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16.1: Homeostasis y Osmoregulación

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    La homeostasis se refiere al estado relativamente estable dentro del cuerpo de un animal. Los órganos y sistemas de órganos de los animales se ajustan constantemente a los cambios internos y externos para mantener este estado estacionario. Ejemplos de afecciones internas mantenidas homeostáticamente son el nivel de glucosa en sangre, temperatura corporal, nivel de calcio en sangre. Estas condiciones se mantienen estables debido a procesos fisiológicos que dan como resultado relaciones de retroalimentación negativa. Si la glucosa en sangre o el calcio aumentan, esto envía una señal a los órganos encargados de bajar la glucosa en sangre o el calcio. Las señales que restablecen los niveles normales son ejemplos de retroalimentación negativa. Cuando los mecanismos homeostáticos fallan, los resultados pueden ser desfavorables para el animal. Los mecanismos homeostáticos mantienen al cuerpo en equilibrio dinámico ajustándose constantemente a los cambios que encuentran los sistemas del cuerpo. Incluso un animal aparentemente inactivo está manteniendo este equilibrio homeostático. Dos ejemplos de factores que se regulan homeostáticamente son la temperatura y el contenido de agua. Los procesos que mantienen la homeostasis de estos dos factores se denominan termorregulación y osmorregulación.

    Homeostasis

    El objetivo de la homeostasis es el mantenimiento del equilibrio alrededor de un valor específico de algún aspecto del cuerpo o de sus células llamado punto de ajuste. Si bien hay fluctuaciones normales desde el punto de ajuste, los sistemas del cuerpo generalmente intentarán remontarse a este punto. Un cambio en el entorno interno o externo se llama estímulo y es detectado por un receptor; la respuesta del sistema es ajustar las actividades del sistema para que el valor retroceda hacia el punto de ajuste. Por ejemplo, si el cuerpo se vuelve demasiado cálido, se hacen ajustes para enfriar al animal. Si los niveles de glucosa en la sangre suben después de una comida, se hacen ajustes para bajarlos y para llevar el nutriente a los tejidos que lo necesitan o para almacenarlo para su uso posterior.

    Cuando ocurre un cambio en el ambiente de un animal, se debe hacer un ajuste para que el ambiente interno del cuerpo y las células se mantenga estable. El receptor que detecta el cambio en el ambiente es parte de un mecanismo de retroalimentación. El estímulo —temperatura, glucosa o niveles de calcio— es detectado por el receptor. El receptor envía información a un centro de control, a menudo el cerebro, que transmite señales apropiadas a un órgano efector que es capaz de provocar un cambio apropiado, ya sea hacia arriba o hacia abajo, dependiendo de la información que el sensor estaba enviando.

    Termorregulación

    Los animales se pueden dividir en dos grupos: los que mantienen una temperatura corporal constante ante diferentes temperaturas ambientales, y los que tienen una temperatura corporal que es la misma que su ambiente y por lo tanto varía con la temperatura ambiental. Los animales que no tienen control interno de su temperatura corporal se denominan ectotermos. La temperatura corporal de estos organismos es generalmente similar a la temperatura del ambiente, aunque los organismos individuales pueden hacer cosas que mantienen sus cuerpos ligeramente por debajo o por encima de la temperatura ambiental. Esto puede incluir enterrar bajo tierra en un día caluroso o descansar a la luz del sol en un día frío. Los ectotermos han sido llamados de sangre fría, término que puede no aplicarse a un animal en el desierto con una temperatura corporal muy cálida.

    Un animal que mantiene una temperatura corporal constante ante los cambios ambientales se llama endoterma. Estos animales son capaces de mantener un nivel de actividad que un animal ectotérmico no puede porque generan calor interno que mantiene sus procesos celulares operando de manera óptima incluso cuando el ambiente es frío.

    CONCEPT EN ACCIÓN

    Mire este video de Discovery Channel sobre termorregulación para ver ilustraciones del proceso en una variedad de animales.

