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Homeostasis

La homeostasis (del griego ὅμοιος hómoios, ‘igual’, ‘similar’,[1]​ y στάσις stásis, ‘estado’, ‘estabilidad’[2]​) es una propiedad de los organismos que consiste en su capacidad de mantener una condición interna estable compensando los cambios en su entorno mediante el intercambio regulado de materia y energía con el exterior (metabolismo). Se trata de una forma de equilibrio dinámico que se hace posible gracias a una red de sistemas de control realimentados que constituyen los mecanismos de autorregulación de los seres vivos.

Ejemplos de homeostasis son la regulación de la temperatura corporal y el equilibrio de fluídos, manteniéndose dentro de ciertos límites preestablecidos (rango homeostático). Otras variables incluyen el pH del líquido extracelular, las concentraciones de varios iones (sodio, potasio, calcio, etc.), así como el nivel de azúcar en sangre, que deben regularse a pesar de los cambios en el entorno, la dieta o el nivel de actividad. Cada una de estas variables está controlada por uno o más reguladores o mecanismos homeostáticos, que juntos mantienen la vida.

La homeostasis se produce por una resistencia natural al cambio cuando el organismo, ya sea unicelular, pluricelular o a niveles de organización superiores, se encuentra en las condiciones óptimas, y el equilibrio se mantiene mediante muchos mecanismos reguladores. Todos los mecanismos de control homeostático tienen al menos tres componentes interdependientes para la variable que se regula: un receptor, un centro de control y un efector. El receptor es el componente sensor que monitorea y responde a los cambios en el entorno, ya sea externo o interno. Los receptores incluyen termorreceptores y mecanorreceptores. Los centros de control incluyen el centro respiratorio y el sistema renina-angiotensina. Un efector es el objetivo sobre el que se actúa para provocar el cambio de regreso al estado normal. A nivel celular, los receptores incluyen receptores nucleares que provocan cambios en la expresión génica a través de la regulación hacia arriba o hacia abajo, y actúan en mecanismos de retroalimentación negativa. Un ejemplo de esto es el control de los ácidos biliares en el hígado.

Algunos centros, como el sistema renina-angiotensina, controlan más de una variable. Cuando el receptor detecta un estímulo, reacciona enviando potenciales de acción a un centro de control. El centro de control establece el rango de mantenimiento (los límites superior e inferior aceptables) para la variable en particular, como por ejemplo la temperatura. El centro de control responde a la señal determinando una respuesta apropiada y enviando señales a un efector, que puede ser uno o más músculos, un órgano o una glándula. Cuando se recibe la señal y se actúa sobre ella, se proporciona una retroalimentación negativa al receptor que detiene la necesidad de más señalización.

El concepto de homeostasis fue aplicado por Walter Cannon en 1926,[3]​ en 1929[4]​ y en 1932[5][6]​ para referirse al concepto de medio interno (milieu intérieur), publicado así en 1865 por Claude Bernard, referencia de la fisiología como se entiende en la actualidad.

Tradicionalmente se ha aplicado en biología pero, dado el hecho de que no solo lo biológico es capaz de cumplir con esta definición, otras ciencias y técnicas han adoptado también este término.[7]

Etimología

La palabra homeostasis (hoʊmioʊˈsteɪsɪs) usa las formas combinadas del neolatín homeo- y -stasis, provenientes del griego ὅμοιος homoios, "similar" y στάσις stasis, "parado", dando la idea de "permanecer igual".

Fundamentos

Los procesos metabólicos de todos los organismos solo pueden tener lugar en entornos físicos y químicos muy específicos. Las condiciones varían con cada organismo y si los procesos químicos tienen lugar dentro de la célula o en el líquido intersticial que baña las células. Los mecanismos homeostáticos más conocidos en humanos y otros mamíferos son los reguladores que mantienen constante la composición del líquido extracelular (o el "ambiente interno"), especialmente con respecto a la temperatura, pH, osmolalidad y las concentraciones de sodio, potasio, glucosa. , dióxido de carbono y oxígeno. Sin embargo, muchos otros mecanismos homeostáticos, que abarcan muchos aspectos de la fisiología humana, controlan otras entidades del cuerpo.[8]​ Cuando los niveles de las variables son más altos o más bajos que los necesarios, se nombran a menudo precedidos de los prefijos hiper e hipo, respectivamente, como hipertermia e hipotermia o hipertensión e hipotensión.

 
Variación circadiana de la temperatura corporal, que va desde aproximadamente 37,5 ° C desde las 10 a.m. a las 6 p.m., y cayendo a aproximadamente 36,4 ° C desde las 2 a.m. hasta las 6 a.m.

Si una entidad está controlada homeostáticamente, no implica que su valor sea necesariamente absolutamente estable en salud. La temperatura corporal interna, por ejemplo, está regulada por un mecanismo homeostático con sensores de temperatura en, entre otros, el hipotálamo del cerebro.[9]​ Sin embargo, el punto de ajuste del regulador se restablece periódicamente.[10]​ Por ejemplo, la temperatura corporal central en los seres humanos varía durante el transcurso del día (es decir, tiene un ritmo circadiano), siendo las temperaturas más bajas por la noche y las más altas por las tardes. Otras variaciones normales de temperatura incluyen las relacionadas con el ciclo menstrual. El punto de ajuste del regulador de temperatura se restablece durante las infecciones para producir fiebre.[11]​ Los organismos son capaces de adaptarse algo a condiciones variadas, como cambios de temperatura o niveles de oxígeno en la altitud, mediante un proceso de aclimatación.

La homeostasis no gobierna todas las actividades del cuerpo. Por ejemplo, la señal (ya sea a través de neuronas u hormonas) del sensor al efector es, necesariamente, muy variable para transmitir información sobre la dirección y la magnitud del error detectado por el sensor. De manera similar, la respuesta del efector debe ser altamente ajustable para revertir el error; de hecho, debe ser muy proporcional (pero en la dirección opuesta) al error que amenaza el medio interno. Por ejemplo, la presión arterial en los mamíferos se controla homeostáticamente y se mide mediante receptores de estiramiento en las paredes del arco aórtico y los senos carotídeos en los inicios de las arterias carótidas internas. Los sensores envían mensajes a través de los nervios sensoriales al bulbo raquídeo del cerebro que indican si la presión arterial ha aumentado o disminuido, y en qué medida. El bulbo raquídeo luego distribuye mensajes a lo largo de los nervios motores o eferentes que pertenecen al sistema nervioso autónomo a una amplia variedad de órganos efectores, cuya actividad se modifica en consecuencia para revertir el error en la presión arterial. Uno de los órganos efectores es el corazón, cuya frecuencia se estimula para aumentar (taquicardia) cuando la presión arterial baja, o para disminuir (bradicardia) cuando la presión aumenta por encima del punto de ajuste. Por lo tanto, la frecuencia cardíaca (para la que no hay un sensor en el cuerpo) no se controla homeostáticamente, sino que es una de las respuestas efectoras a los errores en la presión arterial. Otro ejemplo es la tasa de sudoración. Este es uno de los efectores en el control homeostático de la temperatura corporal y, por lo tanto, muy variable en proporción aproximada a la carga de calor que amenaza con desestabilizar la temperatura central del cuerpo, para la cual hay un sensor en el hipotálamo del cerebro.

Interacción entre ser vivo y ambiente: respuestas a los cambios

Las estrategias que acompañan a estas respuestas pueden resumirse como sigue:

  • Evitación: los organismos evitadores minimizan las variaciones internas utilizando algún mecanismo de escape comportamental que les permite evitar los cambios ambientales, ya sea espacial (buscando microhábitats no estresantes como cuevas, escondrijos; o a mayor escala, las migraciones) o temporal (hibernación, sopor, diapausa, huevos y pupas resistentes).
  • Conformidad: en los organismos conformistas el medio interno del animal cambia paralelamente a las condiciones externas, es decir, se conforma al ambiente pues no regula o la regulación no es efectiva; designado por el prefijo «poiquilo-» (p. ej., poiquilotermo). Puede existir una compensación funcional con la aclimatación o la aclimatización, recuperándose la velocidad funcional anterior al cambio.
  • Regulación: en los organismos reguladores un disturbio ambiental dispara acciones compensatorias que mantienen el ambiente interno relativamente constante; a menudo designados con el prefijo «homeo-» (p. ej., homeotermo).

Estas categorías no son absolutas ya que no existen perfectos reguladores ni perfectos conformistas; los modelos más reales se encuentran entre conformistas y reguladores, dependiendo del factor ambiental y de la especie animal.

Sistemas de control

 
Figura 1. Componentes de un sistema de realimentación

Los siguientes componentes forman parte de un bucle de retroalimentación (en inglés feedback loop) e interactúan para mantener la homeostasis (Fig. 1):

  • Variable: es la característica del ambiente interno que es controlada.
  • Sensor (Receptor): detecta cambios en la variable y envía la información al integrador (centro de control).
  • Integrador (Centro de Control): recibe información del sensor sobre el valor de la variable, interpreta el error que se ha producido y actúa para anularlo integrando datos del sensor y datos almacenados del punto de ajuste.
  • Punto de ajuste: es el valor normal de la variable que ha sido previamente almacenado en la memoria.
  • Efector: es el mecanismo que tiene un efecto sobre la variable y produce la respuesta. La respuesta que se produce está monitorizada de forma continua por el sensor que vuelve a enviar la información al integrador (retroalimentación).
  • Realimentación negativa: tiene lugar cuando la retroalimentación invierte la dirección del cambio.
     
    Figura 2. Bucle de realimentación negativa
    La realimentación negativa tiende a estabilizar un sistema corrigiendo las desviaciones del punto de ajuste y constituye el principal mecanismo que mantiene la homeostasis. Algunos ejemplos son la frecuencia cardíaca, la presión arterial, el ritmo respiratorio, el pH de la sangre, la temperatura corporal y la concentración osmótica de los fluidos corporales.
  • Realimentación positiva: tiene lugar cuando la retroalimentación tiene igual dirección que la desviación del punto de ajuste amplificando la magnitud del cambio. Luego de un lapso se invierte la dirección del cambio retornando el sistema a la condición inicial. En sistemas fisiológicos la retroalimentación positiva es menos común que la negativa, sin embargo, es muy importante en numerosos procesos. Como ejemplos, se puede citar la coagulación de la sangre, la generación de señales nerviosas (concentración de sodio hasta generar el potencial de acción), los estrógenos y la ovulación, la lactancia y las contracciones del parto.

Variables controladas por homeostasis

Homeostasis de la temperatura

 
Pájaros con el prumaje erizado y acurrucados en busca de calor

Los mamíferos regulan su temperatura corporal utilizando la información de los termorreceptores localizados en el hipotálamo, el cerebro, la médula espinal, los órganos internos y las grandes venas.[12]​ Además de la regulación interna de la temperatura, puede entrar en juego un proceso llamado alostasis que ajusta el comportamiento para adaptarse al desafío de extremos muy calientes o fríos (y a otros desafíos). Estos ajustes pueden incluir buscar sombra y reducir la actividad, o buscar condiciones más cálidas y aumentar la actividad, o acurrucarse. La termorregulación por comportamiento tiene prioridad sobre la termorregulación fisiológica, ya que los cambios necesarios pueden verse afectados más rápidamente y la termorregulación fisiológica tiene una capacidad limitada para responder a temperaturas extremas.[13]

Cuando la temperatura central desciende, el suministro de sangre a la piel se reduce por una vasoconstricción intensa. El flujo de sangre a las extremidades (que tienen una gran superficie) se reduce de manera similar y regresa al tronco a través de las venas profundas que se encuentran a lo largo de las arterias (formando venas comitantes). Esto actúa como un sistema de intercambio en contracorriente que cortocircuita el calor de la sangre arterial directamente en la sangre venosa que regresa al tronco, causando una pérdida mínima de calor por las extremidades en climas fríos. Las venas subcutáneas de las extremidades están estrechamente constreñidas, no solo reduciendo la pérdida de calor de esta fuente, sino también forzando la sangre venosa hacia el sistema contracorriente en las profundidades de las extremidades.

