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Si la casa está demasiado caliente, se encenderá el sistema de refrigeración, y si la casa está demasiado fría, se encenderá el sistema de calefacción hasta que se alcance la temperatura óptima. Entonces, el termostato trabajará para contrarrestar cualquier alteración de la temperatura óptima. El termostato es un ejemplo de mecanismo de retroalimentación para mantener la temperatura en un estado estable. Al igual que los sistemas domésticos, nuestros cuerpos y otros sistemas vivos también pueden mantener un estado estacionario utilizando mecanismos de retroalimentación.
¿Te interesa conocer los mecanismos de retroalimentación? ¡Sigue leyendo para averiguarlo!
Figura 1: Un termostato es un ejemplo de sistema doméstico que utiliza un mecanismo de realimentación para regular la temperatura.
Definición de mecanismo de retroalimentación
Nuestro cuerpo trabaja incansablemente para mantenernos vivos. Cada día, nuestro cuerpo tiene que adaptarse a distintas señales ambientales, desde despertarse por la mañana, hasta digerir una comida, moverse, concentrarse en la escuela y volver a dormirse. Pero en cada paso, nuestro cuerpo se adapta al entorno para que no estemos demasiado hambrientos, ni demasiado llenos, ni demasiado calientes o fríos, ni demasiado cansados.
En su mayor parte, nuestro cuerpo responde a todas estas señales diferentes activandomecanismos de retroalimentaciónpara mantener un estado interno relativamente estable. Esta tendencia de nuestro cuerpo a volver a un estado estable tras un cambio ambiental se denomina homeostasis.
Homeostasis
Veamos la definición de homeostasis.
En los organismos, lahomeostasis se refiere a la tendencia a volver a un estado estable e ideal tras cambios ambientales.
Hay varios procesos fisiológicos que deben permanecer en homeostasis, como la temperatura corporal, el pH sanguíneo y la concentración de glucosa en sangre. De hecho, el cuerpo tiene una regulación estricta de estos procesos e incluso ligeras variaciones del punto de ajuste homeostático pueden ser fatales.
El punto de ajuste homeostático de la temperatura corporal, por ejemplo, es de 97,7-99,5 °F (aproximadamente 37 °C) y las fluctuaciones del punto de ajuste en 4 °F (3 °C) pueden ser fatales. Por tanto, ¡es importante que el cuerpo disponga de mecanismos para mantener firmemente la homeostasis!
Un punto de consigna homeostático describe el intervalo normal de valores fisiológicos que es saludable y estable para una variable controlada.
Hay tres componentes implicados en la homeostasis:
- Receptor - recibe el estímulo (por ejemplo, el cambio de temperatura percibido por la piel) y envía la señal al centro de control.
- Centro de control - procesa la señal recibida del receptor y envía instrucciones( orden desalida ) al efector. El centro de control también establece el intervalo de valores que debe mantenerse.
- Efector - ejecuta las instrucciones del centro de control produciendo una respuesta o efecto que modifica la condición controlada.
Mecanismos de retroalimentación
Los mecanismos por los que se mantiene la homeostasis se denominan mecanismos de retroalimentación. Los mecanismos de retroalimentación describen la forma en que un organismo, una célula o incluso una enzima mantienen la homeostasis tras una perturbación ambiental.
Figura 2. Este diagrama muestra el mecanismo de retroalimentación para controlar la temperatura corporal.
En los sistemas vivos, los mecanismos de retroalimentación se describen a menudo como bucles de autorregulación porque primero pueden percibir que se ha producido un cambio, responder al cambio y luego detener la respuesta una vez alcanzada la homeostasis. Entonces el bucle se "reinicia" para que pueda responder a un estímulo diferente.
Los mecanismos deretroalimentación son procesos metabólicos que utilizan los sistemas vivos para mantener un estado interno estable conocido como homeostasis.
Tipos de mecanismos de retroalimentación en biología
Existen dos tipos principales de mecanismos de retroalimentación en biología: la retroalimentación positiva y la retroalimentación negativa. En ambos casos, los mecanismos de retroalimentación se inician cuando hay un estímulo externo que provoca cambios que se alejan del punto de consigna, desencadenando el bucle de retroalimentación correcto.
La retroalimentaciónnegativa es un mecanismo de control que reduce o invierte un cambio en el entorno externo.
Por ejemplo, después de una comida, la glucosa en sangre aumenta, lo que desencadena una retroalimentación negativa para que las variables de glucosa en sangre vuelvan a su rango normal (homeostasis).
