Homeostasis

¿Qué es la homeostasis?

La homeostasis es el proceso por el que los seres vivos autorregulan y mantienen un ambiente interno equilibrado y estable. La palabra homeostasis deriva del griego oμoιo, que se lee homos, y significa “semejante” o “parecido”, y del sufijo στασισ, que se lee stasis, y significa “fijo”, “permanente” o “estable”.

El término no alude a un balance o equilibrio interno, sino más bien al mantenimiento de una condición constante, ya que un estado de balance o de equilibrio en un ser vivo significa la muerte. Dicha constancia es mantenida activamente por el organismo, a pesar de los cambios que puedan surgir en el medio externo.

Datos históricos sobre la homeostasis

Fue Claude Bernard (1813-1878) a finales de la década de 1870, el primero en referirse a la constancia del milieu intérieur (en francés, medio interno), que representa lo que hoy se conoce como líquido extracelular, donde están sumergidas las células de un organismo y gracias al cual se mantienen vivas.

El estudio de la constancia del medio interno definida por Bernard es lo que hoy conocemos como fisiología. El vocablo fisiología proviene de las palabras griegas physis (ϕυυsis) y logo (λoyo), que significan “naturaleza, modo de ser, esencia o condición natural” y “lo que se dice acerca de algo”, respectivamente.

Muchos años después, por 1933, el fisiólogo americano Walter Cannon acuñó el término homeostasis para describir aquellos mecanismos que cada ser vivo tiene para mantener constantes las condiciones de su líquido extracelular.

Ejemplos de algunas funciones homeostáticas relevantes desde el punto de vista fisiológico pueden ser el mantenimiento de la presión arterial, de la temperatura corporal, de la concentración de glucosa en sangre, de los niveles de electrolitos en el plasma sanguíneo, etc., que se mantienen en un rango restringido a pesar de las grandes diferencias entre el cuerpo y el medio ambiente.

Concepto de homeostasis

La homeostasis es la capacidad que tiene todo ser vivo pluricelular para mantener ciertos parámetros o condiciones constantes en su medio interno, sin importar cuán diferente sea el medio que lo rodea y lo fluctuantes de las condiciones ambientales.

Este denominado medio interno corresponde al líquido extracelular, contenido en el espacio intersticial (entre célula y célula de un tejido) y al líquido intravascular o líquido sanguíneo en los animales.

Es uno de los conceptos más importantes en medicina y fisiología (de animales y de plantas) ya que todos los organismos vivos necesitan que sus cuerpos funcionen dentro de un muy estrecho intervalo de condiciones, a saber: pH, temperatura, concentración de iones, cantidad de agua, concentración de nutrientes, etc.

Algunos autores consideran que “todos los mecanismos vitales, sin importar cuán variados sean, tienen el objetivo único de preservar las condiciones constantes de la vida en el medio ambiente interno”, por lo que la homeostasis define prácticamente todas las funciones internas de un ser vivo.

La preservación o el mantenimiento de las condiciones internas es posible gracias a un sistema de control que funciona por retroalimentación negativa o positiva (en menor medida).

Este sistema permite que, cuando ocurren cambios importantes de alguno de los parámetros mencionados, estos cambios sean neutralizados rápidamente, llevando al organismo nuevamente a su condición normal.

Así pues, la homeostasis consiste en los sistemas de respuesta del cuerpo para enfrentarse a las condiciones ambientales y a los cambios a los que un organismo está sometido permanentemente.

Mecanismos en la homeostasis

La homeostasis es conseguida gracias a la extensa integración entre muchos sistemas corporales de un organismo.

Cannon (1929) clasifica los mecanismos homeostáticos dependiendo de aquello que se regula, es decir, de las municiones o suministros obtenidos del medio externo o de los procesos intrínsecos.

