Dierfysiologie (Dr N.D de With)


Part 3 Hoofdstuk 6 en 7

Sheets vanaf blz 68


Dat temperatuur grote invloed uitoefend op levende systemen is overbekent. Toch verrast het steeds weer, als een verandering van slechts 1 graad blijkt te leiden tot een activiteitsverandring van 10%


Veel gebruikte termen:

- Koudbloedig = poikilotherm

- Warmbloedig constante lichaamstemperatuur = homoiotherm

o Endotherm (eigen warmte gebruiken voor constante temperatuur)

o Ectotherm (gebruiken warmte van omgeving coor constante temperatuur)

o Heterotherm (in bepaalde fase van hun leven constante temperatuur en als ze inactief zijn is de temperatuur gelijk aan de omgeving (vliegende insecten en de tonijn)


Bedenk dat elk, metabolisch, actief dier warmte produceert. Er is dus altijd een verschil in temperatuur tussen dier en omgeving. Strikt genomen is geen enkel dier poikilotherm.


Voor de kwantitatieve beschrijving van temperatuur effecten zijn twee methoden voor in gebruik:

- Q10 heeft geen fysiologische betekenis en is temperatuur afhankelijk.

- Arrhenius de psycho-chemische methode is temperatuur onafhankelijk (blz 588) De arrhenius vergelijking: de Arrhenius-constante = activeringsenergie; elke (biologische) reactie heeft zijn specefieke activerings energie



Hoe wordt de Arrhenius methode gebruikt?


De biologische significantie van 'activeringsenergie' : aparant activation energy.


Plaatjes van hartslag tegen temperatuur

Daaronder ln(hartslag) tegen 1/T x 10-5 (dan hoor je altijd rechte lijnen te krijgen)


Meesten fysiologen werken met Calorie/Mol/Kelvin

1 calorie is 4,13 Joule


Een temperatuurverschil van maar anderhalve graad kan al leiden tot verkeerde conclusies, en met de arrhenius vergelijking kun je alle waarden terugrekenen naar een standaard temperatuur.


Sheet blz 70 bovenaan.

Kinetische energie is niet homogeen gemiddelde kinetische energie is E bij T1 en E bij T2 maar de activerings energie verschuivt niet (constant) dus bij een hogere temperatuur zijn er meer deeltjes reactief dan bij een lagere temperatuur!


Q10 van 2 houdt in dat de reactiesnelheid 2 keer zo hoog is bij een verhoging met 10 graden. (ligt in biologie onveer tussen de 2 en de 3)


Q10 = K(t+10)/K(t)


In een keten reactie heeft elk enzym zijn eigen activeringsenergie! De ene kan meer worden beinvloed door de temperatuur dan de ander: het ene produkt hoopt op en het andere wordt lager, dit verklaart warmte of koude-dood.

Trucs van dier:

- weghalen van produkt dat in overschot is.

- als er te weinig produkt is het verhogen van het enzym dat het produkt maakt. (kost tijd)

- Verschillende enzymen die verschillende temperatuur optima hebben en dus het enzym vervangen door een meer geschikt enzym. (kost tijd)


Expostitie experimenten: geen tijd geven voor adaptatie (Tekening I)

Adaptatie experimenten: wel tijd voor adaptatie (Tekening I)


Bijna bij alle dieren is zijn de fysiologische reacties intrinsiek temperatuur gecorrigeerd.


Apparent activation energy.


Ongecontroleerd bevriezen is dodelijk! Naalden van bevroren water (ijs groeien door alle weefsels heen en is dus dodelijk.

Dus strategien:

- of niet bevriezen

- of gecontroleerd bevriezen


Koudbloedige dieren:

- freeze intolerant (gaan er aan dood en moeten dus bevriezing voorkomen)

o vriespuntsverlaging (osmotisch is geringe bescherming)

o onderkoeling (supercooling) met antifreeze

- freeze tolerant (kunnen bepaalde delen bevriezen en zijn bij het ontdooien nog intact)

o ice nucelating agents: hebben stoffen in het bloed die als een voorbeeld dienen voor de rangschikking in ijs, het zorgt er dus voor dat water ogenblikkelijk bevriest op het moment dat het 0 graden is. Door het afgeven op bepaalde plaatsen heeft het dier onder controlle waar het bevriezen begint en welke structuur de cristallen krijgen.


Onderkoeling: bevriezen van water is niet precies op 0.

Thermal hysteresis: verschil tussen smeltpunt en vriespunt

1 osmol = 6 x1023 deeltjes/liter (1 mol NaCl = 2 osmol)

Door stoffen erin kan ook het vriespunt worden verlaagd


1 osmol heeft een verlaging van 1.85 graad Celsius

De meeste dieren hebben ongeveer 0.25 osmol dus een bescherming van ongeveer 0.5 graden tegen het vriespunt.


