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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO

COLEGIADO DE ZOOTECNIA

Disciplina: BIOCLIMATOLOGIA e AMBIÊNCIA ANIMAL

Professor(a): SANDRA LUCIA DA SILVA TAVARES

Material Didático

TERMORREGULAÇÃO e CONFORTO TÉRMICO ANIMAL

1. INTRODUÇÃO

O animal continuamente troca calor com o ambiente, realizando o balanço

de energia para manter a temperatura corporal nos seus valores normais para

a espécie. A temperatura do ar, a temperatura média radiante, a umidade e a

velocidade do ar influenciam a quantidade de calor trocada entre ambos. Todos

esses elementos têm ação integrada sobre o animal e caracteriza o seu

ambiente térmico, que pode ser expresso em uma única variável, chamada

temperatura ambiente efetiva.

Para realizar o balanço de energia, o animal reage às condições do

ambiente térmico fazendo ajustes fisiológicos e comportamentais. Os

comportamentais permitem ao animal a possibilidade de alterar seu microclima,

enquanto os fisiológicos buscam a adaptação. Ambos objetivam o conforto

térmico e sugerem que o animal é o melhor indicador das condições térmicas

do ambiente.

A manutenção da temperatura corporal, sob condições ambientais

termicamente estressantes, requer alteração de várias funções do animal, em

razão do fluxo de calor que se estabelece entre o animal e o ambiente: nas

condições de altas temperaturas ambientes, o animal necessita reduzir sua

taxa de produção e conservação de calor e incrementar a dissipação de calor

corporal para o ambiente, para evitar a elevação de sua temperatura corporal;

nas condições de baixas temperaturas ambientes, os processos de

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conservação e produção de calor corporal precisam ser intensificados, para

compensar o incremento na dissipação desse calor, em razão da maior

demanda térmica do ambiente.

2. TERMORREGULAÇÃO

Processo de controle da temperatura em um sistema físico qualquer. Os

organismos vivos comportam-se como sistemas físicos geradores de energia

térmica, portanto são capazes, em maior ou menor grau, de regular sua

temperatura corporal mediante as variações de ambiente interno (animal) e

externo (clima).

As espécies animais, quanto ao processo de regulação da temperatura

corporal, tem sua classificação baseada na principal fonte de calor utilizada

pelos organismos para manter a homeostase térmica, em animais:

Endotérmicos - a quantidade de energia térmica estocada depende

essencialmente de uma elevada taxa metabólica (taquimetabolismo), e

Ectotérmicos – a quantidade de energia térmica estocada depende mais da

energia proveniente do ambiente.

Os animais endotérmicos nos quais a variação de calor estocado é

mantida dentro de limites especificados e geralmente bastante estreitos,

independentemente das variações térmicas do ambiente externo, são

chamados de homeotérmicos.

A homeotermia é a condição de manutenção da temperatura corporal em

valores relativamente constante e independente do ambiente térmico externo.

Por mais que a temperatura do meio varie, a temperatura corporal dos

homeotermos se mantém constante. São representados pelas espécies de

mamíferos e aves.

A pecilotermia é a condição na qual o animal tem a temperatura corporal

do corpo variável de acordo com o ambiente térmico externo. O animal

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pecilotérmico não aumenta a produção de calor metabólico quando é resfriado.

São representados pelas espécies de peixes, anfíbios, répteis e invertebrados.

A termorregulação em animais homeotermos ocorre por meio de

mecanismos comportamentais e fisiológicos, já em animais pecilotérmicos a

termorregulação irá ocorrer apenas por mecanismos comportamentais.

A Tabela 1 apresenta valores de temperatura retal para algumas espécies

animais, representando a medida da temperatura corporal.

