7. efeitos da temperatura nos animais

7/23/2019 7. Efeitos Da Temperatura Nos Animais

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1Sílvia Gonçalves - ESTM

7. Efeitos da Temperatura nos7. Efeitos da Temperatura nosAnimaisAnimais


7.1 Efeitos da variação da temperatura

A maior parte dos processos bioquímicos e fisiológicos são muito sensíveis aalterações na temperatura corporal (exs: taxas de reacções mediadas porenzimas, propriedades das membranas celulares) → influenciam de formadramática a função e a performance de um animal!

Cada animal tem um intervalo ideal de temperaturas. Neste intervalo, muitosanimais mantém uma Tcorp constante apesar das flutuações na Tambiente.

Termorregulação – manutenção da Tcorp num intervalo estreito de valores quepermita às células um funcionamento eficiente.

Animal termorregulador – equilibra as trocas de calor entre o seu corpo e oambiente → Fluxo de calor que ganha do ambiente = fluxo de calor que perde parao ambiente.

Vários processos físicos estão envolvidos as trocas de calor entre um animal e oseu ambiente, influenciando a termorregulação.



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7. 2 Considerações gerais

Processos físicos envolvidos nas trocas de calor entre o animal e o ambiente

Transferência directa de calor entre as moléculas da superfície corporal do animal eas moléculas do ambiente

O calor é sempre conduzido de um corpo com T mais alta para outro de T menor

A taxa e a quantidade de calor transferido varia de acordo com a natureza dosmateriais envolvidos → água: 50 a 100x mais eficiente do que o ar a conduzir calor!

Condução

Convecção

Transferência de calor pelo movimentode ar ou água junto à superfície corporaldo animal

Radiação

Emissão de ondas electromagnéticasproduzidas por todos os objectos maisquentes que o zero absoluto (-273ºC),tais como o corpo de um animal e o Sol

- Não pressupõe em contacto directo!


7.2 Considerações gerais

Processos físicos envolvidos nas trocas de calor entre o animal e o ambiente

Perda de calor a partir da superfície de um líquido quando este perde algumasmoléculas de água sob a forma gasosa.

Num animal, a perda de calor por evaporação tem um efeito de arrefecimentosignificativo na sua superfície

Ocorrerá apenas se o ar circundante não se encontrar saturado de humidade

Evaporação

Resultado final da equação representada na figura:

- Graças à radiação, o animalabsorve mais calor do ambiente doque o calor que perde para o meio



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Ectotérmico – a taxa de produção de calor metabólico é baixa, não tendopraticamente efeito na determinação da sua Tcorp. O animal aquece o corposobretudo pela absorção de calor a partir do ambiente.

As características térmicas dos animais podem ser classificadas recorrendo àimportância do calor metabólico na determinação da Tcorporal:

Répteis, anfíbios e a maioria dos peixes einvertebrados

Endotérmico – a taxa de produção de calormetabólico é elevada, gerando calorsuficiente para manter a sua Tcorp maiorque a Tambiente.

Muitos endotérmicos mantém umaTinterna alta e estável, constante mesmoque a Tambiente flutue

Mamíferos, aves, alguns peixes enumerosos insectos



Não é o facto de se manter uma Tcorp constante que distingueendotérmicos de ectotérmicos!

Exemplo: muitos peixes e invertebrados ectotérmicos vivendo em águas comtemperaturas estáveis, oscilam as suas Tcorp menos que os humanos.

A distinção baseia-se na principal fonte de calor corporal que o animal utiliza

(calor metabólico versus calor ambiental)Porém, a distinção baseada no calor metabólico e no ambiental pode não serabsoluta…

Exemplos:

- Muitos insectos e alguns peixes retém calor metabólico para aquecer certaspartes do corpo, tais como o tórax, onde se situam os músculos locomotores

- Aves e mamíferos podem obter algum calor para aquecer o corpo expondo-se aoSol



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Vantagens da endotermia: Actividade intensa e mais prolongada (exs: corrida de longa distância e voo)

Facilita a vida em meio terrestre – animais mantêm uma Tcorp constante apesardas maiores oscilações da Tambiental face ao meio aquático

Desvantagem da endotermia:

uma Tcorp elevada requer um metabolismo muito activo, especialmente oaeróbico para poder sustentar uma actividade física intensa → energeticamentedispendiosa, particularmente em ambientes frios!

