Definición
Un mecanismo de retroalimentación es un sistema de regulación fisiológica que devuelve al cuerpo a un estado interno normal (homeostasis) o, menos comúnmente, aleja a un sistema interno de la homeostasis. Existen dos mecanismos: el negativo y el positivo. Estos actúan a través de vías nerviosas o sustancias químicas, como las hormonas, para provocar un efecto estimulante o inhibidor. Los mecanismos de retroalimentación también se encuentran en los ecosistemas.
¿Qué es el mecanismo de retroalimentación?
En biología, un mecanismo de retroalimentación es un bucle fisiológico que acerca o aleja al organismo del estado normal y estable. El mecanismo de retroalimentación, también denominado bucle de retroalimentación, amplifica una determinada vía biológica o la inhibe. Estas vías suelen devolver al organismo a la homeostasis. Un estado homeostático se refiere al estado estable del entorno interno de los organismos.
Tanto los sistemas de retroalimentación positiva como negativa requieren tres componentes para ajustar vías fisiológicas específicas:
- Receptor: (o sensor) recibe información y la envía al centro de control.
- Centro de control: (o evaluador) procesa la información del receptor y estimula el efector.
- Efector: lleva a cabo un efecto estimulador o inhibidor de acuerdo con las instrucciones del centro de control.
Las señales pueden enviarse a través de vías nerviosas (potenciales de acción y neurotransmisores) o a través de señales químicas (las más comunes, las hormonas).
Cuando hablamos de fisiología, solemos hablar de homeostasis dentro de diferentes sistemas. El cuerpo se esfuerza por producir un ambiente interno constante. Necesita esta estabilidad para funcionar a un nivel óptimo.
Si algo nos asusta, el ritmo cardíaco aumenta y la sangre se dirige a los órganos vitales y a los músculos para prepararnos para escapar. En un momento determinado, el cuerpo debe volver a la homeostasis. No es saludable permanecer en este estado de excitación durante mucho tiempo. La mayoría de los mecanismos de retroalimentación -negativos- trabajan para que el cuerpo vuelva a la homeostasis.
La homeostasis puede verse afectada por muchas cosas. Las toxinas de nuestro entorno, lo que comemos, nuestro estado de ánimo, nuestra salud, la composición de nuestro ADN y los efectos de los medicamentos y las drogas recreativas. Cualquiera de ellos puede afectarnos a nivel celular (receptor, centro de control o efector) y provocar anomalías en el mecanismo de retroalimentación.
Alternamente, también encontramos mecanismos de retroalimentación en nuestro entorno. Un ecosistema que sustenta una población de conejos podría, por ejemplo, mantener las necesidades alimenticias de tres aves de presa. Si esa población de conejos se reduce significativamente a causa de una enfermedad, ya no puede mantener tantos depredadores. Una o dos aves de rapiña deben irse a buscar otras fuentes de alimento o morir de hambre. Una vez que la población de conejos vuelve a la normalidad, puede volver a mantener múltiples aves de presa. Si la población de conejos sigue aumentando, otros depredadores pueden trasladarse a ese ecosistema. En este caso, la proporción más saludable entre depredadores y presas es el equivalente a la homeostasis.
Mecanismos de retroalimentación de bucle abierto y cerrado
En un mecanismo de retroalimentación de bucle abierto, los pasos de regulación son relativamente simples. Las entradas de los receptores llegan al centro de control y, después de procesarlas, ese centro de control específico envía señales a las células efectoras asociadas.
En un mecanismo de bucle cerrado, actúa una estructura adicional. Ésta mide continuamente la salida del efector y comunica esta información directamente a las unidades receptoras. La estructura adicional -el comparador- afectará, por tanto, a la información que llega al centro de control.
Un buen ejemplo de mecanismo de retroalimentación de bucle cerrado es la termorregulación de los mamíferos. En la regulación de la temperatura corporal, el comparador se encuentra en el hipotálamo. Como comparador, a esta pequeña área se le ha indicado cuál debe ser la temperatura corporal normal.
Los termorreceptores de todo el cuerpo envían continuamente información a través de impulsos nerviosos a otra área del hipotálamo. Esta zona es el centro de control termorregulador. Los receptores detectan los cambios en las variables de temperatura. Cuando se encuentran anomalías en estas variables, los receptores de esa parte del cuerpo envían señales de alerta al hipotálamo. El centro de control enviará señales nerviosas y/o químicas a los efectores termorreguladores. Estos efectores se encuentran principalmente en la tiroides, las paredes de los vasos sanguíneos y los músculos esqueléticos.
Cuando tenemos mucho frío, nos ponemos pálidos y temblamos. Nuestro metabolismo se acelera (estimulado por la hormona tiroidea) ya que las tasas de metabolismo más altas producen calor adicional. Los vasos sanguíneos cercanos a la piel se contraen para reducir la pérdida de calor hacia el exterior. Los pelos de nuestros brazos se erizan y añaden una capa extra de aislamiento. Las contracciones musculares generan calor adicional. Todos estos son los resultados de un mecanismo de retroalimentación negativa; el cuerpo está tratando de volver a un valor objetivo de 98,6 °F (37 °C).
Cuando tenemos demasiado calor, nos sonrojamos y nos aletargamos, y sudamos. Los vasos sanguíneos periféricos se dilatan para aumentar su superficie y permitir así que el calor del cuerpo se pierda hacia el exterior. Se producen niveles más bajos de hormona tiroidea que ralentizan el ritmo metabólico y reducen la producción de calor en el interior del cuerpo. El sudor enfría el cuerpo. Este es también un mecanismo de retroalimentación negativa que intenta devolver la temperatura corporal a un nivel normal.
