Este documento describe los mecanismos de regulación homeostática en los sistemas termodinámicos abiertos. Explica que estos sistemas pueden mantener un estado estacionario a pesar de las perturbaciones mediante respuestas compensatorias. También presenta el modelo de Russek-Cabanac, el cual describe cómo los organismos usan la detección de variables internas, comparación con valores de referencia, y efectores de entrada y salida para regular procesos fisiológicos y mantener la homeostasis a pesar de cambios ambientales.

1. Mecanismos de Regulación
Mecanismos de Regulación
Homeostática
Homeostática
M. en C. Rafael Govea Villaseñor
M. en C. Rafael Govea Villaseñor
Por el CINVESTAV
Por el CINVESTAV
Biólogo por la UAM-I
Biólogo por la UAM-I
Versión 3.3 2011-0413 a 2021-09-27
Versión 3.3 2011-0413 a 2021-09-27

2. Conocimientos Previos
Conocimientos Previos
M en C Rafael Govea Villaseñor

3. ¿Qué son los Sistemas
¿Qué son los Sistemas
Termodinámicos?
Termodinámicos?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Son cualesquier entidad o conjunto de objetos que
Son cualesquier entidad o conjunto de objetos que
poseen una frontera que les separa de su entorno.
poseen una frontera que les separa de su entorno.

4. ¿Cuáles tipos de Sistemas
¿Cuáles tipos de Sistemas
Termodinámicos existen?
Termodinámicos existen?
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• Sistemas Abiertos (STA)
Sistemas Abiertos (STA).
.
Intercambian tanto materia
Intercambian tanto materia
como energía con su medio.
como energía con su medio.
• Sistemas Cerrados
Sistemas Cerrados. Sólo
. Sólo
intercambian energía.
intercambian energía.
• Sistemas Aislados
Sistemas Aislados. No
. No
intercambian ni masa ni
intercambian ni masa ni
energía.
energía.

5. ¿Qué es un Estímulo?
¿Qué es un Estímulo?
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• Físicos
• Químicos
• Internos. Percibidos por
interorreceptores =
propioceptores
• Externos. Captados por
Exterorreceptores.
Un Estímulo es cualquier agente (
Un Estímulo es cualquier agente (ag-
ag- = actuar,
= actuar, -ente
-ente =
=
ser
ser) que provoca una respuesta en un ser vivo.
) que provoca una respuesta en un ser vivo.

6. ¿Qué es una Respuesta?
¿Qué es una Respuesta?
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• Respuesta Conductal
• Respuesta Funcional
(Ajuste Fisiológico)
Una Respuesta es cualquier cambio en la conducta o en la
Una Respuesta es cualquier cambio en la conducta o en la
intensidad de funcionamiento de algún aparato, órgano,
intensidad de funcionamiento de algún aparato, órgano,
tejido o célula provocada por un estímulo.
tejido o célula provocada por un estímulo.

7. Entremos en materia
Entremos en materia
M en C Rafael Govea Villaseñor

8. ¿Qué es el Estado estacionario?
¿Qué es el Estado estacionario?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Un estado caracterizado por la igualdad entre la entrada de masa y/o
Un estado caracterizado por la igualdad entre la entrada de masa y/o
energía a un sistema con su salida de él. Así, siempre existe una
energía a un sistema con su salida de él. Así, siempre existe una
magnitud interna que no varía, Por ej. el nivel del agua
magnitud interna que no varía, Por ej. el nivel del agua h
h.
.
h
h
Entrada = Salida
Entrada = Salida

9. ¿Por qué hablamos de los STA en Estado
¿Por qué hablamos de los STA en Estado
Estacionario
Estacionario
M en C Rafael Govea Villaseñor
Entrada = Salida
h = constante
h = constante
V = constante
V = constante
P = constante
P = constante
Porque Tienen
propiedades
relevantes para la Vida