20ºC: Homem em repouso – taxa metabólica de 1300 a 1800 kcal/dia

Crocodilo em repouso, com o mesmo peso médio – taxa metabólica de 60 kcal/dia

Os animais endotérmicos consomem mais alimentos do que os ectotérmicos detamanho similar!

Eficiência dos sistemas respiratório e circulatório de aves e mamíferos → adaptaçãoque acompanhou a evolução da endotermia e da elevada taxa metabólica


7.3 Como se processa a termorregulação?

A essência do processo consiste em gerir os fluxos de calor de forma a que as taxasde ganho e perda de calor se igualem. Fazem-no utilizando uma combinação de 4categorias gerais de adaptações:

1. Ajuste na taxa de troca de calor entre o animal e o meio

Isolamento corporal através de pêlos, penas e gordura localizada logo abaixo dapele → reduzem as perdas de calor

Adaptações do sistema circulatório que regulam a quantidade de sangue que flui junto à pele e que permitem manter o calor corporal junto ao núcleo do corpo

Vasodilatação: ↑ fluxo sanguíneo junto à pele, > transferência de calor para o meio

Vasoconstrição: ↓ fluxo sanguíneo junto à pele, < transferência de calor para o meio

Mecanismo de contracorrente para trocas de calor: ajuda a manter o calorcorporal junto do núcleo do corpo (slide seguinte)



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O Mecanismo de Contracorrente para Trocas de Calor é possível graças a um

arranjo especial dos vasos sanguíneos das extremidades de aves e mamíferosmarinhos → reduz as perdas de calor para o meio, concentrando-o no núcleo docorpo

Artérias que transportam sangue quentenas extremidades do corpo estão emcontacto com as veias que transportamsangue arrefecido em sentido oposto

O sangue venoso que regressa ao tronco vaiaquecendo à medida que se aproxima do

núcleo do corpo → o calor é mantido não seperdendo nas extremidades!



2. Arrefecimento por perda de calor por evaporação

Endo e ectotérmicos terrestres perdem calor por evaporação de água através dapele e na respiração

Alguns apresentam adaptações que aumentam este efeito de arrefecimento:

Evaporação a partir do sistema respiratório: pode ser aumentada pelo arfar

Evaporação pela pele: pode ser aumentada pelo banho ou pela transpiração

3. Respostas comportamentais Muitos endo e ectotérmicos modificam os seus comportamentos, alterando porexemplo a sua postura ou os seus movimentos no ambiente

Inverno: muitos animais estendem-se ao Sol ou em cima de rochas quentes

Verão: muitos animais procuram lugares frios, áreas húmidas ou enterram-se nosubstrato

Migração para locais com clima mais apropriado

4. Alterando a taxa metabólica de produção de calor (só endotérmicos)

Muitas espécies de mamíferos e aves duplicam ou triplicam a produção de calormetabólico quando expostos ao frio



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7.4 Adaptação à temperatura

A maioria dos animais são ectotérmicos. Porém, a endotermia está muito

disseminada…

Invertebrados

Alguns regulam a temperatura através de processoscomportamentais e fisiológicos:

Gafanhoto-do-Deserto: só se torna activo após atingirdeterminada Tcorp → orienta-se de forma a maximizara absorção da radiação solar

Alguns grandes insectos voadores (abelhas,borboletas nocturnas): fazem um aquecimento docorpo, antes de descolarem, por contracção simultâneade todos os músculos torácicos envolvidos no voo

No Inverno, um mecanismo contracorrentepara trocas de calor, permite-lhes sobreviver evoar durante os meses mais frios ao manter umaTcorp elevada no tórax (~30ºC)



Anfíbios e Répteis

São geralmente animais ectotérmicos, com taxas metabólicas relativamente baixas.

