Homeostasis

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La homeostasis ( otro griego ὁμοιοστάσις de ὅμοιος  “igual, similar” + στάσις  “de pie; inmovilidad”) es la autorregulación, la capacidad de un sistema abierto para mantener la constancia de su estado interno a través de reacciones coordinadas destinadas a mantener el equilibrio dinámico. El deseo del sistema de reproducirse, restaurar el equilibrio perdido, vencer la resistencia del medio externo .

La homeostasis de la población  es la capacidad de una población para mantener un cierto número de sus individuos durante mucho tiempo.

El fisiólogo estadounidense Walter B. Cannon en 1932 en su libro "La sabiduría del cuerpo" propuso este término como un nombre para " procesos fisiológicos coordinados que mantienen la mayoría de los estados estables del cuerpo" [1] [2] . Posteriormente, este término se amplió a la capacidad de mantener dinámicamente la constancia de su estado interno de cualquier sistema abierto. Sin embargo, el concepto de la constancia del medio interno fue formulado ya en 1878 por el científico francés Claude Bernard .

Información general

El término "homeostasis" se usa más comúnmente en biología . Para que existan organismos pluricelulares es necesario mantener la constancia del medio interno . Muchos ecologistas están convencidos de que este principio también se aplica al entorno externo. Si el sistema no puede restablecer su equilibrio, eventualmente puede dejar de funcionar.

Los sistemas complejos, por ejemplo, el cuerpo humano  , deben tener homeostasis para mantener la estabilidad y existir. Estos sistemas no solo tienen que esforzarse por sobrevivir, también tienen que adaptarse a los cambios ambientales y evolucionar.

Propiedades de la homeostasis

Los sistemas homeostáticos tienen las siguientes propiedades:

Ejemplos de homeostasis en mamíferos :

Es importante señalar que aunque el cuerpo está en equilibrio, su estado fisiológico puede ser dinámico. Muchos organismos presentan cambios endógenos en forma de ritmos circadianos , ultradianos e infradianos . Entonces, incluso estando en homeostasis, la temperatura corporal , la presión arterial , la frecuencia cardíaca y la mayoría de los indicadores metabólicos no siempre se encuentran en un nivel constante, sino que cambian con el tiempo (en un cierto intervalo limitado).

Mecanismos de homeostasis: retroalimentación

Cuando hay un cambio en las variables, hay dos tipos principales de retroalimentación a los que responde el sistema:

  1. Retroalimentación negativa , expresada como una reacción en la que el sistema responde de tal manera que invierte la dirección del cambio. Dado que la retroalimentación sirve para mantener la constancia del sistema, te permite mantener la homeostasis.
    • Por ejemplo, cuando aumenta la concentración de dióxido de carbono en el cuerpo humano, se indica a los pulmones que aumenten su actividad y exhalen más dióxido de carbono.
    • La termorregulación  es otro ejemplo de retroalimentación negativa. Cuando la temperatura corporal aumenta (o disminuye), los termorreceptores de la piel y el hipotálamo registran el cambio y activan una señal del cerebro. Esta señal, a su vez, provoca una respuesta: una disminución (o aumento) de la temperatura.
  2. Retroalimentación positiva , que se expresa como una amplificación del cambio en una variable. Tiene un efecto desestabilizador, por lo que no conduce a la homeostasis. La retroalimentación positiva es menos común en los sistemas naturales, pero también tiene sus usos.
    • Por ejemplo, en los nervios, un potencial eléctrico umbral provoca la generación de un potencial de acción mucho mayor . La coagulación de la sangre y los eventos de nacimiento son otros ejemplos de retroalimentación positiva.

Los sistemas estables necesitan combinaciones de ambos tipos de retroalimentación. Mientras que la retroalimentación negativa le permite volver a un estado homeostático, la retroalimentación positiva se usa para pasar a un estado de homeostasis completamente nuevo (y, posiblemente, menos deseable), una situación llamada "metaestabilidad". Tales cambios catastróficos pueden ocurrir, por ejemplo, con un aumento de nutrientes en ríos con agua clara, lo que lleva a un estado homeostático de alta eutrofización (sobrecrecimiento de algas en el cauce ) y turbidez.

Homeostasis ecológica

La homeostasis ecológica se observa en comunidades clímax con la mayor biodiversidad posible en condiciones ambientales favorables .

