Informatie

Bloedzuurgraad en botten


Kan iemand door zure voedingsmiddelen te consumeren ervoor zorgen dat hun bloed zuur wordt en daardoor een zuur + base-reactie tussen hun bloed en botten veroorzaakt?

Ik vraag dit omdat ik onlangs ontdekte dat bot een basis is, omdat de chemische formule ervan wordt benaderd als: Ca10(PO4)6(OH)2 waar de (OH)2 suggereert dat bot basisch is en dus vatbaar is voor een neutralisatiereactie met zuur bloed. Zo ja, welk zout zou er dan geproduceerd worden?


Kort antwoord: zoals de opmerkingen vermelden, is dit een hot topic voor pseudowetenschappers om te gebruiken als verkoopargument voor hun supplementen. Er is beperkt bewijs dat de inname van zuur via de voeding de botresorptie significant verandert, vooral bij een normale nierfunctie. Dit document zou al uw vragen moeten beantwoorden (nadruk de mijne):

Frassetto, Banerjee, Powe, Sebastian. Zuurbalans, voedingszuurbelasting en boteffecten - een controversieel onderwerp. voedingsstoffen. 2018. 10(4),517.

Abstract: Moderne westerse diëten, met een hoger gehalte aan dierlijke producten in vergelijking met fruit en plantaardige producten, hebben een hoger gehalte aan zuurprecursoren versus basenprecursoren, wat resulteert in een netto zuurbelasting van het lichaam. Om onverbiddelijke ophoping van zuur in het lichaam en geleidelijk toenemende mate van metabole acidose te voorkomen, heeft het lichaam meerdere systemen om zuur te bufferen en te titreren, waaronder bot dat grote hoeveelheden alkalische zouten van calcium bevat. Zowel in vitro als in vivo studies bij dieren en mensen suggereren dat botbase helpt bij het neutraliseren van een deel van de netto zuurbelasting in de voeding. Dit roept de vraag op of decennia van het eten van een zuurrijk dieet zou kunnen bijdragen aan het verlies van botmassa bij osteoporose. Als dit idee waar is, zou extra inname van alkali in de vorm van netto base-producerende voedingsmiddelen of alkaliserende zouten dit zuurgerelateerde botverlies mogelijk kunnen voorkomen. Momenteel zijn er gegevens die zowel de voorstanders als de tegenstanders van deze hypothese ondersteunen. Recente literatuurrecensies hebben de neiging om de ene of de andere kant te ondersteunen. Ervan uitgaande dat de door beide partijen aangehaalde gegevens correct zijn, stellen we een manier voor om de tegenstrijdige bevindingen met elkaar te verzoenen. Dit overzicht zal eerst zuren en basen in de voeding bespreken en het idee van veranderingen in de zuurbalans met toenemende leeftijd, vervolgens het bewijs voor en tegen het nut van alkalitherapie als behandeling voor osteoporose bekijken, en ten slotte een manier voorstellen om deze twee tegengestelde punten met elkaar te verzoenen. van uitzicht.

Dit document is vrij toegankelijk en ik raad u aan het te lezen, maar de conclusies vatten hun bevindingen mooi samen:

7. Synthese

We stellen voor dat de manier om al deze informatie samen te voegen, is om het erover eens te zijn... dat bot alleen niet de positieve zuurbalans kan bufferen die men kan berekenen uit metingen van zuurproductie en zuuruitscheiding. Bovendien gaat de endogene zuurproductie op en neer in een poging om de systemische pH van het bloed te handhaven...

Diëten met veel zuurvoorlopers dragen bij aan de zuurbelasting van het lichaam. Voor de meerderheid van mensen het eten van typisch westerse diëten met zuurbelastingen van ≤1 mmol/kg, bij wie de nierfunctie en het vermogen om zuur uit te scheiden normaal is, zou de zuurbelasting in de voeding geen gemakkelijk detecteerbare factor zijn bij het veranderen van de botmineraaldichtheid die leidt tot de ontwikkeling van osteoporose. Andere factoren zoals: leeftijd, geslacht, ras en immobiliteit zijn kwantitatief belangrijkere factoren bij het bepalen van botmassa en botafbraak.

Echter, lichaamsretentie van slechts 1 of 2 mEq zuur per dag, nauwelijks detecteerbaar door de huidige meettechnieken, gebufferd door spieren en nieren en getitreerd door skeletbasis gedurende tientallen jaren, zou mogelijk kunnen leiden tot grote uitputting van botmineraal. Dus, we suggereren dat die oudere proefpersonen met een verminderde nierfunctie, een verminderd vermogen tot uitscheiding van zuur door de nieren en een lagere buffercapaciteit als gevolg van een lagere spier- en/of botmassa, van wie de voeding een hoge netto zuurbelasting bevat, mogelijk het meeste baat zou kunnen hebben bij alkalische therapieën.


Lang antwoord: Hoewel er een schat aan pseudowetenschap op het internet is met betrekking tot acidemie en botsamenstelling, is er enige waarheid in het idee dat bot kan worden beïnvloed door pH. Een uitstekend model om dit concept te onderzoeken is chronische nierziekte, aangezien een verminderde nierfunctie een verminderde H+ secretie veroorzaakt, wat resulteert in een chronische metabole acidose:

Kopple, Kalantar-Zadeh, Mehrotra. Risico's van chronische metabole acidose bij patiënten met chronische nierziekte. Nier Internationaal. 2005. 67 (95), S21-27.

Metabole acidose

Ernstige chronische metabole acidose (d.w.z. de aanwezigheid van overtollige waterstofionen in het bloed) heeft twee algemeen erkende grote systemische gevolgen. Ten eerste induceert metabole acidose of acidemie een verhoogd eiwitkatabolisme, verminderde eiwitsynthese en een negatieve stikstof- en totale lichaamseiwitbalans, die verbeteren na suppletie met bicarbonaat. Ten tweede veroorzaakt metabole acidose fysicochemische ontbinding van bot en celgemedieerde botresorptie (remming van osteoblast en stimulatie van osteoclastfunctie).

Metabole acidose en botziekte

Metabole acidose heeft meerdere effecten op het bot. Het veroorzaakt de fysisch-chemische oplossing van bot en celgemedieerde botresorptie door de remming van osteoblastactiviteit en stimulatie van de osteoclastfunctie. Deze gebeurtenissen gaan gepaard met een verlies van calcium en fosfor uit het bot. Metabole acidose stimuleert osteoblasten om prostaglandinen vrij te maken. Dit stimuleert de osteoclastfunctie en remt de osteoblastactiviteit. Glucocorticoïden kunnen de productie van prostaglandinen door osteoblasten remmen.

Metabole acidose wordt ook geassocieerd met een afname van het gehalte aan botbicarbonaat. Bovendien wordt bicarbonaatsuppletie bij postmenopauzale vrouwen geassocieerd met verlagingen van calcium-, fosfor- en verhoogde osteocalcinespiegels in de urine, wat wijst op een gunstig effect. Figuur 4 toont de mechanismen die metabole acidose in verband brengen met botziekte3. Deze waarnemingen suggereren dat ongecorrigeerde metabole acidose nadelige gevolgen heeft voor de anatomie en fysiologie van het bot.

Figuur 4. De verschillende mechanismen waardoor metabole acidose kan bijdragen aan botziekte. (Van3).

Vanaf hier kunnen uw vragen worden beantwoord:

Vraag: Kan iemand door zure voedingsmiddelen te consumeren ervoor zorgen dat hun bloed zuur wordt en daardoor een zuur + base-reactie tussen hun bloed en botten veroorzaakt?

EEN: Kan zijn. Het is mogelijk om een ​​metabole acidose te induceren met een dieet:

Adeva, Zuid. Dieet-geïnduceerde metabole acidose. Klinische voeding. 2011. 30(4),416-21.

Het moderne westerse dieet heeft een tekort aan fruit en groenten en bevat overmatige dierlijke producten, waardoor de accumulatie van niet-metaboliseerbare anionen wordt gegenereerd en een levenslange staat van over het hoofd geziene metabole acidose, waarvan de omvang progressief toeneemt met het ouder worden als gevolg van de fysiologische achteruitgang van de nierfunctie. Als reactie op deze toestand van metabole acidose uit het dieet, implementeert de nier compenserende mechanismen die gericht zijn op het herstellen van het zuur-base-evenwicht, zoals de verwijdering van de niet-metaboliseerbare anionen, het behoud van citraat en de verbetering van de nier-ammoniakgenese en urinewegen. uitscheiding van ammoniumionen. Deze adaptieve processen verlagen de pH van de urine en veroorzaken een uitgebreide verandering in de samenstelling van de urine, waaronder hypocitraturie, hypercalciurie en stikstof- en fosfaatverspilling.

En er is bestaand onderzoek naar kortetermijneffecten van gewijzigde voeding op de pH en samenstelling van bloed en urine, maar de klinische relevantie van deze waarden is onbepaald:

Buclin, Cosma, Appenzeller, Jacquet, Décosterd, Biollaz, Burckhardt. Dieetzuren en alkaliën beïnvloeden de calciumretentie in het bot. Osteoporose Internationaal. 2001. 12(6),493-99.

