Физическая и этологическая терморегуляции презентация

среды (по Гаврилов, 1996).

Физическая терморегуляция

H = Q = C (Tb – Ta)



Тепло в ходе Теплоотдача Коэффициент
метаболизма теплопроводности

Физическая терморегуляция

зависит от животного (если оно не перемещается в иную среду) ? для приспособления к Ta животное должно менять другие параметры:
H, C, Tb
Tb = Const. ? H, C

Повышение теплопродукции (= H) обсуждали ранее.
H = Const. ? C

C: перенос тепла
от внутренних органов к поверхности кожи
от кожи в среду через меховой или перьевой покров

Низкая C ? хорошая теплоизоляция ~= 1/ C

Физическая терморегуляция

мелких животных
шерсть по необходимости короче, и теплоизоляция у них хуже, чем у крупных
животных. Коэффициент теплоизоляции измеряют при 0 оС, поддерживая
с внутренней стороны меха температуру 37оС.

○ -коэффициент теплоизоляции
меха на воздухе
∆ - то же в воде

Корреляция (R) между толщиной меха и теплоизоляционными
свойствами – только среди мелких животных.

Нарушения R у крупных –
см. тюленя, бурого медведя… У тюленя мало различий между свойствами меха в воде и на суше. По изоляционным свойствам меха
тюлень~= леммингу.

изоляционных свойств

Сезонное изменение толщины меха.

Лабильная регуляция толщины покровов –
пило- & птиломоторная реакция.

Сосудистые реакции: сужение сосудов ? снижение кровотока в периферической зоне ? ее охлаждение и снижение теплоотдачи при сохранении Tb= const. во внутренней зоне.

«Этологическая» терморегуляция (например, скучивание или активный выбор убежищ)

каждой позе к теплоотдаче
одиночной спящей птицы в обычной для умеренной температуры среды
позе (принято за 1).

«Этологическая» терморегуляция

Императорские пингвины:


Самцы+самки : Путь в 50-100 км от уреза воды вглубь по ледяному шельфу (Та = -30 -40°С). Самки откладывают яйца и возвращаются к воде.

Самцы остаются и насиживают яйца ~> 60 дней. Их потери веса = 40% (жир – 35 кг до 20 кг).

Особенности энергетики самцов:
1) Tlc = - 10°С >>> Та = -30 -40°С.
2) Tb = 38°С (как у многих других).
3) EM таков, что 25 кг жира сжигается за ~100 дней, что превышает имеющиеся запасы ? ЧТО ДЕЛАТЬ?
? СКУЧИВАНИЕ: одиночный самец теряет 0.2 кг /сутки
самец в группе - 0.1 кг /сутки

«Этологическая» терморегуляция

в отсутствие родителей.

МЕ в большей степени расходуется на рост.

lagopus) вне подснежной камеры от наружной
температуры воздуха. По оси абсцисс – температура наружного воздуха (о С);
по оси ординат – длительность пребывания снаружи (Потапов, 1982).

Другой пример этологической терморегуляции – выбор убежищ с иной Та (изменение Та)

Физическая терморегуляция

(в 25 раз >, чем
у воздуха); из-за конвекции – охлаждающее действие воды в 50-100 раз >, чем у воздуха.
Как поддерживают тепловой баланс тюлени и киты, которых больше в холодных водах, чем в тропических?

Возможные пути приспособления:
< Tb
> DEE (SMR, BMR)
> теплоизоляция (= сокращение потерь тепла)
Что на самом деле:
1) - Tb = 36-38°С ~= другим млекопитающим
2) + SMR в 2 раза > ожидаемого для данной массы тела
(но SMR гренландского тюленя остается прежним при охлаждении воды до точки замерзания)
3) ++ очень сильная теплоизоляция!!

Физическая терморегуляция

температуре воды. У тюленей теплоизоляция обеспечивается
в основном толстым слоем подкожного жира (Irving, Hart, 1957).

На поперечном срезе замороженного тюленя толстый слой подкожного жира
занимает 58% всей площади среза; остальные 42% приходятся на долю мышц,
костей и внутренних органов. (Фото P.F.Scholander, Калифорнийский университет
в Сан-Диего).

Физическая терморегуляция

линией показано равенство температур кожи и окружающей
среды (Hart, Irving, 1959).

Физическая терморегуляция

лишь на несколько градусов
Теплоизоляция снаружи от кожи – за счет меха

«отключена» благодаря притоку крови к коже.
Иначе дело обстоит с мехом, который расположен поверх кожи так, что «обойти»
его невозможно.

Физическая терморегуляция

при выходе на сушу?







Выход на сушу > T° кожи, что
необходимо для теплоотдачи,
т.к. С воздуха <<< C воды.

>T° кожи за счет усиленного
притока крови через слой жира
к поверхности

Физическая терморегуляция

оттекающей; после достижения системой стационарного состояния температура воды
на выходе и входе различаются не более, чем на 1о.

Модель противоточного теплообменника

сдавливает окружающие артерию вены и венозный кровоток распределяется по поверхностным сосудам.
Теплообменник не работает.

Артериальная кровь отдает тепло воде, а венозная кровь поступает в термостатическое ядро тела без предварительного согревания.

Ласты и плавники эффективно работают


для сохранения тепла для увеличения теплоотдачи

через голые
лапы у гусей, уток, чаек невелики, но на морозе потери возрастают тем больше, чем ниже Та. Организм начинает вырабатывать дополнительное тепло, чтобы компенсировать повышенную теплоотдачу – см. на рис. ниже перегиб кривой метаболизма.

Физическая терморегуляция

лап
составляет у утки лишь небольшую долю от общей теплопродукции организма.
При температуре ниже 0 оС переход тепла в лапы (и соответственно отдача его воде) возрастает пропорционально снижению температуры воды (Kilgore, Schmidt-Nielsen, 1975).

Физическая терморегуляция

У чайки потери тепла через лапы за 2 часа пребывания в холодной воде = всего лишь 1.5% от общей H

среды (по Гаврилов, 1996).

Физическая терморегуляция при избытке внешнего тепла

Та = Тb почти вся теплопродукция должна
компенсироваться испарительной теплоотдачей.
Не все птицы и млекопитающие могут обеспечить 100%
потерь тепла за счет испарения для поддержания
постоян. Тb

Способы испарительной теплоотдачи:
Потоотделение (человек, антилопы, быки, верблюды…).
Полипноэ [собаки, козы, газели, птицы (гулярное дыхание)…].
при полипноэ:
+ животное само создает и регулирует ток воздуха над влажной поверхностью.
- избыточное выведение СО2 может вызвать алкалоз и нарушение кислотно-щелочного баланса

к перегреву орган, когда животное
(например, африканская газель, спасающаяся от хищника)
подвергается тепловому стрессу. Мозг интенсивно снабжается
артериальной кровью!! Но … У копытных кровь притекает к мозгу по
внутренней сонной артерии, разделяющейся у основания черепа
на множество мелких артерий. Прежде, чем войти в мозг, они вновь
объединяются в общий ствол. Но до этого мелкие артерии проходят
сквозь большой венозный синус, куда приходит ОХЛАЖДЕННАЯ
венозная кровь от стенок носовой полости, где происходит испарение
влаги ? Кровь в мелких артериях тоже охлаждается и только после
этого достигает мозга. ? Т мозга на 2-3о ниже Т крови сонных артерий.

Физическая терморегуляция