La tasa metabólica aumenta, inicialmente por termogénesis sin escalofríos, seguida de termogénesis por escalofríos si las reacciones anteriores son insuficientes para corregir la hipotermia. La estimulación simpática, así como un aumento en los niveles de noradrenalina y adrenalina, junto con un aumento en la liberación de tiroxina, pueden provocar una incremento en la tasa metabólica. La termogénesis por escalofríos está controlada por un centro motor primario de la tiritona, localizado en humanos en el hipotálamo posterior, que se activa cuando la temperatura corporal desciende y cuyas señales aumentan el tono en los músculos esqueléticos hasta un punto crítico en el que comienzan los escalofríos.[14]

La piloerección, es decir, la erección del pelo en mamíferos gracias a los músculos erectores adheridos a los folículos pilosos, forma una cámara de aire aislante. En el ser humano, este mecanismo carece de la importancia que tiene para la mayoría de mamíferos o las aves.[15]

Cuando los termorreceptores detectan un aumento de la temperatura central la respuesta consiste en tres mecanismos: vasodilatación de la piel, sudoración y disminución de la producción de calor (termogénesis). Las glándulas sudoríparas de la piel se estimulan a través de los nervios simpáticos colinérgicos para secretar sudor sobre la piel, que, cuando se evapora, enfría la piel y la sangre que fluye a través de ella.[16]​ El jadeo es un efector alternativo en muchos vertebrados, que enfría el cuerpo también por la evaporación del agua, pero esta vez de las mucosas de la garganta y la boca.[17]

Homeostasis de la glucemia

 
Figura 3. Homeostasis de la glucemia por realimentación negativa
 
Realimentación negativa actuando en la regulación del azúcar en sangre. La línea plana es el punto de ajuste del nivel de glucosa y la onda sinusoidal las fluctuaciones de la glucosa.

La concentración de glucosa en la sangre está regulada habitualmente dentro de límites muy estrechos, entre 3,9-5,6 mM/l en ayunas y en concentraciones menores a 7,8 mM/l sin ayuno. El metabolismo de la glucosa está controlado por el páncreas a través de modificaciones en la relación de concentraciones sanguíneas de dos hormonas, insulina y glucagón, que este órgano sintetiza y secreta. El páncreas responde a la entrada de glucosa a las células beta de los islotes de Langerhans secretando insulina e inhibiendo la secreción de glucagón. Por otra parte, el descenso de la concentración de glucosa conlleva a la no secreción de insulina, lo cual permite a las células alfa de los islotes de Langerhans seguir secretando glucagón. El hígado es el principal órgano responsable de la regulación de la concentración de glucosa en el torrente sanguíneo.

Cuando aumenta el nivel de glucosa en la sangre, el páncreas secreta menos glucagón y más insulina. La insulina tiene varios efectos:

  • aumenta el transporte de glucosa de la sangre a las células;
  • en las células aumenta la tasa de utilización de glucosa como fuente de energía;
  • acelera la síntesis de glucógeno a partir de glucosa (glucogénesis) en el hígado y en las fibras del músculo esquelético
  • estimula la síntesis de lípidos a partir de glucosa en las células del hígado y del tejido adiposo.

En conjunto, estos efectos producen una disminución de los niveles de glucosa en la sangre al rango que se considera normal (salud).

En cambio, si disminuye el nivel de glucosa en la sangre, el páncreas libera menos insulina y más glucagón, una hormona que tiene múltiples efectos:

En conjunto, estos efectos producen un aumento en los niveles de glucosa en la sangre, que regresan al rango que se considera normal (salud).

Niveles de gases en sangre

En humanos, los cambios en los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y pH plasmático se envían al centro respiratorio, en el tronco del encéfalo, donde se regulan. La presión parcial de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre arterial es monitoreada por los quimiorreceptores periféricos (SNP) en la arteria carótida y el arco aórtico. Un cambio en la presión parcial de dióxido de carbono se detecta como un pH alterado en el líquido cefalorraquídeo por los quimiorreceptores centrales (SNC) en el bulbo raquídeo del tronco encefálico. La información de estos conjuntos de sensores se envía al centro respiratorio que activa los órganos efectores: el diafragma y otros músculos de la respiración. Un mayor nivel de dióxido de carbono en la sangre, o una disminución del nivel de oxígeno, dará como resultado un patrón respiratorio más profundo y un aumento de la frecuencia respiratoria para devolver los gases sanguíneos al equilibrio.[18]

En condiciones hiperbáricas (buceo, submarinos), las presiones parciales de los gases respiratorios en el aire inspirado aumentan considerablemente. Demasiado poco dióxido de carbono y, en menor medida, demasiado oxígeno en la sangre pueden detener temporalmente la respiración, una condición conocida como apnea, que los buceadores utilizan para prolongar el tiempo que pueden permanecer bajo el agua.[19]

El montañismo a gran altura, la aviación o los viajes espaciales presentan problemas para el mantenimiento de los niveles de gases en sangre, en este caso debidos a una disminución de las presiones parciales de los mismos en el aire inspirado. La presión parcial de dióxido de carbono es un factor decisivo en el control del pH. Sin embargo, a gran altitud (por encima de los 2500 m), la monitorización de la presión parcial de oxígeno tiene prioridad y la hiperventilación mantiene constante el nivel de oxígeno. Con el nivel más bajo de dióxido de carbono, para mantener el pH en 7.4, los riñones secretan iones de hidrógeno en la sangre y excretan bicarbonato en la orina. Esto es importante en la aclimatación a grandes alturas.[20]

Contenido de oxígeno en sangre

Los riñones miden el contenido de oxígeno en lugar de la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial. Cuando el contenido de oxígeno de la sangre es crónicamente bajo, las células sensibles al oxígeno (localizadas mayoritariamente en el riñón) secretan eritropoyetina (EPO) a la sangre. El tejido efector de esta hormona es la médula ósea roja, que produce glóbulos rojos (eritrocitos). El aumento de glóbulos rojos conduce a un aumento del hematocrito en la sangre y un posterior aumento de la hemoglobina, lo que aumenta la capacidad de transporte de oxígeno. Este es el mecanismo por el cual los habitantes a gran altitud tienen hematocritos más altos que los residentes al nivel del mar, y también la razón de que las personas con insuficiencia pulmonar o derivaciones de derecha a izquierda en el corazón (a través de las cuales la sangre venosa pasa por alto los pulmones y pasa directamente a la circulación sistémica) tienen hematocritos igualmente altos.[21][22]

Independientemente de la presión parcial de oxígeno en la sangre, la cantidad de oxígeno que se puede transportar depende del contenido de hemoglobina. La presión parcial de oxígeno puede ser suficiente, por ejemplo, en la anemia, pero el contenido de hemoglobina será insuficiente y, posteriormente, lo será el contenido de oxígeno. Con suficiente suministro de hierro, vitamina B12 y ácido fólico, la EPO puede estimular la producción de glóbulos rojos y restaurar el contenido de hemoglobina y oxígeno a la normalidad.

Presión arterial

El cerebro puede regular el flujo sanguíneo en un rango de valores de presión arterial mediante vasoconstricción y vasodilatación de las arterias.

Los receptores de alta presión llamados barorreceptores en las paredes del arco aórtico y el seno carotídeo (al comienzo de la arteria carótida interna) controlan la presión arterial. Se detecta un aumento de la presión cuando las paredes de las arterias se estiran debido a un aumento del volumen sanguíneo. Esto hace que las células del músculo cardíaco secreten la hormona péptido natriurético auricular (ANP) en la sangre. Esto actúa sobre los riñones para inhibir la secreción de renina y aldosterona provocando la liberación de sodio y el agua que lo acompaña en la orina, reduciendo así el volumen de sangre. Esta información luego se transmite, a través de fibras nerviosas aferentes, al núcleo solitario en el bulbo raquídeo. Desde aquí se estimulan los nervios motores que pertenecen al sistema nervioso autónomo para influir en la actividad, principalmente del corazón y de las arterias de menor diámetro, llamadas arteriolas. Las arteriolas son los principales vasos de resistencia en el árbol arterial y pequeños cambios de diámetro provocan grandes cambios en la resistencia al flujo a través de ellas. Cuando la presión arterial aumenta, las arteriolas se estimulan para que se dilaten, lo que facilita que la sangre salga de las arterias, desinflando así y haciendo que la presión arterial vuelva a la normalidad. Al mismo tiempo, el corazón se estimula a través de los nervios parasimpáticos colinérgicos para que lata más lentamente (bradicardia), lo que garantiza que se reduzca el flujo de sangre hacia las arterias, lo que aumenta la reducción de la presión y la corrección del error original.[23]

La presión baja en las arterias provoca el reflejo opuesto de constricción de las arteriolas y una aceleración de la frecuencia cardíaca (llamada taquicardia). Si la caída de la presión arterial es muy rápida o excesiva, el bulbo raquídeo estimula la médula suprarrenal, a través de los nervios simpáticos "preganglionares", para secretar epinefrina (adrenalina) en la sangre. Esta hormona intensifica la taquicardia y provoca una vasoconstricción grave de las arteriolas en todos los órganos del cuerpo excepto en los esenciales (especialmente el corazón, los pulmones y el cerebro). Por lo general, estas reacciones corrigen la presión arterial baja (hipotensión) de manera muy eficaz.

Regulación de hierro

El hierro es importante en la formación de diversas moléculas, como las proteínas transpotadoras hemoglobina y mioglobina, citocromos (implicados en la respiración celular y la fotosíntesis) y diversas enzimas (peroxidasas, catalasas, citocromo oxidasas). Se almacena en forma de ferritina, principalmente en el hígado y en la médula ósea, excretándose en las heces y hemorrágeas. La cantidad total de hierro es regulada modificando la velocidad de absorción en el intestino.[24]

Regulación del calcio

La concentración plasmática de calcio ionizado (Ca2+) está muy estrictamente controlada por un par de mecanismos homeostáticos. El sensor del primero está situado en las glándulas paratiroides, donde las células principales detectan el nivel de Ca2+ por medio de receptores de calcio especializados en sus membranas. Los sensores del segundo son las células parafoliculares de la glándula tiroides. Las células principales paratiroideas secretan hormona paratiroidea (PTH) en respuesta a una caída en el nivel de calcio ionizado en plasma; las células parafoliculares de la glándula tiroides secretan calcitonina en respuesta a un aumento del nivel de calcio ionizado en plasma.[25]

Los órganos efectores del primer mecanismo homeostático son los huesos, el riñón y, a través de una hormona liberada a la sangre por el riñón en respuesta a los niveles elevados de PTH en la sangre, el duodeno y el yeyuno. La hormona paratiroidea (en altas concentraciones en la sangre) provoca la reabsorción ósea, liberando calcio al plasma. Esta es una acción muy rápida que puede corregir una hipocalcemia amenazante en cuestión de minutos. Las concentraciones elevadas de PTH provocan la excreción de iones fosfato a través de la orina. Dado que los fosfatos se combinan con los iones de calcio para formar sales insolubles (ver también mineral óseo), una disminución en el nivel de fosfatos en la sangre libera iones de calcio libres en la reserva de calcio ionizado en plasma. La PTH tiene una segunda acción sobre los riñones. Estimula la fabricación y liberación, por los riñones, de calcitriol a la sangre. Esta hormona esteroidea actúa sobre las células epiteliales de la parte superior del intestino delgado, aumentando su capacidad para absorber calcio del contenido intestinal a la sangre.[26]

El segundo mecanismo homeostático, con sus sensores en la glándula tiroides, libera calcitonina en la sangre cuando aumenta el calcio ionizado en sangre. Esta hormona actúa principalmente sobre los huesos, provocando la rápida eliminación del calcio de la sangre y depositándolo, en forma insoluble, en los huesos.[27]

Los dos mecanismos homeostáticos que actúan a través de la PTH, por un lado, y la calcitonina, por el otro, pueden corregir muy rápidamente cualquier error inminente en el nivel de calcio ionizado en plasma, ya sea eliminando el calcio de la sangre y depositándolo en el esqueleto, o eliminándolo de él. El esqueleto actúa como un depósito de calcio extremadamente grande (alrededor de 1 kg) en comparación con el depósito de calcio en plasma (alrededor de 180 mg). La regulación a más largo plazo se produce a través de la absorción o pérdida de calcio del intestino.