De urineverzurende eigenschappen van voedingsbestanddelen zijn afhankelijk van hun gehalte aan niet-oxideerbare zuren of voorlopers. Verzurende bestanddelen zoals dierlijke eiwitten kunnen een negatief effect hebben op het calciummetabolisme en de botresorptie versnellen, wat dus een verergerende factor is voor osteoporose... zuurvormend dieet verhoogde calciumuitscheiding in de urine met 74% in vergelijking met het basevormende dieet (p50.0001), beide bij baseline en na de orale calciumbelasting, en C-telopeptide-excretie met 19% (p=0,01), wat wijst op een skeletachtige oorsprong voor de overmatige calciumproductie. Deze waarneming bevestigt dat renaal uitgescheiden zuren afkomstig van voedsel het calciummetabolisme beïnvloeden en dat alkaliserende voedingsstoffen botresorptie remmen. Verdere studies zijn nodig om de klinische impact te bepalen van dieetadvisering voor het vermijden van voedingszuren als preventieve maatregel tegen osteoporose.

Maar het beste recente bewijs ondersteunt niet het idee dat significante veranderingen in de botsamenstelling kunnen worden veroorzaakt door alleen een dieet (zie mijn "Korte antwoord" hierboven).

Vraag:... welk zout zou er geproduceerd worden?

Er zijn veel metabole zuren, maar voor de eenvoud beschouwen we H+. Botbasen worden opgeslagen als alkalische zouten (bijv. calciumcarbonaat, CaCO3, wat echt Ca . is2+ en co32-). Dus, als H+ in contact komt met calciumcarbonaat, maak je koolzuur (met H+ Ca . verdringen2+ H . produceren2CO3 - je scheidt de Ca . uit2+, resulterend in de hierboven beschreven hypercalcurie). Door het bicarbonaatbuffersysteem, dat H2CO3 wordt omgezet in koolstofdioxide en water, die u via de ademhaling uit uw lichaam afscheidt.


14.2: Inleiding tot het skeletstelsel

  • Bijgedragen door Suzanne Wakim & Mandeep Grewal
  • Hoogleraren (Cell Molecular Biology & Plant Science) aan Butte College

Het symbool van schedel en gekruiste beenderen wordt al heel lang gebruikt om de dood aan te duiden, misschien omdat na de dood en ontbinding alleen botten overblijven. Veel mensen denken dat botten dood, droog en broos zijn. Deze bijvoeglijke naamwoorden kunnen de botten van een geconserveerd skelet correct beschrijven, maar de botten van een levend mens zijn springlevend. Levende botten zijn ook sterk en flexibel. Botten zijn de belangrijkste organen van het skelet.

Afbeelding (PageIndex<1>): vlag met schedel en gekruiste botten

De skeletsysteem is het orgaansysteem dat een intern raamwerk biedt voor het menselijk lichaam. Waarom heb je een skelet nodig? Probeer je voor te stellen hoe je eruit zou zien zonder. Je zou een zacht, wankel hoopje huid zijn met daarin spieren en inwendige organen, maar geen botten. Je ziet er misschien uit als een hele grote slak. Niet dat je jezelf zou kunnen zien en dat er huidplooien over je ogen zouden hangen en je zicht zouden blokkeren vanwege je gebrek aan schedelbotten. Je zou de huid uit de weg kunnen duwen als je alleen je armen zou kunnen bewegen, maar daar heb je ook botten voor nodig!

Onderdelen van het skeletstelsel

Bij volwassenen omvat het skelet 206 botten, waarvan er vele zijn weergegeven in figuur (PageIndex<2>). Botten zijn organen gemaakt van dicht bindweefsel, voornamelijk het taaie eiwitcollageen. Botten bevatten bloedvaten, zenuwen en andere weefsels. Botten zijn hard en stijf door afzettingen van calcium en andere minerale zouten in hun levende weefsels. Locaties waar twee of meer botten samenkomen, worden gewrichten genoemd. Veel gewrichten laten botten bewegen als hefbomen. Uw elleboog is bijvoorbeeld een gewricht waarmee u uw arm kunt buigen en strekken.

Afbeelding (PageIndex<2>): Sommige van de 206 botten zijn gelabeld op het volwassen menselijke skelet.

Naast botten omvat het skelet kraakbeen en ligamenten.

  • Kraakbeen is een soort dicht bindweefsel, gemaakt van taaie eiwitvezels. Het is sterk maar flexibel en zeer glad. Het bedekt de uiteinden van botten bij gewrichten en biedt een glad oppervlak waar botten over kunnen bewegen.
  • Ligamenten zijn banden van vezelig bindweefsel die botten bij elkaar houden. Ze houden de botten van het skelet op hun plaats.

Axiale en appendiculaire skeletten

Het skelet is traditioneel verdeeld in twee grote delen: het axiale skelet en het appendiculaire skelet, die beide zijn afgebeeld in figuur (PageIndex<3>).

  • Het axiale skelet vormt de as van het lichaam. Het omvat de schedel, wervelkolom (wervelkolom) en ribbenkast. De botten van het axiale skelet, samen met ligamenten en spieren, zorgen ervoor dat het menselijk lichaam zijn rechtopstaande houding kan behouden. Het axiale skelet brengt ook gewicht over van het hoofd, de romp en de bovenste ledematen langs de rug naar de onderste ledematen. Bovendien beschermen de botten de hersenen en organen in de borstkas.
  • Het appendiculaire skelet vormt de aanhangsels en hun aanhechtingen aan het axiale skelet. Het omvat de botten van de armen en benen, handen en voeten, en schouder- en bekkengordels. De botten van het appendiculaire skelet maken voortbeweging en andere bewegingen van de aanhangsels mogelijk. Ze beschermen ook de belangrijkste organen van spijsvertering, uitscheiding en voortplanting.
Figuur (PageIndex<3>): Axiaal skelet weergegeven in blauw Figuur (PageIndex<3>): Appendiculair skelet weergegeven in blauw

Hypofosfatasie

Routinestudies

Andere routinematige biochemische tests, waaronder serumparameters van lever- of spierfunctie (bijv. bilirubine, aspartaataminotransferase, lactaatdehydrogenase, creatinekinase, aldolase), zijn onopvallend in HPP. De activiteit van serumzuurfosfatase is over het algemeen normaal, 93 maar van osteoclasten afgeleide tartraatresistente zuurfosfatase was gedurende meer dan tien jaar op onverklaarbare wijze verhoogd bij één getroffen vrouw. 94 Bij enkele patiënten zijn verhoogde niveaus van proline in bloed en urine beschreven, maar de significantie is niet bekend. 95 markers voor botomzetting zijn nog niet gedetailleerd in gepubliceerde rapporten.


Inhoud

Het woord homeostase ( / ˌ h oʊ m i oʊ ˈ s t eɪ s ɪ s / [8] [9] ) gebruikt het combineren van vormen van thuis- en -stasis, Nieuw Latijn uit het Grieks: ὅμοιος homo's, "vergelijkbaar" en stilstand, "stilstaan", waardoor het idee van "hetzelfde blijven" ontstaat.

Het concept van de regulatie van het interne milieu werd in 1849 beschreven door de Franse fysioloog Claude Bernard, en het woord homeostase werd in 1926 bedacht door Walter Bradford Cannon. [10] [11] In 1932 was Joseph Barcroft, een Britse fysioloog, de eerste die zei dat een hogere hersenfunctie de meest stabiele interne omgeving vereiste. Dus voor Barcroft werd homeostase niet alleen georganiseerd door de hersenen - homeostase diende de hersenen. [12] Homeostase is een bijna uitsluitend biologische term, verwijzend naar de concepten beschreven door Bernard en Cannon, met betrekking tot de constantheid van de interne omgeving waarin de cellen van het lichaam leven en overleven. [10] [11] [13] De term cybernetica wordt toegepast op technologische controlesystemen zoals thermostaten, die functioneren als homeostatische mechanismen, maar wordt vaak veel ruimer gedefinieerd dan de biologische term homeostase. [5] [14] [15] [16]

De metabolische processen van alle organismen kunnen alleen plaatsvinden in zeer specifieke fysieke en chemische omgevingen. De omstandigheden variëren met elk organisme en met of de chemische processen plaatsvinden in de cel of in de interstitiële vloeistof die de cellen baadt. De bekendste homeostatische mechanismen bij mensen en andere zoogdieren zijn regulatoren die de samenstelling van de extracellulaire vloeistof (of de "interne omgeving") constant houden, vooral met betrekking tot de temperatuur, pH, osmolaliteit en de concentraties van natrium, kalium, glucose , koolstofdioxide en zuurstof. Een groot aantal andere homeostatische mechanismen, die vele aspecten van de menselijke fysiologie omvatten, beheersen echter andere entiteiten in het lichaam. Waar de niveaus van variabelen hoger of lager zijn dan nodig, worden ze vaak voorafgegaan door hyper- en hypo-zoals hyperthermie en hypothermie of hypertensie en hypotensie.