10. Recordemos que las células y los
Recordemos que las células y los
organismos somos...
organismos somos...
M en C Rafael Govea Villaseñor
Sistemas físico-químicos termodinámicamente
Sistemas físico-químicos termodinámicamente
abiertos
abiertos

11. Los STA pueden ser alterados por
Los STA pueden ser alterados por
Perturbaciones...
Perturbaciones...
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• Discretas (cantidades finitas)
Discretas (cantidades finitas)
–Positiva
Positiva
–negativa
negativa
• Continuas (cantidad constante)
Continuas (cantidad constante)
–Positivas
Positivas
–Negativas
Negativas

12. Caso 1: STA en Estado estacionario y una
Caso 1: STA en Estado estacionario y una
perturbación discreta
perturbación discreta
M en C Rafael Govea Villaseñor
h
h1
1
h
h2
2
Lo que aumenta la presión en el
fondo. Esa presión hace que
salga más agua.
Si agregamos un poco de agua.
El nivel se eleva de h1
a h2
.

13. ¿Qué pasa después?
¿Qué pasa después?
M en C Rafael Govea Villaseñor
M en C Rafael Govea Villaseñor
Entrada
Entrada = Salida
= Salida

h
h1
1
Al salir más agua del tinaco de la que entra, entonces el sistema se
Al salir más agua del tinaco de la que entra, entonces el sistema se
defiende de la perturbación...
defiende de la perturbación...
h
h2
2
Haciendo descender el agua. Tras un
Haciendo descender el agua. Tras un
tiempo, el nivel regresa a su altura
tiempo, el nivel regresa a su altura
original.
original.

14. ¿Cómo se comporta un STA en Estado
¿Cómo se comporta un STA en Estado
estacionario perturbado discretamente?
estacionario perturbado discretamente?
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Un sistema en estado estacionario
se defiende con éxito de las
perturbaciones discretas mediante
respuestas que se oponen a la
perturbación.

15. Caso 2: STA en Estado estacionario y una
Caso 2: STA en Estado estacionario y una
perturbación continua
perturbación continua
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Entrada > Salida
h
h1
1
h
h2
2
El nivel se eleva de h1
a h2
. Lo que
aumenta la presión en el fondo. Esa
presión hace que salga más agua.
Entrada
Entrada
adicional
adicional
de agua
de agua
Si agregamos continuamente
más agua...

16. ¿El STA en Estado Estacionario se defiende?
¿El STA en Estado Estacionario se defiende?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Entrada 1 + Entrada 2 = Salida
Entrada 1 + Entrada 2 = Salida
h
h1
1
h
h3
3
Si, pero aunque el sistema se defiende sacando más
Si, pero aunque el sistema se defiende sacando más
agua. No retorna al estado original...
agua. No retorna al estado original...
Con la salida igual a la
Con la salida igual a la
suma de las entradas.
suma de las entradas.
La entrada continua lleva al Sistema a un
La entrada continua lleva al Sistema a un
nuevo estado estacionario con un nivel h
nuevo estado estacionario con un nivel h3
3.
.

17. ¿Qué pasa cuando un STA en Estado
¿Qué pasa cuando un STA en Estado
Estacionario se perturba continuamente?
Estacionario se perturba continuamente?
M en C Rafael Govea Villaseñor
El sistema en estado estacionario
El sistema en estado estacionario
se defiende de las perturbaciones
se defiende de las perturbaciones
continuas, se opone, pero fracasa
continuas, se opone, pero fracasa
alcanzando otro estado
alcanzando otro estado
estacionario diferente.
estacionario diferente.

18. ¿Puede el STA tener éxito contra
¿Puede el STA tener éxito contra
perturbaciones continuas?
perturbaciones continuas?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Entrada = Salida
Entrada = Salida
h
h
Si,
Si, mientras usemos mecanismos reguladores, como poner un flotador
mientras usemos mecanismos reguladores, como poner un flotador
que controle la apertura de las llaves de entrada y salida.
que controle la apertura de las llaves de entrada y salida.