Gestabiliseerde onderkoeling: toevoegen van stoffen (antifreeze (glycerol)) zorgen voor een gestabiliseerd verschil tussen vriespunt en smeltpunt. Het kan binden aan het eerste ijsmoleculetje dat gevormd wordt en het afsluiten zodat er verder niet meer water aan wordt toegevoegd (ook bevriesd)


Het gebruik van glycerol als antifreeze werkt op 2 manieren:

- afkappen van ijscristalen

- vriespuntverlaging door osmotische waarde

Heet dus ook wel gestabiliseerd osmotisch


Als je dieren bij verschillende temperaturen houdt krijgen ze ook verschillende maxima en minima temperaturen voor warmte en koude dood. Adaptatie.


Diagram met zalm en goudvis, de goudvis kan in een veel groter gebied voorkomen dan de zalm (die is veel gevoeliger voor temperatuur verschillen).


- "Kans dat H2O bevriest neemt toe met graden vorst"

- eerste ijskristal is belangrijk, water bevriest bij 0 graden als er een template (voorbeeld) is en anders pas bij een lagere temperatuur.


Homoiotherm (endotherm):

- zoogdieren (rond 37 graden)

- vogels (rond 40 graden)


Warmbloedige dieren:

- endotherm homoiotherm: wat is de betekenis van warmbloedig: core (zone die je op 37 graden houd) temperature core:

o hersenen

o longen

o hart

- temperatuur is het resultaat van de ophoping van warmte (calorie, Joule) om een bepaalde ophoping te handhaven (=lichaamstemperatuur) moeten winst en verlies van warmte aan elkaar gelijk zijn (= dynamisch evenwicht): Warmte huishouding, heat balance.

- Bronnen van warmte verlies:

o Conductie (stabiele geleiding) / convectie (warmte geleiding door stroom (bv water))

o Straling (warmte uitstalen in vorm van licht)

o Verdamping (enige betrouwbare verliespost (1 gram H2O = 580 cal)

o Zie sheet blz 74 bovenaan (allemaal fijne formules)

- Bronnen van warmte winst

o Metabolisme (nooit lager H0(basaal metabolisme))

- kwantitatieve relaties


Verschil in actuele temperatuur en gevoelstemperatuur zit in het stromen van het medium: convectie.


Keeping warm (zoogdieren kunnen eigenlijk alleen spelen met metabolisme):

- muscular activity (bewegen om warm te blijven)

- involuntary muscle contraction (shivering) (beven, rillen is onvrijwillig)

- non-shivering thermogenesis (babies kunnen vet verbranden, en die is losgekoppelt van de produktie van ATP, brown fat: levert geen ATP maar alleen warmte, volwassenen kunnen dit niet meer, veel andere zoogdieren wel)


Thermalneutral zone, dat is de zone waarin het basaal metabolisme niet hoeft te reageren (blijft warm genoeg) totdat de lower critical temperature is bereikt, dan moet het basaal metabolisme opgevoerd worden tot een grens en als er nog een lagere buiten temperatuur komt overlijd het dier.


Omdat elk dier zijn eigen basaal metabolisme heeft zijn dieren heel moeilijk te vergelijken. Door normalisatie kun je ze toch in 1 grafiek zetten.


In de clusters in grafiek op pagina 77 van sylabus, zitten de grote dieren aan de onderkant van de clusters en de kleine dieren aan de bovenkant.


Grote dieren hebben een relatief klein oppervlak ten opzichte van het volume waardoor het warmteverlies bij grote dieren relatief kleiner zijn. Ook hebben grotere dieren een dikkere vacht.


Zeedieren kunnen bloed sturen ! tekening III


Uitsteksel aan lichaam voor temperatuur regeling bloed: tekeing IV


HSt = Heat stock: opslag

Warmte van de Heat stock wordt overdag opgeslagen en s'nachts bij vriezen gebruikt om warm te houden.


Water verdampen:

Zweten: heb je een naakte huid voor nodig (nadeel ook veel zout verloren)

Panting: hond met tong uit zijn bek (nadeel CO2 hyperventilatie)






Paul van Soest


Osmoregulatie: reguleren van water en zoutbalans.

Dieren kunnen niet omgaan met verschil in osmotische waarde in het intracellulaire milieu en het extracellulaire milieu en omgeving


Scheiding tussen intra en extracelluaire milieu: celmembraan (lipide bilaag), bij dieren kunnen er maar hele kleine verschillen optreden in osmotische waarde anders zal de cel opzwellen etc. Celmembraan zorgt wel voor verschillen in zoutconcentraties van Na en K intra en extracellulair.


Tussen extracellulair milieu en de omgeving zit het integument (huid), kieuw, nieren. excretie = uitscheiding van afvalstoffen uit ons lichaam.

Bv Aminozuren NH2 NH3 Ureum (in landdieren) (vissen geven de NH3 rechtstreeks af aan het water)


Opname water:

- drinken

- eten (bevat water)

- kieuwen

- huid


Afgiftewater:

- faeces, urine

- verdamping


Homeostase: stabiele extracellulaire omgeving.