Laretroalimentación positiva es un mecanismo de control que detecta un cambio y desencadena mecanismos para amplificar ese cambio en lugar de volver a la homeostasis.
La formación de coágulos sanguíneos para controlar las hemorragias es un ejemplo de retroalimentación positiva.
Pero, ¿cómo funcionan estos mecanismos de retroalimentación? ¡Hablaremos de ellos más a fondo en la siguiente sección!
Mecanismos de retroalimentación positiva y retroalimentación negativa en biología
Ahora que ya sabes un poco qué son los mecanismos de retroalimentación positiva y retroalimentación negativa, y cómo están relacionados con la homeostasis, ¡vamos a explorar cada uno de ellos con más detalle!
Retroalimentación negativa
Empecemos por la retroalimentación negativa (también llamada inhibición de la retroalimentación).
Lossistemas vivos crean mecanismos de retroalimentación negativa para contrarrestar los estímulos y volver a la homeostasis. En otras palabras, la respuesta del efector anula el estímulo y devuelve al organismo a la homeostasis.
Después de que un estímulo induzca un cambio en la homeostasis, el sistema vivo trabajará para devolver el cuerpo al punto de ajuste homeostático. Los pasos generales de la retroalimentación negativa son la estimulación, la recepción, el procesamiento y la respuesta.
Paso 1: Estimulación - Durante la estimulación, un estímulo externo provoca una desviación del punto de ajuste.
Paso 2: Recep ción - Durante la recepción, los receptores sensoriales de nuestro cuerpo detectarán que se ha producido un estímulo externo.
Paso 3:Procesamiento - Durante el procesamiento, los receptores sensoriales enviarán señales a nuestro cerebro (centro regulador) de que se ha percibido un estímulo externo, para que pueda ser interpretado.
Paso 4:Respuesta - Durante la respuesta, el cerebro coordinará la actividad de muchos componentes del cuerpo para contrarrestar el estímulo inicial, y enviará las instrucciones al efector que llevará a cabo la respuesta.
La tensión arterial se regula mediante retroalimentación negativa. En primer lugar, los barorreceptores (receptores sensibles a la presión) detectan un aumento de la tensión arterial y envían impulsos nerviosos al centro de control del cerebro para su interpretación. A continuación, se envía una respuesta al corazón y a los vasos sanguíneos indicando a las paredes arteriales que se relajen, haciendo que disminuya la presión arterial.
Figura 3. Mecanismo de retroalimentación negativa para controlar la tensión arterial.
¿Sabías que la retroalimentación negativa desempeña un papel importante en la regulación enzimática? Básicamente, ¡regula los complejos multienzimáticos y las vías metabólicas para evitar la sobreproducción de un producto!
Por ejemplo, en el proceso de la glucólisis (descomposición de la glucosa para producir ATP), la fosfofructocinasa (PFK) es una enzima que cataliza un paso de la reacción. Cuando se forman niveles elevados de ATP (producto), el ATP actúa como un efector, inhibiendo/"apagando" la PFK.
Feedback positivo
Centrémonos ahora en la retroalimentación positiva.
La retroalimentaciónpositiva se produce cuando un sistema vivo amplifica un estímulo para alejar al organismo del estado estacionario.
De forma similar a la retroalimentación negativa, los cuatro pasos de los mecanismos de retroalimentación positiva incluyen la estimulación, la recepción, el procesamiento y la respuesta. Sin embargo, en lugar de hacer retroceder los cambios, ¡los refuerza/amplifica!
Como ejemplo, veamos el mecanismo de retroalimentación que se produce durante un parto normal. El aumento de las contracciones hace que el bebé se vea forzado a entrar en el cuello uterino. El cuello uterino se estira, y los receptores sensibles al estiramiento envían impulsos nerviosos al centro de control del cerebro. El centro de control interpreta la señal de entrada y libera oxitocina, haciendo que los músculos de la pared del útero aumenten la contracción. Esta amplificación/aumento de la contracción provoca un aumento del estiramiento del cuello uterino, lo que permite el paso del bebé. Una vez que nace el bebé, el estiramiento del cuello uterino disminuye, lo que hace que se detenga el bucle de retroalimentación positiva.
Figura 4. Ciclo de retroalimentación positiva en un parto normal.
