Isı ve Çevreye Uyum Fizyolojisi
Tüm canlı hüc.lerde metabolik olaylar süreklidir.
Kimyasal Ener = Faydalı Ener + Isı Ener + Depo Ener
* İnsan ve hayvanlarda bu canlılık olaylarının devamı için;
§ Uygun nitelikte iç ve dış uyaranlar ile
§ Uygun bir vücut sıcaklığı gereklidir
Canlının varlığını sürdürebilmesi, içinde bulunduğu çevreye gerekli fizyolojik ve davranışsal adaptasyonları gösterebilmesine bağlıdır.
* Evcil hayvanların performans ve verimleri üzerine etkili iki önemli faktör vardır. Genetik yapı ve Çevre
* Çevre a Bakım, İdare, Besleme, Hastalık, Klimatik Faktörler
Isı:
• Enerjinin bir formudur (Joule ya da Kalori)
• Bir cismin uzamasına, genleşmesine, erimesine, buharlaşmasına, sıcaklığının artmasına ya da bir iş yapmasına sebep olan fiziksel ener.dir.
• Eğer bir cisme ısı verilirse o cismin sıcaklığı ↑
Sıcaklık:
• Bir cismin sıcaklığının ya da soğukluğunun ölçüsüdür
• Duyularla algılanır
• Termometre ile ölçülür (Celcius, Fahrenheit, Kelvin)
• Bir cismin etrafına kendiliğinden ener. verme eğiliminin ölçüsüdür. Ener. veren mad. daha yüksek sıcaklıktadır.
Fiziksel Isı İletim Yolları
1. Elektromanyetik Radyasyon
2. Kondüksiyon
3. Konveksiyon
4. Evaporasyon
Elektromanyetik Radyasyon
• Birbiri ile temasta olmayan iki cisim arasındaki ısı alışverişidir.
• Güneşi örten bulutların geçmesinden sonra hissedilen sıcaklık gb.
• Tüm katı cisimler görünmeyen EM dalgalar yayarlar. (EM radyasyon)
• Sıcak objeler birim zamanda daha fazla emisyon yaparlar.
• Bir cismin ısısı ne kadar yüksekse mol.lerin titreşim sayısı o kadar fazla olur ve çevreye EM dalgalar halinde geçen ısının miktarı artar.
• Bu EM dalgalar başka bir objeye çarptığında bazıları absorbe edilir ve böylece ısı bir cisimden diğerine transfer edilmiş olur.
Elektromanyetik Radyasyon
• Tüm objeler radiant ısı yaymalarına rağmen net ısı transferi her zaman sıcaktan soğuk objelere doğrudur.
• Bir canlı radyasyon yoluyla hem ısı kaybedebilir hem de ısı kazanabilir.
Ör: Hayvanın içinde bulunduğu barınağın duvarlarının ve zemininin ısısı.
Kondüksiyon
• Birbirine değen iki cisim arasındaki ısı alışverişidir.
• İletilen ısının miktarı
• İki cisim arasındaki ısı farkına
• Cisimlerin iletkenlik derecelerine bağlıdır.
• Termal izolatör-Hava; Termal kondüktör-Bakır, Su
• Sıcak havalarda suya girildiğinde
• Yalın ayak beton zemin ya da halıya basıldığında
• Bu yolla hem dış ortamdan ısı alınır hem de dış ortama ısı verilir.
Konveksiyon
• Cismin çevresinde bulunan sıvı ya da gazın ısınarak yerini daha serin olan sıvı ya da gaz ile değiştirmesi.
• Deri yüzeyinde ince bir sıvı tabakası ve bunun da üzerinde türe göre farklı kalınlıkta ılık bir hava tabakası bulunur.
• Bu iki tabaka soğuk havalarda kondüksiyon ve radyasyon ile vücuttan ısı alır ve yoğunlukları azalır.
• Bir kısım sıvı gaz haline gelir ve bir kısım hava da deriden uzaklaşır.
• Bu şekilde vücuttan uzaklaşan havanın yerini serin hava alır.
• Bu yolla ısı alışverişi normalde pek önemli değildir.
• Ancak rüzgar ve suya girilme gb. etmenler bu yolu oldukça etkin kılar.
Evaporasyon
• Buharlaşma yolu ile ısının kaybedilmesidir.
• Sıvı mol.leri oldukça yavaş hareket ederler.
• Bu mol.lere kinetik ener. verilirse gaz haline geçerek bulundukları sıvı ortamdan ayrılırlar.
• Buharlaşmanın latent (gizli) ısısı (1 gr su için 0.54 Kcal)
• İnsensible perspirasyon
• Vücuttan deri yüzeyine difüzyonla sürekli su geçişi
• Solunum yollarından buharlaşma
• Özellikle çevre sıcaklığının vücut sıcaklığına yaklaştığı ya da geçtiği durumlarda önem kazanır.