19. ¿Qué pasa si perturbamos continuamente un
¿Qué pasa si perturbamos continuamente un
STA con mecanismos de regulación?
STA con mecanismos de regulación?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Con una salida continua adicional
Con una salida continua adicional
Entrada = Salida
Entrada = Salida
h
h1
1 Entrada < Salida
Entrada < Salida

20. ¿Cuáles eventos siguen al descenso inicial ?
¿Cuáles eventos siguen al descenso inicial ?
M en C Rafael Govea Villaseñor
M en C Rafael Govea Villaseñor Entrada
Entrada 
 Salida
Salida
la varilla de la salida cierra su
válvula compensando la perturbación
h
h2
2
h
h1
1
La varilla de entrada
abre su llave y...
La salida adicional de agua provoca que baje el nivel del agua, de
La salida adicional de agua provoca que baje el nivel del agua, de
inmediato, el flotador baja, jalando las varillas.
inmediato, el flotador baja, jalando las varillas.

21. ¿Cómo funciona un Sistema con
¿Cómo funciona un Sistema con
m
mecanismos de regulación homeostáticos
ecanismos de regulación homeostáticos
ante
ante las perturbaciones?
las perturbaciones?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Un sistema en estado estacionario con
Un sistema en estado estacionario con
mecanismos que controlan asas de
mecanismos que controlan asas de
información se defiende con éxito de las
información se defiende con éxito de las
perturbaciones continuas mediante
perturbaciones continuas mediante
respuestas compensatorias que mantienen al
respuestas compensatorias que mantienen al
estado estacionario original oscilando
estado estacionario original oscilando
alrededor del estado original.
alrededor del estado original.

22. ¿Qué hacemos los Seres Vivos?
¿Qué hacemos los Seres Vivos?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Lo mismo: Usar información para
Lo mismo: Usar información para
controlar el flujo de masa y energía
controlar el flujo de masa y energía
manteniendo casi sin cambio las
manteniendo casi sin cambio las
características de nuestro interior
características de nuestro interior
Los organismos respondemos a cualquier cambio del
Los organismos respondemos a cualquier cambio del
interior aumentando o disminuyendo la intensidad con que
interior aumentando o disminuyendo la intensidad con que
funcionan nuestros aparatos, órganos, tejidos y células para
funcionan nuestros aparatos, órganos, tejidos y células para
compensar las perturbaciones
compensar las perturbaciones

23. ¿Qué es la Homeostasis?
¿Qué es la Homeostasis?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Es el proceso que llevan a cabo los organismos
Es el proceso que llevan a cabo los organismos
para mantener constante su interior mediante
para mantener constante su interior mediante
respuestas
respuestas compensatorias consistentes en
compensatorias consistentes en
variar la intensidad de su fisiología y conducta.
variar la intensidad de su fisiología y conducta.
(
(homo
homo- = igual,
- = igual, sta
sta- = estado y -
- = estado y -sis
sis = proceso)
= proceso)

24. ¿Para qué sirve el Modelo de Russek -
¿Para qué sirve el Modelo de Russek -
Cabanac?
Cabanac?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Se usa para comprender el funcionamiento de los STA, es
decir, la Regulación en los organismos.
Detector
Detector
Vr +
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de anteroali-
mentación +
Asa de retroali-
mentación -

25. ¿Qué hacen las partes del
¿Qué hacen las partes del
Modelo de Russek -Cabanac?
Modelo de Russek -Cabanac?
M en C Rafael Govea Villaseñor
El detector mide la variable
interna a regular
El comparador contrasta
el valor medido con un
valor de referencia
interno VR
Las asas de información
llevan la orden a ejecutar
por los efectores
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación (-)
+
Asa de anteroali-
mentación (+)
Comparador
Detector
Detector
Vr
+
Los efectores controlan qué entra
y qué sale del sistema.

