Video: Homeostasis y bucles de retroalimentación

Muy bien, manos a la obra.

¡Uf! Hace demasiado calor. No puedo.
Bueno, volvamos a trabajar.
Oye amigo, necesito oxígeno.
¿Dónde está mi sodio?
¡Gracias!
Dios mío, ahora hace demasiado frío.
Está bien, manos a la obra.

Las células de nuestro cuerpo necesitan encontrarse en un ambiente estable para funcionar de manera eficaz. Por suerte, contamos con mecanismos que aseguran que nuestras células tengan todo lo que necesitan para desempeñarse de la mejor manera posible, es realmente increíble y ya veremos por qué.

Vamos a explorar juntos cómo funciona la homeostasis y los bucles de retroalimentación.

La homeostasis es la tendencia del cuerpo a mantener un ambiente interno relativamente estable a pesar de los cambios en el ambiente externo. Cuando estamos afuera en un día de invierno muy frío o durante un día muy caluroso en la playita, la homeostasis garantiza que nuestra temperatura corporal se mantenga relativamente constante, de modo que el líquido extracelular se conserve en condiciones óptimas para que nuestras células funcionen adecuadamente.

La homeostasis es fundamental para la función y la supervivencia de nuestras células y, por ende, de todo el organismo. Las alteraciones de los procesos homeostáticos suelen dar lugar a patologías e incluso pueden conducir a la muerte.

La homeostasis asegura que las variables fundamentales para la supervivencia celular se mantengan en niveles óptimos para la función celular. El valor ideal se denomina punto de ajuste o set point. Pero debemos saber que la homeostasis no mantiene una variable en un valor exacto, sino dentro de un rango normal alrededor de este punto de ajuste. Las variables clave que se mantienen dentro de un rango normal mediante procesos homeostáticos reciben el nombre de variables reguladas.

Para que una variable pueda regularse de manera homeostática, el cuerpo debe ser capaz de detectarla o medirla. Por ejemplo, la presión arterial y la concentración de glucosa en sangre pueden medirse y, por lo tanto, pueden regularse dentro de un rango determinado. En cambio, las variables que no son detectadas directamente no pueden regularse homeostáticamente. Algunas variables, como la frecuencia cardíaca, suelen mantenerse dentro de un rango habitual, pero no se detectan directamente como variable regulada; por esto no están bajo regulación homeostática directa, sino que cambian como consecuencia de la regulación de otras variables.

Algo importante acerca del punto de ajuste y el rango normal es que no son fijos, sino que pueden modificarse. Por ejemplo, el punto de ajuste de la temperatura corporal es ligeramente más alto en la tarde que en la mañana, y también aumenta durante episodios de fiebre.

Una de las principales formas en que un organismo puede regular una variable es mediante bucles de retroalimentación. En un bucle de retroalimentación, un cambio en una variable produce una respuesta, y esa respuesta actúa de regreso sobre la variable, es decir, la modifica. Esto crea un ciclo que puede ayudar a mantener una variable estable o, dependiendo del tipo de retroalimentación, puede generar inestabilidad.

Comencemos hablando sobre los bucles de retroalimentación negativa.

Los bucles de retroalimentación negativa se oponen a los cambios en una variable regulada. Esto significa que cuando una variable se aleja de su rango normal, evento conocido como estímulo o perturbación, el sistema de retroalimentación negativa actúa para devolverla hacia su punto de ajuste. Así, se regulan variables como la presión arterial, la temperatura corporal, el equilibrio ácido-base y las concentraciones de hierro.

Para que exista un bucle de retroalimentación negativa se necesitan tres componentes: un sensor, un centro de control y un efector. Antes de hablar de la complejidad del cuerpo humano, veamos cómo interactúan estos componentes con un ejemplo fácil de entender. ¿Ok?

Imagina que estás horneando un pastel a 180 grados celsius, ¿si?. El horno tiene un sensor interno que mide la temperatura actual y envía esta información a un centro de control. El centro de control compara la temperatura actual con el punto de ajuste; en este caso, 180 grados. Si la temperatura desciende por debajo del punto de ajuste, el controlador activa al efector. La resistencia del horno se enciende hasta que la temperatura vuelve a superar el punto de ajuste de 180 grados.

Este sistema de retroalimentación mantiene la temperatura del horno relativamente estable, para que nuestro pastel se hornee a la perfección. Algo bastante inteligente, ¿no? Pues, asómbrate conmigo porque nuestro cuerpo lo es aún más.

Por ejemplo, el controlador de la mayoría de los hornos tiene solo dos estados: apagado si la temperatura está en o por encima del punto de ajuste, o encendido a máxima potencia si la temperatura desciende.

