Dnes už téměř každý ví, že koně jsou zvířata doslova stvořená pro život v chladném klimatu. Jsou kompaktní se zavalitým trupem a povrch jejich těla, kterým ztrácejí teplo, je vůči jejich tělesné mase natolik malý, že jsou přímo přeborníky v udržování tělesného tepla „uvnitř". (PS: U 500 kg těžkého koně je poměr povrchu těla a hmotnosti 1:100, u 80 kg těžkého člověka pouze 1:40; teplo vyrobené 40 kily se jedním čtverečným metrem kůže ztratí mnohem rychleji, než teplo vyrobené celým metrákem tělesné masy.)

Aby organismus jakéhokoli živého tvora fungoval, musí pracovat v určité „provozní" teplotě. Tzv. studenokrevní živočichové (správně se říká nestálotepelní) se musejí nechat zahřát prostředím nebo vlastní aktivitou, tzv. teplokrevní živočichové (stálotepelní), kam patří i koně, si dokážou potřebnou tělesnou teplotu udržet i v prostředí méně optimálním. Mají totiž rozvinutou termoregulaci. Velmi zjednodušeně jde o to, že vnitřek těla, tzv. teplotní jádro, musí mít pro své fungování poměrně stálou teplotu (ta se mění v rozsahu necelého jednoho stupně Celsia bez ohledu na teplotu okolního prostředí). Toto jádro je od proměnlivého vnějšího prostředí izolováno povrchnějšími vrstvami orgánů a tkání, které ho chrání především před ochlazením. Mluvíme o tzv. teplotním obalu, který bez poškození může měnit v závislosti na vnějším prostředí svoji teplotu v rozmezí více než 35°C. Pokud nestačí izolační vlastnosti obalu, má teplokrevný organismus rozvinutý i systém aktivní „klimatizace", v němž hraje důležitou roli mozek (především jeho část zvaná hypotalamus) jako „termostat" a krev jako „voda v klimatizaci" roznášející teplo nebo naopak chlad tam, kam je právě třeba. To je právě ona termoregulace.

Jakou zimu a jaké teplo mají koně rádi

Každý živočišný druh se během svého vývoje přizpůsobil životu v určitém prostředí, v němž si bude téměř „sám od sebe" udržovat stálou tělesnou teplotu (jádra). Nemusí být vynaložen ani joul energie na ochlazení nebo zahřátí jeho organismu; mluvíme pak o tom, že se nachází v termoneutrální zóně. Rozsah i poloha této zóny se může různit i v rámci jednoho živočišného druhu například podle věku, způsobu výživy, výživného stavu, srsti, ale i podle míry přizpůsobení se podmínkám prostředí. Uvnitř termoneutrální zóny je tzv. zóna komfortní (tepelné pohody, komfortu), kdy dotyčný jedinec pociťuje teplotní komfort - je mu příjemně. Směrem k hranicím termoneutrální zóny už však pociťuje chlad nebo naopak teplo, ale dokáže ho zvládnout tzv. termoregulačním chováním, popřípadě zvýšením/snížením izolace (viz dále). Jakmile podmínky prostředí překročí horní nebo dolní kritickou teplotu, musí tělo zapnout termoregulaci a aktivně si udržovat vnitřní tělesnou teplotu, což samozřejmě stojí energii navíc. Pokud se podmínky prostředí ještě více „zhoršují", dojde to k bodu, kdy už ani termoregulace není schopná udržet tělesnou teplotu a organismus se podchladí (nebo přehřeje). Přitom nízké teploty dokáže zvládat lépe, než teploty vysoké.

Pro představu přikládám graf jednotlivých tepelných zón koní - konkrétní údaje o teplotách se však silně různí podle toho, jaké koně jací vědci sledovali. Obecně se uvádí termoneutrální zóna koní mezi cca -10 a 25°C, ale například podle výzkumu Nadine F. Cymbeluk (koně aklimatizovaní na kanadskou zimu) je to -15 až 10°C, podle Karin Morgan (viz přiložený text pod článkem) je to 5-20/25/30°C. Vyberte si :-). Kromě okolní teploty má totiž na tepelnou pohodu koně vliv i vlhkost a proudění vzduchu, protože umocňují tepelné ztráty z jeho těla. A jsme u dalšího bodu:

Jak kůň ztrácí teplo

Pojďme na prostou fyziku: teplo je vlastně energie „uložená" do kmitání částic, které se může přenášet - a přenáší se - z teplejšího tělesa na chladnější.

1. Sálání = radiace - infračervené elektromagnetické vlnění, které vyzařují všechny předměty o teplotě vyšší než absolutní nula. Teplo proto vyzařuje i kůň do chladného vzduchu nebo třeba i do studených zdí kamenné stáje. Naopak je schopen přijímat sálání například zimního sluníčka, které ho dokáže do jisté míry zahřát i v třeskutých mrazech.