Anfíbios:

O intervalo de temperaturas óptimas varia substancialmente com a espécie

Produzem pouco calor e perdem a maior parte rapidamente através dasuperfície corporal → dificulta o controlo da Tcorp

Várias adaptações comportamentais permitem-lhes manter a Tcorp dentro de

um intervalo satisfatório a maior parte do tempo

Répteis – aquecem-se principalmente por meio de adaptações comportamentais

Procuram locais quentes, orientando-se na direcção da fonte de calor eexpandindo a superfície do corpo para aumentar a exposição

Dentro de certos limites podem comportar-se de forma a regularverdadeiramente a temperatura

Alguns apresentam adaptações fisiológicas que regulam as perdas de calor(ex: iguana marinha → vasoconstrição superficial quando nada em águas frias)

Alguns répteis são endotérmicos por breves períodos de tempo



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Peixes

A Tcorp da maioria dos peixes varia apenas 1-2ºC em relação à temperatura daágua que os rodeia

O calor metabólico produzido pelos músculos da natação é perdido para a águaquando o sangue passa nas brânquias → a grande aorta dorsal transporta estesangue oxigenado e arrefecido para o interior do corpo!

Peixes endotérmicos:

Incluem algumas espécies grandes e activas (atum, espadarte, tubarão-branco).

Os seus músculos produzem calor metabólico suficiente para aumentar a Tcorp eadaptações do sistema circulatório retêm o calor

Temperaturas dos músculos doAtum-rabilho à Tambiente de 19ºC

Adaptações do sistema circulatório notubarão-branco

- Aortas dorsais com diâmetrorelativamente pequeno

- Grande parte do sanguebranquial é conduzido através degrandes artérias junto à pele

- Artérias derivadas das anteriores:arranjo em contracorrente



Mamíferos e Aves

Mantém geralmente elevadas Tcorp dentro de um pequeno intervalo: 36-38ºC paraa maioria dos mamíferos; 40-42ºC para a maioria das aves → requer a capacidadede equilibrar os fluxos de calor entre o animal e o ambiente

A taxa de produção de calor pode ser aumentada (termogénese) por:

Aumento da contracção muscular (movimento ou tremor)

Acção de hormonas que aumentam a taxa metabólica e a produção de calor

invés da produção de ATP

A termogénese existe em numerosos mamíferos e em algumas aves e ocorre aolongo do corpo Alguns mamíferos: “gordura castanha” → tecido situado no pescoço e entre

os ombros e especializado na rápida produção de calor

Possuem um conjunto de mecanismos que regulam as trocas de calor com o seuambiente:

1) Vasodilatação e vasoconstrição contribuem para diferenças de T no animal

2) A capacidade de isolamento proporcionado por pêlos e penas depende daquantidade de ar que estas estruturas conseguem reter



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Mamíferos e Aves

3) Nos seres humanos, o isolamento conferido por uma camada de gordurasituada logo abaixo da pele desempenha um papel muito importante naredução de perdas de calor

A pele como um órgão termorregulador

Na água, os pêlos dos mamíferos perdem muitada sua capacidade de isolamento → osmamíferos marinhos possuem uma espessacamada de gordura logo abaixo da pele!

Mantém uma Tcorp de 36-38ºC

Têm taxas metabólicas similares às dosmamíferos terrestres do mesmo tamanho

Adaptações que conservam o calor são maiseficientes neste animais

Barbatanas de baleias e focas: não possuemcamada de gordura → apresentam um arranjodos vasos sanguíneos em contracorrente



Mamíferos e Aves

Muitos vivem em locais onde a endotermia exige tanto o arrefecimento como oaquecimento do corpo:

Mamíferos marinhos: ao deslocarem-se para águas mais quentes libertam oexcesso de calor metabólico por vasodilatação

Climas quentes: mamíferos terrestres e aves dependem essencialmente do

arrefecimento por evaporação

Algumas aves: possuem uma bolsa ricamente irrigada com vasos sanguíneos naboca → a agitação desta bolsa aumenta a evaporação

Muitos mamíferos terrestres: glândulas sudoríparas controladas pelo sistemanervoso

Alguns cangurus e roedores: espalham saliva pelas superfícies corporais quandoexpostos a elevadas temperaturas



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Mecanismos de Feedback na Termorregulação

A regulação da Tcorp nos humanos e outros animais terrestres é um exemplo de umsistema homeostático complexo, ajudado por mecanismos de feedback negativo.