Otro ejemplo son los endocannabinoides mejor caracterizados como la anandamida (N-araquidonoiletanolamida; AEA) y el 2-araquidonilglicerol (2-AG), cuya síntesis se produce mediante la acción de una serie de enzimas intracelulares activadas en respuesta a un aumento de los niveles de calcio intracelular para iniciar la homeostasis y la prevención del desarrollo de tumores a través de supuestos mecanismos de protección que previenen el crecimiento y la migración celular mediante la activación de CB1 y/o CB2 y receptores adyacentes.

Regulación del cobre

Regulación del sodio

El mecanismo homeostático que controla la concentración de sodio plasmático es bastante más complejo que la mayoría de los otros mecanismos homeostáticos descritos en esta página.

El sensor está situado en el aparato yuxtaglomerular de los riñones, que detecta la concentración de sodio plasmático de una manera sorprendentemente indirecta. En lugar de medirlo directamente en la sangre que pasa por las células yuxtaglomerulares, estas células responden a la concentración de sodio en el líquido tubular renal después de que ya ha sufrido una cierta modificación en el túbulo contorneado proximal y el asa de Henle. Estas células también responden a la velocidad del flujo sanguíneo a través del aparato yuxtaglomerular, que, en circunstancias normales, es directamente proporcional a la presión arterial, lo que convierte a este tejido en un sensor de presión arterial auxiliar.[28]

En respuesta a una disminución de la concentración de sodio plasmático, o una disminución de la presión arterial, las células yuxtaglomerulares liberan renina en la sangre. La renina es una enzima que escinde un decapéptido (una cadena de proteína corta, de 10 aminoácidos de longitud) de una α-2-globulina plasmática llamada angiotensinógeno. Este decapéptido se conoce como angiotensina I. No tiene actividad biológica conocida. Sin embargo, cuando la sangre circula por los pulmones, una enzima endotelial de los capilares pulmonares llamada enzima convertidora de angiotensina (ECA) escinde otros dos aminoácidos de la angiotensina I para formar un octapéptido conocido como angiotensina II. La angiotensina II es una hormona que actúa sobre la corteza suprarrenal, provocando la liberación a la sangre de la hormona esteroidea aldosterona. La angiotensina II también actúa sobre el músculo liso de las paredes de las arteriolas, lo que hace que estos vasos de pequeño diámetro se contraigan, lo que restringe la salida de sangre del árbol arterial, lo que hace que aumente la presión arterial. Esto, por lo tanto, refuerza las medidas descritas anteriormente (véase presión arterial), que mantiene la presión arterial frente a cambios, especialmente hipotensión. La liberación de renina está controlada por los niveles en sangre de potasio y angiotensina II.[29]

La aldosterona estimulada por la angiotensina II liberada del área glomerular de las glándulas suprarrenales tiene un efecto particularmente sobre las células epiteliales de los túbulos contorneados distales y los conductos colectores de los riñones. Aquí provoca la reabsorción de iones de sodio del líquido tubular renal, a cambio de iones de potasio que se secretan del plasma sanguíneo al líquido tubular para salir del cuerpo a través de la orina. La reabsorción de iones de sodio del líquido tubular renal detiene más pérdidas de iones de sodio del cuerpo y, por lo tanto, previene el empeoramiento de la hiponatremia. La hiponatremia solo puede corregirse mediante el consumo de sal en la dieta. Sin embargo, no es seguro si la hiponatremia puede iniciar un "hambre de sal", o por qué mecanismo podría ocurrir.

Cuando la concentración plasmática de iones de sodio es mayor de lo normal (hipernatremia), se detiene la liberación de renina del aparato yuxtaglomerular, cesando la producción de angiotensina II y la consiguiente liberación de aldosterona a la sangre. Los riñones responden excretando iones de sodio en la orina, normalizando así la concentración plasmática de iones de sodio. Los niveles bajos de angiotensina II en la sangre reducen la presión arterial como una respuesta concomitante inevitable.

La reabsorción de iones de sodio del líquido tubular como resultado de niveles altos de aldosterona en la sangre no hace, por sí misma, que el agua tubular renal regrese a la sangre desde los túbulos contorneados distales o los conductos colectores. Esto se debe a que el sodio se reabsorbe a cambio de potasio y, por lo tanto, solo provoca un cambio modesto en el gradiente osmótico entre la sangre y el líquido tubular. Además, el epitelio de los túbulos contorneados distales y los conductos colectores es impermeable al agua en ausencia de hormona antidiurética (ADH) en la sangre. La ADH es parte del control del balance de fluidos. Sus niveles en sangre varían con la osmolalidad del plasma, que se mide en el hipotálamo del cerebro. La acción de la aldosterona sobre los túbulos renales previene la pérdida de sodio al líquido extracelular (ECF). Por lo tanto, no hay cambios en la osmolalidad del ECF y, por lo tanto, no hay cambios en la concentración de ADH en el plasma. Sin embargo, los niveles bajos de aldosterona provocan una pérdida de iones sodio del ECF, lo que potencialmente podría causar un cambio en la osmolalidad extracelular y, por lo tanto, en los niveles de ADH en sangre.

Regulación del potasio

Los niveles de aldosterona en sangre están controlados por tres mecanismos. El principal es el sistema renina-angiotensina-aldosterona, los niveles de potasio representan un mecanismo independiente, mientras que la ACTH juega un papel menor. Las concentraciones altas de potasio en el plasma provocan la despolarización de las membranas celulares de la zona glomerular en la capa externa de la corteza suprarrenal.[30]

La aldosterona actúa principalmente sobre los túbulos contorneados distales y los conductos colectores de los riñones, estimulando la excreción de iones de potasio en la orina.[31]​ Sin embargo, lo hace activando las bombas basolaterales de Na+/K+ de las células epiteliales tubulares. Estos intercambiadores de sodio/potasio bombean tres iones de sodio fuera de la célula hacia el líquido intersticial y dos iones de potasio hacia la célula desde el líquido intersticial. Esto crea un gradiente de concentración iónica que da como resultado la reabsorción de iones de sodio (Na+) del líquido tubular a la sangre y la secreción de iones de potasio (K+) de la sangre a la orina (luz del conducto colector).

Homeostasis de fluidos

La cantidad total de agua en el cuerpo debe mantenerse en equilibrio, a pesar del continuo intercambio con el medio externo. Las fuentes principales de agua son la ingesta de líquidos y el agua presente en los alimentos, además de la sintetizada por reacciones de oxidación, principalmente de glúcidos o grasas, conocida como agua metabólica. En el ser humano, el agua metabólica representa alrededor de 200 ml/día, frente a los 2100 ml/día que ingresan por la ingesta. Las pérdidas de agua se producen a través de la piel (incluso sin sudoración) y vías respiratorias, por sudoración, en las heces y en los riñones, que la expulsan con la orina.[32]

El equilibrio de líquidos implica mantener el volumen de líquido estabilizado y también mantener estables los niveles de electrolitos en el líquido extracelular. El equilibrio de líquidos se mantiene mediante el proceso de osmorregulación y mediante el comportamiento. La presión osmótica es detectada por osmorreceptores en el núcleo preóptico medio del hipotálamo.[33][34]​ La medición de la osmolalidad plasmática para dar una indicación del contenido de agua del cuerpo se basa en el hecho de que las pérdidas de agua del cuerpo (a través de la piel que no es completamente impermeable, vapor de agua en el aire exhalado, la sudoración, los vómitos, las heces normales y especialmente la diarrea) son todas hipotónicas, lo que significa que son menos saladas que los fluidos corporales (compárese, por ejemplo, el sabor de la saliva con el de las lágrimas. Las lágrimas tienen casi el mismo contenido de sal que el líquido extracelular, mientras que la saliva es hipotónica con respecto al plasma, la saliva no tiene un sabor salado, mientras que las lágrimas son decididamente saladas). Casi todas las pérdidas normales y anormales de agua corporal hacen que el líquido extracelular se vuelva hipertónico. Por el contrario, la ingesta excesiva de líquido diluye el líquido extracelular y hace que el hipotálamo registre condiciones de hiponatremia hipotónica.

Cuando el hipotálamo detecta un ambiente extracelular hipertónico, provoca la secreción de la hormona antidiurética (ADH), llamada también vasopresina, que actúa sobre el órgano efector, que en este caso es el riñón. El efecto de la vasopresina sobre los túbulos renales es reabsorber el agua de los túbulos contorneados distales y los conductos colectores, evitando así el agravamiento de la pérdida de agua a través de la orina.[33]​ El hipotálamo estimula simultáneamente el centro de sed cercano provocando una urgencia casi irresistible (si la hipertonicidad es lo suficientemente severa) de beber agua.[35][36]​ El cese del flujo de orina evita que la hipovolemia y la hipertonicidad empeoren; beber agua corrige el defecto. Existe un mecanismo neuronal muy similar al del centro de la sed para el control del apetito por la sal.[37]

La hipoosmolalidad da como resultado niveles plasmáticos de ADH muy bajos. Esto da como resultado la inhibición de la reabsorción de agua de los túbulos renales, lo que provoca la excreción de grandes volúmenes de orina muy diluida, eliminando así el exceso de agua en el cuerpo.

La pérdida de agua por la orina, cuando el homeóstato del agua corporal está intacto, es una pérdida de agua compensatoria, que corrige cualquier exceso de agua en el cuerpo. Sin embargo, dado que los riñones no pueden generar agua, el reflejo de la sed es el segundo mecanismo efector más importante del homeóstato del agua corporal, que corrige cualquier déficit de agua en el cuerpo.

Homeostasis del pH

Un cambio en el pH del plasma produce un desequilibrio ácido-base (acidosis o alcalosis) que debe ser corregido.[38]​ La homeostasis ácido-base en los líquidos corporales está controlada por tres sistemas principales: los sistemas de amortiguación (que corrigen las desviaciones en una fracción de segundo), el centro respiratorio (elimina CO2, y por tanto ión bicarbonato, en minutos), y los riñones (mecanismo homeostático más potente, pero más lento).[39]

El pH plasmático puede verse alterado por cambios respiratorios en la presión parcial de dióxido de carbono; o alterado por cambios metabólicos en la proporción de ácido carbónico a ión bicarbonato. El sistema tampón de bicarbonato regula la proporción de ácido carbónico a bicarbonato para que sea igual a 1:20, en cuya proporción el pH de la sangre es de 7,4 (como se explica en la ecuación de Henderson-Hasselbalch), pero no añade ni elimina iones del organismo. La compensación respiratoria, un mecanismo del centro respiratorio, ajusta la presión parcial de dióxido de carbono al cambiar la frecuencia y la profundidad de la respiración para que el pH vuelva a la normalidad. La presión parcial de dióxido de carbono también determina la concentración de ácido carbónico, y el sistema tampón de bicarbonato también puede entrar en juego. La compensación renal puede ayudar al sistema tampón de bicarbonato. El sensor para la concentración de bicarbonato en plasma no se conoce con certeza. Es muy probable que las células de los túbulos renales de los túbulos contorneados distales sean sensibles al pH del plasma. El metabolismo de estas células produce dióxido de carbono, que se convierte rápidamente en hidrógeno y bicarbonato mediante la acción de la anhidrasa carbónica. Cuando el pH del fluido extracelular cae (se vuelve más ácido), las células tubulares renales excretan iones de hidrógeno en el líquido tubular para eliminarlo del cuerpo a través de la orina. Los iones de bicarbonato se secretan simultáneamente a la sangre, lo que disminuye el ácido carbónico y, en consecuencia, aumenta el pH plasmático. Lo contrario ocurre cuando el pH del plasma se eleva por encima de lo normal: los iones de bicarbonato se excretan en la orina y los iones de hidrógeno se liberan en el plasma.[39][38]

