Hoe beïnvloedt veroudering het vermogen om homeostase te herstellen?

Homeostase is het proces waardoor een organisme zijn interne omgeving reguleert, waarbij kritische parameters binnen aanvaardbare grenzen worden gehouden. Veroudering beïnvloedt het vermogen om homeostase te behouden en te herstellen, omdat sommige van de mechanismen die door het organisme worden gebruikt, niet langer zo effectief zijn als in een jong lichaam.

In veel gevallen kan het onvermogen om de homeostase te herstellen de activiteiten van het lichaam beïnvloeden en kan leiden tot verminderde vermogens en ziekte. Typische parameters waarvoor homeostase moet worden gehandhaafd of hersteld en die worden beïnvloed door veroudering, zijn onder meer:

• Lichaamstemperatuur
• Glucose niveaus
• Bloed-waterbalans

De mechanismen waarmee deze parameters binnen een gewenst bereik worden gehouden, omvatten de werking van: hormonen, de activiteiten van cellen en actie van de kant van het organisme. Als homeostatische regulatie niet mogelijk is en de waarden van deze parameters buiten de vereiste grenzen blijven, kan de dood van het organisme het gevolg zijn.

Wanneer een parameter te hoog of te laag is, veroorzaken hormonen celreacties die de waarde weer op het normale niveau brengen. Een te hoge temperatuur leidt bijvoorbeeld tot tegenmaatregelen in de huid, bloedsomloop en ademhalingssystemen. De hypothalamus klier stuurt hormonen naar deze systemen en signaleert ze om het lichaam af te koelen.

Naarmate de systemen in actie komen, heeft de lichaamstemperatuur de neiging om weer te dalen. Homeostase wordt hersteld.

Veroudering kan invloed hebben op de homeostatische respons. De klier die het hormoon afscheidt, kan mogelijk niet meer zoveel hormoon produceren als voorheen. Zelfs als het hormoon in voldoende hoeveelheden wordt uitgescheiden, zijn de doelcellen mogelijk niet meer zo gevoelig voor het hormoon.

Ze kunnen minder reageren en de homeostatische respons kan langzamer en zwakker zijn. Het lichaam kan de homeostase niet zo snel herstellen als toen het organisme jonger was.

Als een of meerdere van de belangrijke homeostatische parameters te lang te hoog of te laag blijven, bestaat het risico op schade aan cellen en aan het organisme. Als de lichaamstemperatuur te hoog blijft, kan het organisme lijden aan uitdroging en aantasting van de hersenfunctie, omdat de zenuwcellen niet meer goed werken.

Als de temperatuur te laag is, worden lichaamsfuncties uitgeschakeld en als een deel van het lichaam bevriest, beschadigen de ijskristallen celmembranen en weefsel.

De niveaus van veel stoffen zijn een sleutel tot celactiviteiten. Als glucose of waterstanden zijn te hoog of te laag, kunnen cellen niet normaal functioneren. Glucose is een belangrijke voedingsstof zonder welke cellen de eiwitten die ze nodig hebben niet kunnen synthetiseren. Een constant waterniveau is nodig voor celfunctie en chemische signaaldiffusie.

Homeostase houdt deze waarden dicht bij hun doelen. Als ze te lang te hoog of te laag blijven, loopt het organisme schade op.

Homeostase is de verzameling mechanismen die het lichaam gebruikt om de operationele variabelen in de buurt van hun gewenste te houden instelpunten. Veroudering is een proces dat de mechanismen van homeostase minder effectief maakt. De hulpmiddelen die worden gebruikt voor homeostase blijven hetzelfde gedurende de levensduur van het organisme, maar met het ouder worden kunnen er minder hulpmiddelen zijn en werken de hulpmiddelen niet zo goed als voorheen.

Bij homeostase produceren cellen chemische signalen die zich richten op andere cellen en hun gedrag veranderen. Dit gebeurt op drie manieren:

• De beoogde cellen kunnen direct en individuele actie zoals het metaboliseren van meer glucose.
• De cellen kunnen deelnemen aan een gecoördineerde reactie waarin een orgaan zoals het hart sneller klopt.
• De cellen kunnen een gevoel veroorzaken waardoor de organisme actie ondernemen, zoals het drinken van water als reactie op een dorstgevoel.

