Respuesta a los estímulos
Una respuestaa un estímulo es cualquier cambio en el estado o la actividad de una célula o un organismo en respuesta a una señal o sustancia externa o interna (el estímulo).
Tanto nuestro cuerpo como nuestras células individuales reaccionan constantemente a estímulos que pueden proceder del exterior (como el pinchazo de una aguja) o del propio cuerpo (como la liberación de una hormona determinada).
Responder a los estímulos es esencial para la supervivencia. Es el proceso que permite a un conejo correr cuando ve a un zorro, y también permite que las heridas se sellen mediante la coagulación, de modo que no nos desangramos cuando nos cortamos. Sin embargo, el cuerpo también necesita volver a su estado de reposo para sobrevivir. El conejo moriría de agotamiento si nunca dejara de correr una vez que se pone en marcha, y nosotros corremos el riesgo de que se formen coágulos de sangre si no se controla el proceso de coagulación. Mantener un medio interno constante se conoce como homeostasis.
Mecanismos de la homeostasis
Lahomeostasis se define como la regulación y el mantenimiento de un medio interno constante.
Hay dos formas de regular este medio interno cuando se producen cambios:
- Circuitos de retroalimentación negativa
- Bucles de retroalimentación positiva
Bucle de retroalimentación negativa
El equilibrio homeostático se mantiene mediante mecanismos de control que regulan todos los organismos. La mayoría de estos mecanismos se denominan bucles de control de retroalimentación negativa porque contrarrestan cualquier cambio y restablecen el equilibrio anterior mediante acciones correctoras.
Se detecta un cambio cuando cualquier factor relevante para el equilibrio homeostático sube por encima o baja por debajo de un determinado valor óptimo. Una vez detectado y evaluado el cambio, se desencadena una respuesta para disminuir o aumentar el factor que sigue al cambio. Estas correcciones mantienen la estabilidad de diversos factores, como la temperatura interna (termorregulación) de los sistemas biológicos, incluso cuando la temperatura externa varía de forma incontrolada. La figura 1 ejemplifica un mecanismo genérico de bucle negativo.
Bucle de retroalimentación positiva
También existen mecanismos de control homeostático menos comunes, necesarios para la supervivencia del organismo, denominados bucles de realimentación positiva.
Los bucles positivos potencian el cambio una vez detectado por los estímulos en lugar de corregirlo. Estos sistemas son mucho menos comunes porque conducen a cascadas de sucesos repetitivos que potencian los estímulos. Este tipo de bucle positivo es inestable por naturaleza, pero también puede ser muy importante para la homeostasis.
La coagulación de la sangre se produce a través de un bucle de retroalimentación positiva que garantiza que no nos desangramos cuando nos cortamos, y las paredes de nuestros vasos sanguíneos se abren.
La coagulación de la sangre es un proceso que requiere la agregación plaquetaria. Una vez recibido el estímulo de que el vaso se abre al exterior, se desencadena la agregación plaquetaria. Las propias plaquetas favorecen su acumulación en el lugar de la lesión, liberando sustancias químicas y taponando la hemorragia.
Del estímulo a la respuesta
Un estímulo es cualquier cambio detectable en un factor ambiental o fisiológico. Estos factores pueden incluir cualquier condición necesaria para el funcionamiento óptimo y la supervivencia del organismo y sus células, como la temperatura o el pH celular. Los receptores detectan los estímulos.
Los receptores son proteínas complementarias a una molécula específica o a un tipo de estímulo. Se encuentran intracelular y extracelularmente y pueden iniciar reacciones posteriores una vez estimulados.
Coordinación y respuesta
Cualquier variación respecto a un nivel óptimo estimula a los receptores. Esto desencadena una respuesta adaptativa de los órganos efectores que corrige el desequilibrio. Estas respuestas pueden ser complicadas, sobre todo en organismos pluricelulares como animales y plantas, donde los receptores reciben estímulos en una parte del cuerpo y los efectores generan una respuesta en otra parte del cuerpo.
Losórganos ef ectores producen una respuesta al estímulo. Esto incluye el músculo esquelético y las glándulas.
Esto requiere sistemas de coordinación que conecten los receptores con los efectores mediante señales y centros de control. En los animales, esto ocurre a través de los sistemas nervioso y endocrino mediante señales eléctricas o químicas/hormonales. En las plantas, estas reacciones se producen a través de sistemas químicos como las hormonas vegetales.
Estímulos externos
Los estímulos externos son cambios en los factores ambientales, es decir, condiciones externas al organismo que pueden afectar a su funcionamiento. Esto incluye la temperatura ambiental o las amenazas para la supervivencia, como los peligros ambientales.
Nuestros cinco sentidos perciben estímulos externos, como el tacto, la vista, el oído, el olfato y el gusto. Incluyen varios tipos de receptores que pueden detectar cambios ambientales.
Por ejemplo, cuando cruzas una carretera, miras a ambos lados para evaluar el tráfico que se aproxima y que puede suponer una amenaza para ti. Los estímulos visuales y sonoros se reciben a través de receptores en nuestros ojos y oídos, se evalúan en nuestro centro de control en el sistema nervioso, y se toma la decisión de esperar o caminar, que ejecutan los órganos efectores (células musculares) si eliges caminar.
Estímulos internos
Los estímulos internos son el resultado de variaciones en los factores fisiológicos detectados por los receptores internos. Estos factores incluyen la presión sanguínea sistémica y el contenido de agua en sangre.
La presión arterial debe mantenerse a un nivel relativamente constante para garantizar que el flujo sanguíneo y el suministro de oxígeno lleguen correctamente a los sistemas orgánicos y a sus células. Los cambios en la presión arterial son detectados por los barorreceptores, un tipo de sensor de presión presente en vasos sanguíneos como la aorta. Cuando la presión arterial es demasiado alta o demasiado baja, los barorreceptores reciben estímulos que desencadenan una respuesta correctora necesaria por parte de los órganos efectores.