Als een entiteit homeostatisch wordt gecontroleerd, betekent dit niet dat de waarde ervan noodzakelijkerwijs absoluut stabiel is in gezondheid. De lichaamstemperatuur wordt bijvoorbeeld geregeld door een homeostatisch mechanisme met temperatuursensoren in onder meer de hypothalamus van de hersenen. [17] Het setpoint van de regelaar wordt echter regelmatig gereset. [18] De kerntemperatuur van het menselijk lichaam varieert bijvoorbeeld in de loop van de dag (d.w.z. heeft een circadiaans ritme), met de laagste temperaturen 's nachts en de hoogste in de middag. Andere normale temperatuurschommelingen omvatten die met betrekking tot de menstruatiecyclus. [19] [20] Het instelpunt van de temperatuurregelaar wordt gereset tijdens infecties om koorts te veroorzaken. [17] [21] [22] Organismen kunnen zich door een proces van acclimatisatie enigszins aanpassen aan wisselende omstandigheden zoals temperatuurveranderingen of zuurstofniveaus op hoogte.

Homeostase regelt niet elke activiteit in het lichaam. [23] [24] Het signaal (of het nu via neuronen of hormonen is) van de sensor naar de effector is bijvoorbeeld zeer variabel om informatie over de richting en grootte van de door de sensor gedetecteerde fout over te brengen. [25] [26] [27] Evenzo moet de reactie van de effector zeer aanpasbaar zijn om de fout om te keren - in feite zou het bijna in verhouding moeten staan ​​​​(maar in de tegenovergestelde richting) tot de fout die de interne omgeving bedreigt. [15] [16] Bijvoorbeeld, de arteriële bloeddruk bij zoogdieren wordt homeostatisch gecontroleerd en gemeten door rekreceptoren in de wanden van de aortaboog en halsslagaders aan het begin van de interne halsslagaders. [17] De sensoren sturen via sensorische zenuwen berichten naar de medulla oblongata van de hersenen die aangeven of de bloeddruk is gedaald of gestegen, en met hoeveel. De medulla oblongata verdeelt vervolgens berichten langs motorische of efferente zenuwen die behoren tot het autonome zenuwstelsel naar een grote verscheidenheid aan effectororganen, waarvan de activiteit bijgevolg wordt veranderd om de fout in de bloeddruk om te keren. Een van de effectororganen is het hart waarvan de hartslag wordt gestimuleerd om te stijgen (tachycardie) wanneer de arteriële bloeddruk daalt, of om te vertragen (bradycardie) wanneer de druk boven het ingestelde punt stijgt. [17] De hartslag (waarvoor er geen sensor in het lichaam is) wordt dus niet homeostatisch geregeld, maar is een van de effectorreacties op fouten in de arteriële bloeddruk. Een ander voorbeeld is de mate van zweten. Dit is een van de effectoren in de homeostatische controle van de lichaamstemperatuur, en daarom zeer variabel in ruwe verhouding tot de warmtebelasting die de kerntemperatuur van het lichaam dreigt te destabiliseren, waarvoor een sensor in de hypothalamus van de hersenen aanwezig is.

Kerntemperatuur Bewerken

Zoogdieren reguleren hun kerntemperatuur met behulp van thermoreceptoren in de hypothalamus, hersenen, ruggenmerg, inwendige organen en grote aderen. [29] [30] Afgezien van de interne regulatie van temperatuur, kan een proces genaamd allostasis in het spel komen dat het gedrag aanpast om zich aan te passen aan de uitdaging van zeer hete of koude extremen (en aan andere uitdagingen). [31] Deze aanpassingen kunnen het zoeken naar schaduw en het verminderen van activiteit omvatten, of het zoeken naar warmere omstandigheden en het verhogen van activiteit, of ineengedoken. [32] Gedragsmatige thermoregulatie heeft voorrang op fysiologische thermoregulatie, omdat noodzakelijke veranderingen sneller kunnen worden beïnvloed en fysiologische thermoregulatie beperkt is in zijn vermogen om te reageren op extreme temperaturen. [33]

Wanneer de kerntemperatuur daalt, wordt de bloedtoevoer naar de huid verminderd door intense vasoconstrictie. [17] De bloedstroom naar de ledematen (die een groot oppervlak hebben) wordt op dezelfde manier verminderd en keert terug naar de romp via de diepe aderen die langs de slagaders liggen (vormende venae comitantes). [28] [32] [34] Dit werkt als een tegenstroomuitwisselingssysteem dat de warmte van het arteriële bloed direct in het veneuze bloed dat terugkeert in de romp kortsluit, waardoor bij koud weer minimaal warmteverlies van de ledematen wordt veroorzaakt. [28] [32] [35] De aderen van de onderhuidse ledematen zijn strak vernauwd, [17] niet alleen het warmteverlies van deze bron verminderend, maar ook het veneuze bloed in het tegenstroomsysteem in de diepten van de ledematen dwingen.

De stofwisseling wordt verhoogd, aanvankelijk door niet-rillende thermogenese [36] gevolgd door rillende thermogenese als de eerdere reacties onvoldoende zijn om de hypothermie te corrigeren.

Wanneer de temperatuurstijgingen van de kern worden gedetecteerd door thermoreceptoren, worden de zweetklieren in de huid gestimuleerd via cholinerge sympathische zenuwen om zweet op de huid af te scheiden, dat, wanneer het verdampt, de huid en het bloed dat er doorheen stroomt afkoelt. Hijgen is een alternatieve effector bij veel gewervelde dieren, die het lichaam ook afkoelt door de verdamping van water, maar dit keer van de slijmvliezen van de keel en mond.

Bloedglucose Bewerken

De bloedsuikerspiegel wordt binnen vrij nauwe grenzen gereguleerd. [37] Bij zoogdieren zijn de primaire sensoren hiervoor de bètacellen van de pancreaseilandjes. [38] [39] De bètacellen reageren op een stijging van de bloedsuikerspiegel door insuline in het bloed af te scheiden en tegelijkertijd te voorkomen dat hun naburige alfacellen glucagon in het bloed afscheiden. [38] Deze combinatie (hoge insulinespiegels in het bloed en lage glucagonspiegels) werkt in op effectorweefsels, waarvan de lever, vetcellen en spiercellen de belangrijkste zijn. De lever wordt verhinderd om glucose te produceren, in plaats daarvan op te nemen en om te zetten in glycogeen en triglyceriden. Het glycogeen wordt opgeslagen in de lever, maar de triglyceriden worden in het bloed uitgescheiden als zeer lage dichtheid lipoproteïne (VLDL) deeltjes die worden opgenomen door vetweefsel, om daar als vetten te worden opgeslagen. De vetcellen nemen glucose op via speciale glucosetransporters (GLUT4), waarvan de aantallen in de celwand toenemen als een direct effect van insuline dat op deze cellen inwerkt. De glucose die op deze manier de vetcellen binnenkomt, wordt omgezet in triglyceriden (via dezelfde metabole routes die de lever gebruikt) en vervolgens in die vetcellen opgeslagen samen met de van VLDL afgeleide triglyceriden die in de lever zijn gemaakt. Spiercellen nemen ook glucose op via insulinegevoelige GLUT4-glucosekanalen en zetten het om in spierglycogeen.

Een daling van de bloedglucose zorgt ervoor dat de insulinesecretie stopt en glucagon wordt uitgescheiden door de alfacellen in het bloed. Dit remt de opname van glucose uit het bloed door de lever, vetcellen en spieren. In plaats daarvan wordt de lever sterk gestimuleerd om glucose te produceren uit glycogeen (via glycogenolyse) en uit niet-koolhydraatbronnen (zoals lactaat en gedeamineerde aminozuren) met behulp van een proces dat bekend staat als gluconeogenese. [40] De aldus geproduceerde glucose wordt in het bloed geloosd en corrigeert de gedetecteerde fout (hypoglykemie). Het glycogeen dat in de spieren is opgeslagen, blijft in de spieren en wordt alleen tijdens inspanning afgebroken tot glucose-6-fosfaat en vervolgens tot pyruvaat om in de citroenzuurcyclus te worden opgenomen of in lactaat te worden omgezet. Alleen het lactaat en de afvalproducten van de citroenzuurcyclus worden teruggevoerd naar het bloed. De lever kan alleen het lactaat opnemen en door het proces van energieverslindende gluconeogenese weer omzetten in glucose.

IJzerniveaus Bewerken

Koper regelgeving Bewerken

Niveaus van bloedgassen

Veranderingen in de niveaus van zuurstof, koolstofdioxide en plasma-pH worden naar het ademhalingscentrum gestuurd, in de hersenstam, waar ze worden gereguleerd. De partiële druk van zuurstof en koolstofdioxide in het arteriële bloed wordt gevolgd door de perifere chemoreceptoren (PNS) in de halsslagader en de aortaboog. Een verandering in de partiële druk van kooldioxide wordt gedetecteerd als een veranderde pH in de cerebrospinale vloeistof door centrale chemoreceptoren (CNS) in de medulla oblongata van de hersenstam. Informatie van deze sets sensoren wordt naar het ademhalingscentrum gestuurd dat de effectororganen activeert - het middenrif en andere ademhalingsspieren. Een verhoogd kooldioxidegehalte in het bloed, of een verlaagd zuurstofgehalte, zal resulteren in een dieper ademhalingspatroon en een verhoogde ademhalingsfrequentie om de bloedgassen weer in evenwicht te brengen.

