Kako staranje vpliva na sposobnost obnovitve homeostaze?

Homeostaza je postopek, s katerim organizem uravnava svoje notranje okolje in ohranja kritične parametre v sprejemljivih mejah. Staranje vpliva na sposobnost vzdrževanja in obnavljanja homeostaze, ker nekateri mehanizmi, ki jih uporablja organizem, niso več tako učinkoviti kot v mladem telesu.

V mnogih primerih nezmožnost obnove homeostaze lahko vpliva na telesne dejavnosti in lahko povzroči zmanjšane sposobnosti in bolezni. Tipični parametri, za katere je treba vzdrževati ali obnoviti homeostazo in na katere vpliva staranje, vključujejo naslednje:

• Telesna temperatura
• Raven glukoze
• Bilanca krvne vode

Mehanizmi, s katerimi se ti parametri ohranjajo v zaželenem obsegu, vključujejo delovanje hormoni, aktivnosti celic in delovanje organizma. Če homeostatska regulacija ni mogoča in vrednosti teh parametrov ostanejo zunaj zahtevanih meja, lahko pride do smrti organizma.

Ko je parameter previsok ali prenizek, hormoni sprožijo celične reakcije, ki vrednost vrnejo na normalno raven. Na primer, previsoka temperatura sproži protiukrepe v koži,

Ko sistemi začnejo delovati, se telesna temperatura spet znižuje. Homeostaza je obnovljena.

Staranje lahko vpliva na homeostatski odziv. Žleza, ki izloča hormon, morda ne bo mogla več proizvesti toliko hormona kot prej. Tudi če se hormon izloča v zadostnih količinah, ciljne celice morda ne bodo več tako občutljive na hormon.

Lahko reagirajo manj in homeostatski odziv je lahko počasnejši in šibkejši. Telo ne more obnoviti homeostaze tako hitro kot takrat, ko je bil organizem mlajši.

Če eden ali več pomembnih homeostatskih parametrov ostane previsoko ali prenizko za dolgo, obstaja nevarnost poškodbe celic in organizma. Če telesna temperatura ostane prevroča, lahko organizem trpi zaradi dehidracije in okvare možganske funkcije živčne celice nehajte pravilno delovati.

Če je temperatura prenizka, se telesne funkcije izklopijo in če kateri koli del telesa zamrzne, se ledeni kristali poškodujejo celične membrane in tkiva.

Raven številnih snovi je ključnega pomena za delovanje celic. Če glukoza ali vodostaji previsoke ali prenizke, celice ne morejo normalno delovati. Glukoza je pomembno hranilo, brez katerega celice ne morejo sintetizirati beljakovin, ki jih potrebujejo. Za delovanje celic in difuzijo kemijskih signalov je potreben stalen nivo vode.

Homeostaza ohranja te vrednosti blizu svojih ciljev. Če ostanejo dolgo previsoke ali prenizke, organizem utrpi škodo.

Homeostaza je zbirka mehanizmov, ki jih telo uporablja za ohranjanje svojih spremenljivk delovanja blizu želenih nastavljene točke. Staranje je postopek, zaradi katerega so mehanizmi homeostaze manj učinkoviti. Orodja, ki se uporabljajo za homeostazo, ostajajo enaka v celotnem življenju organizma, toda s staranjem je lahko manj orodij in ne delujejo tako dobro kot prej.

V homeostazi celice proizvajajo kemične signale, ki ciljajo na druge celice in spreminjajo njihovo vedenje. To se zgodi na tri načine:

• Ciljne celice lahko vzamejo neposredno in individualno ukrepanje kot je presnova več glukoze.
• Celice lahko sodelujejo v a usklajena reakcija v katerem organ, kot je srce, hitreje bije.
• Celice lahko povzročijo občutek, zaradi katerega organizem ukrepa, na primer pitje vode kot odziv na občutek žeje.

