Как остаряването влияе върху способността за възстановяване на хомеостазата?

Хомеостаза е процесът, чрез който организмът регулира вътрешната си среда, поддържайки критичните параметри в приемливи граници. Стареенето засяга способността за поддържане и възстановяване на хомеостазата, тъй като някои от механизмите, използвани от организма, вече не са толкова ефективни, колкото при младо тяло.

В много случаи невъзможността за възстановяване на хомеостазата може да повлияе на дейностите на организма и може да доведе до намалени възможности и заболявания. Типичните параметри, за които трябва да се поддържа или възстанови хомеостазата и които са засегнати от стареенето, включват следното:

• Телесна температура
• Нива на глюкоза
• Баланс на кръвната вода

Механизмите, чрез които тези параметри се поддържат в желания диапазон, включват действието на хормони, дейностите на клетките и действието от страна на организма. Ако хомеостатичната регулация не е възможна и стойностите на тези параметри останат извън необходимите граници, това може да доведе до смърт на организма.

Когато даден параметър е твърде висок или твърде нисък, хормоните задействат клетъчни реакции, които връщат стойността до нормалното си ниво. Например, твърде високата температура задейства противомерни мерки в кожата, кръвоносна и дихателна системи. The хипоталамус жлезата изпраща хормони към тези системи, като им сигнализира да охладят тялото.

Тъй като системите влизат в действие, телесната температура отново намалява. Хомеостазата се възстановява.

Стареенето може да повлияе на хомеостатичен отговор. Жлезата, секретираща хормона, може вече да не може да произвежда толкова хормон, както преди. Дори ако хормонът се секретира в достатъчно количество, целевите клетки може вече да не са толкова чувствителни към хормона.

Те могат да реагират по-малко и хомеостатичният отговор може да бъде по-бавен и по-слаб. Тялото не е в състояние да възстанови хомеостазата толкова бързо, колкото когато организмът е бил по-млад.

Ако един или няколко от важните хомеостатични параметри останат твърде високи или твърде ниски за дълго, съществува риск от увреждане на клетките и на организма. Ако телесната температура остане твърде гореща, организмът може да страда от дехидратация и увреждане на мозъчната функция като нервни клетки спрете да работите правилно.

Ако температурата е твърде ниска, телесните функции се изключват и ако някоя част от тялото замръзне, ледените кристали се повреждат клетъчни мембрани и тъкан.

Нивата на много вещества са от ключово значение за клетъчните дейности. Ако глюкоза или нива на водата са твърде високи или твърде ниски, клетките не могат да функционират нормално. Глюкозата е важно хранително вещество, без което клетките не могат да синтезират нужните им протеини. Необходимо е постоянно ниво на водата за клетъчната функция и дифузията на химичния сигнал.

Хомеостазата поддържа тези стойности близо до целите си. Ако те останат твърде високи или твърде ниски за дълго, организмът страда от увреждане.

Хомеостазата е събирането на механизми, които тялото използва, за да поддържа своите оперативни променливи близо до желаните зададени точки. Стареенето е процес, който прави механизмите на хомеостазата по-малко ефективни. Инструментите, използвани за хомеостаза, остават същите през целия живот на организма, но с остаряването може да има по-малко инструменти и инструментите да не работят толкова добре, колкото преди.

В хомеостазата клетките произвеждат химически сигнали, насочени към други клетки и променят поведението си. Това се случва по три начина:

• Целевите клетки могат да вземат директно и индивидуално действие като метаболизиране на повече глюкоза.
• Клетките могат да участват в a координирана реакция в който орган като сърцето бие по-бързо.
• Клетките могат да предизвикат усещане, което прави организмът действа, като пиене на вода в отговор на чувство за жажда.

Стареенето пречи на тези действия. Много от клетките в стареещия организъм са загубили част от способността си да изпълняват функциите си с пикова ефективност поради мутации в тяхната ДНК, обобщена щета или износвам. Клетките могат да имат по-малко ресурси в резултат на загубена ефективност и може да не са в състояние да сигнализират или приемат сигнали, както преди.

Дори когато сигнализирането работи добре и се получават силни сигнали, клетките са по-малко способни да предприемат действия, като например да накарат сърцето да бие по-бързо или организмът да търси вода. Въпреки че стареенето не е еднакво за всички организми или за всички хора, стареенето като цяло може да намалее цялостна функционалност, не само при възстановяване на хомеостазата.

Хомеостатичният механизъм, който поддържа температурата на организмите в граници, има четири клона. Неговото централно командно звено е хипоталамус жлеза. Той изпраща химически сигнали към нервните клетки, кожните клетки, кръвоносната система и дихателната система.

За прекалено високи температури четирите клона работят както следва:

• Сигналите от хипоталамуса правят организма чувствам се горещо. В случай на хора те свалят дрехите или намират по-хладно място. Това действие е доброволно; останалите три клона са неволни и се извършват автоматично.
• Хипоталамусът изпраща сигнали до кожните клетки. Рецептори на повърхността на потна жлеза клетките се свързват с химичните сигнали и предизвикват активност в потните клетки, която в крайна сметка води клетките да отделят пот.
• Химичните сигнали се изпращат до клетките, контролиращи кръвоносна система и до капилярите близо до кожата. Контролните клетки се стимулират да изпращат сигнал, който ускорява биенето на сърцето. Клетките в стените на капилярите се разширяват и капилярите се разширяват, довеждайки гореща кръв към кожата на организма.
• Подобни сигнали се изпращат до дихателната система контролни клетки. Тези клетки реагират, за да изпратят сигнали за ускоряване на дишането. Тази реакция е особено важна за животни, които използват задъхването като средство за охлаждане.

