21.2: Homeostasis y Enfermedad

Control de crucero

Imagínese conducir por este camino aparentemente interminable. Ojalá, tu auto imaginario esté equipado con control de crucero. El control de crucero puede ayudarte a mantenerte seguro, así como a evitar una multa por exceso de velocidad al mantener la velocidad del auto en el límite de velocidad. El control de crucero funciona monitoreando la velocidad del automóvil y ajustando el acelerador según sea necesario para mantener la velocidad dentro de un rango estrecho alrededor del límite de velocidad establecido. Si el automóvil comienza a ir más rápido que el límite establecido, hace que el acelerador libere menos gas hasta que la velocidad vuelva a bajar al punto de ajuste. Ocurre lo contrario si la velocidad del automóvil comienza a caer por debajo del límite de velocidad establecido. El control de crucero en un automóvil es una buena analogía para los mecanismos fisiológicos que mantienen el cuerpo humano en estado estacionario.

Homeostasis

Figura\(\PageIndex{1}\): La concentración de glucosa en sangre se mantiene dentro de un rango de 70 a 110 mg/dL mediante dos bucles de retroalimentación negativa. El bucle superior usa insulina para devolver valores más altos dentro del rango normal, y el bucle inferior usa glucagón para devolver valores más bajos dentro del rango normal.

Cuando el cuerpo humano se mantiene en estado estacionario, la condición se llama homeostasis. El cuerpo consiste en billones de células que realizan muchas funciones diferentes, pero todas ellas requieren un entorno interno similar con variables importantes mantenidas dentro de rangos estrechos. Por ejemplo, las células requieren un cierto rango de temperatura corporal, pH de los fluidos extracelulares y concentraciones de iones minerales y glucosa en la sangre. Cada una de estas variables debe mantenerse dentro de un estrecho rango de valores independientemente de los cambios en el ambiente externo, los alimentos que se hayan consumido, el nivel de actividad del cuerpo u otros cambios en el organismo humano.

Homeostáticos

Mantener todas las variables internas del cuerpo dentro de rangos normales es función de mecanismos fisiológicos llamados homeostáticos. Diferentes variables son controladas por diferentes homeostatos, pero todos los homeostatos funcionan de la misma manera general. Se detecta un estímulo de la variable en cuestión y se compara con el rango normal de valores para la variable. Si el valor real de la variable está fuera del rango normal, provoca una respuesta que funciona para mover la variable hacia atrás dentro del rango normal. Todos los homeostatos utilizan bucles de retroalimentación negativa para devolver valores excesivamente altos o bajos de una variable dentro del rango normal.

Controlar la glucosa en sangre

Considera como ejemplo el control de la concentración de glucosa en la sangre. El homeostato que controla esta variable se ilustra y describe en la Figura\(\PageIndex{1}\). Los sensores primarios que monitorean la concentración de glucosa en sangre son las células beta en el páncreas. Si las células beta detectan un aumento en la concentración de glucosa en sangre por encima del rango normal, secretan la hormona insulina en la sangre. La insulina, a su vez, actúa sobre las células de todo el cuerpo, estimulándolas para que absorban la glucosa de la sangre y la utilicen para la respiración celular. La insulina también estimula a las células del hígado para que absorban la glucosa de la sangre y la conviertan en el complejo glucógeno carbohidrato para su almacenamiento. Al mismo tiempo, la insulina inhibe que el hígado descomponga el glucógeno almacenado y lo libere como glucosa. La insulina también inhibe que los retículos endoplásmicos (ER) de las células conviertan aminoácidos y glicerol en glucosa.

