Старение клеток. Умирает ли клетка?

Часто читают:
Физические упражнения при целлюлите
Упражнения для стройности ног
Талая вода


Питание для продления жизни

Питание, здоровье и продолжительность жизни
Когда становятся стариками
В чем сущность старения
Ускорители старения
Избыточный вес
Умеренно - ограниченное питание
О калорийности питания
За счет чего надо ограничивать питание
Свойства жиров предупреждать атеросклероз
Холестерин - враг или друг?
Сливочное масло
Белки
Витамины
Противосклеротические витамины
Картофель
Минеральные соли
Оздоровители кишечника
Режим питания

 

 

Старение клеток.

Удивительное многообразие форм и проявлений жизни от одноклеточных до человека - результат длительного эволюционного развития. Однако, как ни сложен организм, структурной основой его всегда является клетка. Наряду с совершенствованиями обмена и функций организма изменяется автономность его различных клеток, уровень межклеточных взаимоотношений. Они все более и более подчиняются общим регуляторным влияниям, приспосабливающим функцию отдельных клеток к условиям деятельности всего организма. Вместе с тем все это не лишает клетку самостоятельности, как сложной биологической, саморегулирующейся системы.

Более 300 лет назад были открыты клетки. Однако ученые долго не могли понять их роль и место в сложном организме. Велика заслуга немецких ученых Шлейдена, Шванна и нашего соотечественника Горянинова, сформулировавших в середине 18 столетия клеточную теорию строения организма.

Широкое распространение совершенных методов исследования позволило глубже познать всю сложность строения клеток, их обмена и функции. В настоящее время благодаря исследованиям, проведенным с помощью мощных электронных микроскопов, дающих увеличение в сотни тысяч раз, изучено не только строение самой клетки, но и тех мельчайших структур, которые в ней находятся.

Возрастные изменения, наступающие в клетках, во многом итог тех сложных сдвигов, которые происходят на молекулярном и надмолекулярном уровнях. Однако, подобно тому как старение целостного организма нельзя рассматривать в виде простой суммы возрастных изменений отдельных клеток, старение отдельной клетки не может восприниматься как механический итог сдвигов на молекулярном уровне. Каждый этап биологической организации вносит не только количественные, но и качественные изменения в ход возрастной эволюции.

Важные данные о возрастных изменениях клеток были получены при изучении их структуры. Известно, что типичные для данной ткани клетки окружены элементами соединительной ткани и межклеточным веществом. Было установлено, что с возрастом уменьшается количество активных (паренхиматозных) клеток и увеличивается межуточная соединительная ткань, нарушается упорядоченность расположения клеток в органе. На рис. 2, изменение количества нервных клеток при старении взятом из работы советского ученого М. С. Мильмана, показаны эти взаимоотношения на примере нервных клеток и межуточных волокон передней доли мозга человека.

Изменение количества нервных клеток (а) и нейроглиальны х элементов (б) при старении.

Накопилось немало данных об уменьшении с возрастом количества нервных клеток в разных отделах центральной нервной системы, вегетативных ганглиях, в некоторых внутренних органах. И. И. Мечников пытался биологически оценить возрастные изменения межклеточных взаимоотношений. Он писал о гибели "благородных элементов" ткани и пожирании их "неблагородными" элементами соединительной ткани: "В старческой атрофии мы всегда встречаем одну и ту же картину - атрофию благородных элементов тканей и замену их гипертрофированной соединительной тканью. В мозгу нервные клетки, т. е. те, которые служат для самой высокой деятельности - умственной, чувствующей, управляющей движениями и т. д., исчезают, чтобы уступить место низшим элементам под именем невраглии - роду соединительной ткани нервных центров. В печени соединительная ткань вытесняет печеночные клетки, выполняющие существенную роль в питании организма. Такая же ткань наводняет почки; она затягивает каналы, необходимые для избавления нас от множества растворимых веществ". И. И. Мечников связывал эту межклеточную борьбу во многом с развитием самоотравления организма.

Выдающийся вклад в наши представления о роли соединительной ткани сделал А. А. Богомолец. Согласно его взглядам, элементы соединительной ткани не просто опорный скелет органа, ткани, а активный участник всех процессов жизнедеятельности. Исходя из этого он по-иному оценивал возрастные изменения соединительной ткани. А. А. Богомолец писал: "Моя точка зрения на значение активности физиологической системы соединительной ткани для долголетия организма прямо противоположна точке зрения Мечникова. Я считаю, что старение организма начинается именно с соединительной ткани" . По мнению А. А. Богомольца, изменения в соединительной ткани сказываются на питании, трофике всех клеток и ведут к развитию в них возрастных проявлений.

В последние годы появились интересные данные, подтверждающие идеи А. А. Богомольца. Оказалось, что отдельные элементы соединительной ткани (фибробласты, лимфоциты и др.) могут выполнять своеобразную роль "доноров", передавая заключенный в них запас нуклеиновых кислот, белков другим клеткам. Если это подтвердится, то можно будет предположить, что некоторые элементы соединительной ткани при старении могут играть приспособительную роль, не только нарушая, но и способствуя улучшению трофики других клеток.

