WikiDer > Выбор рентабельности развертывания в физиологии

Deployment cost–benefit selection in physiology

Выбор рентабельности развертывания в физиологии касается затрат и выгод физиологический процесс которые могут быть развернуты и выбраны в зависимости от того, увеличивают ли они выживаемость животного и биологическая пригодность. Изменяемые физиологические процессы в основном относятся к процессам, которые защищают или устраняют инфекции, поскольку они не являются обязательными, а также имеют высокие затраты и преимущества, связанные с обстоятельствами. Они включают иммунная система ответы, высокая температура, антиоксиданты и плазменный уровень утюг. Примечательными определяющими факторами являются история жизни этап и доступность ресурсов.

Иммунитет

Активация иммунной системы имеет настоящую и будущую пользу в виде избавления от инфекций, но также требует больших затрат.[1] что касается нынешнего высокого потребления метаболической энергии,[2] и в риске привести к будущему нарушение, связанное с иммунитетом. Следовательно, существует адаптивное преимущество, если животное может контролировать свое развертывание в отношении актуарий-подобные оценки будущих выгод и затрат относительно его биологической пригодности.[3][4] Во многих случаях такие расчеты компромисса объясняют, почему иммунные ответы подавлен и инфекции терпимы.[5][6] Обстоятельства, при которых иммунитет не активируется из-за отсутствия актуарной выгоды, включают:

Высокая температура

Актуарные вопросы о соотношении затрат и выгод относятся к антибактериальным и противовирусным эффектам лихорадки (повышение температуры тела). У лихорадки есть будущее преимущество в избавлении от инфекций, поскольку она уменьшает размножение бактерий.[13] и вирусы.[14] Но он также имеет отличные метаболические (BMR) стоимость, и риск гиперпирексия. Где это достигается внутриПовышение температуры крови на каждый градус увеличивает BMR на 10–15%.[15][16] 90% от общей стоимости боевых действий пневмония, идет, например, на энергию, направленную на повышение температуры тела.[2] В течение сепсисв результате лихорадка может повысить BMR на 55% и вызвать потерю массы тела на 15–30%.[17][18] Обстоятельства, при которых развертывание лихорадки не выбрано или снижено, включают:

  • Лица пожилого возраста - бремя терпимости к инфекции будет существовать в течение короткого времени, что снижает актуарные будущие выгоды от устранения инфекции по сравнению с затратами на ее удаление. Это изменение способствует уменьшению или отсутствию лихорадки.[19][20]
  • Когда внутренние ресурсы ограничены (например, зимой), и способность позволить себе большие расходы на повышение метаболизма снижается. Это увеличивает риски активации лихорадки по сравнению с ее потенциальной пользой, и животные с меньшей вероятностью будут использовать лихорадку для борьбы с инфекциями.[12]
  • Поздняя беременность[21]

Антиоксиданты

Антиоксиданты такие как каротиноиды, витамин C, Витамин Еи ферменты, такие как супероксиддисмутаза (SOD) и глутатионпероксидаза (GPx) может защитить от активные формы кислорода это повреждать ДНК, белки и липиды, и в результате клеточное старение и смерть. Создание или получение этих антиоксидантов требует определенных затрат. Это создает конфликт между преимуществами биологической пригодности для будущего выживания по сравнению с использованием этих антиоксидантов для достижения нынешнего репродуктивного успеха. По этой причине у некоторых птиц антиоксиданты отвлекаются от поддержания организма на воспроизводство, что приводит к ускоренному старению.[22] В связи с этим птицы могут продемонстрировать свою биологическую способность оплачивать затраты на отведение антиоксидантов (таких как каротиноиды) в виде пигментов в оперение как дорогостоящий сигнал.[23][24]

Гипоферремия

Утюг жизненно важен для биологических процессов, а не только для хозяин, но и бактерии заражение хозяина. У хозяев может существовать преимущество биологической приспособленности, заключающееся в уменьшении доступности железа внутри себя для таких бактерий (гипоферремия), даже если это происходит за счет того, что хозяин ухудшает себя с помощью анемия.[25][26] Потенциальные выгоды от такого самоуничижения иллюстрируются парадоксальным эффектом: добавки железа для людей с дефицитом железа (который мешает его антибактериальному действию) может привести к излечению человека от анемии, но к увеличению бактериального заболевания.[27]