Te weinig kooldioxide en, in mindere mate, te veel zuurstof in het bloed kan de ademhaling tijdelijk stopzetten, een aandoening die bekend staat als apneu en die freedivers gebruiken om de tijd dat ze onder water kunnen blijven te verlengen.

De partiële druk van kooldioxide is meer een beslissende factor bij het bewaken van de pH. [41] Op grote hoogte (boven 2500 m) heeft het monitoren van de partiële zuurstofdruk echter prioriteit en houdt hyperventilatie het zuurstofniveau constant. Met het lagere kooldioxidegehalte, om de pH op 7,4 te houden, scheiden de nieren waterstofionen af ​​in het bloed en scheiden ze bicarbonaat uit in de urine. [42] [43] Dit is belangrijk bij de acclimatisatie naar grote hoogte. [44]

Bloed zuurstofgehalte Bewerken

De nieren meten het zuurstofgehalte in plaats van de partiële zuurstofdruk in het arteriële bloed. Wanneer het zuurstofgehalte van het bloed chronisch laag is, scheiden zuurstofgevoelige cellen erytropoëtine (EPO) af in het bloed. [45] Het effectorweefsel is het rode beenmerg dat rode bloedcellen (RBC's) (erytrocyten) produceert. De toename van RBC's leidt tot een verhoogde hematocriet in het bloed en de daaropvolgende toename van hemoglobine die de zuurstoftransportcapaciteit verhoogt. Dit is het mechanisme waardoor mensen op grote hoogte hogere hematocrietwaarden hebben dan mensen op zeeniveau, en ook waarom personen met longinsufficiëntie of rechts-naar-links shunts in het hart (waardoor veneus bloed de longen passeert en direct in de systemische bloedsomloop) hebben vergelijkbare hoge hematocrietwaarden. [46] [47]

Ongeacht de partiële zuurstofdruk in het bloed hangt de hoeveelheid zuurstof die vervoerd kan worden af ​​van het hemoglobinegehalte. De partiële zuurstofdruk kan bijvoorbeeld voldoende zijn bij bloedarmoede, maar het hemoglobinegehalte zal onvoldoende zijn en vervolgens ook het zuurstofgehalte. Bij voldoende aanvoer van ijzer, vitamine B12 en foliumzuur kan EPO de productie van rode bloedcellen stimuleren en het hemoglobine- en zuurstofgehalte weer normaal maken. [46] [48]

Arteriële bloeddruk Bewerken

De hersenen kunnen de bloedstroom regelen over een reeks bloeddrukwaarden door vasoconstrictie en vasodilatatie van de slagaders. [49]

Hogedrukreceptoren, baroreceptoren genaamd, in de wanden van de aortaboog en de sinus carotis (aan het begin van de interne halsslagader) bewaken de arteriële bloeddruk. [50] Stijgende druk wordt gedetecteerd wanneer de wanden van de slagaders uitrekken als gevolg van een toename van het bloedvolume. Dit zorgt ervoor dat hartspiercellen het hormoon atriaal natriuretisch peptide (ANP) in het bloed afscheiden. Dit werkt op de nieren in om de afscheiding van renine en aldosteron te remmen, waardoor natrium vrijkomt en water in de urine komt, waardoor het bloedvolume wordt verminderd. [51] Deze informatie wordt vervolgens via afferente zenuwvezels naar de solitaire kern in de medulla oblongata getransporteerd. [52] Van hieruit worden motorische zenuwen die tot het autonome zenuwstelsel behoren, gestimuleerd om de activiteit van voornamelijk het hart en de slagaders met de kleinste diameter, arteriolen genaamd, te beïnvloeden. De arteriolen zijn de belangrijkste weerstandsvaten in de arteriële boom en kleine veranderingen in diameter veroorzaken grote veranderingen in de weerstand om er doorheen te stromen. Wanneer de arteriële bloeddruk stijgt, worden de arteriolen gestimuleerd om te verwijden, waardoor het bloed gemakkelijker de slagaders kan verlaten, waardoor ze leeglopen en de bloeddruk weer normaal wordt. Tegelijkertijd wordt het hart via cholinerge parasympathische zenuwen gestimuleerd om langzamer te kloppen (bradycardie genoemd), waardoor de instroom van bloed in de slagaders wordt verminderd, wat bijdraagt ​​aan de drukverlaging en correctie van de oorspronkelijke fout.

Lage druk in de slagaders veroorzaakt de tegenovergestelde reflex van vernauwing van de arteriolen en een versnelling van de hartslag (tachycardie genaamd). Als de bloeddruk zeer snel of buitensporig daalt, stimuleert de medulla oblongata de bijniermerg, via "preganglionische" sympathische zenuwen, om epinefrine (adrenaline) in het bloed af te scheiden. Dit hormoon versterkt de tachycardie en veroorzaakt ernstige vasoconstrictie van de arteriolen naar alles behalve het essentiële orgaan in het lichaam (vooral het hart, de longen en de hersenen). Deze reacties corrigeren de lage arteriële bloeddruk (hypotensie) meestal zeer effectief.

Calcium niveaus Bewerken

De plasmaconcentratie van geïoniseerd calcium (Ca 2+ ) wordt zeer streng gecontroleerd door een paar homeostatische mechanismen. [53] De sensor voor de eerste bevindt zich in de bijschildklieren, waar de hoofdcellen het Ca 2+-niveau waarnemen door middel van gespecialiseerde calciumreceptoren in hun membranen. De sensoren voor de tweede zijn de parafolliculaire cellen in de schildklier. De bijschildklierhoofdcellen scheiden parathyroïdhormoon (PTH) af als reactie op een daling van het plasma-geïoniseerd calciumgehalte, de parafolliculaire cellen van de schildklier scheiden calcitonine af als reactie op een stijging van het plasma-geïoniseerd calciumgehalte.

De effectororganen van het eerste homeostatische mechanisme zijn de botten, de nier en, via een hormoon dat door de nier in het bloed wordt afgegeven als reactie op hoge PTH-spiegels in het bloed, de twaalfvingerige darm en het jejunum. Parathyroïdhormoon (in hoge concentraties in het bloed) veroorzaakt botresorptie, waardoor calcium vrijkomt in het plasma. Dit is een zeer snelle actie die een dreigende hypocalciëmie binnen enkele minuten kan corrigeren. Hoge PTH-concentraties veroorzaken de uitscheiding van fosfaationen via de urine. Omdat fosfaten zich combineren met calciumionen om onoplosbare zouten te vormen (zie ook botmineraal), zorgt een verlaging van het fosfaatgehalte in het bloed ervoor dat vrije calciumionen vrijkomen in de plasma-geïoniseerde calciumplas. PTH heeft een tweede werking op de nieren. Het stimuleert de aanmaak en afgifte, door de nieren, van calcitriol in het bloed. Dit steroïde hormoon werkt in op de epitheelcellen van de bovenste dunne darm, waardoor hun vermogen om calcium uit de darminhoud in het bloed te absorberen, toeneemt. [54]

Het tweede homeostatische mechanisme, met zijn sensoren in de schildklier, geeft calcitonine vrij in het bloed wanneer het bloed geïoniseerd calcium stijgt. Dit hormoon werkt voornamelijk op botten, waardoor calcium snel uit het bloed wordt verwijderd en in onoplosbare vorm in de botten wordt afgezet. [55]

De twee homeostatische mechanismen die werken via PTH aan de ene kant en calcitonine aan de andere kant, kunnen zeer snel een dreigende fout in het plasma geïoniseerd calciumniveau corrigeren door calcium uit het bloed te verwijderen en in het skelet af te zetten, of door calcium eruit te verwijderen . Het skelet fungeert als een extreem grote calciumvoorraad (ongeveer 1 kg) in vergelijking met de plasmacalciumvoorraad (ongeveer 180 mg). Regulatie op langere termijn vindt plaats door calciumabsorptie of -verlies uit de darm.

Een ander voorbeeld zijn de best gekarakteriseerde endocannabinoïden zoals anandamide (N-arachidonoylethanolamide AEA) en 2-arachidonoylglycerol (2-AG), waarvan de synthese plaatsvindt door de werking van een reeks intracellulaire enzymen die worden geactiveerd als reactie op een stijging van de intracellulaire calciumspiegels om homeostase te introduceren en tumorontwikkeling te voorkomen door vermeende beschermende mechanismen die celgroei en migratie door activering van CB1 en/of CB2 en aangrenzende receptoren. [56]

Natriumconcentratie Bewerken

Het homeostatische mechanisme dat de plasma-natriumconcentratie regelt, is nogal complexer dan de meeste andere homeostatische mechanismen die op deze pagina worden beschreven.

De sensor bevindt zich in het juxtaglomerulaire apparaat van de nieren, dat de plasma-natriumconcentratie op een verrassend indirecte manier waarneemt. In plaats van het direct te meten in het bloed dat langs de juxtaglomerulaire cellen stroomt, reageren deze cellen op de natriumconcentratie in de niertubulaire vloeistof nadat deze al een zekere mate van modificatie heeft ondergaan in de proximale ingewikkelde tubulus en lus van Henle. [57] Deze cellen reageren ook op de snelheid van de bloedstroom door het juxtaglomerulaire apparaat, dat onder normale omstandigheden recht evenredig is met de arteriële bloeddruk, waardoor dit weefsel een aanvullende arteriële bloeddruksensor wordt.

