¿Qué es la homeostasis?

La homeostasis es la capacidad de mantener un estado interno relativamente estable que persiste a pesar de los cambios en el mundo exterior. Todos los organismos vivos, desde las plantas hasta los cachorros y las personas, deben regular su entorno interno para procesar la energía y, en última instancia, sobrevivir. Si la presión arterial se dispara o la temperatura corporal cae en picado, por ejemplo, los sistemas de sus órganos pueden tener dificultades para realizar su trabajo y acabar fallando.

Por qué es importante la homeostasis

El fisiólogo Walter Cannon acuñó el término «homeostasis» en la década de 1920, ampliando los trabajos anteriores del difunto fisiólogo Claude Bernard. En la década de 1870, Bernard describió cómo los organismos complejos deben mantener el equilibrio en su entorno interno, o «milieu intérieur», para poder llevar una «vida libre e independiente» en el mundo exterior. Cannon perfeccionó el concepto e introdujo la homeostasis en el público a través de su libro «The Wisdom of the Body» (The British Medical Journal, 1932).

Aclamada como un principio básico de la fisiología, la definición básica de Cannon de homeostasis sigue utilizándose hoy en día. El término deriva de raíces griegas que significan «similar» y «un estado de estabilidad». El prefijo «homeo» subraya que la homeostasis no funciona como un termostato o el control de crucero de un coche, fijados a una temperatura o velocidad precisas. En cambio, la homeostasis mantiene importantes factores fisiológicos dentro de un rango de valores aceptable, según una revisión publicada en la revista Appetite.

El cuerpo humano, por ejemplo, regula sus concentraciones internas de hidrógeno, calcio, potasio y sodio, partículas cargadas de las que dependen las células para su funcionamiento normal. Los procesos homeostáticos también mantienen los niveles de agua, oxígeno, pH y azúcar en sangre, así como la temperatura corporal central, según una revisión de 2015 en Advances in Physiology Education.

En los organismos sanos, los procesos homeostáticos se desarrollan de forma constante y automática, según Scientific American. Múltiples sistemas suelen trabajar en tándem para mantener estable un único factor fisiológico, como la temperatura corporal. Si estas medidas flaquean o fallan, un organismo puede sucumbir a la enfermedad, o incluso a la muerte.

Cómo se mantiene la homeostasis

Muchos sistemas homeostáticos escuchan las señales de socorro del cuerpo para saber cuándo las variables clave se salen de su rango apropiado. El sistema nervioso detecta estas desviaciones e informa a un centro de control, a menudo ubicado en el cerebro. El centro de control dirige entonces los músculos, órganos y glándulas para corregir la perturbación. El bucle continuo de alteración y ajuste se conoce como «retroalimentación negativa», según el libro de texto online Anatomía y Fisiología.

Por ejemplo, el cuerpo humano mantiene una temperatura central de unos 98,6 grados Fahrenheit (37 grados Celsius). Cuando se sobrecalienta, los termosensores de la piel y el cerebro hacen sonar una alarma, iniciando una reacción en cadena que dirige al cuerpo a sudar y a lavarse. Cuando se enfría, el cuerpo responde temblando y reduciendo la circulación sanguínea en la piel. Del mismo modo, cuando los niveles de sodio se disparan, el cuerpo envía una señal a los riñones para que conserven el agua y expulsen el exceso de sal en una orina concentrada, según dos estudios financiados por los NIH.

Los animales también ajustan su comportamiento en respuesta a la retroalimentación negativa. Por ejemplo, cuando nos acaloramos, podemos despojarnos de una capa de ropa, ponernos a la sombra o beber un vaso de agua fría.

Modelos modernos de homeostasis

El concepto de retroalimentación negativa se remonta a la descripción de Cannon de la homeostasis en la década de 1920, y fue la primera explicación de cómo funciona la homeostasis. Pero en las últimas décadas, muchos científicos sostienen que los organismos son capaces de anticiparse a las posibles alteraciones de la homeostasis, en lugar de reaccionar solo a ellas después del hecho.

Este modelo alternativo de homeostasis, conocido como alostasis, implica que el punto de ajuste ideal para una variable concreta puede cambiar en respuesta a cambios ambientales transitorios, según un artículo de 2015 en Psychological Review. El punto puede cambiar bajo la influencia de los ritmos circadianos, los ciclos menstruales o las fluctuaciones diarias de la temperatura corporal. Los puntos de ajuste también pueden cambiar en respuesta a fenómenos fisiológicos, como la fiebre, o para compensar múltiples procesos homeostáticos que tienen lugar al mismo tiempo, según una revisión de 2015 en Advances in Physiology Education.

«Los puntos de ajuste en sí no son fijos, sino que pueden mostrar una plasticidad adaptativa», dijo Art Woods, biólogo de la Universidad de Montana en Missoula. «Este modelo permite dar respuestas anticipadas a posibles alteraciones de los puntos de ajuste».

Por ejemplo, en previsión de una comida, el cuerpo segrega insulina, grelina y otras hormonas adicionales, según una revisión de 2007 en Appetite. Esta medida preventiva prepara al organismo para la avalancha de calorías que le llega, en lugar de luchar por controlar el azúcar en sangre y las reservas de energía a su paso.

La capacidad de cambiar los puntos de ajuste permite a los animales adaptarse a los factores de estrés a corto plazo, pero pueden fracasar ante los desafíos a largo plazo, como el cambio climático.

«La activación de los sistemas de respuesta homeostática puede estar bien para períodos cortos de tiempo», dijo Woods. Pero no están diseñados para durar mucho tiempo. «Los sistemas homeostáticos pueden fallar de forma catastrófica si se les presiona demasiado; así que, aunque los sistemas pueden ser capaces de manejar climas novedosos a corto plazo, pueden no ser capaces de manejar cambios más grandes durante periodos de tiempo más largos.»

Mantener el flujo de información

Los sistemas homeostáticos pueden haber evolucionado principalmente para ayudar a los organismos a mantener una función óptima en diferentes entornos y situaciones. Pero, según un ensayo de 2013 en la revista Trends in Ecology & Evolution, algunos científicos teorizan que la homeostasis proporciona principalmente un «fondo tranquilo» para que las células, los tejidos y los órganos se comuniquen entre sí. La teoría postula que la homeostasis facilita a los organismos la extracción de información importante del entorno y la transmisión de señales entre las partes del cuerpo.

Independientemente de su propósito evolutivo, la homeostasis ha dado forma a la investigación en las ciencias de la vida durante casi un siglo. Aunque la mayoría de las veces se discute en el contexto de la fisiología animal, los procesos homeostáticos también permiten a las plantas gestionar las reservas de energía, nutrir las células y responder a los desafíos ambientales. Más allá de la biología, las ciencias sociales, la cibernética, la informática y la ingeniería utilizan la homeostasis como marco para entender cómo las personas y las máquinas mantienen la estabilidad a pesar de las perturbaciones.