Alostasis

La alostasis (/ˌɑːloʊˈsteɪsɪs/ ) es un mecanismo fisiológico de regulación en el que un organismo anticipa y ajusta su uso de energía de acuerdo con las demandas ambientales. Propuesto por primera vez por Peter Sterling y Joseph Eyer en 1988, el concepto de alostasis cambia el enfoque del cuerpo que mantiene un punto de ajuste interno rígido, como en la homeostasis , a la capacidad y el papel del cerebro para interpretar el estrés ambiental y coordinar los cambios en el cuerpo utilizando neurotransmisores, hormonas y otros mecanismos de señalización. Se cree que la alostasis no solo está involucrada en la respuesta al estrés del cuerpo y la adaptación al estrés crónico; también puede tener un papel en la regulación del sistema inmunológico, así como en el desarrollo de enfermedades crónicas como la hipertensión y la diabetes .

El concepto de la capacidad de los organismos para estabilizar los mecanismos corporales internos independientemente de las variaciones ambientales fue popularizado por primera vez por el fisiólogo francés Claude Bernard en 1849, acuñando el término constancia del milieu intérieur (ambiente interno). ^[1] Intentó reemplazar la antigua noción griega del vitalismo que proponía el gobierno del cuerpo a través de medios no físicos con una comprensión fisiológica de los mecanismos del cuerpo a través de la retroalimentación y la regulación. El fisiólogo de Harvard Walter Cannon tomó la teoría del milieu intérieur de Bernard y la amplió para incorporar un marco evolutivo de eficiencia y preservación de la energía. Cannon acuñó este concepto de homeostasis en 1926, demostrando que el cuerpo del organismo es un sistema de regulación autónomo con ciertas condiciones de estado estable para un funcionamiento óptimo. ^[2] A fines del siglo XX, el neurobiólogo Peter Sterling y el epidemiólogo Joseph Eyer notaron patrones generacionales de estrés crónico y sus efectos en varios mecanismos fisiológicos humanos que no podían explicarse fácilmente por la homeostasis. Desarrollaron el concepto de 'alostasis' [del griego ἄλλος ( állos , "otro", "distinto") + στάσις ( estasis, "quedarse quieto") para significar "permanecer estable siendo variable"] para incorporar la capacidad del cuerpo de ajustar las condiciones de estado estable en función de la percepción e interpretación de los factores estresantes ambientales. ^{[3] [4]}

En la década de 1970, Sterling y Eyer estaban estudiando las tasas de morbilidad y mortalidad del siglo XX de cohortes específicas por edad en los Estados Unidos y notaron una correlación entre las tasas de mortalidad de cohortes específicas por edad y la saturación del mercado laboral en el momento en que las cohortes específicas por edad ingresaban a la fuerza laboral. ^[5] Descubrieron que las cohortes que ingresaron al mercado laboral durante la Gran Depresión y el auge económico resultante en la década de 1940 tuvieron una tasa de mortalidad aumentada menor debido a una menor competencia laboral e inseguridad en comparación con las cohortes anteriores a la década de 1930 y desde la década de 1950. También notaron una correlación de los principales eventos estresantes, como el duelo , el divorcio, el desempleo y la migración, con una tasa de mortalidad más alta. A pesar de la idea preconcebida de que una menor tasa de mortalidad en una cohorte más joven provocaría más enfermedades crónicas en edades más avanzadas, Sterling y Eyer encontraron evidencia contradictoria de que las cohortes más jóvenes con tasas de mortalidad más altas en realidad experimentaron más problemas de salud crónicos, como enfermedades cardiovasculares , en etapas más avanzadas de la vida, siguiendo la tendencia de tasas de morbilidad y mortalidad consistentemente mayores a lo largo de su generación. Para explicar estos fenómenos epidemiológicos, Sterling y Eyer sugirieron que el estrés social y sistémico en el contexto del avance del capitalismo y la industrialización era el principal impulsor del aumento de las tasas de morbilidad y mortalidad en cohortes específicas de edad. Estos estudios se convirtieron en la base de la conceptualización de la alostasis una década después.