Cuando los iones de hidrógeno se excretan en la orina y el bicarbonato en la sangre, este último se combina con el exceso de iones de hidrógeno en el plasma que estimula a los riñones para realizar esta operación. La reacción resultante en el plasma es la formación de ácido carbónico que está en equilibrio con la presión parcial plasmática de dióxido de carbono. Existe una regulación estricta para garantizar que no haya una acumulación excesiva de ácido carbónico o bicarbonato. Por lo tanto, el efecto general es que los iones de hidrógeno se pierden en la orina cuando cae el pH del plasma. El aumento concomitante del bicarbonato plasmático elimina el aumento de iones de hidrógeno (causado por la caída del pH plasmático) y el exceso de ácido carbónico resultante se elimina en los pulmones como dióxido de carbono. Esto restaura la relación normal entre el bicarbonato y la presión parcial de dióxido de carbono y, por tanto, el pH del plasma. Lo contrario ocurre cuando un pH plasmático alto estimula a los riñones para que secreten iones de hidrógeno en la sangre y excreten bicarbonato en la orina. Los iones de hidrógeno se combinan con el exceso de iones de bicarbonato en el plasma, formando nuevamente un exceso de ácido carbónico que se puede exhalar (como dióxido de carbono) en los pulmones, manteniendo la concentración de iones de bicarbonato en plasma, la presión parcial de dióxido de carbono y, por tanto, el pH plasmático constante.[39]

Líquido cefalorraquídeo

El líquido cefalorraquídeo (LCR) permite la regulación de la distribución de sustancias entre las células cerebrales y factores neuroendocrinos, cambios leves de los cuales pueden causar problemas o daños al sistema nervioso. Por ejemplo, una alta concentración de glicina interrumpe el control de la temperatura y la presión arterial, y un pH alto del LCR provoca mareos y síncope.[cita requerida]

La presión del líquido cefalorraquídeo se mantiene constante, alrededor de 10 mm de Hg en posición horizontal.[40]

Neurotransmisión

Las neuronas inhibidoras del sistema nervioso central juegan un papel homeostático en el equilibrio de la actividad neuronal entre la excitación y la inhibición. Las neuronas inhibidoras que utilizan GABA realizan cambios compensadores en las redes neuronales que evitan los niveles de excitación descontrolados.[41]​ Desequilibrios entre la excitación y la inhibición están implicados en una serie de trastornos neuropsiquiátricos.

Sistema Neuroendocrino

El sistema neuroendocrino es el mecanismo por el cual el hipotálamo mantiene la homeostasis, regulando el metabolismo, la reproducción, la conducta de comer y beber, la utilización de energía, la osmolaridad y la presión arterial.[42]

La regulación del metabolismo se lleva a cabo mediante interconexiones hipotalámicas con otras glándulas. Tres glándulas endocrinas del eje hipotalámico-pituitario-gonadal (eje HPG) a menudo trabajan juntas y tienen importantes funciones reguladoras. Otros dos ejes endocrinos reguladores son el eje hipotalámico-hipofisario-adrenal (eje HHA) y el eje hipotalámico - pituitario - tiroideo (eje HPT).

El hígado también tiene muchas funciones reguladoras del metabolismo. Una función importante es la producción y control de ácidos biliares. Demasiado ácido biliar puede ser tóxico para las células y su síntesis puede inhibirse mediante la activación del receptor nuclear FXR

Regulación génica

A nivel celular, la homeostasis se lleva a cabo mediante varios mecanismos, incluida la regulación transcripcional que puede alterar la actividad de los genes en respuesta a cambios.

Homeostasis energética

La cantidad de energía absorbida a través de la nutrición debe coincidir con la cantidad de energía utilizada. Para lograr la homeostasis energética, el apetito está regulado por el hipotálamo e implica al menos a dos hormonas: grelina y leptina. La grelina estimula el hambre y la ingesta de alimentos y la leptina actúa para indicar saciedad (plenitud).[43]

Homeostasis en la Biosfera

El término biosfera, acuñado por el geólogo Eduard Suess en 1875,[44]​ y posteriormente desarrollado en la década de 1920 por Vladimir I. Vernadsky, precediendo a la introducción en 1935 del término ecosistema por Arthur Tansley. Vernadsky describió la vida en la Tierra como una entidad única, un fenómeno global que transforma la energía del Sol y recicla la materia en lo que hoy se conoce como ciclos biogeoquímicos.[45]

En la hipótesis Gaia, James Lovelock afirmó que toda la masa de materia viva en la Tierra (o cualquier planeta con vida) funciona como un vasto superorganismo homeostático que modifica activamente su entorno planetario para producir las condiciones ambientales necesarias para su propia supervivencia. Desde este punto de vista, todo el planeta mantiene varias homeostasis (la principal es la homeostasis de la temperatura). Si este tipo de sistema está presente en la Tierra está abierto a debate. Sin embargo, generalmente se aceptan algunos mecanismos homeostáticos relativamente simples. Por ejemplo, a veces se afirma que cuando aumentan los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, ciertas plantas pueden crecer mejor y, por lo tanto, actuar para eliminar más dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, el calentamiento ha exacerbado las sequías, convirtiendo al agua en el factor limitante real en la tierra. Cuando la luz solar es abundante y la temperatura atmosférica aumenta, se ha afirmado que el fitoplancton de las aguas superficiales del océano, que actúa como luz solar global y, por lo tanto, como sensores de calor, puede prosperar y producir más sulfuro de dimetilo (DMS). Las moléculas de DMS actúan como núcleos de condensación de nubes, que producen más nubes, y así aumentan el albedo atmosférico, y este retroalimenta para bajar la temperatura de la atmósfera. Sin embargo, el aumento de la temperatura del mar ha estratificado los océanos, separando las aguas cálidas e iluminadas por el sol de las frías y ricas en nutrientes. Por lo tanto, los nutrientes se han convertido en el factor limitante y los niveles de plancton han disminuido en los últimos 50 años, no han aumentado. A medida que los científicos descubren más sobre la Tierra, se están descubriendo un gran número de circuitos de retroalimentación positiva y negativa que, en conjunto, mantienen una condición metaestable, a veces dentro de un rango muy amplio de condiciones ambientales.

Homeostasis psicológica

Este término fue introducido por W. B. Cannon en 1932, y designa la tendencia general de todo organismo al restablecimiento del equilibrio interno cada vez que este es alterado. Estos desequilibrios internos, que pueden darse tanto en el plano fisiológico como en el psicológico, reciben el nombre genérico de necesidades.

De esta manera, la vida de un organismo puede definirse como la búsqueda constante de equilibrio entre sus necesidades y su satisfacción. Toda acción tendente a la búsqueda de ese equilibrio es, en sentido lato, una conducta.

Homeostasis cibernética

En cibernética, la homeostasis es el rasgo de los sistemas autorregulados (cibernéticos) que consiste en la capacidad para mantener ciertas variables en un estado estacionario, de equilibrio dinámico o dentro de ciertos límites, cambiando parámetros de su estructura interna.

En la década de 1940, William Ross Ashby diseñó un mecanismo al que llamó homeostato, capaz de mostrar una conducta ultraestable frente a la perturbación de sus parámetros "esenciales". Las ideas de Ashby, desarrolladas en su Design for a Brain, dieron lugar al campo de estudio de los sistemas biológicos como sistemas homeostáticos y adaptativos en términos de matemática de sistemas dinámicos.

Este investigador británico, formado en Cambridge en biología y en antropología, marcó pautas y nuevos enfoques que han trascendido a otros campos disciplinarios como la filosofía y la misma epistemología. Incluyó este concepto para explicar los fundamentos epistemológicos que propone. Anota lo siguiente:

Hablemos ahora sobre el problema de estudiar la homeostasis comunicacional de una constelación familiar. En términos generales, nos parece que las familias que poseen miembros esquizofrénicos conocidos son estrechamente homeostáticas. Todo sistema vivo sufre cambios en todo momento y día tras día, de modo que es concebible representar esos cambios mediante sinuosidades de una curva en un gráfico multidimensional (o «espacio de fase») en el que cada variable necesaria para la descripción de los estados del sistema está representada por una dimensión del gráfico. Específicamente, cuando digo que esas familias son estrechamente homeostáticas, quiero significar que las sinuosidades de ese gráfico o de un determinado punto situado en el espacio de fase abarcará un volumen relativamente limitado. El sistema es homeostático en el sentido de que cuando se aproxima a los límites de sus zonas de libertad, la dirección de su senda cambiará de tal manera que las sinuosidades nunca cruzarán los límites.

Véase también

Referencias

  1. ὅμοιος, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, en Perseus.
  2. στάσις, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, en Perseus.
  3. Cannon, W. B. (1926). Physiological regulation of normal states: some tentative postulates concerning biological homeostatics. En: A. Pettit (ed.). A Charles Richet: ses amis, ses collègues, ses élèves. París: Éditions Médicales. p. 91. 
  4. Cannon, W. B. (1929). «Organization For Physiological Homeostasis». Physiol Rev. 9: 399-431. 
  5. Cannon, W. B. (1932). The Wisdom of the Body. W. W. Norton & Company, Inc., Nueva York. 
  6. Karl Ludwig von Bertalanffy: ... aber vom Menschen wissen wir nichts, English title Robots, Men and Minds, translated by Dr. Hans-Joachim Flechtner; p. 115. Econ Verlag GmbH (1970), Düsseldorf, Wien. 1st edition.
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  44. Suess, Eduard (1875) Die Entstehung der Alpen. Viena: Wilhelm Braumüller, p. 159.
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Bibliografía

  • Guyton, Arthur C. (2006). Tratado de fisiología médica (11ª edición). Elsevier España S.A. ISBN 978-84-8174-926-7. 
  • Braunwald, Eugene; Isselbacher, Kurt J., eds. (1989) [1987]. Harrison's Principles of Internal Medicine [Principios de Medicina Interna] (11ª (7ª en español) edición). México D.F.: Interamericana McGraw-Hill. ISBN 968-422-070-7. 
  • Margulis, Lynn; Sagan, Dorion (2009). ¿Qué es la vida? (3ª edición). Barcelona: Tusquets Editores S.A. ISBN 978-84-7223-799-5. 
  • Margulis, Lynn; Sagan, Dorion (2003). Captando genomas (1ª edición). Barcelona: Kairós. ISBN 84-7245-551-3. 
  • Lovelock, James (2009). La venganza de la Tierra. Barcelona: Planeta S.A. ISBN 978-84-08-07867-8. 

