En realidad, las condiciones internas del cuerpo humano nunca son exactamente estáticas. Por el contrario, siempre se esfuerzan por alcanzar el estado de equilibrio óptimo. En otras palabras, la homeostasis es un estado de equilibrio dinámico caracterizado por diferentes respuestas a los cambios en los entornos externo e interno. Estos cambios pueden producirse dentro o fuera de la célula, el tejido, el órgano o el organismo.
La importancia de la homeostasis
La homeostasis es esencial para el funcionamiento y la supervivencia de los organismos. La homeostasis es importante para mantener la estructura de las proteínas, el potencial hídrico del organismo y adaptar con éxito la temperatura del cuerpo a las condiciones externas cambiantes.
Mantenimiento de la estructura de las proteínas
Las proteínas son macromoléculas abundantes, esenciales para que las células funcionen eficazmente. Sin embargo, las proteínas son muy sensibles a los cambios de pH y temperatura. Cualquier cambio en estos factores hace que las proteínas se desnaturalicen y pierdan su estructura nativa. Cuando se pierde la estructura nativa de una proteína, es probable que ésta se vuelva ineficaz u obsoleta en su función.
Las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones biológicas. La estructura de la enzima es muy importante para su función. Las enzimas tienen un sitio activo cuya estructura es complementaria a la de su sustrato y permite la unión de las dos moléculas. Incluso un pequeño cambio en el pH o la temperatura altera la estructura del sitio activo y puede perjudicar la eficacia de la enzima.
Las proteínas desnaturalizadas son menos solubles y es más probable que formen agregados insolubles. Estos agregados pueden acumularse dentro o fuera de la célula y causar complicaciones. Por ejemplo, la muerte celular irreversible.
Mantener el potencial hídrico
El potencial hídrico es importante tanto para las células vegetales como para las animales. Como sabemos, el agua siempre se desplaza de un sistema de alto potencial hídrico a un sistema de bajo potencial hídrico.
En las plantas, las células tienen una pared celular de celulosa que las protege. Por tanto, las células sólo se vuelven turgentes cuando entra agua, y se arrugan cuando el agua sale de ellas (Figura 1).
Fig. 1 - Células vegetales en soluciones hipertónicas, isotónicas e hipotónicas
En cambio, las células animales no tienen pared celular, por lo que existe riesgo de daño celular cuando entra o sale demasiada agua (Figura 2). Mantener los niveles de glucosa en sangre en un equilibrio dinámico es esencial para garantizar un potencial hídrico constante para las células. También garantiza que las células reciban una cantidad suficiente de glucosa para utilizarla en la respiración.
Plasmólisis y deplasmólisis es irreversible en las células animales, mientras que la plasmólisis en las células vegetales es reversible.
Fig. 2 - Glóbulos ro jos en soluciones hipertónicas, isotónicas e hipotónicas
Adaptación a un ámbito geográfico más amplio
La capacidad de mantener la temperatura interna del cuerpo a un nivel constante permite a los animales ser más independientes de su entorno externo. Por tanto, podrán sobrevivir en una mayor variedad de áreas geográficas y en climas diferentes. Esta característica ha permitido a los mamíferos habitar en la mayoría de los hábitats, desde los calurosos desiertos hasta las gélidas regiones polares.
Mecanismos de control de la homeostasis
Para que cualquier mecanismo homeostático funcione eficazmente, son necesarios cinco componentes (Figura 3):
- Unpunto óptimo: la condición óptima en la que el sistema funciona mejor.
- Un sensor: el receptor o grupo de receptores que detectarían cualquier cambio o desviación del valor deseado.
- Uncoordinador: el centro de control conserva el valor del punto óptimo y tiene una forma de comparar el valor actual, proporcionado por el sensor, con el deseado.
- Unefector : el órgano efector, a menudo un músculo o una glándula secretora, que tiene la capacidad de cambiar el valor de la variable al valor determinado por el coordinador.
- Un mecanismo de retroalimentación: el mecanismo por el que el receptor responde al cambio de la variable, ya que se resintoniza con el punto óptimo debido a la acción del efector. Existen dos tipos de mecanismos de retroalimentación: negativos y positivos.
Fig. 3 - Circuito de retroalimentación negativa y regulación de la temperatura corporal en el cuerpo para volver a la homeostasis
Mecanismos de retroalimentación negativa
La retroalimentación negativa es el tipo más común de retroalimentación en los organismos vivos. En la retroalimentación negativa, el receptor detecta la necesidad de restablecer el punto óptimo. Transmite la señal al centro de control, que desactiva el efector.
Termorregulación
Un ejemplo de retroalimentación negativa es cómo se regula la temperatura corporal en endotermos como los mamíferos. Éstos necesitan mantener su temperatura corporal a un nivel relativamente constante, a pesar de las fluctuaciones de la temperatura de su entorno.