Si las células beta detectan una caída en la concentración de glucosa en sangre por debajo del rango normal, dejan de secretar insulina a la sangre, y las células alfa del páncreas son estimuladas para secretar la hormona glucagón en la sangre. El glucagón, a su vez, inhibe la captación de glucosa de la sangre por el hígado y por las células grasas y musculares de todo el cuerpo. En cambio, se estimula el hígado para producir glucosa al descomponer el glucógeno almacenado, y se estimula la sala de emergencias en las células para producir glucosa a partir de aminoácidos y glicerol. La glucosa de todas estas fuentes se libera en la sangre para devolver la concentración de glucosa en sangre al rango normal.

Desequilibrio Homeostático y Enfermedad

Figura\(\PageIndex{2}\): Las formas hexagonales blancas en la sangre que se muestran aquí representan moléculas de glucosa. Una concentración de glucosa en sangre superior a lo normal (círculo inferior) representa el desequilibrio homeostático que ocurre en la diabetes tipo 1.

A veces los homeostatos no logran funcionar correctamente. Esto puede provocar un desequilibrio homeostático, condición en la que las variables en el ambiente interno ya no se mantienen dentro de rangos normales. Como resultado, las células pueden no obtener todo lo que necesitan, o los desechos tóxicos pueden acumularse en las células. Eventualmente, el desequilibrio homeostático puede conducir a la enfermedad. El término enfermedad puede definirse ampliamente como una afección que se asocia con el deterioro del funcionamiento normal del cuerpo. Los estados de enfermedad pueden causar —además de ser causados por— el fracaso de los homeostáticos para mantener la homeostasis.

Desequilibrio de glucosa en sangre: Diabetes tipo 1

Uno de los ejemplos más conocidos de una enfermedad causada por el desequilibrio homeostático es la diabetes tipo 1. En la diabetes tipo 1, el homeostato de glucosa en sangre deja de funcionar debido a que las células beta del páncreas son destruidas, la mayoría de las veces por el propio sistema inmunológico del cuerpo. Sin células beta, los sensores de glucosa en sangre del cuerpo están ausentes y la insulina no se produce en respuesta a altas concentraciones de glucosa en sangre. Sin insulina, las células no son estimuladas para que capten glucosa de la sangre, el hígado no convierte la glucosa en glucógeno para su almacenamiento, y no se inhibe la conversión de aminoácidos y glicerol en glucosa. Como resultado, la concentración de glucosa en la sangre puede elevarse a niveles peligrosamente altos (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Si no se controlan las concentraciones altas de glucosa en sangre de la diabetes tipo 1, pueden provocar más desequilibrios homeostáticos al dañar tejidos y órganos en todo el cuerpo. Por ejemplo, las concentraciones altas de glucosa en sangre pueden dañar los vasos sanguíneos en los riñones y causar enfermedad renal e incluso insuficiencia renal. La incapacidad de los riñones para funcionar normalmente causa más desequilibrios homeostáticos debido a que los riñones son incapaces de filtrar adecuadamente la sangre. Esto puede llevar a altos niveles de ácido en la sangre y desequilibrios en las concentraciones sanguíneas de iones minerales. Los desequilibrios de iones minerales, a su vez, pueden afectar negativamente la salud ósea. La insuficiencia renal también puede tener efectos nocivos sobre la función cardiovascular y causar enfermedades cardiovasculares. De hecho, la muerte por enfermedad cardiovascular causa cerca de la mitad de todas las muertes de personas con insuficiencia renal avanzada.

Envejecimiento, desequilibrio homeostático y enfermedad

El proceso normal de envejecimiento puede provocar una reducción en la eficiencia de los homeostatos del cuerpo. Esto hace que las personas mayores sean más susceptibles a las enfermedades. Por ejemplo, las personas mayores pueden tener más dificultades para regular su temperatura corporal. Esta es una de las razones por las que tienen más probabilidades que las personas más jóvenes de desarrollar un golpe de calor y otras enfermedades causadas por el sobrecalentamiento del cuerpo. Las personas mayores también tienen más dificultades para combatir muchas enfermedades infecciosas y el cáncer.

