Як старіння впливає на можливість відновлення гомеостазу?

Гомеостаз - це процес, за допомогою якого організм регулює своє внутрішнє середовище, зберігаючи критичні параметри в допустимих межах. Старіння впливає на здатність підтримувати та відновлювати гомеостаз, оскільки деякі механізми, що використовуються організмом, вже не такі ефективні, як у молодому організмі.

У багатьох випадках неможливість відновити гомеостаз може вплинути на діяльність організму і може призвести до зниження можливостей та захворювань. Типові параметри, для яких необхідно підтримувати або відновлювати гомеостаз і на які впливає старіння, включають наступне:

• Температура тіла
• Рівень глюкози
• Водний баланс крові

Механізми, за допомогою яких ці параметри утримуються в бажаному діапазоні, включають дію гормони, діяльність клітин та дії з боку організму. Якщо гомеостатична регуляція неможлива і значення цих параметрів залишаються поза необхідними межами, це може призвести до загибелі організму.

Коли параметр занадто високий або занадто низький, гормони запускають клітинні реакції, які повертають значення до нормального рівня. Наприклад, занадто висока температура викликає протидії шкірі,

Коли системи вводяться в дію, температура тіла, як правило, знову падає. Гомеостаз відновлюється.

Старіння може вплинути на гомеостатична реакція. Залоза, що секретує гормон, може перестати виробляти стільки гормону, як раніше. Навіть якщо гормон секретується в достатній кількості, клітини-мішені можуть перестати бути настільки чутливими до гормону.

Вони можуть реагувати менше, а гомеостатична реакція може бути повільнішою та слабшою. Організм не в змозі відновити гомеостаз так швидко, як тоді, коли організм був молодшим.

Якщо один або декілька важливих гомеостатичних параметрів залишаються занадто високими або занадто низькими надовго, існує ризик пошкодження клітин та організму. Якщо температура тіла залишається занадто гарячою, організм може страждати зневодненням та порушенням функції мозку як нервові клітини перестати працювати належним чином.

Якщо температура занадто низька, функції організму відключаються, і якщо якась частина тіла замерзає, кристали льоду пошкоджуються клітинні мембрани і тканини.

Рівні багатьох речовин є ключем до діяльності клітин. Якщо глюкоза або рівні води занадто високі або занадто низькі, клітини не можуть нормально функціонувати. Глюкоза - важлива поживна речовина, без якої клітини не можуть синтезувати необхідні їм білки. Постійний рівень води необхідний для функціонування клітин та дифузії хімічних сигналів.

Гомеостаз тримає ці значення близько до своїх цілей. Якщо вони довго залишаються занадто високими або занадто низькими, організм зазнає шкоди.

Гомеостаз - це сукупність механізмів, які організм використовує для утримання своїх робочих змінних біля бажаних задані точки. Старіння - це процес, який робить механізми гомеостазу менш ефективними. Інструменти, що використовуються для гомеостазу, залишаються незмінними протягом усього життя організму, але зі старінням інструментів може бути менше, і інструменти працюють не так добре, як раніше.

В гомеостазі клітини виробляють хімічні сигнали, які націлені на інші клітини і змінюють їх поведінку. Це відбувається трьома способами:

• Цільові клітини можуть приймати прямі і індивідуальна дія такі як метаболізм більшої кількості глюкози.
• Клітини можуть брати участь у скоординована реакція в якому такий орган, як серце, б’ється швидше.
• Клітини можуть викликати відчуття, яке викликає організм вжити заходів, такі як питна вода у відповідь на відчуття спраги.

Старіння заважає цим діям. Багато клітин у старіючому організмі втратили частину своєї здатності виконувати свої функції з піковою ефективністю завдяки мутації в їх ДНК, узагальнені пошкодження або зношення. Клітини можуть мати менше ресурсів в результаті втрати ефективності, і вони можуть бути не в змозі сигналізувати або приймати сигнали так само, як раніше.

Навіть коли сигналізація працює добре і надходять сильні сигнали, клітини менш здатні виконувати такі дії, як прискорення серцебиття або примушення організму шукати воду. Хоча старіння не однакове для всіх організмів або для всіх людей, старіння в цілому може зменшитись загальна функціональність, не тільки у відновленні гомеостазу.

Гомеостатичний механізм, який підтримує температуру організмів у межах, має чотири гілки. Його центральним командним підрозділом є гіпоталамус залоза. Він розсилає хімічні сигнали до нервових клітин, клітин шкіри, кровоносної системи та дихальної системи.

Для занадто високих температур чотири гілки працюють наступним чином:

• Сигнали від гіпоталамуса виробляють організм відчувати жар. У випадку з людьми вони знімають одяг або знаходять прохолодніше місце. Ця дія є добровільною; інші три гілки є мимовільними, що відбувається автоматично.
• Гіпоталамус посилає сигнали клітинам шкіри. Рецептори на поверхні потова залоза клітини зв’язуються з хімічними сигналами і викликають активність усередині потових клітин, що зрештою призводить клітини до виділення поту.
• Хімічні сигнали надсилаються до клітин, що контролюють серцево-судинна система і до капілярів біля шкіри. Контрольні клітини стимулюються надсилати сигнал, що прискорює серцебиття. Клітини в стінках капілярів розширюються, а капіляри розширюються, приносячи гарячу кров до шкіри організму.
• Подібні сигнали надсилаються на дихальна система контрольні клітини. Ці клітини реагують, посилаючи сигнали для прискорення дихання. Ця реакція особливо важлива для тварин, які використовують задишку як засіб охолодження.