Veroudering belemmert deze acties. Veel van de cellen in een verouderend organisme hebben een deel van hun vermogen verloren om hun functies met maximale efficiëntie uit te voeren als gevolg van: mutaties in hun DNA, gegeneraliseerd schade of slijtage. De cellen hebben mogelijk minder bronnen als gevolg van verloren efficiëntie en zijn mogelijk niet in staat signalen te signaleren of te ontvangen zoals voorheen.

Zelfs als de signalering goed werkt en sterke signalen worden ontvangen, zijn cellen minder goed in staat om acties te ondernemen zoals het sneller laten kloppen van het hart of het organisme op zoek laten gaan naar water. Hoewel veroudering niet hetzelfde is voor alle organismen of alle mensen, kan veroudering in het algemeen verminderen algemene functionaliteit, niet alleen bij het herstellen van de homeostase.

Het homeostatische mechanisme dat de temperatuur van organismen binnen de perken houdt, heeft vier takken. De centrale commando-eenheid is de hypothalamus klier. Het zendt chemische signalen uit naar zenuwcellen, huidcellen, de bloedsomloop en het ademhalingssysteem.

Bij te hoge temperaturen werken de vier takken als volgt:

• De signalen van de hypothalamus maken het organisme warm voelen. In het geval van mensen trekken ze kleding uit of zoeken ze een koelere plek. Deze actie is vrijwillig; de andere drie takken zijn onvrijwillig en vinden automatisch plaats.
• De hypothalamus stuurt signalen naar de huidcellen. Receptoren op het oppervlak van zweetklier cellen binden met de chemische signalen en activeren activiteit in de zweetcellen die er uiteindelijk toe leiden dat de cellen zweet afscheiden.
• Chemische signalen worden naar de cellen gestuurd die de bloedsomloop en naar de haarvaten in de buurt van de huid. De controlecellen worden gestimuleerd om een ​​signaal uit te zenden dat het kloppen van het hart versnelt. Cellen in de wanden van haarvaten zetten uit en de haarvaten verwijden zich, waardoor heet bloed naar de huid van het organisme wordt gebracht.
• Soortgelijke signalen worden verzonden naar de ademhalingssysteem controle cellen. Deze cellen reageren om signalen te sturen om de ademhaling te versnellen. Deze reactie is vooral belangrijk voor dieren die hijgen gebruiken om af te koelen.

Bij te koude temperaturen hebben soortgelijke signalen tegengestelde effecten, zoals het organisme op zoek doen naar een warme ruimte of de haarvaten in de buurt van de huid doen krimpen. In elk geval moeten veel systemen op een gecoördineerde manier samenwerken om de temperatuurhomeostase te herstellen.

Verouderde cellen voeren celfuncties niet zo efficiënt uit als jongere cellen. Bij temperatuurhomeostase kunnen de temperaturen bij verouderende organismen langer te hoog of te laag blijven dan bij jonge organismen. Dit kan leiden tot verdere celbeschadiging of verdere inefficiënties in de productie van hormonen en andere chemicaliën.

Slechte temperatuurhomeostase als gevolg van veroudering kan te wijten zijn aan een gebrek aan hormoonproductie bij de hypothalamus. Hormonen zijn eiwitten die worden geproduceerd door ribosomen die aan de endoplasmatisch reticulum (ER) van cellen.

Het ER verwerkt, slaat en exporteert de hormonen in speciale blaasjes via de Golgi-apparaat. De blaasjes versmelten met de buitenste celmembranen en laten hun inhoud buiten de cel als endocriene uitgescheiden hormonen. Deze verschillende stappen zijn minder efficiënt in verouderde cellen, waardoor er minder hormoon wordt uitgescheiden.

Aan de andere kant van de signaalketen, hormoonreceptoren op het buitenmembraan van cellen kunnen minder zijn en sommige kunnen beschadigd zijn. De hormonen hebben dan minder effect dan in jongere cellen. Minder cellen veranderen hun gedrag en degenen die op de hormonen reageren, kunnen hun gedrag slechts in geringe mate veranderen. Als gevolg van al deze invloeden kan veroudering de effectiviteit van temperatuurhomeostase verminderen.

