1.5: Homeostasis
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Objetivos de aprendizaje
- Discutir el papel de la homeostasis en el funcionamiento saludable
- Contraste retroalimentación negativa y positiva, dando un ejemplo fisiológico de cada mecanismo
Mantener la homeostasis requiere que el cuerpo monitoree continuamente sus condiciones internas. Desde la temperatura corporal hasta la presión arterial y los niveles de ciertos nutrientes, cada condición fisiológica tiene un punto de ajuste particular. Un punto de ajuste es el valor fisiológico alrededor del cual fluctúa el rango normal. Un rango normal es el conjunto restringido de valores que es óptimamente saludable y estable. Por ejemplo, el punto de ajuste para la temperatura normal del cuerpo humano es aproximadamente 37°C (98.6°F) Los parámetros fisiológicos, como la temperatura corporal y la presión arterial, tienden a fluctuar dentro de un rango normal unos pocos grados por encima y por debajo de ese punto. Los centros de control en el cerebro y otras partes del cuerpo monitorean y reaccionan a las desviaciones de la homeostasis usando retroalimentación negativa. La retroalimentación negativa es un mecanismo que invierte una desviación del punto de ajuste. Por lo tanto, la retroalimentación negativa mantiene los parámetros corporales dentro de su rango normal. El mantenimiento de la homeostasis por retroalimentación negativa continúa en todo el cuerpo en todo momento, y una comprensión de la retroalimentación negativa es, por lo tanto, fundamental para una comprensión de la fisiología humana.
Feedback Negativo
Un sistema de retroalimentación negativa tiene tres componentes básicos (Figura\(\PageIndex{1.a}\)). Un sensor, también denominado receptor, es un componente de un sistema de retroalimentación que monitorea un valor fisiológico. Este valor se reporta al centro de control. El centro de control es el componente en un sistema de retroalimentación que compara el valor con el rango normal. Si el valor se desvía demasiado del punto de ajuste, entonces el centro de control activa un efector. Un efector es el componente en un sistema de retroalimentación que provoca un cambio para revertir la situación y devolver el valor al rango normal.
Para poner el sistema en movimiento, un estímulo debe impulsar un parámetro fisiológico más allá de su rango normal (es decir, más allá de la homeostasis). Este estímulo es “escuchado” por un sensor específico. Por ejemplo, en el control de la glucosa en sangre, las células endocrinas específicas del páncreas detectan el exceso de glucosa (el estímulo) en el torrente sanguíneo. Estas células beta pancreáticas responden al aumento del nivel de glucosa en sangre liberando la hormona insulina en el torrente sanguíneo. La insulina señala a las fibras del músculo esquelético, las células grasas (adipocitos) y las células hepáticas para que absorban el exceso de glucosa, eliminándolo del torrente sanguíneo. A medida que disminuye la concentración de glucosa en el torrente sanguíneo, la disminución de la concentración, la retroalimentación negativa real, es detectada por las células alfa pancreáticas y la liberación de insulina se detiene. Esto evita que los niveles de azúcar en la sangre sigan bajando por debajo del rango normal.
Los humanos tienen un sistema de retroalimentación de regulación de temperatura similar que funciona promoviendo la pérdida de calor o la ganancia de calor (Figura\(\PageIndex{1.b}\)). Cuando el centro de regulación de temperatura del cerebro recibe datos de los sensores que indican que la temperatura del cuerpo excede su rango normal, estimula un grupo de células cerebrales conocido como el “centro de pérdida de calor”. Esta estimulación tiene tres efectos principales:
- Los vasos sanguíneos en la piel comienzan a dilatarse permitiendo que más sangre del núcleo corporal fluya a la superficie de la piel permitiendo que el calor irradie al ambiente.
- A medida que aumenta el flujo sanguíneo a la piel, las glándulas sudoríparas se activan para aumentar su producción. A medida que el sudor se evapora de la superficie de la piel hacia el aire circundante, lleva calor con él.
- La profundidad de la respiración aumenta, y una persona puede respirar a través de la boca abierta en lugar de a través de los conductos nasales. Esto aumenta aún más la pérdida de calor de los pulmones.