Obligate Osmotische uitwisseling: uitwisseling van water en zouten met je omgeving waaraan je niet kan ontkomen:

- Osmotische gradient

- Oppervlakte inhoud verhouding: een klein dier heeft relatief tot zijn lichaamsgewicht een groter oppervlakte dus zal sneller problemen krijgen met zijn osmotische balans dan een groot dier.

- Permeabiliteit van het integument (huid) (ook kieuwen zijn uiterst permeabel)

- Voeding / metabolisme: organisme zal altijd voeding tot zich moeten nemen voor zijn metabolisme en in de voeding zit bv zout en water.

- Verdamping: bv zweten: probleem in bv woestijn, zweten om temperatuur omlaag te krijgen maar is weer slecht omdat er waterverlies optreed. (vb van natte neus bij de hond, het slijmvlies in de neus wordt koel bij inademen en als je uitademd komt het vocht dus in je neus te zitten en niet pas buiten, zodat je dus minder vocht verliest. (koude lucht kan minder vocht bevatten !)


Osmoregulatie: actieve processen die zorgen om tot een homeostase te komen


Tekening I

Zoetwater: 2 a 3 mOsm

Zeewater: 1 osm !


Zoetwaterdieren:

- Zijn altijd hyperosmotisch: betekent dat het een hogere osmotische waarde heeft dan zijn omgeving. Heet ook wel hypertonisch.

- Dus zoutverlies en water aantrekken: oplossingen

o verdunde urine: veel water uitscheiden en weinig zouten

o zoutopname: actief proces (kost energie)

o huid impermeabel houden (slijmlaag)

o niet drinken.


Zoutwaterdieren:

- Je hebt isoosmotische dieren (osmotische waarde van het bloed gelijk maken aan die van het zeewater, bv haaien en roggen. Dit doen ze door organische osmolyten die ze oplossen in hun bloed en hun intracellulaire vloeistof, deze stoffen hebben geen invloed op processen maar zorgen alleen dat de osmotische waarde omhoog gaat)

- De meerderheid van de dieren zijn hypoosmotisch: ze hebben een lagere osmotische waarde dan de omgeving.

- Dus waterverlies aan de omgeving, oplossing:

o Extra drinken om water binnen te krijgen in samenwerking met zoutuitscheiding dmv klier die zout kan uitscheiden.


Landdieren:

- primaire probleem is waterverlies, oplossingen:

o natte neus verminderd vochtverlies via ademhaling

o veel water drinken voor sommige dieren, zeezoogdieren kunnen geen water drinken en moeten al het vocht uit hun voedsel halen. Woestijndieren: vb kangaroo rat:

is een nachtdier

natte neus

extreem geconcentreerd urine

zeer droge faeces

enige vocht dat hij binnenkrijgt is metabolisch water (afkomstig uit verbranding van voeding)


Nier:

- ontvangt 20 tot 25 % van het bloed dat door je lichaam wordt gepompt, je hele bloedvolume gaat elke 5 minuten door de nier.

- Maakt van 1000 liter bloed 180 liter ultrafiltraat en daarvan maakt hij 1 liter urine.

- Nier bestaat uit nefronen

- Arteria renalis (nierslagader) glomerulus (capilair netwerk gespecialiseerd in ultrafiltratie) vasa recta venus renalis (nierader)

- Processen in de nier:

o Ultrafiltratie (in glomerulus): 10% van het passerende bloed wordt omgezet in ultrafiltraat en daarvan moet weer 99% terug om 1 liter urine over te houden.

o Resorptie: lus van Henle: opbouwen van een osmotische gradient in het begin is het isoosmotisch met het bloed en onder in de lus is de osmotische waarde veel hoger dan het bloed. Het is een tegenstroom orgaan: 2 benen:

Dalende been doorlaatbaar voor water en niet voor NaCl

Stijgende been doorlaatbaar voor NaCl en niet voor water.

De omgeving van de buisen van Henman zal dus zouter worden en omdat het zout niet terug kan gaat er water uit de buis van Henman naar de omgeving diffunderen. Dus onder aan de buis is het het sterkst geconcentreerd (veel water eruit en zout blijft erin) en als het weer omhoog gaat gaat het zout eruit en dat zorgt voor het zoute medium en er kan niet meer water uit. Dus haal je het zout en en water er grotendeels uit.

Onder invloed van vasopressine (ADH) kan er water uit de verzamelbuisgetrokken zodat het filtraat dat door de buis stroomt steeds zouter wordt.

o Secretie

K+ ionen

H+

NH3

- Lage bloedruk signaal naar hersenen: hypothalamus/hypofyse VP H2O retentie (vasthouden) Hogere bloedruk (echt feedback vb)

- Regulatie homeostase:

o Filtratie

o Resorptie (zouten/H2O)

o Secretie c. ongewenste stoffen

o Urineconcentratie Osmoregulatie