener a la
abeja reina caliente
• Conforme la temperatura
se incrementa, los
trabajadores se dispersan
y ventilan el espacio con
sus alas. Pueden incluso
regurgitar fluidos
corporales para enfriar el
aire.

42. Metabolismo “Brady”
• Se refiere a los organismos con
un metabolismo muy alto y
cuando descansan baja
considerablemente
• Con frecuencia sufren cambios
dramáticos en la velocidad
metabólica, de acuerdo a la
disponibilidad de alimento y
temperatura
• En el desierto y áreas que
sufren inviernos extremos
• Son capaces de “apagar" su
metabolismo hasta llegar a
estados de casi muertos hasta
que las condiciones favorables
regresen.

43. Gigantotermia
• Algunas veces llamados
ectotermos, homotermos
• Son ectotermos grandes y
voluminosos por lo que
les resulta más facil
mantener su temperatura
constante
• La energía se pierde más
lentamente al medio
ambiente

44. Intercambio de calor por
contracorriente
• Venas y arterias que pasan muy cercanas entre
ellas y tienen sus flujos en sentido opuesto
forman una red especial de circulación
– rete mirabile.
• El calor es recuperado de la sangre que transita
hacia las extremidades utilizando sistemas
pasivos
• La mayoria de los enterotermos no tolera un
incremento de temperatura de más de 5°C
– Localizado entre las arterias carotidas y los vasos que
distribuyen la sangre al cerebro

45. Intercambio por contracorriente

46. Intercambio por contracorriente
• Es utilizado por los
atunes, tiburón blanco
y macarelas
• Mantiene un gradiente
constante a grandes
distancias
• El atún nadando en
invierno puede
mantener sus
músculos activos hasta
14°C más calientes
que el agua que lo
rodea

47. Intercambio de calor por
contracorriente

48. Intercambio de calor por
contracorriente

50. Intercambio de calor por
contracorriente
• Los borregos presentan la
arteria carotida con
contracorriente que utilizan
en los senos para enfriar la
sangre por evaporacion
para la sangre que entra al
cerebro
• Junto con la lana que aisla la
cabeza, le permite al
borrego tolerar bajas
temperaturas de manera
eficiente y asi evitar
depredadores

51. Peces “calientes”
• El pez espada tiene un tejido especial que calienta la
sangre de los ojos y cerebro, lo que les permite la
búsqueda de presas en agua fría
• El atún tiene una cola muscular que genera calor del
nado y después tiene la red de contracorriente que la
distribuye hasta el cerebro

52. Sudado
• Las glándulas sudoríparas
bajo la piel secretan
sudor
– Fluido que contiene agua y
iones disueltos
• Viaja por ductos a través
de poros sudoríparos
hacia la superficie de la
piel
• Causa pérdida de calor
por evaporación
• Sin embargo, mucha agua
esencial es perdida

53. Sudado
• Calor latente
– Cantidad de energía liberada o
absorbida por una sustancia química
durante la fase de transición
en donde:
– Q es la cantidad de energía liberada o
absorbida durante el cambio de fase de
la sustancia (dado en joules),
– m es la masa de la sustancia,
– L es el calor específico latente para una
sustancia en particular (J kg-1).
• A temperatura corporal, el calor
latente de vaporización es de 2428 kJ
/ kg.

54. Sudoración
• Durante periodos cortos se puede sudar
hasta 4 litros; y por más tiempo hasta 1 L
por hora hasta 6 horas. Esto es lo que
contribuye principalmente a bajar la
temperatura.
• Cuando la temperatura ambiente es más
alta que la del cuerpo, solo la evaporación
por transpiración de la piel y sudoración
sirve para bajar la temperatura corporal.
• Este calor equivale a 540 calorías/g al
punto de ebullición, pero es aun mayor a
580 cal/g, a la temperatura normal de la
piel.
• Como parte de la regulación fisiológica del
cuerpo, la piel inicia a sudar justo a los
37°C y la transpiración se incrementa
rápidamente al incrementar la
temperatura.