    Los animales conservan o disipan el calor de diversas maneras. Los animales endotérmicos tienen algún tipo de aislamiento. Tienen pelaje, grasa o plumas. Los animales con pelaje grueso o plumas crean una capa aislante de aire entre su piel y sus órganos internos. Los osos polares y las focas viven y nadan en un ambiente bajo cero y, sin embargo, mantienen una temperatura corporal constante y cálida. El zorro ártico, por ejemplo, utiliza su cola esponjosa como aislamiento adicional cuando se acurruca para dormir en clima frío. Los mamíferos pueden aumentar la producción de calor corporal al temblar, que es un aumento involuntario de la actividad muscular. Además, los músculos arrectorpili pueden contraerse haciendo que los pelos individuales se levanten cuando el individuo está frío. Esto aumenta el efecto aislante del cabello. Los humanos retienen esta reacción, que no tiene el efecto pretendido en nuestros cuerpos relativamente sin pelo; en su lugar causa “piel de gallina”. Los mamíferos también utilizan capas de grasa como aislamiento. La pérdida de cantidades significativas de grasa corporal comprometerá la capacidad de un individuo para conservar el calor.

    Los ectotermos y endotermas utilizan sus sistemas circulatorios para ayudar a mantener la temperatura corporal. La vasodilatación, la apertura de las arterias a la piel por la relajación de sus músculos lisos, aporta más sangre y calor a la superficie corporal, facilitando la radiación y la pérdida de calor evaporativo, enfriando el cuerpo. La vasoconstricción, el estrechamiento de los vasos sanguíneos a la piel por contracción de sus músculos lisos, reduce el flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos periféricos, forzando la sangre hacia el núcleo y los órganos vitales, conservando el calor. Algunos animales tienen adaptaciones a su sistema circulatorio que les permiten transferir calor de las arterias a las venas que fluyen una al lado de la otra, calentando la sangre que regresa al corazón. Esto se llama intercambio de calor a contracorriente; evita que la sangre venosa fría enfríe el corazón y otros órganos internos. La adaptación a contracorriente se encuentra en delfines, tiburones, peces óseos, abejas y colibríes.

    Algunos animales ectotérmicos utilizan cambios en su comportamiento para ayudar a regular la temperatura corporal. Simplemente buscan áreas más frescas durante la parte más calurosa del día en el desierto para evitar que se calienten demasiado. Los mismos animales pueden trepar a las rocas por la noche para capturar el calor en una fría noche desértica antes de entrar en sus madrigueras.

    La termorregulación es coordinada por el sistema nervioso (Figura\(\PageIndex{1}\)). Los procesos de control de temperatura se centran en el hipotálamo del cerebro animal avanzado. El hipotálamo mantiene el punto de consigna para la temperatura corporal a través de reflejos que provocan vasodilatación o vasoconstricción y escalofríos o sudoración. El sistema nervioso simpático bajo control del hipotálamo dirige las respuestas que efectúan los cambios en la pérdida o ganancia de temperatura que devuelven al cuerpo al punto de ajuste. El punto de ajuste se puede ajustar en algunos casos. Durante una infección, se producen compuestos llamados pirógenos y circulan hacia el hipotálamo restableciendo el termostato a un valor mayor. Esto permite que la temperatura del cuerpo aumente a un nuevo punto de equilibrio homeostático en lo que comúnmente se llama fiebre. El aumento del calor corporal hace que el cuerpo sea menos óptimo para el crecimiento bacteriano y aumenta las actividades de las células para que sean más capaces de combatir la infección.

    CONEXIÓN ARTE

    El diagrama de flujo muestra cómo se mantiene la temperatura corporal normal. Si la temperatura corporal aumenta, los vasos sanguíneos se dilatan, lo que resulta en la pérdida de calor al ambiente. Las glándulas sudoríparas secretan líquido. A medida que este fluido se evapora, el calor se pierde del cuerpo. Como resultado, la temperatura corporal cae a la temperatura corporal normal. Si baja la temperatura corporal, los vasos sanguíneos se contraen para que se conserve el calor. Las glándulas sudoríparas no secretan líquido. Los escalofríos (contracción involuntaria de los músculos) liberan calor que calienta el cuerpo. El calor se retiene y la temperatura corporal aumenta a la normalidad.
    Figura\(\PageIndex{1}\): El cuerpo es capaz de regular la temperatura en respuesta a las señales del sistema nervioso.