Tabela 1. Valores de temperatura retal (°C) de animais domésticos

Animal Temperatura média Limites

Bovino (corte) 38,3 37,7 – 39,1

Bovino (leite) 38,6 38,0 – 39,3

Cabra 39,1 38,5 – 39,7

Cão 38,9 37,9 – 39,9

Cavalo 37,7 37,2 – 38,2

Gato 38,6 38,1 – 39,2

Ovelha 39,1 38,5 – 39,9

Suíno 39,2 38,7 – 39,8

Coelho 39,0 38,5 – 39,5

Galinha 41,0 40,5 – 42,0

Fonte: Baeta e Souza, 1997.

3. FISIOLOGIA DA TERMORREGULAÇÃO

A manutenção de uma temperatura corporal relativamente constante é um

requisito necessário ao desenvolvimento e sobrevivência de animais

homeotermos. A eficiente funcionalidade dos diferentes processos fisiológicos

envolvidos na regulação do equilíbrio térmico entre produção e dissipação de

calor assegura não apenas a sobrevivência, mas, também, o desempenho

produtivo dos animais.

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O calor é produzido no organismo animal por três maneiras:

� Atividade metabólica basal,

� Incremento térmico dos alimentos e

� Atividade física.

O calor produzido pelo animal é transportado até a superfície corporal e

transferido para o ambiente. A troca de calor interno se processa por condução,

dependente do gradiente térmico entre os tecidos, e por convecção forçada, na

qual o calor é conduzido da parede do vaso sangüíneo para o líquido vascular

e transportado para as áreas mais frias do corpo pelo sangue circulante (JUDY,

1984).

O sistema termorregulador é constituído por três componentes

fundamentais:

� Termorreceptores sensitivos,

� Centro integrador e controlador e

� Sistema de órgãos efetores.

Os termorreceptores sensitivos transmitem a informação da temperatura

da pele e da temperatura central corporal ao centro integrador e controlador, o

hipotálamo, que compara essa informação com um valor de referência padrão

ou valor fixo (set-point). Com base na diferença entre as aferências dos

termorreceptores e do ponto fixo, o hipotálamo fornece informação para os

sistemas efetores que controlam a produção ou a dissipação de calor,

regulando assim a temperatura corporal em torno do valor de referência (set-

point) (Figura 1).

A área pré-ótica do hipotálamo anterior exerce função chave na regulação

da temperatura corporal. O aquecimento local dessa área ativa todos os

mecanismos comportamentais e fisiológicos de dissipação de calor, e o

resfriamento local do hipotálamo posterior iniciam as respostas

termorreguladoras para conservar e produzir calor.

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Células Termorreceptoras

CALOR

FRIO

Mecanismos que

incrementam a

dissipação de calor

corporal e a redução

de metabolismo

Mecanismos que

aumentam a

produção e a

conservação de

calor corporal.

HIPOTÁLAMO ANTERIOR

Perda de calor

HIPOTÁLAMO POSTERIOR

Ganho de Calor

Figura 1: Centro hipotalâmico da termorregulação

Respostas termorreguladoras também são obtidas por alterações de

temperatura da medula espinhal, ativando principalmente o sistema nervoso

simpático. Na base da medula se localizam os receptores de todos os

estímulos provenientes do ambiente externo e que fazem a comunicação entre

as várias partes do corpo.

4. MECANISMOS FÍSICOS DE TROCA DE CALOR

Os animais homeotermos, ou seja, aqueles que atendem a um padrão de

termorregulação em espécies taquimetabólicas (com alto nível de metabolismo

basal), nas quais a variação da temperatura corporal é mantida relativamente

uniforme e constante apesar das flutuações do ambiente térmico. Isto ocorre

por meio do balanço de energia que os animais realizam através de três formas

principais:

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1. calor produzido pelo metabolismo animal;

2. ganho de calor do ambiente e

3. dissipação de calor corporal para o ambiente.

O animal realiza o balanço de energia (trocas de calor entre ambiente e

animal) para a manutenção de sua homeostase térmica, quando, então,

equilibra o ganho com a dissipação de calor. A equação, abaixo representa o

balanço de energia realizado pelo animal.

onde:

M = calor produzido pelo metabolismo animal;

R = calor ganho e dissipado por radiação;

Cd = calor ganho e dissipado por condução;

Cv = calor ganho e dissipado por convecção; e

E = calor dissipado por evaporação.

