Biología ComúnBiología Común

M. Eugenia Villaseca RM. Eugenia Villaseca R

Etimología:Etimología:

• El término homeostasis deriva de la El término homeostasis deriva de la palabra griega "homeo" que significa palabra griega "homeo" que significa igual, y "stasis" que significa posiciónigual, y "stasis" que significa posición

Homeostasis: adaptación al Homeostasis: adaptación al cambiocambio

• La homeostasis es la La homeostasis es la propiedad de un de un sistema abierto para regular para regular su entorno interno con el fin de mantener una condición estable, su entorno interno con el fin de mantener una condición estable, mediante múltiples ajustes de mediante múltiples ajustes de equilibrio dinámico controlados por controlados por mecanismos de regulación interrelacionados.mecanismos de regulación interrelacionados.

• Todos los Todos los organismos vivos, sean vivos, sean unicelulares o o pluricelulares exhiben homeostasis. exhiben homeostasis.

• Por poner unos ejemplos; la homeostasis se manifiesta:Por poner unos ejemplos; la homeostasis se manifiesta:– a nivel celular cuando se mantiene una acidez interna estable (a nivel celular cuando se mantiene una acidez interna estable (pH); a ); a

nivel de organismo, nivel de organismo, – cuando los animales cuando los animales de sangre caliente mantienen una temperatura mantienen una temperatura

corporal interna constante; ycorporal interna constante; y– a nivel de a nivel de ecosistema, al consumir , al consumir dióxido de carbono las las plantas

regulan la concentración de esta regulan la concentración de esta molécula en la atmósfera. Los en la atmósfera. Los tejidos y y los los órganos también pueden mantener homeostasis también pueden mantener homeostasis

En Biología la homeostasis En Biología la homeostasis es:es:• el estado de equilibrio dinámico el estado de equilibrio dinámico • o el conjunto de mecanismos por los que todos los o el conjunto de mecanismos por los que todos los

seres vivos tienden a alcanzar una estabilidad en las tienden a alcanzar una estabilidad en las propiedades de su medio interno propiedades de su medio interno

• y por tanto de la composición bioquímica de los y por tanto de la composición bioquímica de los líquidos, líquidos, células y y tejidos, para mantener la , para mantener la vida, , siendo la base de la siendo la base de la fisiología. .

• Por lo tanto toda la organización estructural y Por lo tanto toda la organización estructural y funcional de los seres vivos tiende hacia un funcional de los seres vivos tiende hacia un equilibrio dinámicoequilibrio dinámico. .

• Esta característica de dinamismo, en la que todos los Esta característica de dinamismo, en la que todos los componentes están en constante cambio para componentes están en constante cambio para mantener dentro de unos márgenes el resultado del mantener dentro de unos márgenes el resultado del conjuntoconjunto

Las tres propiedades que rigen Las tres propiedades que rigen un sistema homeostático son:un sistema homeostático son:

• Estabilidad:Estabilidad: Sólo se permiten pocos Sólo se permiten pocos cambios en el tiempo. cambios en el tiempo.

• Equilibrio:Equilibrio: Los sistemas homeostáticos Los sistemas homeostáticos requieren una completa organización requieren una completa organización interna, estructural y funcional para interna, estructural y funcional para mantener el equilibrio. mantener el equilibrio.

• Impredecible:Impredecible: El efecto preciso de una El efecto preciso de una determinada acción a menudo tiene el determinada acción a menudo tiene el efecto opuesto al esperado. efecto opuesto al esperado.

Factores que influyen en la Factores que influyen en la homeostasishomeostasis

• La homeostasis responde a cambios producidos en:La homeostasis responde a cambios producidos en:

• El medio interno:El medio interno: El El metabolismo produce múltiples sustancias, algunas produce múltiples sustancias, algunas de ellas de deshecho que deben ser eliminadas. Para realizar esta función de ellas de deshecho que deben ser eliminadas. Para realizar esta función los los organismos poseen sistemas de excreción. Por ejemplo en el hombre el poseen sistemas de excreción. Por ejemplo en el hombre el aparato urinario. Los seres vivos pluricelulares también poseen . Los seres vivos pluricelulares también poseen mensajeros químicos como como neurotransmisores y y hormonas que regulan que regulan múltiples funciones fisiológicas. múltiples funciones fisiológicas.