Als reactie op een verlaging van de natriumconcentratie in het plasma of op een daling van de arteriële bloeddruk, geven de juxtaglomerulaire cellen renine af aan het bloed. [57] [58] [59] Renin is an enzyme which cleaves a decapeptide (a short protein chain, 10 amino acids long) from a plasma α-2-globulin called angiotensinogen. This decapeptide is known as angiotensin I. [57] It has no known biological activity. However, when the blood circulates through the lungs a pulmonary capillary endothelial enzyme called angiotensin-converting enzyme (ACE) cleaves a further two amino acids from angiotensin I to form an octapeptide known as angiotensin II. Angiotensin II is a hormone which acts on the adrenal cortex, causing the release into the blood of the steroid hormone, aldosterone. Angiotensin II also acts on the smooth muscle in the walls of the arterioles causing these small diameter vessels to constrict, thereby restricting the outflow of blood from the arterial tree, causing the arterial blood pressure to rise. This, therefore, reinforces the measures described above (under the heading of "Arterial blood pressure"), which defend the arterial blood pressure against changes, especially hypotension.

The angiotensin II-stimulated aldosterone released from the zona glomerulosa of the adrenal glands has an effect on particularly the epithelial cells of the distal convoluted tubules and collecting ducts of the kidneys. Here it causes the reabsorption of sodium ions from the renal tubular fluid, in exchange for potassium ions which are secreted from the blood plasma into the tubular fluid to exit the body via the urine. [57] [60] The reabsorption of sodium ions from the renal tubular fluid halts further sodium ion losses from the body, and therefore preventing the worsening of hyponatremia. The hyponatremia can only be gecorrigeerd by the consumption of salt in the diet. However, it is not certain whether a "salt hunger" can be initiated by hyponatremia, or by what mechanism this might come about.

When the plasma sodium ion concentration is higher than normal (hypernatremia), the release of renin from the juxtaglomerular apparatus is halted, ceasing the production of angiotensin II, and its consequent aldosterone-release into the blood. The kidneys respond by excreting sodium ions into the urine, thereby normalizing the plasma sodium ion concentration. The low angiotensin II levels in the blood lower the arterial blood pressure as an inevitable concomitant response.

The reabsorption of sodium ions from the tubular fluid as a result of high aldosterone levels in the blood does not, of itself, cause renal tubular water to be returned to the blood from the distal convoluted tubules or collecting ducts. This is because sodium is reabsorbed in exchange for potassium and therefore causes only a modest change in the osmotic gradient between the blood and the tubular fluid. Furthermore, the epithelium of the distal convoluted tubules and collecting ducts is impermeable to water in the absence of antidiuretic hormone (ADH) in the blood. ADH is part of the control of fluid balance. Its levels in the blood vary with the osmolality of the plasma, which is measured in the hypothalamus of the brain. Aldosterone's action on the kidney tubules prevents sodium loss to the extracellular fluid (ECF). So there is no change in the osmolality of the ECF, and therefore no change in the ADH concentration of the plasma. However, low aldosterone levels cause a loss of sodium ions from the ECF, which could potentially cause a change in extracellular osmolality and therefore of ADH levels in the blood.

Potassium concentration Edit

High potassium concentrations in the plasma cause depolarization of the zona glomerulosa cells' membranes in the outer layer of the adrenal cortex. [61] This causes the release of aldosterone into the blood.

Aldosterone acts primarily on the distal convoluted tubules and collecting ducts of the kidneys, stimulating the excretion of potassium ions into the urine. [57] It does so, however, by activating the basolateral Na + /K + pumps of the tubular epithelial cells. These sodium/potassium exchangers pump three sodium ions out of the cell, into the interstitial fluid and two potassium ions into the cell from the interstitial fluid. This creates an ionic concentration gradient which results in the reabsorption of sodium (Na + ) ions from the tubular fluid into the blood, and secreting potassium (K + ) ions from the blood into the urine (lumen of collecting duct). [62] [63]

Fluid balance Edit

The total amount of water in the body needs to be kept in balance. Fluid balance involves keeping the fluid volume stabilized, and also keeping the levels of electrolytes in the extracellular fluid stable. Fluid balance is maintained by the process of osmoregulation and by behavior. Osmotic pressure is detected by osmoreceptors in the median preoptic nucleus in the hypothalamus. Measurement of the plasma osmolality to give an indication of the water content of the body, relies on the fact that water losses from the body, (through unavoidable water loss through the skin which is not entirely waterproof and therefore always slightly moist, water vapor in the exhaled air, sweating, vomiting, normal feces and especially diarrhea) are all hypotonic, meaning that they are less salty than the body fluids (compare, for instance, the taste of saliva with that of tears. The latter has almost the same salt content as the extracellular fluid, whereas the former is hypotonic with respect to the plasma. Saliva does not taste salty, whereas tears are decidedly salty). Nearly all normal and abnormal losses of body water therefore cause the extracellular fluid to become hypertonic. Conversely, excessive fluid intake dilutes the extracellular fluid causing the hypothalamus to register hypotonic hyponatremia conditions.

When the hypothalamus detects a hypertonic extracellular environment, it causes the secretion of an antidiuretic hormone (ADH) called vasopressin which acts on the effector organ, which in this case is the kidney. The effect of vasopressin on the kidney tubules is to reabsorb water from the distal convoluted tubules and collecting ducts, thus preventing aggravation of the water loss via the urine. The hypothalamus simultaneously stimulates the nearby thirst center causing an almost irresistible (if the hypertonicity is severe enough) urge to drink water. The cessation of urine flow prevents the hypovolemia and hypertonicity from getting worse the drinking of water corrects the defect.

Hypo-osmolality results in very low plasma ADH levels. This results in the inhibition of water reabsorption from the kidney tubules, causing high volumes of very dilute urine to be excreted, thus getting rid of the excess water in the body.

Urinary water loss, when the body water homeostat is intact, is a compensatory water loss, correcting any water excess in the body. However, since the kidneys cannot generate water, the thirst reflex is the all-important second effector mechanism of the body water homeostat, correcting any water deficit in the body.

Blood pH Edit

The plasma pH can be altered by respiratory changes in the partial pressure of carbon dioxide or altered by metabolic changes in the carbonic acid to bicarbonate ion ratio. The bicarbonate buffer system regulates the ratio of carbonic acid to bicarbonate to be equal to 1:20, at which ratio the blood pH is 7.4 (as explained in the Henderson–Hasselbalch equation). A change in the plasma pH gives an acid–base imbalance. In acid–base homeostasis there are two mechanisms that can help regulate the pH. Respiratory compensation a mechanism of the respiratory center, adjusts the partial pressure of carbon dioxide by changing the rate and depth of breathing, to bring the pH back to normal. The partial pressure of carbon dioxide also determines the concentration of carbonic acid, and the bicarbonate buffer system can also come into play. Renal compensation can help the bicarbonate buffer system. The sensor for the plasma bicarbonate concentration is not known for certain. It is very probable that the renal tubular cells of the distal convoluted tubules are themselves sensitive to the pH of the plasma. [ citaat nodig ] The metabolism of these cells produces carbon dioxide, which is rapidly converted to hydrogen and bicarbonate through the action of carbonic anhydrase. [64] When the ECF pH falls (becoming more acidic) the renal tubular cells excrete hydrogen ions into the tubular fluid to leave the body via urine. Bicarbonate ions are simultaneously secreted into the blood that decreases the carbonic acid, and consequently raises the plasma pH. [64] The converse happens when the plasma pH rises above normal: bicarbonate ions are excreted into the urine, and hydrogen ions released into the plasma.

When hydrogen ions are excreted into the urine, and bicarbonate into the blood, the latter combines with the excess hydrogen ions in the plasma that stimulated the kidneys to perform this operation. The resulting reaction in the plasma is the formation of carbonic acid which is in equilibrium with the plasma partial pressure of carbon dioxide. This is tightly regulated to ensure that there is no excessive build-up of carbonic acid or bicarbonate. The overall effect is therefore that hydrogen ions are lost in the urine when the pH of the plasma falls. The concomitant rise in the plasma bicarbonate mops up the increased hydrogen ions (caused by the fall in plasma pH) and the resulting excess carbonic acid is disposed of in the lungs as carbon dioxide. This restores the normal ratio between bicarbonate and the partial pressure of carbon dioxide and therefore the plasma pH. The converse happens when a high plasma pH stimulates the kidneys to secrete hydrogen ions into the blood and to excrete bicarbonate into the urine. The hydrogen ions combine with the excess bicarbonate ions in the plasma, once again forming an excess of carbonic acid which can be exhaled, as carbon dioxide, in the lungs, keeping the plasma bicarbonate ion concentration, the partial pressure of carbon dioxide and, therefore, the plasma pH, constant.