Tipos de enfermedad

Aunque prácticamente todas las enfermedades involucran desequilibrios homeostáticos de alguna manera, existen muchas causas subyacentes diferentes de enfermedad. Por ejemplo, algunas enfermedades son causadas por patógenos, mientras que otras no.

Enfermedades infecciosas vs. no infecciosas

Los patógenos son agentes —generalmente microorganismos— que causan enfermedades. Las enfermedades causadas por patógenos se denominan enfermedades infecciosas, o transmisibles, porque los patógenos pueden propagar las enfermedades al pasar de un huésped a otro. Los tipos de patógenos que comúnmente causan enfermedades humanas incluyen bacterias, virus, hongos y protozoos (Figura\(\PageIndex{3}\)). Ejemplos de enfermedades infecciosas incluyen el resfriado común, la influenza, la varicela, el cólera y la malaria. Algunas enfermedades infecciosas se propagan sólo o principalmente a través del contacto sexual. Estas enfermedades se denominan infecciones de transmisión sexual (ITS) e incluyen gonorrea y sífilis (ver el concepto de Infecciones de Transmisión Sexual para conocer más).

Las enfermedades que no son causadas por patógenos se denominan enfermedades no infecciosas. También se les llama enfermedades no transmisibles porque no se propagan de persona a persona. Ejemplos de enfermedades no infecciosas incluyen diabetes, la mayoría de los tipos de cáncer y enfermedades cardiovasculares. Existen numerosas causas posibles de enfermedades no infecciosas. Incluyen mutaciones heredadas, exposición a toxinas ambientales como la contaminación del aire y opciones de estilo de vida poco saludables como comer en exceso o fumar.

Figura\(\PageIndex{3}\): Los protistas unicelulares del género Plasmodium infectan a seres humanos y causan malaria. Las micrografías de 4 especies diferentes, plasmodium falciparum, Plasmodium ovale, Plasmodium malaria y Plasmodium vivax, se muestran arriba. El patógeno es transmitido por mosquitos infectados cuando pican a las personas.

Enfermedades agudas vs. crónicas

La mayoría de las enfermedades infecciosas también son enfermedades agudas. Una enfermedad aguda es una enfermedad a corto plazo. Después de que una persona se enferma, una enfermedad aguda o bien sigue su curso (con o sin intervención médica) hasta que la persona mejora, o bien la enfermedad lleva a la muerte del individuo infectado.

Muchas enfermedades no infecciosas son enfermedades crónicas. La enfermedad crónica es una enfermedad a largo plazo o incluso de por vida. Por ejemplo, las personas que desarrollan diabetes tipo 1 tienen la enfermedad de por vida al igual que la mayoría de las personas que desarrollan enfermedades cardiovasculares. Algunas enfermedades no infecciosas, como el cáncer, pueden curarse o mantenerse bajo control como enfermedades crónicas con medicamentos. Ciertas enfermedades infecciosas también son crónicas más que agudas porque son causadas por patógenos que el organismo no puede eliminar. Ejemplos son los virus que causan el herpes y el SIDA.

Enfermedades epidémicas, pandémicas y endémicas

Algunas enfermedades infecciosas se propagan a través de una población de vez en cuando como brotes de enfermedades a gran escala llamados epidemias, pero no siempre están presentes en la población, al menos no en niveles altos. Tales enfermedades se llaman enfermedades epidémicas. Un ejemplo es la gripe (influenza). En Estados Unidos, la gripe se propaga a través de la población en un momento determinado cada año (generalmente, de noviembre a abril), pero no se encuentra comúnmente en otras épocas del año.