• Medio externo:Medio externo: La homeostasis más que un estado determinado es el La homeostasis más que un estado determinado es el proceso resultante de afrontar las interacciones de los proceso resultante de afrontar las interacciones de los organismos vivos con el con el medio ambiente cambiante cuya tendencia es hacia desorden o la cambiante cuya tendencia es hacia desorden o la entropía. La homeostasis proporciona a los seres vivos la independencia de . La homeostasis proporciona a los seres vivos la independencia de su entorno mediante la captura y conservación de la su entorno mediante la captura y conservación de la energía procedente del procedente del exterior. La interacción con el exterior se realiza por sistemas que captan exterior. La interacción con el exterior se realiza por sistemas que captan los estímulos externos como pueden ser los los estímulos externos como pueden ser los órganos de los sentidos en los en los animales superiores o sistemas para captar sustancias o nutrientes superiores o sistemas para captar sustancias o nutrientes necesarios para el metabolismo como puede ser el necesarios para el metabolismo como puede ser el aparato respiratorio o o digestivo.. ..

En la homeostasis En la homeostasis intervienenintervienen• todos los sistemas y aparatos del todos los sistemas y aparatos del

organismo desde el organismo desde el

• sistema nervioso, ,

• sistema endocrino,,

• aparato digestivo, ,

• aparato respiratorio, ,

• aparato cardiovascular, ,

• hasta el hasta el aparato genitourinario. .

Importancia de los Importancia de los sistemas nervioso y y endocrino en el mantenimiento de los mecanismos de en el mantenimiento de los mecanismos de regulaciónregulación

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

• Controles antagónicos:Controles antagónicos: Cuando un factor o agente cambia un estado homeostático Cuando un factor o agente cambia un estado homeostático en una dirección, existe otro factor o factores que tiende a contrarrestar al primero en una dirección, existe otro factor o factores que tiende a contrarrestar al primero con efecto opuesto. Es lo que se llama con efecto opuesto. Es lo que se llama retroalimentación negativaretroalimentación negativa o o “feed-back” “feed-back” negativonegativo. .

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

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

• La efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vidaLa efectividad de los mecanismos homeostáticos varía a lo largo de la vida de los individuos. de los individuos.

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

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

• Los animales contienen aproximadamente Los animales contienen aproximadamente un 70% agua. un 70% agua.

• Alrededor de dos tercios de esta agua se Alrededor de dos tercios de esta agua se encuentra dentro de las encuentra dentro de las células células ; ;

• el tercio restante se encuentra en el líquido el tercio restante se encuentra en el líquido extracelular que rodea, baña y nutre a las extracelular que rodea, baña y nutre a las células. Así, el fluido extracelular es para las células. Así, el fluido extracelular es para las células del cuerpo de un animal como el mar células del cuerpo de un animal como el mar para los organismos unicelulares.para los organismos unicelulares.

• La regulación de la composición del plasma La regulación de la composición del plasma es un factor clave en el mantenimiento del es un factor clave en el mantenimiento del medio químico en todo el cuerpo de un medio químico en todo el cuerpo de un vertebrado. vertebrado.

La homeostasis en los vertebrados la La homeostasis en los vertebrados la realizan primariamente por los riñones, realizan primariamente por los riñones, implica:implica:• la excreción de productos de desecho la excreción de productos de desecho

tóxicos, especialmente los compuestos tóxicos, especialmente los compuestos nitrogenados producidos por la nitrogenados producidos por la degradación de los degradación de los aminoácidos aminoácidos , ,

• el control de los niveles de el control de los niveles de iones iones y y otros solutos en los fluidos corporales otros solutos en los fluidos corporales y y

• el mantenimiento del balance hídrico. el mantenimiento del balance hídrico.

La sangre puede funcionarLa sangre puede funcionar• como un eficiente medio de suministros y de "limpieza" debido como un eficiente medio de suministros y de "limpieza" debido

a que los desechos celulares continuamente son eliminados de a que los desechos celulares continuamente son eliminados de ella por medio de la ella por medio de la excreción excreción

• La excreción de sustancias desde el torrente sanguíneo es un La excreción de sustancias desde el torrente sanguíneo es un proceso muy selectivo de control, análisis, selección y rechazo. proceso muy selectivo de control, análisis, selección y rechazo.

• En muchos invertebrados y en todos los vertebrados, la En muchos invertebrados y en todos los vertebrados, la composición de la sangre y, por lo tanto, del medio químico composición de la sangre y, por lo tanto, del medio químico interno, es regulada en gran medida por interno, es regulada en gran medida por órganos excretores especiales. .