Staranje ovira ta dejanja. Številne celice v starajočem se organizmu so zaradi tega izgubile nekaj sposobnosti za izvajanje svojih funkcij z največjo učinkovitostjo mutacije v njihovi DNK, posplošeno škoda ali obraba. Celice imajo lahko manj virov zaradi izgubljene učinkovitosti in morda ne bodo mogle signalizirati ali sprejemati signalov tako dobro kot prej.

Tudi če signalizacija deluje dobro in ko sprejemamo močne signale, celice manj sposobne ukrepati, na primer hitreje utripa srce ali organizem išče vodo. Čeprav staranje ni enako pri vseh organizmih ali pri vseh ljudeh, se staranje na splošno lahko zmanjša splošna funkcionalnost, ne samo pri obnovi homeostaze.

Homeostatski mehanizem, ki ohranja temperaturo organizmov znotraj meja, ima štiri veje. Njegova glavna poveljniška enota je hipotalamus žleza. Pošilja kemične signale živčnim celicam, kožnim celicam, obtočilnemu in dihalnemu sistemu.

Pri previsokih temperaturah štiri veje delujejo na naslednji način:

• Signali iz hipotalamusa tvorijo organizem vroče. V primeru ljudi odstranijo oblačila ali najdejo hladnejše mesto. Ta akcija je prostovoljna; ostale tri veje so neprostovoljne in potekajo samodejno.
• Hipotalamus pošilja signale kožnim celicam. Sprejemniki na površini znojnica celice se vežejo s kemičnimi signali in sprožijo aktivnost znotraj znojnih celic, ki sčasoma privedejo do izločanja znoja.
• Kemični signali se pošljejo celicam, ki nadzorujejo krvni obtok in na kapilare v bližini kože. Nadzorne celice so stimulirane, da pošljejo signal, ki pospeši utrip srca. Celice v stenah kapilar se razširijo, kapilare pa se razširijo in prinesejo vročo kri na kožo organizma.
• Podobni signali se pošljejo na dihalni sistem kontrolne celice. Te celice reagirajo in pošiljajo signale za pospešitev dihanja. Ta reakcija je še posebej pomembna za živali, ki dahtanje uporabljajo kot sredstvo za hlajenje.

Pri prehladnih temperaturah imajo podobni signali nasprotne učinke, na primer, da organizem poišče topel prostor ali skrči kapilare v bližini kože. V vsakem primeru mora veliko sistemov usklajeno delovati, da se obnovi temperaturna homeostaza.

Starajoče se celice ne izvajajo celičnih funkcij tako učinkovito kot mlajše celice. V primeru temperaturne homeostaze lahko temperature v starajočih se organizmih ostanejo previsoke ali prenizke dlje kot pri mladih organizmih. To lahko privede do nadaljnjih poškodb celic ali nadaljnje neučinkovitosti pri proizvodnji hormonov in drugih kemikalij.

Nizkotemperaturna homeostaza zaradi staranja je lahko posledica pomanjkanja proizvodnja hormonov pri hipotalamusu. Hormoni so beljakovine, ki jih proizvajajo ribosomi, pritrjeni na endoplazemski retikulum (ER) celic.

ER predela, shrani in izvozi hormone v posebne mehurčke prek Golgijev aparat. Mehurčki se zlijejo z zunanjimi celičnimi membranami in pustijo svojo vsebino zunaj celice kot hormoni, ki jih izločajo endokrini. Ti različni koraki so manj učinkoviti v ostarelih celicah, zaradi česar se izloča manj hormonov.

Na drugem koncu signalne verige, hormonskih receptorjev na zunanji membrani celic je lahko manj, nekatere pa lahko poškodovane. Hormoni nato ustvarijo manjši učinek kot v mlajših celicah. Manj celic spremeni svoje vedenje, tiste, ki reagirajo na hormone, pa lahko le malo spremenijo svoje vedenje. Kot rezultat vseh teh vplivov lahko staranje zmanjša učinkovitost temperaturne homeostaze.