En ecosistemas perturbados, o comunidades biológicas subclímax  -como, por ejemplo, la isla de Krakatoa , luego de una fuerte erupción volcánica en 1883- se destruyó  el estado de homeostasis del anterior ecosistema clímax forestal , como toda la vida en esta isla. Krakatoa ha pasado por una cadena de cambios ecológicos en los años posteriores a la erupción, en los que nuevas especies de plantas y animales se reemplazaron entre sí, lo que condujo a la biodiversidad y, como resultado, a una comunidad clímax. La sucesión ecológica en Krakatoa se llevó a cabo en varias etapas. Una cadena completa de sucesiones que conducen a un clímax se llama preserie. En el ejemplo de Krakatoa, esta isla desarrolló una comunidad clímax con ocho mil especies diferentes registradas en 1983 , cien años después de que la erupción acabara con la vida en ella. Los datos confirman que la posición se mantiene en homeostasis durante algún tiempo, mientras que la aparición de nuevas especies conduce muy rápidamente a la rápida desaparición de las antiguas.

El caso de Krakatoa y otros ecosistemas perturbados o intactos muestra que la colonización inicial por parte de especies pioneras ocurre a través de estrategias de reproducción de retroalimentación positiva en las que las especies se dispersan, produciendo la mayor cantidad de descendencia posible, pero con poca o ninguna inversión en el éxito de cada individuo. . En tales especies hay un desarrollo rápido y un colapso igualmente rápido (por ejemplo, a través de una epidemia ). A medida que un ecosistema se acerca al clímax, dichas especies son reemplazadas por especies clímax más complejas que se adaptan mediante retroalimentación negativa a las condiciones específicas de su entorno. Estas especies están cuidadosamente controladas por la capacidad potencial del ecosistema y siguen una estrategia diferente: producir descendencia más pequeña, en cuyo éxito reproductivo se invierte más energía en el microambiente de su nicho ecológico específico .

El desarrollo comienza con la comunidad pionera y termina con la comunidad clímax. Esta comunidad clímax se forma cuando la flora y la fauna entran en equilibrio con el entorno local.

Dichos ecosistemas forman heterarquías , en las que la homeostasis en un nivel contribuye a los procesos homeostáticos en otro nivel complejo. Por ejemplo, la pérdida de hojas en un árbol tropical maduro deja espacio para un nuevo crecimiento y enriquece el suelo . Igualmente, el árbol tropical reduce el acceso de la luz a los niveles inferiores y ayuda a evitar la invasión de otras especies. Pero los árboles también caen al suelo y el desarrollo del bosque depende del cambio constante de árboles, del ciclo de nutrientes que llevan a cabo bacterias , insectos , hongos . De manera similar, dichos bosques contribuyen a los procesos ecológicos, como la regulación de los microclimas o los ciclos hidrológicos de los ecosistemas , y varios ecosistemas diferentes pueden interactuar para mantener la homeostasis del drenaje de los ríos dentro de una región biológica . La variabilidad de las biorregiones también juega un papel en la estabilidad homeostática de una región biológica o bioma .

T. Thornton describe la forma en que las estrellas de mar y las estrellas frágiles protegen a una pequeña población de moluscos elasmobranquios, salvándose de la inanición. Los mariscos son su principal alimento, pero sus larvas son tan pequeñas que las estrellas de mar podrían acabar con la población fácilmente. Pero en este momento, comienzan un período de inanición, que dura de 1 a 2 meses, hasta que crecen en 2-3 órdenes de magnitud, después de lo cual se "enciende" su apetito. [cuatro]

Homeostasis biológica

La homeostasis actúa como una característica fundamental de los organismos vivos y se entiende como el mantenimiento del medio interno dentro de límites aceptables.

El ambiente interno del cuerpo incluye fluidos corporales: plasma sanguíneo , linfa , sustancia intercelular y líquido cefalorraquídeo . Mantener la estabilidad de estos fluidos es vital para los organismos, mientras que su ausencia provoca daños en el material genético.

Con respecto a cualquier parámetro, los organismos se dividen en conformacionales y reguladores . Los organismos reguladores mantienen el parámetro en un nivel constante, independientemente de lo que suceda en el medio ambiente. Los organismos conformacionales permiten que el entorno determine el parámetro. Por ejemplo, los animales de sangre caliente mantienen una temperatura corporal constante, mientras que los animales de sangre fría exhiben un amplio rango de temperatura.

No estamos hablando del hecho de que los organismos conformacionales no tienen adaptaciones de comportamiento que les permitan regular el parámetro dado hasta cierto punto. Los reptiles , por ejemplo, a menudo se sientan en rocas calientes por la mañana para elevar su temperatura corporal.

La ventaja de la regulación homeostática es que permite que el cuerpo funcione de manera más eficiente. Por ejemplo, los animales de sangre fría tienden a volverse letárgicos en temperaturas frías, mientras que los animales de sangre caliente son casi tan activos como siempre. Por otro lado, la regulación requiere energía. La razón por la que algunas serpientes solo pueden comer una vez a la semana es que utilizan mucha menos energía para mantener la homeostasis que los mamíferos.

