Homeostasis y Regulación Neuroendocrina I

En un sistema educacional o de enseñanza-aprendizaje, el proceso educativo tiene como producto un aprendizaje por parte de sus actores. Este producto, se puede medir (Ej. Una prueba). Si esta medición, por parte de ciertos sensores, indica que los alumnos aprendieron mucho sobre el impulso nervioso, pero poco sobre la sinapsis neuromuscular, este proceso puede modificarse con actividades que refuercen ese aprendizaje en particular. El efecto que ejerce el producto de un proceso, sobre el proceso mismo se llama Retroacción, pero se conoce más como Retroalimentación, debido a la expresión inglesa Feed back.

Hay casos en que un aumento en el producto, tiene como consecuencia que el proceso produzca todavía más. Ejemplo: Las primeras contracciones uterinas en el parto inducen a más contracciones y más fuertes. La mayoría de los ejemplos que se utilizan para entender este tipo de mecanismo, se relacionan con el mal funcionamiento del organismo. Por ejemplo, si una persona hace ejercicio sin perder suficiente calor, su metabolismo debe aumentar a nivel celular hasta generar más calor, pero si no se enfría la persona por otros medios puede morir. Este proceso se conoce como Retroalimentación positiva.

Para que el organismo se mantenga vivo y saludable, cada una de sus Variables Fisiológicas se debe mantener relativamente constante, es decir, dentro de valores adecuados para la vida. Para que esto funcione, se necesita la acción coordinada del Sistema Endocrino y Nervioso a través de Mecanismos Homeostáticos.

1. Homeostasis Hidrosalina:

Entre las variables fisiológicas involucradas en la homeostasis están:

Volumen de agua en el Líquido extracelular (LEC). Concentración de Na+ y K+ en el LEC El pH del LEC Su Osmolaridad

Estas variables se agrupan en el concepto de Condiciones Hidrosalinas del Medio Interno, que es uno de los aspectos más relevantes de la homeostasis, en parte, porque de ellas depende directamente la vida de las células y, también porque de ella depende la presión sanguínea, que a su vez, determina que exista o no suficiente sangre en los órganos, o si se dañan las arterias y otros vasos sanguíneos.

Los órganos que actúan como efectores en la mantención de la composición hidrosalina de la sangre son los Riñones y los mecanismos que regulan sus funciones son endocrinos.

La actividad renal consiste básicamente en eliminar ciertos desechos y, sobre todo, agua y electrolitos en forma regulada, es decir, en mayor o menor cantidad, según necesidad del organismo.

1.1. Composición del Medio Interno:

El Medio interno o líquido extracelular (LEC), constituye el ambiente de nuestras células y sus condiciones, que se reducen a composición, volumen y temperatura (Figura 1).

1Depto de Ciencias – BiologíaProf.: Ma. José Espinoza A.Nivel: 4º medioUnidad 0 – Guía 1

En la figura 3 el organismo tiende a mantener el volumen hídrico y la concentración de sal en la sangre.

Fig. 31.2. Función Renal:La Estructura del sistema renal, así como la de los riñones y la de sus unidades funcionales, los Nefrones, fue tratado en 1ero

medio, por tanto, debes reparas y revisar los contenidos y figuras aprendidas anteriormente.Debemos recordar que en cada riñón hay millones de nefrones, cada uno de las cuales produce orina en forma independiente, por

lo cual el estudio de la actividad de uno nos explica todo ese proceso. Para ello debemos tener en cuenta que las funciones del riñón, son dos básicamente:

Sacar de la sangre algunas sustancias producidas e el metabolismo, como los desechos nitrogenados tales como la urea, de modo que no se acumulen hasta alcanzar concentraciones tóxicas.

Retirar los excesos de sustancias que se han incorporado en la dieta, tales como sodio y otros electrolitos, de modo que se mantengan en concentraciones adecuadas a la osmolaridad que debe tener la sangre, así como también a su pH

Para ello, en cada nefrón ocurren básicamente dos procesos (Figura 4). Uno es la Filtración de plasma sin proteínas desde los capilares glomerulares hacia el interior de la cápsula de Bowmann y, el otro, la transformación de este filtrado en orina, principalmente por el paso de sustancias de vuelta a la sangre, en el proceso de reabsorción, que se lleva a cabo en los túbulos y en el asa de Henle. Otro proceso que determina cuál será la composición definitiva de la orina es el paso extra de sustancias desde la sangre al filtrado, en su paso por los túbulos, conocido como secreción tubular.

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Muchos de los componentes químicos del medio interno (Glucosa, aminoácidos, iones y agua) están dentro del organismo gracias a su ingesta en los alimentos y agua. Respecto al agua y sales, es el equilibrio entre la cantidad ingerida y la cantidad eliminada lo que determinará cuánto hay en el medio interno. Las sales y agua pueden perderse en el sudor, feca y orina, pero es la cantidad eliminada en la orina lo que el organismo regula para mantener el equilibrio hidrosalino. La cantidad que se elimina en las heces fecales depende de factores como el contenido de fibra en la dieta o la presencia de bacterias patógenas; no es algo sobre lo que exista una regulación dependiente de las cantidades en el medio interno. El sudor por su parte, es un mecanismo destinado a la regulación de la temperatura por el cual podemos deshidratarnos hasta morir. En la figura 2 se observan las pérdidas y ganancias de agua por parte del organismo, así como la forma en que esta última se distribuye en el cuerpo.

Para ilustrar la importancia de la composición salina de la sangre basta visualizar lo que ocurre con las células cuando NO se hallan en un medio isotónico y el agua fluye por sus membranas por Osmosis. Para ello hay que recordar que la membrana celular es mucho más permeable al agua que a los solutos como las sales, de modo que el agua se mueve pasivamente a través de ella, hacia el lado en que sea mayor la concentración de solutos.

El principal catión del LIC es el potasio, mientras que en el LEC lo es el sodio, que además es componente de la sangre (plasma) que más influye en su Osmolaridad, razón por la cual la regulación de su concentración en el LEC es uno de los aspectos más cruciales de la Homeostasis.

Fig 2

Fig. 4El análisis comparativo de la composición del plasma (tabla 1), del filtrado glomerular y de la orina normal nos pone en evidencia

que se reabsorbe aproximadamente el 90% del agua, lo que ocurre mayoritariamente en el túbulo contorneado proximal, sin regulación. Ahora bien, otra fracción puede ser reabsorbida o no en el túbulo distal según las necesidades del organismo, gracias a la regulación endocrina.

Constituyentes Plasma (g/L) Filtrado glomerular (g/L) Orina (g/L)Na+ 3,2 3,2 3 - 6K+ 0,2 0,2 2 – 3Proteínas 60 – 80 0 0Glucosa 1 1 0Urea 0,3 0,3 20Agua 170 (Litros/24 hrs.) 1,5 (Litros/24 hrs.)

Como es de suponer, las células que componen a los epitelios de los distintos segmentos del nefrón están especializadas en sus funciones. Uno de sus aspectos notables es la Polaridad estructural, ya que tienen 2 superficies diferentes, una que da hacia el lumen del túbulo, llamada Superficie Apical, donde abundan los canales de sodio; y otra, que da hacia el intersticio, llamada Superficie Basolateral, que tiene una gran cantidad de bombas sodio – potasio, manejándose así, el flujo de iones entre el filtrado y la sangre. (Figura 5).

Fig. 5Regulación del Volumen y de la composición del LEC

Cuando tomamos mucha cantidad de agua orinamos más, en comparación a las siguientes situaciones: tomar poca agua durante el día, tener abundantes diarreas o cuando nos hemos deshidratado al exponernos por un tiempo largo bajo el sol. Otro aspecto a observar es el color de la orina, es decir, cuando ingerimos gran cantidad de agua o hemos estado con altos niveles de hidratación la orina sale más clara y con menos cantidad de solutos. De estos hechos expuestos, deducimos:

1. Existe una regulación de la cantidad de agua que perdemos en la orina, la que depende de las condiciones de hidratación del cuerpo.

2. Esta regulación depende, de alguna estructura corporal que se encarga de captar el estado de hidratación y de informarlo a los centros reguladores, de modo que estos envíen órdenes adecuados a los efectores, que son los nefrones, para que ellos reabsorban la cantidad de agua que sea necesaria.

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Tabla 1

Fig. 6

Fig. 7

Sistema Nefrourinario:

Los Diferentes tejidos y órganos del cuerpo funcionan de manera equilibrada, gracias al mecanismo de HOMEOSTASIS (Mantenimiento del medio constante), este mecanismo involucra la función renal de excreción, y la retención de otras que aún son útiles para el buen funcionamiento celular.

Los órganos del Sistema Urinario son (Fig. 8b):

Riñones Uréteres Vejiga urinaria Uretra

El Riñón (Fig. 8a), por la función que cumple, es un elemento importante dentro del Sistema excretor, aunque no su único componente, tiene por función regular la composición iónica de la sangre, presión arterial y PH sanguíneo.

La Función del riñón es llevado a cabo en el nefrón (Fig. 9), que es su unidad funcional, formado por un Túbulo largo unido a un bulbo cerrado (cápsula de Bowman), que contiene un racimo de capilares, llamado glomérulo.

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Estos receptores son unos Osmorreceptores que están ubicados en el cerebro, más específicamente en el Hipotálamo. Al captar la osmolaridad del plasma captan, indirectamente, su estado de hidratación, pues entre menor sea éste, mayor es la concentración de solutos. Si los receptores hipotalámicos (un ejemplo de interoceptores) captan que la osmolaridad del plasma está elevada por sobre los niveles normales, envían impulsos nerviosos hasta neuronas cuyos axones terminan en la neurohipófisis, haciendo que allí se secrete hacia la sangre la hormona antidiurética (ADH), también llamada vasopresina. Esta actúa de tres maneras:

1. Estimulando los centros hipotalámicos de la sed, lo que nos impulsa a ingerir más agua.

2. Provocando la contracción de los músculos lisos de las arteriolas, de modo que aumente la resistencia periférica y, así, la presión sanguínea, que puede haber disminuido por la falta de agua en el LEC.

3. Haciendo que los túbulos distales y colectores de los nefrones, se hagan permeables al agua, con lo que esta puede devolverse desde el filtrado hacia la sangre, siguiendo su gradiente osmótico. Así es como la ADH aumenta la reabsorción de agua. (figura 6 y 7)

Este mecanismo homeostático nos ilustra tanto la regulación neurohormonal de una variable fisiológica, como el principio de la retroalimentación negativa. Además nos servirá para recordar el proceso de la neurosecresión, que es la secreción de hormonas por parte de neuronas.

Fig. 8a

Fig. 8b

Fig. 9

Formación de la Orina

Fig. 10

Filtración Glomerular:La sangre que llega al glomérulo encuentra una gran resistencia, por lo mismo, la sangre tiende a filtrarse a medida que avanza y un gran número de sustancias tales como: glucosa, aminoácidos, proteínas pequeñas, sales y agua caen a la Cápsula de Bowman, pasando a constituir el filtrado glomerular. Se puede decir, que el filtrado glomerular está compuesto por plasma más una pequeña cantidad de glucosa y solutos. Sin elementos figurados ni lípidos. Este es un proceso totalmente pasivo.

Cantidad de Elementos Filtrados y Excretados diariamente

Sustancia del Plasma Cantidad diaria Filtrada Cantidad diaria excretada en la orina

Agua 180 litros 1,5 litrosGlucosa 180 gramos 0

Urea 54 gramos 30 gramos

Sodio 630 gramos 3,2 gramos

Reabsorción Tubular:Durante la filtración la sangre ha sido depurada de sus residuos tóxicos. Pero también ha sido despojada de muchos nutrientes y sales esenciales para el organismo. De esta manera, se comprende la importancia del proceso de reabsorción tubular, que se encarga de recuperar las sustancias útiles para que vuelvan a la circulación, dejando que las tóxicas continúen su trayecto a través del riñón.

Secreción Tubular:Algunas sustancias no necesarias para el cuerpo, se eliminan de la sangre y se descargan en la orina, a través de un proceso conocido como Secreción Tubular. Éstas incluyen iones (K+, H+ y NH+

4), urea, creatinina y ciertos fármacos.

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I. Actividad 1 Selección Múltiple::

Los principales órganos que forman parte y participan del sistema excretor son: I. Pulmones.

II. Piel.III. Faringe.IV. Riñones.

a) I y II b) I, II y III c) I, II y IV. d) II, III y IV e) Todas

Podríamos mencionar como un ejemplo de desechos del sistema excretor:a)Sudor. b)saliva. c)Orina. d) a y b. e) a y c.

Se sabe que la tasa de filtración glomerular en humanos es de 180 L/día. Si una sustancia está a una concentración plasmática de 2 mg y se excretan en ella 400 mg. Diarios, podemos afirmar que la sustancia:

I. Se filtraII. Se reabsorbeIII. Se secreta

a) I b) III c) I y II d) II y III e) Ninguna de las anteriores.

II. Piensa y contesta:

¿Cuál es la función del Sistema Excretor?¿Qué función tiene la piel en el Sistema Excretor?¿Cuál es la importancia de la eliminación del CO2 en la respiración?¿Cuál es la Sustancia que elimina el Hígado? ¿Qué pasaría si hubiese acumulación de bilirrubina en el Hígado?Observe el siguiente recuadro y responda:

¿Qué sustancias se encuentran presentes en la orina y el plasma? ¿Cuáles de estas sustancias no se encuentran presentes en la orina? ¿Qué pasaría si se encuentra glucosa en la orina? ¿Qué función podría inferir que tiene el riñón? ¿La orina sólo tiene desechos?

Osmosis

Toda sustancia que ingresa o sale de la célula debe atravesar la Membrana Plasmática. Esta, posee la propiedad de ser Semipermeable o Permeabilidad selectiva. Esto significa que permite el paso de solvente (agua) y solutos de tamaño pequeño, pero no es atravesada por solutos de tamaños mayores (salvo que posea mecanismos especiales de transporte).

Para cualquier sustancia, existe un Gradiente Electroquímico, dado por su diferencia de concentración entre 2 puntos o Gradiente Químico, y por la diferencia de cargas o Gradiente Eléctrico. Este gradiente puede existir en un momento a un lado y otro de la membrana, la que puede permitir el transporte de sustancias a favor o en contra de esta gradiente.

Osmosis: Es el caso particular de la difusión de un solvente, como el agua, a través de una membrana semipermeable. En el caso de la célula, es el movimiento de agua a través de la membrana, a favor de su gradiente químico, es decir, desde donde el agua está en mayor proporción (menor concentración de solutos) hacia donde ella está en menor proporción (mayor concentración de solutos). (Fig. 11)

Fig. 11 Decimos que 2 soluciones son Isotónicas si tienen la misma proporción de agua, es decir, la misma concentración de solutos. Entre ellas no hay transferencia neta de agua. Al compara 2 soluciones que tienen diferentes proporciones de agua, o diferentes concentraciones totales de solutos, decimos que es Hipotónica la que tiene menor concentración de solutos y mayor proporción de agua; e Hipertónica la otra. La osmosis es la transferencia de agua desde una solución hipotónica a una hipertónica, a través de una membrana semipermeable.

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Composición de la orina y plasma(Concentración)

Sustancia Plasma (g/lt) Orina (g/lt)

Proteínas 70 0Lípidos 5 0Aminoácidos 0,5 0Glucosa 1 0Agua 900 950NaCl 8 10Urea 0,3 20Ácido úrico 0,03 0,5

Se denomina presión osmótica a la presión para detener el movimiento de agua hacia una solución, es decir, es la fuerza con que una solución atrae agua por osmosis. Debido a que las soluciones más concentradas atraen agua con más fuerza, decimos que tienen mayor presión osmótica.

¿Qué pasaría si ponemos una célula animal y/o vegetal en otro medio que no sea Isotónico?

Si ponemos un glóbulo rojo en una solución Hipertónica respecto de su interior, perderá agua y se arrugará, fenómeno llamado Crenación. Si la colocamos en una solución Hipotónica, en cambio, le entregará agua, se diluirá su contenido y se romperá la membrana celular, lo que se llama Citólisis. En el caso particular del glóbulo rojo, el fenómeno sería Hemólisis.La célula vegetal posee al igual que las bacterias, una pared celular relativamente rígida que la rodea y evita que estalle en una solución Hipotónica. En este caso, entra agua, atraída por la mayor presión osmótica que hay en el interior de la célula, pero a medida que entra agua, ella ejerce una presión cada vez mayor en sentido contrario. La célula podrá expandirse por la entrada de agua sólo hasta que la presión osmótica (fuerza que empuja el agua hacia dentro) se iguale con la que empuja el agua hacia fuera. La presión que ejerce el agua desde dentro hacia la pared se llama Presión de Turgencia, siendo ésta responsable de la posición erecta de las plantas. Si introducimos la célula vegetal a una medio Hipertónico, se pierde agua, despegándose la pared, lo que se llama Plasmólisis.

Actividad 2: Responde: ¿Qué función tiene el Suero fisiológico? ¿Qué concentración de NaCl tiene?

2. Regulación de la Temperatura o Termorregulación

A menos que estemos con fiebre, la temperatura de los tejidos profundos del cuerpo se mantiene casi constante, independientemente de la temperatura ambiental, la que puede provocar grandes alteraciones en la temperatura de la piel. Esta regulación es uno de los ejemplos más claro de retroalimentación negativa, pues un perceptible aumento de la temperatura sanguínea captado por los termorreceptores hipotalámicos es suficiente para hacer disminuir los mecanismos productores de calor y para aumentar la eficiencia de los que hacen que éste se pierda, mientras que un leve descenso en ella provoca lo contrario. Los mecanismos involucrados en ello son, además, un buen ejemplo de regulación nerviosa y hormonal coordinadas entre si.

Cuando un individuo se expone al frío intenso (figura 8), los receptores de la piel y los del hipotálamo envían señales hacia la corteza cerebral y hacia el hipotálamo mismo. Ambos centros elaboradores envían a los músculos esqueléticos la orden de contraerse involuntariamente en forma de tiritones, con lo que aumenta la producción de calor. Además, el hipotálamo se activa una acción simpática responsable de la vasoconstricción cutánea en todo el cuerpo y de la piloerección, que tienden a disminuir la pérdida de calor, y envía estímulos a la médula suprarrenal, para que secrete adrenalina.

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Corteza cerebral

Termorreceptores centrales

Hipotálamo

↓ Temperatura de la sangre

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↓ Temperatura de la piel

Músculos del esqueleto

Arteriolas cutáneas

(vasoconstricción)Músculos de la

piel (“piel de gallina”)

Médula Suprarrenal

(descarga de adrenalina)

Termorreceptores cutáneos

Fig 8

Fig 9: Mecanismos endocrinos de termorregulación

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