O animal é um sistema termodinâmico que continuamente troca calor com o

ambiente. Essas trocas obedecem às leis da física e podem ser classificadas

como sensíveis e latentes.

4.1. Troca sensível

A forma sensível de troca de calor entre o animal e o ambiente somente

ocorre quando há diferença entre as temperaturas dos mesmos (gradiente

térmico). Ela é realizada por meio de radiação, condução e convecção.

A radiação se caracteriza pela emissão de calor na forma de ondas

eletromagnéticas. A superfície de todos os objetos emite essas ondas em

qualquer temperatura acima do zero absoluto. O ganho de calor por radiação

térmica ocorre quando a temperatura dos objetos (parede, gaiola, telhado, etc.)

é maior que a temperatura de superfície dos animais. Nos trópicos o ganho de

calor por radiação é significativo quando consideramos a insolação direta e

indireta.

M ± R ± Cd ± Cc – E = 0

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Para avaliar o fluxo de radiação que incide sobre o animal em determinado

ambiente, adota-se a utilização do termômetro de globo negro, um aparelho

constituído de uma esfera oca de 15 cm de diâmetro pintada de preto fosco

sendo acoplado um termômetro de mercúrio, cujo sensor é localizado no

interior (centro) do globo. Pela leitura deste equipamento, tem-se o efeito das

trocas de calor por radiação e convecção.

A condução é a troca de calor entre moléculas adjacentes. Por este

processo, o animal ganha ou perde calor através do contato com superfícies

mais quentes ou mais frias, respectivamente, que a superfície de seu corpo. É

por condução que um animal dissipa o excesso de calor ao se deitar sobre um

piso frio. Este processo de troca de calor é dependente da condutividade

térmica do material.

A convecção se refere à dissipação de calor por ação de correntes aéreas

de convecção. O vento com menor temperatura que a superfície corporal do

animal, passa sobre ela arrastando o calor, favorecendo as perdas convectivas

entre o animal e o ambiente.

4.2. Troca insensível

Também chamada de latente, a forma insensível de troca de calor entre o

animal e o ambiente não depende do gradiente térmico, mas depende do

gradiente de vapor d’água.

O processo latente torna-se um mecanismo fundamental para a

sobrevivência do animal em altas temperaturas. A dissipação do excesso de

calor ocorre pelo processo evaporativo, no qual, cada grama de água

evaporada equivale à dissipação de 582 calorias pelo animal. Quando expostos

a temperatura acima daquela considerada ideal, os animais intensificam a

dissipação de calor pelo trato respiratório, sendo este o principal mecanismo

utilizado para manutenção da homeostase térmica. Esta resposta é decorrente

da estimulação direta do centro de calor no hipotálamo anterior.

O equilíbrio térmico entre produção e dissipação de calor corporal é

obtido através do mecanismo termorregulatório, o qual consiste de uma série

de ajustes comportamentais, fisiológicos e anatômicos realizados pelo animal

mediante as variações do ambiente térmico.

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A regulação da temperatura corporal é realizada por mecanismos de

feedback controlados pelo hipotálamo. Os receptores corporais sensíveis à

temperatura ambiente são ditos como termorreceptores. Eles estão localizados

na pele, na base da medula espinhal, nos órgãos abdominais e nas grandes

veias; todos desencadeando processos para manter a temperatura corporal

através de respostas comportamentais e fisiológicas.

Na condição de ambiente frio, onde o gradiente de temperatura entre o

animal e o ambiente é maior, a dissipação de calor sensível predomina e na

condição de alta temperatura ambiente, quando o gradiente de temperatura

entre o animal e ambiente se inverte, a dissipação de calor por evaporação se

intensifica superando as trocas via calor sensível.