2. Vedení = kondukce - je narážení rozkmitaných molekul teplejšího předmětu do molekul předmětu chladnějšího, tímto dojde k zahřátí jeho části, která se nachází v přímém kontaktu s teplejším předmětem. Teplá kůže koně tak například zahřeje sníh či déšť napadaný na jeho hřbet (a ochladí se od něho), ale i vzduch uvězněný v zimní srsti - který je však velmi špatným tepelným vodičem a dobrým tepelným izolátorem. Podobně se ochlazuje například kůň stojící ve studeném sněhu. Protože však plocha jeho kopyt je příliš malá vůči zbytku těla, je tato ztráta tepla poměrně zanedbatelná. Horší by to bylo, kdyby kůň delší dobu na sněhu ležel...

3. Proudění = konvekce - je to situace, kdy jsou ohřáté molekuly proudem vody či vzduchu odváděné pryč. Z tohoto hlediska je velmi silným „ochlazovadlem" vítr nebo průvan. Například Paul Siple už v roce 1939 prokázal, že při teplotě -17°C má vítr o rychlosti 40 m/hod takovou schopnost ochlazovat lidské tělo, jako by bylo v prostředí o teplotě - 48°C. Ale proudění může naopak velmi účinně zahřát, například teplý fén...

4. Vypařování = evaporace - při změně skupenství z kapalného na plynné vydává tekutina energii a ochlazuje se; s ní dochází i k ochlazování předmětu, z něhož se tekutina odpaří; dokonce i v situaci že okolní prostředí je teplejší, než ochlazovaný předmět! Velmi účinný ochlazovací mechanismus je u koní pocení - zcela logicky v zimě naprosto nežádoucí.

Pod tento výčet ještě zmíním, že na ochlazování koní má vliv také dýchání, slinění nebo močení/kálení.

Jak kůň bojuje proti ztrátám tepla

Přestože kůň své teplo může ztrácet mnoha způsoby, dokáže tomu poměrně účinně zabránit. Zcela jednoduše: zvýší svoji tepelnou izolaci a/nebo si „přitopí".

Pasivní izolace a příprava na zimu

Aby kůň přežil v chladném počasí a přitom vydal co nejméně energie, musí se chladnému počasí přizpůsobit. Tomuto procesu se říká aklimatizace a zahrnuje celou řadu morfologických a funkčních změn v těle (viz dále). Právě to, jak je jeho tělo aklimatizováno, určuje i zónu tepelné pohody konkrétního jedince.

Například je známo, že koně v přírodě se před zimou pořádně nakrmí, protože s poklesem okolní teploty se zvyšuje jejich apetit. Podzimní tráva je sušší a tím i koncentrovanější na živiny, navíc některé druhy travin na podzim semení a právě jejich zrna poskytnou koním další energii. Kůň dobře připraven na zimu má dostatek podkožního tuku, který nejen že představuje zásobu energie pro „topení", ale je i velmi dobrým tepelným izolátorem. Dalším kvalitním izolátorem je svalovina. Obecně však platí, že jedno nemá jít na úkol druhého: kůň má vstupovat do zimy v dobrém výživném stavu, ale i dobré tělesné kondici; ne hubený, ale ne přetučnělý.

Pokud měl kůň příležitost se připravit na zimu postupně, pak mu vyrostla další kvalitní izolace: zimní srst. Nejeden výzkum prokázal, že takto zarostlí koně dokážou tolerovat výrazně nižší teploty prostředí, vyšší vlhkost vzduchu a silnější vítr. Hustá zimní srst má jen jednu nevýhodu: pokud chceme s koněm přes zimu pracovat (viz články o dekování).

Po letním slunovratu (21. června) receptory v očích (a asi i jinde na těle) zjistí, že se dny zkracují a tuto informaci předají šišince, což je primitivní orgán v mozku. Spustí se kaskáda hormonů, která podpoří v chlupových folikulech růst zimní srsti - delších, silnějších zimních chlupů, které postupně vytlačují přítomné chlupy letní. Zimní chlupy už koncem srpna vykukují z kůže, na přelomu září/října „vyhodí" letní srst z folikulů a dochází k línání. To, jak hustá a dlouhá bude zimní srst, určuje podzimní teplota. Koně žijící v teplých jižních oblastech, teplých stájích nebo systematicky dekovaní budou mít zimní srst jen trochu hustější než letní. Pokud však bude podzim extrémně studený, naroste koni pořádný kožich. Okolní teplota určuje hustotu zimní srsti až do zimního slunovratu (21. prosince), poté se začne den prodlužovat a ve folikulech rostou první letní chlupy. Od této chvíle se už zimní srst změnám počasí nepřizpůsobuje.