Cellen verbruiken constant glucose en zuurstof om energie te produceren voor celfuncties. Glucose wordt via de bloedsomloop naar elke cel in het lichaam gedistribueerd en het niveau in het bloed moet constant worden gehouden. Zowel lage glucosespiegels als hypoglykemie en hoge niveaus of hyperglykemie tot de dood kan leiden.

Het glucosegehalte in het bloed wordt gecontroleerd door de alvleesklier via het hormoon insuline. Bij glucosehomeostase wordt insuline uitgescheiden door cellen in de pancreas en gedistribueerd via bloedvaten. Wanneer glucose te hoog is, nemen de insulinespiegels in het bloed ook toe en worden insulinereceptoren aan de buitenkant van cellen geactiveerd door de insuline.

Door de triggering komen chemicaliën in de cel vrij die het metabolisme verhogen en glucose verbruiken. Het glucosegehalte in het bloed daalt weer.

Als de glucosespiegel te laag is, ervaart het organisme een hongergevoel. Het organisme eet en het voedsel wordt verteerd en afgebroken tot componenten, waaronder glucose in het spijsverteringskanaal. De glucose wordt geabsorbeerd door aderen rond het spijsverteringskanaal en het glucosegehalte in het bloed wordt hersteld.

Glucosehomeostase wordt beïnvloed door dezelfde verouderingsfactoren als voor temperatuur. Cellen in de alvleesklier produceren minder insuline en de celreceptoren werken minder goed. Maar er zijn nog andere manieren waarop veroudering de bloedglucosespiegels kan beïnvloeden. Het risico dat hoge glucosespiegels leiden tot: suikerziekte bij ouderen toeneemt.

Er zijn twee soorten diabetes.

Type I wordt veroorzaakt door een tekort aan insuline, hetzij door een vernietiging van de insulineproducerende cellen van de pancreas, hetzij door de cellen die minder insuline produceren.

Type II diabetes wordt veroorzaakt doordat de receptoren op de doelcellen ongevoelig worden voor continue blootstelling aan hoge insulinespiegels. Dit effect is vaak te wijten aan obesitas of de langdurige consumptie van voedsel met een hoog gehalte aan gemakkelijk verteerbare glucose. Al deze factoren zijn ernstiger en komen vaker voor op oudere leeftijd.

Het behouden van de juiste hoeveelheid water in het bloed is belangrijk voor celchemische reacties. Als bloed te veel water bevat, zal water de cellen binnendringen en de celoplossingen verdunnen. Als er te weinig water is, verliezen de cellen water en wordt de chemische diffusie aangetast.

Bloedwaterhomeostase wordt gecontroleerd door de hypothalamus via twee kanalen als volgt:

• Als er te veel water in het bloed zit, stuurt de hypothalamus een signaal naar de hypofyse om een antidiuretisch hormoon ADH genoemd. ADH richt zich op cellen in de nieren die meer water in de urine laten.
• Als er te weinig water in het bloed is, creëert de hypothalamus een gevoel van dorst in het organisme. Het organisme drinkt water, dat via het spijsverteringsstelsel in het bloed wordt opgenomen.

Veroudering heeft geen invloed op het regelpad waarbij een lage waterstand tot dorst leidt, maar ouder wordende nieren massa verliezen en niet meer zo reageren op signalen als jongere organen. Als gevolg hiervan kunnen cellen water in de urine laten komen, zelfs als de hypothalamus niet het overeenkomstige signaal heeft gegeven, of kan water worden vastgehouden, zelfs als het bloedwaterniveau te hoog is.

Over het algemeen is de bloedwaterhomeostase niet langer zo nauwkeurig als bij jongere organismen.

Over het algemeen heeft veroudering invloed op het onderhoud en herstel van de homeostase negatief. De prestaties van verouderende cellen gaan vaak achteruit en ze zijn minder gevoelig voor celsignalering. Zelfs wanneer de cellen hun functies uitoefenen, is het verouderde organisme vaak minder in staat om de vereiste acties te ondernemen.

De werkelijke effecten van veroudering voor individuele gevallen kunnen echter sterk variëren. Veroudering kan deze negatieve effecten hebben, maar niet alle verouderende cellen en verouderende organismen vertonen dezelfde achteruitgang in functionaliteit.