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HOMEOSTASIS

INTRODUCCIÓN

En el universo todo tiende al desorden. De esta forma se necesita menos energía para el mantenimiento de las

estructuras. (Segunda ley de la termodinámica = todos los

procesos se realizan de forma que aumente la entropía, que es la tendencia natural de la pérdida del orden)

Sin embargo, los organismos vivos que habitan en él tienden al orden. A medida que son más complejos, sus estructuras son más ordenadas. Todo ello requiere una gran cantidad de

energía.

Esto es ir en contra de la segunda ley de la termodinámica, pero se hace para asegurar la supervivencia y garantizar la

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HOMEOSTASIS: INTRODUCCIÓN

A primera vista, un organismo que funciona como un sistema abierto pudiera parecer susceptible a las fluctuaciones

ambientales y tornarse inestable.

Pero no es así. Para los seres vivos los conceptos de estabilidad y cambio son esenciales para el mantenimiento de la vida.

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Los organismos se mantienen vivos por su capacidad de estabilizar su organización interna ante la desorganización (cambios) del

ambiente.

La manutención de la "estabilidad" en medio de un ambiente en constante transformación, exige mecanismos eficientes para

superar las dificultades y regular los flujos de entrada y de salida del organismo vivo.

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Para mantenerse en equilibrio, el individuo del dibujo debe realizar ajustes posturales para compensar el medio fluctuante.

En forma análoga, los organismos vivos mantienen la estabilidad por medio del cambio.

Sin nuestra capacidad para cambiar sería imposible la adaptación a ambientes diversos: crecimiento, aprendizaje, aclimatación, etc..

Destacan 2 tipos principales de cambios en el organismo,

relacionados con los conceptos de homeostasis y de reostasis de los que hablaremos a continuación.

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Claude Bernard en 1865:

«Entre los seres vivos desarrollados, hay por lo menos dos medios que se

han de tener en cuenta: el medio exterior o extraorgánico, y el medio interno o intraorgánico (...)

Es el medio interno de los seres vivos el que está en relación inmediata

con las manifestaciones vitales normales o patológicas de los elementos orgánicos (...)

Todos los mecanismos vitales, por variados que sean, no tienen siempre

más que un principio: mantener la unidad de las condiciones de la vida en el medio interno».

«Los seres superiores constituyen un sistema abierto que presenta

numerosas relaciones con el entorno. Las modificaciones del medio

desencadenan reacciones en el sistema o lo afectan directamente, dando lugar a perturbaciones internas de éste.

Tales perturbaciones son normalmente mantenidas en límites estrechos

porque unos ajustes automáticos que sobrevienen en el interior del sistema entran en acción, evitándose de esa manera amplias

oscilaciones.

Las reacciones fisiológicas coordinadas que mantienen la mayoría de los

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Todas las células están bañadas por el mismo ambiente

(líquido intersticial) al cual se le ha llamado

medio

interno

.

La composición de este líquido se modifica a medida

que las sustancias se mueven dentro y fuera del plasma

sanguíneo.

La célula es capaz de vivir, crecer y desarrollar sus

funciones mientras reciba las concentraciones de

oxígeno, glucosa, iones, aminoácidos, sustancias grasas

y otros constituyentes necesarios provistos por el

medio interno, por lo que éste debe conservarse en un

estado de equilibrio.

Cualquier cambio que perturbe el funcionamiento

normal del medio interno puede desencadenar

patologías.

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MEDIO INTERNO: LÍQUIDOS CORPORALES

Líquido corporal total (LCT) está distribuido en 2 principales

compartimientos:

Líquido intracelular (LIC)

Líquido extracelular (LEC)

• El LEC, a su vez está conformado por:

Líquido intersticial (alrededor de las células)Plasma (dentro de los vasos sanguíneos) Linfa (dentro de los vasos linfáticos)

Líquido cefalorraquídeo (dentro del encéfalo y la médula espinal)Líquido sinovial (dentro de las articulaciones)

Humor acuoso (dentro de los ojos)

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MEDIO INTERNO

En un adulto normal de aproximadamente 70 Kg:

LCT representa el 60% de su peso (alrededor de 42 litros). De esa cantidad: LIC: 2/3 ( 28 litros), lo que representa el 40 % del peso corporal;

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El LEC se mueve en todas las partes del cuerpo en dos etapas. 1) Movimiento de la sangre a través del sistema circulatorio

2) Movimiento de fluidos entre los capilares sanguíneos y las células. A medida que la sangre pasa por los capilares, ocurre un intercambio

entre el líquido intersticial y el plasma por el proceso de difusión. Por esto el LEC continuamente se está mezclando y mantiene casi una

completa homogeneidad en todo el cuerpo.