• Estos órganos incluyen los protenefridios de las planarias, los Estos órganos incluyen los protenefridios de las planarias, los metanefridios de los moluscos y anélidos, los túbulos de metanefridios de los moluscos y anélidos, los túbulos de Malpighi de los insectos y los Malpighi de los insectos y los riñones riñones de los vertebrados. de los vertebrados.

• Sin embargo, los procesos de secreción y reabsorción selectiva Sin embargo, los procesos de secreción y reabsorción selectiva que se desarrollan en los tubos excretores son comunes a que se desarrollan en los tubos excretores son comunes a todos ellos: excepto en la etapa inicial del proceso. todos ellos: excepto en la etapa inicial del proceso.

• Los animales que viven en agua salada, agua dulce y Los animales que viven en agua salada, agua dulce y ambientes terrestres mantienen la composición de los fluidos ambientes terrestres mantienen la composición de los fluidos corporales por diferentes mecanismos. Los animales terrestres corporales por diferentes mecanismos. Los animales terrestres generalmente necesitan conservar agua. generalmente necesitan conservar agua.

Los principales productos metabólicos Los principales productos metabólicos de desecho vertidos a la sangre son:de desecho vertidos a la sangre son:

• dióxido de carbono y compuestos nitrogenados, dióxido de carbono y compuestos nitrogenados, en particular amoníaco producidos por la en particular amoníaco producidos por la degradación de aminoácidos. degradación de aminoácidos.

• El dióxido de carbono difunde desde el interior El dióxido de carbono difunde desde el interior del cuerpo hacia el medio externo a través de las del cuerpo hacia el medio externo a través de las superficies respiratorias. superficies respiratorias.

• En los animales acuáticos simples, el amoníaco En los animales acuáticos simples, el amoníaco también pasa por difusión desde el cuerpo hacia también pasa por difusión desde el cuerpo hacia el agua circundante. el agua circundante.

• El amoníaco es altamente tóxico, aun en bajas El amoníaco es altamente tóxico, aun en bajas concentraciones y en animales acuáticos más concentraciones y en animales acuáticos más complejos -y en todos los animales terrestres- no complejos -y en todos los animales terrestres- no es posible la difusión rápida de amoníaco desde es posible la difusión rápida de amoníaco desde las células al medio externo. las células al medio externo.

La degradación de los La degradación de los aminoácidosaminoácidos

• a) El primer paso es la a) El primer paso es la desaminacióndesaminación, es , es decir, la eliminación del grupo amino. Los decir, la eliminación del grupo amino. Los productos de reacción son el amoníaco y productos de reacción son el amoníaco y un esqueleto de carbono que puede ser, a un esqueleto de carbono que puede ser, a su vez, degradado y proporcionar así su vez, degradado y proporcionar así energía o ser convertido en azúcar o grasa. energía o ser convertido en azúcar o grasa.

• b) A partir del amoníaco, se produce urea b) A partir del amoníaco, se produce urea en los mamíferos y en los mamíferos y ácido úricoácido úrico en las en las aves, reptiles terrestres e insectos.aves, reptiles terrestres e insectos.

¿Qué pasa con los desechos ¿Qué pasa con los desechos nitrogenados?nitrogenados?

• Todas las aves, reptiles terrestres e insectos Todas las aves, reptiles terrestres e insectos los convierten en cristales o sales de ácido los convierten en cristales o sales de ácido úrico, un producto que necesita muy poca úrico, un producto que necesita muy poca agua para ser excretado. agua para ser excretado.

• En los mamíferos, el amoníaco resultante del En los mamíferos, el amoníaco resultante del procesamiento de los desechos nitrogenados procesamiento de los desechos nitrogenados se convierte rápidamente en el hígado en se convierte rápidamente en el hígado en urea que difunde al torrente sanguíneo. urea que difunde al torrente sanguíneo.

¿Qué es la urea?¿Qué es la urea?

• un compuesto relativamente no tóxico un compuesto relativamente no tóxico que es llevado luego a los riñones. que es llevado luego a los riñones.

• Sin embargo, a diferencia del ácido Sin embargo, a diferencia del ácido úrico, tiene que disolverse en cierta úrico, tiene que disolverse en cierta cantidad de agua antes de su cantidad de agua antes de su excreción. excreción.

La excreciónLa excreción

• es un proceso altamente selectivo. es un proceso altamente selectivo.

• Aunque los riñones tienen una función excretora, es más correcto Aunque los riñones tienen una función excretora, es más correcto considerarlos órganos reguladores. considerarlos órganos reguladores.