La temperatura óptima del cuerpo humano oscila entre 36 °C y 38 °C. En el ser humano hay dos sensores diferentes que detectan los cambios de temperatura:
- Las células sensoriales de la piel detectan los cambios de temperatura externa.
- Células sensoriales en el hipotálamo que detectan los cambios de temperatura interna.
Estos sensores están conectados al hipotálamo, que es el centro de control de la temperatura corporal. Cuando las células sensoriales detectan una ligera desviación de la temperatura corporal respecto a su valor óptimo, envían señales al hipotálamo, que activa diversos mecanismos para restablecer la temperatura corporal central. Estos mecanismos incluyen
En respuesta a ambientes externos fríos:
- Vasoconstricción de las arteriolas próximas a la piel. Las arteriolas se "encogen", reduciendo el diámetro del vaso sanguíneo y la cantidad de sangre que circula cerca de la piel. Al haber menos pérdida de calor al medio ambiente, se conserva el calor corporal.
- Temblor de los músculos esqueléticos. Esto produce calor metabólico, es decir, calor que se genera a partir de la producción de ATP.
- Activación de los músculos erectores del pelo. Esto es la elevación del vello de lapiel, que crea una capa aislante de aire y ayuda a conservar el calor corporal.
- Aumento del metabolismo y quema de grasa. Esto ayuda a generar más calor metabólico para elevar la temperatura corporal central.
- Los humanos y los animales también utilizan mecanismos de comportamiento para evitar la pérdida de calor. Estos mecanismos incluyen buscar refugio, acurrucarse o abrazarse las rodillas, lo que ayuda a reducir la pérdida de calor reduciendo la relación volumen/superficie.
En respuesta a ambientes externos calientes
- Vasodilatación de las arteriolas superficiales. Esto aumenta el flujo sanguíneo a la piel permitiendo un mayor intercambio de calor con el entorno.
- Aumento de la secreción de sudor. Esta permite que el cuerpo pierda calor al evaporarse más agua de la piel.
- Relajación de los músculos erectores del vello. Esto hace descender el vello de la piel. Como resultado, se elimina la capa aislante permitiendo que la piel pierda más calor.
- Adaptaciones del comportamiento, como evitar el sol, permanecer a la sombra o saltar al agua.
Regulación del calcio
Los niveles de calcio en sangre también se regulan mediante un mecanismo de retroalimentación negativa que requiere la acción de las distintas hormonas. Una hormona importante implicada es la hormona paratiroidea (PTH). Esta hormona es liberada por la glándula paratiroides en respuesta a los niveles bajos de calcio en sangre.
La PTH aumenta los niveles de calcio en sangre mediante:
- Aumentando la resorción ósea en los huesos.
- Aumentando la absorción de calcio en el intestino.
- Disminuyendo la excreción de calcio en los riñones.
Osmorregulación
Otro ejemplo de retroalimentación negativa es la osmorregulación. La ADH (hormona antidiurética) se segrega en respuesta a la deshidratación. La ADH actúa sobre los riñones y estimula la retención de agua. Sin embargo, a medida que el cuerpo se hidrata, se inhibe la liberación de ADH (Figura 3).
Fig. 4 - Regulación de los niveles de agua corporal por retroalimentación negativa impulsada por la hormona antidiurética (ADH)
Retroalimentación positiva
La retroalimentación positiva es bastante rara en los sistemas biológicos. Consiste en provocar una desviación aún mayor del punto óptimo tras detectar una pequeña desviación. Un ejemplo de retroalimentación positiva se produce durante el parto. La contracción uterina estimula la liberación de oxitocina, que a su vez estimula más contracciones. Por tanto, esto provoca un aumento tanto de la intensidad como de la frecuencia de las contracciones durante el parto (Figura 5).
Fig. 5 - Retroalimentación positiva durante el parto
Homeostasis - Puntos clave
- La homeostasis es un estado de equilibrio dinámico caracterizado por distintas respuestas a los cambios del entorno externo e interno. Se compone de muchos procesos que intentan mantener las condiciones internas del cuerpo a pesar de los cambios en el entorno externo.
- La homeostasis es importante por varias razones. Entre ellas están el mantenimiento del potencial hídrico de la sangre, la prevención de la desnaturalización de las proteínas y el aumento de las posibilidades de supervivencia en una gama geográfica más amplia de hábitats.
- Los mecanismos homeostáticos deben tener cinco componentes necesarios. Estos incluyen
- Un punto óptimo
- Un sensor
- Un coordinador o centro de control
- Un efector
- Un mecanismo de retroalimentación
- Hay dos tipos de retroalimentación: Negativa y positiva.
- La retroalimentación negativa es el principal mecanismo de retroalimentación en los procesos homeostáticos. Consiste en devolver la condición al punto óptimo.
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