Для занадто холодних температур подібні сигнали мають протилежні наслідки, наприклад, змушують організм шукати теплий простір або скорочують капіляри біля шкіри. У кожному випадку багатьом системам доводиться координовано взаємодіяти, щоб відновити температурний гомеостаз.

Клітини, що старіють, виконують функції клітин не так ефективно, як молоді клітини. У разі температурного гомеостазу температури у старіючих організмах можуть залишатися занадто високими або занадто низькими довше, ніж у молодих організмів. Це може призвести до подальшого пошкодження клітин або подальшої неефективності у виробництві гормонів та інших хімічних речовин.

Низький температурний гомеостаз внаслідок старіння може бути пов’язаний з відсутністю вироблення гормонів у гіпоталамусі. Гормони - це білки, що виробляються рибосомами, приєднаними до ендоплазматичний ретикулум (ER) клітин.

ER переробляє, зберігає та експортує гормони у спеціальних пухирцях через Апарат Гольджі. Везикули зливаються з зовнішніми клітинними мембранами і залишають їх вміст поза клітиною як гормони, що секретуються ендокринною системою. Ці різні етапи менш ефективні у вікових клітинах, що призводить до меншої секреції гормонів.

На іншому кінці сигнального ланцюга, рецептори гормонів на зовнішній мембрані клітин може бути менше, а деякі можуть бути пошкоджені. Тоді гормони виробляють менший ефект, ніж у молодих клітинах. Менше клітин змінює свою поведінку, а ті, які реагують на гормони, можуть змінити свою поведінку лише незначно. В результаті всіх цих впливів старіння може знизити ефективність температурного гомеостазу.

Клітини постійно споживають глюкозу та кисень, виробляючи енергію для функціонування клітин. Глюкоза розподіляється по кожній клітині організму через систему кровообігу, і рівень її в крові повинен бути постійним. Обидва низькі рівні глюкози або гіпоглікемія і високий рівень або гіперглікемія може призвести до смерті.

Рівень глюкози в крові контролюється підшлункова залоза через гормон інсулін. При глюкозному гомеостазі інсулін виділяється клітинами підшлункової залози і розподіляється по кровоносних судинах. Коли глюкоза занадто висока, рівень інсуліну в крові також зростає, а інсулінові рецептори на зовнішній стороні клітин викликаються інсуліном.

Спрацьовуючий процес вивільняє хімічні речовини всередині клітини, які посилюють обмін речовин і споживають глюкозу. Рівень глюкози в крові знижується.

Якщо рівень глюкози занадто низький, організм відчуває почуття голоду. Організм їсть, а їжа перетравлюється і розщеплюється на компоненти, включаючи глюкозу в шлунково-кишковому тракті. Глюкоза поглинається кровоносні судини навколо травного тракту і рівень глюкози в крові відновлюється.

На гомеостаз глюкози впливають ті самі фактори старіння, що і температура. Клітини підшлункової залози виробляють менше інсуліну, а клітинні рецептори також не працюють. Але існують додаткові способи, за допомогою яких старіння може впливати на рівень глюкози в крові. Ризик високого рівня глюкози діабет збільшується у людей похилого віку.

Існує два типи діабету.

Тип I спричинена нестачею інсуліну або через руйнування інсулінопродукуючих клітин підшлункової залози, або клітин, що виробляють менше інсуліну.

Тип II діабет спричинений десенсибілізацією рецепторів клітин-мішеней через постійний вплив високого рівня інсуліну. Цей ефект часто обумовлений ожирінням або тривалим вживанням їжі з високим рівнем легкозасвоюваної глюкози. Всі ці фактори є більш важкими і частіше зустрічаються в літньому віці.

Підтримання необхідної кількості води в крові важливий для хімічних реакцій клітин. Якщо кров містить занадто багато води, вода потраплятиме в клітини і розбавлятиме розчини клітин. Якщо води занадто мало, клітини втрачають воду, і це впливає на хімічну дифузію.

Гомеостаз води у крові контролюється гіпоталамус через два канали наступним чином:

• Якщо в крові занадто багато води, гіпоталамус надсилає сигнал гіпофізу виділити антидіуретичний гормон під назвою ADH. АДГ націлений на клітини нирок, які пропускають більше води в сечу.
• Якщо в крові занадто мало води, гіпоталамус створює відчуття спрага в організмі. Організм п’є воду, яка всмоктується через травну систему в кров.

Старіння не впливає на шлях управління, при якому низький рівень води призводить до спраги, але старіння нирок втрачають масу і більше не реагують на сигнали, як молодші органи. Як результат, клітини можуть пропускати воду в сечу, навіть коли гіпоталамус не подає відповідного сигналу, або вода може утримуватися, навіть коли рівень води в крові занадто високий.

Загалом, гомеостаз води в крові вже не такий точний, як у молодих організмів.

Загалом старіння впливає на підтримку та відновлення гомеостазу негативно. Ефективність старіння клітин часто погіршується, і вони менш чутливі до клітинної сигналізації. Навіть коли клітини виконують свої функції, постарілий організм часто менш здатний здійснювати необхідні дії.

Однак фактичні наслідки старіння для окремих випадків можуть коливатися в широких межах. Старіння може мати ці негативні наслідки, але не всі старіння клітин та старіння організмів демонструють однакове погіршення функціональних можливостей.