Mecanismos de termorregulación
· Los endotermos, como aves y mamíferos, usan el calor
metabólico para mantener una temperatura interna estable, que generalmente es
diferente a la ambiental.
· Los ectotermos, como las lagartijas y las serpientes, no
usan calor metabólico para mantener su temperatura corporal, sino que adoptan
la temperatura del ambiente.
Tanto endotermos como ectotermos
tienen adaptaciones —características que surgieron por selección
natural— que les ayudan a mantener una temperatura corporal saludable. Estas
adaptaciones pueden ser conductuales, anatómicas o fisiológicas. Algunas
adaptaciones aumentan la producción de calor en endotermos cuando hace frío.
Otras, tanto en endotermos como en ectotermos, aumentan o disminuyen el
intercambio de calor con el medio ambiente.
Vamos a revisar tres categorías de
mecanismos de termorregulación:
·
Cambio en el comportamiento
·
Aumento en la producción de calor metabólico
·
Control del intercambio de calor con el medio ambiente
Estrategias
conductuales
¿Cómo regulas tú tu
temperatura corporal con el comportamiento? En un día caluroso, podrías ir a
nadar, beber un poco de agua fría o sentarte a la sombra. En un día frío,
podrías ponerte un abrigo, sentarte en un rincón acogedor o comer un plato de
sopa caliente.
Los animales no humanos tienen
comportamientos similares. Por ejemplo, los elefantes se rocían con agua para
enfriarse en un día caluroso y muchos animales buscan la sombra cuando tienen
demasiado calor. Por otro lado, las lagartijas suelen tomar el sol en una
piedra caliente para calentarse y los polluelos de pingüino se reúnen en grupos
para retener el calor.
Algunos ectotermos son tan buenos en
el uso de estrategias conductuales para regular la temperatura que mantienen
una temperatura corporal relativamente estable, a pesar de no utilizar calor
metabólico para lograrlo.
Aumentar
la producción de calor—termogénesis
Los endotermos tienen varias formas
de aumentar la producción de calor metabólico, o termogénesis, en
respuesta a ambientes fríos.
Una manera de producir calor
metabólico es mediante la contracción muscular —como cuando tiemblas
incontrolablemente cuando tienes mucho frío, por ejemplo. Los movimientos
deliberados —como frotar tus manos o dar una caminata— y los temblores aumentan
la actividad muscular, y estimulan así la producción de calor.
La termogénesis sin temblor proporciona
otro mecanismo para producir calor. Este mecanismo depende de tejido graso
especializado conocido como grasa marrón o tejido adiposo marrón.
Algunos mamíferos, especialmente los animales que hibernan y las crías, tienen
mucha grasa marrón. La grasa marrón contiene muchas mitocondrias con proteínas
especiales que les permiten liberar energía de moléculas combustible
directamente en forma de calor en vez de canalizarla para formar el acarreador
energético ATP.
Para aprender más sobre cómo se
libera la energía como calor en las células de grasa marrón, revisa la sección
sobre proteínas desacoplantes en el artículo sobre fosforilación oxiativa.
Controlar
la pérdida y ganancia de calor
Los animales también tienen
estructuras corporales y respuestas fisiológicas que controlan cuánto calor
intercambian con el medio ambiente:
·
Mecanismos circulatorios, tales como la alteración de los
patrones de flujo de sangre
·
Aislamiento, como pelaje, grasa o plumas
·
Mecanismos de evaporación, como el jadeo y la sudoración
Mecanismos circulatorios
La superficie corporal es el
principal sitio de intercambio de calor con el ambiente. El control del flujo
de sangre hacia la piel es una forma importante de controlar la velocidad con
la que se pierde —o gana— calor del entorno.