• Havadaki nem oranından etkilenir.
(çöl havası, tropikal ormanlar)
Memelilerde dinlenme halinde mg ısının vücut dışına verilmesinde çeşitli mekanizmaların etkinlik dereceleri
Radyasyon 37 %
Kondüksiyon-Konveksiyon 29 %
İnsensible Evaporasyon
Akciğer 14 %
Deri 11 %
Diğer 9 %
Soğukkanlı – Sıcakkanlı
Poikiloterm – Homeoterm
Ektoterm – Endoterm
Ektoterm Hayvanlar
• Balıklar, sürüngenler ve amfibialar
• Vücut sıcaklıkları sabit değildir, çevre sıcaklığına bağlı olarak değişir.
• Vücut sıcaklıklarında mg büyük değişiklikleri önlemek için davranışsal metotları kullanırlar (Ör: kertenkele)
• Çevre sıcaklığı á vücut sıcaklıkları da á
• Çevre sıcaklığı â vücutlarındaki oksidasyon olayları â
• Vücut sıcaklıklarının 0-1ºC’ye kadar düşmesine dayanabilirler
• Uyku benzeri bu hareketsizlik ve minimal metab. halinden uyanabilmeleri tamamen Çev. Sıc.na bağlıdır.
Endoterm Hayvanlar
• Kanatlılar ve memeli hayvanlar
• Çevre sıcaklığında önemli değişiklikler olmasına karşın vücut sıcaklıklarını oldukça değişmez tutarlar.
• Bu nedenle sıcaklığı oldukça geniş sınırlarda değişen çeşitli çevrelerde yaşayabilirler.
• Düzenli ve sürekli besin alımına ihtiyaçları vardır. Poikilotermler ise daha az enerjiye ihtiyaç duyarlar ve besin kıtlığı durumunda daha kolay hayatta kalabilirler.
• Çevre sıcaklığı â vücutlarındaki oksidasyon olayları á
• Vücut sıcaklıklarının alt sınırı 20ºC, üst sınır 45 ºC
Heteroterm Hayvanlar
• Kedi, köpek, fare ve güvercin yavruları ile civcivler
• Genelde dünyaya yuvasız, derisi çıplak, gözleri kapalı ve dolayısıyla yardıma muhtaç olarak gelen yavrular.
• Normalde homeoterm grubunda yer alırlar.
• Doğduktan sonraki ilk birkaç gün için poikiloterm hayvanlara benzerler.
• Vücut sıcaklığını düzenleme yetenekleri doğumdan
~10-15 gün sonra etkin hale gelir ve gerçek homeoterm niteliğini kazanırlar.
Kış Uykusu (Hibernasyon)
• Elverişsiz çevre koşullarında mg, hipotermi, bradikardi, afaji, solunum ve metabolik hızda düşme ile karakterize olan bir inaktivite durumudur.
• Özellikle çevre sıcaklığı ve besin miktarının çok azaldığı kış aylarında enerjinin korunmasını sağlar.
• Tür, çevre sıcaklığı ve mevsime göre birkaç gün
ya da birkaç hafta sürer.
Kış Uykusu (Hibernasyon)
• Kirpi, köstebek, yarasa, porsuk, tarla sincabı ve faresi, dağ sıçanı ve faresi (Gerçek hibernantlar)
• Elverişli çevre koşullarında termoregulasyon +,
soğukta poikilotermler gb.
Hibernasyonun nasıl başladığı
Besin sağlamada güçlük,
Çevre sıcaklığı, Gün uzunluğu,
Vücuttaki besin depolarının fazlalığı,
Kanda bulunan bir madde (HIT: Hibernation induction trigger
Hibernasyona girerken;
• Hibernasyona geçiş süresi
Birkaç gün içerisinde – yavaş yavaş (tarla sincabı)
Birkaç saat içerisinde – hızlı (dağ sıçanı)
• Vüc.Sıc. à Çev.Sıc.na ya da 1ºC üzerine kadar düşer
• Çev.Sıc.<0ºC à özel ısı yapımı ile Vüc.Sıc.>1ºC
• Memeli hibernantlar, Vüc.Sıc.ları tehlikeli düzeye inince kendiliğinden uyanabilirler.