Enlaces externos

  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre homeostasis.
  • El Diccionario de la Real Academia Española tiene una definición para homeostasis.
  • Homeostasis biology-innovation.co.uk
  •   Datos: Q103191
  •   Multimedia: Homeostasis

homeostasis, homeostasis, griego, ὅμοιος, hómoios, igual, similar, στάσις, stásis, estado, estabilidad, propiedad, organismos, consiste, capacidad, mantener, condición, interna, estable, compensando, cambios, entorno, mediante, intercambio, regulado, materia, . La homeostasis del griego ὅmoios homoios igual similar 1 y stasis stasis estado estabilidad 2 es una propiedad de los organismos que consiste en su capacidad de mantener una condicion interna estable compensando los cambios en su entorno mediante el intercambio regulado de materia y energia con el exterior metabolismo Se trata de una forma de equilibrio dinamico que se hace posible gracias a una red de sistemas de control realimentados que constituyen los mecanismos de autorregulacion de los seres vivos Ejemplos de homeostasis son la regulacion de la temperatura corporal y el equilibrio de fluidos manteniendose dentro de ciertos limites preestablecidos rango homeostatico Otras variables incluyen el pH del liquido extracelular las concentraciones de varios iones sodio potasio calcio etc asi como el nivel de azucar en sangre que deben regularse a pesar de los cambios en el entorno la dieta o el nivel de actividad Cada una de estas variables esta controlada por uno o mas reguladores o mecanismos homeostaticos que juntos mantienen la vida La homeostasis se produce por una resistencia natural al cambio cuando el organismo ya sea unicelular pluricelular o a niveles de organizacion superiores se encuentra en las condiciones optimas y el equilibrio se mantiene mediante muchos mecanismos reguladores Todos los mecanismos de control homeostatico tienen al menos tres componentes interdependientes para la variable que se regula un receptor un centro de control y un efector El receptor es el componente sensor que monitorea y responde a los cambios en el entorno ya sea externo o interno Los receptores incluyen termorreceptores y mecanorreceptores Los centros de control incluyen el centro respiratorio y el sistema renina angiotensina Un efector es el objetivo sobre el que se actua para provocar el cambio de regreso al estado normal A nivel celular los receptores incluyen receptores nucleares que provocan cambios en la expresion genica a traves de la regulacion hacia arriba o hacia abajo y actuan en mecanismos de retroalimentacion negativa Un ejemplo de esto es el control de los acidos biliares en el higado Algunos centros como el sistema renina angiotensina controlan mas de una variable Cuando el receptor detecta un estimulo reacciona enviando potenciales de accion a un centro de control El centro de control establece el rango de mantenimiento los limites superior e inferior aceptables para la variable en particular como por ejemplo la temperatura El centro de control responde a la senal determinando una respuesta apropiada y enviando senales a un efector que puede ser uno o mas musculos un organo o una glandula Cuando se recibe la senal y se actua sobre ella se proporciona una retroalimentacion negativa al receptor que detiene la necesidad de mas senalizacion El concepto de homeostasis fue aplicado por Walter Cannon en 1926 3 en 1929 4 y en 1932 5 6 para referirse al concepto de medio interno milieu interieur publicado asi en 1865 por Claude Bernard referencia de la fisiologia como se entiende en la actualidad Tradicionalmente se ha aplicado en biologia pero dado el hecho de que no solo lo biologico es capaz de cumplir con esta definicion otras ciencias y tecnicas han adoptado tambien este termino 7 Indice 1 Etimologia 2 Fundamentos 2 1 Interaccion entre ser vivo y ambiente respuestas a los cambios 2 2 Sistemas de control 3 Variables controladas por homeostasis 3 1 Homeostasis de la temperatura 3 2 Homeostasis de la glucemia 3 3 Niveles de gases en sangre 3 4 Contenido de oxigeno en sangre 3 5 Presion arterial 3 6 Regulacion de hierro 3 7 Regulacion del calcio 3 8 Regulacion del cobre 3 9 Regulacion del sodio 3 10 Regulacion del potasio 3 11 Homeostasis de fluidos 3 12 Homeostasis del pH 3 13 Liquido cefalorraquideo 3 14 Neurotransmision 3 15 Sistema Neuroendocrino 3 16 Regulacion genica 3 17 Homeostasis energetica 4 Homeostasis en la Biosfera 5 Homeostasis psicologica 6 Homeostasis cibernetica 7 Vease tambien 8 Referencias 9 Bibliografia 10 Enlaces externosEtimologia EditarLa palabra homeostasis hoʊmioʊˈsteɪsɪs usa las formas combinadas del neolatin homeo y stasis provenientes del griego ὅmoios homoios similar y stasis stasis parado dando la idea de permanecer igual Fundamentos EditarLos procesos metabolicos de todos los organismos solo pueden tener lugar en entornos fisicos y quimicos muy especificos Las condiciones varian con cada organismo y si los procesos quimicos tienen lugar dentro de la celula o en el liquido intersticial que bana las celulas Los mecanismos homeostaticos mas conocidos en humanos y otros mamiferos son los reguladores que mantienen constante la composicion del liquido extracelular o el ambiente interno especialmente con respecto a la temperatura pH osmolalidad y las concentraciones de sodio potasio glucosa dioxido de carbono y oxigeno Sin embargo muchos otros mecanismos homeostaticos que abarcan muchos aspectos de la fisiologia humana controlan otras entidades del cuerpo 8 Cuando los niveles de las variables son mas altos o mas bajos que los necesarios se nombran a menudo precedidos de los prefijos hiper e hipo respectivamente como hipertermia e hipotermia o hipertension e hipotension Variacion circadiana de la temperatura corporal que va desde aproximadamente 37 5 C desde las 10 a m a las 6 p m y cayendo a aproximadamente 36 4 C desde las 2 a m hasta las 6 a m Si una entidad esta controlada homeostaticamente no implica que su valor sea necesariamente absolutamente estable en salud La temperatura corporal interna por ejemplo esta regulada por un mecanismo homeostatico con sensores de temperatura en entre otros el hipotalamo del cerebro 9 Sin embargo el punto de ajuste del regulador se restablece periodicamente 10 Por ejemplo la temperatura corporal central en los seres humanos varia durante el transcurso del dia es decir tiene un ritmo circadiano siendo las temperaturas mas bajas por la noche y las mas altas por las tardes Otras variaciones normales de temperatura incluyen las relacionadas con el ciclo menstrual El punto de ajuste del regulador de temperatura se restablece durante las infecciones para producir fiebre 11 Los organismos son capaces de adaptarse algo a condiciones variadas como cambios de temperatura o niveles de oxigeno en la altitud mediante un proceso de aclimatacion La homeostasis no gobierna todas las actividades del cuerpo Por ejemplo la senal ya sea a traves de neuronas u hormonas del sensor al efector es necesariamente muy variable para transmitir informacion sobre la direccion y la magnitud del error detectado por el sensor De manera similar la respuesta del efector debe ser altamente ajustable para revertir el error de hecho debe ser muy proporcional pero en la direccion opuesta al error que amenaza el medio interno Por ejemplo la presion arterial en los mamiferos se controla homeostaticamente y se mide mediante receptores de estiramiento en las paredes del arco aortico y los senos carotideos en los inicios de las arterias carotidas internas Los sensores envian mensajes a traves de los nervios sensoriales al bulbo raquideo del cerebro que indican si la presion arterial ha aumentado o disminuido y en que medida El bulbo raquideo luego distribuye mensajes a lo largo de los nervios motores o eferentes que pertenecen al sistema nervioso autonomo a una amplia variedad de organos efectores cuya actividad se modifica en consecuencia para revertir el error en la presion arterial Uno de los organos efectores es el corazon cuya frecuencia se estimula para aumentar taquicardia cuando la presion arterial baja o para disminuir bradicardia cuando la presion aumenta por encima del punto de ajuste Por lo tanto la frecuencia cardiaca para la que no hay un sensor en el cuerpo no se controla homeostaticamente sino que es una de las respuestas efectoras a los errores en la presion arterial Otro ejemplo es la tasa de sudoracion Este es uno de los efectores en el control homeostatico de la temperatura corporal y por lo tanto muy variable en proporcion aproximada a la carga de calor que amenaza con desestabilizar la temperatura central del cuerpo para la cual hay un sensor en el hipotalamo del cerebro Interaccion entre ser vivo y ambiente respuestas a los cambios Editar Las estrategias que acompanan a estas respuestas pueden resumirse como sigue Evitacion los organismos evitadores minimizan las variaciones internas utilizando algun mecanismo de escape comportamental que les permite evitar los cambios ambientales ya sea espacial buscando microhabitats no estresantes como cuevas escondrijos o a mayor escala las migraciones o temporal hibernacion sopor diapausa huevos y pupas resistentes Conformidad en los organismos conformistas el medio interno del animal cambia paralelamente a las condiciones externas es decir se conforma al ambiente pues no regula o la regulacion no es efectiva designado por el prefijo poiquilo p ej poiquilotermo Puede existir una compensacion funcional con la aclimatacion o la aclimatizacion recuperandose la velocidad funcional anterior al cambio Regulacion en los organismos reguladores un disturbio ambiental dispara acciones compensatorias que mantienen el ambiente interno relativamente constante a menudo designados con el prefijo homeo p ej homeotermo Estas categorias no son absolutas ya que no existen perfectos reguladores ni perfectos conformistas los modelos mas reales se encuentran entre conformistas y reguladores dependiendo del factor ambiental y de la especie animal Sistemas de control Editar Figura 1 Componentes de un sistema de realimentacion Los siguientes componentes forman parte de un bucle de retroalimentacion en ingles feedback loop e interactuan para mantener la homeostasis Fig 1 Variable es la caracteristica del ambiente interno que es controlada Sensor Receptor detecta cambios en la variable y envia la informacion al integrador centro de control Integrador Centro de Control recibe informacion del sensor sobre el valor de la variable interpreta el error que se ha producido y actua para anularlo integrando datos del sensor y datos almacenados del punto de ajuste Punto de ajuste es el valor normal de la variable que ha sido previamente almacenado en la memoria Efector es el mecanismo que tiene un efecto sobre la variable y produce la respuesta La respuesta que se produce esta monitorizada de forma continua por el sensor que vuelve a enviar la informacion al integrador retroalimentacion Realimentacion negativa tiene lugar cuando la retroalimentacion invierte la direccion del cambio Figura 2 Bucle de realimentacion negativa La realimentacion negativa tiende a estabilizar un sistema corrigiendo las desviaciones del punto de ajuste y constituye el principal mecanismo que mantiene la homeostasis Algunos ejemplos son la frecuencia cardiaca la presion arterial el ritmo respiratorio el pH de la sangre la temperatura corporal y la concentracion osmotica de los fluidos corporales Realimentacion positiva tiene lugar cuando la retroalimentacion tiene igual direccion que la desviacion del punto de ajuste amplificando la magnitud del cambio Luego de un lapso se invierte la direccion del cambio retornando el sistema a la condicion inicial En sistemas fisiologicos la retroalimentacion positiva es menos comun que la negativa sin embargo es muy importante en numerosos procesos Como ejemplos se puede citar la coagulacion de la sangre la generacion de senales nerviosas concentracion de sodio hasta generar el potencial de accion los estrogenos y la ovulacion la lactancia y las contracciones del parto Variables controladas por homeostasis EditarHomeostasis de la temperatura Editar Articulos principales Termorregulacion Area preoptica del hipotalamoy Temperatura del cuerpo humano Pajaros con el prumaje erizado y acurrucados en busca de calor Los mamiferos regulan su temperatura corporal utilizando la informacion de los termorreceptores localizados en el hipotalamo el cerebro la medula espinal los organos internos y las grandes venas 12 Ademas de la regulacion interna de la temperatura puede entrar en juego un proceso llamado alostasis que ajusta el comportamiento para adaptarse al desafio de extremos muy calientes o frios y a otros desafios Estos ajustes pueden incluir buscar sombra y reducir la actividad o buscar condiciones mas calidas y aumentar la actividad o acurrucarse La termorregulacion por comportamiento tiene prioridad sobre la termorregulacion fisiologica ya que los