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Lochmiller, R.L .; Деренберг, К. (2000). «Компромиссы в эволюционной иммунологии: какова цена иммунитета?». Ойкос. 88: 87–98. Дои:10.1034 / j.1600-0706.2000.880110.x.
  2. ^ а б Романюха, А. А .; Руднев, С.Г .; Сидоров, И. А. (2006). «Энергетическая стоимость бремени инфекции: подход к пониманию динамики взаимодействия хозяина и патогена». Журнал теоретической биологии. 241 (1): 1–13. Дои:10.1016 / j.jtbi.2005.11.004. PMID 16378624.
  3. ^ Читать, А. Ф .; Аллен, Дж. Э. (2000). «Эволюция и иммунология. Экономика иммунитета». Наука. 290 (5494): 1104–1105. Дои:10.1126 / наука.290.5494.1104. PMID 11185007. S2CID 32071383.
  4. ^ Ван Бовен, М .; Вайссинг, Ф. Дж. (2004). «Эволюционная экономика иммунитета» (PDF). Американский натуралист. 163 (2): 277–294. Дои:10.1086/381407. PMID 14970928. S2CID 28810814.
  5. ^ Hanssen, S.A .; Hasselquist, D .; Folstad, I .; Эрикстад, К. Э. (2004). «Издержки иммунитета: иммунная реакция снижает выживаемость позвоночных». Труды Королевского общества B: биологические науки. 271 (1542): 925–930. Дои:10.1098 / rspb.2004.2678. ЧВК 1691677. PMID 15255047.
  6. ^ Moret, Y .; Шмид-Хемпель, П. (2000). «Выживание ради иммунитета: цена активации иммунной системы для шмелей». Наука. 290 (5494): 1166–1168. Bibcode:2000Sci ... 290.1166M. Дои:10.1126 / наука.290.5494.1166. PMID 11073456.
  7. ^ Лохмиллер, Р., Вестей, М. Борен, Дж. (1993). «Взаимосвязь между статусом питания белков и иммунокомпетентностью у цыплят северного Бобуайта». Аук. 110 (3): 503–510. Дои:10.2307/4088414. JSTOR 4088414.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  8. ^ Бурэ, П. (2003). «Иммунитет и иммунизация у пожилых людей». Патология-биология. 51 (10): 581–585. Дои:10.1016 / j.patbio.2003.09.004. PMID 14622949.
  9. ^ Prendergast, B.J .; Freeman, D. A .; Zucker, I .; Нельсон, Р. Дж. (2002). «Периодическое пробуждение от гибернации необходимо для инициирования иммунных реакций у сусликов». Американский журнал физиологии. Регуляторная, интегративная и сравнительная физиология. 282 (4): R1054 – R1062. Дои:10.1152 / ajpregu.00562.2001. PMID 11893609.
  10. ^ Lindstrom, K. M .; Foufopoulos, J .; Parn, H .; Викельски, М. (2004). «Иммунологические инвестиции отражают изобилие паразитов в островных популяциях зябликов Дарвина». Труды Королевского общества B: биологические науки. 271 (1547): 1513–1519. Дои:10.1098 / rspb.2004.2752. ЧВК 1691748. PMID 15306324.
  11. ^ Nunn, C.L .; Gittleman, J. L .; Антоновичс, Дж. (2000). «Беспорядочные половые связи и иммунная система приматов». Наука. 290 (5494): 1168–1170. Bibcode:2000Sci ... 290.1168N. Дои:10.1126 / наука.290.5494.1168. PMID 11073457.
  12. ^ а б Bilbo, S.D .; Drazen, D. L .; Quan, N .; Он, Л .; Нельсон, Р. Дж. (2002). «Короткий световой день ослабляет симптомы инфекции у сибирских хомяков». Труды Королевского общества B: биологические науки. 269 (1490): 447–454. Дои:10.1098 / rspb.2001.1915. ЧВК 1690914. PMID 11886635.
  13. ^ Bennett Jr, I. L .; Никастри, А. (1960). «Лихорадка как механизм сопротивления». Бактериологические обзоры. 24 (1): 16–34. Дои:10.1128 / MMBR.24.1.16-34.1960. ЧВК 441034. PMID 13798941.
  14. ^ Herman, P.P .; Ятвин, М. Б. (1994). «Влияние тепла на производство вирусного белка и почкование в культивируемых клетках млекопитающих». Международный журнал гипертермии. 10 (5): 627–641. Дои:10.3109/02656739409022443. PMID 7806920.