    Cuando las bacterias son destruidas por los leucocitos, los pirógenos se liberan en la sangre. Los pirógenos restablecen el termostato del cuerpo a una temperatura más alta, lo que resulta en fiebre. ¿Cómo podrían los pirógenos hacer que la temperatura corporal suba?

    Osmoregulación

    La osmorregulación es el proceso de mantener el equilibrio de sal y agua (equilibrio osmótico) a través de las membranas dentro del cuerpo. Los fluidos dentro y las celdas circundantes están compuestos de agua, electrolitos y no electrolitos. Un electrolito es un compuesto que se disocia en iones cuando se disuelve en agua. Un no electrolito, por el contrario, no se disocia en iones en el agua. Los fluidos corporales incluyen el plasma sanguíneo, el líquido que existe dentro de las células y el líquido intersticial que existe en los espacios entre las células y los tejidos del cuerpo. Las membranas del cuerpo (tanto las membranas alrededor de las células como las “membranas” hechas de células que recubren las cavidades corporales) son membranas semipermeables. Las membranas semipermeables son permeables a ciertos tipos de solutos y al agua, pero típicamente las membranas celulares son impermeables a los solutos.

    El cuerpo no existe aisladamente. Hay una entrada constante de agua y electrolitos en el sistema. El exceso de agua, electrolitos y desechos se transportan a los riñones y se excretan, ayudando a mantener el equilibrio osmótico. La ingesta insuficiente de líquidos resulta en la conservación de líquidos por los riñones. Los sistemas biológicos interactúan constantemente e intercambian agua y nutrientes con el medio ambiente a través del consumo de alimentos y agua y a través de la excreción en forma de sudor, orina y heces. Sin un mecanismo para regular la presión osmótica, o cuando una enfermedad daña este mecanismo, existe una tendencia a acumular residuos tóxicos y agua, lo que puede tener consecuencias nefastas.

    Los sistemas de mamíferos han evolucionado para regular no solo la presión osmótica general a través de las membranas, sino también concentraciones específicas de electrolitos importantes en los tres compartimentos principales de fluidos: plasma sanguíneo, líquido intersticial y fluido intracelular. Dado que la presión osmótica está regulada por el movimiento del agua a través de las membranas, el volumen de los compartimentos de fluido también puede cambiar temporalmente. Dado que el plasma sanguíneo es uno de los componentes líquidos, las presiones osmóticas influyen directamente en la presión arterial.

    Sistema Excretor

    El sistema excretor humano funciona para eliminar los desechos del cuerpo a través de la piel como sudor, los pulmones en forma de dióxido de carbono exhalado, y a través del sistema urinario en forma de orina. Los tres sistemas participan en la osmorregulación y eliminación de residuos. Aquí nos enfocamos en el sistema urinario, que está compuesto por los riñones emparejados, el uréter, la vejiga urinaria y la uretra (Figura\(\PageIndex{2}\)). Los riñones son un par de estructuras en forma de frijol que se encuentran justo debajo del hígado en la cavidad corporal. Cada uno de los riñones contiene más de un millón de unidades diminutas llamadas nefronas que filtran la sangre que contiene los desechos metabólicos de las células. Toda la sangre del cuerpo humano es filtrada unas 60 veces al día por los riñones. Las nefronas eliminan los desechos, los concentran y forman la orina que se recoge en la vejiga.

    Internamente, el riñón tiene tres regiones: una corteza externa, una médula en el medio y la pelvis renal, que es el extremo expandido del uréter. La corteza renal contiene las nefras, la unidad funcional del riñón. La pelvis renal recoge la orina y conduce al ureterón al exterior del riñón. Los uréteres son tubos portadores de orina que salen del riñón y se vacían hacia la vejiga urinaria.