5. AMBIENTE TÉRMICO

A caracterização do ambiente térmico, relativo aos sistemas de produção

animal, envolve os efeitos da temperatura ambiente, umidade relativa, radiação

e vento, e pode ser feita por meio de uma única variável, a temperatura

ambiente efetiva. A temperatura ambiente é considerada o mais importante

componente do ambiente térmico.

A faixa de temperatura ambiente efetiva na qual o animal mantém a

homeostase térmica com mínimo esforço dos mecanismos termorregulatórios é

chamada de zona de termoneutralidade, na qual a produção de calor é mínima

e constante.

Conforto térmico tem sido definido como a faixa de temperatura ambiente

efetiva, dentro da qual a taxa metabólica está em seu nível mínimo, é

constante, dependente do plano de alimentação e do peso do animal, mas é

independente das condições térmicas do ambiente. Nesta faixa de

temperatura, o esforço termorregulatório é mínimo, não há sensação de frio ou

calor, e o desempenho do animal é otimizado, pois ocorre o menor desperdício

de energia.

Na Figura 2, pode-se observar que a zona de conforto térmico é limitada

pelas temperaturas efetivas ambientais dos pontos A e A’; a zona de

termoneutralidade, pelos pontos B e B’; a zona de homeotermia, pelos pontos

C e C’ (onde não ocorrem modificações na temperatura do núcleo corporal dos

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animais); e a zona de sobrevivência, pelas temperaturas efetivas ambientais

entre os pontos D e D’.

Zona de sobrevivência

Zona de homeotermia

Termoneutralidade

Hipo-termia

Produção de calor

Temperatura corporal

Hiper-termia

Morte por

calor

Estresse por frio Estresse por calor

D C B A A’ B’ C’ D’

Temperatura ambiente efetiva

calor latente

calor sensível

Morte por frio

Conf orto

Térmico

Fonte: Adaptado de Baêta e Souza, 1997.

Figura 2. Zonas de Sobrevivência Térmica

Em situações de frio

De A até B, os animais realizam ajustes comportamentais para conservar

o calor corporal, aumentando ao máximo o isolamento térmico corporal. Suas

normas de conduta neste ambiente são buscar sol, lugares secos e pisos

aquecidos, refugiar-se do vento, agrupar-se, diminuir o consumo de água e

aumentar o de alimentos. Auxiliando o processo, ocorrem vasoconstrição

periférica e piloereção. Ainda assim, nesta fase, não há aumento na produção

de calor pelos animais.

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A temperatura ambiente efetiva do ponto B é a Temperatura Crítica

Inferior (TCI). Abaixo desta, o animal aciona seus mecanismos

termorregulatórios para incrementar a produção e retenção de calor corporal,

compensando a dissipação para o ambiente.

É importante lembrar que a alimentação produz uma mudança na

temperatura correspondente ao ponto B. Um bom nível alimentar abaixa,

notadamente, a temperatura correspondente a este ponto. Nesta faixa de

temperatura ambiental efetiva que vai até o ponto C, os animais realizam

processos termogênicos. Em um primeiro momento, eles realizam tremores

musculares, que são paulatinamente substituídos por uma resposta em longo

prazo, consistente de uma termogênese sem tremores, gerada pelo sistema

neuro-hormonal e caracterizada por elevação dos níveis de hormônios

tireoideanos, catecolaminas e glicocorticóides, para aumentar a oxidação de

substratos, produzindo maior quantidade de calor, atuando no músculo

esquelético, tecido adiposo e fígado.

Abaixo da TCI, pode haver mudanças no desempenho produtivo e

conversão alimentar dos animais, afetando a produção.

No limite inferior (ponto C), fica a temperatura crítica inferior absoluta, na

qual a taxa metabólica é máxima (ponto máximo de compensação metabólica).

