La homeostasis es la capacidad de mantener un estado interno relativamente estable que persiste a pesar de los cambios en el mundo exterior. Todos los organismos vivos, desde las plantas hasta los cachorros y las personas, deben regular su entorno interno para procesar la energía y finalmente sobrevivir. Si su presión sanguínea se dispara o la temperatura corporal cae, por ejemplo, sus sistemas de órganos pueden tener dificultades para hacer su trabajo y eventualmente fallar.
¿Por qué es importante la homeostasis?
El fisiólogo Walter Cannon acuñó el término "homeostasis" en la década de 1920, ampliando el trabajo previo del fallecido fisiólogo Claude Bernard. En la década de 1870, Bernard describió cómo los organismos complejos deben mantener el equilibrio en su entorno interno, o "entorno interno".,"para llevar una" vida libre e independiente "en el mundo más allá. Cannon perfeccionó el concepto e introdujo la homeostasis en audiencias populares a través de su libro," The Wisdom of the Body "(The British Medical Journal, 1932).
Aclamada como un principio básico de la fisiología, la definición básica de la homeostasis de Cannon sigue en uso hoy en día. El término deriva de raíces griegas que significa "similar" y "un estado de estabilidad". El prefijo "homeo" subraya que la homeostasis no funciona como un termostato o control de crucero en un automóvil, fijado a una temperatura o velocidad precisas. En cambio, la homeostasis contiene importantes factores fisiológicos dentro de un rango aceptable de valores, según una revisión en la revista Appetite.
El cuerpo humano, por ejemplo, regula sus concentraciones internas de hidrógeno, calcio, potasio y sodio, partículas cargadas de las que dependen las células para su funcionamiento normal. Los procesos homeostáticos también mantienen los niveles de agua, oxígeno, pH y azúcar en la sangre, así como la temperatura corporal central, según una revisión de 2015 en Advances in Physiology Education.
En organismos sanos, los procesos homeostáticos se desarrollan de forma constante y automática, según Scientific American. Los sistemas múltiples a menudo funcionan en conjunto para mantener estable un solo factor fisiológico, como la temperatura corporal. Si estas medidas fallan o fallan, un organismo puede sucumbir a la enfermedad, o incluso a la muerte.
Cómo se mantiene la homeostasis
Muchos sistemas homeostáticos escuchan las señales de socorro del cuerpo para saber cuándo las variables clave caen fuera de su rango apropiado. El sistema nervioso detecta estas desviaciones e informa a un centro de control, a menudo basado en el cerebro. El centro de control luego dirige los músculos, órganos y glándulas para corregir la alteración. El ciclo continuo de perturbaciones y ajustes se conoce como "retroalimentación negativa", según el libro de texto en línea Anatomy and Physiology.
Por ejemplo, el cuerpo humano mantiene una temperatura central de aproximadamente 98.6 grados Fahrenheit (37 grados Celsius). Cuando se sobrecalienta, los termosensores en la piel y el cerebro hacen sonar una alarma, iniciando una reacción en cadena que dirige el cuerpo a sudar y enrojecerse. Cuando se enfría, el cuerpo responde temblando y reduciendo la circulación sanguínea a la piel. De manera similar, cuando los niveles de sodio aumentan, el cuerpo le indica a los riñones que conserven el agua y expulsen el exceso de sal en la orina concentrada, según dos estudios financiados por los NIH.
Los animales también ajustarán su comportamiento en respuesta a los comentarios negativos. Por ejemplo, cuando se sobrecalienta, podemos arrojar una capa de ropa, movernos a la sombra o tomar un vaso de agua fría.
Modelos modernos de homeostasis
El concepto de retroalimentación negativa se remonta a la descripción de Cannon de la homeostasis en la década de 1920, y fue la primera explicación de cómo funciona la homeostasis. Pero en las últimas décadas, muchos científicos argumentan que los organismos son capaces de anticipar posibles interrupciones de la homeostasis, en lugar de reaccionar solo ante ellos después del hecho.
Este modelo alternativo de homeostasis, conocido como alostasis, implica que el punto de ajuste ideal para una variable particular puede cambiar en respuesta a cambios ambientales transitorios, según un artículo de 2015 en Psychological Review. El punto puede cambiar bajo la influencia de ritmos circadianos, ciclos menstruales o fluctuaciones diarias en la temperatura corporal. Los puntos de ajuste también pueden cambiar en respuesta a fenómenos fisiológicos, como la fiebre, o para compensar los múltiples procesos homeostáticos que tienen lugar al mismo tiempo, según una revisión de 2015 en Advances in Physiology Education.
"Los puntos de ajuste en sí mismos no son fijos, pero pueden mostrar plasticidad adaptativa", dijo Art Woods, biólogo de la Universidad de Montana en Missoula. "Este modelo permite respuestas anticipadas a posibles perturbaciones futuras para establecer puntos".
Por ejemplo, en previsión de una comida, el cuerpo segrega insulina adicional, grelina y otras hormonas, según una revisión de 2007 en Appetite. Esta medida preventiva prepara al cuerpo para el flujo entrante de calorías, en lugar de luchar para controlar el azúcar en la sangre y las reservas de energía a su paso.
La capacidad de cambiar los puntos de ajuste permite a los animales adaptarse a los factores estresantes a corto plazo, pero pueden fallar frente a los desafíos a largo plazo, como el cambio climático.
"La activación de los sistemas de respuesta homeostática puede estar bien por cortos períodos de tiempo", dijo Woods. Pero no están diseñados para durar mucho tiempo. "Los sistemas homeostáticos pueden fallar catastróficamente si se los empuja demasiado lejos; por lo tanto, aunque los sistemas pueden manejar climas novedosos a corto plazo, no pueden manejar cambios más grandes durante períodos de tiempo más largos".
Manteniendo la información fluyendo
Los sistemas homeostáticos pueden haber evolucionado principalmente para ayudar a los organismos a mantener una función óptima en diferentes entornos y situaciones. Pero, según un ensayo de 2013 en la revista Trends in Ecology & Evolution, algunos científicos teorizan que la homeostasis proporciona principalmente un "fondo silencioso" para que las células, tejidos y órganos se comuniquen entre sí. La teoría postula que la homeostasis hace que sea más fácil para los organismos extraer información importante del medio ambiente y transmitir señales entre partes del cuerpo.
Independientemente de su propósito evolutivo, la homeostasis ha dado forma a la investigación en ciencias de la vida durante casi un siglo. Aunque se discute principalmente en el contexto de la fisiología animal, los procesos homeostáticos también permiten a las plantas gestionar las reservas de energía, nutrir las células y responder a los desafíos ambientales. Más allá de la biología, las ciencias sociales, la cibernética, la informática y la ingeniería utilizan la homeostasis como marco para comprender cómo las personas y las máquinas mantienen la estabilidad a pesar de las interrupciones.
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