K velkým ztrátám tepla může docházet na končetinách a dalších vyčnívajících částech těla (například uši). Je známo, že živočichové žijící v teplých oblastech mají proto uši velké, zatímco zvířata od pólů je mají téměř neznatelné (klasický příklad je fenek a polární liška, u koní zase malá ouška a krátké nožičky na zavalitých tělech severských plemen pony). Končetiny koní jsou adaptovány na chlad už svojí stavbou: méně svalů znamená menší prokrvení a následně menší ztráty tepla. Buňky jednotlivých tkání končetin jsou na menší prokrvení přizpůsobené a nevadí jim ani nižší buněčná aktivita, kterou s sebou chlad nese.

Koně mají také velmi dlouhou a složitou nosní dutinu. Než jí projde ledový vzduch, musí „obtéct" labyrintem nosních skořep, který je pokrytý dobře prokrvenou sliznicí. Vzduch se ohřeje od horké krve a do plic (tedy k jádru těla) se dostává už výrazně teplejší.

Aktivní ochrana proti chladu

Pokud teplota prostředí klesne pod hranici tepelné pohody, ještě se nic neděje. Kůň může udělat pár drobných úprav své přirozené výbavy a jeho termoregulace může ještě zůstat spát.

Asi nejznámější reakcí na působení chladu je vzpřímení srsti (piloerekce). Ke každému chlupovému folikulu je připevněn drobný sval, který svým stahem chlup vzpřimuje. Zvednuté chlupy v sobě zachytí více vzduchu a ten, jak již víme, je výborným tepelným izolátorem. Obrazně řečeno si kůň místo větrovky obleče flísku nebo dokonce péřovku.

Působením chladu také dochází ke zúžení až uzavření podkožních žilek, takže horká krev se nedostane tak blízko povrchu těla a teplo z ní tolik nevyzařuje do prostředí. Teplotní obal se ochladí a zvětší, teplotní jádro trochu zmenší, ale jeho teplota zůstane nezměněná.

Pod kůží ale najdeme ještě jeden mechanismus bránící ztrátám tepla: protiproudou výměnu tepla v cévách. Jak se krev z uzavřených podkožních žilek dostane hlouběji do těla, protéká hlubšími žilkami, které jdou velmi blízko tepen. Tepenná krev jde z jádra a je teplá; část svého tepla předá vracející se žilní krvi, takže ta o to méně ochladí vnitřek těla.

V kopytech koní najdeme ještě něco: zkratky mezi tepnami a žilami, díky nimž se z končetin do těla nevrací až tak studená krev. Krev je do kopyta přivedená tepénkami, které se větví ve složitou a hustou síť vlásečnic. Ty jsou velmi důležité, protože zajišťují okysličení a výživu všech buněk kopytní škáry. Jenže v drobných vlásečnicích se krev rychle ochladí, když kůň stojí celé dny ve sněhu či mokru, a takto chladná by po návratu do trupu ochladila i teplotní jádro koně. Pokud termoregulace dostane informaci, že jsou kopyta příliš chladná, otevřou se ve vyšších částech končetin přímé zkratky mezi tepénkami a žilkami, takže krev téměř neprochází vlásečnicemi a tolik se neochladí. Jakmile se kůň trochu zahřeje a buňky kopytní škáry vyžadují další živiny, zkratky se zase zavřou a obnoví se tok krve ve vlásečnicích. Podobné zkratky mají koně i v ocase a uších.

Ještě jeden orgán je třeba chránit před nadměrným chladem: varlata. Přestože ta potřebují ke zdárnému vývoji spermií nižší teplotu, než je ta uvnitř těla, při velké zimě vytáhne speciální sval varlata nahoru blíže k tělu.

Ale zvířata mají ještě jednu účinnou ochranu před působením chladu: termoregulační chování. Instinktivně se natáčejí zádí proti větru, shromažďují se a tisknou na sebe. Tím se snaží vystavovat studenému vzduchu co nejmenší povrch těla. Dále vyhledávají závětří nebo podobnou ochranu, především před větrem a deštěm, nebo naopak rádi postávají na hřejícím slunci. Instinktivně také šetří energii: přestanou se pást a pohybovat.

Aktivní produkce tepla

Pokud však všechny zmíněné mechanismy selžou nebo nejsou dostačující, tělo se začíná ochlazovat a je potřeba ho aktivně zahřát. Za tímto účelem se nastartuje termoregulace: podráždění chladových receptorů na povrchu i uvnitř těla i pokles teploty krve protékající mozkem dávají signál „termostatu", kterým je hypotalamus, popřípadě dalším centrům v mozku a míše. Ta pak vydají celu řadu nervových i hormonálních signálů a podle potřeby spustí „pouze" změnu izolace (piloerekci, změnu průtoku krve povrchovými žilkami apod.), nebo zahájí aktivní tvorbu tepla.