O centro de controlo datermorregulação está situadono hipotálamo (termóstato)

De acordo com a alteraçãodetectada (Tcorp > ou < queo set point ), o hipotálamodesencadeia respostascorrectivas por parte dosefectores

Efectores: vasossanguíneos abaixo da pele,músculos, glândulassudoríparas


Aclimatização

Muitos animais conseguem ajustar-se a um novo intervalo de Tambientais, ao longode um período de dias ou semanas, designando-se esta resposta fisiológica deAclimatização.

É importante no contexto das alterações sazonais no ambienteExemplo – alguns peixes

Verão: sobrevivem em Tágua até aos 36ºC; Inverno: Tágua > 28ºC são letais

O ajustamento fisiológico a um novo intervalo de Texterna é multifacetado:

Pode envolver alterações nos mecanismos que controlam a Tinterna do animal

Pode também implicar ajustamentos ao nível celular

- ↑ produção de certas enzimas, compensando a ↓ actividadede certas enzimas perturbadas pelas T distintas da suaTóptima

- produção de variantes das enzimas, que tenham a mesmafunção, mas com uma Tóptima distinta

- alteração da proporção de lípidos saturados e insaturadosnas membranas celulares



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Aclimatização (continuação)

As células podem também efectuar ajustamentos rápidos a alterações datemperatura:

Células de mamíferos cultivadas em laboratório respondem a aumentossignificativos da temperatura, acumulando proteínas induzidas pelo stress,entre as quais proteínas de choque-térmico.

manter a integridade de outras proteínas que podem ser desnaturadas pelo calor

prevenir a morte da célula quando o organismo é exposto a grandes alterações noambiente externo

ajudam a:

Torpor, hibernação e estivação

Torpor – estado fisiológico alternativo, no qual o metabolismo e a Tcorp decrescem,com o coração e o sistema respiratório a baixarem de ritmo. Comum nosendotérmicos.

Hibernação – estado de torpor a longo prazo, durante o qual a Tcorp baixa comoadaptação ao frio e à escassez de alimento.

Estivação (torpor de Verão) – caracterizada pelo metabolismo baixo e inactividadeque permitem ao animal sobreviver a longos períodos de T elevadas e escassez deágua.


Torpor, hibernação e estivação (continuação)

A hibernação e a estivação são induzidas pelas alterações sazonais na duraçãodos dias.

Muitos mamíferos pequenos e aves têm um período diário de torpor que pareceser uma adaptação ao seu modo de alimentação

Animais endotérmicos que apresentam um período de torpor diário:

Tendem a tratar-se de animais relativamente pequenos

Quando activos apresentam uma taxa metabólica e consumo energético

elevados Quando inactivos o torpor permite-lhes sobreviver à custa da energiaarmazenada nos tecidos

O ciclo diário de actividade e torpor parece ser controlado pelo relógio biológico

Exemplos:

musaranho – presente mesmo com alimento disponível durante o dia

Homem – sono + ↓metabolismo + ↓Tcorp nesse período → vestígios de um estado de torpordiário existente nos seus ancestrais

O torpor é um mecanismo homeostático que envolve extensas alterações nasfunções corporais



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7.5 Temperaturas extremas: limites para a vida

Alguns animais são mais sensíveis a Textremas durante certos períodos da suavida, especialmente durante as fases iniciais do desenvolvimento.Para um animal:

T em que consegue sobreviver ≠ T em que consegue completar o seu ciclo de vida!