  15. ^ Родригес, Д. Дж .; Sandoval, W .; Клевенджер, Ф. В. (1995). «Связаны ли измеренные затраты энергии с оценкой тяжести травм у пациентов с серьезными травмами?». Журнал хирургических исследований. 59 (4): 455–459. Дои:10.1006 / jsre.1995.1191. PMID 7564317.
  16. ^ Roe, C.F .; Кинни, Дж. М. (1965). «Калорийный эквивалент лихорадки. II. Влияние серьезной травмы». Анналы хирургии. 161 (1): 140–147. Дои:10.1097/00000658-196501000-00022. ЧВК 1408758. PMID 14252624.
  17. ^ Kreymann, G .; Grosser, S .; Buggisch, P .; Gottschall, C .; Matthaei, S .; Гретен, Х. (1993). «Потребление кислорода и скорость метаболизма в покое при сепсисе, сепсис-синдроме и септическом шоке». Реанимационная медицина. 21 (7): 1012–1019. Дои:10.1097/00003246-199307000-00015. PMID 8319458. S2CID 30831811.
  18. ^ Лонг, К. Л. (1977). «Энергетический баланс и углеводный обмен при инфекциях и сепсисе». Американский журнал клинического питания. 30 (8): 1301–1310. Дои:10.1093 / ajcn / 30.8.1301. PMID 888781.
  19. ^ Roghmann, M. C .; Warner, J .; MacKowiak, П. А. (2001). «Взаимосвязь между возрастом и величиной лихорадки». Американский журнал медицинских наук. 322 (2): 68–70. Дои:10.1097/00000441-200108000-00003. PMID 11523629. S2CID 35417850.
  20. ^ Tocco-Bradley, R .; Kluger, M. J .; Кауфман, К. А. (1985). «Влияние возраста на лихорадку и острофазовый ответ крыс на эндотоксин и Salmonella typhimurium». Инфекция и иммунитет. 47 (1): 106–111. Дои:10.1128 / IAI.47.1.106-111.1985. ЧВК 261483. PMID 3880718.
  21. ^ Mouihate, A .; Harré, E. -M .; Martin, S .; Питтман, К. Дж. (2008). «Подавление лихорадочной реакции на поздних сроках беременности: доказательства, механизмы и результаты». Журнал нейроэндокринологии. 20 (4): 508–514. Дои:10.1111 / j.1365-2826.2008.01666.x. ЧВК 3547979. PMID 18266941.
  22. ^ Wiersma, P .; Selman, C .; Speakman, J. R .; Ферхульст, С. (2004). «Птицы жертвуют окислительной защитой ради воспроизводства». Труды Королевского общества B: биологические науки. 271 (Приложение 5): S360 – S363. Дои:10.1098 / rsbl.2004.0171. ЧВК 1810045. PMID 15504018.
  23. ^ Blount, J.D .; Metcalfe, N.B .; Birkhead, T. R .; Сурай, П. Ф. (2003). «Каротиноидная модуляция иммунной функции и сексуальной привлекательности у зябликов». Наука. 300 (5616): 125–127. Bibcode:2003Sci ... 300..125B. Дои:10.1126 / science.1082142. PMID 12677066. S2CID 34242362.
  24. ^ Лозано, Г. (1994). «Каротиноиды, паразиты и половой отбор». Ойкос. 70 (2): 309–311. Дои:10.2307/3545643. JSTOR 3545643.
  25. ^ Kluger, M. J .; Ротенбург, Б.А. (1979). «Лихорадка и восстановленное железо: их взаимодействие в качестве защитного ответа хозяина на бактериальную инфекцию». Наука. 203 (4378): 374–376. Bibcode:1979Наука ... 203..374K. Дои:10.1126 / science.760197. PMID 760197.
  26. ^ Вайнберг, Э. Д. (1984). «Удержание железа: защита от инфекции и новообразований». Физиологические обзоры. 64 (1): 65–102. Дои:10.1152 / Physrev.1984.64.1.65. PMID 6420813.
  27. ^ Мюррей, М. Дж .; Мюррей, А. Б .; Мюррей, М. Б.; Мюррей, К. Дж. (1978). «Неблагоприятное влияние восполнения запасов железа на течение некоторых инфекций». Британский медицинский журнал. 2 (6145): 1113–1115. Дои:10.1136 / bmj.2.6145.1113. ЧВК 1608230. PMID 361162.