Jak starzenie się wpływa na zdolność przywracania homeostazy?

Homeostaza to proces, w którym organizm reguluje swoje środowisko wewnętrzne, utrzymując krytyczne parametry w dopuszczalnych granicach. Starzenie się wpływa na zdolność do utrzymania i przywrócenia homeostazy, ponieważ niektóre mechanizmy wykorzystywane przez organizm nie są już tak skuteczne, jak w młodym ciele.

W wielu przypadkach niemożność przywrócenia homeostazy może mieć wpływ na aktywność organizmu i może skutkować ograniczeniem możliwości i chorobą. Typowe parametry, dla których homeostaza musi być utrzymana lub przywrócona i na które ma wpływ starzenie się, obejmują:

• Temperatura ciała
• Poziomy glukozy
• Bilans wody we krwi

Mechanizmy, dzięki którym parametry te są utrzymywane w pożądanym zakresie, obejmują działanie hormony, aktywność komórek i działanie ze strony organizmu. Jeśli nie jest możliwa regulacja homeostatyczna, a wartości tych parametrów pozostaną poza wymaganymi granicami, może dojść do śmierci organizmu.

Gdy parametr jest zbyt wysoki lub zbyt niski, hormony wywołują reakcje komórkowe, które przywracają wartość do normalnego poziomu. Na przykład zbyt wysoka temperatura wyzwala w skórze środki zaradcze, układ krążenia i oddechowy. podwzgórze gruczoł wysyła hormony do tych układów, sygnalizując im ochłodzenie organizmu.

Gdy systemy zaczynają działać, temperatura ciała ponownie spada. Homeostaza zostaje przywrócona.

Starzenie się może wpływać na odpowiedź homeostatyczna. Gruczoł wydzielający hormon może nie być już w stanie wytwarzać takiej ilości hormonu jak wcześniej. Nawet jeśli hormon jest wydzielany w wystarczających ilościach, komórki docelowe mogą nie być już tak wrażliwe na hormon.

Mogą reagować mniej, a odpowiedź homeostatyczna może być wolniejsza i słabsza. Organizm nie jest w stanie przywrócić homeostazy tak szybko, jak wtedy, gdy organizm był młodszy.

Jeżeli jeden lub kilka ważnych parametrów homeostatycznych pozostanie zbyt wysoki lub zbyt niski przez długi czas, istnieje ryzyko uszkodzenia komórek i organizmu. Jeśli temperatura ciała pozostaje zbyt wysoka, organizm może doświadczyć odwodnienia i upośledzenia funkcji mózgu, ponieważ as komórki nerwowe przestać działać prawidłowo.

Jeśli temperatura jest zbyt niska, funkcje organizmu wyłączają się, a jeśli jakakolwiek część ciała zamarza, kryształki lodu uszkadzają błony komórkowe i tkanki.

Poziomy wielu substancji są kluczem do aktywności komórek. Gdyby glukoza lub poziom wody są za wysokie lub za niskie, komórki nie mogą normalnie funkcjonować. Glukoza jest ważnym składnikiem odżywczym, bez którego komórki nie mogą syntetyzować potrzebnych białek. Do funkcjonowania komórek i dyfuzji sygnałów chemicznych potrzebny jest stały poziom wody.

Homeostaza utrzymuje te wartości blisko ich celów. Jeśli pozostają zbyt wysokie lub zbyt niskie przez długi czas, organizm cierpi.

Homeostaza to zbiór mechanizmów, których organizm używa, aby utrzymać zmienne operacyjne w pobliżu pożądanych ustawić punkty. Starzenie się to proces, który sprawia, że ​​mechanizmy homeostazy stają się mniej efektywne. Narzędzia używane do homeostazy pozostają takie same przez całe życie organizmu, ale wraz z wiekiem może być ich mniej i narzędzia nie działają tak dobrze jak wcześniej.

W homeostazie komórki wytwarzają sygnały chemiczne, które celują w inne komórki i zmieniają ich zachowanie. Dzieje się to na trzy sposoby:

• Docelowe komórki mogą mieć bezpośrednie i indywidualne działanie takie jak metabolizowanie większej ilości glukozy.
• Komórki mogą uczestniczyć w skoordynowana reakcja w którym narząd, taki jak serce, bije szybciej.
• Komórki mogą wywoływać uczucie, które sprawia, że organizm podejmuje działania, takie jak picie wody w odpowiedzi na uczucie pragnienia.

