Sistemas/Mecanismos Biológicos de Control Homeostáticos

        Los sistemas biológicos para la autoregulación de la homeostasia representan un conjunto/serie de componentes interconectados que trabajan mediante reacciones que invierten los cambios que la activaron (retroalimentación negativa) con el fin de restablecer el equilibrio homeostático del medio interior. Su función primorcial es la de regular algunas variables/parámetros fisiológicos para mantenerlos cerca de valores constantes. 

        En términos generales, estos mecanismos biológcos regulatorios tiene el objetivo fundamental de enfrentarse al estrés (estímulo que induce los cambios/variaciones en el medio interno) para poder, entonces, conservar o restablecer la homeostasia. Más específicamente, se busca mantener/conservar relativamente constante (cerca de niveles/valores normales) las siguientes variables/parámetros físicos o químicos. Algunos ejemplos de estas variables que contínuamene estos sistemas autoregulatorios intentan mantenerlas en una relava constancia incluye: 1) las concentraciones de los elementos sanguíneos; 
2) las características de los líquidos de lcuerpo (e.g., oxígeno, glucosa, sodio, potasio, ácido clorídrico, entre otros); 3) el volumen y pH (nivel de acidez) de los líquidos corporales, 4) la temperatura del cuerpo; 5) presión arterial; 6) frecuencia cardíaca, entre otros. 

Sistemas Principales

        De una u otra forma, todos los sistemas corporales contribuyen para regulación del ambiente interno en situaciones donde un estímulo altera temporeramente la homestasia de neustro organismo. No obstante, existen tres principales sistemas o vías de respuestas que son los que dirigen en su gran mayoría el control de la homeostasia corporal (véase Figura 7). Esto sistemas son, a saber, el aparato nervioso, endocrino y un mecanismo intrínseco o local. Por ejemplo, el sistema nervioso influye en el control de de variables cardiovasculares, tales como la frecuencia cardiaca y la presión arterial. Por el otro lado, es comun que el sistema endocrino regula diversas variables metabólicas, como es evidente en el control hormonal de la glucosa sanguínea. Finalmente, encontramos un mecanismo intrínseco o local, el cual trabaja en ciertos órganos o tejidos del cuerpo, e.g., la autorregulación fisiológica dentro de un órgano particular. 

        Ya sea el sistema nervioso, endocrino o la vía intrínseca, todos se encuentran constituídos por ciertas estructuras o funciones especializadas. Estos componentes funcionales son el receptor, centro de integración (o comando central) y el efector, cada uno con una funciones específicas. Claro, dentro de estos sistemas, estan presente las variables afectadas,  el estrés o el estímulo que alteran dichas variables y la respuesta o cambio funcional que produce el efector.

        Para que estos mecanismo biológicos de control homeostático puedan lograr su propósito, se necesita un sistema que que determine en qué momento se inicia la pertubación homeostética y cuándo dicha alteración ha sido controlada. Esto es lo que conocemos como retroalimentación. En otras palabras, se trata de un mecanismo (inicialmente de tipo sensorial) que capte el momento en que se inicia el estímulo (información de salida) y el punto en que regresa (ya en una forma de respuesta por parte del efector) al origen, donde todo comenzó. En términos generales, en un sistema de retroalimentación la información captada a la salida del sistema regresa al punto de origen. Como se mencionó, los últimos efectos del cambio en la salida por parte del sistema deben hacérsele conocer en alguna forma al sensor/receptor que inició la secuencia. Los mecanismos de retroalimentación en el cuerpo poseen diversas funciones vitales, tales como: 1) el control nervioso, hormonal y enzimático; 2) actuar, en ocasiones, directamente sobre el mecanismo estimulante central y 3) trabajar con muchos componentes en una cadena ampliamente eslabonada. Existen dos tipos de retroalimentación, uno negativo y otro negativo. 