cambios necesarios pueden verse afectados mas rapidamente y la termorregulacion fisiologica tiene una capacidad limitada para responder a temperaturas extremas 13 Cuando la temperatura central desciende el suministro de sangre a la piel se reduce por una vasoconstriccion intensa El flujo de sangre a las extremidades que tienen una gran superficie se reduce de manera similar y regresa al tronco a traves de las venas profundas que se encuentran a lo largo de las arterias formando venas comitantes Esto actua como un sistema de intercambio en contracorriente que cortocircuita el calor de la sangre arterial directamente en la sangre venosa que regresa al tronco causando una perdida minima de calor por las extremidades en climas frios Las venas subcutaneas de las extremidades estan estrechamente constrenidas no solo reduciendo la perdida de calor de esta fuente sino tambien forzando la sangre venosa hacia el sistema contracorriente en las profundidades de las extremidades La tasa metabolica aumenta inicialmente por termogenesis sin escalofrios seguida de termogenesis por escalofrios si las reacciones anteriores son insuficientes para corregir la hipotermia La estimulacion simpatica asi como un aumento en los niveles de noradrenalina y adrenalina junto con un aumento en la liberacion de tiroxina pueden provocar una incremento en la tasa metabolica La termogenesis por escalofrios esta controlada por un centro motor primario de la tiritona localizado en humanos en el hipotalamo posterior que se activa cuando la temperatura corporal desciende y cuyas senales aumentan el tono en los musculos esqueleticos hasta un punto critico en el que comienzan los escalofrios 14 La piloereccion es decir la ereccion del pelo en mamiferos gracias a los musculos erectores adheridos a los foliculos pilosos forma una camara de aire aislante En el ser humano este mecanismo carece de la importancia que tiene para la mayoria de mamiferos o las aves 15 Cuando los termorreceptores detectan un aumento de la temperatura central la respuesta consiste en tres mecanismos vasodilatacion de la piel sudoracion y disminucion de la produccion de calor termogenesis Las glandulas sudoriparas de la piel se estimulan a traves de los nervios simpaticos colinergicos para secretar sudor sobre la piel que cuando se evapora enfria la piel y la sangre que fluye a traves de ella 16 El jadeo es un efector alternativo en muchos vertebrados que enfria el cuerpo tambien por la evaporacion del agua pero esta vez de las mucosas de la garganta y la boca 17 Homeostasis de la glucemia Editar Articulo principal Regulacion del azucar en la sangre Figura 3 Homeostasis de la glucemia por realimentacion negativa Realimentacion negativa actuando en la regulacion del azucar en sangre La linea plana es el punto de ajuste del nivel de glucosa y la onda sinusoidal las fluctuaciones de la glucosa La concentracion de glucosa en la sangre esta regulada habitualmente dentro de limites muy estrechos entre 3 9 5 6 mM l en ayunas y en concentraciones menores a 7 8 mM l sin ayuno El metabolismo de la glucosa esta controlado por el pancreas a traves de modificaciones en la relacion de concentraciones sanguineas de dos hormonas insulina y glucagon que este organo sintetiza y secreta El pancreas responde a la entrada de glucosa a las celulas beta de los islotes de Langerhans secretando insulina e inhibiendo la secrecion de glucagon Por otra parte el descenso de la concentracion de glucosa conlleva a la no secrecion de insulina lo cual permite a las celulas alfa de los islotes de Langerhans seguir secretando glucagon El higado es el principal organo responsable de la regulacion de la concentracion de glucosa en el torrente sanguineo Cuando aumenta el nivel de glucosa en la sangre el pancreas secreta menos glucagon y mas insulina La insulina tiene varios efectos aumenta el transporte de glucosa de la sangre a las celulas en las celulas aumenta la tasa de utilizacion de glucosa como fuente de energia acelera la sintesis de glucogeno a partir de glucosa glucogenesis en el higado y en las fibras del musculo esqueleticoestimula la sintesis de lipidos a partir de glucosa en las celulas del higado y del tejido adiposo En conjunto estos efectos producen una disminucion de los niveles de glucosa en la sangre al rango que se considera normal salud En cambio si disminuye el nivel de glucosa en la sangre el pancreas libera menos insulina y mas glucagon una hormona que tiene multiples efectos en las celulas del higado y del musculo esqueletico acelera la degradacion de glucogeno a glucosa glucogenolisis que es liberada al torrente sanguineo en el tejido adiposo aumenta la tasa de degradacion de grasas a acidos grasos y glicerol y su liberacion a la sangre y en el higado estimula la sintesis de glucosa a partir de glicerol y su liberacion a la sangre En conjunto estos efectos producen un aumento en los niveles de glucosa en la sangre que regresan al rango que se considera normal salud Niveles de gases en sangre Editar Articulos principales Hematosis Centro respiratorioy Presion parcial de un gas en sangre En humanos los cambios en los niveles de oxigeno dioxido de carbono y pH plasmatico se envian al centro respiratorio en el tronco del encefalo donde se regulan La presion parcial de oxigeno y dioxido de carbono en la sangre arterial es monitoreada por los quimiorreceptores perifericos SNP en la arteria carotida y el arco aortico Un cambio en la presion parcial de dioxido de carbono se detecta como un pH alterado en el liquido cefalorraquideo por los quimiorreceptores centrales SNC en el bulbo raquideo del tronco encefalico La informacion de estos conjuntos de sensores se envia al centro respiratorio que activa los organos efectores el diafragma y otros musculos de la respiracion Un mayor nivel de dioxido de carbono en la sangre o una disminucion del nivel de oxigeno dara como resultado un patron respiratorio mas profundo y un aumento de la frecuencia respiratoria para devolver los gases sanguineos al equilibrio 18 En condiciones hiperbaricas buceo submarinos las presiones parciales de los gases respiratorios en el aire inspirado aumentan considerablemente Demasiado poco dioxido de carbono y en menor medida demasiado oxigeno en la sangre pueden detener temporalmente la respiracion una condicion conocida como apnea que los buceadores utilizan para prolongar el tiempo que pueden permanecer bajo el agua 19 El montanismo a gran altura la aviacion o los viajes espaciales presentan problemas para el mantenimiento de los niveles de gases en sangre en este caso debidos a una disminucion de las presiones parciales de los mismos en el aire inspirado La presion parcial de dioxido de carbono es un factor decisivo en el control del pH Sin embargo a gran altitud por encima de los 2500 m la monitorizacion de la presion parcial de oxigeno tiene prioridad y la hiperventilacion mantiene constante el nivel de oxigeno Con el nivel mas bajo de dioxido de carbono para mantener el pH en 7 4 los rinones secretan iones de hidrogeno en la sangre y excretan bicarbonato en la orina Esto es importante en la aclimatacion a grandes alturas 20 Contenido de oxigeno en sangre Editar Articulos principales Eritropoyesisy Saturacion de oxigeno Los rinones miden el contenido de oxigeno en lugar de la presion parcial de oxigeno en la sangre arterial Cuando el contenido de oxigeno de la sangre es cronicamente bajo las celulas sensibles al oxigeno localizadas mayoritariamente en el rinon secretan eritropoyetina EPO a la sangre El tejido efector de esta hormona es la medula osea roja que produce globulos rojos eritrocitos El aumento de globulos rojos conduce a un aumento del hematocrito en la sangre y un posterior aumento de la hemoglobina lo que aumenta la capacidad de transporte de oxigeno Este es el mecanismo por el cual los habitantes a gran altitud tienen hematocritos mas altos que los residentes al nivel del mar y tambien la razon de que las personas con insuficiencia pulmonar o derivaciones de derecha a izquierda en el corazon a traves de las cuales la sangre venosa pasa por alto los pulmones y pasa directamente a la circulacion sistemica tienen hematocritos igualmente altos 21 22 Independientemente de la presion parcial de oxigeno en la sangre la cantidad de oxigeno que se puede transportar depende del contenido de hemoglobina La presion parcial de oxigeno puede ser suficiente por ejemplo en la anemia pero el contenido de hemoglobina sera insuficiente y posteriormente lo sera el contenido de oxigeno Con suficiente suministro de hierro vitamina B12 y acido folico la EPO puede estimular la produccion de globulos rojos y restaurar el contenido de hemoglobina y oxigeno a la normalidad Presion arterial Editar Articulo principal Sistema renina angiotensina aldosterona El cerebro puede regular el flujo sanguineo en un rango de valores de presion arterial mediante vasoconstriccion y vasodilatacion de las arterias Los receptores de alta presion llamados barorreceptores en las paredes del arco aortico y el seno carotideo al comienzo de la arteria carotida interna controlan la presion arterial Se detecta un aumento de la presion cuando las paredes de las arterias se estiran debido a un aumento del volumen sanguineo Esto hace que las celulas del musculo cardiaco secreten la hormona peptido natriuretico auricular ANP en la sangre Esto actua sobre los rinones para inhibir la secrecion de renina y aldosterona provocando la liberacion de sodio y el agua que lo acompana en la orina reduciendo asi el volumen de sangre Esta informacion luego se transmite a traves de fibras nerviosas aferentes al nucleo solitario en el bulbo raquideo Desde aqui se estimulan los nervios motores que pertenecen al sistema nervioso autonomo para influir en la actividad principalmente del corazon y de las arterias de menor diametro llamadas arteriolas Las arteriolas son los principales vasos de resistencia en el arbol arterial y pequenos cambios de diametro provocan grandes cambios en la resistencia al flujo a traves de ellas Cuando la presion arterial aumenta las arteriolas se estimulan para que se dilaten lo que facilita que la sangre salga de las arterias desinflando asi y haciendo que la presion arterial vuelva a la normalidad Al mismo tiempo el corazon se estimula a traves de los nervios parasimpaticos colinergicos para que lata mas lentamente bradicardia lo que garantiza que se reduzca el flujo de sangre hacia las arterias lo que aumenta la reduccion de la presion y la correccion del error original 23 La presion baja en las arterias provoca el reflejo opuesto de constriccion de las arteriolas y una aceleracion de la frecuencia cardiaca llamada taquicardia Si la caida de la presion arterial es muy rapida o excesiva el bulbo raquideo estimula la medula suprarrenal a traves de los nervios simpaticos preganglionares para secretar epinefrina adrenalina en la sangre Esta hormona intensifica la taquicardia y provoca una vasoconstriccion grave de las arteriolas en todos los organos del cuerpo excepto en los esenciales especialmente el corazon los pulmones y el cerebro Por lo general estas reacciones corrigen la presion arterial baja hipotension de manera muy eficaz Regulacion de hierro Editar Articulo principal Metabolismo humano del hierro El hierro es importante en la formacion de diversas moleculas como las proteinas transpotadoras hemoglobina y mioglobina citocromos implicados en la respiracion celular y la fotosintesis y diversas enzimas peroxidasas catalasas citocromo oxidasas Se almacena en forma de ferritina principalmente en el higado y en la medula osea excretandose en las heces y hemorrageas La cantidad total de hierro es regulada modificando la velocidad de absorcion en el intestino 24 Regulacion del calcio Editar Articulo principal Metabolismo del calcio La concentracion plasmatica de calcio ionizado Ca2 esta muy estrictamente controlada por un par de mecanismos homeostaticos El sensor del primero esta situado en las glandulas paratiroides donde las celulas principales detectan el nivel de Ca2 por medio de receptores de calcio especializados en sus membranas Los sensores del segundo son las celulas parafoliculares de la glandula tiroides Las celulas principales paratiroideas secretan hormona paratiroidea PTH en respuesta a una caida en el nivel de calcio ionizado en plasma las celulas parafoliculares de la glandula tiroides secretan calcitonina en respuesta a un aumento del nivel de calcio ionizado en plasma 25 Los organos efectores del primer mecanismo homeostatico son los huesos el rinon y a traves de una hormona liberada a la sangre por el rinon en respuesta a los niveles elevados de PTH en la sangre el duodeno y el yeyuno La hormona paratiroidea en altas concentraciones en la sangre provoca la reabsorcion osea liberando calcio al plasma Esta es una accion muy rapida que puede corregir una hipocalcemia amenazante en cuestion de minutos Las concentraciones elevadas de PTH provocan la