55. Piloerección
• Elevación de los folículos de
la piel por contracciones de
los músculos pilóricos
• Se estimulan con el frío a
través del sistema nervioso
simpático
• Atrapan el calor entre la piel
y la superficie de los
folículos pilosos
• cutis anserina
• Puede ser por influencia
mental o por la presencia
de adrenalina

56. Puerco espín

57. Tejido adiposo
• Adipocitos
• Energía guardada de reserva
• Grasa blanca/ células monovacuolares
– 20% en hombres y 25% en mujeres
– Una simple gota con un núcleo periférico y un diámetro de 0.1mm
– Secretan resistina, adiponectina y leptina
– Almacenan energía (insulina and glucagón)
– Cuentan con los receptores de insulina, hormonas de crecimiento,
noroepinefrina y glucocorticoides
• Grasa café
– Se encuentra en recién nacidos o en los hombros de los mamíferos que invernan
para generar calor corporal
– Son numerosas gotas de grasa y con muchas mitocondrias
– Con muchos capilares - mayor necesidad de oxígeno
– Numerosos nervios amielinados proveen estimulación simpática de los
adipocitos
– La termogénesis sin temblar se estimula incrementando la cantidad de
noroadrenalina
– Evita el frio letal / hipotermia

58. Grasa café
• En neonatos, la grasa café cuenta por el 5% de la masa
corporal y se localiza en la espalda,
– Propiedad de aislamiento sobre todo en condiciones
cuando el organismo no está aún adaptado a temblar
– Baja musculatura
– Se carece de aislamiento térmico
– Se presenta la inhabilidad para desplazarse a refugios
– El sistema nervioso aún no esta del todo desarrollado para
responder
• Se encuentra en el cuello de los adultos
• Recientemente se ha conocido que la grasa café no está
relacionada con la blanca, pero mas relacionada al músculo .

60. Temblores
• Es una función corporal como respuesta al frio para
protegerse de la hipotermia en animales endotermos
• Se dispara cuando baja la temperatura corporal
• Los músculos alrededor de los órganos vitales
empiezan a agitarse en pequeños movimientos para
incrementar el calor mediante el gasto energético
• Fiebre y temblores postanestesia
• Mecanismo
– porción dorsomedial del hipotálamo actúa como
el motor central
– Esta área es por lo general inhibida por señales del
calor central de la parte anterior del hipotálamo y
es excitada con el frio y la espina dorsal
– Se activa cuando la temperatura corporal cae a su
punto más bajo
– El incremento en la actividad muscular consume
ATP sin movimiento. La conversión de ATP a ADP
libera calor.

61. Vasodilatación & Vasoconstricción

62. Vasoconstricción
• La reducción del diámetro interno de los vasos sanguíneos,
especialmente las arterias, arteriolas venas y capilares.
• Esta mediado por la acción de los nervios del músculo liso y de las
paredes de las arterias.
• El flujo sanguineo decrece y entonces retiene el calor corporal o
incrementa la resistencia vascular.
• La piel palidece
• Mecanismo por el cual el cuerpo regula y mantiene la presión
artierial.
• Substancias que causan la vasocontricción son llamadas
vasoconstrictoras o vasopresoras.
• Puede darse en lugares muy localizados causando la reducción del
flujo sanguíneo.

63. Vasoconstricción
• Dos estímulos comunes hacen que el músculo liso se
contraiga: Epinefrina y la activación del sistema
nervioso simpático que inerva directamente a los
músculos
• Interactúa con la superficie celular de los receptores
adrenérgicos
• La señal de traducción resulta en una reacción en
cascada que permite incrementar el Ca intracelular del
retículo endoplásmico
• Este incremento en Ca intracelular va acompañado por
la calmodulina, y ambos activan la cadena ligera de la
kinasa muscular responsable de la fosforilación

64. Gatilleo de los factores de la
vasoconstricción
• Exógenos
– Exposición a frío severo.
– medicación
• Medicamentos para tratar la hipotención
• Endógenos
– Sistema nervioso autónomo, hormonas
circulantes o mecanismos inherentes a la
vasculatura en sí.
– Evita la hipotención y pérdida de calor

