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Adrián Ocampo Garcés PDFB, ICBM, Facultad de Medicina, U. de Chile

Homeostasis y Sistemas Regulatorios

CONTENIDOS

1. CONCEPTOS GENERALES DE HOMEOSTASIS2. SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO3. HIPOTÁLAMO

Claude BernardClaude Bernard

Sistemas abiertos, Información y EquilibrioSistemas abiertos, Información y Equilibrio

…lejos de ser indiferentes al mundo exterior, los animales …lejos de ser indiferentes al mundo exterior, los animales superiores mantienen una precisa e informada relación con superiores mantienen una precisa e informada relación con este, de tal este, de tal fomafoma que el equilibrio ocurre por una que el equilibrio ocurre por una contínuacontínuay y delicada compensación, establecida por el más sensible de delicada compensación, establecida por el más sensible de los balances…los balances…

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Walter B. Walter B. CannonCannon (1871(1871--1945)1945)

“Las reacciones fisiológicas coordinadas “Las reacciones fisiológicas coordinadas que mantienen la mayoría de los estados que mantienen la mayoría de los estados estacionarios en el organismo son tan estacionarios en el organismo son tan complejas, y tan peculiares al organismo complejas, y tan peculiares al organismo vivo, que sugieren el empleo de una vivo, que sugieren el empleo de una designación específica para estos estados: designación específica para estos estados:

homeostasishomeostasis””

Cibernética (Κυβερνήτης, kubernites= gobierno)

“arte del timonel”

Estudio de las relaciones dinámicas entre los componentes de un sistema y los mecanismos de

control.

Norbert Wiener (1894-1964)

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COMPARADOR:

Nivel de Referencia

SENSOR:

Muestreo

CONTROLADOR :

Efector

FEEDBACK

+/-

Lim

ite d

el s

iste

ma

AJUSTE

ENTRADA SALIDA

SEÑAL DE ERROR

COMPARADOR:

Nivel de Referencia

SENSOR:

Muestreo

CONTROLADOR :

Efector

Variable

FEEDBACK

+/-

Lim

ite d

el s

iste

ma

Lim

ite d

el s

iste

ma

SEÑAL DE ERROR

VARIABLE CONTROLADA

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Control homeostático: Sensor (variable controlada)vías aferentes Centro integrador (compara con norma) Señal de error (vías eferentes)Efector (variable manipulada) SNC puede alterar norma).

SISTEMAS DE REGULACION O CONTROL HOMEOSTATICOS

1. MUESTREO DE VARIABLE CONTROLADA

2. RETROALIMENTACION A CENTRO INTEGRADOR

3. COMPARACIÓN A UNA NORMA La norma o "set-point" es ajustable

4. SEÑAL DE ERROR

5. EFECTOR (VARIABLE MANIPULADA)

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SISTEMAS INTEGRADORES DE RESPUESTAS HOMEOSTATICAS

-HIPOTÁLAMO

-SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO

-SISTEMAS DE MODULACION DIFUSA

(a) Sistemas punto-a-punto, la activación debe ser muy restringida tanto en el tiempo como en el espacio.

Otros tres sistemas tienen influencias generalizadas en distribución y prolongadas en el tiempo:

(b) hipotálamo secretor libera hormonas directamente al torrente sanguíneo

(c) SNA, neuronas interconectadas que afectan concertadamente tejidos en todo el organismo

(d) sistemas modulatorios difusos de amplio alcance por gran dvergencia de proyecciones axonales.

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SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO

SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO

Accionar múltiple, generalizado, relativamente lento, prolongado

-RESPONSABLE DE RESPUESTAS REFLEJAS AUTONOMICAS

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.SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO

SNA centralInsula (cortezas del dolor y visceral)

Estructuras generadoras de respuestas autonómicasHipotálamo (N. Paraventricular)Sust. Gris PeriacueductalBulbo Ventro Lateral

SNA periféricoSistema Parasimpático (Cráneo-sacro)

Sistema simpático (Tóraco-lumbar)

Sistema Nervioso EntéricoPlexo de Auerbach (mientérico)Plexo de Meissner (submucoso)

SIMPÁTICO PARASIMPÁTICO (TORACO-LUMBAR) (CRÁNEO-SACRO)

