10.7: Homeostasis y Feedback
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¿Qué es la Homeostasis?
La homeostasis es la condición en la que un sistema como el cuerpo humano se mantiene en un estado más o menos estable. Es el trabajo de las células, tejidos, órganos y sistemas de órganos en todo el cuerpo mantener muchas variables diferentes dentro de rangos estrechos que sean compatibles con la vida. Mantener un entorno interno estable requiere un monitoreo continuo del entorno interno y realizar ajustes constantes para mantener las cosas en equilibrio.
Punto de ajuste y rango normal
Para cualquier variable dada, como la temperatura corporal o el nivel de glucosa en sangre, existe un punto de ajuste particular que es el valor fisiológico óptimo. Por ejemplo, el punto de referencia para la temperatura del cuerpo humano es de aproximadamente 37 ºC (98.6 ºF). A medida que el cuerpo trabaja para mantener la homeostasis para la temperatura o cualquier otra variable interna, el valor típicamente fluctúa alrededor del punto de ajuste. Tales fluctuaciones son normales siempre y cuando no se vuelvan demasiado extremas. La dispersión de valores dentro de los cuales tales fluctuaciones se consideran insignificantes se denomina rango normal. En el caso de la temperatura corporal, por ejemplo, el rango normal para un adulto es de aproximadamente 36.5 a 37.5 ºC (97.7 a 99.5 ºF).
Mantenimiento de la homeostasis
La homeostasis normalmente se mantiene en el cuerpo humano mediante un acto de equilibrio extremadamente complejo. Independientemente de que la variable se mantenga dentro de su rango normal, mantener la homeostasis requiere al menos cuatro componentes que interactúan: estímulo, sensor, centro de control y efector.
- El estímulo es proporcionado por la variable que se está regulando. Generalmente, el estímulo indica que el valor de la variable se ha alejado del punto de ajuste o ha dejado el rango normal.
- El sensor monitorea los valores de la variable y envía datos sobre ella al centro de control.
- El centro de control relaciona los datos con valores normales. Si el valor no está en el punto de ajuste o está fuera del rango normal, el centro de control envía una señal al efector.
- El efector es un órgano, glándula, músculo u otra estructura que actúa sobre la señal del centro de control para mover la variable hacia el punto de ajuste.
Cada uno de estos componentes se ilustra en la Figura\(\PageIndex{2}\). El diagrama de la izquierda es un modelo general que muestra cómo interactúan los componentes para mantener la homeostasis. El estímulo activa el sensor. El sensor activa el sistema de control que regula el efector. El diagrama de la derecha muestra el ejemplo de la temperatura corporal. A partir de los diagramas, se puede ver que mantener la homeostasis implica retroalimentación, que son datos que retroalimentan para controlar una respuesta. La temperatura corporal alta puede estimular el centro regulador de temperatura del cerebro para activar las glándulas sudoríparas para bajar la temperatura corporal. Cuando la temperatura corporal alcanza el rango normal, actúa como retroalimentación negativa para detener el proceso. La retroalimentación puede ser negativa o positiva. Todos los mecanismos de retroalimentación que mantienen la homeostasis utilizan retroalimentación negativa. Los ejemplos biológicos de retroalimentación positiva son mucho menos comunes.
Comentarios negativos
En un bucle de retroalimentación negativa, la retroalimentación sirve para reducir una respuesta excesiva y mantener una variable dentro del rango normal. Ejemplos de procesos controlados por retroalimentación negativa incluyen la regulación de la temperatura corporal y el control de la glucosa en sangre.
Temperatura Corporal
La regulación de la temperatura corporal implica retroalimentación negativa si baja la temperatura o la eleva (Figura\(\PageIndex{3}\)).
Enfriamiento
El centro regulador de temperatura del cuerpo humano es el hipotálamo en el cerebro. Cuando el hipotálamo recibe datos de sensores en la piel y el cerebro de que la temperatura corporal es más alta que el punto de ajuste, pone en movimiento las siguientes respuestas:
- Los vasos sanguíneos de la piel se dilatan (vasodilatación) para permitir que más sangre del núcleo del cuerpo caliente fluya cerca de la superficie del cuerpo, de modo que el calor se pueda irradiar al ambiente.
