Predicción de temperatura

PREDICCIÓN DE LA TEMPERATURA PRINCIPAL DEL CUERPO EN PECES SUJETOS A TEMPERATURA AMBIENTE FLUCADORA '

 ROBERT G. FECHHELM2 Y WILLIAM H. NEILL

 Departamento de Vida Silvestre y Ciencias de la Pesca, Texas A&M University, College Station, Texas 77843 (Aceptado el 11/4/81)

 Un modelo de simulación, basado en la ley de enfriamiento de Newton, fue desarrollado para predecir la temperatura corporal en peces sometidos a una temperatura ambiente fluctuante. Bajo el modelo, la temperatura corporal "decae" exponencialmente, con un coeficiente de velocidad k, hacia la temperatura de equilibrio que existía L unidades de tiempo antes. El período de latencia L es presumiblemente indicativo del tiempo requerido para la transferencia inicial de calor entre los tejidos del cuerpo profundo de un pez y sus superficies externas. El modelo computarizado simuló la temperatura corporal a intervalos de 10 s para compararlo con el medido en cinco macrochirus Lepomis, dos Tilapia aurea y tres T. nilotica, ya que la temperatura ambiente tuvo un ciclo irregular entre 18 y 33 C. El error absoluto medio entre el observado y las temperaturas corporales simuladas (411-540 comparaciones por pez) oscilaron entre 0,04 C (145,9 g de T. nilotica) y 0,24 C (89,6 g de T. nilotica). El error absoluto máximo por serie varió de 0.14 C (145.9 g T. nilotica) a 0.67 C (89.6 g T. nilotica). Más del 90% de los 4.564 errores de predicción para los 10 peces fueron menos de 1 0,3 C (error absoluto medio = 0,13 C). Los parámetros k y L se estimaron para cada pez a partir de experimentos de cambio de paso térmico que precedieron y siguieron al experimento de temperatura cíclica. Las estimaciones precíclicas de k fueron mayores (p <0,01) que las estimaciones postcíclicas tanto en el género como en los niveles combinados. El macrochirus de Lepomis se calentó más rápido de lo que se enfrió (p <0,05). Los datos combinados para las tres especies indicaron una relación lineal entre In k y In peso, con pendiente -0.59. Los tiempos de latencia no se correlacionaron (P> .10) con el peso de los peces, ni tampoco difirieron (P> .05) entre los ensayos precíclicos y postcíclicos. En L. macrochirus, el tiempo de latencia de calentamiento fue mayor que el tiempo de latencia de enfriamiento (p <0,05).

INTRODUCCIÓN La ley de enfriamiento de Newton (Kleiber 1972) se ha usado ampliamente para describir las tasas a las que los poicilotermos se equilibran térmicamente con su entorno (Bar Tholomew y Tucker 1963, 1964; Bartholomew y Lasiewski 1965; Ste vens y Fry 1970, 1974; Weathers and White 1971; Spray y mayo 1972; Neill

1 Agradecemos a Joe Folse, Bill Grant, Rich Noble, Peter Sharpe y Wally Wu por revisar críticamente el manuscrito; Jim Matis y Howard Newton por su asesoramiento estadístico; Bill Harvey por suministrar el pescado; y Jan Fechhelm por ayudar a conducir los experimentos. Esta investigación fue financiada a través del Proyecto H-6295 de la Estación Experimental Agropecuaria de Texas. Este artículo es la Estación Experimental Agrícola de Texas Con tribution no. TA 1733y Stevens 1974; Neill, Chang y Di zon 1976; Stevens y Sutterlin 1976; Bei Tinger, Thommes y Spigarelli, 1977; Reynolds 1977; Spigarelli, Thommes y Beitinger 1977; Pettit y Beitinger 1980). La ley de Newton, reformulada para una aplicación apropiada a los poikilotherms vivos (Neill y Stevens 1974), establece que la tasa de cambio en la temperatura corporal de un animal es proporcional a la diferencia entre el equilibrio y la temperatura corporal real:

  dTb = k '[Te (t) - Tb (t), (1) dt

  donde Tb es la temperatura corporal real, Te es la temperatura de equilibrio, k es el coeficiente de frecuencia yt es el tiempo. Por lo tanto, subsecuente a cualquier desequilibrio térmico, la temperatura corporal se aproxima exponencialmente y eventualmente se asintota con La temperatura de equilibrio a una tasa determinada por la constante k. La temperatura de equilibrio es igual a la temperatura ambiente (Ta) más un exceso de temperatura (Tx) causada por la adición continua de calor metabólico (Neill y Ste vens 1974; Stevens y Fry 1974; Neill et al. 1976). El exceso de temperatura en sí puede variar desde fracciones de un grado hasta 20 ° C dependiendo del taxón, el tamaño y el estado metabólico del individuo (Barthol omew y Tucker 1963, 1964; Stevens y Fry 1970, 1971, 1974; Carey y Teal 1969; Carey et al. 1971; Neill et al. 1976; Smith 1976). El coeficiente de velocidad k, que se puede definir como la velocidad instantánea de cambio en la temperatura corporal por unidad de tiempo por unidad de diferencia entre Te y Tb, refleja los efectos combinados de la conducción térmica directa a través de la masa corporal, la convección pasiva asociada con los fluidos intra e intercelulares. y la transferencia de calor por vía forzada a través del sistema cardiovas (Stevens y Sutterlin, 1976; Beitinger y otros, 1977; Reynolds, 1977; Pettit y Beitinger, 1980). Se puede esperar que la magnitud de k varíe según el peso del animal (Stevens y Fry 1974; Beitinger et al. 1977; Spigarelli et al. 1977), la ubicación específica dentro del cuerpo en la que se mide la Tb (Spray and Belkin 1973; Stevens y Fry 1974; Neill et al. 1976), la dirección del diferencial Te-Tb (Bartholomew y Tucker 1963; Barthol omew y Lasiewski 1965; Weathers and White 1971; Beitinger et al. 1977; Spigar elli et al. 1977) y, en el caso de ciertos poikilotherms probados en aire, el grado de pérdida de calor por evaporación (Weathers y White 1971). A pesar del uso exitoso del modelo de Newton para describir las tasas de transferencia térmica y para aclarar algunos de los mecanismos fisiológicos asociados, pocos investigadores han explorado las capacidades predictivas a corto plazo del modelo. Kubb, Spotila y Pendergast (1980), utilizando estimaciones derivadas de k, han predicho con éxito la temperatura corporal en la lubina (Microp terus salmoides) sometida a cambios escalonados en la temperatura ambiente. Neill y Stevens (1974) y Neill et al. (1976) desarrollaron un modelo de simulación para predecir la Tb para los túnidos que nadan en un gradiente térmico, pero los resultados simulados no se compararon con los datos dependientes. Este artículo presenta el desarrollo de un modelo de simulación, basado en una modificación de la ley de Newton con parámetros estimados a partir de experimentos de cambio de paso, que predice la temperatura corporal de los peces expuestos a la temperatura del agua que fluctúa continuamente. Las simulaciones computarizadas de la temperatura corporal transitoria se comparan con las temperaturas reales del núcleo monitoreadas durante los experimentos.

MATERIAL Y MÉTODOS El macrochirus (bluegill) de Lepomis se electropulió en varios estanques pequeños del condado de Brazos, Texas, durante el verano de 1979 y la primavera de 1980. La Tilapia aurea se obtuvo en el otoño de 1979 y la T. nilotica en la primavera de 1980 de las poblaciones del Centro de Investigación de Acuicultura de Texas. Universidad de A&M. Las poblaciones mixtas de las tres especies se mantuvieron bajo luz constante a 21.5-22.5 C por un mínimo de 6 semanas antes de la prueba. Para cada serie experimental, se capturó un pez del tanque de retención y se colocó un transductor de temperatura corporal insertado a través de una aguja hipermérmica de calibre 23 en la masa muscular epaxial justo lateral a la quinta o sexta vértebra. Luego se colocó el pez en una jaula de malla de plástico blando, que restringió efectivamente los movimientos de natación pero no afectó las acciones respiratorias ni la circulación del agua. El pez enjaulado se suspendió en un baño de agua circulante de 12 litros a una temperatura constante (1 0.1 C) entre 18.6 y 19.0 C y se dejó reposar durante 90 min. El pescado se sometió a un aumento gradual de la temperatura al transferirlo del baño de temperatura constante inicial a otro (10.1 C) entre 29.9 y 31.9 C. La temperatura corporal se registró cada 5 s durante el primer minuto después de la transferencia y cada 10 S a partir de entonces hasta que los peces alcancen su nuevo estado de equilibrio. En todos los casos, el equilibrio térmico se definió como la falta de cambio detectable de la temperatura corporal en un período de 10 min. Luego se enfrió el pescado invirtiendo el procedimiento. Se realizaron dos pruebas de calentamiento y dos de enfriamiento en cada fis. TEMPERATURA DEL PESCADO EN LA TEMPERATURA AMBIENTE CÍCLICA 231

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