SISTEMA VISCEROMOTOR DE 2 NEURONAS

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VIAS EFERENTES DEL SNA DE DOS NEURONAS

NEURONA PREGANGLIONARSOMA en Sist Nervioso CentralMIELINICAS DELGADASO AMIELINICAS

NEURONA POST-GANGLIONAR SOMA en GANGLIO AUTONÓMICO INERVA ORGANO EFECTORAMIELÍNICAS

LA MAYOR PARTE DE LAS VISCERAS RECIBEN DOBLE INERVACION: Simpática y Parasimpática

Bear, “Exploring the Brain” (Iª Ed.)

Comparación entre sistema somatomotor y visceromotor

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Parasimpático:

preganglionar larga

postganglionar corta

Simpático:

preganglionar corta

postganglionar larga

1. EFECTORES DEL SISTEMA NERVIOSO AUTONOMO

-MUSCULO LISO-GLÁNDULAS EXOCRINAS

-SISTEMA EXCITO-CONDUCTOR CARDÍACO-GLANDULA ENDOCRINA (MEDULA SUPRARRENAL)-MUSCULO PILOERECTOR

(EN CONTRAPOSICION A RESPUESTAS REFLEJAS SOMATICAS: EL EFECTOR SON LOS MUSCULOS ESQUELETICOS)

Matthews G. , “Neurobiology” (Ia. Ed)

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SISTEMA SIMPÁTICO

PREGANGLIONAR EN

COLUMNA INTERMEDIO-LATERAL T1 A L2

POSGANGLIONAR EN

1. CADENA PARAVERTEBRAL (base cráneo-coccis)

2. G. PREVERTEBRALES (celiaco, mesentéricos sup e inf, renal, testiculo/ovarico)

3. MEDULA SUPRARRENAL (ganglio modificado)

Matthews G. , “Neurobiology” (Ia. Ed)

EFERENCIAS SISTEMA PARASIMPATICO

PREGANGLIONAR POSTGANGLIONAR

N. Edinger-Westphal (III par) G. Ciliar

N. Salivatorio sup. y lacrimal(VII par) G. EsfenopalatinoG. ótico (Parótida)

N. salivatorio inf (IX par) G. submandibular

N. dorsal del vago y ambiguo (X) tórax abdomen

S2-S4 (col. IML) Cavidad Pelvianacolon distal, urogenital

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NEUROTRANSMISORES DEL SNA

SIMPATICO

PARASIMPATICO

Matthews G. , “Neurobiology” (Ia. Ed)

Navarro, 2002

Receptores Ionotrópicos en Neurona Postganglionar

Receptores Metabotrópicos en efectores

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El SNA ES EFECTOR DEL hipotálamo en 5 grandes funciones regulatorias:

1. Presión arterial y composición hidroelectrolítica2. Temperatura corporal 3. Balance energético (alimentación, digestión)4. Reproducción (apareamiento)5. Estrés agudo (fight or flight)

Otras funciones:1. Control diámetro y secreción de vías respiratorias2. Tránsito y secreción tracto digestivo3. Motilidad vía urogenital4. Control regional de flujo en vasos sanguíneos

Simpático: CATABOLICO

Responde a crisis. Moviliza al organismo para una emergencia de corto plazo.

Parasimpático: ANABOLICO

Digestión, crecimiento, respuesta inmune, almacenamiento energético.

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RELACION FUNCIONAL ENTRE

PARASIMPATICO Y SIMPATICO

1. “ANTAGONISTA”: PUPILA, CORAZÓN

2. COMPLEMENTARIO: SISTEMA UROGENITAL

3. “AGONISTA”: SALIVACION

PS: SALIVA ACUOSA

SS: SALIVA MUCOSA

CONTROL AUTONOMICO DE FUNCIÓN CARDÍACA

Ante alza de presión

1. Se estimulan barorreceptores carotídeos

2. Integración en Bulbo Raquídeo y Médula espinal Torácica

3. Se activa via parasimpática vagal-> acetilcolina baja frecuencia cardíaca

4. Se inhibe vía simpática disminuyendo contractilidad y frecuencia cardíaca

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ACTIVACIÓN MASIVA DEL SISTEMA SIMPÁTICO