Si la tensión arterial es demasiado alta, se desencadenan las siguientes respuestas para aumentarla:
- Los riñones retienen menos agua
- Vasodilatación
- Disminuye la frecuencia cardiaca
Si la tensión arterial es demasiado baja, ocurre lo siguiente
- Los riñones retienen más agua
- Vasoconstricción
- Aumenta la frecuencia cardiaca
Ejemplos de estímulo y respuesta
Repasemos dos ejemplos clásicos de mecanismos de control y respuestas a diferentes estímulos: el dolor y la temperatura.
Respuesta a los estímulos dolorosos
Los estímulos dolorosos son estímulos externos asociados con mayor frecuencia a nuestro sentido del tacto. Este estímulo es recibido por los nociceptores ("receptores del dolor") de nuestra piel que señalan hacia posibles amenazas. Este proceso puede provocar una respuesta conductual significativa una vez que el sistema nervioso central determina si la amenaza representa un peligro real para la supervivencia o la integridad física.
Si es lo bastante importante, el centro de control puede incluso provocar una respuesta automática para mitigar el peligro mediante un proceso rápido denominado arco reflejo. Un mecanismo de arco reflejo provoca un acto reflejo, una respuesta efectuada inconscientemente que se produce incluso antes de responder voluntariamente a la amenaza. Un ejemplo habitual es tocar algo afilado. Los nociceptores de tu mano detectan la amenaza y transmiten la señal mediante impulsos eléctricos a nuestro cerebro, que crea la sensación de dolor y desencadena una respuesta rápida e involuntaria para alejarse de la amenaza, deteniendo así su daño.
Respuesta a la temperatura
La temperatura es quizás uno de los factores más importantes que debe mantenerse en cualquier organismo en equilibrio homeostático. Una temperatura estable es vital para permitir todas las reacciones químicas que sustentan la vida.
La termorregulación consiste en todos los mecanismos de regulación conductuales y fisiológicos necesarios para mantener constante la temperatura interna a pesar de las variaciones de la temperatura externa. Si no existieran estas respuestas, la temperatura de nuestro cuerpo variaría automáticamente y se adaptaría al entorno exterior, lo cual es incompatible con la vida.
Los organismos tienen distintas estrategias para responder a los cambios de calor. Todos los mamíferos, incluidos los humanos, pueden generar calor y tienen circuitos de retroalimentación negativa que permiten retener el calor en ambientes fríos y perderlo en ambientes cálidos. Este equilibrio térmico nos permite mantener una temperatura constante de forma independiente.
La mayoría de los demás animales dependen del entorno para obtener fuentes de calor y, por tanto, son más vulnerables a sus variaciones. En estos casos, deben recurrir a respuestas conductuales para mantener constante la temperatura interna. Esto incluye buscar refugio por la noche cuando hace frío o la sombra durante el día cuando hace calor para equilibrar el intercambio de calor.
En los humanos, la termorregulación está coordinada por el hipotálamo en el cerebro. Es nuestro "termostato" interno y mide nuestra temperatura central, que debe estar en torno a 37 °C. Los receptores repartidos por la piel y por el cuerpo controlan la variación de la temperatura interna y externa y transmiten la información al hipotálamo, que actúa ante cualquier cambio con acciones correctoras una vez creado un estímulo.
Si la temperatura central disminuye como consecuencia, por ejemplo, de un ambiente frío, el hipotálamo intentará aumentar la producción y retención de calor en nuestro cuerpo mediante:
- Vasoconstricción - reducción del diámetro del lumen de los vasos sanguíneos cerca de la piel, disminuyendo el flujo sanguíneo y la pérdida de calor
- Escalofríos - contracciones musculares involuntarias que generan calor adicional
- Levantamiento del vello corporal - contracción muscular cerca de la piel para atrapar el aire y el calor
Mientras tanto, si la temperatura central aumenta como consecuencia, por ejemplo, de un ambiente caluroso, el hipotálamo intentará aumentar la pérdida de calor en nuestro cuerpo mediante
- Vasodilatación - un aumento del diámetro del lumen de los vasos sanguíneos cerca de la piel que aumenta el flujo sanguíneo y la pérdida de calor
- Producción de sudor - el aumento de la evaporación de la piel en forma de sudor ayuda a aumentar la pérdida de calor.
Respuesta a los estímulos - Puntos clave
- Todo ser vivo necesita mantener la homeostasis para sobrevivir, lo que significa mantener un entorno interno constante a pesar de las presiones internas y externas/ambientales.
- Cuando un parámetro relevante para la homeostasis cambia más allá de cierto punto, las células receptoras desencadenan un estímulo.
- Los sistemas de coordinación, como los sistemas nervioso y endocrino, actúan sobre los estímulos determinando si se requiere una respuesta para mantener el equilibrio. Los centros de control ordenan a los órganos efectores que lleven a cabo una respuesta adecuada cuando ésta es necesaria.
- La respuesta a los estímulos suele ser una acción correctiva, es decir, una respuesta que anula la causa que desencadenó el estímulo en primer lugar. Este tipo de mecanismo se conoce como bucle de retroalimentación negativa. Cuando una respuesta amplifica los estímulos iniciadores, el mecanismo se conoce como bucle de retroalimentación positiva.
Existen distintos tipos de estímulos: los estímulos internos son detectados por receptores internos, mientras que los estímulos externos son detectados por receptores externos divididos en nuestros cinco sentidos: tacto, visión, sonido, olfato y gusto.
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