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Las constantes fisiológicas reflejan el equilibrio del medio interno.

Son la expresión de un óptimo fisiológico en condiciones dadas. Las hay de orden bioquímico, anatómico, fisiológico. Se mantienen en un intervalo de valores que se consideran normales.

La mayor parte de las constantes fisiológicas son variables reguladas:

temperatura, presión sanguínea, pH sanguíneo, concentración de hemoglobina, frecuencia respiratoria, glucemia, calcemia, etc..

Cada una de estas variables está siendo constantemente regulada

mediante el control de funciones fisiológicas o conductuales que contrarrestan las perturbaciones del medio.

Se utilizan como punto de referencia para diagnosticar el grado de

normalidad o anormalidad de un individuo

Muchas de las constantes fisiológicas sufren variaciones a lo largo de

las diferentes etapas de la vida; estos cambios de valor con la edad no son fallas de la homeostasis, sino homeorresis adaptativa, puesto que los límites dentro de los cuales se mueven estas variables son igual de estrechos como en los individuos normales.

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oC +50 -50 +15 oC +50 -50 +15

Temperatura: 37 oC pH: 7,4 Glucosa: 85 mg/dL

Bicarbonato: 28 mmol/L Cloro: 108 mmol/L

Potasio: 4,2 mmol/L Sodio: 142 mmol/L pO2: 40 mm Hg

pCO2: 45 mm Hg

MECANISMOS HOMEOSTÁTICOS

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DEFINICIÓN

Los procesos homeostáticos son el

conjunto de mecanismos por los que todos

los seres vivos tienden a alcanzar una

estabilidad en las propiedades de su medio

interno y por tanto de la composición

bioquímica de los líquidos, células y

tejidos, para mantener la vida, siendo la

base de la fisiología.

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HOMEOSTASIS

ASPECTOS HISTÓRICOS

1857

CLAUDE

BERNARD

(FISIÓLOGO

FRANCÉS)

“Todos los mecanismos vitales, por diferentes que

sean, no tienen sino un solo fin, el preservar la

constancia de las condiciones de la vida en el

medio interno

”.

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1929 WALTER CANNON (FILÓSOFO Y CIENTÍFICO NORTEAMERICANO).

Acuña el término Homeostasis para definir y/o describir la regulación de este ambiente interno.

Explica: Elección del prefijo “homeo” por significado de semejante o similar, porque el medio interno es mantenido dentro de un rango de valores más que un valor fijo. Sufijo “stasis” como una condición estable, también definida como “una relativa constancia del medio Interno” Phys Rev 1928; (9:399-443)

Recibe el Premio Nobel en 1932 por definir las características que rigen la homeostasis en el libro “The Wisdom of the body”.

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HOMEOSTASIS

Características que rigen la homeostasis según Cannon:

1. Importancia de los sistemas nervioso y endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de regulación.

2. Nivel tónico de actividad: Los agentes tanto del medio interno como del medio externo mantienen una moderada actividad que varía ligeramente hacia arriba o abajo, como rodeando un valor medio en un intervalo de normalidad fisiológica.

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HOMEOSTASIS

4. Señales químicas pueden tener diferentes efectos en diferentes tejidos corporales: Agentes homeostáticos antagonistas en una región del cuerpo, pueden ser agonistas o cooperativos en otras regiones corporales.

5. La homeostasis es un proceso continuo que implica el registro y regulación de múltiples parámetros.

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7. Tolerancia: Es la capacidad que posee cada organismo de vivir en ciertos intervalos de parámetros ambientales, que a veces puede ser sobrepasada mediante la adaptación y la evolución.

8. Un fallo de los mecanismos homeostáticos produce enfermedad o la muerte. Las situaciones en las que el cuerpo no puede mantener los parámetros biológicos dentro de su rango de normalidad, surge un estado de enfermedad que puede ocasionar la muerte.

The Wisdom of the Body 1932

Nota El término homeostasis se ha aplicado tradicionalmente al

líquido extracelular, pero también puede aplicarse a las condiciones del interior de las células. De hecho, el fin último de la constancia del medio interno es la homeostasis intracelular, para lo cual existe una regulación precisa de las condiciones del citosol.

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Organismo en homeostasis

Cambio externo

Cambio interno

Pérdida de la homeostasis

Organismo intenta compensar

Compensación falla Compensación acierta

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La homeostasis es la propiedad de un sistema abierto de regular su medio interno para mantener unas condiciones estables, mediante múltiples

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Regulación del pH. La rapidez de las reacciones bioquímicas está en

íntima relación con la concentración de iones H+ del medio. El pH

interviene en la conformación y la actividad de las proteínas, en

particular de proteínas enzimáticas. La concentración de iones H+ en

el medio interno es marcadamente constante: el pH de la sangre arterial oscila entre 7,38 y 7,43 y los límites extremos compatibles con la vida son 7,1 y 7,8.