Midriasis

“Boca seca”

Taquicardia, inotropismo

Broncodilatación

Vasodilatación: cardio-pulmonarmusculos esqueléticos

Vasoconstricción: en piel, GI y venas

Hiperglicemia (origen hepático)

Piloerección

Sudoración profusa (previene hipertermia)

Respuesta de defensa o de stress agudo (fight or flight)

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Control neural de la respuesta de estrés: HIPOTALAMO

Hipotálamo dorsomedial

Hipotálamo paraventricular

Lóbulo de la Insula: integración de señales viscerosensoriales y termalgésicas

HIPOTÁLAMOH. Rostral: ParasimpáticoH. Caudal: Simpático

fFormación reticular Tronco encefálico

SalidaParasimpática

SalidaParasimpática

Craneana

SalidaSimpática

ColumnaInte rmediolate ral

Sacra (S2-S4)

ColumnaIntermediolateral

Toracolumbar (T1-L2)

Tracto Retículospinal

HipocampoCorteza OlfatoriaCorteza prefrontal

N. TractoSolitario

AferenciasViscerosensoriales(Polimodales : mecano,

quimio, noci, termo)

Centros respiratorios alimentarios cardiovasculares

Núcleos Viscero Motores(Pares III, VII, IX, X)

INSULA

HIPOTÁLAMOH. Rostral: ParasimpáticoH. Caudal: Simpático

fFormación reticular Tronco encefálico

SalidaParasimpática

SalidaParasimpática

Craneana

SalidaSimpática

ColumnaInte rmediolate ral

Sacra (S2-S4)

ColumnaIntermediolateral

Toracolumbar (T1-L2)

Tracto Retículospinal

HipocampoCorteza OlfatoriaCorteza prefrontal

N. TractoSolitario

AferenciasViscerosensoriales(Polimodales : mecano,

quimio, noci, termo)

Centros respiratorios alimentarios cardiovasculares

Núcleos Viscero Motores(Pares III, VII, IX, X)

INSULA

Control hipotalámico del S. N. Autónomo

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PESA 4 GRAMOS (0.3% DEL ENCEFALO)

HIPOTALAMO

HIPOTALAMOINTEGRADOR DE PROCESOS HOMEOSTATICOS

Y CONDUCTAS CRÍTICAS PARA SUPERVIVENCIA

BALANCE HÍDRICOBALANCE ENERGÉTICO

ALIMENTACIONCICLO SUEÑO-VIGILIATERMOSTASIS

REPRODUCCIÓNRESPUESTA DE STRESS AGUDO ("fight or flight ")RITMOS BIOLÓGICOS

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HIPOTALAMO: DIENCEFALO

PAREDES DEL III VENTRICULO

4 REGIONES EN SENTIDO A-P

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3 REGIONES EN PLANO CORONAL

PERIVENTRICULAR

MEDIAL

LATERAL

1. Vías viscerosensoriales 2. Formación reticular

ENTRADAS AL HIPOTALAMO: 2 NEURALES

3. Retina

4. Sistema Límbico:

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NEUROHUMORALESRegulación del eje hipotálamo-hipófisisApetito (Neuropéptidos: leptina y ghrelina)

NEURALES

1. Núcleo tracto solitario: vias gustatorias y aferencias viscerales de tórax, abdomen y pelvis (útero: reflejo cervico-uterino

2. Formación reticular(dolor, temperatura, somatosensorial: reflejo de lactancia)

3. Retina ( ciclo luz-oscuridad)

4. Sistema límbico: amígdala, hipocampo, corteza olfatoria

ENTRADAS AL HIPOTALAMO:

SALIDAS DEL HIPOTALAMO: 2. NEURALES

2. Formación reticular

Sistema Nervioso Autónomo (simpático y parasimpático)

1. Sistema Límbico: amígdala 2. Tálamo

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Hipotálamo Neuroendocrino

N. MagnocelularesN. Parvocelulares

Adenohipófisis (H. Anterior)

Vasos Porta

Axones cortos

CIRCULACION SISTEMICA

Neurohipófisis (H. Posterior)