    La ilustración de la izquierda muestra la colocación de los riñones y la vejiga en un hombre humano. Los dos riñones uno frente al otro y se ubican en el lado posterior, aproximadamente a la mitad de la espalda. Una arteria renal y una vena renal se extienden desde el interior medio de cada riñón, hacia un vaso sanguíneo mayor que corre por la mitad del cuerpo. Un uréter baja de cada riñón a la vejiga, saco que se encuentra justo por encima de la pelvis. La uretra baja desde la parte inferior de la vejiga y a través del pene. Las glándulas suprarrenales son masas grumosas que se asientan en la parte superior de los riñones. La ilustración de la derecha muestra un riñón, con forma de frijol de pie en el extremo. El interior del riñón consta de tres capas: la corteza externa, la médula media y la pelvis renal interna. La pelvis renal está enrasada con el lado cóncavo del riñón, y se vacía en el uréter, un tubo que baja por fuera del lado cóncavo del riñón. Varias pirámides renales están incrustadas en la médula, que es la capa renal más gruesa. Cada pirámide renal tiene forma de lágrimas, con el extremo estrecho orientado hacia la pelvis renal. La arteria renal y la vena renal ingresan a la parte cóncava del riñón, justo por encima del uréter. La arteria renal y la vena renal se ramifican en arteriolas y vénulas, respectivamente, que se extienden hacia el riñón y se ramifican en capilares en la corteza.
    Figura\(\PageIndex{2}\): El sistema excretor humano está constituido por los riñones, el uréter, la vejiga urinaria y la uretra. Los riñones filtran la sangre y forman orina, que se almacena en la vejiga hasta que se elimina a través de la uretra. A la derecha se muestra la estructura interna del riñón. (crédito: modificación de obra por NCI, NIH)

    La sangre ingresa a cada riñón desde la aorta, la arteria principal que abastece al cuerpo por debajo del corazón, a través de una arteria renal. Se distribuye en vasos más pequeños hasta llegar a cada nefrona en los capilares. Dentro de la nefrona la sangre entra en contacto íntimo con los túbulos colectores de residuos en una estructura llamada glomérulo. El agua y muchos solutos presentes en la sangre, incluyendo iones de sodio, calcio, magnesio, y otros; así como desechos y sustancias valiosas como aminoácidos, glucosa y vitaminas, salen de la sangre y entran en el sistema de túbulos de la nefrona. A medida que los materiales pasan a través del túbulo gran parte del agua, los iones requeridos y los compuestos útiles se reabsorben de nuevo en los capilares que rodean los túbulos dejando atrás los desechos. Parte de esta reabsorción requiere transporte activo y consume ATP. Algunos desechos, incluyendo iones y algunos fármacos que permanecen en la sangre, se difunden fuera de los capilares hacia el líquido intersticial y son absorbidos por las células del túbulo. Estos desechos son entonces secretados activamente en los túbulos. Luego, la sangre se acumula en vasos cada vez más grandes y deja el riñón en la vena renal. La vena renal se une a la vena cava inferior, la vena principal que devuelve la sangre al corazón desde la parte inferior del cuerpo. Las cantidades de agua e iones reabsorbidos en el sistema circulatorio están cuidadosamente reguladas y esta es una forma importante en que el cuerpo regula su contenido de agua y sus niveles de iones. Los desechos se recogen en túbulos más grandes y luego salen del riñón en el uréter, lo que conduce a la vejiga donde se almacena la orina, la combinación de materiales de desecho y agua.

    La vejiga contiene nervios sensoriales, receptores de estiramiento que señalan cuándo es necesario vaciarla. Estas señales crean el impulso de orinar, que puede ser suprimida voluntariamente hasta un límite. La decisión consciente de orinar pone en juego señales que abren los esfínteres, anillos de músculo liso que cierran la abertura, a la uretra que permite que la orina fluya fuera de la vejiga y del cuerpo.