Homeostasis celular

La regulación de la actividad química de la célula se logra a través de una serie de procesos, entre los que tiene especial importancia el cambio en la estructura del propio citoplasma , así como la estructura y actividad de las enzimas . La autorregulación depende de la temperatura , grado de acidez , concentración de sustrato , presencia de algunos macro y microelementos . Los mecanismos celulares de la homeostasis tienen como objetivo restaurar las células muertas de forma natural de los tejidos u órganos en caso de violación de su integridad.

La regeneración  es el proceso de actualizar los elementos estructurales del cuerpo y restaurar su número después del daño, con el objetivo de proporcionar la actividad funcional necesaria.

Dependiendo de la respuesta regenerativa, los tejidos y órganos de los mamíferos se pueden dividir en 3 grupos:

1) tejidos y órganos que se caracterizan por la regeneración celular (huesos, tejido conectivo laxo , sistema hematopoyético, endotelio , mesotelio , membranas mucosas del tracto gastrointestinal, tracto respiratorio y sistema genitourinario)

2) tejidos y órganos que se caracterizan por la regeneración celular e intracelular (hígado, riñones, pulmones, músculos lisos y esqueléticos, sistema nervioso autónomo , páncreas , sistema endocrino )

3) tejidos que se caracterizan principal o exclusivamente por la regeneración intracelular ( miocardio y células ganglionares del sistema nervioso central)

En el proceso de evolución se formaron 2 tipos de regeneración: fisiológica y reparadora.

Homeostasis en el cuerpo humano

Varios factores afectan la capacidad de los fluidos corporales para sustentar la vida. Estos incluyen parámetros como la temperatura, la salinidad , la acidez y la concentración de nutrientes: glucosa , varios iones , oxígeno y productos de desecho: dióxido de carbono y orina . Dado que estos parámetros afectan las reacciones químicas que mantienen vivo al organismo, existen mecanismos fisiológicos incorporados para mantenerlos en el nivel requerido.

La homeostasis no puede considerarse la causa de los procesos de estas adaptaciones inconscientes. Debe tomarse como una característica general de muchos procesos normales que actúan juntos, y no como su causa raíz. Además, hay muchos fenómenos biológicos que no se ajustan a este modelo  , por ejemplo, el anabolismo .

Otras áreas

El concepto de "homeostasis" también se utiliza en otras áreas.

Un actuario puede hablar de homeostasis de riesgo , en la que, por ejemplo, las personas que tienen instalado en su coche un sistema electrónico de control de estabilidad no se encuentran en una posición más segura frente a quienes no lo tienen instalado, porque estas personas compensan inconscientemente por ser más seguras. conducción arriesgada del coche. Esto sucede porque algunos de los mecanismos de retención, como el miedo, dejan de funcionar.

Los sociólogos y psicólogos pueden hablar sobre la homeostasis del estrés  : el deseo de una población o individuo de permanecer en un cierto nivel de estrés, a menudo provocando estrés artificialmente si el nivel "natural" de estrés no es suficiente [5] .

Ejemplos

Muchos de estos órganos están controlados por hormonas del sistema hipotálamo-pituitario.

Véase también

Notas

  1. ↑ Cannon, W. B.La Sabiduría del Cuerpo  (neopr.) . - Nueva York: W. W. Norton , 1932. - S. 177-201.
  2. ↑ Cannon, W. B. Regulación fisiológica de estados normales: algunos postulados tentativos sobre homeostasis biológica // A Charles Riches amis, ses collègues, ses élèves  (fr.) / A. Pettit. - París: Les Éditions Médicales, 1926. - S. 91.
  3. ↑ Kalaany, Nueva York; Mangelsdorf, DJ LXRS y FXR: el yin y el yang del colesterol y el metabolismo de las grasas  (inglés)  // Revisión anual de fisiología  : revista. - 2006. - vol. 68 . - pág. 159-191 . - doi : 10.1146/annurev.fisiol.68.033104.152158 . —PMID 16460270 .
  4. ↑ Alejandro Ugolev. Teoría de la nutrición adecuada y trofología. - San Petersburgo: Nauka, 1991. - S. Capítulo 1.5. Aspectos poblacionales, ecológicos y evolutivos de la trofología. La biosfera como trofosfero..
  5. ↑ Spencer, Laci. Flotación : una guía para la privación sensorial, la relajación y los tanques de aislamiento  . — Lulu.com, 2015. — ISBN 9781329173750 .

Literatura

Fuentes

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