Neurosecreción

Neurosecreción

ORGANIZACIÓN DEL EJE HIPOTÁLAMO-HIPÓFISIS

MAGNOCELULARES N. Paraventric. y Supraóptico

Proyectan a Neurohipófisis:liberan neuropéptidos al torrente sanguíneo que operan como hormonas (Vasopresina y Oxitocina)

PARVOCELULARES Proyectan a sistemas porta liberan neuropéptidos que controlan operación de la Adenohipófisis

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SALIDAS DEL HIPOTALAMO

1. NEUROHUMORALES

EJE HIPOTÁLAMO-HIPÓFISIS

2. NEURALES

Reticular�Tronco encefálico� Sist. Nerv. Autónomo

Amígdala (Sistema limbico): emociones

Tálamo: alerta

Sistema Ascendente Activante: Ciclo Sueño-VigiliaAdrenérgico, Serotononérgico, Colinérgico

PROCESOS REGULADOS POR HIPOTÁLAMO

1. BALANCE HIDRICO� SED Y RETENCIÓN DE AGUA

2. BALANCE ENERGETICO� APETITO Y CONSUMO ENERGÉTICO

TERMOSTASIS

CICLO SUEÑO VIGILIA

3. REPRODUCCIÓN� HORMONAS SEXUALES y REPRODUCTIVAS

4. RITMOS BIOLÓGICOS

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Durante el Parto: Cabeza Comprime Cérvix

Aferentes Viscerales Sacras

Núcleo Tracto Solitario

Neurohipófisis: Liberación de

Oxitocina

Hipotálamo: Núcleo Supraóptico

Estimula contractilidad Uterina

Oxitocina

Aferentes Viscerales

Hipotálamo

Oxitocina Feedback Positivo

REFLEJO DE EXPULSIÓN FETAL

+

+

+

+

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Vía aferente proyecta a

Neuronas Magnocelulares del Hipotálamo:

Secreción de oxitocina

Mecanismo Efector

SENSORES:TERMOCEPTORES

CENTRALESPERIFÉRICOS

CENTRO INTEGRADOR

NUCLEO MEDIAL PREOPTICO DEL HIPOTALAMO

EFECTORES S. N. A. HIPÓFISIS

Mecansimos de la termostasia

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Control hipotalámico de la TermostasisPROCESOS FISICO

Vaporización:disipación del calor mediante vaporización del sudor (calor de vaporización)�Coduccción: transferencia de calor por contacto físico sin movimiento de masaConvección:transferencia de calor por contacto físico con movimiento de masaRadiación: transferencia de calor mediante ondas Electromagnéticas (infrarrojo) hacia o desde el entorno¡Ojo (emisividad ideal=1, la piel es 0.98)!

CORE

Producción de calor

VaporizaciónConducción

Convección Radiación

CORTEZA

Core: SNC +vísceras toraco-abdominales

Corteza:Piel + extremidades

TermorregulaciónVARIABLE MANIPULADA: PRODUCC. O DISIPACION DE CALORVARIABLE CONTROLADA: TEMPERTURA CORPORAL

Control hipotalámico de la TermostasisPROCESOS FISOLÓGICOS

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Proceso Físico Proceso Fisiológico Mecanismo C alor / Frio

Vaporización Sudoración Simpático colinérgico + / -

Radiación Redistribución de flujo Simpático: Vasoconst piel - / +sanguíneo Vasodilat piel + / -

Conducción Respuesta conductual Conducta Motivada + / +Convección

Producción Tiritar Activ Muscular esquelética - / +Calor Grasa parda Simpático adrenérgico beta3

Tiroxina Hipot/hipof/tiroid

Carga térmica corporal

Producción de calor

Vaporización Conducción

Convección Radiación

Carga térmica corporal

Producción de calor

Producción de calor

Vaporización Conducción

Convección Radiación

Individuo en camara seca 11ºC (2 HORAS)�

Tcore Tskin

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Individuo en camara seca 11ºC (2 HORAS)�

Tcore Tskin

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2 Tipos de procesos homeostáticos

HOMEOSTASISRETRÓGRADA

HOMEOSTASISANTICIPATORIA

SISTEMA DE CONTROL

SISTEMA DE CONTROL

TermostasisPresión arterial

Fight or flight

INPUT OUTPUT

INPUT

OUTPUT