        La retroalimentación negativa representa el medio más importante de regulación utilizado por el cuerpo (de los sistemas de control) para mantener la homeostasia, con la cual resulta una desorganización de la homeostasia con cambios funcionales que devuelven la normalidad al medio ambiente celular. Es un mecanismo por el cual un aumento (salida) del sistema origina una disminución en la entrada (el estrés o estímulo inicial), i.e., se invierten los cambios del estímulo inicial. También puede describirse como una serie de cambios/reacción del organismo (salida) por el cual se contrarresta (invierte, niega, "contraequilibra") la situación de estrés (entrada) que originó el disturbio homeostático, de manera que la variable/parámetro retorne a su valor medio determinado, conservando así la homeostasia. Es practicamente un señal de información que "comunica" al mecanismo de mando (o unidad funcional), lo bien que desempeña su función, al establecer o mantener una variable en el nivel deseado. 
        En un sistema de retroalimentación negativa, la respuesta es negativa con relación al estímulo inicial. Su función es cambiar el medio ambiente celular hacia una condición opuesta (negativa) que es producida por el estrés. Consecuentemente, el fin definitivo de este sistema es restaurar la variable regulada hacia lo normal después de su desplazamiento inicial, de manera que se restablesca la homeostasia. 
        Este mecanismo se activa cuando algún factor/variable alcanza concentraciones excesivas o demasiado bajas, i.e., un estrés o estímulo que inicia un disturbio/desequilibrio de la homeostasia. Se dice que es negativo porque la respuesta del sistema de control es negativa (opuesta) al estímulo, i.e., se "contraequilibra" o "niega" el cambio o estímulo inicial. 
        La mejor forma de enterner este sistema es mediante la ilustración de algunos ejemplo. En el primer caso, si la concentración de oxígeno en los líquidos corporales es demasiado baja, por estimulación nerviosa u hormonal se "retroalimenta" esta información hacia el mecanismo de control de oxígeno que automáticamente lo restituye a un nivel más alto (a su valor medio normal). En otra circunstancia, si los músculos durante el ejercicio comienzan a reducir el nivel de azúcar en la sangre (glucosa), el páncreas controla la reducción secretando glucagón, que a cambio acelera la entrada de glucosa en la sangre proveniente de las reservas del hígado, devolviendo así a la normalidad el nivel de glucosa (variable/parámetro alterada inicialmente por estímulo/estrés o ejercicio) en la sangre (a niveles homeostáticos). 

Retroalimentación Positiva

        La retroalimentación positiva es aquella evidente cuando una perturbación inicial en un sistema desencadena una serie de eventos que aumentan aún más el trastorno homeostático. Bajo estas condiciones la "salida" (o estímulo inicial) intensifica la "entrada" (o el resultado). Consecuentemente, se crea inestabilidad y, muchas veces, la muerte. Además, pueden manifestarse círculos viciosos, i.e., se repite el ciclo nuevamente una y otra vez hasta la muerte. En un escenario de no mucha gravedad esta inestabilidad solo puede ser controlado mediante los mecanismos/sistemas de control homestático de retroalimentación negativa del cuerpo, lo cual previene o pone un alto a dicho círculo visioso.

Amplificación o Ganancia de un Sistema de Control

        Se refiere al grado de eficacia con el cual un sistema de control mantiene constante las condiciones de medio ambiente interno, i.e., la efectividad en la cual el sistema de control mantiene la homeostasia. Un sistema de control con una gran ganancia es capaz de corregir alteraciones en homeostasia en comparación con un sistema de baja ganancia. 

         La ganancia de un sistema de control de retroalimentación negativa. Matemáticamente, representa a razón de la cantidad de corrección requerida para mantener una homeostasia sobre la cantidad de disturbio/anormalidad existente después de corregirse el sistema. Su fórmula se describe a continuación:

Ganacia

=

Cantidad de Corrección Requerida ---------------------------------------   Cantidad de Anormalidad Existente         Después de la Corrección