Ako starnutie ovplyvňuje schopnosť obnoviť homeostázu?

Homeostáza je proces, prostredníctvom ktorého organizmus reguluje svoje vnútorné prostredie a udržuje kritické parametre v prijateľných medziach. Starnutie ovplyvňuje schopnosť udržiavať a obnovovať homeostázu, pretože niektoré mechanizmy, ktoré používa organizmus, už nie sú také účinné ako v mladom tele.

V mnohých prípadoch môže neschopnosť obnoviť homeostázu ovplyvniť činnosti tela a môže mať za následok zníženie schopností a chorôb. Typické parametre, pri ktorých je potrebné udržiavať alebo obnovovať homeostázu a ktoré sú ovplyvnené starnutím, sú tieto:

• Telesná teplota
• Hladiny glukózy
• Rovnováha vody v krvi

Medzi mechanizmy, pomocou ktorých sa tieto parametre udržujú v požadovanom rozmedzí, patrí pôsobenie hormóny, činnosti buniek a pôsobenie na časť organizmu. Ak homeostatická regulácia nie je možná a hodnoty týchto parametrov zostávajú mimo požadovaných limitov, môže dôjsť k smrti organizmu.

Ak je parameter príliš vysoký alebo príliš nízky, hormóny spustia bunkové reakcie, ktoré vrátia hodnotu na normálnu úroveň. Napríklad príliš vysoká teplota spúšťa protiopatrenia v pokožke,

Keď systémy naštartujú činnosť, telesná teplota má tendenciu opäť klesať. Homeostáza je obnovená.

Starnutie môže mať vplyv na homeostatická odpoveď. Žľaza vylučujúca hormón už nemusí byť schopná produkovať toľko hormónu ako predtým. Aj keď sa hormón vylučuje v dostatočnom množstve, cieľové bunky už nemusia byť na hormón také citlivé.

Môžu reagovať menej a homeostatická odpoveď môže byť pomalšia a slabšia. Telo nie je schopné obnoviť homeostázu tak rýchlo, ako keď bol organizmus mladší.

Ak jeden alebo niekoľko dôležitých homeostatických parametrov zostane dlho príliš vysokých alebo príliš nízkych, existuje riziko poškodenia buniek a organizmu. Ak je telesná teplota príliš vysoká, môže dôjsť k dehydratácii organizmu a zhoršeniu funkcie mozgu nervové bunky prestať správne fungovať.

Ak je teplota príliš nízka, telesné funkcie sa vypnú a ak niektorá časť tela zamrzne, ľadové kryštály sa poškodia bunkové membrány a tkanivo.

Úrovne mnohých látok sú kľúčom k bunkovým činnostiam. Ak glukóza alebo vodných hladín sú príliš vysoké alebo príliš nízke, bunky nemôžu fungovať normálne. Glukóza je dôležitá živina, bez ktorej bunky nemôžu syntetizovať potrebné proteíny. Pre funkciu buniek a difúziu chemického signálu je potrebná stála hladina vody.

Homeostáza udržuje tieto hodnoty blízko svojich cieľov. Ak zostanú dlho príliš vysoké alebo príliš nízke, dôjde k poškodeniu organizmu.

Homeostáza je súbor mechanizmov, ktoré telo používa na udržanie svojich prevádzkových premenných blízko požadovaných hodnôt stanovené hodnoty. Starnutie je proces, vďaka ktorému sú mechanizmy homeostázy menej účinné. Nástroje používané na homeostázu zostávajú rovnaké počas celého života organizmu, ale so starnutím môže byť nástrojov menej a nefungujú tak dobre ako predtým.

V homeostáze bunky vytvárajú chemické signály, ktoré sa zameriavajú na iné bunky a menia ich správanie. Stáva sa to tromi spôsobmi:

• Cieľové bunky môžu brať priame a individuálna akcia napríklad metabolizuje viac glukózy.
• Bunky sa môžu zúčastňovať a koordinovaná reakcia v ktorom orgán ako srdce bije rýchlejšie.
• Bunky môžu spôsobiť pocit, ktorý spôsobuje organizmus konať, ako je pitná voda ako odpoveď na pocit smädu.