Frente a las agresiones ácidas o básicas, el organismo pone en juego tres líneas de defensa sucesivas:

Los tampones físico-químicos del medio interno. Amortiguan

inmediatamente el choque en un tiempo del orden del segundo.

El sistema respiratorio puede intervenir en segundo lugar

controlando la eliminación pulmonar de CO2. El sistema

bicarbonato/ácido carbónico tiene una misión fundamental gracias a su abundancia en el organismo y sobre todo porque constituye el único tampón abierto en el cual la cantidad total (CO3H-) + CO

3H2 depende del sistema neuroventilatorio, siendo el

CO2 volátil.

El riñón interviene en última instancia, asegurando la corrección

final de las alteraciones gracias a su capacidad para eliminar los

iones H+ y reabsorber el ion bicarbonato HCO

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MECANISMOS HOMEOSTÁTICOS DE REGULACIÓN

Una función del sistema nervioso es participar en la

regulación de la homeostasis. Se considera que

casi todo el cerebro esta involucrado en esta

tarea, pero el área más involucrada es el

hipotálamo.

En la regulación de la homeostasis, el hipotálamo

trabaja coordinadamente con el sistema

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HOMEOSTASIS

SISTEMA HOMEOSTÁTICO O DE CONTROL

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SISTEMA HOMEOSTÁTICO O DE CONTROL

Componentes:

· Estímulo: El primer mensaje, definido como una variación detectable en el ambiente. Ej: Cambio de temperatura. Ese mensaje llega al Receptor.

· El Receptor (Rc.): Detecta el cambio (estado del cuerpo o del medio ambiente). El receptor funciona como “transformador biológico” que transmite la energía de un sistema energético a otro.

Ej: La luz (energía lumínica) estimula los fotorreceptores del ojo los cuales generan un impulso nervisoso (energía eléctrica) a través del nervio òptico hasta llegar a la corteza cerebral produciendo la percepción de la luz.

. La información recibida por el receptor viaja a través de una

vía de entrada, sensitiva o aferente hasta llegar al centro integrador.

(26)

· Centro Integrador: Procesa la información y genera una reacción apropiada para el determinado estímulo. El centro integrador puede recibir muchos estímulos, permitiendo así la integración de varios segmentos del cuerpo.

· La respuesta procesada por el centro integrador viajará entonces a través de una vía eferente o de salida hasta el último componente del sistema, el efector

· El Efector: Producirá un cambio de actividad que constituirá la respuesta general del sistema.

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En los años cuarenta comienza un vivo interés por los estudios interdisciplinares con el fin de explorar la tierra de nadie existente entre las ciencias establecidas. Estos estudios ponen de manifiesto la existencia de analogías en la estructura y comportamiento de sistemas de naturaleza muy distinta (sistemas biológicos,

mecánicos, eléctricos, etc.). Así es como Wiener y Bigelow

descubren la ubicuidad de los procesos de retroalimentación, en los que informaciones sobre el funcionamiento de un sistema se transmiten a etapas anteriores formando un bucle cerrado que permite evaluar el efecto de las posibles acciones de control, y adaptar o corregir el comportamiento del sistema.

Wiener :

«Para controlar una acción orientada hacia una meta, la circulación de la información debe formar un circuito cerrado en el cual el

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HOMEOSTASIS

ASAS DE RETROALIMENTACIÓN:

La respuesta está condicionada por el estímulo que, a su vez, es afectado por la salida o respuesta. Pueden ser de dos tipos:

a. Retroalimentación Negativa: Se producen una serie de cambios que regresan al factor alterado hacia su valor normal, manteniendo así la homeostasis.

Se produce porque el efector produce una respuesta que modifica la entrada, o sea, se reduce el estímulo por la respuesta del efector.

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HOMEOSTASIS

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La osmorregulación es la regulación, por control homeostático, de la concentración de agua en el líquido tisular y en el torrente sanguíneo, y de la cantidad de agua que absorben las células. Un cambio en la

concentración de agua activa un asa de retroalimentación negativa: • En el hipotálamo se encuentran osmoreceptores capaces de detectar la concentración de agua circulante.

• El hipotálamo envía mensajes químicos a la glándula hipófisis.

• La hipófisis secreta hormona antidiurética (ADH), cuyo órgano diana es el riñón.

• Al llegar la hormona al riñón, modifica la permeabilidad de los túbulos al agua.