• Homeostasis por regulación de las municiones o suministros. Los mecanismos de homeostasis por regulación de los suministros se caracterizan por el:
  • Almacenamiento en términos de ajustes entre momentos de abundancia o de carestía y necesidad. El almacenamiento puede ser de dos tipos, uno temporal y otro por segregación. El almacenamiento temporal, conocido como almacenamiento por inundación o por exceso, ocurre por inundación de los tejidos intersticiales con los materiales que han sido ingeridos en abundancia. El almacenamiento por segregación, en cambio, tiene que ver con la inclusión del material ingerido en el interior de las células o de estructuras relativamente permanentes.
  • Desbordamiento o descarga hacia fuera del cuerpo cuando existen “excesos intolerables”. 

Por lo tanto, la homeostasis por regulación de suministros implica el almacenamiento de los suministros cuando existe abundancia, en aras de aumentar las reservas para enfrentarse a épocas de carencia, o la eliminación de los excesos, cuando estos son tóxicos.

• Homeostasis por regulación de los procesos. A pesar de que la mayor parte de la regulación homeostática depende de la utilización de materiales o suministros externos, existen otros que dependen mucho más evidentemente de la alteración de procesos continuos intrínsecos, Los principales ejemplos de este tipo de regulación son el mantenimiento de la neutralidad y el mantenimiento de la temperatura en los animales homeotermos (capaces de regular su temperatura corporal internamente).
• Postulados de la regulación homeostática. Cannon, en 1925, propuso seis postulados tentativos para describir los factores fisiológicos responsables del mantenimiento de la constancia interna en el cuerpo de un ser vivo:
  • 1. En un sistema abierto como el cuerpo de un animal, compuesto por materiales inestables y sometidos permanentemente a condiciones variables, la constancia o la homeostasis es evidencia directa de que existen sistemas funcionando o listos para funcionar para mantener dicha constancia.
  • 2. Si un organismo o un sistema del cuerpo mantiene la homeostasis es únicamente porque cualquier tendencia hacia el cambio es automáticamente neutralizada por un incremento de la eficacia de uno o varios factores que se resisten al cambio.
  • 3. Cualquier factor que opera para mantener la homeostasis por acción en una dirección no puede actuar al mismo tiempo en la dirección opuesta.
  • 4. Agentes homeostáticos antagonistas en una región del cuerpo, pueden cooperar o trabajar en conjunto en otra región.
  • 5. El sistema de regulación que determina un estado homeostático puede estar compuesto por gran número de factores que son activados al mismo tiempo o uno después del otro (sucesivamente).
  • 6. Cuando se sabe de un factor que puede cambiar el estado homeostático en una dirección, es razonable buscar un control automático para tal factor o para factores que tengan el efecto opuesto.

Funciones de la homeostasis

La función principal de la homeostasis o de los mecanismos homeostáticos es la de mantener un balance interno en el cuerpo de los organismos vivos, especialmente respecto a parámetros como la temperatura (animales homeotermos), la concentración de iones y de agua, la ingesta de nutrientes, etc.

El mantenimiento de las condiciones internas constantes dentro de un rango bastante reducido y muchas veces considerablemente diferente al de las condiciones del medio externo, es esencial para el funcionamiento de los sistemas corporales y, por lo tanto, para la vida en sí misma, razón por la cual la homeostasis es fundamental para todos los seres vivos pluricelulares.

Homeostasis psicológica

La homeostasis psicológica es un término que hace referencia a los mecanismos psicológicos o conductuales que poseen los seres humanos para equilibrar los sentimientos de necesidad y de satisfacción, en aras de mantener lo que cada individuo reconoce o percibe como una condición normal.

Aunque los mecanismos de control o de regulación de la homeostasis psicológica difieren considerablemente de aquellos que caracterizan la homeostasis fisiológica, ambos procesos están íntimamente relacionados.

Los mecanismos homeostáticos psicológicos tienen que ver, muchas veces, con la autopreservación, el desarrollo y la reproducción, la adaptación, etc., por nombrar algunos.