Sterling y Eyer propusieron el concepto de alostasis en 1988 para explicar mejor el proceso de cambios fisiológicos a nivel individual que están determinados por patrones epidemiológicos a gran escala. ^[3] Observaron un patrón según el cual las poblaciones de los Estados Unidos con el mayor impacto de la disrupción social se correlacionaban con mayores tasas de morbilidad y mortalidad. Por ejemplo, la tasa de presión arterial elevada (o hipertensión ) era la más alta entre los grupos que experimentaban la mayor disrupción social, a saber, los desempleados y los afroamericanos. Las explicaciones fisiológicas anteriores atribuían esta prevalencia a que los afroamericanos estaban genéticamente predispuestos a una filtración renal ineficaz que causaba desregulación de la presión arterial; sin embargo, la genética no podía explicar por qué se observaba la alta prevalencia de hipertensión en los afroamericanos pero no en una población genéticamente relacionada de africanos occidentales. Sterling y Eyer propusieron que había un componente mente-cerebro-cuerpo en los cambios fisiológicos permanentes de las condiciones internas del cuerpo en el contexto del estrés externo.

Sterling y Eyer argumentaron que la homeostasis no reflejaba el panorama completo de los motivos fisiológicos del cuerpo. Aunque los órganos y tejidos individuales, cuando se extraen del cuerpo, funcionan homeostáticamente y exhiben su funcionamiento normal con retroalimentación negativa , este no siempre es el caso que se observa en los organismos. Otro ejemplo que no sigue completamente la homeostasis es la presión arterial: si se respeta la homeostasis, el control de la presión arterial las 24 horas debería mostrar que el cuerpo vuelve a sus presiones normales a través de la retroalimentación negativa siempre que haya una desviación del funcionamiento óptimo. Sin embargo, el cuerpo humano exhibe una amplia gama de cifras de presión arterial en reposo sin corrección a lo largo del día según el entorno, como presiones bajas durante el sueño y presiones más altas por la mañana. ^[6] Los estudios en animales también han mostrado patrones no homeostáticos en momentos de excitación (o estrés). El cuerpo eleva la presión arterial durante el estrés y vuelve a la normalidad cuando se elimina el factor estresante; sin embargo, cuando el estrés se vuelve crónico, la presión arterial puede no volver a la normalidad y, en cambio, permanecer elevada. ^[7]

La alostasis depende de la capacidad del cerebro para coordinar todas las funciones de los órganos inervando las células de los órganos para que realicen una determinada función, así como sintetizando y liberando mecanismos de señalización, como hormonas y neurotransmisores. En respuesta al estrés, el cerebro inerva directamente la tiroides y el páncreas para la regulación energética, envía señales al sistema cardiovascular para aumentar el gasto cardíaco, estimula las glándulas suprarrenales para que liberen cortisol y aldosterona, y libera hormonas de la glándula pituitaria, como la ACTH, para regular la producción de orina a través del sistema renina-angiotensina-aldosterona . ^[8] El cerebro puede superar la retroalimentación negativa en estos sistemas localizados y evaluar continuamente los puntos de ajuste internos del cuerpo. Al hacerlo, el cuerpo puede regular sus recursos y el almacenamiento de energía de manera eficiente.

Otro componente clave de la alostasis es la percepción y posterior adaptación del cerebro al estrés crónico. Sterling y Eyer plantearon la teoría de que el cerebro puede anticipar los factores estresantes para preparar al cuerpo para responder adecuadamente a las demandas ambientales a través del condicionamiento clásico . Si el cerebro interpreta o incluso anticipa el estrés de manera persistente, puede provocar cambios epigenéticos para adaptarse permanentemente a un estado crónico de excitación que da como resultado cambios fisiológicos como el engrosamiento de los vasos sanguíneos para apoyar el aumento del gasto cardíaco y la regulación negativa de los receptores de la hormona del estrés.

El cerebro normalmente coordina una respuesta inmune contra una amenaza externa que implica la síntesis, diferenciación y migración de células inmunes, liberación de citocinas e interleucinas , elevando el punto de ajuste de la temperatura interna y redirigiendo las necesidades metabólicas para apoyar este esfuerzo. ^[3] Sin embargo, si el cerebro interpreta una demanda de estrés externo como más urgente, puede reemplazar las respuestas inmune e inflamatoria y estimular la liberación de hormonas del estrés inmunosupresoras como ACTH y cortisol. Una vez que se resuelve el estresor, el cuerpo vuelve a generar una respuesta inmune e inflamatoria adecuada, lo que puede explicar por qué se ve a menudo que una persona enferma después de un estrés agudo. Debido a la naturaleza interconectada de la regulación del estrés del cerebro, el sistema inmunológico y el sistema endocrino, la alostasis puede desempeñar un papel en el desarrollo del cáncer .