Starzenie się utrudnia te działania. Wiele komórek w starzejącym się organizmie utraciło część zdolności do wykonywania swoich funkcji przy szczytowej wydajności z powodu: mutacje w ich DNA, uogólnione uszkodzić lub zużycie. Komórki mogą mieć mniej zasobów w wyniku utraty wydajności i mogą nie być w stanie sygnalizować lub odbierać sygnałów tak jak wcześniej.

Nawet jeśli sygnalizacja działa dobrze i odbierane są silne sygnały, komórki są mniej zdolne do podejmowania działań, takich jak przyspieszanie bicia serca lub zmuszanie organizmu do poszukiwania wody. Chociaż starzenie się nie jest takie samo dla wszystkich organizmów lub wszystkich ludzi, ogólnie starzenie się może się zmniejszyć ogólna funkcjonalność, nie tylko w przywracaniu homeostazy.

Mechanizm homeostatyczny, który utrzymuje temperaturę organizmów w granicach, ma cztery gałęzie. Jego centralną jednostką dowodzenia jest podwzgórze gruczoł. Wysyła sygnały chemiczne do komórek nerwowych, komórek skóry, układu krążenia i układu oddechowego.

W przypadku zbyt wysokich temperatur cztery gałęzie działają w następujący sposób:

• Sygnały z podwzgórza sprawiają, że organizm czuć gorąco. W przypadku ludzi zdejmują ubranie lub znajdują chłodniejsze miejsce. Ta czynność jest dobrowolna; pozostałe trzy gałęzie są mimowolne, zachodzą automatycznie.
• Podwzgórze wysyła sygnały do ​​komórek skóry. Receptory na powierzchni gruczoł potowy komórki wiążą się z sygnałami chemicznymi i wyzwalają aktywność w komórkach potowych, co ostatecznie prowadzi do wydzielania potu przez komórki.
• Sygnały chemiczne są wysyłane do komórek kontrolujących układ krążenia i do naczyń włosowatych przy skórze. Komórki kontrolne są stymulowane do wysyłania sygnału, który przyspiesza bicie serca. Komórki w ścianach naczyń włosowatych rozszerzają się, a naczynia włosowate rozszerzają się, doprowadzając do skóry organizmu gorącą krew.
• Podobne sygnały są wysyłane do Układ oddechowy komórki kontrolne. Komórki te reagują na wysyłanie sygnałów przyspieszających oddychanie. Ta reakcja jest szczególnie ważna dla zwierząt, które dyszą jako środek do ochłodzenia.

W przypadku zbyt niskich temperatur podobne sygnały mają odwrotne skutki, takie jak nakłanianie organizmu do szukania ciepłej przestrzeni lub kurczenie się naczyń włosowatych przy skórze. W każdym przypadku wiele systemów musi współdziałać w sposób skoordynowany, aby przywrócić homeostazę temperatury.

Starzejące się komórki nie wykonują funkcji komórkowych tak wydajnie jak młodsze komórki. W przypadku homeostazy temperaturowej, temperatury w starzejących się organizmach mogą pozostawać zbyt wysokie lub zbyt niskie dłużej niż u organizmów młodych. Może to prowadzić do dalszego uszkodzenia komórek lub dalszej niewydolności w produkcji hormonów i innych chemikaliów.

Słaba homeostaza temperatury spowodowana starzeniem się może być spowodowana brakiem produkcja hormonów w podwzgórzu. Hormony to białka wytwarzane przez rybosomy przyłączone do retikulum endoplazmatyczne (ER) komórek.

ER przetwarza, przechowuje i eksportuje hormony w specjalnych pęcherzykach za pośrednictwem Aparat Golgiego. Pęcherzyki łączą się z zewnętrznymi błonami komórkowymi i pozostawiają swoją zawartość poza komórką w postaci wydzielanych hormonalnie hormonów. Te różne etapy są mniej skuteczne w starszych komórkach, co prowadzi do zmniejszenia wydzielania hormonów.

Na drugim końcu łańcucha sygnalizacyjnego receptory hormonalne na zewnętrznej błonie komórek może być mniej, a niektóre mogą być uszkodzone. Hormony mają wtedy mniejszy efekt niż w młodszych komórkach. Mniej komórek zmienia swoje zachowanie, a te, które reagują na hormony, mogą zmienić swoje zachowanie tylko nieznacznie. W wyniku tych wszystkich wpływów starzenie się może zmniejszyć skuteczność homeostazy temperaturowej.

Komórki stale zużywają glukozę i tlen, aby wytworzyć energię do funkcji komórek. Glukoza jest rozprowadzana do każdej komórki organizmu poprzez układ krążenia, a jej poziom we krwi musi być utrzymywany na stałym poziomie. Zarówno niski poziom glukozy, jak i hipoglikemia i wysokie poziomy lub hiperglikemia może doprowadzić do śmierci.

Poziom glukozy we krwi jest kontrolowany przez trzustka poprzez insulinę hormonalną. W homeostazie glukozy insulina jest wydzielana przez komórki trzustki i rozprowadzana przez naczynia krwionośne. Gdy poziom glukozy jest zbyt wysoki, poziom insuliny we krwi również wzrasta, a receptory insuliny na zewnątrz komórek są wyzwalane przez insulinę.

Wyzwalacz uwalnia substancje chemiczne wewnątrz komórki, które zwiększają metabolizm i zużywają glukozę. Poziom glukozy we krwi spada.

Jeśli poziom glukozy jest zbyt niski, organizm odczuwa głód. Organizm je, a pokarm jest trawiony i rozkładany na składniki, w tym glukozę w przewodzie pokarmowym. Glukoza jest wchłaniana przez naczynia krwionośne wokół przewodu pokarmowego i przywrócony zostaje poziom glukozy we krwi.

Na homeostazę glukozy wpływają te same czynniki starzenia, co temperatura. Komórki trzustki wytwarzają mniej insuliny, a receptory komórkowe nie działają tak dobrze. Istnieją jednak dodatkowe sposoby, w jakie starzenie się może wpływać na poziom glukozy we krwi. Ryzyko wystąpienia wysokiego poziomu glukozy powodującego cukrzyca wzrost u osób starszych.

Istnieją dwa rodzaje cukrzycy.

Typ I jest spowodowany brakiem insuliny, spowodowanym zniszczeniem komórek trzustki wytwarzających insulinę lub komórek wytwarzających mniej insuliny.

Typ II Cukrzyca jest spowodowana odczuleniem receptorów na komórkach docelowych z powodu ciągłej ekspozycji na wysokie poziomy insuliny. Efekt ten jest często spowodowany otyłością lub długotrwałym spożywaniem pokarmów o wysokim poziomie łatwostrawnej glukozy. Wszystkie te czynniki są poważniejsze i częstsze w starszym wieku.

Utrzymanie odpowiedniej ilości woda we krwi jest ważne dla reakcji chemicznych w komórkach. Jeśli krew zawiera zbyt dużo wody, woda dostanie się do komórek i rozcieńczy roztwory komórek. Jeśli jest za mało wody, komórki tracą wodę i ma to wpływ na dyfuzję chemiczną.

Homeostaza wody we krwi jest kontrolowana przez podwzgórze za pośrednictwem dwóch kanałów w następujący sposób:

• Jeśli we krwi jest zbyt dużo wody, podwzgórze wysyła sygnał do przysadki mózgowej, aby wydzieliła hormon antydiuretyczny o nazwie ADH. ADH atakuje komórki w nerkach, które wpuszczają więcej wody do moczu.
• Jeśli we krwi jest za mało wody, podwzgórze wywołuje wrażenie pragnienie w organizmie. Organizm pije wodę, która jest wchłaniana przez układ pokarmowy do krwi.

Starzenie się nie wpływa na ścieżkę kontroli, w której niski poziom wody prowadzi do pragnienia, ale starzejące się nerki tracą masę i nie są już tak wrażliwe na sygnały, jak młodsze organy. W rezultacie komórki mogą przepuszczać wodę do moczu, nawet gdy podwzgórze nie daje odpowiedniego sygnału lub woda może być zatrzymywana, nawet gdy poziom wody we krwi jest zbyt wysoki.

Ogólnie homeostaza wody we krwi nie jest już tak dokładna jak u młodszych organizmów.

Ogólnie rzecz biorąc, starzenie się wpływa na utrzymanie i przywrócenie homeostazy ujemnie. Wydajność starzejących się komórek często się pogarsza i są one mniej wrażliwe na sygnalizację komórkową. Nawet wtedy, gdy komórki spełniają swoje funkcje, starzejący się organizm często ma mniejszą zdolność do podejmowania wymaganych działań.

Jednak rzeczywiste efekty starzenia w poszczególnych przypadkach mogą się znacznie różnić. Starzenie się może mieć te negatywne skutki, ale nie wszystkie starzejące się komórki i starzejące się organizmy wykazują takie samo pogorszenie funkcjonalności.