Jak stárnutí ovlivňuje schopnost obnovit homeostázu?

Homeostáza je proces, kterým organismus reguluje své vnitřní prostředí a udržuje kritické parametry v přijatelných mezích. Stárnutí ovlivňuje schopnost udržovat a obnovovat homeostázu, protože některé mechanismy, které organismus používá, již nejsou tak účinné jako v mladém těle.

V mnoha případech může neschopnost obnovit homeostázu ovlivnit aktivity těla a může mít za následek sníženou schopnost a nemoc. Typické parametry, u nichž je třeba udržovat nebo obnovovat homeostázu a které jsou ovlivněny stárnutím, jsou následující:

• Tělesná teplota
• Hladiny glukózy
• Rovnováha vody v krvi

Mechanismy, kterými jsou tyto parametry udržovány v žádoucím rozsahu, zahrnují působení hormony, činnosti buněk a působení na část organismu. Pokud homeostatická regulace není možná a hodnoty těchto parametrů zůstanou mimo požadované limity, může dojít k odumření organismu.

Když je parametr příliš vysoký nebo příliš nízký, hormony vyvolávají buněčné reakce, které vracejí hodnotu zpět na normální úroveň. Například příliš vysoká teplota spouští protiopatření v kůži,

Jak systémy nastupují do činnosti, má tělesná teplota tendenci opět klesat. Homeostáza je obnovena.

Stárnutí může ovlivnit homeostatická odpověď. Žláza vylučující hormon již nemusí být schopna produkovat tolik hormonu jako dříve. I když je hormon vylučován v dostatečném množství, cílové buňky již nemusí být na tento hormon tak citlivé.

Mohou reagovat méně a homeostatická odpověď může být pomalejší a slabší. Tělo není schopné obnovit homeostázu tak rychle, jako když byl organismus mladší.

Pokud jeden nebo více důležitých homeostatických parametrů zůstane dlouho příliš vysoký nebo příliš nízký, existuje riziko poškození buněk a organismu. Pokud tělesná teplota zůstane příliš vysoká, organismus může trpět dehydratací a zhoršenou funkcí mozku nervové buňky přestat správně fungovat.

Pokud je teplota příliš nízká, tělesné funkce se vypnou a pokud některá část těla zamrzne, ledové krystaly se poškodí buněčné membrány a tkáně.

Úrovně mnoha látek jsou klíčem k buněčným činnostem. Li glukóza nebo hladiny vody jsou příliš vysoké nebo příliš nízké, buňky nemohou fungovat normálně. Glukóza je důležitá živina, bez které buňky nemohou syntetizovat potřebné proteiny. Konstantní hladina vody je nutná pro funkci buněk a šíření chemického signálu.

Homeostáza udržuje tyto hodnoty blízko svých cílů. Pokud zůstanou příliš vysoko nebo příliš dlouho, organismus utrpí poškození.

Homeostáza je soubor mechanismů, které tělo používá k udržení svých provozních proměnných na požadované úrovni nastavit body. Stárnutí je proces, díky němuž jsou mechanismy homeostázy méně účinné. Nástroje používané pro homeostázu zůstávají stejné po celý život organismu, ale se stárnutím může být méně nástrojů a nástroje nefungují tak dobře jako dříve.

V homeostáze buňky produkují chemické signály, které cílí na jiné buňky a mění jejich chování. To se děje třemi způsoby:

• Cílené buňky mohou brát přímé a individuální akce například metabolizovat více glukózy.
• Buňky se mohou účastnit a koordinovaná reakce ve kterém orgán, jako je srdce, bije rychleji.
• Buňky mohou způsobit pocit, který způsobuje organismus jednat, jako je pití vody v reakci na pocit žízně.

Stárnutí těmto činům brání. Mnoho buněk ve stárnoucím organismu ztratilo část své schopnosti vykonávat své funkce s maximální účinností kvůli mutace v jejich DNA, zobecněné poškození nebo opotřebení. Buňky mohou mít méně zdrojů v důsledku ztráty účinnosti a nemusí být schopné signalizovat nebo přijímat signály stejně jako dříve.

I když signalizace funguje dobře a jsou přijímány silné signály, buňky jsou méně schopné provádět akce, jako je rychlejší tlukot srdce nebo nutkání organismu hledat vodu. I když stárnutí není stejné pro všechny organismy nebo všechny lidi, stárnutí obecně se může snížit celková funkčnostnejen při obnově homeostázy.

Homeostatický mechanismus, který udržuje teplotu organismů v mezích, má čtyři větve. Jeho ústřední velitelskou jednotkou je hypotalamus žláza. Vysílá chemické signály do nervových buněk, kožních buněk, oběhového systému a dýchacího systému.

U příliš vysokých teplot fungují čtyři větve následovně:

• Signály z hypotalamu tvoří organismus cítit se horko. V případě lidí si svléknou oblečení nebo najdou chladnější místo. Tato akce je dobrovolná; ostatní tři větve jsou nedobrovolné a probíhají automaticky.
• Hypotalamus vysílá signály do kožních buněk. Receptory na povrchu potní žláza buňky se vážou s chemickými signály a spouštějí aktivitu v buňkách potu, což nakonec vede k tomu, že buňky vylučují pot.
• Chemické signály jsou odesílány do buněk ovládajících oběhový systém a do kapilár blízko kůže. Kontrolní buňky jsou stimulovány k vysílání signálu, který zrychluje tlukot srdce. Buňky ve stěnách kapilár se rozšiřují a kapiláry se rozšiřují a přivádějí horkou krev do pokožky organismu.
• Podobné signály jsou odesílány do dýchací systém kontrolní buňky. Tyto buňky reagují a vysílají signály k urychlení dýchání. Tato reakce je obzvláště důležitá pro zvířata, která používají dech jako prostředek k ochlazení.