Jako první obvykle přichází na řadu svalový třes. Ten začíná nejdříve jen „ztuhnutím" svalů, poté jejich rychlým stahováním a uvolňováním (10-20x za minutu). Každý svalový stah produkuje i teplo, takže svalový třes je velmi dobrým „ohřívačem". Bohužel energetická náročnost tohoto zahřívání je příliš velká a „třesavka" slouží pouze coby okamžité a krátkodobé řešení například náhlé změny počasí. Na naprosto stejném principu zahřívá koně (nebo člověka) pohyb: pohyb jsou stahující se svaly a to je zase plno uvolněného tepla.

Pokud však nastane situace, že chlad trvá déle, dochází ke změnám přímo i v jádře těla. Zvýší se úroveň metabolismu a tím i tělesná teplota.

Dostatek potravy, především sena, je často tím nejdůležitějším faktorem, který (adaptovanému) koni umožní přežít i velice hluboké mrazy.

Už jsem se zmínila, že velkým výrobcem tepla je trávení; rozkládání přijaté potravy v trávicím traktu je metabolický děj uvolňující teplo jako vedlejší produkt. A u koní to platí mnohonásobně více než u lidí. Přestože se teplo uvolní trávením jakékoli potravy, nejvíce ho vzniká při fermentaci vlákniny. Dostatek potravy, především sena, je často tím nejdůležitějším faktorem, který (adaptovanému) koni umožní přežít i velice hluboké mrazy.

Trávení však není jediný způsob, jak metabolismus a tvorbu vnitřního tepla zvýšit; lze také spalovat zásoby energie uložené v některé zásobní tkáni, především v tukové. Pro tento děj jsou klíčovým orgánem nadledviny. Ty při dlouhodobějším působení chladu na tělo dostanou příkaz z mozku a začnou vylučovat důležité hormony. V první řadě jsou to adrenalin a noradrenalin, které kromě zrychlení srdeční činnosti, zvýšení krevního tlaku a regulace průtoku krve podkožními cévami zvýší i rozkládání volných mastných kyselin a glykogenu (především z jater). Pokud chlad působí i nadále, začne se v kůře nadledvin vylučovat hormon kortizol, který podporuje spalování i dalších zdrojů energie (kromě cukrů i tuky z tukové tkáně a bílkoviny). Výsledkem je zahřátý kůň, který však ztrácí své zásoby energie - hubne - pokud je prostřednictvím potravy neobnoví.

Na chlad si lze zvyknout, chladu se lze přizpůsobit

Koně tedy reagují na nízké teploty dvojím způsobem:

• okamžitou reakcí na náhlé změny a
• aklimatizací na změny pozvolné.

K okamžitým reakcím patří termoregulační chování, dále piloerekce a svalový třes, omezení průtoků povrchovými cévami a cévami v končetinách, popřípadě snaha o aktivní pohyb. Při náhlém ochlazení se na krátkou dobu může zvýšit i činnost štítné žlázy, jejíž hormony zvyšují celkový metabolismus.

Pokud na koně působí chlad dlouhodoběji, organismus se tomu přizpůsobuje. Mluvíme o adaptaci, kdy adaptace na chlad/teplo se nazývá aklimatizace. Aby si kůň zvykl na chladnější prostředí, potřebuje obvykle 10-21 dní. Takto si může zvykat až na teploty okolo -15°C. Při nižších teplotách už potřebuje „pomoc": závětří/přístřešek, dokrmování, ale třeba i nárůst hustější a delší srsti (k čemuž do zimního slunovratu skutečně dochází, viz výše). Aklimatizovaný kůň také pomaleji dýchá a pomaleji mu tepe srdce, což mu šetří energii a s ní i tělesné teplo. Snižuje se i povrchová teplota jeho těla, zmenšuje se jeho teplotní jádro. Jinými slovy: díky aklimatizaci kůň dokáže lépe izolovat své teplotní jádro vůči studenému prostředí a lépe si vyrobí své vlastní vnitřní teplo. Aklimatizovaný kůň pak dobře zvládne i život v extrémních mrazech (z krátkodobého hlediska můžeme například mluvit až o - 40°C) - za předpokladu, že má k dispozici dostatek energie (potravu), nezamrzlou vodu a minimální závětří.

Příště se na problematiku termoregulace a aklimatizace podíváme z praktické stránky: řekneme si něco o vhodném zimním managementu koní.

Zajímavé odkazy:

Václav Hampl: Fysiologie termoregulace, poznámky k přednášce (obecné principy platné i u koní).

Stanislav Staněk: Chladová odolnost jehňat různých plemen v raně postnatálním období, bakalářská práce (přestože je o jehňatech, najdete zde velmi důležité údaje o termoregulaci zvířat obecně).

Miloslav Franěk: Termoregulace, přednáška PPT.