Algunas enfermedades epidémicas conducen a pandemias. Una pandemia es una epidemia que se extiende por múltiples poblaciones, a menudo a través de continentes o incluso en todo el mundo. A lo largo de la historia de la humanidad, ha habido muchas pandemias de enfermedades infecciosas. Una de las pandemias más devastadoras fue la pandemia de la Peste Negra (peste bubónica) que se extendió por toda Europa y gran parte de Asia a mediados del 1300. En esta pandemia, se estima que murieron 75 millones de personas. Pandemias más recientes incluyen pandemias de influenza que ocurrieron en 1918 y 2009 (ver Explora más abajo). En diciembre de 2019, una nueva enfermedad por coronavirus (COVID 19) se extendió por todos los continentes. Para abril de 2021, mató a 3.1 millones de personas en todo el mundo.

Algunas enfermedades están siempre presentes en una población. Tales enfermedades son referidas como enfermedades endémicas. Por ejemplo, en muchos países tropicales, la malaria es una enfermedad endémica. Se transmite durante todo el año por los mosquitos en el clima cálido, en lugar de aparecer en brotes periódicos que ocurren sólo en ciertas épocas del año.

Estudio de la enfermedad en poblaciones humanas

La epidemiología es la ciencia que se enfoca en los patrones, causas y efectos de las enfermedades en las poblaciones humanas. Es la piedra angular de la salud pública. Da forma a las decisiones de políticas de salud y la práctica médica identificando factores de riesgo para la enfermedad y objetivos para la atención médica preventiva El término epidemiología se aplicó por primera vez al estudio de epidemias, pero ahora se aplica ampliamente al estudio de la enfermedad en general e incluso al estudio de muchos padecimientos no patológicos, como la hipertensión arterial y la obesidad.

El Padre de la Epidemiología

Figura\(\PageIndex{4}\): (izquierda) El Dr. John Snow es llamado el padre de la epidemiología por su investigación científica sobre los brotes de cólera en el Londres del siglo XIX. (derecha) Copia del mapa original que John Snow creó para mostrar la distribución de los casos de cólera en la epidemia londinense de 1854. Las formas negras en el mapa representan casas donde ocurrieron casos de cólera. Todas estas casas, y sólo estas casas, obtuvieron su agua potable de un pozo en particular, posteriormente se encontró contaminada con heces humanas.

La ciencia de la epidemiología tiene raíces profundas. El antiguo médico griego Hipócrates (alrededor del 460 al 379 a. C.) fue la primera persona que se sabe que examinó las relaciones entre la aparición de enfermedades en las poblaciones y los factores ambientales. También acuñó los términos epidemia y endémica. Un siglo después, un médico griego llamado Galeno desarrolló la idea de que el miasma (“mal aire”) era la causa de enfermedades como la peste bubónica y el cólera, idea que fue aceptada por la mayoría de los médicos hasta bien entrado el siglo XIX. Sin embargo, el origen de la epidemiología moderna generalmente se atribuye a un médico inglés llamado John Snow (Figura\(\PageIndex{4}\)), al que a menudo se le conoce como el padre de la epidemiología. Snow ganó fama por sus investigaciones científicas sobre la causa de las epidemias de cólera que provocaron muchas muertes en el Londres del ^siglo XIX.

El Dr. Snow se mostró escéptico de la teoría del miasma aún dominante, pero la teoría germinal de la enfermedad no estaría completamente formada por varias décadas. En consecuencia, Snow no entendió el mecanismo por el cual se transmiten enfermedades infecciosas como el cólera. Al tratar casos de cólera durante un brote en Londres a mediados del siglo XIX, Snow observó un patrón en la distribución de los hogares donde las personas contrajeron la enfermedad. Los hogares de casos parecían agruparse alrededor de un pozo público en particular. Snow se preguntó si el cólera se propagaba a través del agua potable de este pozo. Trazó viviendas con casos de cólera en un mapa (reproducido a continuación) y luego mostró que todas esas viviendas recibían su agua potable del pozo en cuestión. La nieve también hizo exámenes químicos y microscópicos del agua del pozo pero no pudo probar de manera concluyente que estaba causando cólera. No obstante, su demostración del patrón de la enfermedad en la población fue lo suficientemente convincente como para persuadir a los funcionarios de cerrar el pozo. Al día siguiente retiraron el mango de la bomba, acción a la que se le ha atribuido detener el brote de cólera