Por el contrario, la activación del centro de ganancia de calor del cerebro por la exposición al frío reduce el flujo sanguíneo a la piel, y la sangre que regresa de las extremidades se desvía hacia una red de venas profundas. Esta disposición atrapa el calor más cerca del núcleo del cuerpo y restringe la pérdida de calor. Si la pérdida de calor es grave, el cerebro desencadena un aumento en las señales aleatorias a los músculos esqueléticos, haciendo que se contraigan y produciendo escalofríos. Las contracciones musculares del escalofrío liberan calor mientras se usa ATP. El cerebro activa la glándula tiroides en el sistema endocrino para liberar la hormona tiroidea, lo que aumenta la actividad metabólica y la producción de calor en las células de todo el cuerpo. El cerebro también señala a las glándulas suprarrenales que liberen epinefrina (adrenalina), una hormona que provoca la descomposición del glucógeno en glucosa, la cual puede ser utilizada como fuente de energía. La descomposición del glucógeno en glucosa también da como resultado un aumento del metabolismo y la producción de calor.
La concentración de agua en el cuerpo es crítica para el correcto funcionamiento. El cuerpo de una persona conserva un control muy estricto sobre los niveles del agua sin un control consciente por parte de la persona. Mira este video para conocer más sobre la concentración de agua en el cuerpo. ¿Qué órgano tiene control primario sobre la cantidad de agua en el cuerpo?
Retroalimentación positiva
La retroalimentación positiva intensifica un cambio en la condición fisiológica del cuerpo en lugar de revertirla. Una desviación del rango normal da como resultado más cambios, y el sistema se aleja más del rango normal. La retroalimentación positiva en el cuerpo es normal solo cuando hay un punto final definido. El parto y la respuesta del cuerpo a la pérdida de sangre son dos ejemplos de bucles de retroalimentación positiva que son normales pero que se activan solo cuando es necesario.
El parto a término completo es un ejemplo de una situación en la que no se desea el mantenimiento del estado corporal existente. Se requieren enormes cambios en el cuerpo de la madre para expulsar al bebé al final del embarazo. Y los eventos del parto, una vez iniciados, deben progresar rápidamente hasta una conclusión o la vida de la madre y el bebé están en riesgo. El trabajo muscular extremo del trabajo de parto y el parto son el resultado de un sistema de retroalimentación positiva (Figura\(\PageIndex{2}\)).
Las primeras contracciones del parto (el estímulo) empujan al bebé hacia el cuello uterino (la parte más baja del útero). El cuello uterino contiene células nerviosas sensibles al estiramiento que monitorean el grado de estiramiento (los sensores). Estas células nerviosas envían mensajes al cerebro, lo que a su vez hace que la glándula pituitaria en la base del cerebro libere la hormona oxitocina al torrente sanguíneo. La oxitocina provoca contracciones más fuertes de los músculos lisos en el útero (los efectores), empujando al bebé más abajo por el canal del parto. Esto provoca un estiramiento aún mayor del cuello uterino. El ciclo de estiramiento, liberación de oxitocina y contracciones cada vez más contundentes se detiene solo cuando nace el bebé. En este punto, el estiramiento del cuello uterino se detiene, deteniendo la liberación de oxitocina.
Un segundo ejemplo de retroalimentación positiva se centra en revertir el daño extremo al cuerpo. Después de una herida penetrante, la amenaza más inmediata es la pérdida excesiva de sangre. Menos circulación sanguínea significa disminución de la presión arterial y reducción de la perfusión (penetración de la sangre) al cerebro y otros órganos vitales. Si la perfusión se reduce severamente, los órganos vitales se apagarán y la persona morirá. El cuerpo responde a esta catástrofe potencial liberando sustancias en la pared del vaso sanguíneo lesionado que inician el proceso de coagulación de la sangre. A medida que se produce cada paso de coagulación, estimula la liberación de más sustancias coagulantes. Esto acelera los procesos de coagulación y sellado de la zona dañada. La coagulación está contenida en un área local basada en la disponibilidad estrechamente controlada de proteínas coagulantes. Se trata de una cascada de eventos adaptativa que salva vidas.