Ejemplos de mecanismos de retroalimentación en biología
Probablemente ya te habrás dado cuenta de que los mecanismos de retroalimentación son esenciales para que nuestro cuerpo funcione eficazmente. Veamos otros ejemplos de mecanismos de retroalimentación negativa y positiva en biología.
Ser capaz de regular el azúcar en sangre es fundamental para la supervivencia. Cuando la regulación mediante retroalimentación negativa no funciona correctamente, pueden surgir trastornos crónicos como la diabetes tipo 2.
En una persona normal, cuando los niveles de azúcar en sangre aumentan después de comer, el páncreas responde produciendo y liberando la hormona insulina en la sangre. Cuando la insulina se une a los receptores situados en el hígado, hace que éste absorba la glucosa, reduciendo así las concentraciones de glucosa en sangre.
Sin embargo, en una persona con diabetes de tipo 2, aunque la secreción de insulina es normal, presenta resistencia a la insulina. La diabetes de tipo 2 se caracteriza por una mala regulación de la glucemia debida a la resistencia a la insulina (los receptores de insulina están insensibilizados a la insulina y ya no responden a ella). La resistencia a la insulina conduce a la hiperglucemia, ¡o elevación de la glucosa!
Figura 5. Este diagrama muestra el mecanismo de retroalimentación negativa que se produce en una persona normal cuando aumentan o disminuyen los niveles de glucosa en sangre.
Veamos ahora un ejemplo relacionado con la retroalimentación positiva y la lactancia en los mamíferos. La lactancia es el proceso de sintetizar y secretar leche de las glándulas mamarias situadas en los pechos de la madre. La lactancia suele ser la principal fuente de nutrientes del recién nacido tras el nacimiento.
En los seres humanos, cuando un recién nacido empieza a mamar de los pezones de la madre, se desencadena la producción de la hormona prolactina en la madre. La liberación de prolactina (de la hipófisis anterior) y oxitocina (de la hipófisis posterior) estimula aún más la lactancia, de modo que la madre produce cantidades suficientes de leche para el bebé. Cuando se desteta al bebé, los niveles de prolactina vuelven a descender a los niveles previos a la lactancia, con lo que finaliza el ciclo.
Figura 6. Retroalimentación positiva y lactancia en los mamíferos.
Diferencia entre los circuitos de retroalimentación positiva y negativa en la homeostasis
En la tabla 1 se resumen las diferencias entre los mecanismos de retroalimentación positiva y los de retroalimentación negativa y sus efectos en la homeostasis.
Tabla 1: Diferencias entre los mecanismos de retroalimentación positiva y negativa
| Retroalimentación negativa | Retroalimentación positiva | |
| Definición | Mecanismo de los sistemas vivos para contrarrestar los efectos de un estímulo y devolver el sistema a la homeostasis. | Mecanismo de los sistemas vivos para amplificar los efectos de un estímulo y llevar al sistema a un nuevo equilibrio |
| Resultado final | Contrarresta los efectos del estímulo externo | Amplifica los efectos del estímulo inicial |
| Prevalencia | Muy frecuente | Poco frecuente |
| Ejemplos | Regulación del azúcar en sangre, regulación de la temperatura | el inicio del parto y la lactancia en animales |
Mecanismos de retroalimentación - Puntos clave
- En los organismos, lahomeostasis se refiere a la tendencia a volver a un estado estable e ideal tras cambios ambientales.
- Existen dos tipos principales de mecanismos de retroalimentación en biología: la retroalimentación positiva y la retroalimentación negativa.
- Un mecanismo de retroalimentación negativa se produce cuando un sistema vivo trabaja para contrarrestar un estímulo y devolver el sistema a la homeostasis.
- La retroalimentaciónpositiva se produce cuando un sistema vivoamplifica un estímulo para alejarlo del estado estacionario.
Referencias
- Tortora, G. J., y Derrickson, B. (2014). Principios de Anatomía y Fisiología (14ª ed.). Wiley.
- AP Biology - AP Central | College Board. (2017, 30 de mayo). AP Central. https://apcentral.collegeboard.org/courses/ap-biology
- Mary Ann Clark, Jung Ho Choi, Douglas, M. M., & College, O. (2018). Biología. Openstax, Universidad Rice. https://openstax.org/details/books/biology-2e
- Figura 1: Termostato (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Room_Thermostat_Vaillant.jpg) de Andy Butkaj (https://www.flickr.com/photos/34107995@N00). Licencia CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/deed.en).
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