Homeostasis para niños

La homeostasis es la increíble capacidad que tienen los seres vivos para mantener su ambiente interno estable, incluso cuando el mundo exterior cambia. Imagina que tu cuerpo es como una casa con un sistema de control muy avanzado: si hace mucho calor afuera, el sistema enciende el aire acondicionado; si hace frío, prende la calefacción. La homeostasis hace algo parecido, pero con tu temperatura, el nivel de azúcar en tu sangre, la cantidad de agua en tu cuerpo y muchas otras cosas importantes.

Este equilibrio no es estático, sino dinámico. Es decir, no es que las cosas se queden quietas, sino que están en constante movimiento, ajustándose para mantenerse dentro de ciertos límites. Esto es posible gracias a una red de sistemas de control que funcionan como mecanismos de autorregulación.

Por ejemplo, tu cuerpo mantiene una temperatura de alrededor de 37°C. Si corres mucho y te calientas, sudas para enfriarte. Si tienes frío, tus músculos pueden temblar para generar calor. Otros ejemplos de homeostasis incluyen el control del pH (la acidez o alcalinidad) de tus líquidos corporales, los niveles de sales como el sodio y el potasio, y la cantidad de azúcar en tu sangre. Todos estos factores deben estar regulados para que puedas funcionar bien, sin importar lo que comas o cuánto te muevas.

Cada uno de estos procesos está controlado por uno o más sistemas homeostáticos. Estos sistemas tienen al menos tres partes principales:

• Un receptor: Es como un sensor que detecta los cambios. Por ejemplo, hay sensores de temperatura en tu piel y dentro de tu cuerpo.
• Un centro de control: Recibe la información del sensor y decide qué hacer. Es como el cerebro de la operación.
• Un efector: Es la parte que actúa para corregir el cambio. Por ejemplo, tus glándulas sudoríparas son efectores cuando tienes calor.

Cuando un receptor detecta un cambio, envía una señal al centro de control. El centro de control tiene un "punto de ajuste" (el valor ideal) para cada variable. Si la variable se sale de ese rango, el centro de control envía una señal al efector para que actúe y devuelva la variable a su estado normal. Una vez que el cambio se corrige, el efector envía una señal de "retroalimentación negativa" al receptor para que deje de enviar la señal, y así el sistema se estabiliza.

El concepto de homeostasis fue aplicado por el científico Walter Cannon en 1926, basándose en la idea del "medio interno" que había propuesto Claude Bernard en 1865. Aunque tradicionalmente se ha usado en biología, otras ciencias también han adoptado este término.

¿Qué significa la palabra Homeostasis?

La palabra homeostasis viene del griego. "Hómoios" significa "igual" o "similar", y "stásis" significa "estado" o "estabilidad". Así que, homeostasis significa "permanecer igual" o "mantenerse estable".

¿Por qué es importante la Homeostasis?

Los procesos químicos que ocurren en tu cuerpo, como la digestión o la producción de energía, solo pueden funcionar correctamente en condiciones muy específicas. La homeostasis asegura que estas condiciones se mantengan estables. En humanos y otros mamíferos, los mecanismos homeostáticos más conocidos son los que mantienen constante la composición del líquido que rodea nuestras células (llamado "ambiente interno"), especialmente la temperatura, el pH y las concentraciones de sustancias como el sodio, el potasio, la glucosa y los gases como el dióxido de carbono y el oxígeno.

Cuando los niveles de estas variables son más altos o más bajos de lo normal, se usan prefijos como "hiper-" (alto) o "hipo-" (bajo). Por ejemplo, "hipertermia" es una temperatura corporal muy alta, e "hipotermia" es una temperatura muy baja.

Es importante saber que la homeostasis no significa que los valores sean absolutamente fijos. Por ejemplo, tu temperatura corporal interna varía un poco durante el día, siendo más baja por la noche y más alta por la tarde. También puede cambiar un poco durante el ciclo natural del cuerpo. Además, cuando tienes una infección, tu cuerpo puede subir la temperatura para producir fiebre, lo cual es una respuesta controlada. Los organismos también pueden adaptarse a cambios en el ambiente, como la temperatura o los niveles de oxígeno en la altitud, a través de un proceso llamado aclimatación.