Posteriormente se descubrió que el pozo en cuestión había sido excavado a pocos metros de un viejo pozo negro, que había comenzado a gotear materia fecal en el agua del pozo. Esto sugiere que el cólera se propaga por vía fecal-oral. No obstante, esta explicación no fue aceptada de inmediato porque era demasiado desagradable para que la mayoría de la gente la contemplara. Pasaron varios años más —y brotes adicionales de cólera— antes de que ya no se pudiera negar esta explicación de la propagación de la enfermedad. Finalmente, el trabajo de Snow inspiró cambios fundamentales en los sistemas de agua y desechos de Londres y otras ciudades y finalmente condujo a mejoras significativas en la salud pública en todo el mundo. Las contribuciones de Snow a la epidemiología y la salud pública ahora son reconocidas por numerosos honores y monumentos a su obra.

Aportes Más Recientes de Epidemiología

Pioneros más recientes en epidemiología incluyen a los médicos británicos Richard Doll y Austin Bradford Hill, cuyos estudios observacionales a gran escala a mediados del siglo XX mostraron vínculos estadísticamente significativos entre el tabaquismo y el cáncer de pulmón. Doll y Hill fueron de los primeros científicos en utilizar la epidemiología para estudiar enfermedades no infecciosas. Desde entonces, la epidemiología se ha aplicado al estudio de muchas enfermedades diferentes, y los métodos epidemiológicos se han vuelto más sofisticados y rigurosos con el tiempo. Los resultados de los estudios epidemiológicos continúan haciendo una contribución significativa al manejo de la salud basado en la población. Los resultados se utilizan para evaluar el estado de salud y las necesidades del público y para implementar y evaluar intervenciones diseñadas para mejorar la salud pública.

Revisar

1. Definir la homeostasis.
2. ¿Qué son los homeostatos?
3. Describir el homeostato que controla la concentración de glucosa en sangre.
4. ¿Qué sucede si los homeostatos no funcionan correctamente? Dé un ejemplo.
5. Comparar y contrastar enfermedades infecciosas y no infecciosas.
6. Comparar y contrastar enfermedades agudas y crónicas. ¿Cuál es un ejemplo de cada tipo de enfermedad?
7. Definir y relacionar los términos epidemia y pandemia.
8. ¿Qué es una enfermedad endémica?
9. ¿Cuál es el foco de la epidemiología? ¿Cuáles son las aplicaciones de la investigación epidemiológica?
10. ¿Quién era John Snow? ¿Cuál es la significación de su trabajo en epidemiología?
11. Verdadero o Falso. Las enfermedades agudas son siempre menos peligrosas que las crónicas.
12. Verdadero o Falso. La influenza puede causar una epidemia o una pandemia.
13. Describa brevemente la relación entre homeostasis y enfermedad.
14. ¿Una enfermedad infecciosa puede ser una enfermedad crónica? ¿Por qué o por qué no?
15. Si fueras epidemiólogo estudiando una nueva enfermedad infecciosa que está enfermando a muchas personas, ¿cuáles son algunas cosas que te gustaría saber para poder distinguir entre si es endémica, una pandemia o una epidemia?

Explora más

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Atribuciones

1. La regulación homeostática de los niveles de glucosa en sangre por OpenStax College, CC BY 3.0, vía Wikimedia Commons
2. Hiperglucemia por personal de Blausen.com (2014). “Galería Médica de Blausen Medical 2014”. WikiRevista de Medicina 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. CC BY 3.0 vía Wikimedia Commons
3. Diapositivas de plasmodio por CDC/Steven Glenn, dominio público vía Wikimedia Commons
4. John Snow, dominio público vía Wikimedia Commons
5. Mapa de cólera de nieve por John Snow, dominio público vía Wikimedia Commons
6. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0