MECANISMOS DE REGULACIÓN EN LOS ORGANISMOS (título del artículo).
Los seres vivos, desde los menos evolucionados como las bacterias, hasta los más evolucionados como los seres humanos, han perdurado a través de los años dado a su capacidad para adaptarse a las diferentes condiciones cambiantes en la Tierra, y de esta manera, lograr y mantener el equilibrio de los ecosistemas.
El mecanismo de regulación hace referencia al ajuste de las condiciones o funciones vitales dentro de ciertos y determinados parámetros ya establecidos, de manera que si se perturban los límites, es decir, si las condiciones tienden a irse por encima o por debajo de los mismos, el mecanismo de regulación se ocupará de que la condición que causó el desequilibrio en las funciones vitales no permanezca, y se recupere lo más rápido posible el equilibrio en el sistema o ser vivo.
Según las diferentes alteraciones que pueden darse, muchos seres vivos poseen un mecanismo denominado homeostasis, el cual garantiza el control de las funciones vitales dentro de los parámetros intrínsecos de cada organismo, esto es, manteniendo las funciones fijas, en equilibrio. La homeostasis es por tanto un mecanismo biológico de regulación.
Para comprender cómo funcionan los mecanismos biológicos de regulación primero se debe estudiar cómo funciona un mecanismo de regulación no biológico, y de esta manera lograr un mayor entendimiento de los mecanismos que regulan nuestras funciones vitales.
Un ejemplo de mecanismo de regulación no biológico puede ser un sistema refrigerante (nevera, aire acondicionado, congelador), en donde el sistema está representado por una caja de control, un termostato o sensor de temperatura, una unidad de enfriamiento, y los cables o circuitos eléctricos necesarios para conectar los diferentes componentes del sistema. Al conectarse el sistema refrigerante a una toma de electricidad, la unidad de enfriamiento comienza a funcionar de acuerdo a la temperatura que se desee obtener, al enfriar el aire dentro del sistema disipando el calor del medio interno hacia el medio externo a través de un sistema de ventilación. Una vez que se tiene la temperatura indicada, el sensor o termostato la detecta y envía una señal eléctrica hacia la caja de control la cual hace que se apague tanto la unidad de enfriamiento como el sistema de ventilación. Supongamos que el sistema refrigerante es un aire acondicionado en una habitación, de manera que al entrar y salir las personas a la habitación provoca el aumento de la temperatura en la misma, a su vez que el sensor al percibir el cambio envía de nuevo una señal que en la caja de control encenderá la unidad de refrigeración para volver a alcanzar la temperatura ya indicada, y así sucesivamente mientras esté conectado el aire acondicionado a la toma eléctrica.
Haciendo una analogía o semejanza de este sistema refrigerante con los organismos, por ejemplo, el ser humano, es el mismo el sistema, mientras que los componentes como el panel de control y termostato estarán representados por los centros nerviosos y endocrinos, así como por células receptoras de diferentes señales y efectores, respectivamente. El circuito eléctrico estará constituido por las fibras nerviosas (neuronas), y el torrente sanguíneo (venas, arterias, capilares). Continuando con la analogía, los cambios de temperatura dentro de la habitación, podrían representarse por cambios de temperatura en el entorno en donde se encuentra el humano; ante dichos cambios o estímulos se desarrollan una serie de sucesiones que hacen que el humano esté en equilibrio con la temperatura del entorno al igual que la habitación con el aire acondicionado y el medio externo. Esta acción en realidad provoca que un receptor envíe una señal hacia los centros nerviosos u órganos involucrados que luego provoca la emisión de otra señal, ahora transformada en una respuesta.
Los mecanismos de regulación, como el mantenimiento de la temperatura indicada para el sistema refrigerante, a través del termostato, o de la temperatura de un humano, es lo que se conoce con el nombre de mecanismo de retroalimentación, teniéndose dos tipos según la perturbación de los límites, retroalimentación positiva, en caso de que el estímulo sobrepase el límite inferior establecido; y retroalimentación negativa, en caso contrario, si el estímulo sobrepasa el límite superior establecido. En la figura 1, se observa un ejemplo de los tipos de retroalimentación en las cadenas tróficas de un ecosistema.
