Autoregulacja
Autoregulacja jest procesem zachodzącym w wielu systemach biologicznych, wynikającym z wewnętrznego mechanizmu adaptacyjnego, który działa w celu dostosowania (lub złagodzenia) odpowiedzi tego systemu na bodźce. Podczas gdy większość systemów ciała wykazuje pewien stopień autoregulacji, najbardziej wyraźnie obserwuje się to w nerkach , sercu i mózgu . Perfuzja tych narządów jest niezbędna do życia, a dzięki autoregulacji organizm może skierować krew (a tym samym tlen ) tam, gdzie jest najbardziej potrzebna.
Autoregulacja mózgowa
Bardziej niż większość innych narządów mózg jest bardzo wrażliwy na zwiększony lub zmniejszony przepływ krwi, a kilka mechanizmów (metaboliczny, miogenny i neurogenny) jest zaangażowanych w utrzymanie odpowiedniego mózgowego ciśnienia krwi. Autoregulacja przepływu krwi w mózgu jest zniesiona w kilku stanach chorobowych, takich jak urazowe uszkodzenie mózgu , udar mózgu , guzy mózgu lub utrzymujące się nienormalnie wysokie poziomy CO2 .
Homeometria i autoregulacja heterometryczna serca
Autoregulacja homeometryczna , w kontekście układu krążenia , to zdolność serca do zwiększania kurczliwości i przywracania objętości wyrzutowej , gdy wzrasta obciążenie następcze . Autoregulacja homeometryczna zachodzi niezależnie od długości włókien kardiomiocytów, poprzez efekty Bowditcha i/lub Anrepa.
- Dzięki efektowi Bowditcha dodatnia inotropia występuje wtórnie do zwiększonej częstości akcji serca. Dokładny mechanizm tego pozostaje nieznany, ale wydaje się, że jest to wynikiem zwiększonej ekspozycji serca na substancje kurczliwe, wynikającej ze zwiększonego przepływu spowodowanego zwiększoną częstością akcji serca.
- Poprzez efekt Anrep dodatnia inotropia występuje wtórnie do zwiększonego ciśnienia komorowego.
Jest to przeciwieństwo regulacji heterometrycznej , rządzącej się prawem Franka-Starlinga, która wynika z korzystniejszego ułożenia włókien aktynowych i miozynowych w kardiomiocytach w wyniku zmiany długości włókien .
Autoregulacja krążenia wieńcowego
Ponieważ serce jest narządem bardzo tlenowym i potrzebuje tlenu do wydajnej produkcji ATP i fosforanu kreatyny z kwasów tłuszczowych (oraz w mniejszym stopniu glukozy i bardzo małej ilości mleczanu), krążenie wieńcowe jest automatycznie regulowane, dzięki czemu serce otrzymuje odpowiednią ilość tlenu. przepływ krwi, a tym samym wystarczający dopływ tlenu. Jeśli zostanie osiągnięty wystarczający przepływ tlenu i wzrośnie opór w krążeniu wieńcowym (być może z powodu zwężenia naczyń), wówczas ciśnienie perfuzji wieńcowej (CPP) wzrośnie proporcjonalnie, aby utrzymać ten sam przepływ. W ten sposób ten sam przepływ przez krążenie wieńcowe jest utrzymywany w całym zakresie ciśnień. Ta część regulacji krążenia wieńcowego jest znana jako autoregulacja i występuje na poziomie plateau, odzwierciedlającym stały przepływ krwi przy różnych CPP i oporze. Nachylenie wykresu CBF (przepływ wieńcowy krwi) względem CPP daje 1/Opór. Autoregulacja utrzymuje prawidłowy przepływ krwi w zakresie ciśnień 70–110 mm Hg. Przepływ krwi jest niezależny od bp. Jednak autoregulacja przepływu krwi w sercu nie jest tak dobrze rozwinięta jak w mózgu.
Autoregulacja nerek
Regulacja nerkowego przepływu krwi jest ważna dla utrzymania stabilnego współczynnika przesączania kłębuszkowego (GFR) pomimo zmian ciśnienia systemowego (w granicach około 80-180 mmHg). W mechanizmie zwanym sprzężeniem zwrotnym kanalikowo-kłębuszkowym nerka zmienia swój własny przepływ krwi w odpowiedzi na zmiany stężenia sodu. Stężenie chlorku sodu w przesączu moczu jest wykrywane przez gęstej na końcu kończyny wstępującej . Kiedy poziom sodu jest umiarkowanie zwiększony, plamka gęsta uwalnia ATP i zmniejsza uwalnianie prostaglandyny E2 do komórki przykłębuszkowe w pobliżu. Komórki przykłębuszkowe w tętniczce doprowadzającej zwężają się, a komórki przykłębuszkowe zarówno w tętniczce doprowadzającej, jak i odprowadzającej zmniejszają wydzielanie reniny. Działania te mają na celu obniżenie GFR. Dalszy wzrost stężenia sodu prowadzi do uwalniania tlenku azotu , substancji rozszerzającej naczynia krwionośne, zapobiegającej nadmiernemu zwężeniu naczyń. W przeciwnym przypadku komórki przykłębuszkowe są stymulowane do uwalniania większej ilości reniny, która stymuluje układ renina-angiotensyna , wytwarzając angiotensynę I, która jest przekształcana przez enzym konwertujący angio-tensynę (ACE) w angiotensynę II . Angiotensyna II powoduje wówczas preferencyjne zwężenie tętniczek odprowadzających kłębuszków nerkowych i zwiększa GFR.
Autoregulacja genów
Jest to tak zwany „układ stacjonarny”. Przykładem jest system, w którym białko P będące produktem genu G „pozytywnie reguluje swoją własną produkcję poprzez wiązanie się z elementem regulatorowym kodującego je genu”, a białko to jest zużywane lub tracone w tempie, które wzrasta w miarę wzrasta jego stężenie. Ta pętla sprzężenia zwrotnego tworzy dwa możliwe stany „włączony” i „wyłączony”. Jeśli czynnik zewnętrzny powoduje wzrost stężenia P do pewnego poziomu progowego, to produkcja białka P jest „włączona”, tzn. P będzie utrzymywać swoje własne stężenie na pewnym poziomie, dopóki jakiś inny bodziec nie obniży go poniżej poziomu progowego, gdy stężenie P będzie niewystarczające, aby gen G eksprymował z szybkością, która przezwyciężyłaby utratę lub wykorzystanie białka P. Ten stan („włączony” lub „wyłączony”) jest dziedziczony po podziale komórki, ponieważ stężenie białka a zwykle pozostaje taka sama po mitozie. Jednak stan ten może być łatwo zakłócony przez czynniki zewnętrzne.
Podobnie zjawisko to nie ogranicza się tylko do genów, ale może dotyczyć także innych jednostek genetycznych, w tym transkryptów mRNA. Segmenty regulatorowe mRNA zwane przełącznikiem rybosomowym mogą automatycznie regulować jego transkrypcję poprzez sekwestrację elementów regulatorowych cis (szczególnie sekwencji Shine-Dalgarno ) znajdujących się na tym samym transkrypcie co przełącznik rybosomowy. Pętla macierzysta Riboswitch ma region komplementarny do Shine-Dalgarno, ale jest sekwestrowany przez komplementarne parowanie zasad w pętli. Przy wystarczającej ilości ligandu ligand może wiązać się z pętlą łodygi i zakłócać wiązania międzycząsteczkowe, w wyniku czego komplementarny segment pętli łodygi Shine-Dalgarno wiąże się z komplementarnym segmentem przełącznika rybosomu, zapobiegając wiązaniu rybosomu, hamując translację.