excrecion de iones fosfato a traves de la orina Dado que los fosfatos se combinan con los iones de calcio para formar sales insolubles ver tambien mineral oseo una disminucion en el nivel de fosfatos en la sangre libera iones de calcio libres en la reserva de calcio ionizado en plasma La PTH tiene una segunda accion sobre los rinones Estimula la fabricacion y liberacion por los rinones de calcitriol a la sangre Esta hormona esteroidea actua sobre las celulas epiteliales de la parte superior del intestino delgado aumentando su capacidad para absorber calcio del contenido intestinal a la sangre 26 El segundo mecanismo homeostatico con sus sensores en la glandula tiroides libera calcitonina en la sangre cuando aumenta el calcio ionizado en sangre Esta hormona actua principalmente sobre los huesos provocando la rapida eliminacion del calcio de la sangre y depositandolo en forma insoluble en los huesos 27 Los dos mecanismos homeostaticos que actuan a traves de la PTH por un lado y la calcitonina por el otro pueden corregir muy rapidamente cualquier error inminente en el nivel de calcio ionizado en plasma ya sea eliminando el calcio de la sangre y depositandolo en el esqueleto o eliminandolo de el El esqueleto actua como un deposito de calcio extremadamente grande alrededor de 1 kg en comparacion con el deposito de calcio en plasma alrededor de 180 mg La regulacion a mas largo plazo se produce a traves de la absorcion o perdida de calcio del intestino Otro ejemplo son los endocannabinoides mejor caracterizados como la anandamida N araquidonoiletanolamida AEA y el 2 araquidonilglicerol 2 AG cuya sintesis se produce mediante la accion de una serie de enzimas intracelulares activadas en respuesta a un aumento de los niveles de calcio intracelular para iniciar la homeostasis y la prevencion del desarrollo de tumores a traves de supuestos mecanismos de proteccion que previenen el crecimiento y la migracion celular mediante la activacion de CB1 y o CB2 y receptores adyacentes Regulacion del cobre Editar Regulacion del sodio Editar Articulos principales Sistema renina angiotensina aldosterona Hiponatremiae Hipernatremia El mecanismo homeostatico que controla la concentracion de sodio plasmatico es bastante mas complejo que la mayoria de los otros mecanismos homeostaticos descritos en esta pagina El sensor esta situado en el aparato yuxtaglomerular de los rinones que detecta la concentracion de sodio plasmatico de una manera sorprendentemente indirecta En lugar de medirlo directamente en la sangre que pasa por las celulas yuxtaglomerulares estas celulas responden a la concentracion de sodio en el liquido tubular renal despues de que ya ha sufrido una cierta modificacion en el tubulo contorneado proximal y el asa de Henle Estas celulas tambien responden a la velocidad del flujo sanguineo a traves del aparato yuxtaglomerular que en circunstancias normales es directamente proporcional a la presion arterial lo que convierte a este tejido en un sensor de presion arterial auxiliar 28 En respuesta a una disminucion de la concentracion de sodio plasmatico o una disminucion de la presion arterial las celulas yuxtaglomerulares liberan renina en la sangre La renina es una enzima que escinde un decapeptido una cadena de proteina corta de 10 aminoacidos de longitud de una a 2 globulina plasmatica llamada angiotensinogeno Este decapeptido se conoce como angiotensina I No tiene actividad biologica conocida Sin embargo cuando la sangre circula por los pulmones una enzima endotelial de los capilares pulmonares llamada enzima convertidora de angiotensina ECA escinde otros dos aminoacidos de la angiotensina I para formar un octapeptido conocido como angiotensina II La angiotensina II es una hormona que actua sobre la corteza suprarrenal provocando la liberacion a la sangre de la hormona esteroidea aldosterona La angiotensina II tambien actua sobre el musculo liso de las paredes de las arteriolas lo que hace que estos vasos de pequeno diametro se contraigan lo que restringe la salida de sangre del arbol arterial lo que hace que aumente la presion arterial Esto por lo tanto refuerza las medidas descritas anteriormente vease presion arterial que mantiene la presion arterial frente a cambios especialmente hipotension La liberacion de renina esta controlada por los niveles en sangre de potasio y angiotensina II 29 La aldosterona estimulada por la angiotensina II liberada del area glomerular de las glandulas suprarrenales tiene un efecto particularmente sobre las celulas epiteliales de los tubulos contorneados distales y los conductos colectores de los rinones Aqui provoca la reabsorcion de iones de sodio del liquido tubular renal a cambio de iones de potasio que se secretan del plasma sanguineo al liquido tubular para salir del cuerpo a traves de la orina La reabsorcion de iones de sodio del liquido tubular renal detiene mas perdidas de iones de sodio del cuerpo y por lo tanto previene el empeoramiento de la hiponatremia La hiponatremia solo puede corregirse mediante el consumo de sal en la dieta Sin embargo no es seguro si la hiponatremia puede iniciar un hambre de sal o por que mecanismo podria ocurrir Cuando la concentracion plasmatica de iones de sodio es mayor de lo normal hipernatremia se detiene la liberacion de renina del aparato yuxtaglomerular cesando la produccion de angiotensina II y la consiguiente liberacion de aldosterona a la sangre Los rinones responden excretando iones de sodio en la orina normalizando asi la concentracion plasmatica de iones de sodio Los niveles bajos de angiotensina II en la sangre reducen la presion arterial como una respuesta concomitante inevitable La reabsorcion de iones de sodio del liquido tubular como resultado de niveles altos de aldosterona en la sangre no hace por si misma que el agua tubular renal regrese a la sangre desde los tubulos contorneados distales o los conductos colectores Esto se debe a que el sodio se reabsorbe a cambio de potasio y por lo tanto solo provoca un cambio modesto en el gradiente osmotico entre la sangre y el liquido tubular Ademas el epitelio de los tubulos contorneados distales y los conductos colectores es impermeable al agua en ausencia de hormona antidiuretica ADH en la sangre La ADH es parte del control del balance de fluidos Sus niveles en sangre varian con la osmolalidad del plasma que se mide en el hipotalamo del cerebro La accion de la aldosterona sobre los tubulos renales previene la perdida de sodio al liquido extracelular ECF Por lo tanto no hay cambios en la osmolalidad del ECF y por lo tanto no hay cambios en la concentracion de ADH en el plasma Sin embargo los niveles bajos de aldosterona provocan una perdida de iones sodio del ECF lo que potencialmente podria causar un cambio en la osmolalidad extracelular y por lo tanto en los niveles de ADH en sangre Regulacion del potasio Editar Los niveles de aldosterona en sangre estan controlados por tres mecanismos El principal es el sistema renina angiotensina aldosterona los niveles de potasio representan un mecanismo independiente mientras que la ACTH juega un papel menor Las concentraciones altas de potasio en el plasma provocan la despolarizacion de las membranas celulares de la zona glomerular en la capa externa de la corteza suprarrenal 30 La aldosterona actua principalmente sobre los tubulos contorneados distales y los conductos colectores de los rinones estimulando la excrecion de iones de potasio en la orina 31 Sin embargo lo hace activando las bombas basolaterales de Na K de las celulas epiteliales tubulares Estos intercambiadores de sodio potasio bombean tres iones de sodio fuera de la celula hacia el liquido intersticial y dos iones de potasio hacia la celula desde el liquido intersticial Esto crea un gradiente de concentracion ionica que da como resultado la reabsorcion de iones de sodio Na del liquido tubular a la sangre y la secrecion de iones de potasio K de la sangre a la orina luz del conducto colector Homeostasis de fluidos Editar Articulos principales Osmorregulaciony Sed La cantidad total de agua en el cuerpo debe mantenerse en equilibrio a pesar del continuo intercambio con el medio externo Las fuentes principales de agua son la ingesta de liquidos y el agua presente en los alimentos ademas de la sintetizada por reacciones de oxidacion principalmente de glucidos o grasas conocida como agua metabolica En el ser humano el agua metabolica representa alrededor de 200 ml dia frente a los 2100 ml dia que ingresan por la ingesta Las perdidas de agua se producen a traves de la piel incluso sin sudoracion y vias respiratorias por sudoracion en las heces y en los rinones que la expulsan con la orina 32 El equilibrio de liquidos implica mantener el volumen de liquido estabilizado y tambien mantener estables los niveles de electrolitos en el liquido extracelular El equilibrio de liquidos se mantiene mediante el proceso de osmorregulacion y mediante el comportamiento La presion osmotica es detectada por osmorreceptores en el nucleo preoptico medio del hipotalamo 33 34 La medicion de la osmolalidad plasmatica para dar una indicacion del contenido de agua del cuerpo se basa en el hecho de que las perdidas de agua del cuerpo a traves de la piel que no es completamente impermeable vapor de agua en el aire exhalado la sudoracion los vomitos las heces normales y especialmente la diarrea son todas hipotonicas lo que significa que son menos saladas que los fluidos corporales comparese por ejemplo el sabor de la saliva con el de las lagrimas Las lagrimas tienen casi el mismo contenido de sal que el liquido extracelular mientras que la saliva es hipotonica con respecto al plasma la saliva no tiene un sabor salado mientras que las lagrimas son decididamente saladas Casi todas las perdidas normales y anormales de agua corporal hacen que el liquido extracelular se vuelva hipertonico Por el contrario la ingesta excesiva de liquido diluye el liquido extracelular y hace que el hipotalamo registre condiciones de hiponatremia hipotonica Cuando el hipotalamo detecta un ambiente extracelular hipertonico provoca la secrecion de la hormona antidiuretica ADH llamada tambien vasopresina que actua sobre el organo efector que en este caso es el rinon El efecto de la vasopresina sobre los tubulos renales es reabsorber el agua de los tubulos contorneados distales y los conductos colectores evitando asi el agravamiento de la perdida de agua a traves de la orina 33 El hipotalamo estimula simultaneamente el centro de sed cercano provocando una urgencia casi irresistible si la hipertonicidad es lo suficientemente severa de beber agua 35 36 El cese del flujo de orina evita que la hipovolemia y la hipertonicidad empeoren beber agua corrige el defecto Existe un mecanismo neuronal muy similar al del centro de la sed para el control del apetito por la sal 37 La hipoosmolalidad da como resultado niveles plasmaticos de ADH muy bajos Esto da como resultado la inhibicion de la reabsorcion de agua de los tubulos renales lo que provoca la excrecion de grandes volumenes de orina muy diluida eliminando asi el exceso de agua en el cuerpo La perdida de agua por la orina cuando el homeostato del agua corporal esta intacto es una perdida de agua compensatoria que corrige cualquier exceso de agua en el cuerpo Sin embargo dado que los rinones no pueden generar agua el reflejo de la sed es el segundo mecanismo efector mas importante del homeostato del agua corporal que corrige cualquier deficit de agua en el cuerpo Homeostasis del pH Editar Articulo principal Homeostasis acido base Un cambio en el pH del plasma produce un desequilibrio acido base acidosis o alcalosis que debe ser corregido 38 La homeostasis acido base en los liquidos corporales esta controlada por tres sistemas principales los sistemas de amortiguacion que corrigen las desviaciones en una fraccion de segundo el centro respiratorio elimina CO2 y por tanto ion bicarbonato en minutos y los rinones mecanismo homeostatico mas potente pero mas lento 39 El pH plasmatico puede verse alterado por cambios respiratorios en la presion parcial de dioxido de carbono o alterado por cambios metabolicos en la proporcion de acido carbonico a ion bicarbonato El sistema tampon de bicarbonato regula la proporcion de acido carbonico a bicarbonato para que sea igual a 1 20 en cuya proporcion el pH de la sangre es de 7 4 como se explica en la ecuacion de Henderson Hasselbalch pero no anade ni elimina iones del organismo La compensacion respiratoria un mecanismo del centro respiratorio ajusta la presion parcial de dioxido de carbono al cambiar la frecuencia y la profundidad de la respiracion para que el pH vuelva a la normalidad La presion parcial de dioxido de carbono tambien determina la concentracion de acido carbonico y el sistema tampon de bicarbonato tambien puede entrar en juego La compensacion renal puede ayudar al sistema tampon de bicarbonato El sensor para la concentracion de bicarbonato en plasma no se conoce con certeza Es