- A medida que aumenta el flujo sanguíneo a la piel, las glándulas sudoríparas en la piel se activan para aumentar su producción de sudor (diaforesis). Cuando el sudor se evapora de la superficie de la piel hacia el aire circundante, lleva el calor con él.
- La respiración se vuelve más profunda, y la persona puede respirar por la boca en lugar de las fosas nasales. Esto aumenta la pérdida de calor de los pulmones.
Calentamiento
Cuando el centro regulador de temperatura del cerebro recibe datos de que la temperatura corporal es menor que el punto de ajuste, pone en marcha las siguientes respuestas:
- Los vasos sanguíneos de la piel se contraen (vasoconstricción) para evitar que la sangre fluya cerca de la superficie del cuerpo. Esto reduce la pérdida de calor de la superficie.
- A medida que la temperatura baja, se activan señales aleatorias a los músculos esqueléticos, lo que hace que se contraigan. Esto provoca escalofrío, lo que genera una pequeña cantidad de calor.
- La glándula tiroides puede ser estimulada por el cerebro (a través de la glándula pituitaria) para secretar más hormonas tiroideas. Esta hormona aumenta la actividad metabólica y la producción de calor en las células de todo el cuerpo.
- Las glándulas suprarrenales también pueden ser estimuladas para secretar la hormona adrenalina. Esta hormona provoca la descomposición del glucógeno (el carbohidrato utilizado para el almacenamiento de energía en los animales) a glucosa, que puede ser utilizada como fuente de energía. Este proceso químico catabólico es exotérmico o productor de calor.
Glucosa en sangre
En el control del nivel de glucosa en sangre, ciertas células endocrinas en el páncreas llamadas células alfa y beta, detectan el nivel de glucosa en la sangre. Entonces responden adecuadamente para mantener el nivel de glucosa en sangre dentro del rango normal.
- Si el nivel de glucosa en sangre se eleva por encima del rango normal, las células beta pancreáticas liberan la hormona insulina en el torrente sanguíneo. La insulina indica a las células que tomen el exceso de glucosa de la sangre hasta que el nivel de glucosa en sangre disminuya al rango normal.
- Si el nivel de glucosa en sangre cae por debajo del rango normal, las células alfa pancreáticas liberan la hormona glucagón en el torrente sanguíneo. El glucagón indica a las células que descompongan el glucógeno almacenado en glucosa y liberen la glucosa en la sangre hasta que el nivel de glucosa en sangre aumente al rango normal.
Retroalimentación positiva
En un bucle de retroalimentación positiva, la retroalimentación sirve para intensificar una respuesta hasta que se alcanza un punto final. Ejemplos de procesos controlados por retroalimentación positiva en el cuerpo humano incluyen la coagulación de la sangre y el parto.
Coagulación de la sangre
Cuando una herida causa sangrado, el cuerpo responde con un bucle de retroalimentación positiva para coagular la sangre y detener la pérdida de sangre. Las sustancias liberadas por la pared del vaso sanguíneo lesionado inician el proceso de coagulación de la sangre. Las plaquetas en la sangre comienzan a aferrarse al sitio lesionado y liberan químicos que atraen plaquetas adicionales. A medida que las plaquetas continúan acumulándose, más de los químicos se liberan y más plaquetas son atraídas hacia el sitio del coágulo. La retroalimentación positiva acelera el proceso de coagulación hasta que el coágulo es lo suficientemente grande como para detener el sangrado.
Parto
La figura\(\PageIndex{4}\) muestra el bucle de retroalimentación positiva que controla el parto. El proceso normalmente comienza cuando la cabeza del lactante empuja contra el cuello uterino. Esto estimula los impulsos nerviosos, que viajan desde el cuello uterino hasta el hipotálamo en el cerebro. En respuesta, el hipotálamo envía la hormona oxitocina a la glándula pituitaria, que la secreta al torrente sanguíneo para que pueda ser transportada al útero. La oxitocina estimula las contracciones uterinas, que empujan al bebé más fuerte contra el cuello uterino. En respuesta, el cuello uterino comienza a dilatarse en preparación para el paso del bebé. Este ciclo de retroalimentación positiva continúa, con niveles crecientes de oxitocina, contracciones uterinas más fuertes y dilatación más amplia del cuello uterino hasta que el bebé es empujado a través del canal de parto y fuera del cuerpo. En ese punto, ya no se estimula el cuello uterino para enviar impulsos nerviosos al cerebro, y todo el proceso se detiene.
Cuando falla la homeostasis
Los mecanismos homeostáticos trabajan continuamente para mantener condiciones estables en el cuerpo humano. A veces, sin embargo, los mecanismos fallan. Cuando lo hacen, puede resultar un desequilibrio homeostático, en el que las células pueden no obtener todo lo que necesitan o se pueden acumular desechos tóxicos en el cuerpo. Si no se restablece la homeostasis, el desequilibrio puede llevar a la enfermedad o incluso a la muerte. La diabetes es un ejemplo de una enfermedad causada por el desequilibrio homeostático. En el caso de la diabetes, los niveles de glucosa en sangre ya no están regulados y pueden ser peligrosamente altos. La intervención médica puede ayudar a restaurar la homeostasis y posiblemente prevenir daños permanentes al organismo.
La diabetes se diagnostica en personas que tienen niveles anormalmente altos de glucosa en sangre después de ayunar durante al menos 12 horas. Un nivel de glucosa en sangre en ayunas por debajo de 100 es normal. Un nivel entre 100 y 125 te coloca en la categoría de prediabetes, y un nivel superior a 125 da como resultado un diagnóstico de diabetes.
De los dos tipos de diabetes, la diabetes tipo 2 es la más común, representando alrededor del 90 por ciento de todos los casos de diabetes en Estados Unidos. La diabetes tipo 2 generalmente comienza después de los 40 años. Sin embargo, debido al dramático incremento en las últimas décadas en la obesidad en las personas más jóvenes, la edad a la que se diagnostica la diabetes tipo 2 ha disminuido. Hasta los niños ahora están siendo diagnosticados con diabetes tipo 2. Hoy en día, alrededor de 30 millones de estadounidenses tienen diabetes tipo 2, y otros 90 millones tienen prediabetes.
Es probable que le hagan una prueba de su nivel de glucosa en sangre durante un examen médico de rutina. Si tu nivel de glucosa en sangre indica que tienes diabetes, puede ser un shock para ti porque es posible que no tengas ningún síntoma de la enfermedad. No estás solo, porque hasta uno de cada cuatro diabéticos no sabe que tienen la enfermedad. Una vez que el diagnóstico de diabetes se hunde, es posible que te sientas devastado por la noticia. La diabetes puede provocar ataques cardíacos, accidentes cerebrovasculares, ceguera, insuficiencia renal y pérdida de dedos de los pies o pies. El riesgo de muerte en adultos con diabetes es 50 por ciento mayor que en los adultos sin diabetes, y la diabetes es la séptima causa principal de muerte en adultos. Además, controlar la diabetes suele requerir pruebas frecuentes de glucosa en sangre, vigilar qué y cuándo comes y tomar medicamentos o incluso inyecciones de insulina. Todo esto puede parecer abrumador.
La buena noticia es que cambiar tu estilo de vida puede detener la progresión de la diabetes tipo 2 o incluso revertirla. He aquí cómo:
- Perder peso. Cualquier pérdida de peso es beneficiosa. Perder tan poco como el siete por ciento de tu peso puede ser todo lo que se necesita para detener la diabetes en seco. Es especialmente importante eliminar el exceso de peso alrededor de tu cintura.
- Haga ejercicio regularmente. Debes intentar hacer ejercicio cinco días a la semana durante al menos 30 minutos. Esto no solo bajará su azúcar en la sangre y ayudará a que su insulina funcione mejor; también bajará su presión arterial y mejorará la salud de su corazón. Otra ventaja del ejercicio es que te ayudará a perder peso al aumentar tu tasa metabólica basal.
- Adoptar una dieta saludable. Disminuye tu consumo de carbohidratos refinados como dulces y bebidas azucaradas. Aumente su consumo de alimentos ricos en fibra como frutas, verduras y granos integrales. Aproximadamente una cuarta parte de cada comida debe consistir en alimentos ricos en proteínas, como pescado, pollo, productos lácteos, legumbres o nueces.
- Controlar el estrés. El estrés puede aumentar su glucosa en sangre y también aumentar su presión arterial y el riesgo de enfermedades cardíacas. Cuando te sientas estresado, haz ejercicios de respiración o da un paseo o trote a paso ligero. Además, trata de reemplazar los pensamientos estresantes por otros más calmantes.
- Establecer un sistema de apoyo. Consiga la ayuda y el apoyo de sus seres queridos así como de profesionales médicos como un nutricionista y educador de diabetes. Tener un sistema de apoyo ayudará a asegurar que estás en el camino hacia el bienestar y que puedes apegarte a tu plan.
Revisar
- ¿Qué es la homeostasis?
- Definir el punto de ajuste y el rango normal para las medidas fisiológicas.
- Identificar y definir los cuatro componentes que interactúan que mantienen la homeostasis en los bucles de retroalimentación.
- Comparar y contrastar bucles de retroalimentación negativa y positiva.
- Explique cómo la retroalimentación negativa controla la temperatura corporal.
- Dé dos ejemplos de procesos fisiológicos que son controlados por bucles de retroalimentación positiva.
- Un bucle de retroalimentación negativa:
- devuelve el nivel de una variable a un rango normal
- puede bajar, pero no elevar, la temperatura corporal
- es el tipo de retroalimentación involucrada en la coagulación de la sangre
- A y B
- Durante la lactancia, el estímulo del bebé chupando el pezón aumenta la cantidad de leche producida por la madre. Cuanto más chupando, más leche se suele producir.
- ¿Es este un ejemplo de retroalimentación negativa o positiva? Explica tu respuesta.
- ¿Cuál cree que podría ser el beneficio evolutivo del mecanismo de regulación de la producción de leche descrito en la parte a?
- Explique por qué la homeostasis está regulada por bucles de retroalimentación negativa, en lugar de bucles de retroalimentación positiva.
- Un punto de ajuste suele ser:
- la parte superior de un rango normal
- la parte inferior de un rango normal
- en el medio de un rango normal
- el punto en el que los cambios ya no pueden ocurrir
- El nivel de una hormona sexual, la testosterona (T), se controla mediante retroalimentación negativa. Otra hormona, la hormona liberadora de gonadotropina (GnRH), es liberada por el hipotálamo del cerebro, lo que hace que la glándula pituitaria libere la hormona luteinizante (LH). La LH estimula a las gónadas para producir T. Cuando hay demasiada T en el torrente sanguíneo, se alimenta del hipotálamo, provocando que produzca menos GnRH. Si bien esto no describe todos los bucles de retroalimentación involucrados en la regulación de T, responda las siguientes preguntas sobre este bucle de retroalimentación en particular.
- ¿Cuál es el estímulo en este sistema? Explica tu respuesta.
- ¿Cuál es el centro de control en este sistema? Explica tu respuesta.
- ¿Qué se considera la hipófisis en este sistema: estímulo, sensor, centro de control o efector? Explica tu respuesta.
Atribuciones
- Termostato Honeywell de Vincent de Groot, licenciado CC BY 4.0 vía Wikimedia Commons
- Bucle de retroalimentación negativa de OpenStax, con licencia CC BY 4.0 a través de Wikimedia Commons
- Regulación de temperatura dedicada CC0 vía Wikimedia Commons
- Comentarios positivos de embarazo por OpenStax, con licencia CC BY 4.0 a través de Wikimedia Commons
- Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0