За температури, които са твърде студени, подобни сигнали имат противоположни ефекти, като например да накарат организма да търси топло пространство или свиването на капилярите близо до кожата. Във всеки случай много системи трябва да си взаимодействат координирано, за да възстановят температурната хомеостаза.

Стареещите клетки не изпълняват клетъчните функции толкова ефективно, колкото по-младите клетки. В случай на температурна хомеостаза, температурите в стареещите организми могат да останат твърде високи или твърде ниски по-дълго, отколкото при младите организми. Това може да доведе до допълнително увреждане на клетките или до по-нататъшна неефективност в производството на хормони и други химикали.

Хомеостазата с ниска температура поради стареене може да се дължи на липса на производство на хормони в хипоталамуса. Хормоните са протеини, произведени от рибозоми, прикрепени към ендоплазмен ретикулум (ER) на клетките.

ER обработва, съхранява и изнася хормоните в специални везикули чрез апарат на Голджи. Везикулите се сливат с външните клетъчни мембрани и оставят съдържанието им извън клетката като ендокринни секретирани хормони. Тези различни стъпки са по-малко ефективни при остарелите клетки, което води до по-малко секреция на хормони.

В другия край на сигналната верига, хормонални рецептори на външната мембрана на клетките може да има по-малко, а някои да бъдат повредени. Тогава хормоните произвеждат по-малък ефект, отколкото при по-младите клетки. По-малко клетки променят поведението си и тези, които реагират на хормоните, могат да променят поведението си само леко. В резултат на всички тези влияния стареенето може да намали ефективността на температурната хомеостаза.

Клетките постоянно консумират глюкоза и кислород, за да произвеждат енергия за клетъчните функции. Глюкозата се разпределя до всяка клетка в тялото чрез кръвоносната система и нейното ниво в кръвта трябва да се поддържа постоянно. И двете ниски нива на глюкоза или хипогликемия и високи нива или хипергликемия може да доведе до смърт.

Нивото на глюкоза в кръвта се контролира от панкреас чрез хормона инсулин. При глюкозната хомеостаза инсулинът се секретира от клетките в панкреаса и се разпределя през кръвоносните съдове. Когато глюкозата е твърде висока, нивата на инсулин в кръвта също се повишават и инсулиновите рецептори от външната страна на клетките се задействат от инсулина.

Задействането освобождава химикали вътре в клетката, които увеличават метаболизма и консумират глюкоза. Нивото на глюкозата в кръвта се връща надолу.

Ако нивото на глюкозата е твърде ниско, организмът изпитва чувство на глад. Организмът се храни и храната се смила и разгражда на компоненти, включително глюкоза в храносмилателния тракт. Глюкозата се абсорбира от кръвоносни съдове около храносмилателния тракт и нивото на глюкозата в кръвта се възстановява.

Глюкозната хомеостаза се влияе от същите фактори на стареене, както при температурата. Клетките в панкреаса произвеждат по-малко инсулин и клетъчните рецептори не работят добре. Но има допълнителни начини, по които стареенето може да повлияе нивата на глюкоза в кръвта. Рискът от високи нива на глюкоза диабет се увеличава при възрастните хора.

Има два вида диабет.

Тип I се причинява от липса на инсулин, или поради разрушаване на клетките на панкреаса, произвеждащи инсулин, или на клетките, произвеждащи по-малко инсулин.

Тип II диабетът се причинява от десенсибилизиране на рецепторите на прицелните клетки поради продължително излагане на високи нива на инсулин. Този ефект често се дължи на затлъстяването или продължителната консумация на храна с високи нива на лесно смилаема глюкоза. Всички тези фактори са по-тежки и по-чести в напреднала възраст.

Поддържане на правилното количество вода в кръвта е важен за химичните реакции на клетките. Ако кръвта съдържа твърде много вода, водата ще попадне в клетките и ще разреди клетъчните разтвори. Ако има твърде малко вода, клетките губят вода и химическата дифузия е засегната.

Хомеостазата в кръвта се контролира от хипоталамус чрез два канала, както следва:

• Ако има твърде много вода в кръвта, хипоталамусът изпраща сигнал до хипофизната жлеза да секретира антидиуретичен хормон наречен ADH. ADH е насочен към клетки в бъбреците, които пропускат повече вода в урината.
• Ако има твърде малко вода в кръвта, хипоталамусът създава усещане за жажда в организма. Организмът пие вода, която се абсорбира през храносмилателната система в кръвта.

Стареенето не засяга контролния път, при който ниското ниво на водата води до жажда, но стареене на бъбреците губят маса и вече не реагират на сигнали като по-младите органи. В резултат на това клетките могат да позволят на водата да премине в урината, дори когато хипоталамусът не е подал съответния сигнал или водата може да се задържи, дори когато нивото на водата в кръвта е твърде високо.

Като цяло хомеостазата в кръвта вече не е толкова точна, колкото при по-младите организми.

Като цяло стареенето засяга поддържането и възстановяването на хомеостазата отрицателно. Ефективността на стареещите клетки често се влошава и те са по-малко чувствителни към клетъчната сигнализация. Дори когато клетките изпълняват своите функции, възрастният организъм често е по-малко способен да предприеме необходимите действия.

Действителните ефекти на стареенето за отделните случаи обаче могат да варират значително. Стареенето може да има тези негативни ефекти, но не всички стареещи клетки и застаряващи организми показват същото влошаване на функционалността.