En los seres humanos, los bucles de retroalimentación homeostática no funcionan como simples interruptores de encendido y apagado. Sino que, supervisan de manera continua y ajustan finamente la activación de los efectores en pequeños incrementos, lo que mejora la estabilidad de la variable regulada.

En el cuerpo humano, los sensores suelen ser receptores, como quimiorreceptores o mecanorreceptores. Al igual que en el ejemplo del horno, estos sensores supervisan la variable regulada y envían esa información al centro de control.

El centro de control suele localizarse en el sistema nervioso central o en el sistema endocrino, y tiene dos funciones principales. Primero, detecta cuánto se desvía una variable regulada de su rango normal. Segundo, envía al efector una señal proporcional al error detectado. Osea si la variable regulada está apenas fuera de su rango normal, la activación del efector será pequeña, pero desviaciones mayores provocarán una activación más intensa del efector.

Cuando hablamos de efectores, ¿a qué nos referimos exactamente? Son células, tejidos u órganos capaces de modificar el medio interno. Los efectores ajustan la variable regulada de dos maneras: ya sea directamente, o indirectamente al modificar la actividad de variables no detectadas directamente, llamadas variables no reguladas o variables controladas.

Por ejemplo, cuando la presión arterial disminuye, el tronco encefálico aumenta la frecuencia cardíaca para restaurar la presión arterial dentro de su rango normal. En este caso, la presión arterial es la variable regulada, y la frecuencia cardíaca es una variable no regulada que se modifica para lograrlo.

Veamos ahora un ejemplo fisiológico. Así es como un bucle de retroalimentación negativa regula la concentración de oxígeno en sangre arterial.

Los sensores son los quimiorreceptores de los cuerpos carotídeos. Estos detectan principalmente la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial y envían esa información al centro de control. El centro de control se encuentra en los centros respiratorios del bulbo raquídeo. Allí se compara el valor actual de la presión parcial de oxígeno con su rango normal y se genera una respuesta proporcional a la magnitud de la desviación. Esta señal se envía a los efectores.

Los efectores son los músculos inspiratorios. Estos modifican la ventilación alveolar, principalmente aumentando la frecuencia y la profundidad respiratoria, que es una variable no regulada, para corregir la presión parcial arterial de oxígeno, que es la variable regulada.

Si la presión parcial de oxígeno arterial detectada por los quimiorreceptores disminuye por debajo del rango normal, los centros respiratorios aumentan la ventilación para restablecerla hacia el rango normal. Así es como los bucles de retroalimentación negativa se oponen a los cambios en una variable.

Sin embargo, en algunas situaciones, el cambio en una variable resulta útil para el organismo a corto plazo y necesita amplificarse con rapidez. En estos casos intervienen los bucles de retroalimentación positiva.

Los bucles de retroalimentación positiva refuerzan un cambio en una variable, iniciando un ciclo de respuestas cada vez mayores hasta que se alcanza un punto final definido. Este punto final suele ser un evento externo al propio bucle de retroalimentación positiva.

A largo plazo, los bucles de retroalimentación positiva pueden contribuir indirectamente a la homeostasis al intensificar rápidamente respuestas corporales necesarias en el corto plazo. Ejemplos de retroalimentación positiva incluyen el parto, en el que el bebé debe ser expulsado; la coagulación sanguínea, donde un vaso lesionado debe sellarse rápidamente para evitar una caída importante de la presión arterial; y la generación de potenciales de acción, donde la entrada de iones sodio a la neurona abre aún más canales de sodio dependientes de voltaje, permitiendo una mayor entrada de sodio al interior celular.

Exploremos el bucle de retroalimentación positiva que ocurre durante el trabajo de parto.

Cuando el feto está listo para nacer, desciende en el útero y ejerce presión sobre el cuello uterino. Receptores sensibles al estiramiento detectan la distensión cervical y envían esta información al hipotálamo, lo que conduce a la liberación de oxitocina por la hipófisis posterior. La oxitocina estimula las contracciones uterinas, empujando al feto aún más contra el cuello uterino y aumentando su distensión. Este ciclo de autorrefuerzo permite que el trabajo de parto progrese hasta alcanzar su punto final, que es el nacimiento del bebé.

La homeostasis es uno de los conceptos centrales de la fisiología y explica gran parte del funcionamiento del cuerpo humano tanto en la salud como en la enfermedad.

Profundiza en el mundo de la homeostasis y los bucles de retroalimentación con nuestros cuestionarios y nuestras herramientas de estudio ¡Vamos a explorarlo juntos!

¡Hasta la próxima y feliz estudio!