Hersenvocht Bewerken

Cerebrospinal fluid (CSF) allows for regulation of the distribution of substances between cells of the brain, [65] and neuroendocrine factors, to which slight changes can cause problems or damage to the nervous system. For example, high glycine concentration disrupts temperature and blood pressure control, and high CSF pH causes dizziness and syncope. [66]

Neurotransmissie Bewerken

Inhibitory neurons in the central nervous system play a homeostatic role in the balance of neuronal activity between excitation and inhibition. Inhibitory neurons using GABA, make compensating changes in the neuronal networks preventing runaway levels of excitation. [67] An imbalance between excitation and inhibition is seen to be implicated in a number of neuropsychiatric disorders. [68]

Neuroendocrine system Edit

The neuroendocrine system is the mechanism by which the hypothalamus maintains homeostasis, regulating metabolism, reproduction, eating and drinking behaviour, energy utilization, osmolarity and blood pressure.

The regulation of metabolism, is carried out by hypothalamic interconnections to other glands. [69] Three endocrine glands of the hypothalamic–pituitary–gonadal axis (HPG axis) often work together and have important regulatory functions. Two other regulatory endocrine axes are the hypothalamic–pituitary–adrenal axis (HPA axis) and the hypothalamic–pituitary–thyroid axis (HPT axis).

The liver also has many regulatory functions of the metabolism. An important function is the production and control of bile acids. Too much bile acid can be toxic to cells and its synthesis can be inhibited by activation of FXR a nuclear receptor. [4]

Genregulatie Bewerken

At the cellular level, homeostasis is carried out by several mechanisms including transcriptional regulation that can alter the activity of genes in response to changes.

Energy balance Edit

The amount of energy taken in through nutrition needs to match the amount of energy used. To achieve energy homeostasis appetite is regulated by two hormones, grehlin and leptin. Grehlin stimulates hunger and the intake of food and leptin acts to signal satiety (fullness).

A 2019 review of weight-change interventions, including dieting, exercise and overeating, found that body weight homeostasis could not precisely correct for "energetic errors", the loss or gain of calories, in the short-term. [70]

Many diseases are the result of a homeostatic failure. Almost any homeostatic component can malfunction either as a result of an inherited defect, an inborn error of metabolism, or an acquired disease. Some homeostatic mechanisms have inbuilt redundancies, which ensures that life is not immediately threatened if a component malfunctions but sometimes a homeostatic malfunction can result in serious disease, which can be fatal if not treated. A well-known example of a homeostatic failure is shown in type 1 diabetes mellitus. Here blood sugar regulation is unable to function because the beta cells of the pancreatic islets are destroyed and cannot produce the necessary insulin. The blood sugar rises in a condition known as hyperglycemia.

The plasma ionized calcium homeostat can be disrupted by the constant, unchanging, over-production of parathyroid hormone by a parathyroid adenoma resulting in the typically features of hyperparathyroidism, namely high plasma ionized Ca 2+ levels and the resorption of bone, which can lead to spontaneous fractures. The abnormally high plasma ionized calcium concentrations cause conformational changes in many cell-surface proteins (especially ion channels and hormone or neurotransmitter receptors) [71] giving rise to lethargy, muscle weakness, anorexia, constipation and labile emotions. [72]

The body water homeostat can be compromised by the inability to secrete ADH in response to even the normal daily water losses via the exhaled air, the feces, and insensible sweating. On receiving a zero blood ADH signal, the kidneys produce huge unchanging volumes of very dilute urine, causing dehydration and death if not treated.

As organisms age, the efficiency of their control systems becomes reduced. The inefficiencies gradually result in an unstable internal environment that increases the risk of illness, and leads to the physical changes associated with aging. [5]

Various chronic diseases are kept under control by homeostatic compensation, which masks a problem by compensating for it (making up for it) in another way. However, the compensating mechanisms eventually wear out or are disrupted by a new complicating factor (such as the advent of a concurrent acute viral infection), which sends the body reeling through a new cascade of events. Such decompensation unmasks the underlying disease, worsening its symptoms. Common examples include decompensated heart failure, kidney failure, and liver failure.

In the Gaia hypothesis, James Lovelock [73] stated that the entire mass of living matter on Earth (or any planet with life) functions as a vast homeostatic superorganism that actively modifies its planetary environment to produce the environmental conditions necessary for its own survival. In this view, the entire planet maintains several homeostasis (the primary one being temperature homeostasis). Whether this sort of system is present on Earth is open to debate. However, some relatively simple homeostatic mechanisms are generally accepted. For example, it is sometimes claimed that when atmospheric carbon dioxide levels rise, certain plants may be able to grow better and thus act to remove more carbon dioxide from the atmosphere. However, warming has exacerbated droughts, making water the actual limiting factor on land. When sunlight is plentiful and the atmospheric temperature climbs, it has been claimed that the phytoplankton of the ocean surface waters, acting as global sunshine, and therefore heat sensors, may thrive and produce more dimethyl sulfide (DMS). The DMS molecules act as cloud condensation nuclei, which produce more clouds, and thus increase the atmospheric albedo, and this feeds back to lower the temperature of the atmosphere. However, rising sea temperature has stratified the oceans, separating warm, sunlit waters from cool, nutrient-rich waters. Thus, nutrients have become the limiting factor, and plankton levels have actually fallen over the past 50 years, not risen. As scientists discover more about Earth, vast numbers of positive and negative feedback loops are being discovered, that, together, maintain a metastable condition, sometimes within a very broad range of environmental conditions.

Predictive homeostasis is an anticipatory response to an expected challenge in the future, such as the stimulation of insulin secretion by gut hormones which enter the blood in response to a meal. [38] This insulin secretion occurs before the blood sugar level rises, lowering the blood sugar level in anticipation of a large influx into the blood of glucose resulting from the digestion of carbohydrates in the gut. [74] Such anticipatory reactions are open loop systems which are based, essentially, on "guess work", and are not self-correcting. [75] Anticipatory responses always require a closed loop negative feedback system to correct the 'over-shoots' and 'under-shoots' to which the anticipatory systems are prone.

The term has come to be used in other fields, for example:

Risk Edit

An actuary may refer to risk homeostasis, where (for example) people who have anti-lock brakes have no better safety record than those without anti-lock brakes, because the former unconsciously compensate for the safer vehicle via less-safe driving habits. Previous to the innovation of anti-lock brakes, certain maneuvers involved minor skids, evoking fear and avoidance: Now the anti-lock system moves the boundary for such feedback, and behavior patterns expand into the no-longer punitive area. It has also been suggested that ecological crises are an instance of risk homeostasis in which a particular behavior continues until proven dangerous or dramatic consequences actually occur. [76] [ zelf gepubliceerde bron? ]

Stress Edit

Sociologists and psychologists may refer to stress homeostasis, the tendency of a population or an individual to stay at a certain level of stress, often generating artificial stresses if the "natural" level of stress is not enough. [77] [ zelf gepubliceerde bron? ]

Jean-François Lyotard, a postmodern theorist, has applied this term to societal 'power centers' that he describes in The Postmodern Condition, as being 'governed by a principle of homeostasis,' for example, the scientific hierarchy, which will sometimes ignore a radical new discovery for years because it destabilizes previously accepted norms.


Concept in Action

View micrographs of musculoskeletal tissues as you review the anatomy.

Cell Types in Bones

Bone consists of four types of cells: osteoblasts, osteoclasts, osteocytes, and osteoprogenitor cells. Osteoblasts are bone cells that are responsible for bone formation. Osteoblasts synthesize and secrete the organic part and inorganic part of the extracellular matrix of bone tissue, and collagen fibers. Osteoblasts become trapped in these secretions and differentiate into less active osteocytes. Osteoclasts are large bone cells with up to 50 nuclei. They remove bone structure by releasing lysosomal enzymes and acids that dissolve the bony matrix. These minerals, released from bones into the blood, help regulate calcium concentrations in body fluids. Bone may also be resorbed for remodeling, if the applied stresses have changed. Osteocytes are mature bone cells and are the main cells in bony connective tissue these cells cannot divide. Osteocytes maintain normal bone structure by recycling the mineral salts in the bony matrix. Osteoprogenitor cells are squamous stem cells that divide to produce daughter cells that differentiate into osteoblasts. Osteoprogenitor cells are important in the repair of fractures.


Role of vasculature in bone regeneration and fracture healing

Orthopaedic surgeons have long appreciated the role of the blood supply in bone growth and healing (2,3). The trauma of a fracture or other major bone injury also damages the blood supply, resulting in local hypoxia, which may be maintained by the subsequent inflammation (34). In rabbits, for example, pO2 in the fracture hematoma is <1% (35) and in the medullary cavity following osteotomy between about 1–3% (36). The HIF-a pathway, which is activated in hypoxia, is reported to be a key mechanism for coupling bone growth to angiogenesis, via increased expression of VEGF, the major angiogenic cytokine expressed by hypoxic osteoblasts. Mice selectively overexpressing HIFa in their osteoblasts had high levels of VEGF expression and extremely dense, highly vascularised bones (37,38). These mice also produced more bone in response to tibial osteotomy and distraction osteogenesis, whereas mice lacking HIF-1a in osteoblasts had impaired VEGF-dependent angiogenesis and bone healing (39). The role of HIFs in osteogenesis may be quite complex, however. A recent report indicates that HIF-1a may also activate expression of sclerostin (the key bone-specific inhibitor of Wnt signaling) in osteoblasts, thus potentially reducing osteogenesis (40). The VEGF homologue, PIGF (placental growth factor), which acts through the VEGF receptor, also appears to play a significant role in promoting fracture healing (34). VEGF stimulates the regrowth of blood vessels into the injury site, so that oxygen and nutrient levels can begin to return to normal values.