La homeostasis no controla todas las actividades del cuerpo, pero sí las más importantes para la supervivencia. Por ejemplo, la frecuencia cardíaca no se controla directamente por homeostasis, sino que es una respuesta para mantener la presión arterial estable.

¿Cómo responden los seres vivos a los cambios del ambiente?

Los organismos tienen diferentes maneras de responder a los cambios en su entorno:

• Evitación: Algunos organismos evitan los cambios ambientales. Por ejemplo, buscando lugares seguros como cuevas, o migrando a otros sitios, o hibernando durante el invierno.
• Conformidad: En este caso, el ambiente interno del animal cambia junto con las condiciones externas. No regulan o su regulación no es muy efectiva. Por ejemplo, los animales de sangre fría (poiquilotermos) cambian su temperatura corporal según la temperatura del ambiente.
• Regulación: Los organismos reguladores activan acciones para mantener su ambiente interno relativamente constante, a pesar de los cambios externos. Por ejemplo, los animales de sangre caliente (homeotermos) mantienen una temperatura corporal constante.

Estas categorías no son absolutas; la mayoría de los organismos se encuentran en algún punto intermedio, dependiendo del factor ambiental y de la especie.

¿Cómo funcionan los sistemas de control?

Los sistemas de control homeostático funcionan mediante un "bucle de retroalimentación", donde la información se envía de vuelta al sistema para ajustarlo.

Figura 1. Componentes de un sistema de realimentación

Los componentes clave son:

• Variable: Lo que se está controlando (ej. temperatura).
• Sensor (Receptor): Detecta los cambios en la variable.
• Integrador (Centro de Control): Recibe la información, la interpreta y decide la respuesta.
• Punto de ajuste: El valor normal o ideal de la variable.
• Efector: El mecanismo que produce la respuesta para corregir el cambio.
• Retroalimentación negativa: Es el mecanismo principal de la homeostasis. Ocurre cuando la respuesta del efector invierte la dirección del cambio, devolviendo la variable a su punto de ajuste. Por ejemplo, si la temperatura sube, la retroalimentación negativa la baja.

Figura 2. Bucle de realimentación negativa

• Retroalimentación positiva: Es menos común en la homeostasis. Ocurre cuando la respuesta amplifica el cambio inicial. Por ejemplo, durante la coagulación de la sangre, una pequeña señal se amplifica para formar un coágulo rápidamente.

Ejemplos de variables controladas por homeostasis

Homeostasis de la temperatura corporal

Pájaros con el plumaje erizado y acurrucados en busca de calor

Los mamíferos, como los humanos, regulan su temperatura corporal usando sensores en el cerebro (hipotálamo), la médula espinal y otros órganos. Si la temperatura central baja, el cuerpo reduce el flujo de sangre a la piel para no perder calor y puede empezar a temblar para generarlo. También se eriza el vello (piel de gallina), lo que ayuda a atrapar una capa de aire aislante (aunque en humanos no es tan efectivo como en animales con mucho pelo).

Si la temperatura central sube, el cuerpo aumenta el flujo de sangre a la piel (vasodilatación) y las glándulas sudoríparas producen sudor. Cuando el sudor se evapora, enfría la piel y la sangre. Algunos animales, como los perros, jadean para enfriarse, evaporando agua de su boca y garganta.

Variación circadiana de la temperatura corporal, que va desde aproximadamente 37,5°C desde las 10 a.m. a las 6 p.m., y cayendo a aproximadamente 36,4°C desde las 2 a.m. hasta las 6 a.m.

Homeostasis del azúcar en la sangre

Figura 3. Homeostasis de la glucemia por realimentación negativa

Realimentación negativa actuando en la regulación del azúcar en sangre. La línea plana es el punto de ajuste del nivel de glucosa y la onda sinusoidal las fluctuaciones de la glucosa.

