¿Qué es homeostasis? - Conoce los tipos de homeostasis en biología

¿Nunca te has preguntado cómo ciertas especies pueden vivir en condiciones extremas? Podemos resistir temperaturas muy bajas o muy altas, sin alterar en gran medida nuestro propio equilibrio. Esta tendencia a resistirse al cambio externo es lo que se conoce como homeostasis.

Acompáñanos y exploremos a profundidad este concepto tan ligado a la evolución y que, además, es fundamental para entender cómo se preserva la estabilidad tanto en los individuos como en los ecosistemas en general. ¡No te lo pierdas!

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Significado de homeostasis en biología

Claude Bernard fue el primero en hablar sobre ‘homeostasis’ al realizar una investigación en la cual menciona la capacidad del cuerpo para conseguir un equilibrio interno, pero no fue sino hasta 1933 cuando Walter Cannon acuño el término como tal. También recibe el nombre de "homeostasia", y proviene del griego Homeo (constante) más stasis (mantener).

Ahora bien, la homeostasis a grandes rasgos se refiere a la serie de mecanismos que emplea un organismo vivo para conservar sus condiciones internas. Es decir, regularlas y mantenerlas constantes, a pesar de las fluctuaciones u oscilaciones que sufre el exterior o medio ambiente. Este fenómeno es universal y aparece presente en la gran mayoría de especies vivientes.

Esta serie de procesos o mecanismos que utiliza el cuerpo permite al animal (como al hombre) vivir en ambientes variados, que, en otras circunstancias, podrían en riesgo la supervivencia en caso de estar en zonas con condiciones desfavorables. Esta tendencia de resistirse al cambio es lo que permite mantener el medio interno estable. Es decir, sin variaciones muy marcadas que pueda alterar el comportamiento normal de las funciones vitales.

Para ello se vale de diferentes procesos que se conocen como ciclos de retroalimentación, los cuales pueden ser positivas o negativas. Cada uno de ellos varía según la característica o funciones que busca regular. Al final, permite que el ser vivo se pueda adaptar al ambiente y sus nuevas condiciones, pero sin afectar su equilibrio interno.

Una definición más sencilla nos dice que la homeostasis es un estado de equilibrio entre todos los sistemas que componen un cuerpo, que son necesarios para mantenerlo en funcionamiento de modo adecuado. Si bien este es un concepto más universal, lo cierto es que la homeostasis la encontramos en diferentes campos aparte de la biología. Por ejemplo, en la ecología, ingeniería y la medicina humana.

¿Qué es la homeostasis en animales?

Existen seres vivos que pueden regular su temperatura corporal y mantenerla estable, aún cuando están en condiciones extremas. Esta facultad, así como la capacidad que tienen sus órganos y sistemas de ajustarse de forma constante a los cambios externos, es gracias a la homeostasis.

Ésta les permite entrar en un estado estacionario, y que es de vital importancia para la supervivencia, sobre todo en ambientes hostiles como el desierto o la tundra. Los animales que pueden mantener su temperatura de modo estable se les conoce con el nombre de "homeotermos", y este control es independiente del valor que existe en el medio ambiente. La mayoría de mamíferos y aves tienen esta capacidad.

Por otro lado, las especies animales más primitivas, como los reptiles y anfibios, son poiquilotermos. Esto quiere decir que no poseen los procesos biológicos necesarios para regular su propia temperatura y por ello sé conforman con la del ambiente. Ejemplo de este caso son las serpientes, que son conocidos por ser de ‘sangre fría’, es decir, su temperatura corporal depende del sitio en el que se encuentren.

¿Qué es la homeostasis ecológica?

Cuando hablamos del equilibrio dinámico entre el medio ambiente y las comunidades que en él habita, entonces nos referimos a homeostasis ecológica. Esto se logra a través de intercambios entre los distintos medios, manteniendo un sano equilibrio. Cuando se rompe, el ecosistema se altera y afecta su capacidad homeostática.

Son varios los factores que influyen desde la rama de la biología para el mantenimiento del ambiente. Los desastres naturales son fluctuaciones que actúan de modo negativo sobre un ecosistema. Por ejemplo, las inundaciones, incendios, terremotos, sequías, olas de frío o calor causadas por fenómeno de El Niño y La Niña, e incluso tormentas. No obstante, en los últimos años la intervención de la mano del hombre ha afectado en gran medida la homeostasis ecológica.