Se a temperatura ambiental efetiva continuar decrescendo, o animal entra na

zona de frio intolerável. Nesta faixa de frio intenso, a taxa metabólica é

levemente acima da máxima e pode ser mantida por um período curto, pois a

taxa de produção de calor não consegue compensar a dissipação para o

ambiente. Este fato provoca a queda na temperatura corporal do animal e,

conseqüentemente, a sua morte (ponto D).

A duração do estresse de frio pode alterar a zona de conforto do animal:

quando o estresse é agudo (queda de temperatura em curto espaço de tempo),

ocorre aumento na produção de calor; quando é crônico, o animal se adapta ao

frio aumentando o isolamento térmico interno (epiderme e tecido subcutâneo) e

externo (pele, pêlo e ar), economizando energia no processo termorregulatório.

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Em situações de calor

Exatamente ao contrário do que ocorre no frio, de A’ até B’, os animais

precisam realizar ajustes comportamentais para dissipar o excesso de calor

corporal, diminuindo o isolamento térmico animal. Suas normas de conduta

neste ambiente são buscar sombra, lugares molhados (chafurdar) e pisos frios,

expor-se ao vento, evitar se agrupar, diminuir o consumo de alimentos e

aumentar o de água. Em regiões quentes (estresse crônico), os animais

diminuem a gordura subcutânea e, também, a cobertura de pêlos. Auxiliando o

processo, intensificam-se os mecanismos de troca latente (insensível) (Figura

2), que requerem maior gasto de energia, que são o aumento na freqüência

respiratória e a sudorese. Os animais que não apresentam glândulas

sudoríparas funcionais recorrem a ofegação (aumento da freqüência do ritmo

respiratório) como principal mecanismo para dissipação do excesso de calor

corporal nesta faixa de temperatura. Neste ambiente ocorre, ainda, a

vasodilatação periférica, mas, mesmo assim, nesta fase, não há diminuição na

produção de calor.

A temperatura efetiva do ponto B’ é a Temperatura Crítica Superior (TCS).

Acima desta, o animal aciona seus mecanismos termorregulatórios para

diminuir a produção e incrementar a dissipação de calor corporal.

Nesta faixa de temperatura ambiental efetiva que vai até o ponto C, os

animais realizam processos de termólise caracterizados por diminuição da taxa

metabólica, dos níveis de hormônios tireoideanos e catecolaminas e elevação

dos níveis plasmáticos de glicocorticóides. Apesar disso, o nível de calor tende

a aumentar, especialmente pelo efeito de Van’t Hoff.

Acima da TCS, o animal não consegue regular por muito tempo a

homeostase térmica, e a temperatura corporal se eleva. No estresse agudo, o

animal aumenta a freqüência respiratória (Tabela 2), e, em estresse crônico,

ele reduz sua taxa metabólica, ocorrendo redistribuição anatômica da gordura

depositada.

A partir do ponto C’ (temperatura crítica superior absoluta), os ajustes

termorregulatórios não são suficientes, e se apresenta uma hipertermia

acentuada que, se persistir por algumas horas, leva o animal à morte por

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alteração dos mecanismos fisiológicos vitais. A maior parte dos mamíferos

morre quando a temperatura corporal alcança 42 a 45ºC.

Tabela 2. Efeito da temperatura ambiente sobre a freqüência respiratória (movimentos/minuto) e temperatura retal (°C) de leitoas dos 15 aos 30 kg

Item Temperatura ambiente (°C) CV%

15 22 32

Freqüência resp. (mov/min) 33±2c 47±5b 64±4a 7,6

Temperatura retal (°C) 39,4±0,2b 40,2±0,1a 40,2±0,2a 0,5 Significativo pelo teste SNK (P>0,01) Fonte: FERREIRA et al. (1998).

A determinação dos limites de termoneutralidade depende de diversos

fatores inerentes ao próprio animal (idade, sexo, estado fisiológico, nível de

consumo e plano de alimentação, nível de produção, grau de adaptação,

tamanho do grupo) e de fatores ambientais, como: temperatura, umidade e

movimento do ar, tipo de piso, calor radiante (Tabela 3 e 4) .