muy probable que las celulas de los tubulos renales de los tubulos contorneados distales sean sensibles al pH del plasma El metabolismo de estas celulas produce dioxido de carbono que se convierte rapidamente en hidrogeno y bicarbonato mediante la accion de la anhidrasa carbonica Cuando el pH del fluido extracelular cae se vuelve mas acido las celulas tubulares renales excretan iones de hidrogeno en el liquido tubular para eliminarlo del cuerpo a traves de la orina Los iones de bicarbonato se secretan simultaneamente a la sangre lo que disminuye el acido carbonico y en consecuencia aumenta el pH plasmatico Lo contrario ocurre cuando el pH del plasma se eleva por encima de lo normal los iones de bicarbonato se excretan en la orina y los iones de hidrogeno se liberan en el plasma 39 38 Cuando los iones de hidrogeno se excretan en la orina y el bicarbonato en la sangre este ultimo se combina con el exceso de iones de hidrogeno en el plasma que estimula a los rinones para realizar esta operacion La reaccion resultante en el plasma es la formacion de acido carbonico que esta en equilibrio con la presion parcial plasmatica de dioxido de carbono Existe una regulacion estricta para garantizar que no haya una acumulacion excesiva de acido carbonico o bicarbonato Por lo tanto el efecto general es que los iones de hidrogeno se pierden en la orina cuando cae el pH del plasma El aumento concomitante del bicarbonato plasmatico elimina el aumento de iones de hidrogeno causado por la caida del pH plasmatico y el exceso de acido carbonico resultante se elimina en los pulmones como dioxido de carbono Esto restaura la relacion normal entre el bicarbonato y la presion parcial de dioxido de carbono y por tanto el pH del plasma Lo contrario ocurre cuando un pH plasmatico alto estimula a los rinones para que secreten iones de hidrogeno en la sangre y excreten bicarbonato en la orina Los iones de hidrogeno se combinan con el exceso de iones de bicarbonato en el plasma formando nuevamente un exceso de acido carbonico que se puede exhalar como dioxido de carbono en los pulmones manteniendo la concentracion de iones de bicarbonato en plasma la presion parcial de dioxido de carbono y por tanto el pH plasmatico constante 39 Liquido cefalorraquideo Editar El liquido cefalorraquideo LCR permite la regulacion de la distribucion de sustancias entre las celulas cerebrales y factores neuroendocrinos cambios leves de los cuales pueden causar problemas o danos al sistema nervioso Por ejemplo una alta concentracion de glicina interrumpe el control de la temperatura y la presion arterial y un pH alto del LCR provoca mareos y sincope cita requerida La presion del liquido cefalorraquideo se mantiene constante alrededor de 10 mm de Hg en posicion horizontal 40 Neurotransmision Editar Las neuronas inhibidoras del sistema nervioso central juegan un papel homeostatico en el equilibrio de la actividad neuronal entre la excitacion y la inhibicion Las neuronas inhibidoras que utilizan GABA realizan cambios compensadores en las redes neuronales que evitan los niveles de excitacion descontrolados 41 Desequilibrios entre la excitacion y la inhibicion estan implicados en una serie de trastornos neuropsiquiatricos Sistema Neuroendocrino Editar Articulos principales Metabolismo Circulacion enterohepaticay Ruta metabolica El sistema neuroendocrino es el mecanismo por el cual el hipotalamo mantiene la homeostasis regulando el metabolismo la reproduccion la conducta de comer y beber la utilizacion de energia la osmolaridad y la presion arterial 42 La regulacion del metabolismo se lleva a cabo mediante interconexiones hipotalamicas con otras glandulas Tres glandulas endocrinas del eje hipotalamico pituitario gonadal eje HPG a menudo trabajan juntas y tienen importantes funciones reguladoras Otros dos ejes endocrinos reguladores son el eje hipotalamico hipofisario adrenal eje HHA y el eje hipotalamico pituitario tiroideo eje HPT El higado tambien tiene muchas funciones reguladoras del metabolismo Una funcion importante es la produccion y control de acidos biliares Demasiado acido biliar puede ser toxico para las celulas y su sintesis puede inhibirse mediante la activacion del receptor nuclear FXR Regulacion genica Editar Articulo principal Regulacion de la expresion genica A nivel celular la homeostasis se lleva a cabo mediante varios mecanismos incluida la regulacion transcripcional que puede alterar la actividad de los genes en respuesta a cambios Homeostasis energetica Editar Articulo principal Homeostasis energetica La cantidad de energia absorbida a traves de la nutricion debe coincidir con la cantidad de energia utilizada Para lograr la homeostasis energetica el apetito esta regulado por el hipotalamo e implica al menos a dos hormonas grelina y leptina La grelina estimula el hambre y la ingesta de alimentos y la leptina actua para indicar saciedad plenitud 43 Homeostasis en la Biosfera EditarEl termino biosfera acunado por el geologo Eduard Suess en 1875 44 y posteriormente desarrollado en la decada de 1920 por Vladimir I Vernadsky precediendo a la introduccion en 1935 del termino ecosistema por Arthur Tansley Vernadsky describio la vida en la Tierra como una entidad unica un fenomeno global que transforma la energia del Sol y recicla la materia en lo que hoy se conoce como ciclos biogeoquimicos 45 En la hipotesis Gaia James Lovelock afirmo que toda la masa de materia viva en la Tierra o cualquier planeta con vida funciona como un vasto superorganismo homeostatico que modifica activamente su entorno planetario para producir las condiciones ambientales necesarias para su propia supervivencia Desde este punto de vista todo el planeta mantiene varias homeostasis la principal es la homeostasis de la temperatura Si este tipo de sistema esta presente en la Tierra esta abierto a debate Sin embargo generalmente se aceptan algunos mecanismos homeostaticos relativamente simples Por ejemplo a veces se afirma que cuando aumentan los niveles de dioxido de carbono en la atmosfera ciertas plantas pueden crecer mejor y por lo tanto actuar para eliminar mas dioxido de carbono de la atmosfera Sin embargo el calentamiento ha exacerbado las sequias convirtiendo al agua en el factor limitante real en la tierra Cuando la luz solar es abundante y la temperatura atmosferica aumenta se ha afirmado que el fitoplancton de las aguas superficiales del oceano que actua como luz solar global y por lo tanto como sensores de calor puede prosperar y producir mas sulfuro de dimetilo DMS Las moleculas de DMS actuan como nucleos de condensacion de nubes que producen mas nubes y asi aumentan el albedo atmosferico y este retroalimenta para bajar la temperatura de la atmosfera Sin embargo el aumento de la temperatura del mar ha estratificado los oceanos separando las aguas calidas e iluminadas por el sol de las frias y ricas en nutrientes Por lo tanto los nutrientes se han convertido en el factor limitante y los niveles de plancton han disminuido en los ultimos 50 anos no han aumentado A medida que los cientificos descubren mas sobre la Tierra se estan descubriendo un gran numero de circuitos de retroalimentacion positiva y negativa que en conjunto mantienen una condicion metaestable a veces dentro de un rango muy amplio de condiciones ambientales Homeostasis psicologica EditarEste termino fue introducido por W B Cannon en 1932 y designa la tendencia general de todo organismo al restablecimiento del equilibrio interno cada vez que este es alterado Estos desequilibrios internos que pueden darse tanto en el plano fisiologico como en el psicologico reciben el nombre generico de necesidades De esta manera la vida de un organismo puede definirse como la busqueda constante de equilibrio entre sus necesidades y su satisfaccion Toda accion tendente a la busqueda de ese equilibrio es en sentido lato una conducta Homeostasis cibernetica EditarEn cibernetica la homeostasis es el rasgo de los sistemas autorregulados ciberneticos que consiste en la capacidad para mantener ciertas variables en un estado estacionario de equilibrio dinamico o dentro de ciertos limites cambiando parametros de su estructura interna En la decada de 1940 William Ross Ashby diseno un mecanismo al que llamo homeostato capaz de mostrar una conducta ultraestable frente a la perturbacion de sus parametros esenciales Las ideas de Ashby desarrolladas en su Design for a Brain dieron lugar al campo de estudio de los sistemas biologicos como sistemas homeostaticos y adaptativos en terminos de matematica de sistemas dinamicos Este investigador britanico formado en Cambridge en biologia y en antropologia marco pautas y nuevos enfoques que han trascendido a otros campos disciplinarios como la filosofia y la misma epistemologia Incluyo este concepto para explicar los fundamentos epistemologicos que propone Anota lo siguiente Hablemos ahora sobre el problema de estudiar la homeostasis comunicacional de una constelacion familiar En terminos generales nos parece que las familias que poseen miembros esquizofrenicos conocidos son estrechamente homeostaticas Todo sistema vivo sufre cambios en todo momento y dia tras dia de modo que es concebible representar esos cambios mediante sinuosidades de una curva en un grafico multidimensional o espacio de fase en el que cada variable necesaria para la descripcion de los estados del sistema esta representada por una dimension del grafico Especificamente cuando digo que esas familias son estrechamente homeostaticas quiero significar que las sinuosidades de ese grafico o de un determinado punto situado en el espacio de fase abarcara un volumen relativamente limitado El sistema es homeostatico en el sentido de que cuando se aproxima a los limites de sus zonas de libertad la direccion de su senda cambiara de tal manera que las sinuosidades nunca cruzaran los limites Vease tambien EditarCibernetica Cronobiologia Ley de Lenz Osmorregulacion Principio de Le Chatelier Realimentacion TermorregulacionReferencias Editar ὅmoios Henry George Liddell Robert Scott A Greek English Lexicon en Perseus stasis Henry George Liddell Robert Scott A Greek English Lexicon en Perseus Cannon W B 1926 Physiological regulation of normal states some tentative postulates concerning biological homeostatics En A Pettit ed A Charles Richet ses amis ses collegues ses eleves Paris Editions Medicales p 91 Cannon W B 1929 Organization For Physiological Homeostasis Physiol Rev 9 399 431 Cannon W B 1932 The Wisdom of the Body W W Norton amp Company Inc Nueva York Karl Ludwig von Bertalanffy aber vom Menschen wissen wir nichts English title Robots Men and Minds translated by Dr Hans Joachim Flechtner p 115 Econ Verlag GmbH 1970 Dusseldorf Wien 1st edition Langley L L 1982 homeostasis Madrid alhambra pp 6 8 Guyton 2006 p 3 9 Guyton 2006 p 894 898 Guyton 2006 p 896 897 Guyton 2006 p 898 899 Guyton 2006 p 889 900 Guyton y 2006 Control conductual de la temperatura corporal p 897 898 Guyton 2006 p 895 896 Guyton 2006 p 895 Guyton 2006 p 892 893 Guyton 2006 p 893 894 Guyton 2006 p 514 523 Guyton 2006 p 545 552 Guyton 2006 p 537 544 Guyton 2006 p 422 424 Braunwald y Isselbacher 1989 p 1820 1822 Guyton 2006 p 163 216 231 Guyton 2006 p 425 426 Guyton 2006 p 978 995 Braunwald y Isselbacher 1989 p 2269 2273 Guyton 2006 p 988 989 Braunwald y Isselbacher 1989 p 2142 2143 Guyton 2006 p 224 Braunwald y Isselbacher 1989 p 2142 2144 Guyton 2006 p 948 Guyton 2006 p 291 292 a b Guyton 2006 p 358 361 Braunwald y Isselbacher 1989 p 2106 Guyton 2006 p 361 364 Braunwald y Isselbacher 1989 p 2107 Guyton 2006 p 363 364 a b Braunwald y Isselbacher 1989 p 258 265 a b c Guyton 2006 p 383 400 Guyton 2006 p 763 766 Snyder Solomon H 1992 Drogas y cerebro Barcelona Prensa Cientifica S A ISBN 84 7593 050 6 Guyton 2006 p 732 734 Guyton 2006 p 734 870 1 Suess Eduard 1875 Die Entstehung der Alpen Viena Wilhelm Braumuller p 159 Margulis y Sagan 2009 p 44 47 Bibliografia EditarGuyton Arthur C 2006 Tratado de fisiologia medica 11ª edicion Elsevier Espana S A ISBN 978 84 8174 926 7 Braunwald Eugene Isselbacher Kurt J eds 1989 1987 Harrison s Principles of Internal Medicine Principios de Medicina Interna 11ª 7ª en espanol edicion Mexico D F Interamericana McGraw Hill ISBN 968 422 070 7 Margulis Lynn Sagan Dorion 2009 Que es la vida 3ª edicion Barcelona Tusquets Editores S A ISBN 978 84 7223 799 5 Margulis Lynn Sagan Dorion 2003 Captando genomas 1ª edicion Barcelona Kairos ISBN 84 7245 551 3 Lovelock James 2009 La venganza de la Tierra Barcelona Planeta S A ISBN 978 84 08 07867 8 Enlaces externos Editar Wikcionario tiene definiciones y otra informacion sobre homeostasis El Diccionario de la Real Academia Espanola tiene una definicion para homeostasis Homeostasis biology innovation co uk Datos Q103191 Multimedia HomeostasisObtenido de https es wikipedia org w index php title Homeostasis amp oldid 137710896, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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