    CARRERA EN ACCIÓN: Técnico en diálisis

    La diálisis es un proceso médico de eliminación de desechos y exceso de agua de la sangre por difusión y ultrafiltración. Cuando falla la función renal, se debe realizar diálisis para eliminar artificialmente al cuerpo de desechos y fluidos. Este es un proceso vital para mantener vivos a los pacientes. En algunos casos, los pacientes se someten a diálisis artificial hasta que son elegibles para un trasplante de riñón. En otros que no son candidatos para trasplantes de riñón, la diálisis es una necesidad de por vida.

    Los técnicos de diálisis suelen trabajar en hospitales y clínicas. Si bien algunos roles en este campo incluyen el desarrollo y mantenimiento de equipos, la mayoría de los técnicos de diálisis trabajan en la atención directa al paciente. Sus deberes en el trabajo, que generalmente ocurren bajo la supervisión directa de una enfermera registrada, se enfocan en brindar tratamientos de diálisis. Esto puede incluir revisar la historia del paciente y la condición actual, evaluar y responder a las necesidades del paciente antes y durante el tratamiento, y monitorear el proceso de diálisis. El tratamiento puede incluir tomar y reportar los signos vitales de un paciente, preparar soluciones y equipos para garantizar procedimientos precisos y estériles.

    Resumen de la Sección

    La homeostasis es un equilibrio dinámico que se mantiene en los tejidos y órganos del cuerpo. Es dinámico porque se ajusta constantemente a los cambios que encuentran los sistemas. Es un equilibrio porque las funciones corporales se mantienen dentro de un rango normal, con algunas fluctuaciones alrededor de un punto de ajuste. Los riñones son los principales órganos osmorreguladores en los sistemas de mamíferos; funcionan para filtrar la sangre y mantener las concentraciones de iones disueltos de los fluidos corporales. Están formados internamente por tres regiones distintas: la corteza, la médula y la pelvis. Los vasos sanguíneos que transportan la sangre dentro y fuera de los riñones surgen y se fusionan con la aorta y la vena cava inferior, respectivamente. La nefrona es la unidad funcional del riñón, que filtra activamente la sangre y genera orina. La orina sale del riñón a través del uréter y se almacena en la vejiga urinaria. La orina se evacua del cuerpo a través de la uretra.

    Conexiones de arte

    Figura\(\PageIndex{1}\): Cuando las bacterias son destruidas por los leucocitos, los pirógenos se liberan en la sangre. Los pirógenos restablecen el termostato del cuerpo a una temperatura más alta, lo que resulta en fiebre. ¿Cómo podrían los pirógenos hacer que la temperatura corporal suba?

    Contestar

    Los pirógenos aumentan la temperatura corporal al hacer que los vasos sanguíneos se contraigan, inducen escalofríos y evitan que las glándulas sudoríparas secreten líquido.

    Glosario

    ectotermo
    un organismo que depende principalmente de fuentes de calor ambientales para mantener su temperatura corporal
    endoterma
    un organismo que depende principalmente de fuentes de calor internas para mantener su temperatura corporal
    líquido intersticial
    el líquido que se encuentra entre las células del cuerpo, similar en constitución al componente líquido de la sangre, pero sin las altas concentraciones de proteínas
    riñón
    el órgano que realiza funciones excretoras y osmorreguladoras
    nefrona
    la unidad funcional del riñón
    osmorregulación
    el mecanismo por el cual las concentraciones de agua y soluto se mantienen a los niveles deseados
    equilibrio osmótico
    los valores apropiados de concentraciones de agua y soluto para un organismo sano
    arteria renal
    la arteria que entrega sangre al riñón
    vena renal
    la vena que drena la sangre del riñón
    punto de ajuste
    el valor objetivo de un estado fisiológico en la homeostasis
    uréter
    los tubos portadores de orina que salen del riñón
    uretra
    el tubo que conduce la orina desde la vejiga urinaria hacia el ambiente externo
    vejiga urinaria
    la estructura en la que los uréteres vacían la orina

    Colaboradores y Atribuciones


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