Todos los organismos poseen la capacidad de mantener el equilibrio interno de sus sistemas según las diferentes situaciones que puedan presentarse en el interior o el entorno, controlando así los parámetros establecidos, desarrollando diferentes respuestas para cada situación; por ejemplo, la sensación de hambre cuando no se han ingerido alimentos, la sed cuando se está un tiempo sin beber agua, los escalofríos para generar calor cuando se tiene frío, la dilatación de las pupilas de nuestros ojos, aceleración del ritmo cardíaco y respiratorio cuando se está en una situación de peligro o excitación, la salivación cuando se está a punto de ingerir alimentos, la asociación de olores con lugares, personas, entre otros ejemplos. También se puede estudiar la retroalimentación si se tiene una mascota en casa, por ejemplo un perro, en donde al alimentarlo siempre en el mismo recipiente, el animal en un tiempo asociará al recipiente con la hora de la comida y su sistema digestivo se preparará para la ingesta de alimentos.
Los mecanismos de regulación biológica no solo actúan cuando se está en determinadas circunstancias y trata te corregir la causa, sino que también trabaja de manera automática controlando las miles de reacciones que ocurren en un organismo tanto en estado activo, como cuando se está en reposo, durmiendo o hibernando, por ejemplo. De esta manera, según los diferentes seres vivos y su grado de evolución, se tiene mecanismos para regular:
- Niveles de azúcar en la sangre, regulados por la glándula mixta llamada páncreas, a través de la hormona insulina.
- Niveles de calcio en el plasma, gracias a la acción de la glándula paratiroidea y tiroides.
- Contenido de agua en el plasma, por la Hipófisis posterior o glándula pituitaria.
- Temperatura corporal, realizada por el hipotálamo.
- Frecuencia cardíaca y respiratoria por los centros cardiovascular y respiratorio respectivamente, ambos situados en el bulbo raquídeo.
- Metabolismo básico (anabolismo y catabolismo), realizado por la glándula tiroides.
- Funcionalidad de órganos sexuales, por la acción de la hipófisis anterior y las glándulas sexuales, testículos y ovarios, en individuos del sexo masculino y femenino, respectivamente.
- Crecimiento, reproducción, metabolismo, en plantas por las hormonas vegetales, auxina, giberelinas, citoquininas, etileno y ácido abscísico.
REGULACIÓN NERVIOSA Y ENDOCRINA
Al realizar movimientos de forma brusca, correr o movernos muy rápido, son los receptores de estiramientos ubicados en el huso muscular los encargados de que los músculos de nuestro esqueleto respondan de manera autónoma, es decir, a manera de reflejo; este reflejo se conoce como reflejo miotático (Fig. 2). El reflejo miotático consiste en que al estirar un músculo éste responde con una contracción que se opone al estiramiento, esto es en la médula espinal, donde una fibra nerviosa aferente, la cual parte del huso muscular, hace sinapsis con la neurona motora del mismo músculo. La señal que se transmite de la fibra nerviosa del huso muscular a la neurona motora es una señal nerviosa estimuladora que produce el estiramiento del músculo; a su vez, la neurona motora emite una señal nerviosa excitatoria que permite la contracción del músculo, tal como se muestra en la figura 2, en donde al realizar un toque en la rodilla (rótula), el cual sería el estímulo, se desencadena una respuesta autónoma a manera de acto reflejo que es el estiramiento del resto de la extremidad hacia adelante. Según las sinapsis que produzcan el acto reflejo, se habla de arco reflejo monosináptico o polisinápticos.
Muchos venenos o plaguicidas utilizados en la actualidad, producen parálisis muscular en la presa, esto es, actúan en las uniones neuronales impidiendo la comunicación entre receptores de membrana por lo que no se transmite el impulso nervioso que permite a la presa reaccionar ante la situación. Una vez que se paralizan los músculos, son los músculos respiratorios los que al detenerse producen la muerte por asfixia de la presa.
Por otra parte, cuando se está en una situación de peligro, dolor, rabia, o cualquier otro tipo de excitación, como se indicó anteriormente, el sistema que permite que se produzcan las respuestas para dichas situaciones es el sistema simpático. Los organismos se preparan para la situación de emergencia en donde el estímulo del sistema simpático genera un aumento en la secreción de la hormona adrenalina, y es por ello que se dice que tanto el sistema nervioso como el endocrino están en constante interacción. Una situación de emergencia desencadena las siguientes acciones:
- Aumento de la frecuencia cardíaca, respiratoria, de la presión arterial, lo que induce a que llegue mayor cantidad de sangre y por ende de oxígeno a los órganos y músculos, por lo que una persona en una situación de emergencia, se prepara o tiende a correr, gritar, hablar y gesticular muy rápido, sudar, llorar, tener mayor fuerza muscular, presentar palidez en la piel, entre otras reacciones.
- Dilatación de las pupilas de los ojos, como respuesta para tener un mayor campo visual, así como aumento de los niveles de azúcar (glicemia) para generar la energía necesaria, en correspondencia de las diferentes acciones que deben llevarse a cabo con una mayor frecuencia.
Otro ejemplo de regulación endocrina es el crecimiento en los animales. Muchas hormonas trabajan conjuntamente en diferentes etapas del desarrollo, observándose un crecimiento lento durante la niñez, acelerado en la adolescencia y en reposo en la adultez. Entre las hormonas más importantes están, la hormona del crecimiento, las hormonas sexuales y la hormona tiroidea, por lo que cualquier evento que afecte a los órganos involucrados en la segregación de las mismas, producirá diferentes reacciones o enfermedades, como por ejemplo, el enanismo por deficiencia de la hormona del crecimiento.
Muchas hormonas trabajan con determinados elementos químicos, también conocidos como oligoelementos, los cuales se obtienen a partir de la dieta y es por ello que una malnutrición retarda el crecimiento o puede producir diferentes enfermedades graves que afectan desde el color de la piel hasta las características del cuerpo de los individuos en función a su edad.
Por lo general, ciertos animales durante su inmadurez crecen de 3 cm a 5 cm anualmente. Con la llegada de la pubertad, el crecimiento acelera de 8 cm a 10 cm, por acción adicional de las hormonas sexuales, en conjunto con la hormona de crecimiento y la hormona tiroidea. Al llegar a la adultez, por ejemplo en humano de 20 a 22 años, alcanzará el crecimiento determinado en la información contenida en nuestro ADN.
REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA: HOMEOSTASIS
Los animales poseen diferentes mecanismos para regular su temperatura corporal en función a la temperatura del medio ambiente y mantenerla en equilibrio. Según los mecanismos para regular la temperatura corporal se tienen dos tipos de animales:
- Poiquilotermos o ectotermos: llamados también animales de sangre fría pues su temperatura corporal dependerá de la temperatura ambiental. Un ejemplo del mecanismo de regulación de la temperatura de este tipo de animales es la toma de energía en superficies con altas temperaturas como piedras, las cuales se han calentado por la radiación solar, en donde se posan muchos reptiles. Muchos artrópodos, como las hormigas y los reptiles son animales ectotermos. Esta condición hace que muchos animales deban estar en ambientes con determinados climas para su supervivencia. Esta regulación no debe confundirse con el comportamiento de muchos animales no ectotermos, como los humanos, en donde se busca estar en un lugar determinado, según si se desea tener calor o frío.
- Homeotermos o endotermos: conocidos como animales de sangre caliente pues la temperatura corporal se mantiene a través de las reacciones metabólicas, producto de la energía química de los alimentos ingeridos. Son animales, por consiguiente, más evolucionados pues son capaces de mantener constante su temperatura interna. Los humanos, los osos, las ardillas, son ejemplos de animales homeotermos.
Los animales homeotermos regulan su temperatura gracias a células receptoras ubicadas en la piel, las cuales se conectan con las células nerviosas del sistema nervioso central, ubicadas en el hipotálamo.
Cuando la temperatura del medio ambiente o externa aumenta, la fluctuación recibida por los receptores periféricos induce a que el hipotálamo desarrolle una serie de eventos que promueve la pérdida de energía en forma de calor. Los vasos sanguíneos aumentan de diámetro para que se concentre mayor cantidad de sangre en la superficie de la piel, proceso conocido como vasodilatación, producto de la termólisis o pérdida de calor, en donde la energía ahora pasará al medio externo. Las reacciones metabólicas disminuirán, así como se relajarán los músculos para bajar la generación de calor en el cuerpo. El sudor o transpiración, es otra de las respuestas como producto del aumento de la temperatura, pues induce al enfriamiento de la piel.
Cuando la temperatura del medio ambiente o externa disminuye, la fluctuación recibida por los receptores periféricos, al igual que en el caso contrario, induce a que el hipotálamo desarrolle una serie de eventos que promueve la ganancia o aumento de energía en forma de calor. Los escalofríos son un ejemplo de respuesta involuntaria, ya que el movimiento o temblor del cuerpo genera calor. Los vasos sanguíneos disminuyen de diámetro para que se evite la pérdida de calor de la sangre en la superficie de la piel, proceso conocido como vasoconstricción. Tanto la tiroides como las glándulas suprarrenales liberan hormonas a su vez, tiroxina, adrenalina y noradrenalina, que permiten acelerar las reacciones metabólicas y la excitación de músculos y órganos vitales para producir calor. Ambos casos pueden estudiarse en la figura 3.
En el caso de animales que viven en ecosistemas muy fríos, el mantenimiento de la temperatura corporal se lleva a cabo a través de la grasa almacenada en el cuerpo. En ellos se da a conocer el proceso de hibernación, en donde usan las reservas ingeridas en el verano, disminuyendo su metabolismo al máximo y resguardándose durante el invierno, por lo que el animal da la apariencia de estar muerto.
En los animales de desierto, como en los camellos, se da el caso contrario, adaptación conocida como estivación, donde el animal excreta una orina más concentrada, lo que significa que no requiere de tanta agua para disolver sus productos de desecho, asimismo puede perder proporcionalmente más aguan que el ser humano y seguir funcionando correctamente.
Las migraciones, son otro ejemplo de regulación adaptativa, asociando las variaciones climáticas con el movimiento, sobre todo en aves y mamíferos, ya que buscan mejores condiciones ambientales que les permita alimentarse, reproducirse y sobrevivir. Un gran ejemplo de este comportamiento son las ballenas, mamíferos con grandes depósitos de reservas, lo que le permite migrar y regular su temperatura y metabolismo.
REGULACIÓN DE LA VENTILACIÓN
La ventilación pulmonar está controlada por el centro respiratorio en el bulbo raquídeo. Como se indica en la figura 4, el centro respiratorio emite una señal nerviosa al diafragma y la caja torácica, dando paso a la inspiración, aumentando el volumen de los pulmones, activándose luego los receptores de estiramiento del parénquima pulmonar, que emiten un señal que inhibe ahora al centro respiratorio para que no se siga dando la inspiración sino que se relajen los músculos para dar lugar a la espiración, disminuyendo el volumen pulmonar, y así sucesivamente con cada inspiración y exhalación.
Muchos animales acuáticos y nocturnos suelen presentar diferentes adaptaciones coordinadas por estímulos de su entorno. Ejemplo de ello son los peces que nadan en cardúmenes (Fig. 5 166181289), los cuales, ante una situación de peligro, reconocen un cambio de dirección en su recorrido por variaciones en la presión de las vellosidades laterales, y así todos huyen manteniendo su relación. Las medusas también poseen receptores que al detectar el roce de algún depredador emiten sustancias urticantes a modo de defensa.
Los murciélagos son conocidos por ser animales con hábitos nocturnos que emiten sonidos muy agudos. Gracias a esos sonidos ellos detectan por el cambio en la dirección de las ondas al encontrarse con algún objeto, su ubicación, y de esta manera no chocar en su recorrido. Este comportamiento se conoce como ecolocación.
Referencias bibliográficas:
Proverbio, M; Marín, R. (2002). Biología. Segundo año de Educación Media. (1a. ed.). Editorial Santillana. Caracas, Venezuela. Pág: 84-93.
