Recuerde que la homeostasis es el mantenimiento de un entorno interno relativamente estable. Cuando un estímulo, o cambio en el entorno, está presente, los bucles de retroalimentación responden para mantener los sistemas funcionando cerca de un punto de referencia o nivel ideal.

Normalmente, dividimos los bucles de retroalimentación en dos tipos principales:

1. bucles de retroalimentación positiva, en los que un cambio en una dirección determinada causa cambios adicionales en la misma dirección.Por ejemplo, un aumento en la concentración de una sustancia causa retroalimentación que produce aumentos continuos en la concentración.
2. bucles de retroalimentación negativa, en los que un cambio en una dirección dada causa un cambio en la dirección opuesta.Por ejemplo, un aumento en la concentración de una sustancia provoca retroalimentación que, en última instancia, hace que la concentración de la sustancia disminuya.

Los bucles de retroalimentación positiva son sistemas inherentemente inestables. Debido a que un cambio en una entrada causa respuestas que producen cambios continuos en la misma dirección, los bucles de retroalimentación positiva pueden conducir a condiciones fuera de control. El término retroalimentación positiva se usa típicamente siempre que una variable tenga la capacidad de amplificarse a sí misma, incluso si los componentes de un bucle (receptor, centro de control y efector) no son fácilmente identificables. En la mayoría de los casos, la retroalimentación positiva es perjudicial, pero hay algunos casos en los que la retroalimentación positiva, cuando se usa de manera limitada, contribuye al funcionamiento normal. Por ejemplo, durante la coagulación de la sangre, una cascada de proteínas enzimáticas se activa entre sí, lo que lleva a la formación de un coágulo de fibrina que evita la pérdida de sangre. Una de las enzimas de la vía, llamada trombina, no solo actúa sobre la siguiente proteína de la vía, sino que también tiene la capacidad de activar una proteína que la precedió en la cascada. Este último paso conduce a un ciclo de retroalimentación positiva, donde un aumento de trombina conduce a nuevos aumentos de trombina. Cabe señalar que hay otros aspectos de la coagulación de la sangre que mantienen bajo control el proceso general, de modo que los niveles de trombina no aumentan sin límite. Pero si solo consideramos los efectos de la trombina en sí misma, se considera un ciclo de retroalimentación positiva. Aunque algunos pueden considerar que se trata de un ciclo de retroalimentación positiva, dicha terminología no es universalmente aceptada.

Los bucles de retroalimentación negativa son sistemas inherentemente estables. Los bucles de retroalimentación negativa, junto con los diversos estímulos que pueden afectar a una variable, típicamente producen una condición en la que la variable oscila alrededor del punto de ajuste. Por ejemplo, los bucles de retroalimentación negativa que involucran insulina y glucagón ayudan a mantener los niveles de glucosa en sangre dentro de un rango de concentración estrecho. Si los niveles de glucosa son demasiado altos, el cuerpo libera insulina en el torrente sanguíneo. La insulina hace que las células del cuerpo absorban y almacenen glucosa, lo que reduce la concentración de glucosa en sangre. Si la glucosa en sangre baja demasiado, el cuerpo libera glucagón, lo que provoca la liberación de glucosa de algunas de las células del cuerpo.

Retroalimentación Positiva

En un mecanismo de retroalimentación positiva, la salida del sistema estimula el sistema de tal manera como para aumentar aún más la salida. Los términos comunes que podrían describir ciclos o bucles de retroalimentación positiva incluyen «bola de nieve»y» reacción en cadena». Sin una reacción o proceso de contrapeso o «apagado», un mecanismo de retroalimentación positiva tiene el potencial de producir un proceso fuera de control. Como se señaló, hay algunos procesos fisiológicos que comúnmente se consideran retroalimentación positiva, aunque es posible que no todos tengan componentes identificables de un bucle de retroalimentación. En estos casos, el bucle de retroalimentación positiva siempre termina con contra-señalización que suprime el estímulo original.

Un buen ejemplo de retroalimentación positiva implica la amplificación de las contracciones del trabajo de parto. Las contracciones se inician a medida que el bebé se mueve hacia su posición, estirando el cuello uterino más allá de su posición normal. La retroalimentación aumenta la fuerza y la frecuencia de las contracciones hasta que nace el bebé. Después del nacimiento, el estiramiento se detiene y el bucle se interrumpe.

Otro ejemplo de retroalimentación positiva ocurre en la lactancia, durante la cual una madre produce leche para su bebé. Durante el embarazo, los niveles de la hormona prolactina aumentan. La prolactina estimula normalmente la producción de leche, pero durante el embarazo, la progesterona inhibe la producción de leche. Al nacer, cuando la placenta se libera del útero, los niveles de progesterona disminuyen. Como resultado, la producción de leche aumenta. A medida que el bebé se alimenta, su lactancia estimula el pecho, promoviendo una mayor liberación de prolactina, lo que resulta en una mayor producción de leche. Esta retroalimentación positiva asegura que el bebé tenga suficiente leche durante la alimentación. Cuando el bebé es destetado y ya no amamanta a la madre, la estimulación cesa y la prolactina en la sangre de la madre vuelve a los niveles previos a la lactancia.