Tabela 3. Temperatura crítica inferior (TCI), zona de conforto térmico (ZCT) e temperatura crítica superior para suínos.

Categoria TCI ZCT TCS

Nascimento 15 30 a 32 38

1ª semana 15 27 a 28 35

2ª semana 13 25 a 26 35

3ª semana 13 22 a 24 34

4ª semana 10 21 a 22 31

5ª a 8ª semana 8 20 a 22 30

20 a 30 kg 8 18 a 20 27

30 a 60 kg 5 16 a 20 27

60 a 100 kg 5 12 a 18 27

Reprodutores 4 12 a 18 27 Fonte: Adaptado de diversos autores.

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Tabela 4. Temperatura crítica inferior (TCI), zona de conforto térmico (ZCT) e temperatura crítica superior (TCS) para algumas espécies de animais domésticos.

Animal TCI (°C) ZCT (°C) TCS (°C)

bovino leite 5 13 a 18 25

bovino europeu -10 -1 a 16 27

zebu 0 10 a 27 35

ovino -20 15 a 30 35

caprino -20 20 a 30 34

ave 15 18 a 26 32 Fonte: Baêta e Souza, 1997.

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Elementos do clima agem sobre o organismo animal, mediante o fluxo

de energia térmica que ele absorve ou emite. Assim, o animal porta-se como

um sistema termodinâmico que, continuamente, troca energia com o ambiente.

A quantidade de energia calórica que chega a um organismo caracteriza

a interação direta do animal com o meio. A termorregulação é a função pela

qual a homeostase térmica dos animais é mantida em seus valores normais,

independente das condições de ambiente térmico. Variações ocorridas no

ambiente térmico, principalmente na temperatura ambiente resultam na

ativação de mecanismos termorregulatórios que afetam o metabolismo

energético com conseqüências sobre a produção e nutrição animal.

Os ajustes fisiológicos realizados pelo animal mediante condições

adversas de temperatura ambiente influenciam o consumo de alimentos, a

disponibilidade de nutrientes, a eficiência de utilização e os requerimentos de

energia alterando a taxa de crescimento e composição de carcaça.

O estresse térmico influencia as trocas de calor entre o animal e o

ambiente, refletindo em alterações na produção de calor e, consequentemente,

no desempenho animal. Portanto, para obter o melhor desempenho, o animal

requer condições térmicas ambientais onde a eficiência produtiva e reprodutiva

sejam maximizadas.

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7. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA

BAÊTA, F.C. e SOUZA, C. F. Ambiência em edificações rurais – conforto animal. Ed. UFV, Viçosa – MG, 1997. 246 p.

CURTIS, S. E. Environment management in animal agriculture. Ames, Iowa State University Press, 1983. 409 p.

DIVIDICH, J. L. et al. Thermoregulation. In: WISEMAN, J., VARLEY, M. A., CHADWICK, J. P. Progress in pig science, Nottingham University Press, p. 229 - 263 1998.

FERREIRA, R.A. Níveis de Energia Digestível para Leitoas dos 15 aos 60 Kg Mantidas em Ambiente De Frio (15°C). Viçosa, MG: UFV, 1998. 57 p. Dissertação (Mestrado em Bioclimatologia Animal) - Universidade Federal de Viçosa, 1998.

GUYTON, A. C. Tratado de Fisiologia Médica. Ed. Guanabara / Koogan 8ª edição. 864p.1988.

JUDY, W. V. Regulação da temperatura corporal. In: SELKURT, E.E. Fisiologia. Ed Guanabara Koogan, 1984, p.519 – 535.

TAVARES, S.L.S. et al. Influência da temperatura sobre o desempenho e os parâmetros fisiológicos de suínos machos castrados dos 30 aos 60 kg. Rev. Bras. Zootec. v. 29(1), p. 199 – 205, 2000.