(Poikilotermlerin uyanması ise tamamen Çev.Sıc.na bağlı)
• Lokal Çev.Sıc. tehlikeli düzeye düştüğünde dokuların donma tehlikesine karşı iki koruyucu mekanizma bulunur
* Uyanmaksızın metab. hızını árttırırlar
* Tamamen uyanarak hızla ısınırlar
Hibernasyon sırasında;
• Metabolizma hızı  BM 1/70
• Besin alımı yok
• Kalp atım sayısı  5-6/dk
• Solunum sayısı  1/dk
• Alınan O2 mik. ve çıkarılan CO2 mik. azalır
• Lökosit sayısı azalır
• Kan glukoz düzeyi düşer
• Böbrek fonk.u az
çok az idrar oluşumu (urinasyon amacıyla uyanma)
• Tiroid, Böbrek üstü bezleri, Hipofiz ve Gonadların aktivitesinde düşme
• Birkaç kez uyanabilirler (birkaç h – gün)
(Metab. atık ürünleri atılıp, önceden depolanmış besinler yenilir)
Hibernasyondan uyanma;
• Titreme, kalp aktivitesi ve esmer yağ metab. ile bağlantılı olarak enerji ve O2 tüketimi ile ısı yapımında ani artış
• Oluşan ısı kan ile ilgili organlara iletilir
• Kalp, AC, beyin ve baş ile göğüs boşluğundaki 2º hayati organlar karın ve ekstremitelerden önce ısınır.
• Uyanmanın ilk dönemlerinde göğüs-karın boşluğu arası sıcaklık farkı 20ºC’yi bulabilir.
• Dolaşımsal koordinasyonu SSS’nin vazokonstriktör sinir telleri organize eder.
Yaz Uykusu (Estivation)
• Sıcak ve kurak iklim bölgelerinde yaşayan bazı hayvanlarda görülen uyku-uyuşukluk arası inaktivite dönemi.
• Vücut fonksiyonları oldukça azalmış
• Kurbağalar
Timsahlar
Tropik bölgelerde yaşayan bazı balıklar
Sincap
Salyangoz
Vücut Sıcaklığı
• Vücutta sıcaklık farklılıkları
– Karaciğer
– Rumen
– Rektum
– Vagina
– Ağız boşluğu
– İskelet kasları
– Deri
– Ortalama vücut sıcaklığı
– 0.33 x ort. deri sıcaklığı + 0.67 x rektum sıcaklığı
Rektum sıcaklığı üzerine etkili faktörler
• Gün içi değişimler
• Besin alımı
• Tür
• Yaş
• Cinsiyet
• Aktivite
• Diğer (Çevre sıcaklığı, nem oranı, dinlenme hali, uyku, antipiretik ilaçlar, FTS)
Isı metabolizması
• Termoregülasyon
– Isı kaybı – Isı kazancı arasında denge
(Hipertermi, Hipotermi)
• Vücutta ısı üretimi,
– Metabolizma olayları sonucu
– Radyasyon, kondüksiyon ve konveksiyonla dışarıdan
• Vücuttan ısı kaybı,
– Radyasyon, kondüksiyon ve konveksiyon
– Deriden ve sol. yollarından evaporasyon
– Dışkı ve idrar atılımı
Vücut içinde ısı dağılımı
• Metabolik ısı kaynakları  KC, kalp, kaslar
• Vücudun başlıca ısı kaybetme bölgesi  Deri, AC
• Vücut içinde üretilen ısının  Vücut yüzeyine transferi
• Vücut dokuları ısıyı iyi iletemezler
• Vücudun ısı iletim ortamı  Kan
Kan dolaşımı ile vücut içinde ısı dağılımı
• Dokular arası sıcaklık farkını azaltma
• Deriden ısı kaybının kontrolü
• Arteriyovenöz anastomozlar
• Ters akım alış veriş sistemi (Testisler, Beyin)
Vücut sıcaklığının düzenlenmesi
• Hipotalamus’ta
– Sıcağa duyarlı nöronlar (Anterior H.)
– Soğuğa duyarlı nöronlar (Posterior H.)
– Isı kaybı ile ilgili mekanizmaları harekete geçiren nöronlar
– Isı üretimi ile ilgili mekanizmaları harekete geçiren nöronlar
Sıcakta termoregülasyon
• Vazomotor Kontrol
– Periferik vazodilatasyon
– Arteriovenöz anastamoz
• Evaporativ kontrol
– Terleme (İnsan, at, sığır, koyun, keçi, domuz)
– Sıcaklık polipnesi (Tavşan, kuş, köpek, kedi)
– Tükrük sekresyonu (Fare)
• Endokrin kontrol
– Adrenalin, noradrenalin, TSH, T3, T4
• Davranışsal kontrol
– Serin yer arama, aktivite, besin alımı
Soğukta termoregülasyon
• Vazomotor Kontrol
– Periferik vazokonstrüksiyon
– Ters akım alışveriş sistemi
• Piloereksiyon, Kürk izolosyonu
• Davranış cevapları
– Sıcak yer arama, aktivite, iştah, kıvrılıp büzülme, birbirine sokulma
• Titremeyle ısı yapımı
• Titremesiz ısı yapımı
– Hormonların kalorijenik etkisi (Adrenalin, noradrenalin, TSH, T3, T4)
– Kahverengi yağ dokusu (fare, sıçan, kuzu, yeni doğan)
Yetişkin insanda termal denge
Termoregülasyon Bozuklukları
• Hipotermi
• Hipertermi
– Sıcak Çarpması
– Ateş