Autorregulación

La autorregulación es un proceso presente en muchos sistemas biológicos, resultado de un mecanismo adaptativo interno que ajusta (o mitiga) la respuesta de dicho sistema a los estímulos. Si bien la mayoría de los sistemas del cuerpo muestran cierto grado de autorregulación, esta se observa con mayor claridad en el riñón , el corazón y el cerebro . ^{[ 1 ]} La perfusión de estos órganos es esencial para la vida, y mediante la autorregulación el cuerpo puede redirigir la sangre (y, por lo tanto, el oxígeno ) hacia donde más se necesita.

Más que la mayoría de los demás órganos, el cerebro es muy sensible al aumento o la disminución del flujo sanguíneo, y varios mecanismos (metabólicos, miogénicos y neurogénicos) intervienen en el mantenimiento de una presión sanguínea cerebral adecuada. La autorregulación del flujo sanguíneo cerebral se ve afectada en diversas enfermedades, como el traumatismo craneoencefálico , ^{[ 2 ]} el accidente cerebrovascular , ^{[ 3 ]} los tumores cerebrales o los niveles persistentemente elevados _de CO₂ . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La autorregulación homeométrica, en el contexto del sistema circulatorio , es la capacidad del corazón para aumentar la contractilidad y restaurar el volumen sistólico cuando aumenta la poscarga . ^{[ 6 ]} La autorregulación homeométrica ocurre independientemente de la longitud de las fibras de los cardiomiocitos, a través de los efectos Bowditch y/o Anrep. ^{[ 7 ]}

• Mediante el efecto Bowditch , se produce un inotropismo positivo secundario a un aumento de la frecuencia cardíaca. El mecanismo exacto sigue siendo desconocido, pero parece ser el resultado de una mayor exposición del corazón a sustancias contráctiles derivadas del mayor flujo sanguíneo causado por el aumento de la frecuencia cardíaca. ^{[ 7 ]}
• Mediante el efecto Anrep , se produce un aumento bifásico de la contractilidad y una prolongación de la sístole en respuesta a aumentos agudos de la poscarga, impulsados ​​por un reclutamiento inicial de cabezas de miosina sensible a la tensión de los miofilamentos, seguido de modificaciones postraduccionales de las proteínas contráctiles . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Esto contrasta con la regulación heterométrica , regida por la ley de Frank-Starling , donde el aumento del llenado ventricular estira los sarcómeros, optimizando la superposición de filamentos de actina y miosina para mejorar la formación de puentes cruzados. Este proceso, conocido como "activación dependiente de la longitud del miofilamento", incluye cambios estructurales en la miosina, que implican una transición de estados de reposo a estados listos para la contracción. ^{[ 10 ]} Este cambio aumenta el número de cabezas de miosina disponibles para la unión a la actina, amplificando la producción de fuerza miocárdica. Mecanismos adicionales, como el aumento de la sensibilidad al calcio de los miofilamentos, mejoran aún más la fuerza contráctil y el volumen sistólico. ^{[ 11 ]}

Dado que el corazón es un órgano altamente aeróbico, que necesita oxígeno para la producción eficiente de ATP y fosfato de creatina a partir de ácidos grasos (y en menor medida, glucosa y muy poco lactato), la circulación coronaria se autorregula para que el corazón reciba el flujo sanguíneo adecuado y, por lo tanto, un suministro suficiente de oxígeno. Si se alcanza un flujo suficiente de oxígeno y la resistencia en la circulación coronaria aumenta (quizás debido a la vasoconstricción), entonces la presión de perfusión coronaria (PPC) aumenta proporcionalmente para mantener el mismo flujo. De esta manera, se mantiene el mismo flujo a través de la circulación coronaria en un rango de presiones. Esta parte de la regulación circulatoria coronaria se conoce como autorregulación y ocurre en una meseta, lo que refleja el flujo sanguíneo constante a diferentes valores de PPC y resistencia. La pendiente de un gráfico de flujo sanguíneo coronario (FSC) frente a PPC da 1/Resistencia. La autorregulación mantiene un flujo sanguíneo normal dentro del rango de presión de 70–110  mm Hg. El flujo sanguíneo es independiente de la presión arterial. Sin embargo, la autorregulación del flujo sanguíneo en el corazón no está tan desarrollada como en el cerebro.

La regulación del flujo sanguíneo renal es importante para mantener una tasa de filtración glomerular (TFG) estable a pesar de los cambios en la presión arterial sistémica (dentro de aproximadamente 80-180 mmHg). En un mecanismo llamado retroalimentación tubuloglomerular , el riñón modifica su propio flujo sanguíneo en respuesta a los cambios en la concentración de sodio. Los niveles de cloruro de sodio en el filtrado urinario son detectados por las células de la mácula densa en el extremo de la rama ascendente . Cuando los niveles de sodio aumentan moderadamente, la mácula densa libera ATP ^{[ 12 ]} y reduce la liberación de prostaglandina E2 ^{[ 13 ]} a las células yuxtaglomerulares cercanas. Las células yuxtaglomerulares en la arteriola aferente se contraen, y las células yuxtaglomerulares tanto en la arteriola aferente como en la eferente disminuyen su secreción de renina. Estas acciones funcionan para disminuir la TFG. Un aumento adicional en la concentración de sodio conduce a la liberación de óxido nítrico , una sustancia vasodilatadora, para prevenir una vasoconstricción excesiva. ^{[ 13 ]} En el caso contrario, las células yuxtaglomerulares se estimulan para liberar más renina, lo que estimula el sistema renina-angiotensina , produciendo angiotensina I que es convertida por la enzima convertidora de angiotensina (ECA) en angiotensina II . La angiotensina II luego causa una constricción preferencial de la arteriola eferente del glomérulo y aumenta la TFG.

Este es el llamado "sistema en estado estacionario". Un ejemplo es un sistema en el que una proteína P, producto del gen G, "regula positivamente su propia producción al unirse a un elemento regulador del gen que la codifica" ^{[ 14 ]} , y la proteína se utiliza o se pierde a una velocidad que aumenta con su concentración. Este bucle de retroalimentación crea dos estados posibles: "activado" y "desactivado". Si un factor externo hace que la concentración de P aumente hasta cierto umbral, la producción de la proteína P se activa, es decir, P mantendrá su concentración en un nivel determinado hasta que otro estímulo la reduzca por debajo de dicho umbral. En ese momento, la concentración de P será insuficiente para que el gen G se exprese a la velocidad necesaria para compensar la pérdida o el uso de la proteína P. Este estado ("activado" o "desactivado") se hereda tras la división celular, ya que la concentración de la proteína a suele permanecer constante después de la mitosis. Sin embargo, este estado puede verse fácilmente alterado por factores externos ^{[ 14 ] .}

De manera similar, este fenómeno no se limita solo a los genes, sino que también puede aplicarse a otras unidades genéticas, incluyendo los transcritos de ARNm. Los segmentos reguladores del ARNm, denominados ribointerruptores, pueden autorregular su transcripción secuestrando elementos reguladores cis (en particular, la secuencia Shine-Dalgarno ) ubicados en el mismo transcrito que el ribointerruptor. El bucle del ribointerruptor posee una región complementaria a la secuencia Shine-Dalgarno, pero está secuestrada por el apareamiento de bases complementarias en el bucle. Con suficiente ligando, este puede unirse al bucle y alterar la unión intermolecular, lo que provoca que el segmento complementario del bucle Shine-Dalgarno se una al segmento complementario del ribointerruptor, impidiendo la unión del ribosoma e inhibiendo la traducción. ^{[ 15 ]}

• Homeostasis
• Sistema renina-angiotensina