U příliš chladných teplot mají podobné signály opačné účinky, jako je například nutkání organismu hledat teplý prostor nebo zmenšování kapilár v blízkosti kůže. V každém případě musí mnoho systémů spolupracovat koordinovaným způsobem, aby obnovilo teplotní homeostázu.

Stárnoucí buňky neprovádějí funkce buněk tak efektivně jako mladší buňky. V případě teplotní homeostázy mohou teploty ve stárnoucích organismech zůstat příliš vysoké nebo příliš nízké déle než u mladých organismů. To může vést k dalšímu poškození buněk nebo další neúčinnosti při produkci hormonů a dalších chemikálií.

Homeostáza při nízké teplotě v důsledku stárnutí může být způsobena nedostatkem produkce hormonů v hypotalamu. Hormony jsou proteiny produkované ribozomy připojenými k endoplazmatické retikulum (ER) buněk.

ER zpracovává, ukládá a exportuje hormony ve speciálních váčcích prostřednictvím Golgiho aparát. Vezikuly fúzují s vnějšími buněčnými membránami a nechávají svůj obsah mimo buňku jako endokrinní vylučované hormony. Tyto různé kroky jsou ve stárnoucích buňkách méně účinné, což vede k menšímu vylučování hormonů.

Na druhém konci signálního řetězce hormonální receptory na vnější membráně buněk může být méně a některé mohou být poškozené. Hormony pak produkují menší účinek než v mladších buňkách. Méně buněk mění své chování a ty, které reagují na hormony, mohou změnit své chování jen mírně. V důsledku všech těchto vlivů může stárnutí snížit účinnost teplotní homeostázy.

Buňky neustále spotřebovávají glukózu a kyslík k výrobě energie pro funkce buněk. Glukóza je distribuována do každé buňky v těle oběhovým systémem a její hladina v krvi musí být udržována konstantní. Obě nízké hladiny glukózy nebo hypoglykémie a vysoké úrovně nebo hyperglykémie může vést k smrti.

Hladinu glukózy v krvi kontroluje slinivka břišní prostřednictvím hormonu inzulínu. Při homeostáze glukózy je inzulín vylučován buňkami v pankreatu a distribuován krevními cévami. Pokud je glukóza příliš vysoká, zvyšuje se také hladina inzulínu v krvi a inzulínové receptory na vnější straně buněk jsou spouštěny inzulínem.

Spouštění uvolňuje chemikálie uvnitř buňky, které zvyšují metabolismus a spotřebovávají glukózu. Hladina glukózy v krvi klesá zpět.

Pokud je hladina glukózy příliš nízká, organismus pocítí pocit hladu. Organismus jí a jídlo je tráveno a štěpeno na složky včetně glukózy v zažívacím traktu. Glukóza je absorbována cévy kolem trávicího traktu a obnoví se hladina glukózy v krvi.

Homeostáza glukózy je ovlivněna stejnými faktory stárnutí jako teplota. Buňky v pankreatu produkují méně inzulínu a buněčné receptory také nefungují. Existují však i další způsoby, jak může stárnutí ovlivnit hladinu glukózy v krvi. Riziko vysokých hladin glukózy cukrovka nárůst u starších lidí.

Existují dva typy cukrovky.

Typ I. je způsoben nedostatkem inzulínu, buď v důsledku destrukce buněk pankreatu produkujících inzulín nebo buněk produkujících méně inzulínu.

Typ II cukrovka je způsobena desenzibilizací receptorů na cílových buňkách z důvodu nepřetržitého vystavení vysokým hladinám inzulínu. Tento účinek je často způsoben obezitou nebo dlouhodobou konzumací jídla s vysokou hladinou snadno stravitelné glukózy. Všechny tyto faktory jsou závažnější a častější ve stáří.

Udržování správného množství voda v krvi je důležitý pro buněčné chemické reakce. Pokud krev obsahuje příliš mnoho vody, voda vstoupí do buněk a zředí buněčné roztoky. Pokud je vody příliš málo, buňky vodu ztrácejí a je ovlivněna chemická difúze.

Homeostáza krve a vody je řízena hypotalamus prostřednictvím dvou kanálů následujícím způsobem:

• Pokud je v krvi příliš mnoho vody, hypotalamus vyšle signál hypofýze, aby sekretoval antidiuretický hormon volal ADH. ADH se zaměřuje na buňky v ledvinách, které propouštějí více vody do moči.
• Pokud je v krvi příliš málo vody, vytváří hypotalamus pocit žízeň v organismu. Organismus pije vodu, která se vstřebává trávicí soustavou do krve.

Stárnutí neovlivňuje kontrolní cestu, po které nízká hladina vody vede k žízni, ale stárnutí ledvin hubnout a přestat reagovat na signály jako mladší orgány. Výsledkem je, že buňky mohou umožnit průchod vody do moči, i když hypotalamus neposkytl odpovídající signál, nebo může být zadržována voda, i když je hladina vody v krvi příliš vysoká.

Celkově již není homeostáza krve v krvi tak přesná jako u mladších organismů.

Stárnutí obecně ovlivňuje údržbu a obnovu homeostázy záporně. Výkon stárnoucích buněk se často zhoršuje a jsou méně citlivé na buněčnou signalizaci. Dokonce i když buňky plní své funkce, stárnoucí organismus je často méně schopný provádět požadovaná opatření.

Skutečné účinky stárnutí se však v jednotlivých případech mohou velmi lišit. Stárnutí může mít tyto negativní účinky, ale ne všechny stárnoucí buňky a stárnoucí organismy vykazují stejné zhoršení funkčnosti.