A determinação da T letal para um organismo depende da duração da exposiçãoà mesma → dificulta a determinação exacta das T letais para um animal (ex: T altapode ser tolerada durante alguns min, mas pode tornar-se letal se exposto durante horas)

T letal (TL50): temperatura à qual 50% dos animais expostos morre e 50% dosanimais expostos sobrevive (taxa de sobrevivência de 50%). Determina-segraficamente recorrendo a dados experimentais.

Efeito do tempo de exposição na tolerância à temperatura



Tolerância a temperaturas elevadas

Não se conhece nenhum animal que viva e complete o seu ciclo de vida a T > 50ºC.Porém, embora possa haver vida animal activa a 50ºC, a maioria morre quandoexposto a T muito mais baixas!

Animais aquáticos, especialmente os marinhos, são muito sensíveis a T elevadas→ no seu ambiente a Tágua tende a ser baixa

Excepção: Animais da zona intertidal

Exposição ao ar quente (BM) Exposição à radiação solar (BM)

A temperatura apresentada é a maisalta a partir da qual os gastrópodesconseguem recuperar, depois de 1

hora de exposição

Temperatura do animal pode aumentarapreciavelmente!



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Tolerância a temperaturas elevadas

Cyprinodon diabolis

Peixe com maior capacidade de tolerância a T elevadas:Cyprinodon diabolis , habita em aquíferos geotermais (T=33,9ºC)em cavernas da Califónia e do Nevada

Peixe muito pequeno e leve

Tletal: 40ºC

Alguns animais do Árctico e do Antárctico têm uma baixa tolerância ao calor

Peixes do género Trematomus (Antárctico): Tletal de 6ºC. Vivem em águascom uma Tmédia de -1,9ºC e que variam apenas 0,1ºC durante o ano!

Trematomus hansoni Factores que contribuem para a morte provocada pelo calor:

desnaturação das proteínas

inactivação térmica de enzimas

fornecimento inadequado de oxigénio

diferentes efeitos da T em reacções metabólicas interdependentes

efeitos da T na estrutura da membrana



Tolerância ao frio e ao congelamento

Alguns animais conseguem tolerar o congelamento, mas a grande maioria não. Defacto, alguns animais são tão sensíveis ao frio que morrem a T muito acima doponto de congelação.

Animais que vivam em regiões frias e temperadas são com frequência expostosa longos períodos de T abaixo do ponto de congelação. Para resistir a este frioexistem 2 estratégias possíveis:

Tolerância ao congelamento – animal sobrevive ao congelamento e àformação de gelo no seu corpo

Intolerância ao congelamento – animal morre se ocorrer formação de gelointernamente → evitam a sua formação, mesmo que expostos a -40 ou -50ºC.



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Tolerância ao frio e ao congelamento

Animais intolerantes ao congelamento

Alguns animais podem ser expostos a T < ponto de congelação, evitando a formação degelo nos seus tecidos através de um “super-arrefecimento”.

O glicerol pode ser acumulado nos tecidos dos animais, dado que este composto éparticularmente eficiente a baixar o ponto de congelação. Presente em elevadasconcentrações nos Insectos!

Peixes: possuem no sangue e nos fluidos intersticiais uma glicoproteína que impedea junção de moléculas de água aos cristais de gelo em formação, tendo uma função anti-

coagulante (descoberta nos peixes Trematomus )

Animais tolerantes ao congelamento

Os animais marinhos da zona intertidal podem ser expostos durante a baixa-mar a T <ponto de congelação – in extremis a -30ºC por + de 6h (+90% da água corporal está

congelada e os fluidos restantes tornam-se hiperosmóticos) As suas células: resistentes à perda de água para os cristais de gelo e resistentes aum ↑ invulgar da concentração osmótica

O gelo provoca deformação dos músculos e órgãos internos, bem como das célulasque encolhem consideravelmente – o gelo forma-se extracelularmente

Após alguns seg de descongelação: tecidos e organismo normalizam

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