Hur påverkar åldrande möjligheten att återställa homeostas?

Homeostas är den process genom vilken en organism reglerar sin interna miljö och håller kritiska parametrar inom acceptabla gränser. Åldrande påverkar förmågan att upprätthålla och återställa homeostas eftersom vissa av de mekanismer som används av organismen inte längre är lika effektiva som i en ung kropp.

I många fall kan oförmågan att återställa homeostas påverka kroppens aktiviteter och kan leda till minskad kapacitet och sjukdom. Typiska parametrar för vilka homeostas måste bibehållas eller återställas och som påverkas av åldrande inkluderar följande:

• Kroppstemperatur
• Glukosnivåer
• Blodvattenbalans

De mekanismer genom vilka dessa parametrar hålls inom ett önskvärt intervall inkluderar verkan av hormoner, cellernas aktiviteter och organismens verkan. Om homeostatisk reglering inte är möjlig och värdena för dessa parametrar håller sig utanför de nödvändiga gränserna kan organismen dö.

När en parameter är för hög eller för låg utlöser hormoner cellreaktioner som återför värdet till sin normala nivå. Till exempel utlöser en för hög temperatur motåtgärder i huden,

När systemen börjar fungera tenderar kroppstemperaturen att sjunka igen. Homeostas återställs.

Åldrande kan påverka homeostatisk respons. Körteln som utsöndrar hormonet kanske inte längre kan producera så mycket hormon som tidigare. Även om hormonet utsöndras i tillräckliga mängder kanske målcellerna inte längre är lika känsliga för hormonet.

De kan reagera mindre och det homeostatiska svaret kan vara långsammare och svagare. Kroppen kan inte återställa homeostas så snabbt som när organismen var yngre.

Om en eller flera av de viktiga homeostatiska parametrarna förblir för höga eller för låga länge, finns det en risk för skador på celler och på organismen. Om kroppstemperaturen förblir för varm kan organismen drabbas av uttorkning och nedsatt hjärnfunktion som den nervceller sluta fungera ordentligt.

Om temperaturen är för låg, stängs kroppsfunktionerna och om någon del av kroppen fryser skadar iskristallerna cellmembran och vävnad.

Nivåerna av många ämnen är en nyckel till cellaktiviteter. Om glukos eller vattennivåer är för höga eller för låga kan cellerna inte fungera normalt. Glukos är ett viktigt näringsämne utan vilket celler inte kan syntetisera de proteiner de behöver. En konstant vattennivå behövs för cellfunktion och kemisk signaldiffusion.

Homeostasis håller dessa värden nära sina mål. Om de förblir för höga eller för låga länge, skadas organismen.

Homeostas är en samling mekanismer som kroppen använder för att hålla sina driftsvariabler nära deras önskade börvärden. Åldrande är en process som gör mekanismerna för homeostas mindre effektiva. Verktygen som används för homeostas förblir desamma under hela organismen, men med åldrande kan det finnas färre verktyg och verktygen fungerar inte lika bra som tidigare.

I homeostas producerar celler kemiska signaler som riktar sig mot andra celler och ändrar deras beteende. Detta händer på tre sätt:

• De riktade cellerna kan ta direkt och individuell handling såsom att metabolisera mer glukos.
• Cellerna kan delta i en samordnad reaktion där ett organ som hjärtat slår snabbare.
• Cellerna kan orsaka en känsla som gör att organism vidta åtgärder, som att dricka vatten som svar på en törstkänsla.

Åldrande hindrar dessa handlingar. Många av cellerna i en åldrande organism har tappat en del av sin förmåga att utföra sina funktioner vid högsta effektivitet på grund av mutationer i deras DNA, generaliserat skada eller Slitage. Cellerna kan ha färre resurser på grund av förlorad effektivitet och kanske inte kan signalera eller ta emot signaler lika bra som tidigare.

Även när signalering fungerar bra och starka signaler tas emot är celler mindre i stånd att vidta åtgärder som att få hjärtat att slå snabbare eller att organismen letar efter vatten. Även om åldrande inte är detsamma för alla organismer eller alla människor, kan åldrande i allmänhet minska övergripande funktionalitet, inte bara för att återställa homeostas.

Den homeostatiska mekanismen som håller organismernas temperatur inom gränserna har fyra grenar. Dess centrala kommandoenhet är hypotalamus körtel. Det skickar ut kemiska signaler till nervceller, hudceller, cirkulationssystemet och andningsorganen.

För för höga temperaturer fungerar de fyra grenarna enligt följande:

• Signalerna från hypotalamusen gör organismen känner dig varm. När det gäller människor tar de bort kläder eller hittar en svalare plats. Denna åtgärd är frivillig; de andra tre grenarna är ofrivilliga och sker automatiskt.
• Hypotalamus skickar signaler till hudceller. Receptorer på ytan av svettkörtel celler binder med de kemiska signalerna och utlöser aktivitet i svettcellerna som så småningom leder till att cellerna utsöndrar svett.
• Kemiska signaler skickas till cellerna som kontrollerar cirkulationssystemet och till kapillärerna nära huden. Kontrollcellerna stimuleras för att sända ut en signal som påskyndar hjärtslagen. Celler i väggarna i kapillärerna expanderar och kapillärerna utvidgas och ger varmt blod till organismen.
• Liknande signaler skickas till Andningssystem kontrollceller. Dessa celler reagerar för att skicka signaler för att påskynda andningen. Denna reaktion är särskilt viktig för djur som använder flåsande som ett sätt att kyla ner.