Dentro de ellos se encontró el agotamiento de los recursos limitados por la sobrepoblación, la contaminación en todas sus formas (agua, aire, sónica) y la deforestación masiva sin control. El efecto invernadero, así como también la lluvia ácida, representan problemas que han alterado el frágil equilibrio de nuestros ecosistemas. Por ejemplo, la destrucción de la capa de ozono ha afectado drásticamente los polos de la tierra, que al aumentar la temperatura terrestre, ha hecho que se derrita el hielo y aumentando el nivel del mar.

Ahora bien, existen acciones que el ser humano puede realizar y que favorecen en gran medida la homeostasis ecológica, tal es el caso de:

• El uso de energía alternativa y renovables (eólica, solar).
• Tratamiento de aguas residuales en plantas especializadas.
• Clasificar la basura según su naturaleza y promover el reciclaje.
• Empleo de transporte público.

¿Qué es la homeostasis en el ser humano?

Es la tendencia de mantener todos los sistemas y órganos internos funcionando en un equilibrio estable. Esto es crucial, ya que todas las células de nuestro organismo funcionan de manera correcta dentro de un estrecho rango de intervalos. De éste modo, se mantienen las funciones vitales en condiciones estables, como es el caso de:

• La temperatura corporal: Es el ejemplo clásico, puesto que en un día la temperatura puede oscilar desde 0ºC hasta 35ºC o más, todo ello dependiendo de la región o zona en la que se viva. A pesar de ello, la temperatura corporal del ser humano está dentro del rango de 36,5 °C a 37,5 °C, indistintamente del valor del medio externo. En casos extremos, donde la homeostasis esté alterada y el valor descienda por debajo de los 33ºC o supere los 42 °C, existe un riesgo inminente de muerte por hipotermia e hipertermia.
• La concentración de diferentes iones en los líquidos corporales: Ejemplo de ello es el plasma sanguíneo, donde encontramos nutrientes como la glucosa y diferentes electrolitos. Los niveles de oxígeno y dióxido de carbono juegan un papel muy importante en la homeostasis, puesto que el exceso del segundo causa un aumento del pH y posible acidosis respiratoria.
• pH de la sangre: Conocido como la concentración de hidrogeniones en un medio, ésta escala, que va desde el 1 al 14, mide el grado de acidez. Se ha establecido que en el plasma sanguíneo su valor constante es de 7.35 a 7.45. Cuando están por arriba, producen alcalosis, y si descienden del rango mínimo, estaremos frente a una acidosis. Ambos casos ponen en riesgo la vida de la persona. La homeostasis es diferente en distintos niveles, ya que si bien este valor de pH es normal en la sangre, dentro de la cavidad gástrica su valor constante promedio es de 1.0 a 2.0.

Mantener este equilibrio a nivel celular e individual es fundamental para conseguir la homeostasis general del organismo. Con ese fin, el cuerpo se vale de diferentes mecanismos compensadores, para la eliminación de desechos orgánicos o que permiten alternar entre las concentraciones de ciertos valores.

¿Qué es la capacidad homeostática?

La investigación de numerosos biólogos, fisiólogos y médicos han logrado que comprendamos cómo el cuerpo se regula así mismo. No obstante, no todos los individuos tienen capacidades homeostáticas similares. Son diferentes en gran medida.

Por ejemplo, los pingüinos que viven en la Antártida desarrollaron sistemas complejos que les permite mantener su temperatura corporal estable. De este modo, han logrado subsistir en condiciones climáticas extremas durante toda su vida. Ahora bien, el ser humano no está dotado de esa capacidad adaptativa a largo plazo, y en cuestión de horas o días fallecería de hipotermia, aún cuando el hombre posee mecanismos para controlar su temperatura.

Por lo tanto, la capacidad homeostática depende de la capacidad que tiene el cuerpo para detectar, oponerse y responder ante dichos cambios. En algunos casos estará más desarrollada que en otras. Estos cambios se compensan mediante el intercambio con el medio externo de materia o energía (conocido como metabolismo).

¿Qué importancia tiene la homeostasis?

El balance dentro del organismo es fundamental para la buena función de todos los sistemas. La homeostasis permite el equilibrio dinámico y de ahí se observa lo valioso de  mantener la salud del individuo, pues es lo que garantiza su supervivencia. Todos los sistemas se rigen por las leyes de la homeostasis, y sin ella el cuerpo entraría en un estado de entropía o caos a nivel celular.

Imagina por un segundo que no tengamos todos estos mecanismos. No podríamos visitar ambientes más cálidos como la playa (donde la temperatura pueden alcanzar los 40º C), o subir a montañas con un clima más frío. ¡La vida sería insostenible!

Todos los sistemas biológicos corren el riesgo de ser modificados por el ambiente fuera de sus puntos estables. Desde actividades tan básicas del día a día como comerse un dulce, hará que tus niveles de glicemia aumenten. Sin embargo, gracias a la homeostasis, el cuerpo es capaz de detectar este cambio y empezar los mecanismos necesarios para volver a su punto de equilibrio. Otro ejemplo es al hacer ejercicio, pues los niveles de oxígeno requeridos por tus músculos aumentan, al igual que la producción de CO₂.

Cuando el cuerpo pierde el control de su propio equilibrio, aparece la enfermedad. Casos de esto ocurre en la diabetes (no se puede mantener constante los niveles de azúcar en sangre), el cáncer (producción excesiva de células no funcionales) así como otras más.

Tipos de homeostasis que existen

Para mantener el equilibrio del medio interno, los organismos se valen de ciclos que permiten recuperar su condición estable. Existen tanto de retroalimentación negativa (siendo estos los más comunes), como positiva. Dichos bucles tienen algunos componentes, y entre ellos:

• Variable: siendo la característica del ambiente interno a controlar (Por ejemplo, la glicemia, iones, pH).
• Receptor: que detecta los cambios en dicha variable y la información al centro de control.
• Integrador: se encarga de detectar el error y ejecuta acciones para arreglarlo según el punto de ajuste (valor normal de la variable).
• Efector: es el mecanismo que emite una respuesta y modifica la variable para restablecerla. Esta respuesta está en constante chequeo por el sensor, quien en forma cíclica manda esta información al centro de control.

También se establece que, ante ciertas interacciones, los organismos responden de tres maneras diferentes ante estos cambios:

• Regulación: busca compensar los cambios impuestos en el ambiente y permanecer constante en su medio interno.
• Conformidad: ocurren cambios en simultáneo (a la par) con el ambiente. Tal es el caso de las especies de ‘sangre fría’.
• Evitación: para tratar de disminuir el impacto que pueda tener los cambios del medio externo en el organismo. Ejemplo de ello es la hibernación de algunas especies animales.

Retroalimentación negativa

Este tipo de ciclo funciona en oposición al estímulo inicial que los desencadena. Por lo tanto, se invierte la dirección del cambio con el fin de alcanzar una estabilidad buscando corregir las desviaciones del valor de referencia. Dicho efecto es contrarrestado o llevado en sentido contrario.

Gracias a la retroalimentación negativa, el cuerpo puede compensar esos desequilibrios volviendo a estar en el intervalo normal. Este ciclo funciona con un sensor, un control central (que en la mayoría de los casos es el cerebro) y un efector. El ejemplo más clásico es la regulación de la temperatura corporal. Si es demasiado alta (por encima de los valores considerados estables), entonces empezará un ciclo de retroalimentación negativa, con el fin de disminuirla hasta el valor normal.

Esto funciona de la siguiente manera: los sensores captan la alta temperatura. Pueden ser receptores como terminaciones libres, nociceptores, termorreceptores. Luego, lo informarán a un centro de control (el hipotálamo) encargado de regular dicha variable. Una vez allí, se procesan los datos y se activarán los efectores. Tal es el caso de las glándulas sudoríparas, que buscan oponerse al estímulo de temperatura elevada y disminuirla. La glicemia también implica mecanismo de retroalimentación negativa.

Otro ejemplo es la regulación de la presión sanguínea. Cuando esta aumenta por encima de lo normal, los receptores lo detectan y envían señales al cerebro que, a su vez, emite órdenes a los órganos efectores. Esto da por resultado que el corazón disminuya su frecuencia cardíaca y los vasos sanguíneos se dilaten. De este modo, baja la presión arterial hasta los valores estándares. Por el contrario, si se detecta un descenso súbito, entonces la respuesta será contraria y los vasos se contrajeron, mientras que la frecuencia cardíaca aumenta.

Retroalimentación positiva

Este tipo de ciclo es opuesto a la retroalimentación negativa. En tal caso, cuando el órgano detecta un cambio, se desatan respuestas que estimulan e incrementan a dicho cambio. Es decir, amplifican el efecto. En algunos casos pueden resultar beneficiosos en la homeostasis, pero en la mayoría de ellos produce efectos no deseados.

Un ejemplo de retroalimentación positiva que beneficia la homeostasis es en la liberación de insulina en sangre. Cuando los niveles de azúcar están aumentados, los sensores informan al páncreas que secrete una sustancia llamada ‘insulina’ para controlar la glucosa. Mientras mayor sea la cantidad de glucosa, mayor será la producción de insulina. Luego que se estabilice, cesará su liberación adicional.

Otro mecanismo de retroalimentación positiva se da en la digestión de proteínas, que estimulan la producción adicional de HCl. También se presenta en el parto, cuando la cabeza del bebe presiona las paredes el cuello uterino, y esta señal le indica al cerebro necesita la excreción de oxitocina. Mientras más avanza el trabajo de parto, más oxitocina se libera. Otro aspecto clave de este ciclo es que no tiene la función de mantener el estado de manera permanente, sino estimularlos hasta su terminación.

Anteroalimentación

Este es un mecanismo que prepara al organismo ante un hecho muy probable. Tienen protagonismo en eventos metabólicos, pero también aparece en los circuitos neuronales. En este caso, la información sensorial se procesa en diferentes niveles con el fin de guiar el comportamiento futuro. También recibe el nombre de pre alimentación, y funciona para anticipar la llegada de un cambio antes de que este ocurra y así evitarlo. Está muy ligado a los actos instintivos como el mantenimiento del equilibrio y la propiocepción.

¿Cómo se hace la homeostasis en el cuerpo humano?

Para la conservación del estado interno, el cuerpo utiliza estos ciclos de retroalimentación. Según el órgano, la variable y el efecto deseado, actuarán diversos componentes. Para controlar la glicemia, el cerebro cuenta con receptores químicos y de efectores hormonales. Si la temperatura desciende por debajo de lo normal, el cuerpo empieza a tiritar para generar calor interno.

Ahora bien, a nivel molecular también ocurre este fenómeno, y a continuación te lo explicamos:

Homeostasis para las células

Estos procesos de regulación y resistencia al cambio en las células dependen del principio de la retroalimentación. Dentro de ellas existe un ambiente interno altamente controlado del medio externo (o espacio intersticial). Por ejemplo, la concentración de moléculas como iones de potasio, cloro o sodio varían.

Esta homeostasis celular también regula la presión interna, que es conocida como ‘osmótica’, mediante la liberación o absorción de sustancias. A través de la membrana plasmática se mantiene esta homeostasis mediante mecanismos de difusión pasiva y transporte activo, que están en constante funcionamiento para tener la concentración adecuada. Ejemplo de ello es la bomba Sodio/Potasio ATPasa.

El interior celular contiene mayor cantidad de potasio que en la región externa. Por otro lado, el sodio predomina en la región extracelular, y esto es gracias a la bomba Na/K ATPasa que expulsa del interior el Sodio e introduce el Potasio en una relación 3:2. Si no fuera por este mecanismo, la célula colapsaría, al llenarse de líquido y luego explotaría.

Homeostasis en el metabolismo celular

Las células necesitan energía para realizar sus funciones. Esta proviene de los nutrientes que consumismos y del oxígeno que inhalamos. Todos estos mecanismos se regulan con cuidado para mantener el equilibrio, y para ello utiliza procesos metabólicos que son tanto anabólicos como catabólicos.

Si algún tejido necesita de más energía, entonces el metabolismo aumenta. De este modo, se produce más energía para compensar su requerimiento, como por ejemplo cuando hacemos ejercicio. Aquí, por retroalimentación positiva se descompone más glucógeno, y luego aumentan los niveles de azúcar. Posteriormente, ésta glucosa se transporta hasta las células que lo necesitan, y una vez ahí, se degrada para producir más ATP, la monera energética. Lo mismo ocurre con los lípidos y con las proteínas.