El nivel de glucosa (azúcar) en la sangre se mantiene en un rango muy estrecho. El páncreas es el órgano clave en esta regulación, produciendo dos hormonas:

• Insulina: Se libera cuando el nivel de azúcar en la sangre sube (por ejemplo, después de comer). La insulina ayuda a que el azúcar entre en las células para ser usado como energía o almacenado.
• Glucagón: Se libera cuando el nivel de azúcar en la sangre baja. El glucagón le indica al hígado que libere azúcar almacenado en la sangre.

Estos dos trabajan juntos para que el nivel de azúcar en la sangre se mantenga siempre en un rango saludable.

Niveles de gases en la sangre

Tu cuerpo también controla los niveles de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre, así como el pH. Sensores en tus arterias y en el cerebro detectan estos niveles. Si, por ejemplo, el dióxido de carbono sube, el centro respiratorio en tu cerebro te hace respirar más rápido y profundo para eliminarlo y restaurar el equilibrio.

En situaciones como el buceo a gran profundidad o el montañismo a gran altura, donde las presiones de los gases cambian, el cuerpo se ajusta para mantener los niveles adecuados.

Contenido de oxígeno en la sangre

Los riñones son importantes para medir el contenido de oxígeno en la sangre. Si el oxígeno es bajo por mucho tiempo, los riñones liberan una hormona llamada eritropoyetina (EPO). Esta hormona estimula la médula ósea para que produzca más glóbulos rojos, que son los encargados de transportar el oxígeno. Por eso, las personas que viven en altitudes elevadas tienen más glóbulos rojos.

Presión arterial

La presión arterial es la fuerza con la que la sangre empuja las paredes de tus arterias. Sensores especiales en las arterias grandes (barorreceptores) detectan los cambios en la presión. Si la presión sube, el cerebro envía señales al corazón para que lata más lento y a los vasos sanguíneos para que se dilaten, bajando la presión. Si la presión baja, el corazón late más rápido y los vasos se contraen para subirla.

Regulación del calcio

El calcio es vital para tus huesos, músculos y nervios. Su nivel en la sangre está muy controlado por dos glándulas: las paratiroides y la tiroides.

• Las glándulas paratiroides liberan la hormona paratiroidea (PTH) si el calcio baja, lo que hace que los huesos liberen calcio a la sangre y los riñones lo retengan.
• La glándula tiroides libera calcitonina si el calcio sube, lo que ayuda a que el calcio se deposite en los huesos.

Los huesos actúan como un gran almacén de calcio, liberándolo o guardándolo según sea necesario.

Regulación del sodio

El sodio es una sal importante para el equilibrio de líquidos en el cuerpo. Los riñones son clave en su regulación. Si el nivel de sodio baja o la presión arterial disminuye, los riñones liberan una enzima llamada renina. Esta enzima inicia una cadena de reacciones que produce una hormona llamada angiotensina II, que a su vez estimula la liberación de aldosterona. La aldosterona ayuda a los riñones a retener sodio en el cuerpo.

Regulación del potasio

El potasio también es una sal importante. Sus niveles en la sangre son controlados principalmente por la hormona aldosterona, que ayuda a los riñones a eliminar el exceso de potasio en la orina.

Homeostasis de fluidos (agua)

La cantidad total de agua en tu cuerpo debe mantenerse en equilibrio. Obtienes agua de lo que bebes y comes, y la pierdes a través de la piel, la respiración, el sudor y la orina. Sensores en tu cerebro (hipotálamo) detectan si tienes poca agua. Si es así, el hipotálamo libera una hormona llamada vasopresina (o ADH), que le dice a tus riñones que retengan agua. Al mismo tiempo, te da sed para que bebas más agua. Si tienes demasiada agua, el cuerpo hace lo contrario: los riñones eliminan más agua en la orina.

Homeostasis del pH

El pH de tu sangre debe mantenerse en un rango muy específico (alrededor de 7.4). Si se vuelve demasiado ácido o alcalino, puede ser peligroso. Tu cuerpo tiene tres sistemas para controlarlo:

• Sistemas amortiguadores: Actúan muy rápido para neutralizar los cambios de pH.
• Centro respiratorio: Ajusta la respiración para eliminar dióxido de carbono, lo que afecta el pH.
• Riñones: Son el mecanismo más potente, aunque más lento. Pueden eliminar iones de hidrógeno (ácidos) o bicarbonato (alcalinos) a través de la orina para ajustar el pH.