The general pattern of bone cell activity following fracture or osteotomy is broadly consistent with the known responses of osteoblasts and osteoclasts to changes in pO2: the early hypoxic phase favours osteoclast recruitment, whilst inhibiting osteoblasts (which may survive locally in a quiescent state), whereas revascularisation will progressively favour osteoblast function (proliferation, differentiation and bone formation). Osteoblast precursors could also move into developing and fractured bones along with invading blood vessels (41). Bone microdamage, induced by fatigue loading, has also been shown to increase local vascularity and blood perfusion, probably as a repair mechanism to reconstruct a disrupted lacuno-canalicular network (42). It is worth noting that application of early or delayed functional loading has been shown to respectively inhibit or stimulate neovascular growth in a rat model of large bone defect regeneration (43). This suggests that biomechanical stimulation could modulate vascular growth and remodelling during bone repair, partially overriding the normal sequence of cellular responses described above.


Biology of MBD and the emerging role of osteocytes

Physiological bone remodeling is highly dependent on the fine-tuned interactions among the bone matrix, osteocytes, osteoclasts, osteoblasts, and immune cells. 6 MBD is characterized by significant deregulation in all these aspects the ultimate effect is increased osteoclast activity and suppressed osteoblast function, leading to bone loss. Osteocytes play a major role in these pathways through the secretion of receptor activator of NF-κB ligand (RANKL), sclerostin, Dickkopf-1 (DKK-1), and other factors that have not been well studied (Figure 1). 7-9 MM cells lead osteocytes to apoptosis to alter the bone marrow microenvironment and provide a premetastatic niche for the MM cells. 10 Indeed, MM patients have reduced number of viable osteocytes, which is associated with increased bone disease burden. 11 In contrast, proteasome inhibitors, which have a positive effect on bone formation in MM, have been shown to restore osteocyte viability by reducing autophagy and apoptosis in MM patients. 12

Schematic overview of MBD. The intercellular interactions between bone marrow stromal cells (BMSCs) and MM cells, along with the involvement of immune cells, such as Th17 cells, induce cytokine release (interleukin-1b [IL-1b], IL-3, IL-6, IL-11, and IL-17) and secretion of proosteoclastogenic factors such as tumor necrosis factor α (TNF-α), chemokine (C-C motif) ligand 3 (CCL3), stromal cell derived factor-1α (SDF-1α), and annexin 2 in the bone marrow microenvironment. These cytokines promote increased osteoclast activity and inhibit osteoblastogenesis. Adhesion molecules such as vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) on BMSCs and very late antigen-4 (VLA-4) on MM cells mediate cell-to-cell contact. Notch, expressed by MM cells, binds to Jagged, expressed by neighboring MM cells and BMSCs, and activates intracellular cascades favoring RANKL production. RANKL, expressed by both BMSCs and MM cells, binds directly to RANK on osteoclast precursors and promotes osteoclastogenesis. Syndecan-1 on MM cells binds and inactivates osteoprotogerin (OPG), the RANKL soluble decoy receptor. Osteoclasts also produce factors sustaining MM cell growth and survival, such as osteopontin. Furthermore, osteocytes and MM cells produce soluble factors that inhibit osteoblastogenesis such as DKK-1, sFRP-2, and sclerostin. Activin-A secreted by BMSCs also impedes osteoblast production. EphB4 on osteoblasts and BMSCs binds to EphrinB2 on osteoclasts and results in bidirectional signaling that ultimately induces osteoclastogenesis and impedes osteoblastogenesis. Moreover, myeloma cells and osteoclasts produce semaphorin-4D (Sema-4D) and further inhibit the osteoblasts. Osteocyte apoptosis increases RANKL and sclerostin production to increase osteoclast activity, suppress osteoblast differentiation, and increase myeloma growth through bidirectional Notch signaling. BAFF, B cell–activating factor HGF, hepatocyte growth factor. Professional illustration by Somersault18:24.

Schematic overview of MBD. The intercellular interactions between bone marrow stromal cells (BMSCs) and MM cells, along with the involvement of immune cells, such as Th17 cells, induce cytokine release (interleukin-1b [IL-1b], IL-3, IL-6, IL-11, and IL-17) and secretion of proosteoclastogenic factors such as tumor necrosis factor α (TNF-α), chemokine (C-C motif) ligand 3 (CCL3), stromal cell derived factor-1α (SDF-1α), and annexin 2 in the bone marrow microenvironment. These cytokines promote increased osteoclast activity and inhibit osteoblastogenesis. Adhesion molecules such as vascular cell adhesion molecule-1 (VCAM-1) on BMSCs and very late antigen-4 (VLA-4) on MM cells mediate cell-to-cell contact. Notch, expressed by MM cells, binds to Jagged, expressed by neighboring MM cells and BMSCs, and activates intracellular cascades favoring RANKL production. RANKL, expressed by both BMSCs and MM cells, binds directly to RANK on osteoclast precursors and promotes osteoclastogenesis. Syndecan-1 on MM cells binds and inactivates osteoprotogerin (OPG), the RANKL soluble decoy receptor. Osteoclasts also produce factors sustaining MM cell growth and survival, such as osteopontin. Furthermore, osteocytes and MM cells produce soluble factors that inhibit osteoblastogenesis such as DKK-1, sFRP-2, and sclerostin. Activin-A secreted by BMSCs also impedes osteoblast production. EphB4 on osteoblasts and BMSCs binds to EphrinB2 on osteoclasts and results in bidirectional signaling that ultimately induces osteoclastogenesis and impedes osteoblastogenesis. Moreover, myeloma cells and osteoclasts produce semaphorin-4D (Sema-4D) and further inhibit the osteoblasts. Osteocyte apoptosis increases RANKL and sclerostin production to increase osteoclast activity, suppress osteoblast differentiation, and increase myeloma growth through bidirectional Notch signaling. BAFF, B cell–activating factor HGF, hepatocyte growth factor. Professional illustration by Somersault18:24.

Increased osteoclast activity

A cardinal signaling cascade regulating osteoclast maturation and activation is the RANK/RANKL pathway. RANKL is produced mainly by osteocytes, but also by activated lymphocytes, BMSCs, and endothelial cells, and promotes osteoclast activity by binding to RANK on the membrane of osteoclastic lineage cells. OPG is secreted by osteoblasts, BMSCs, and osteocytes and antagonizes the interaction between RANKL and RANK. 13,14 MM cells degrade OPG through the membrane syndecan-1 system. 15 Therefore, the increased RANKL/OPG ratio favors bone destruction, and importantly, it affects prognosis of NDMM patients. 16

Another aberrant pathway inducing osteoclast activity is the Notch signaling pathway. Both members of the Notch family and their Jagged ligands are expressed in the membranes of MM cells, enabling homotypical and heterotypical interactions with the same or adjacent cells, respectively. The subsequently activated intracellular cascade ultimately results in the increase of RANKL production by MM cells. However, in the myeloma microenvironment, BMSCs and osteocytes remain the main sources of RANKL. 17,18 Other factors favoring osteoclastogenesis and osteoclast-mediated bone loss include chemokines such as CCL3, SDF-1α, osteopontin, interleukins, annexin 2, members of the transforming growth factor β (TGFβ) superfamily such as activin-A, and members of the TNF superfamily such as TNF-α and BAFF (Figure 1). 19-26

Suppressed osteoblast activity

The Wingless-type (Wnt) and β-catenin pathway is a principal regulator of osteoblast differentiation and bone homeostasis. 27 Osteocytes and MM cells express Wnt antagonists such as sclerostin, DKK-1, and soluble frizzled-related proteins and suppress osteoblast activity. 28,29 Sclerostin is an osteocyte product associated with abnormal bone remodeling it impedes the activation of the canonical Wnt pathway and inhibits osteoblast maturation, impairs bone mineralization, and induces osteoblast apoptosis through caspase cascade activation. 30,31 Sclerostin inhibition with monoclonal antibodies in preclinical MM models restores the deregulated bone metabolism and decreases bone fragility. 29,32 DKK-1 has a synergistic effect with sclerostin and disrupts autocrine Wnt signaling and, subsequently, suppresses osteoblast differentiation and activity. 28,33 Other regulatory factors of the Wnt pathway that are found deregulated in MM include periostin, runt-related transcription factor 2, and growth factor independence-1. 34-36 Furthermore, members of the TGFβ and TNF superfamilies along with interleukins are also implicated in favoring osteoblast suppression, whereas osteoclasts and myeloma cells further inhibit osteoblasts through semaphorin-4D (Figure 1). 37-39 Interestingly, proteasome inhibitors promote osteoblast differentiation by upregulating the intracellular β-catenin pathway independently of Wnt signaling thus, they have an anabolic effect on myelomatous bone. 40-42