65. Vasodilatación
• Los vasos sanguíneos se ensanchan
• Resulta de la relajación del las células del
músculo dentro de los paredes vasculares
• Es localizado o sistémico
• Mecanismo
– Responde a estímulos (vasodilatores)
– Fosfatasa de cadena ligera de la miosina causa la
desfosforilación
– El ion calcio se recupera del retículo endoplásmico

66. Respuesta a un choque de calor
• Debido a las proteínas de
estrés térmico (“heat-shock”)
provocadas por inducción de
un cambio del medio
• Proteínas de choque térmico
– Aumentan la termotolerancia
– Facilitan el doblamiento bajo
condiciones no estresantes
– Cataliza el redoblamiento de
proteínas parcialmente
desdobladas.
– Su acción estabiliza las
proteínas durante procesos de
estrés
Tegula brunnea
(subtidal)
Tegula funebralis
(intertidal)

67. Comportamiento de
termoregulación
• Respuesta a una alta temperatura corporal
– Búsqueda de sombra
– Secreción de moco (rana toro, peces, etc)
– Pigmentación
• Respuesta a baja temperatura
– Agrupamiento
– hibernación
– Pigmentación obscura

68. Torpor
• Hipotermia adaptativa en
la noche
• Incapaz de responder
rapido a un estímullo
• Murciélagos y colibríes
reducen su punto térmico
durante la noche

69. Hibernación
• Metabolismo corporal
disminuye durante días o
meses
• Son incapaces de responder
a estímulos rapidamente
• Algunos mamíferos secretan
hormonas que reducen su
punto inicial corporal hasta
en 5°C, al hibernar. Esto
reduce drasticamente su
metabolismo

70. Dormancia
• El metabolism se
reduce por días o
meses.
• Mantienen la habilidad
para responder a
estímulos

71. Conducta de enfriamiento
Los polluelos de albatros pata negra
serefugian en la sombra para enfriarse
Hippopotamus se sumerge en el agua

72. Presupuesto Energético
Para la mayoría de los organismos el alimento esta
dirigido a la producción de ATP y relativamente muy
poco al crecimiento o reproducción

74. Dos aspectos importantes de
bioenergética
• Primero: un animal pequeño tiene una
demanda mucho mayor por kg de peso que un
animal grande
• Segundo: un ectotermo requiere mucha
menos energía por kg que un endotermo de
una talla equivalente

75. Modelo de uso de energía en
peces en pleno crecimiento
• Consumo = Respiración + desecho +
crecimiento
Carnívoros: 100 = 44 + 27 + 29
Herbívoros: 100 = 37 + 43 + 20

76. ¿Como aumentar la eficiencia
alimenticia?
• Incrementando la digestibilidad
• Ofreciendo alimentos que se adecuen al potencial
digestivo (enzimas presentes)
• Diseñando alimentos “ideales” cantidad necesaria de
acuerdo a los requerimientos.
• Disminuyendo el costo energético de digestión y
mantenimiento y menor estrés.

77. Distribución de Energía
Ingestión
Energía fecal
digestibilidad
Energía
digestible
Amonio
Moco
Energía
metabolizable
Acción
dinámica
específica
Tasa metabólica
basal
Crecimiento
Actividad
Viana, 2006

78. Como regulan las plantas su
temperatura
• Las hojas las mantienen a 21C
• La mantienen manipulando los
procesos físicos como
evaporación del agua y reflejo
de la luz
• Cuando hace calor, las hojas
sudan para enfriarse, o usan
pelos reflectantes
• Durante el frio las hojas se
juntan o caen

79. Como regulan las plantas su
temperatura
• Las hojas las mantienen a 21C
• La mantienen manipulando los
procesos físicos como
evaporación del agua y reflejo
de la luz
• Cuando hace calor, las hojas
sudan para enfriarse, o usan
pelos reflectantes
• Durante el frio las hojas se
juntan o caen