• La regulación química no sólo implica la retención de moléculas de La regulación química no sólo implica la retención de moléculas de nutrientes tales como la glucosa y los aminoácidos, sino también nutrientes tales como la glucosa y los aminoácidos, sino también el mantenimiento de concentraciones cuidadosamente el mantenimiento de concentraciones cuidadosamente controladas de los iones. controladas de los iones.

• Iones tales como el Na+, K+, H+, Mg2+, Ca2+ y HCO3- Iones tales como el Na+, K+, H+, Mg2+, Ca2+ y HCO3- desempeñan papeles vitales en el mantenimiento de la estructura desempeñan papeles vitales en el mantenimiento de la estructura de las de las proteínasproteínas, de la permeabilidad de la membrana plasmática , de la permeabilidad de la membrana plasmática y del pH sanguíneo, así como en la propagación del y del pH sanguíneo, así como en la propagación del impulso impulso nervioso §nervioso § y en la contracción de los músculos. y en la contracción de los músculos.

Balance hídricoBalance hídrico

• El balance del agua es un problema común El balance del agua es un problema común del que no escapa ningún ser vivo. del que no escapa ningún ser vivo.

• El agua es esencial para la vida. El agua es esencial para la vida.

• En ciertos ambientes tiende a perderse En ciertos ambientes tiende a perderse con demasiada facilidad y en otros tiende con demasiada facilidad y en otros tiende a ingresar dentro de los organismos hasta a ingresar dentro de los organismos hasta un punto en el que puede peligrar la vida.un punto en el que puede peligrar la vida.

OsmosisOsmosis

• El agua se mueve de un lugar a otro por El agua se mueve de un lugar a otro por ósmosisósmosis, , lla causa de una diferencia de a causa de una diferencia de potencial osmóticopotencial osmótico..

• Los organismos más primitivos probablemente Los organismos más primitivos probablemente tenían una composición de sales y minerales muy tenían una composición de sales y minerales muy semejante a la del ambiente en el cual vivían y semejante a la del ambiente en el cual vivían y eran, seguramente eran, seguramente isotónicosisotónicos, de modo que el , de modo que el agua no tendía a entrar ni a salir del cuerpo de agua no tendía a entrar ni a salir del cuerpo de estos organismos por ósmosis.estos organismos por ósmosis.

• En algún momento, ciertos organismos se En algún momento, ciertos organismos se trasladaron al agua dulce (un medio trasladaron al agua dulce (un medio hipotónico hipotónico ) y ) y debieron afrontar el problema de que el agua dulce debieron afrontar el problema de que el agua dulce tendía a penetrar en sus cuerpos. tendía a penetrar en sus cuerpos.

¿Qué pasa al cambiar de ¿Qué pasa al cambiar de ambiente?ambiente?• Cuando algunos peces se trasladaron a los mares Cuando algunos peces se trasladaron a los mares

se enfrentaron con la posible pérdida de agua hacia se enfrentaron con la posible pérdida de agua hacia el medio ambiente, principalmente por ósmosis a el medio ambiente, principalmente por ósmosis a través de las superficies respiratorias de las través de las superficies respiratorias de las branquias branquias

• Algunos peces mantienen los fluidos corporales con Algunos peces mantienen los fluidos corporales con una concentración de sales similar a la de las aguas una concentración de sales similar a la de las aguas oceánicas que los rodean. El exceso de sales se oceánicas que los rodean. El exceso de sales se secreta principalmente por medio de una glándula secreta principalmente por medio de una glándula rectal. rectal.

• Los peces óseos tienen fluidos corporales Los peces óseos tienen fluidos corporales hipotónicos con respecto al medio marino y estarían hipotónicos con respecto al medio marino y estarían en peligro constante de perder tanta agua que sus en peligro constante de perder tanta agua que sus células podrían morir deshidratadas. células podrían morir deshidratadas.

El cuerpo de los vertebrados tiene tres compartimientos hídricos principales:

1) el plasma, 1) el plasma,

2) el líquido intersticial y 2) el líquido intersticial y la la linfa §linfa § y y

3) el fluido intracelular, 3) el fluido intracelular, el fluido existente el fluido existente dentro de las células. dentro de las células.

El agua se mueve El agua se mueve constantemente de un constantemente de un compartimiento a compartimiento a otro. otro.