Bone marrow microenvironment

In the bone marrow microenvironment, there is a constant crosstalk among the different cell subtypes. 43 Homing of MM cells is favored by their adhesion to BMSCs through the VLA-4/VCAM-1 integrin system. 44 Notch bidirectional signaling also mediates interactions among MM cells, BMSCs, and osteocytes and leads to significant alterations in the bone marrow microenvironment, promoting MM proliferation and bone destruction. 17,18 The dysregulated EphrinB2/EphB4 signaling in MM also impairs the normal interaction between osteoclasts and osteoblasts, which finally results in increased bone loss. 45 Osteoclasts potentiate the immunosuppressive microenvironment by promoting the expansion of Th17 lymphocytes and myeloid-derived suppressor cells, whereas they inhibit the cytotoxic T and NK cells against MM cells. 46,47 The upregulation of immune checkpoint molecules and T-cell metabolism regulators provides the rationale for targeted monoclonal antibodies against programmed death ligand 1 and CD38. 47,48 Interestingly, the interplay between MM cells and mature osteoblasts may provide a unique niche for MM cells to be maintained in quiescence, whereas osteoblast dysfunction or osteoclast remodeling of the endosteal niche allows their reactivation. 49-51


Why Are Ketone Bodies Formed?

When glucose levels are high in your body, it is busy storing the excess as fats, building proteins, and in general growing. Dit staat bekend als de absorptive state. When you fast, or are being starved, the glucose levels in your blood quickly decrease. This triggers the body to enter the postabsorptive state. In this state, the body starts converting fat back into fatty acids, glycogeen into glucose, and even starts breaking down amino acids for energy.

While glycogen is just a storage product of glucose and can be quickly converted back, only so much glycogen is stored in the body (mainly in the liver). Once these stores are depleted, the body must resort to the other breakdown products for energy. Luckily, most of the cells in the body can survive off of fatty acids, created from the breakdown of fat. This is not true, however, for the brain and liver. The brain and liver prefer glucose as a source of energy.

The liver, in order to keep supplying the brain with glucose, must convert amino acids, glycerol, pyruvate, and lactate into glucose. Dit proces heet gluconeogenesis, and also produces the two ketone bodies acetoacetate and beta-hydroxybutyrate. It releases these ketone bodies, along with glucose, into the bloodstream to feed the brain. By this point, the muscles and other organs have mainly switched to fatty acids for energy, conserving the glucose for the brain. Dit staat bekend als glucose sparing and is very important for animals that must undergo long periods of fasting or starvation.

The brain prefers glucose as a source of energy but will begin to switch to ketone bodies after about 4 days of starvation. This greatly increases the amount of time an organism can go without food, however it can also begin to cause negative side-effects. If food is not eaten to replenish the glucose supply, ketone bodies can begin to build up. While ketone bodies are removed by your kidneys, if they are produced at a high rate they can overwhelm the kidney.


Biology, Physiology, and Morphology of Bone


Osteoblasts are the bone-forming cells that derive from the mesenchymal stem cells of the bone marrow, which also form chondrocytes, myocytes, and adipocytes. Osteoblasts are cuboid-shaped cells that form clusters covering the bone surface. They are metabolically highly active, synthesizing the collagenous and noncollagenous bone matrix proteins, which are excreted and then deposited between the osteoblasts and the bone surface. This newly built matrix, which is not yet calcified, is termed the osteoid. The lag phase between osteoid deposition and its mineralization is approximately 10 days. Osteoblast differentiation depends on the expression of two key transcription factors, Runx2 and its target Osterix 1, which confer the differentiation of these cells into osteoblasts in response to external stimuli. 1 Prostaglandin E 2 (PGE 2 ), insulin-like growth factor (IGF)-1, parathyroid hormone (PTH), bone morphogenic proteins (BMPs), and Wingless and Int-1 (Wnt) proteins are key stimuli for osteoblast differentiation. 2, 3 Prostaglandin E2, for instance, is an important anabolic factor for bone and induces the expression of bone sialoprotein and alkaline phosphatase in mesenchymal cells. Bone morphogenic proteins (BMPs) and transforming growth factor (TGF)-β, which shares structural similarities with BMPs, foster osteoblast differentiation by activating intracellular Smad proteins. Finally, Wnt proteins, a family of highly conserved signaling molecules, are potent stimulators of osteoblast differentiation. Wnt proteins bind to surface receptors on mesenchymal cells such as Frizzled and LRP5, eliciting activation and nuclear translocation of the transcription factor β-catenin, which induces the transcription of genes involved in osteoblast differentiation. Wnts thereby act not only in close synergy with BMPs but also cross-talk to the receptor activator of nuclear factor κB ligand (RANKL)-osteoprotegerin (OPG) system, which is involved in the differentiation and function of bone-resorbing osteoclasts.

Osteoclasts are multinucleated cells containing up to 20 nuclei and are unique in their ability to resorb bone. 6, 7 They are directly attached to the bone surface and build resorption lacunae (Howship’s lacunae). Apart from their multiple nuclei, another characteristic of the osteoclast is the ruffled border, a highly folded plasma membrane facing the bone matrix and designed to secrete and resorb proteins and ions into the space between the osteoclast and bone surface (Figure 4-2). The space between this ruffled border and the bone surface is the place where bone resorption occurs. It is sealed by a ring of contractible proteins and tight junctions because it represents one of the few regions of the human body, where a highly acidic milieu is found. Bone degradation by osteoclasts comprises two major steps: first, demineralization of inorganic bone components, and second, removal of organic bone matrix. To demineralize bone, osteoclasts secrete hydrochloric acid through proton pumps into the resorption lacunae. This proton pump requires energy, which is provided by an ATPase allowing the enrichment of protons in the resorption compartment, which, in fact, represents an extracellular lysosome. In addition to protons and chloride, osteoclasts release matrix-degrading enzymes including tartrate resistant acid phosphatase (TRAP), lysosomal cathepsin K, and other cathepsins. Cathepsin K can effectively degrade collagens and other bone matrix proteins. Consequently, inhibitors of cathepsin K block osteoclast function and slow down bone resorption.


Blood acidity and bones - Biology

Alle door MDPI gepubliceerde artikelen worden direct wereldwijd beschikbaar gesteld onder een open access licentie. Er is geen speciale toestemming nodig om het door MDPI gepubliceerde artikel geheel of gedeeltelijk te hergebruiken, inclusief figuren en tabellen. Voor artikelen die zijn gepubliceerd onder een open access Creative Common CC BY-licentie, mag elk deel van het artikel zonder toestemming worden hergebruikt, op voorwaarde dat het originele artikel duidelijk wordt geciteerd.

Feature Papers vertegenwoordigen het meest geavanceerde onderzoek met een aanzienlijk potentieel voor grote impact in het veld. Feature Papers worden ingediend op individuele uitnodiging of aanbeveling door de wetenschappelijke redacteuren en ondergaan peer review voorafgaand aan publicatie.

De Feature Paper kan een origineel onderzoeksartikel zijn, een substantiële nieuwe onderzoeksstudie waarbij vaak verschillende technieken of benaderingen betrokken zijn, of een uitgebreid overzichtsdocument met beknopte en nauwkeurige updates over de laatste vooruitgang in het veld dat systematisch de meest opwindende vorderingen in de wetenschappelijke literatuur. Dit type paper geeft een blik op toekomstige onderzoeksrichtingen of mogelijke toepassingen.

Editor's Choice-artikelen zijn gebaseerd op aanbevelingen van de wetenschappelijke redacteuren van MDPI-tijdschriften van over de hele wereld. Redacteuren selecteren een klein aantal artikelen die recentelijk in het tijdschrift zijn gepubliceerd en waarvan zij denken dat ze bijzonder interessant zijn voor auteurs, of belangrijk zijn op dit gebied. Het doel is om een ​​momentopname te geven van enkele van de meest opwindende werken die in de verschillende onderzoeksgebieden van het tijdschrift zijn gepubliceerd.


Conclusie

Bone biology is a scientific field that requires an understanding of complex, interrelated areas of study. Detailed knowledge of the anatomy, histology, and physiology of bone tissue has developed dramatically in the last few decades. Our understanding of the process of osteogenesis is constantly under revision, because our knowledge of the genetic and molecular mechanisms controlling bone cell differentiation and growth continues to expand. Much of the impetus behind current bone research is in order to understand the pathogenesis and treatment of diseases such as osteoporosis. Factors such as cytokines, prostaglandins, and mechanical loading, all of which influence and control the local formation and remodeling of bone, have potential to change the way osteoporosis is treated. Future studies are needed to help uncover the mechanobiological rules that help to govern bone response to mechanical loading. 55 A better understanding of these rules will allow physical therapists to be more prescriptive with exercise and level of weight-bearing activity to capitalize on a bone’s inherent ability to remodel.

Both authors provided concept/idea/project design. Dr Downey provided writing. Dr Siegel provided project management and consultation (including review of manuscript before submission).


Bekijk de video: Zuurbase evenwicht deel 1 (Januari- 2022).