• Si se requiere más agua, se secretan grandes cantidades de ADH, lo que hace a los túbulos más permeables y se retiene más agua.

• Si se necesita menos agua en el sistema, hay bajas concentraciones de ADH lo que hace a los túbulos menos permeables y se produce un

mayor volumen de orina.

HOMEOSTASIS

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HOMEOSTASIS

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HOMEOSTASIS

b. Retroalimentación Positiva:

No lleva a la estabilidad

sino a la inestabilidad, creando un círculo vicioso que

puede llevar a la muerte, ya que el estímulo inicial

produce una respuesta que aumenta aún más el estímulo.

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HOMEOSTASIS

Retroalimentación Positiva Ejemplos

El parto: Las contracciones uterinas producen el descenso del bebé, la cabeza de este contacta con el cervix, el cual es estirado y produce una señal que causa más contracciones que causan mayor dilatación del cervix; esto sucede una y otra vez hasta lograr la expulsión del bebé , proceso que detiene las contracciones.

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Hipófisis (glándula pituitaria)

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HOMEOSTASIS

La homeostásis está sometida al desgaste termodinámico.

El organismo es sometido constantemente a las

variaciones constantes del medio y su efectividad va

mermando con el paso del tiempo (edad).

Las funciones que regulan la homeostásis dejan de

funcionar en un instante en el tiempo en el que es

termodinámicamente imposible continuar sosteniendo

dicha estructura (=muerte).

Un organismo enferma en el momento que se requiere

un aporte EXTRA de energía para sostener el ciclo

homeostático. Agentes patógenos, tales como los radicales

libres, virus o bacterias, pueden comprometer ese ciclo.

La enfermedad es una respuesta inadecuada ante la

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Los animales son una continua y compleja mezcla de estabilidad e inestabilidad que oscila en el tiempo en función de numerosas variables y estrategias. Por este motivo, ya el propio Cannon, dijo textualmente al acuñar el término de homeostasis, "es inadecuado y provisional".

N. Mrosovsky, 1990 . Propone el término REOSTASIS, para describir una condición que es la "regulación del cambio", en contraposición a la "manutención de valores o niveles similares".

Si bien en cualquier momento el nivel de un parámetro es mantenido próximo a su nivel de referencia por mecanismos homeostáticos, con el tiempo, el nivel de referencia puede verse alterado. De esta forma, la homeostasis es un fenómeno observado en una escala de tiempo de corto plazo, la reostasis se refiere a fenómenos que se observan en mayores escalas de tiempo.

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REOSTASIS

• Existen 2 tipos principales de alteraciones en el organismo.

Aquellas que buscan mantener los parámetros del organismo en un nivel estable – nivel de referencia, constantes fisiológicas – y las que buscan alterar el nivel de referencia.

• Las primeras corresponden a las regulaciones que el organismo

ejecuta para compensar fluctuaciones aleatorias del ambiente, que no pueden anticiparse. Los mecanismos que posibilitan esos

cambios reactivos son denominados homeostáticos.

• El segundo tipo corresponde a aquellas que cambian el nivel de

referencia de algún parámetro orgánico para posibilitar la adaptación del organismo ante algún cambio de su medio

ambiente interno o externo. Pueden aparecer en forma periódica o no. Mrosovsky propuso para ellas el término de mecanismos

reostáticos.

• De esta manera, los organismos vivos presentan una fisiología

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REOSTASIS

Mrosovsky considera 2 tipos de reostasis, la

reactiva

y la

programada

.

La reostasis reactiva

se refiere a aquellos cambios

del nivel de referencia ocurridas como respuesta a

algún estímulo.

Ejemplo: la fiebre. El nivel de referencia de la

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REOSTASIS

La

reostasis programada

(también conocida como

alostasis) se refiere a aquellos cambios que suceden en

ciertas fases del ciclo de vida. Ejemplos: la elevación de

la temperatura del cuerpo de la mujer durante la fase lútea

del ciclo menstrual, el estado de conciencia a lo largo del

ciclo de sueño-vigilia.

Si esas condiciones se expresan periódicamente, se vuelve

posible y ventajoso para el organismo ajustar su fisiología

anticipadamente

en relación a esas condiciones

específicas. Ejemplo: elevación de los niveles de cortisol

por las mañanas antes de levantarse.

Ese tipo de alteraciones son tan importantes que

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Cronostasis

Se ha acuñado el término de Cronostasis

que define aquellos mecanismos que

transmiten un orden temporal a diversos

procesos fisiológicos, que ajustan el tiempo

biológico con el geofísico y coordinan la

progresión temporal de distintos procesos

fisiológicos y conductuales entre sí.

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