Celice nenehno porabljajo glukozo in kisik, da proizvedejo energijo za delovanje celic. Glukoza se prek krvnega obtoka porazdeli v vsako celico v telesu, njena raven v krvi pa mora biti stalna. Obe nizki ravni glukoze oz hipoglikemija in visoke ravni oz hiperglikemija lahko vodi v smrt.

Raven glukoze v krvi nadzira trebušna slinavka preko hormona inzulina. V homeostazi glukoze celice v trebušni slinavki izločajo inzulin in ga distribuirajo po žilah. Ko je glukoza previsoka, se zviša tudi raven inzulina v krvi in ​​insulin sproži receptorje na zunanji strani celic.

Sprožitev sprosti kemikalije v celici, ki povečajo presnovo in porabijo glukozo. Raven glukoze v krvi se zniža.

Če je raven glukoze prenizka, organizem občuti lakoto. Organizem poje, hrana pa se prebavi in ​​razgradi na sestavine, vključno z glukozo v prebavnem traktu. Glukoza absorbira krvnih žil okoli prebavnega trakta in se raven glukoze v krvi obnovi.

Na homeostazo glukoze vplivajo isti dejavniki staranja kot pri temperaturi. Celice v trebušni slinavki proizvajajo manj insulina in celični receptorji ne delujejo dobro. Vendar obstajajo dodatni načini, na katere staranje lahko vpliva na raven glukoze v krvi. Tveganje za nastanek visoke ravni glukoze diabetes povečuje pri starejših ljudeh.

Obstajata dve vrsti diabetesa.

Tip I je posledica pomanjkanja insulina bodisi zaradi uničenja celic trebušne slinavke, ki proizvajajo inzulin, bodisi celic, ki proizvajajo manj insulina.

Tip II sladkorno bolezen povzročajo desenzibilizacija receptorjev na ciljnih celicah zaradi nenehne izpostavljenosti visoki ravni insulina. Ta učinek je pogosto posledica debelosti ali dolgotrajnega uživanja hrane z visoko vsebnostjo lahko prebavljive glukoze. Vsi ti dejavniki so hujši in pogostejši v starosti.

Vzdrževanje prave količine vode v krvi je pomemben za kemijske reakcije celic. Če kri vsebuje preveč vode, bo voda vstopila v celice in razredčila celične raztopine. Če je vode premalo, celice izgubijo vodo in vpliva na kemijsko difuzijo.

Homeostazo vode v krvi nadzira hipotalamus prek dveh kanalov, kot sledi:

• Če je v krvi preveč vode, hipotalamus pošlje signal hipofizi, da izloči antidiuretični hormon imenovano ADH. ADH cilja na celice v ledvicah, ki dovolijo več vode v urin.
• Če je v krvi premalo vode, hipotalamus ustvari občutek žeja v organizmu. Organizem pije vodo, ki se skozi prebavni sistem absorbira v kri.

Staranje ne vpliva na nadzorno pot, pri kateri nizek vodostaj vodi do žeje, ampak staranje ledvic izgubijo maso in niso več tako odzivni na signale kot mlajši organi. Posledično lahko celice dovolijo, da voda prehaja v urin, tudi če hipotalamus ni dal ustreznega signala ali pa se voda lahko zadrži, tudi če je raven vode v krvi previsoka.

Na splošno homeostaza vode v krvi ni več tako natančna kot pri mlajših organizmih.

Na splošno staranje vpliva na vzdrževanje in obnovo homeostaze negativno. Delovanje starajočih se celic se pogosto poslabša in so manj občutljive na celično signalizacijo. Tudi ko celice opravljajo svoje funkcije, ostareli organizem pogosto manj sposoben izvesti potrebne ukrepe.

Dejanski učinki staranja pa se v posameznih primerih lahko zelo razlikujejo. Staranje ima lahko te negativne učinke, vendar se pri vseh starajočih se celicah in starajočih se organizmih funkcionalnost ne poslabša enako.