La alostasis enfatiza que la regulación debe ser eficiente, mientras que la homeostasis no hace referencia a la eficiencia. La predicción requiere que el cerebro: (i) recopile información en todas las escalas espaciales y temporales; (ii) analice, integre y decida qué se necesitará; (iii) ejerza un control de retroalimentación de todos los parámetros. Naturalmente, muchas necesidades son algo impredecibles, por lo que los errores son inevitables; y para esos errores, existen mecanismos homeostáticos (control de retroalimentación ) para corregirlos. ^{[9] [10]} La regulación alostática (predictiva) permite al cerebro priorizar las necesidades, por ejemplo, enviando más oxígeno y nutrientes a los órganos que más lo necesitan. En este ejemplo, durante el ejercicio máximo, el músculo requiere un aumento de 18 veces en la sangre oxigenada, pero el corazón puede aumentar su capacidad solo 3,5 veces. Por lo tanto, el cerebro toma prestada temporalmente sangre del sistema digestivo y del riñón para redirigirla al músculo. Más tarde paga la deuda cuando la mayor necesidad del músculo disminuye. Sin la capacidad de priorizar las compensaciones entre los sistemas de órganos, el corazón y los pulmones tendrían que ser mucho más grandes y gran parte de esta costosa capacidad adicional no se utilizaría. ^{[11] [12]}

Cada sistema evoluciona para funcionar en un rango particular. Por ejemplo, los fotorreceptores de cono evolucionaron para detectar la luz del día en un rango de intensidades 10.000 veces mayor, mientras que los fotorreceptores de bastón desarrollaron un diseño diferente para detectar la luz de la luna y la luz de las estrellas hasta la detección de fotones individuales. Para funcionar de manera óptima en sus amplios rangos operativos, todos los sistemas adaptan sus sensibilidades. Un fotorreceptor de bastón se adapta a la luz brillante de la luna y requiere minutos para aumentar su sensibilidad a la luz de las estrellas. ^[12] Cuando un sistema se ve obligado crónicamente a ir más allá de su rango operativo previsto (por ejemplo, debido a una dieta alta en carbohidratos crónica u otro estrés), se exceden los límites de adaptación y los sistemas se descomponen. Esta condición fue denominada por el neurocientífico Bruce McEwen como carga alostática . ^[13] La salud de un organismo se mantiene cuando funciona dentro de ciertos parámetros, pero tiene una variabilidad dinámica de rango. ^[14]

El exceso de alostasis, también conocido como sobrecarga alostática, se produce cuando los intentos del cuerpo de adaptarse al entorno causan más daño que beneficio y pueden conducir a diversas consecuencias negativas en forma de enfermedades mentales y físicas. ^[15] Desde una perspectiva metafórica, esto puede interpretarse como una máquina que funciona continuamente porque está sobrecargada; se vuelve menos eficiente con el tiempo porque se le coloca más estrés. De manera similar, el proceso de alostasis se vuelve menos eficiente en la gestión de los recursos del cuerpo cuando el cuerpo soporta mayores niveles de estrés no saludable debido al desgaste del cuerpo y el cerebro. ^[16] Un aumento en la carga alostática puede perjudicar y reducir la neuroplasticidad ya que el estrés hace que el cerebro envejezca más rápido. Esto se debe a que con más estrés, se pierden más conexiones sinápticas en la corteza prefrontal, que es responsable de la regulación corporal.

McEwen y el endocrinólogo John C. Wingfield propusieron dos tipos de sobrecarga alostática que dan lugar a respuestas diferentes:

1. La sobrecarga alostática de tipo 1 se produce cuando la demanda de energía supera la oferta, lo que da lugar a la activación de la etapa de emergencia del ciclo vital. Esto sirve para alejar al animal de las etapas normales del ciclo vital y llevarlo a un modo de supervivencia que disminuye la carga alostática y recupera el equilibrio energético positivo. El ciclo vital normal se puede reanudar cuando pasa la perturbación.
2. La sobrecarga alostática de tipo 2 comienza cuando hay un consumo de energía suficiente o incluso excesivo acompañado de conflicto social y otros tipos de disfunción social. Este último es el caso de la sociedad humana y ciertas situaciones que afectan a los animales en cautiverio. En todos los casos, la secreción de glucocorticoides y la actividad de otros mediadores de la alostasis, como el sistema nervioso autónomo , los neurotransmisores del SNC y las citocinas inflamatorias, aumentan y disminuyen con la carga alostática. Si la carga alostática es crónicamente alta, se desarrollan patologías. La sobrecarga alostática de tipo 2 no desencadena una respuesta de escape y solo puede contrarrestarse mediante el aprendizaje y los cambios en la estructura social. ^{[17] [18]}