Ejemplos de homeostasis en el cuerpo humano

• Homeostasis en el ser humano
  • Temperatura corporal interna. Cuando un individuo está sano, su temperatura corporal se mantiene en 37°. El cuerpo puede controlar la temperatura haciendo o liberando calor.
  • Mantenimiento de los niveles de glucosa. La glucosa es un tipo de azúcar que se encuentra en el torrente sanguíneo, pero el cuerpo debe mantener niveles adecuados para asegurarse de que una persona permanezca sana. Cuando los niveles de glucosa se elevan demasiado, el páncreas libera una hormona, la insulina. Si estos niveles caen demasiado bajos, el hígado convierte el glucógeno en la sangre en glucosa nuevamente, elevando los niveles.
  • Funciones del sistema linfático. Cuando las bacterias o los virus que pueden enfermar entran en el cuerpo, el sistema linfático contraataca para ayudar a mantener la homeostasis, trabajando para combatir la infección.
  • Regulación de la presión arterial. El corazón puede detectar cambios en la presión arterial, lo que hace que envíe señales al cerebro, que luego envía señales que le dicen al corazón cómo responder. Si la presión arterial es demasiado alta, naturalmente el corazón debe disminuir la velocidad; mientras que si es demasiado baja, el corazón tendrá que acelerar.
  • Equilibrio de ácidos y bases. El cuerpo de un humano contiene sustancias químicas conocidas como ácidos y bases, y un equilibrio adecuado de estas es necesario para que el cuerpo funcione óptimamente. Los pulmones y los riñones son dos sistemas de órganos que regulan los ácidos y las bases dentro del cuerpo.
  • Nivel de agua. Las células que contienen demasiada agua, se hinchan y pueden incluso explotar. Las células con muy poca agua pueden terminar encogiéndose. El cuerpo mantiene un equilibrio de agua adecuado para que ninguna de estas situaciones ocurra.
  • Control del calcio. Cuando los niveles disminuyen, la paratiroides libera hormonas. Si los niveles de calcio se tornan muy altos, la tiroides ayuda a fijar el calcio en los huesos y disminuye los niveles de calcio en sangre.
  • Ejercicio físico. El ejercicio hace que el cuerpo mantenga la homeostasis mediante el envío de lactato a los músculos para darles energía. Con el tiempo, esto también señala al cerebro que es hora de dejar de hacer ejercicio, para que los músculos puedan obtener el oxígeno que necesitan.
  • Sistema nervioso y respiración. El sistema nervioso ayuda a mantener la homeostasis en los patrones de respiración. Debido a que la respiración es involuntaria, el sistema nervioso asegura que el cuerpo reciba el oxígeno necesario al respirar.
  • Sistema urinario. Cuando las toxinas entran en la sangre, interrumpen la homeostasis del cuerpo. El cuerpo humano, sin embargo, responde deshaciéndose de estas toxinas usando el sistema urinario. Un individuo simplemente orina las toxinas y otras cosas desagradables de la sangre, restaurando la homeostasis al cuerpo humano.
  • Erizamiento de la piel. Cuando se sufre esa sensación de piel de gallina se debe a un proceso de homeostasis que sirve para disminuir la cantidad de calor irradiada por la piel. Era un proceso muy propio en la piel de nuestros ancestros primitivos, pero que se ha mantenido a pesar de la caída del pelo en la mayor parte del cuerpo.
  • Temblor o tiritar. Cuando tiritamos debido al frío es porque el cerebro envía una señal para que los músculos indiquen que el nivel de la temperatura está por debajo del recomendado para la salud. Es decir, el temblor del músculo es una manera de contrarrestrar el frío.
  • Vasodilatación y vasoconstricción. La vasodilatación es el ensanchamiento de los capilares sanguíneos para enfriar la sangre y combatir el exceso de calor. La vasoconstricción es todo lo contrario, siendo el estrechamiento de los capilares para que, en ambientes fríos, se pueda conservar el calor sanguíneo.