26. ¿Cuál es el efecto de las Asas de
¿Cuál es el efecto de las Asas de
Información?
Información?
M en C Rafael Govea Villaseñor
• Asa de Retroalimentación
Asa de Retroalimentación
– Positiva:
Positiva: Efectos catastróficos
Efectos catastróficos
– Negativa:
Negativa: Efectos regulatorios
Efectos regulatorios
• Asa de Anteroalimentación
Asa de Anteroalimentación
– Positiva:
Positiva: Efectos regulatorios
Efectos regulatorios
– Negativa:
Negativa: Efectos catastróficos
Efectos catastróficos

27. ¿Cómo se aplica el Modelo de Regulación de
¿Cómo se aplica el Modelo de Regulación de
Russek-Cabanac?
Russek-Cabanac?
M en C Rafael Govea Villaseñor
Si hay una señal de error
Si hay una señal de error
negativa
negativa para la variable
para la variable
Volumen de los líquidos
Volumen de los líquidos
corporales (la tierra está seca)
corporales (la tierra está seca),
,
¿cuál es la orden que recibe el
¿cuál es la orden que recibe el
efector?
efector?
Las células guardianas (oclusivas) de los estomas son los
Las células guardianas (oclusivas) de los estomas son los
efectores de salida de agua en las plantas.
efectores de salida de agua en las plantas.

28. Paso 1
Paso 1
M en C Rafael Govea Villaseñor
El detector mide la variable interna por regular: La cantidad
de H2
O en los tejidos de la planta y envía esa información al
comparador.
Detector
Detector
Vr
+
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación -
Asa de anteroali-
mentación +

29. Paso 2
Paso 2
M en C Rafael Govea Villaseñor
El comparador contrasta el valor medido de H2
O en los
tejidos con un valor de referencia VR
almacenado de alguna
manera (memoria) y hace un cómputo multiplicando la...
Señal de error (negativa)
por el signo de las asas
de información. En este
ejemplo: a la salida.
(-)(+) = -
La orden es reducir la
salida de agua.
Detector
Detector
Vr
+
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación -
Asa de anteroali-
mentación +

30. Paso 3
Paso 3
M en C Rafael Govea Villaseñor
Las asas de información llevan la orden a ejecutar por los efectores (-)(+)
= - . En este ej. los estomas reciben la señal a través de la fitohormona
ácido abscísico que induce el cierre.
Detector
Detector
Vr
+
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación -
Asa de anteroali-
mentación +

31. Ejercicio 1
Ejercicio 1
M en C Rafael Govea Villaseñor
Imagina, estás en la playa a 40° C. ¿Qué pasa con tu Temp.
Corporal? ¿Quién es el efector de salida de calor? ¿cuál es la
orden a ejecutar? (__)(__) = __ _______________________.
Detector
Detector
Vr
+
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación -
Asa de anteroali-
mentación +
? ?

32. Ejercicio 2
Ejercicio 2
M en C Rafael Govea Villaseñor
Imagina, estás en una fiesta, tomas 4 refrescos. ¿Qué pasa con el
Volumen de líquidos corporales? ¿Quién es el efector de entrada
de agua? ¿cuál es la orden a ejecutar? (__)(__) = __ __________.
Detector
Detector
Vr
+
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación -
Asa de anteroali-
mentación +
? ?

33. Ejercicio 3
Ejercicio 3
M en C Rafael Govea Villaseñor
Imagina, No desayunaste y estás en la escuela. ¿Qué pasa con tu
reserva de energía (glucógeno)? ¿Quién es el efector de entrada
de nutrientes? ¿cuál es la orden a ejecutar? (__)(__) = __
___________________________________________.
Detector
Detector
Vr
+
+
Comparador
Efector
Efector
de
de
Salida
Salida
Efector
Efector
de
de
Entrada
Entrada
Asa de retroali-
mentación -
Asa de anteroali-
mentación +
? ?