Líquido cefalorraquídeo

Este líquido rodea tu cerebro y médula espinal, y también debe mantener un equilibrio muy preciso. Pequeños cambios en su composición pueden afectar el funcionamiento del sistema nervioso.

Neurotransmisión

En tu cerebro, las neuronas (células nerviosas) tienen un equilibrio entre la excitación y la inhibición. Las neuronas que usan una sustancia llamada GABA ayudan a mantener este equilibrio, evitando que la actividad neuronal se descontrole.

Sistema Neuroendocrino

Este sistema, que incluye el hipotálamo y otras glándulas, es crucial para mantener la homeostasis. Regula el metabolismo, la reproducción, el apetito, el uso de energía y la presión arterial. El hígado también tiene muchas funciones reguladoras del metabolismo.

Regulación génica

A nivel de las células, la homeostasis se logra también controlando qué genes se activan o desactivan en respuesta a los cambios.

Homeostasis energética

La energía que obtienes de los alimentos debe ser igual a la energía que usas. Tu apetito está regulado por el hipotálamo y dos hormonas:

• Grelina: Te hace sentir hambre.
• Leptina: Te indica que estás lleno.

Estas hormonas trabajan para que comas lo suficiente para tus necesidades energéticas.

Homeostasis en la Biosfera

Algunos científicos, como James Lovelock con su "hipótesis Gaia", sugieren que toda la vida en la Tierra funciona como un gran "superorganismo" que mantiene activamente las condiciones ambientales necesarias para su propia supervivencia. Esto significa que el planeta entero podría tener sus propios mecanismos homeostáticos, como la regulación de la temperatura global.

Por ejemplo, se ha pensado que si el dióxido de carbono en la atmósfera aumenta, ciertas plantas crecerían más y lo eliminarían. Sin embargo, la realidad es más compleja, y factores como la sequía pueden limitar este efecto. También se ha sugerido que el fitoplancton en el océano podría producir más sustancias que forman nubes cuando la temperatura sube, lo que ayudaría a enfriar el planeta. Pero el aumento de la temperatura del mar también puede reducir la cantidad de fitoplancton.

Los científicos están descubriendo muchos ciclos de retroalimentación positiva y negativa que, en conjunto, mantienen la Tierra en un estado de equilibrio, aunque a veces dentro de un rango muy amplio de condiciones.

Homeostasis psicológica

Este término también se usa en psicología para describir la tendencia de un organismo a restablecer su equilibrio interno cuando se siente alterado. Estos desequilibrios internos, tanto físicos como emocionales, se llaman "necesidades". La vida de un organismo puede verse como una búsqueda constante de equilibrio entre sus necesidades y cómo las satisface.

Homeostasis cibernética

En el campo de la cibernética (el estudio de los sistemas de control y comunicación), la homeostasis se refiere a la capacidad de los sistemas autorregulados para mantener ciertas variables en un estado estable, cambiando sus partes internas si es necesario. En la década de 1940, William Ross Ashby diseñó un mecanismo llamado "homeostato" que podía mostrar esta capacidad de mantenerse estable frente a perturbaciones. Sus ideas han influido en el estudio de los sistemas biológicos y en otros campos como la filosofía.

Galería de imágenes

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  Variación circadiana de la temperatura corporal, que va desde aproximadamente 37,5°C desde las 10 a.m. a las 6 p.m., y cayendo a aproximadamente 36,4°C desde las 2 a.m. hasta las 6 a.m.

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  Pájaros con el plumaje erizado y acurrucados en busca de calor

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  Homeostasis de la glucemia por realimentación negativa

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  Realimentación negativa actuando en la regulación del azúcar en sangre. La línea plana es el punto de ajuste del nivel de glucosa y la onda sinusoidal las fluctuaciones de la glucosa.

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  Figura 1. Componentes de un sistema de realimentación

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  Figura 2. Bucle de realimentación negativa

Véase también

En inglés: Homeostasis Facts for Kids