• Mecanismos homeostáticos tecnológicos y otros 
  • Termostato. Los termostatos que funcionan encendiendo y apagando calentadores o acondicionadores de aire en respuesta a la salida de un sensor de temperatura.
  • Regulador de velocidad. El autocrucero de los vehículos que ajusta el acelerador de un coche en respuesta a los cambios en la velocidad.
  • Piloto automático. Un piloto automático que opera los controles de dirección de una aeronave o buque en respuesta a la desviación de la ruta o de un rumbo de la brújula preestablecido.
  • Controles en industrias. Los sistemas de control de procesos en una planta química o una refinería de petróleo que mantienen los niveles de fluidos, presiones, temperatura, composición química, etc., controlando calentadores, bombas y válvulas.
  • Regulador máquina de vapor. El regulador centrífugo de una máquina de vapor que reduce la válvula de mariposa en respuesta al aumento de la velocidad del motor, o abre la válvula si la velocidad cae por debajo de la velocidad predeterminada.
  • Homeostasis empresarial. Se refiere a la capacidad de una empresa para mantener su estado de equilibrio, contrarrestando las turbulencias internas y externas mediante la absorción de la variedad contextual.
• Homeostasis en animales y medio ambiente. Para los animales de sangre caliente, como los mamíferos y las aves, la homeostasis es una combinación de procesos internos que involucran hormonas, el sistema endocrino y el metabolismo. Por otro lado, para los animales de sangre fría, como las serpientes, que no tienen tales sistemas internos, deben confiar en su entorno externo para mantener la homeostasis.
  • Hormonas. En algunas poblaciones de pequeños mamíferos, como ratones y conejos, cuando su número aumenta por alguna razón, el hacinamiento crea un estrés creciente que daña la glándula tiroides (que fabrica hormonas esenciales) y gran parte de la población simplemente muere por daño endocrino u hormonal.
  • Termorregulación. En el medio ambiente, cuando los niveles atmosféricos de dióxido de carbono aumentan, las plantas son capaces de crecer mejor y así eliminar más dióxido de carbono de la atmósfera. También las avispas y los avispones se encuentran en la mayoría de los ambientes, desde bosques tropicales lluviosos, desiertos, climas subtropicales y templados. Son capaces de sobrevivir en tantas condiciones diferentes porque pueden termorregularse a sí mismos y a sus nidos.
  • Reciclaje de agua en la selva. Las selvas tropicales, mediante un sistema de homeostasis, mantienen su capacidad para reciclar el agua. Por ejemplo, la cuenca del Amazonas está rodeada al norte por las sabanas y llanos de Venezuela y al sur por las sabanas de Brasil. Si la humedad procedente del océano Atlántico fluyera directamente hacia atrás, el ecosistema amazónico sería solo una pequeña fracción de su tamaño actual. De hecho, los gigantes árboles de la selva amazónica bombean rápidamente la humedad hacia el cielo, para que vuelva a caer sobre la selva como lluvia, evitando que cantidades significativas de agua se drenen lejos en el océano.
  • Los corales y el dióxido de carbono. Los pólipos de coral utilizan dióxido de carbono para formar sus conchas. Esto ayuda a disminuir la cantidad de dióxido de carbono en el océano y es una forma en que la Tierra combate la contaminación y trabaja para recuperar la homeostasis. Al existir menos corales, el océano absorbe menos dióxido de carbono, dejando más en la atmósfera.

Referencias

1. Blessing, W. The lower brainstem and bodily homeostasis. Oxford University Press.
2. Cannon, W. The wisdom of the body. W. W. Norton.
3. Kotas, M., Medzhitov, R. Homeostasis, inflammation and disease susceptibility. Cell.
4. Trefil, J. Encyclopedia of science and technology. Taylor & Francis Books.
5. Tyrrel, A., Timmis, J., Greensted, A., Owens, N. Evolvable hardware, a fundamental technology for homeostasis.