Preguntas de Enlace Interactivo
La concentración de agua en el cuerpo es crítica para el correcto funcionamiento. El cuerpo de una persona conserva un control muy estricto sobre los niveles del agua sin un control consciente por parte de la persona. Mira este video para conocer más sobre la concentración de agua en el cuerpo. ¿Qué órgano tiene control primario sobre la cantidad de agua en el cuerpo?
Respuesta: Los riñones.
Preguntas de revisión
Después de comer, las células nerviosas del estómago responden a la distensión (el estímulo) resultante de la comida. Transmiten esta información a ________.
A. un centro de control
B. un punto de ajuste
C. efectores
D. sensores
Respuesta: A
La estimulación del centro de pérdida de calor causa ________.
A. vasos sanguíneos en la piel para estrechar
B. respiración para volverse lenta y superficial
C. glándulas sudoríparas para aumentar su producción
D. Todo lo anterior
Respuesta: C
¿Cuál de los siguientes es un ejemplo de un proceso fisiológico normal que utiliza un bucle de retroalimentación positiva?
A. regulación de la presión arterial
B. parto
C. regulación del balance de fluidos
D. regulación de la temperatura
Respuesta: B
Preguntas de Pensamiento Crítico
P. Identificar los cuatro componentes de un ciclo de retroalimentación negativa y explicar lo que sucedería si la secreción de una sustancia química corporal controlada por un sistema de retroalimentación negativa fuera demasiado grande.
A. Los cuatro componentes de un bucle de retroalimentación negativa son: estímulo, sensor, centro de control y efector. Si se excretara una cantidad demasiado grande del químico, los sensores activarían un centro de control, lo que a su vez activaría un efector. En este caso, el efector (las células secretoras) se ajustaría a la baja.
P: ¿Qué procesos regulatorios utilizaría tu cuerpo si estuvieras atrapado por una ventisca en una cabina sin calefacción y sin aislamiento en el bosque?
A. Cualquier exposición prolongada al frío extremo activaría el centro de ganancia de calor del cerebro. Esto reduciría el flujo sanguíneo a tu piel, y derivaría la sangre que regresa de tus extremidades lejos de los dígitos y hacia una red de venas profundas. El centro de ganancia de calor de tu cerebro también aumentaría tu contracción muscular, haciendo que te tiembres. Esto aumenta el consumo de energía del músculo esquelético y genera más calor. Tu cuerpo también produciría hormona tiroidea y epinefrina, sustancias químicas que promueven un aumento del metabolismo y la producción de calor.
Revisión del Capítulo
La homeostasis es la actividad de las células en todo el cuerpo para mantener el estado fisiológico dentro de un rango estrecho que es compatible con la vida. La homeostasis está regulada por bucles de retroalimentación negativa y, mucho menos frecuentemente, por bucles de retroalimentación positiva. Ambos tienen los mismos componentes de un estímulo, sensor, centro de control y efector; sin embargo, los bucles de retroalimentación negativa funcionan para evitar una respuesta excesiva al estímulo, mientras que los bucles de retroalimentación positiva intensifican la respuesta hasta que se alcanza un punto final.
Glosario
- centro de control
- compara los valores con su rango normal; las desviaciones provocan la activación de un efector
- efector
- órgano que puede provocar un cambio en un valor
- retroalimentación negativa
- mecanismo homeostático que tiende a estabilizar una alteración en la condición fisiológica del cuerpo al prevenir una respuesta excesiva a un estímulo, típicamente a medida que se elimina el estímulo
- rango normal
- rango de valores alrededor del punto de ajuste que no causan una reacción por parte del centro de control
- retroalimentación positiva
- mecanismo que intensifica un cambio en la condición fisiológica del cuerpo en respuesta a un estímulo
- sensor
- (también, receptor) reporta un valor fisiológico monitoreado al centro de control
- punto de ajuste
- valor ideal para un parámetro fisiológico; el nivel o rango pequeño dentro del cual un parámetro fisiológico como la presión arterial es estable y óptimamente saludable, es decir, dentro de sus parámetros de homeostasis