Si bien ambos tipos de alostasis están asociados con una mayor liberación de cortisol y catecolaminas , afectan de manera diferencial la homeostasis tiroidea: las concentraciones de la hormona tiroidea triyodotironina disminuyen en la alostasis tipo 1, pero aumentan en la alostasis tipo 2. ^[19] Esto puede ser resultado de que la carga alostática tipo 2 aumente el punto de ajuste del control de retroalimentación pituitario-tiroideo. ^[20]

Sung Lee introdujo el paradigma de la orquestación alostática (PAO), ampliando el principio de alostasis al afirmar: “La PAO se origina a partir de una perspectiva evolutiva y reconoce que los puntos de ajuste biológicos cambian en anticipación de entornos cambiantes”. ^[14]

El cerebro es el órgano de mando central que organiza las operaciones intersistémicas para favorecer un comportamiento óptimo a nivel de todo el organismo. La PAO describe las diferencias entre los paradigmas de homeostasis y alostasis y la conciliación de los paradigmas ilustrada con puntos de vista alternativos sobre el trastorno de estrés postraumático (TEPT). Lee afirma:

El estado alostático representa la totalidad integrada de las interacciones cerebro-cuerpo. La salud en sí misma es un estado alostático de oscilación anticipatoria óptima , que se supone que está relacionado con el estado de criticidad... Las enfermedades son estados alostáticos de oscilaciones anticipatorias deterioradas, que se manifiestan como rigidizaciones de puntos de ajuste en el cerebro y el cuerpo (comorbilidad de la enfermedad).

Las implicaciones de la PAO para la salud se extienden más allá de la presión arterial y la diabetes para incluir la adicción, la depresión y las muertes por desesperación (por alcohol, drogas y suicidio) que han ido en aumento desde el año 2000, ^[21] lo que pone de relieve que una visión integrada de la salud incluye el contexto ambiental. La alostasis fomenta una mayor atención a nuevas soluciones a nivel de la sociedad, así como del individuo y la comunidad inmediata. ^{[22] [14]}

Una perspectiva evolutiva de la alostasis incluye el desarrollo del cerebro. Lisa Feldman Barrett , neurocientífica y profesora de psicología, sostiene que durante la evolución, los sistemas internos de los organismos se volvieron mucho más avanzados, y continuar teniendo solo varios grupos de células habría manejado mal estos nuevos sistemas que estos cuerpos estaban adquiriendo. ^[23] En cambio, se necesitaba un cerebro porque su gran tamaño es mucho más capaz de una gestión eficiente. Sin embargo, en casos raros, las especies animales no dependen de cerebros ni de un proceso alostático similar. La ascidia es un ejemplo porque una vez que las larvas han crecido completamente, "absorben su cerebro". El proceso alostático de la ascidia no sería tan complejo como el de un humano, por ejemplo, ya que ambas especies tienen nichos ecológicos que son de diferentes complejidades (es decir, "Todos los animales tienen cerebros que están adaptados a sus nichos ambientales y ciclos de vida").

La alostasis propone una hipótesis más amplia que la homeostasis: el objetivo clave de la regulación fisiológica no es la constancia rígida, sino más bien la variación flexible que anticipa las necesidades del organismo y las satisface rápidamente. ^[22] En lugar de simplemente responder al entorno, la alostasis utiliza la regulación predictiva, que tiene un objetivo más complejo en la evolución de la adaptación al cambiar en función de lo que anticipa, en lugar de permanecer igual o "en equilibrio" en respuesta a los cambios ambientales, como sugiere la homeostasis. Esto coloca a la homeostasis como una función dentro de la alostasis; sin embargo, algunos sostienen que es un paradigma más amplio en conjunto. ^[14] La alostasis redefine la salud y la enfermedad más allá de las medidas estables de los análisis de laboratorio o la presión arterial, por ejemplo, y las amplía para definir la salud como la flexibilidad de estos valores. La presión arterial es uno de los principales ejemplos de Sterling de una medida de salud que es mejor cuando puede fluctuar en anticipación de las demandas esperadas del cerebro y el cuerpo, de modo que pueda satisfacer esta demanda. La alternativa, o un estado menos saludable en el continuo salud-enfermedad, sería que la presión arterial permaneciera igual, o "estable", y no satisficiera la nueva demanda. ^[18] La regulación alostática refleja, al menos en parte, la participación cefálica en eventos regulatorios primarios, en el sentido de que anticipa la regulación fisiológica sistémica. ^[24]

