Motstrømsprinsippet

Motstrømsprinsippet går igjen flere steder i naturen. Fisker for eksempel, benytter seg av dette prinsippet ved opptak av oksygen, organismer med armer og ben bruker det i blodårer for å bevare kjernetemperaturen, og det brukes i ventilasjonsanlegg for å ta vare på innetemperaturen selv om det skal friskluft inn i lokalene.

Oksygenoverføring i gjeller

Fiskenes gjeller kan grovt deles inn i en gjellebue, som har flere gjelleblader. Det er i disse gjellebladene at motstrømsprinsippet forekommer. Vannet strømmer over disse gjellebladene fra munnhulen bakover og ut i vannet. Blodet strømmer framover inne gjellebladene.

Dette medfører at blodet kontinuerlig strømmer mot vann med stadig høyere konsentrasjon av oksygen. Når blodet først møter vannet, har blodet lav konsentrasjon av oksygen (rundt 5 %). Dette blodet møter vann som allerede har gitt fra seg oksygen tidligere på ferden over gjellebladet. Etterhvert som blodet beveger seg videre, vil konsentrasjonen av oksygen gradvis øke. Samtidig som konsentrasjonen av oksygen i blodet øker, møter blodet vann med stigende oksygenkonsentrasjon, da dette vannet ikke har gitt fra seg så mye oksygen tidligere.

Når blodet vender tilbake til kroppen, antas det å ha en konsentrasjon av oksygen på 90 %, regnet i forhold til vannets konsentrasjon. Ettersom opptak av oksygen i gjellene skjer ved diffusjon, vil den konstante konsentrasjonsforskjellen føre til et mer effektivt opptak av oksygen.

En tilsvarende mekanisme finner man i lungene hos fugler

Øvre del av figuren viser utjevning ved strømning i samme retning. Nederst vises temperatur eller konsentrasjon ved motstrømsprinsippet.

Varmekonservering i armer og ben hos mennesker og dyr

Motstrømsprinsippet er også brukt om varmeveksling i ekstremitetene til dyr. Her er de dype arterier og vener lagt parallelt og inntil hverandre for at varmetapet (se Termodynamikk) til omgivelsene skal bli minst mulig. Det kalde blodet i venene – som har vært ute i de ytre kroppsdelene – blir varmet opp når det passerer det varme blodet fra arteriene. Varmeovergangen fra arterien til venen skjer helt fra hoften og ned i foten. Varmetapet fra arterieblodet varmer opp veneblodet. Når arterieblodet kommer ned i foten er det avkjølt slik at foten er kald og har et lite varmetap. Veneblodet varmes opp av arterieblodet hele veien fra foten opp til hoften. Veneblodet har da nesten samme temperatur som de indre organene, så kulden gir lite eller ingen reduksjon av kroppstemperaturen. Dette gjør at for eksempel sjøfugler (jevnvarme) kan ha under 10^oC i beina, mens resten av kroppen har normal kroppstemperatur på 35-40^oC.

I Henles sløyfe i nyrene

I henles sløyfe i nyrene er det mange kompliserte funksjoner som bidrar til å ta vare på væske, glukose, elektrolytter og for å kvitte seg med avfallsstoffer og overflødig væske, og for å regulere syre-base nivå i blodet. Henles sløyfe er en tynn kanal som begynner ved en glomerulus, går innover mot midten av nyren og deretter ut mot overflaten igjen. Motstrømsprinsippet er en av flere mekanismer i denne prosessen.