Starnutie týmto činom bráni. Mnoho buniek v starnúcom organizme stratilo časť svojej schopnosti vykonávať svoje funkcie pri maximálnej účinnosti v dôsledku mutácie v ich DNA, zovšeobecnené poškodenie alebo opotrebovanie. Bunky môžu mať v dôsledku stratenej účinnosti menej zdrojov a nemusia byť schopné signalizovať alebo prijímať signály tak dobre ako predtým.

Aj keď signalizácia funguje dobre a sú prijímané silné signály, bunky nie sú schopné vykonávať činnosti, ako napríklad rýchlejšie biť srdce alebo nechať organizmus hľadať vodu. Aj keď starnutie nie je rovnaké pre všetky organizmy alebo všetkých ľudí, starnutie sa všeobecne môže znižovať celková funkčnosť, nielen pri obnove homeostázy.

Homeostatický mechanizmus, ktorý udržuje teplotu organizmov v medziach, má štyri vetvy. Jeho ústrednou riadiacou jednotkou je hypotalamus žľaza. Vysiela chemické signály do nervových buniek, buniek kože, obehového systému a dýchacieho systému.

Pri príliš vysokých teplotách fungujú štyri vetvy takto:

• Signály z hypotalamu tvoria organizmus cítiť sa teplo. V prípade ľudí si oblečenie odstránia alebo nájdu chladnejšie miesto. Táto akcia je dobrovoľná; ďalšie tri pobočky sú nedobrovoľné a prebiehajú automaticky.
• Hypotalamus vysiela signály do kožných buniek. Receptory na povrchu potná žľaza bunky sa viažu s chemickými signálmi a spúšťajú aktivitu v bunkách potu, čo nakoniec vedie k vylučovaniu potu.
• Chemické signály sa posielajú do buniek riadiacich obehový systém a ku kapiláram v blízkosti kože. Kontrolné bunky sú stimulované tak, aby vysielali signál, ktorý urýchľuje tlkot srdca. Bunky v stenách kapilár sa rozširujú a kapiláry sa rozširujú a privádzajú horúcu krv na pokožku organizmu.
• Podobné signály sa posielajú do dýchací systém kontrolné bunky. Tieto bunky reagujú na vysielanie signálov na urýchlenie dýchania. Táto reakcia je obzvlášť dôležitá pre zvieratá, ktoré používajú lapanie po dychu ako prostriedok na ochladenie.

Pri príliš nízkych teplotách majú podobné signály opačné účinky, ako napríklad to, že organizmus vyhľadáva teplý priestor alebo zmenšuje kapiláry v blízkosti pokožky. V obidvoch prípadoch musí veľa systémov vzájomne spolupracovať, aby sa obnovila teplotná homeostáza.

Starnúce bunky nevykonávajú bunkové funkcie tak efektívne ako mladšie bunky. V prípade teplotnej homeostázy môžu teploty v starnúcich organizmoch zostať príliš vysoké alebo príliš nízke dlhšie ako v prípade mladých organizmov. To môže viesť k ďalšiemu poškodeniu buniek alebo k ďalšej neefektívnosti výroby hormónov a iných chemikálií.

Homeostáza pri nízkej teplote v dôsledku starnutia môže byť spôsobená nedostatkom produkcia hormónov pri hypotalame. Hormóny sú proteíny produkované ribozómami pripojenými k endoplazmatické retikulum (ER) buniek.

ER spracováva, ukladá a exportuje hormóny v špeciálnych vezikulách prostredníctvom Golgiho aparát. Vezikuly sa spájajú s vonkajšími bunkovými membránami a nechávajú ich obsah mimo bunky ako hormóny vylučované endokrinnými látkami. Tieto rôzne kroky sú pri starnúcich bunkách menej účinné, čo vedie k menšiemu vylučovaniu hormónov.

Na druhom konci signalizačného reťazca hormonálne receptory na vonkajšej membráne buniek môže byť menej a niektoré môžu byť poškodené. Hormóny potom produkujú menší účinok ako v mladších bunkách. Menej buniek mení svoje správanie a tie, ktoré reagujú na hormóny, môžu meniť svoje správanie len mierne. V dôsledku všetkých týchto vplyvov môže starnutie znížiť účinnosť teplotnej homeostázy.

Bunky neustále spotrebúvajú glukózu a kyslík na výrobu energie pre funkcie buniek. Glukóza sa distribuuje do každej bunky v tele prostredníctvom obehového systému a jej hladina v krvi sa musí udržiavať konštantná. Obe nízke hladiny glukózy alebo hypoglykémia a vysoké úrovne resp hyperglykémia môže viesť k smrti.

Hladinu glukózy v krvi kontroluje pankreas cez hormón inzulín. Pri homeostáze glukózy je inzulín vylučovaný bunkami v pankrease a distribuovaný krvnými cievami. Ak je glukóza príliš vysoká, zvyšuje sa tiež hladina inzulínu v krvi a inzulínové receptory na vonkajšej strane buniek sú spúšťané inzulínom.

Spustením sa vo vnútri bunky uvoľňujú chemikálie, ktoré zvyšujú metabolizmus a spotrebúvajú glukózu. Hladina glukózy v krvi klesá naspäť.

Ak je hladina glukózy príliš nízka, organizmus pociťuje pocit hladu. Organizmus jedáva a potrava sa trávi a štiepi na zložky vrátane glukózy v zažívacom trakte. Glukóza je absorbovaná cievy okolo tráviaceho traktu a obnoví sa hladina glukózy v krvi.

Na homeostázu glukózy vplývajú rovnaké faktory starnutia ako pri teplote. Bunky v pankrease produkujú menej inzulínu a bunkové receptory nefungujú rovnako. Existujú však aj ďalšie spôsoby, ako môže starnutie ovplyvniť hladinu glukózy v krvi. Riziko vysokých hladín glukózy cukrovka zvyšuje u starších ľudí.

Existujú dva typy cukrovky.

Typ I. je spôsobená nedostatkom inzulínu buď v dôsledku deštrukcie buniek pankreasu produkujúcich inzulín alebo buniek produkujúcich menej inzulínu.

Typ II cukrovka je spôsobená desenzibilizáciou receptorov na cieľových bunkách z dôvodu neustáleho pôsobenia vysokej hladiny inzulínu. Tento účinok je často spôsobený obezitou alebo dlhodobou konzumáciou potravy s vysokou hladinou ľahko stráviteľnej glukózy. Všetky tieto faktory sú závažnejšie a častejšie sa vyskytujú v starobe.

Udržiavanie správneho množstva voda v krvi je dôležitý pre bunkové chemické reakcie. Ak krv obsahuje príliš veľa vody, voda sa dostane do buniek a zriedi bunkové roztoky. Ak je vody príliš málo, bunky strácajú vodu a je ovplyvnená chemická difúzia.

Homeostáza krvnej vody je riadená pomocou hypotalamus cez dva kanály nasledovne:

• Ak je v krvi príliš veľa vody, hypotalamus vysiela signál do hypofýzy, aby sekretoval antidiuretický hormón s názvom ADH. ADH sa zameriava na bunky v obličkách, ktoré prepúšťajú viac vody do moču.
• Ak je v krvi príliš málo vody, vytvára hypotalamus senzáciu smäd v organizme. Organizmus pije vodu, ktorá sa cez tráviaci systém vstrebáva do krvi.

Starnutie neovplyvňuje kontrolnú cestu, po ktorej vedie nízka hladina vody k smädu, ale starnutie obličiek chudnúť a prestávajú tak reagovať na signály ako mladšie orgány. Výsledkom je, že bunky môžu umožniť vode prestupovať do moču, aj keď hypotalamus neposkytuje zodpovedajúci signál, alebo sa môže zadržiavať voda, aj keď je hladina vody v krvi príliš vysoká.

Celkovo už homeostáza vo vode nie je taká presná ako v mladších organizmoch.

Starnutie vo všeobecnosti ovplyvňuje údržbu a obnovu homeostázy negatívne. Výkon starnúcich buniek sa často zhoršuje a sú menej citlivé na bunkovú signalizáciu. Aj keď bunky vykonávajú svoje funkcie, zostarnutý organizmus je často menej schopný vykonať potrebné kroky.

Skutočné účinky starnutia sa v jednotlivých prípadoch môžu veľmi líšiť. Starnutie môže mať tieto negatívne účinky, ale nie všetky starnúce bunky a starnúce organizmy majú rovnaké zhoršenie funkčnosti.