Vasoconstricción
y vasodilatación
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Ilustración 73-Vasoconstricción y vasodilatación
http://blogspartanfitness.blogspot.com/2016/09/a-cardiovasculares-durante.html |
Por otro lado, cuando un endotermo
necesita liberar calor —como después de correr muy rápido para escapar de un
depredador— estos vasos sanguíneos se vuelven más amplios, se dilatan. Este
proceso se llama vasodilatación. La vasodilatación aumenta el flujo
sanguíneo hacia la piel y ayuda a que los animales pierdan parte de su calor
extra hacia el ambiente.
Un vaso sanguíneo que puede
vasoconstreñirse —estrecharse— o vasodilatarse —expandirse— para controlar el
flujo de sangre por los capilares alimenta un lecho de capilares cerca de la
superficie de la piel. Cuando hace calor, este vaso sanguíneo se vasodilata y
la sangre que proviene del corazón entra al lecho de capilares y evita una
"desviación" alternativa de vasos sanguíneos que le permitiría eludir
la superficie de la piel. Al viajar cerca de la piel, la sangre pierde calor
con el ambiente más frío y así, al salir del lecho de capilares y regresar al
corazón, la sangre se ha enfriado.
Los mamíferos con pelaje suelen tener
redes especiales de vasos sanguíneos para el intercambio de calor que se ubican
en zonas de piel desnuda. Por ejemplo, las liebres tienen esas enormes orejas
con una extensa red de vasos sanguíneos para permitir una rápida pérdida de
calor. Esta adaptación les ayuda a vivir en abrasadores ambientes desérticos. Algunos
ectotermos también regulan el flujo de sangre a la piel para conservar el
calor. Las iguanas, por ejemplo, reducen el flujo de sangre hacia la piel
cuando nadan en el agua fría para ayudar a retener el calor que absorbieron en
tierra.
Intercambio de calor a
contracorriente
Muchas
aves y mamíferos tienen intercambiadores de calor a contracorriente,
adaptaciones circulatorias que permiten que el calor se transfiera de los vasos
sanguíneos que contienen sangre caliente hacia los que contienen sangre más
fría. Para ver cómo funcionan, veamos un ejemplo.
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Ilustración 74-Intercambio de calor
https://sites.google.com/site/fisicacbtis162/se-2-intercambio-de-calor |
Aislamiento
Otra manera de minimizar las pérdidas
de calor hacia el ambiente es mediante aislamiento. Las aves utilizan
plumas y la mayoría de los mamíferos usan pelo o pelaje para capturar una capa
de aire cerca de la piel y reducir la transferencia de calor con el medio
ambiente. Los mamíferos marinos como las ballenas usan una gruesa capa de
grasa, como una forma de aislamiento de alta resistencia.
En tiempo de frío, las aves esponjan
sus plumas y animales erizan su pelaje para engrosar la capa de aislamiento. La
misma respuesta en personas —escalofríos— no es tan efectiva debido a nuestro
limitado vello corporal. ¡Por eso la mayoría de nosotros usa un suéter!
Mecanismos de evaporación
Los animales terrestres suelen perder
agua por su piel, boca y nariz mediante evaporación hacia el aire. La
evaporación absorbe calor y puede actuar como un mecanismo de enfriamiento.
Por ejemplo, muchos mamíferos pueden
activar mecanismos como sudoración y jadeo para incrementar el enfriamiento por
evaporación en respuesta a una alta temperatura corporal.
·
Al sudar,
glándulas en la piel liberan agua que contiene diversos iones —los
"electrólitos" que reponemos con las bebidas deportivas—. Solo los
mamíferos sudan.
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· Al jadear, un animal respira rápida y superficialmente con la
boca abierta para aumentar la evaporación en las superficies de la boca.
Mamíferos y aves jadean, o al menos utilizan estrategias similares de
respiración enfriarse.^88
En algunas especies, como los perros,
el enfriamiento por evaporación del jadeo en combinación con un intercambiador
de calor a contracorriente ¡ayuda a prevenir que el cerebro se sobrecaliente.
Véase también en:
https://es.khanacademy.org/science/biology/principles-of-physiology/metabolism-and-thermoregulation/a/animal-temperature-regulation-strategies
Véase también en:
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