Wingfield afirma:

El concepto de alostasis, mantener la estabilidad a través del cambio, es un proceso fundamental a través del cual los organismos se ajustan activamente a eventos predecibles e impredecibles... La carga alostática se refiere al costo acumulativo para el cuerpo de la alostasis, siendo la sobrecarga alostática... un estado en el que puede ocurrir una patofisiología grave... Utilizando el equilibrio entre el ingreso y el gasto de energía como base para aplicar el concepto de alostasis, se han propuesto dos tipos de sobrecarga alostática. ^[25]

Sterling (2004) propuso varios puntos interrelacionados que constituyen el modelo de alostasis: ^{[22] [26]}

1. Los organismos están diseñados para ser eficientes.
2. La eficiencia requiere un cerebro para predecir lo que se necesitará y evitar errores costosos.
3. El cerebro mejora aún más la eficiencia al priorizar las necesidades y exigir compensaciones.
4. Todos los sistemas, incluido el cerebro, los sistemas orgánicos y las células individuales, están diseñados para un rango operativo particular. (Por ejemplo, los fotorreceptores de cono se adaptan a la luz del día y los fotorreceptores de bastón se adaptan a la luz de la luna y de las estrellas).
5. Los parámetros de un sistema varían según la demanda prevista y adaptan su sensibilidad.
6. Si bien un rango amplio denota un sistema flexible y saludable, cuando sus rangos operativos evolucionados se exceden crónicamente, los sistemas en todos los niveles colapsan.

La alostasis se produce a nivel celular y sistémico. Cuando los seres humanos sufren estrés crónico, el cerebro aumenta crónicamente la presión arterial; entonces, los músculos arteriales predicen una presión más alta y responden con hipertrofia (como los músculos esqueléticos cuando levantamos pesas). Gradualmente, todo el sistema cardiovascular se adapta a la vida a un nivel de presión elevado. Esto se conoce como hipertensión crónica , que eleva la mortalidad por enfermedad cardiovascular y accidente cerebrovascular . De manera similar, una dieta crónicamente alta en carbohidratos requiere una glucosa en sangre crónicamente alta y conduce a niveles crónicamente altos de insulina que aumentan en anticipación de la necesidad de controlar el alto nivel de carbohidratos. Las células que expresan receptores de insulina, prediciendo niveles altos de insulina, se adaptan reduciendo su sensibilidad (como los fotorreceptores en la luz brillante). Esto conduce a la diabetes tipo 2 y a una mortalidad elevada por muchas causas. Aunque los médicos denominan a esta respuesta resistencia a la insulina, se puede entender mejor como consecuencia de la regulación predictiva. ^[22]

La alostasis se puede llevar a cabo mediante la alteración de las hormonas del eje HPA , el sistema nervioso autónomo, las citocinas o varios otros sistemas, y generalmente es adaptativa a corto plazo. ^[17] La ​​alostasis es esencial para mantener la viabilidad interna en medio de condiciones cambiantes. ^{[18] [27] [13] [24]}

La alostasis proporciona una compensación para diversos problemas, como la insuficiencia cardíaca compensada, la insuficiencia renal compensada y la insuficiencia hepática compensada . Sin embargo, estos estados alostáticos son inherentemente frágiles y la descompensación puede ocurrir rápidamente, como en la insuficiencia cardíaca descompensada aguda .

El término heterostasis también se utiliza en lugar de alostasis, particularmente cuando los cambios de estado son finitos en número y, por lo tanto, discretos (por ejemplo, procesos computacionales). ^[28]

• Homeostasis

• Copstead, Lee-Ellen; Banasik, Jacquelyn (2013). Fisiopatología (5ª ed.). San Luis, Misuri: Elsevier Saunders. ISBN 978-1-4557-2650-9.
• Schulkin, Jay (2011). "Alostasis social: regulación anticipatoria del entorno interno". Frontiers in Evolutionary Neuroscience . 2 : 111. doi : 10.3389/fnevo.2010.00111 . PMC  3037529 . PMID  21369352.Contiene un párrafo entero dedicado a definir la alostasis.