För temperaturer som är för kalla har liknande signaler motsatta effekter som att få organismen att leta efter ett varmt utrymme eller krympa kapillärerna nära huden. I båda fallen måste många system samverka på ett samordnat sätt för att återställa temperaturhomeostasen.

Åldrande celler utför inte cellfunktioner lika effektivt som yngre celler. Vid homeostas vid temperaturer kan temperaturer i åldrande organismer förbli för höga eller för låga längre än för unga organismer. Detta kan leda till ytterligare cellskador eller ytterligare ineffektivitet i produktionen av hormoner och andra kemikalier.

Dålig temperatur homeostas på grund av åldrande kan bero på brist på hormonproduktion vid hypotalamus. Hormoner är proteiner som produceras av ribosomer fästa vid endoplasmatisk retikulum (ER) av celler.

ER behandlar, lagrar och exporterar hormonerna i speciella blåsor via Golgiapparat. Blåsorna smälter samman med de yttre cellmembranen och lämnar innehållet utanför cellen som hormon som utsöndras av hormoner. Dessa olika steg är mindre effektiva i åldrade celler vilket leder till mindre utsöndrat hormon.

I andra änden av signalkedjan, hormonreceptorer på cellens yttre membran kan vara färre och vissa kan skadas. Hormonerna producerar då mindre effekt än i yngre celler. Färre celler förändrar sitt beteende och de som reagerar på hormonerna kan ändra sitt beteende bara något. Som ett resultat av alla dessa influenser kan åldrande minska effektiviteten hos temperaturhomeostas.

Celler förbrukar ständigt glukos och syre för att producera energi för cellfunktioner. Glukos distribueras till varje cell i kroppen genom cirkulationssystemet och dess nivå i blodet måste hållas konstant. Både låga nivåer av glukos eller hypoglykemi och höga nivåer eller hyperglykemi kan leda till döden.

Nivån av glukos i blodet styrs av bukspottkörteln genom hormonet insulin. I glukosehomeostas utsöndras insulin av celler i bukspottkörteln och distribueras genom blodkärlen. När glukos är för hög ökar också insulinnivåerna i blodet och insulinreceptorer på utsidan av celler utlöses av insulinet.

Utlösaren släpper ut kemikalier inuti cellen som ökar ämnesomsättningen och konsumerar glukos. Nivån av glukos i blodet sjunker tillbaka.

Om glukosnivån är för låg, upplever organismen en känsla av hunger. Organismen äter och maten smälts och delas upp i komponenter inklusive glukos i mag-tarmkanalen. Glukosen absorberas av blodkärl runt matsmältningskanalen och glukosnivån i blodet återställs.

Glukoshomeostas påverkas av samma åldringsfaktorer som för temperatur. Celler i bukspottkörteln producerar mindre insulin och cellreceptorerna fungerar inte lika bra. Men det finns ytterligare sätt på vilka åldrande kan påverka blodets glukosnivåer. Risken för höga glukosnivåer orsakar diabetes ökningar hos äldre människor.

Det finns två typer av diabetes.

Typ I orsakas av brist på insulin, antingen på grund av förstörelse av de insulinproducerande cellerna i bukspottkörteln eller cellerna som producerar mindre insulin.

Typ II diabetes orsakas av att receptorerna på målcellerna blir desensibiliserade på grund av kontinuerlig exponering för höga nivåer av insulin. Denna effekt beror ofta på fetma eller den långvariga konsumtionen av mat med höga nivåer av lätt smält glukos. Alla dessa faktorer är allvarligare och vanligare i ålderdomen.

Att behålla rätt mängd vatten i blodet är viktigt för cellkemiska reaktioner. Om blod innehåller för mycket vatten kommer vatten in i cellerna och späd ut celllösningar. Om det finns för lite vatten tappar celler vatten och kemisk diffusion påverkas.

Blodvattenhomeostas kontrolleras av hypotalamus via två kanaler enligt följande:

• Om det finns för mycket vatten i blodet skickar hypotalamus en signal till hypofysen för att utsöndra en Antidiuretiskt hormon kallas ADH. ADH riktar sig mot celler i njurarna som släpper in mer vatten i urinen.
• Om det finns för lite vatten i blodet, skapar hypotalamus en känsla av törst i organismen. Organismen dricker vatten som absorberas genom matsmältningssystemet i blodet.

Åldrande påverkar inte kontrollvägen där en låg vattennivå leder till törst, utan åldrande njurar förlorar massa och är inte längre lika lyhörda för signaler som yngre organ. Som ett resultat kan celler tillåta vatten att passera i urinen även när hypotalamus inte har gett motsvarande signal eller vatten kan behållas även när vattennivån i blodet är för hög.

Sammantaget är blodvattenhomeostas inte längre lika exakt som i yngre organismer.

Generellt påverkar åldrande underhåll och återställande av homeostas negativt. Prestandan hos åldrande celler försämras ofta och de är mindre känsliga för cellsignalering. Även när cellerna utför sina funktioner är den åldrade organismen ofta mindre kapabel att vidta de åtgärder som krävs.

De verkliga effekterna av åldrande för enskilda fall kan dock variera mycket. Åldrande kan ha dessa negativa effekter men inte alla åldrande celler och åldrande organismer uppvisar samma försämring av funktionaliteten.