• El fluido intersticial forma el ambiente en El fluido intersticial forma el ambiente en el cual las células del cuerpo viven y se el cual las células del cuerpo viven y se multiplican. Las flechas indican multiplican. Las flechas indican intercambios entre varios intercambios entre varios compartimientos. compartimientos.

• Un volumen plasmático relativamente Un volumen plasmático relativamente constante es de importancia extrema en constante es de importancia extrema en el mantenimiento de la presión sanguínea el mantenimiento de la presión sanguínea estable y en el funcionamiento cardíaco estable y en el funcionamiento cardíaco normal.normal.

• Diversos factores afectan el movimiento Diversos factores afectan el movimiento de agua entre los compartimientos. La de agua entre los compartimientos. La deshidratación deshidratación

El riñónEl riñón• En los vertebrados, las funciones complejas que actúan en la En los vertebrados, las funciones complejas que actúan en la

regulación de la composición química de los fluidos regulación de la composición química de los fluidos corporales son llevadas a cabo principalmente por el corporales son llevadas a cabo principalmente por el riñónriñón..

• Los vertebrados tienen dos riñones. Los vertebrados tienen dos riñones. • La unidad funcional del riñón es el La unidad funcional del riñón es el nefrón nefrón . .

– Cada nefrón está formado por un túbulo largo, unido a un bulbo Cada nefrón está formado por un túbulo largo, unido a un bulbo cerrado -la cerrado -la cápsula de Bowman cápsula de Bowman -, que contiene un racimo de -, que contiene un racimo de capilarescapilares retorcidos, el retorcidos, el gloméruloglomérulo . La sangre que entra al . La sangre que entra al glomérulo está bajo suficiente presión para forzar al plasma a glomérulo está bajo suficiente presión para forzar al plasma a atravesar las paredes capilares y entrar en la cápsula de atravesar las paredes capilares y entrar en la cápsula de Bowman. Las Bowman. Las proteínas proteínas más grandes no atraviesan estas más grandes no atraviesan estas paredes. Cuando el filtrado efectúa su largo viaje a través del paredes. Cuando el filtrado efectúa su largo viaje a través del nefrón, las nefrón, las células §células § del túbulo renal reabsorben selectivamente del túbulo renal reabsorben selectivamente moléculas del filtrado y secretan otras moléculas en él. La moléculas del filtrado y secretan otras moléculas en él. La glucosa, los glucosa, los aminoácidos §aminoácidos §, la mayoría de los , la mayoría de los iones §iones § y una y una gran cantidad de agua son devueltos a la sangre a través de los gran cantidad de agua son devueltos a la sangre a través de los capilares peritubulares. El exceso de agua y los productos de capilares peritubulares. El exceso de agua y los productos de desecho, incluida aproximadamente la mitad de la desecho, incluida aproximadamente la mitad de la urea §urea § presente en el filtrado original, son excretados del cuerpo como presente en el filtrado original, son excretados del cuerpo como orina. Así, la formación de orina involucra la orina. Así, la formación de orina involucra la filtración §filtración §, la , la secreción §secreción §,la ,la reabsorción §reabsorción § y la y la excreción §excreción § . .

RiñónRiñón

NefrónNefrón• La función del nefrón es influida por La función del nefrón es influida por hormonashormonas , ,

– principalmente la hormona antidiurética (ADH), producida por principalmente la hormona antidiurética (ADH), producida por el el hipotálamo y y liberada por la glándula liberada por la glándula hipófisishipófisis; la ; la aldosterona, una hormona de la corteza suprarrenal y el factor aldosterona, una hormona de la corteza suprarrenal y el factor natriurético atrial liberado por las aurículas del corazón.natriurético atrial liberado por las aurículas del corazón.

– La ADH aumenta el retorno de agua a la sangre y disminuye La ADH aumenta el retorno de agua a la sangre y disminuye así la pérdida de agua. así la pérdida de agua.

– La aldosterona incrementa la reabsorción de iones sodio y de La aldosterona incrementa la reabsorción de iones sodio y de agua y la secreción de iones potasio. agua y la secreción de iones potasio.

– La producción de aldosterona es controlada por un circuito de La producción de aldosterona es controlada por un circuito de retroalimentación negativa complejo que involucra niveles de complejo que involucra niveles de iones potasio en el torrente sanguíneo y procesos iniciados en iones potasio en el torrente sanguíneo y procesos iniciados en los propios riñones. A este circuito se lo conoce como sistema los propios riñones. A este circuito se lo conoce como sistema renina-angiotensina-aldosterona. renina-angiotensina-aldosterona.