Lo anterior proporciona ejemplos de mecanismos de retroalimentación positiva beneficiosos. Sin embargo, en muchos casos, la retroalimentación positiva puede ser potencialmente perjudicial para los procesos de la vida. Por ejemplo, la presión arterial puede disminuir significativamente si una persona pierde mucha sangre debido a un trauma.

La presión arterial es una variable regulada que hace que el corazón aumente su frecuencia (es decir, aumenta la frecuencia cardíaca) y se contraiga con mayor fuerza. Estos cambios en el corazón hacen que necesite más oxígeno y nutrientes, pero si el volumen de sangre en el cuerpo es demasiado bajo, el tejido cardíaco en sí no recibirá suficiente flujo sanguíneo para satisfacer estas mayores necesidades. El desequilibrio entre las demandas de oxígeno del corazón y el suministro de oxígeno puede conducir a un mayor daño cardíaco, lo que en realidad reduce la presión arterial, proporcionando un cambio mayor en la variable (presión arterial). El bucle responde tratando de estimular el corazón aún más fuertemente, lo que lleva a un mayor daño cardíaco and y el bucle continúa hasta que sobreviene la muerte.

Retroalimentación negativa

La mayoría de los sistemas de retroalimentación biológica son sistemas de retroalimentación negativa. La retroalimentación negativa ocurre cuando la salida de un sistema actúa para reducir o amortiguar los procesos que conducen a la salida de ese sistema, lo que resulta en menos salida. En general, los bucles de retroalimentación negativa permiten que los sistemas se autorestabilicen. La retroalimentación negativa es un mecanismo de control vital para la homeostasis del cuerpo.

Vio un ejemplo de un bucle de retroalimentación aplicado a la temperatura e identificó los componentes involucrados. Este es un ejemplo importante de cómo un bucle de retroalimentación negativa mantiene la homeostasis es el mecanismo de termorregulación del cuerpo. El cuerpo mantiene una temperatura interna relativamente constante para optimizar los procesos químicos. Los impulsos neuronales de los termorreceptores sensibles al calor en el cuerpo señalan al hipotálamo. El hipotálamo, ubicado en el cerebro, compara la temperatura corporal con un valor de punto de referencia.

Cuando la temperatura corporal baja, el hipotálamo inicia varias respuestas fisiológicas para aumentar la producción de calor y conservar el calor:

• El estrechamiento de los vasos sanguíneos superficiales (vasoconstricción) disminuye el flujo de calor a la piel.
• Comienza el escalofrío, aumentando la producción de calor por parte de los músculos.
• Las glándulas suprarrenales secretan hormonas estimulantes como la norepinefrina y la epinefrina para aumentar las tasas metabólicas y, por lo tanto, la producción de calor.

Estos efectos hacen que la temperatura corporal aumente. Cuando vuelve a la normalidad, el hipotálamo ya no se estimula, y estos efectos cesan.

Cuando la temperatura corporal aumenta, el hipotálamo inicia varias respuestas fisiológicas para disminuir la producción de calor y perder calor:

• El ensanchamiento de los vasos sanguíneos superficiales (vasodilatación) aumenta el flujo de calor a la piel y se enjuaga.
• Las glándulas sudoríparas liberan agua (sudor) y la evaporación enfría la piel.

Estos efectos hacen que la temperatura corporal disminuya. Cuando vuelve a la normalidad, el hipotálamo ya no se estimula, y estos efectos cesan.

Muchos mecanismos homeostáticos, como la temperatura, tienen respuestas diferentes si la variable está por encima o por debajo del punto de ajuste. Cuando la temperatura aumenta, sudamos, cuando disminuye, temblamos. Estas respuestas utilizan diferentes efectores para ajustar la variable. En otros casos, un bucle de retroalimentación usará el mismo efector para ajustar la variable hacia el punto de ajuste, ya sea que el cambio inicial de la variable esté por encima o por debajo del punto de ajuste. Por ejemplo, el diámetro pupilar se ajusta para asegurarse de que entra una cantidad adecuada de luz en el ojo. Si la cantidad de luz es demasiado baja, la pupila se dilata, si es demasiado alta, la pupila se contrae.

Esto podría compararse con conducir. Si su velocidad está por encima del punto de ajuste (el valor que desea que sea), puede disminuir el nivel del acelerador (es decir, coast) o puede activar un segundo sistema: el freno. En ambos casos se ralentiza, pero se puede hacer simplemente «retrocediendo» en un sistema o agregando un segundo sistema.

Veamos cómo funcionan estos dos ejemplos relacionados con la homeostasis de la presión arterial normal.

La presión arterial se mide cuando la sangre circulante ejerce presión sobre las paredes de las arterias del cuerpo. La presión arterial se crea inicialmente por la contracción del corazón. Los cambios en la fuerza y la velocidad de contracción estarán directamente relacionados con los cambios en la presión arterial. Los cambios en el volumen de sangre también estarían directamente relacionados con los cambios en la presión arterial. Los cambios en el diámetro de los vasos por los que viaja la sangre cambiarán la resistencia y tendrán un cambio opuesto en la presión arterial. La homeostasis de la presión arterial implica que los receptores monitoricen la presión arterial y los centros de control inicien cambios en los efectores para mantenerlo dentro de un rango normal.

Preguntas de autocomprobación

Realice el siguiente cuestionario para comprobar su comprensión de la homeostasis: