Ciencias Naturales 8.º

La homeostasis

45 min · DBA 4

Lo que vas a aprender
  • Explicar qué es la homeostasis con ejemplos de variables que el organismo mantiene estables.
  • Describir el modelo del termostato con sus partes (receptor, centro de control, efector y valor fijado).
  • Diferenciar la retroalimentación negativa de la positiva a partir de lo que pasa con la desviación.
  • Leer una gráfica de una variable regulada y calcular su media, su desviación máxima y el tiempo que pasa dentro de un rango.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

Piensa en un día de sol fuerte en el patio y en una madrugada fría esperando la ruta. Afuera la temperatura cambió muchísimo, pero por dentro tu cuerpo siguió más o menos igual. En el patio sudaste y se te enrojeció la cara; en la madrugada tiritaste y se te puso la piel de gallina. Nadie te dio la orden: tu cuerpo lo hizo solo.

Ese trabajo silencioso de mantener las cosas estables por dentro se llama homeostasis, y es la idea que une toda esta unidad. Los sistemas nervioso y endocrino, que vas a estudiar en las próximas lecciones, son los encargados de coordinarlo.

Antes de empezar recuerda qué es un sistema de órganos, cómo se calcula un promedio y cómo se lee un punto en una gráfica.

Explicación

Un ambiente estable para las células

Cada célula de tu cuerpo vive bañada en líquido: de él toma el oxígeno y los nutrientes y a él bota sus desechos. Ese líquido que rodea a las células es el medio interno. Las células solo funcionan bien si el medio interno se mantiene dentro de ciertos límites: ni muy caliente ni muy frío, ni con mucha agua ni con muy poca.

La homeostasis es la capacidad del organismo de mantener estables esas condiciones internas aunque el ambiente cambie. Algunas de las variables reguladas son:

  • la temperatura del cuerpo;
  • la cantidad de agua y de sales del medio interno;
  • la cantidad de azúcar que lleva la sangre, que es el combustible de las células;
  • la cantidad de oxígeno y de dióxido de carbono de la sangre.

Ojo con una confusión muy común: estable no quiere decir quieto. Una variable regulada sube y baja todo el tiempo, pero se mantiene cerca de un valor fijado. Por eso se dice que la homeostasis es un equilibrio dinámico: hay cambios, pero se corrigen.

El modelo del termostato

Para entender cómo se corrige un cambio sirve pensar en un termostato, el aparato que enciende y apaga el aire acondicionado o la calefacción de un salón. Tiene cuatro partes:

  1. Valor fijado: la temperatura que alguien programó.
  2. Receptor (o sensor): mide la temperatura del salón.
  3. Centro de control: compara lo que mide el receptor con el valor fijado y decide.
  4. Efector: el aparato que produce la respuesta. Si el salón está más caliente que el valor fijado, se enciende el aire frío; si está más frío, se enciende la calefacción.

Fíjate en algo importante: la respuesta va en contra del cambio. Si la temperatura sube, el efector la hace bajar; si baja, la hace subir. Y cuando la temperatura vuelve al valor fijado, el efector se apaga. A esto se le llama retroalimentación negativa: la palabra «negativa» no quiere decir «mala», sino que la respuesta se opone al cambio y devuelve la variable a su valor fijado.

10203040506070161718192021222324252627t (min)T (°C)(20; 25)(50; 19)

Temperatura de un salón con termostato, medida cada 10 minutos (datos inventados). La línea punteada es el valor fijado, 22 °C. La temperatura sube hasta 25 °C, el aire frío la hace bajar, se pasa un poco hasta 19 °C y la calefacción la devuelve al valor fijado.

Ejemplo resuelto

Leer la gráfica del termostato

Las lecturas de la gráfica, de 10 en 10 minutos, son 22, 24, 25, 23, 21, 19, 20 y 22 °C, con un valor fijado de 22 °C (datos inventados). ¿Cuánto se alejó la temperatura del valor fijado hacia arriba y hacia abajo, y cuál fue la temperatura media?

Ver la solución paso a paso
  1. La lectura más alta es 25 °C, en el minuto 20. Se alejó hacia arriba, en °C: $25 - 22$

  2. $$3$$

  3. La más baja es 19 °C, en el minuto 50. Se alejó hacia abajo, en °C: $22 - 19$

  4. $$3$$

  5. Para la media sumamos las ocho lecturas y dividimos entre ocho: $\operatorname{media}\left(\left[22;\ 24;\ 25;\ 23;\ 21;\ 19;\ 20;\ 22\right]\right)$

  6. La suma da 176, y 176 ÷ 8 es $22$ °C.

  7. La media coincide con el valor fijado: la temperatura subió y bajó, pero se mantuvo alrededor de 22 °C. Eso es un equilibrio dinámico.

Respuesta: Se alejó 3 °C hacia arriba y 3 °C hacia abajo, y la temperatura media fue de 22 °C, igual al valor fijado.

El termostato del cuerpo

Tu cuerpo regula su temperatura con las mismas cuatro partes. Los receptores son terminaciones nerviosas de la piel y del encéfalo que detectan el calor y el frío. El centro de control es el hipotálamo, una pequeña región del encéfalo que compara la temperatura con su valor fijado. Los efectores son varios:

  • Si la temperatura sube, las glándulas del sudor producen sudor, que al evaporarse enfría la piel, y los vasos sanguíneos de la piel se ensanchan para que la sangre bote calor hacia afuera: por eso la cara se pone roja.
  • Si la temperatura baja, los músculos tiritan, y esos movimientos rápidos producen calor; los vasos de la piel se estrechan para que la sangre no pierda calor, y se eriza la piel.

Con el agua pasa algo parecido. Si pierdes mucha agua sudando, sientes sed y tomas agua, y los riñones (del sistema excretor) devuelven más agua a la sangre y producen menos orina. Si tomas mucha agua, los riñones botan la que sobra.

Todos los sistemas trabajan juntos

La homeostasis no es trabajo de un solo órgano. El sistema nervioso detecta los cambios y da órdenes muy rápidas por los nervios. El sistema endocrino da órdenes con hormonas, mensajeros químicos que viajan por la sangre. El sistema excretor regula el agua y bota los desechos; el muscular produce calor; el óseo guarda calcio y lo devuelve a la sangre cuando hace falta; el circulatorio lleva todo a todas partes, y el inmune defiende el medio interno de los microbios. Si uno de ellos falla, los demás lo sienten.

La retroalimentación positiva

Existe otro tipo de regulación que funciona al revés: la respuesta refuerza el cambio y lo hace cada vez más grande. Se llama retroalimentación positiva. No sirve para mantener una variable estable, sino para que un proceso se complete rápido, y se detiene cuando el proceso termina. Un ejemplo es la coagulación: cuando te cortas, las primeras plaquetas que se pegan en la herida llaman a más plaquetas, y estas a más, hasta que se forma el tapón. Otro, fuera del cuerpo, es el pitido de un micrófono puesto cerca del parlante: el sonido sale, entra otra vez al micrófono, sale más fuerte, y así hasta volverse un chillido.

La diferencia se ve mejor con números.

Ejemplo resuelto

Negativa o positiva, con números

En un modelo con números inventados, la temperatura de un salón queda 4 °C por encima del valor fijado. Con retroalimentación negativa, la desviación se reduce a la mitad en cada paso; con retroalimentación positiva, se duplica en cada paso. ¿Cuál es la desviación después de 3 pasos en cada caso?

Ver la solución paso a paso
  1. Con retroalimentación negativa multiplicamos tres veces por un medio: $4 \cdot \left(\frac{1}{2}\right)^{3}$

  2. La desviación queda en $0{,}5$ °C: la temperatura se acerca cada vez más al valor fijado.

  3. Con retroalimentación positiva multiplicamos tres veces por dos: $4 \cdot 2^{3}$

  4. La desviación llega a $32$ °C: cada paso aleja más la temperatura del valor fijado. Un termostato así convertiría el salón en un horno.

  5. Por eso el cuerpo usa retroalimentación negativa para mantener sus variables estables, y la positiva solo para procesos que deben terminar, como la coagulación.

Respuesta: Con retroalimentación negativa la desviación baja a 0,5 °C; con positiva sube a 32 °C.

Ejemplo resuelto

¿Cuánto tiempo estuvo en el rango?

El termostato del salón de la gráfica considera bien cualquier lectura entre 21 °C y 23 °C, los dos incluidos. De las 8 lecturas (22, 24, 25, 23, 21, 19, 20 y 22 °C), ¿qué porcentaje quedó dentro de ese rango?

Ver la solución paso a paso
  1. Contamos las lecturas que están entre 21 y 23, los dos incluidos: son 22, 23, 21 y 22. La cuenta toma los datos desde 21 hasta antes de 24, que no entra; como las lecturas son números enteros, son justo las de 21 a 23: $\text{n.º de datos en }[21;\ 24)$

  2. $$4$$

  3. Son cuatro de ocho lecturas. Lo pasamos a porcentaje: $\frac{4 \cdot 100}{8}$

  4. El $50$ % de las lecturas quedó dentro del rango. La otra mitad muestra el termostato trabajando: primero enfriando y después calentando.

Respuesta: El 50 % de las lecturas, 4 de 8, quedó entre 21 °C y 23 °C.

Para no confundirse

  • Homeostasis no es que nada cambie. Es que los cambios se corrigen antes de volverse peligrosos para las células.
  • Negativa no es mala, positiva no es buena. La negativa se opone al cambio y devuelve la variable a su valor fijado; la positiva refuerza el cambio hasta terminar un proceso.
  • La regulación tiene que detectar el cambio primero. Sin receptores, el centro de control no se entera de nada, igual que un termostato con el sensor dañado.

Práctica

El termostato de una pecera está fijado en 25 °C. Las lecturas de una tarde son 25, 26, 27, 26, 24, 23, 24 y 25 °C (datos inventados). ¿Cuál es la temperatura media, en °C?

En la misma pecera, fijada en 25 °C, con las lecturas 25, 26, 27, 26, 24, 23, 24 y 25 °C, ¿cuántos grados se alejó la temperatura del valor fijado hacia arriba, como máximo?

¿Cuál es la diferencia, en °C, entre la lectura más alta y la más baja de la pecera: 25, 26, 27, 26, 24, 23, 24 y 25 °C?

Para la pecera, una lectura está bien si queda entre 24 °C y 26 °C, los dos incluidos. ¿Qué porcentaje de las 8 lecturas (25, 26, 27, 26, 24, 23, 24 y 25 °C) quedó en ese rango? Escribe el número sin el signo %.

En la gráfica del salón, ¿cuántos grados bajó la temperatura entre el minuto 20, cuando estaba en 25 °C, y el minuto 50, cuando estaba en 19 °C?

¿Verdadero o falso? Con retroalimentación negativa, una desviación de 6 °C que se reduce a la mitad cada 10 minutos queda en 1,5 °C a los 20 minutos.

¿Verdadero o falso? En un modelo de retroalimentación positiva, una desviación de 1 que se duplica en cada paso llega a 8 después de 4 pasos.

En un modelo de retroalimentación negativa, una desviación de 8 °C se reduce a la mitad en cada paso. ¿Cuánto vale después de 3 pasos, en °C?

¿Qué describe mejor la homeostasis?

Estás en una madrugada fría y empiezas a tiritar. ¿Por qué esa respuesta es de retroalimentación negativa?

Reto

¿Retroalimentación negativa o positiva?

Pregúntate si la respuesta devuelve la variable a su valor fijado (negativa) o si hace el cambio cada vez más grande (positiva).

Reto

Une cada parte del modelo del termostato con su papel en la regulación de la temperatura del cuerpo.

Piensa en el orden: algo detecta el cambio, algo compara y decide, algo responde, y todo gira alrededor de un valor.

Cierre

En resumen

  • La homeostasis es la capacidad del organismo de mantener estables sus condiciones internas, como la temperatura y el agua, aunque cambie el ambiente.

  • Una variable regulada sube y baja, pero se mantiene alrededor de un valor fijado: es un equilibrio dinámico.

  • El modelo del termostato tiene receptor, centro de control, efector y valor fijado; en la temperatura del cuerpo, el centro de control es el hipotálamo.

  • En la retroalimentación negativa la respuesta se opone al cambio y devuelve la variable a su valor fijado; en la positiva refuerza el cambio hasta terminar un proceso, como la coagulación.

  • En la homeostasis trabajan juntos los sistemas nervioso, endocrino, excretor, muscular, óseo, circulatorio e inmune.

Vocabulario

Homeostasis

Capacidad de un organismo de mantener estables sus condiciones internas, como la temperatura o la cantidad de agua, aunque cambie el ambiente.

Medio interno

El ambiente líquido que rodea a las células dentro del cuerpo, del que toman lo que necesitan y al que botan sus desechos.

Valor fijado

El valor alrededor del cual se mantiene una variable regulada. En un termostato es la temperatura que se programa.

Retroalimentación negativa

Regulación en la que la respuesta va en contra del cambio y devuelve la variable a su valor fijado.

Retroalimentación positiva

Regulación en la que la respuesta refuerza el cambio y lo hace cada vez más grande, hasta que el proceso termina.

Efector

Órgano o tejido que produce la respuesta que corrige el cambio, como un músculo o una glándula.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Escribir el esquema del termostato (receptor, centro de control, efector y valor fijado) para lo que pasa cuando una persona pierde mucha agua en un partido de fútbol, y decir si es retroalimentación negativa o positiva.