No queremos un sistema de retroalimentación positiva para el control de la temperatura. Llevar intencionadamente la temperatura corporal central fuera del rango homeostático puede ser fatal. El único ejemplo de un mecanismo de retroalimentación positiva en términos de termorregulación se produce durante fiebres extremadamente altas o cuando nos exponemos durante largos períodos a temperaturas exteriores de 109 °F y superiores. Estas temperaturas elevadas aumentan la tasa metabólica en lugar de disminuirla; esto aumenta aún más la producción de calor interno. En este punto, el calor corporal continuará aumentando hasta que se alcance una temperatura fatal, alrededor de 113 °F.
Sin el comparador, el mecanismo termorregulador anterior sería de bucle abierto. Sin embargo, el comparador convierte la termorregulación en un sistema de bucle cerrado. En lugar de depender únicamente de los termorreceptores, una parte diferente del hipotálamo compara constantemente los datos de los receptores y los efectores con sus valores programados de temperatura corporal normal. Esto significa que la temperatura corporal está siempre controlada; al fin y al cabo, los sistemas más críticos del organismo dependen de ella.
Mecanismo de retroalimentación positiva
Un bucle de mecanismo de retroalimentación positiva es una vía que provoca un efecto que supera ampliamente el estado de homeostasis. Amplifica una parte de un sistema fisiológico que ya está fuera del rango homeostático. Existen muy pocos bucles positivos en comparación con los negativos.
Los bucles de retroalimentación positivos, al igual que las formas negativas, requieren la combinación de receptor, centro de control y efector. Intentan alejar al organismo del estado estable de homeostasis. Más adelante se encontrarán ejemplos de mecanismos de retroalimentación positiva.
Mecanismo de retroalimentación negativa
Un mecanismo de retroalimentación negativa no puede verse como lo contrario de uno positivo. Un mecanismo de retroalimentación positiva lleva al cuerpo más allá del rango de la homeostasis. Esto puede ser un efecto estimulante o inhibidor. Lo que importa aquí es que la dirección del efecto se aleja del rango homeostático.
El mecanismo de retroalimentación negativa, por otro lado, devuelve al cuerpo hacia el rango homeostático. Es, por lo tanto, más común que un bucle de retroalimentación positiva. Una vez más, pueden aplicarse tanto efectos estimulantes como inhibitorios para devolver al cuerpo a un estado normal. Por ejemplo, cuando tenemos demasiado calor, se produce menos hormona tiroidea. La producción de la hormona tiroidea se inhibe para devolver la temperatura corporal al rango normal como parte de un mecanismo de retroalimentación negativa. Cuando tenemos demasiado frío, la producción de la hormona tiroidea se estimula para aumentar la temperatura corporal -y esto también es un mecanismo de retroalimentación negativa.
Ejemplos de mecanismos de retroalimentación
Hay miles de ejemplos de mecanismos de retroalimentación para elegir en el mundo de la biología. Ya hemos visto la termorregulación y un ecosistema simple. La mayoría son ejemplos de mecanismos de retroalimentación negativa, ya que es el tipo más común.
Piense en cualquier parte del cuerpo y podrá encontrar un bucle de retroalimentación en juego. La regulación del azúcar en sangre en un individuo sano está controlada por dos hormonas:
- Insulina: disminuye la concentración de glucosa en sangre
- Glucagón: aumenta la concentración de glucosa en sangre
Después de comer, las células beta (receptores) del páncreas detectan niveles más altos de glucosa en sangre. El páncreas (centro de control) produce insulina. Esta hormona mensajera indica al efector (el hígado) que almacene el exceso de glucosa en sangre en forma de glucógeno, un ejemplo de bucle de retroalimentación negativa que devuelve la glucosa alta en sangre a los niveles normales.
Si no hemos comido durante mucho tiempo, la glucosa en sangre se sitúa por debajo de los valores normales. Las células alfa (receptores) del páncreas envían señales que se procesan en otras zonas del páncreas (centro de control). Se toma la decisión de enviar una señal química en forma de glucagón al hígado (efector). El hígado responde descomponiendo sus reservas de glucagón y fabricando glucosa. Esto hace que una medición baja de glucosa en sangre vuelva a los niveles normales. Otro bucle de retroalimentación negativa.
Los mecanismos de retroalimentación positiva suelen ser perjudiciales, ya que alejan intencionadamente el entorno interno aún más de la homeostasis. Las células cancerosas producen proteínas que inician bucles de retroalimentación positiva y contribuyen a la formación de tumores. Lo hacen alargando la vida de las células mucho más allá de su vida útil normal (homeostática).
Un buen ejemplo de mecanismo de retroalimentación positiva sería la tormenta de citoquinas. Se sabe que la enfermedad por coronavirus produce este efecto inflamatorio excesivo en los seres humanos. La producción excesiva de citoquinas como respuesta inflamatoria al virus puede conducir a un fallo multiorgánico y a la muerte. Un aumento progresivo de los efectos inflamatorios que lleva al cuerpo aún más fuera de la norma homeostática hace que este sea un mecanismo de retroalimentación positiva.
Un ejemplo de mecanismo de retroalimentación positiva más «positivo» se encuentra en el trabajo de parto y el parto; en particular, la producción continuamente creciente de oxitocina como el bebé empuja en el cuello uterino y viaja a través del canal de parto. Los receptores en este caso son las células sensoriales del útero y del canal del parto; el centro de control es la glándula pituitaria. La hipófisis libera oxitocina como mensajero químico (hormona) que indica al útero (efector) que se contraiga con más fuerza. Cuando el cuerpo femenino está en homeostasis, el útero no se contrae. Este es, por tanto, un buen ejemplo de bucle de retroalimentación positiva.