Соединительная ткань во многом определяет состояние важнейших биологических барьеров в организме, а отсюда и обмен веществ между кровью и тканями, кровью и мозгом и др. Возрастные изменения сосудистых стенок, мозговых барьеров, связанные со сдвигами в соединительной ткани, имеют существенное значение в развитии старения.

Исходя из представлений о роли соединительной ткани в старении организма А. А. Богомолец предложил использовать для активного влияния на стареющий организм антиретикулярную цитотоксическую сыворотку (АЦС). Сыворотка в стимулирующих дозах усиливает активность соединительной ткани и в ряде случаев благотворно влияет на старческий организм. Это направление работ А. А. Богомольца успешно развивают сейчас его ученики - Ю. А. Спасокукоцкий, IL Д. Марчук, С. А. Король. Ю. А. Спасокукоцкий успешно использует в исследованиях сыворотку из различных тканей организма.

Уменьшение количества клеточных элементов само по себе может сказаться на деятельности органа, ткани, изолированной группы клеток. Кроме того, наряду с погибшими клеточными элементами многие клетки находятся на разных стадиях дегенерации, на этапах периода от нормального обмена и функций к их полному угасанию.

Известно, что "надежность" деятельности органов во многом связана с количественным запасом их прочности. При обычной деятельности органа часть его клеточных элементов может быть выключена из работы. Так, известны "дежурные" кровеносные капилляры, легочные альвеолы, почечные нефроны, мышечные волокна и т. д. Смена в работе различных клеточных групп предупреждает развитие хронического истощения, способствует более совершенному восстановлению функций, увеличивает резервные возможности ткани. Уменьшение количества клеточных элементов в старости увеличивает функциональную нагрузку на оставшиеся клетки, приводит к ослаблению восстановительных процессов. Благодаря уменьшению количества клеточных элементов при старении могут снижаться резервные возможности органов.

Интересно и важно, что в старости наряду с атрофированными клеточными элементами встречаются и гипертрофированные. В скелетной и сердечной мышцах рядом с истонченными, переродившимися мышечными волокнами лежат крупные, увеличенные в размере. Возникновение их можно представить себе следующим образом. Гипертрофия развивается обычно в результате длительного повышения нагрузки на тот или иной орган. Известна, например, гипертрофия сердца при различных пороках, при длительном повышении давления, гипертрофия скелетных мышц у лиц физического труда и т. д. Длительная работа приводит к накоплению метаболитов в клетке, а это ведет к усилению образования белка, к гипертрофии клетки. При старении часть клеток атрофируется, в результате чего на оставшиеся волокна скелетной или сердечной мышцы ложится повышенная нагрузка. Это приводит к накоплению продуктов обмена в клетке, стимуляции пластических процессов, к гипертрофии. Выраженность гипертрофии будет определяться, с одной стороны, длительностью и величиной повышенной нагрузки на работающие клеточные элементы, с другой - степенью возрастных изменений в биосинтезе белка. Чем резче возрастные изменения в биосинтезе белка, тем слабее возможная гипертрофия клеток работающего органа. При относительно равных величинах нагрузки в клетках старых животных усиление пластических процессов, гипертрофия менее выражены.

Итак, уменьшение количества клеточных элементов, изменение обмена в них приводят к новым условиям работы функциональных систем в старости, к повышенной нагрузке на отдельные структурные элементы. Вместе с тем, с нашей точки зрения, ошибочно связывать изменения деятельности органов, тканей в старости с простым уменьшением количества клеток. В последнее время это представление, к сожалению, получило довольно широкое распространение. Если быть ортодоксальным сторонником этого взгляда, можно прийти к абсурдному выводу о том, что между организмом в различные возрастные периоды существуют в основном количественные различия. Не проглядывает ли здесь знакомое утверждение о старении как обратном развитии, инволюции организма? Важно учитывать, что в оставшихся клеточных элементах развиваются серьезные количественные и качественные изменения обмена веществ.

В условиях опыта довольно просто удалить почку, легкое, одну из парных желез внутренней секреции, часть желудка, сердечной мышцы, кишечника и т. д. и наблюдать за оставшимся парным органом или же его частью. Аналогичные ситуации нередко встречаются в клинике, когда в связи с заболеванием у человека приходится удалять орган или его часть. В подобных случаях количество оставшихся работающих клеток данной ткани или органа резко уменьшается, порой в два-три раза. Экспериментальные и клинические данные свидетельствуют, что, несмотря на это, достаточный уровень функции органа может сохраняться длительно, порой десятками лет. Конечно, есть предел, за которым удаление массы ткани ведет уже к недостаточности функции. Однако пластичность, компенсаторные возможности организма велики, и он справляется с большими клеточными потерями.

Итак, уменьшение количества клеточных элементов в старости - только один из факторов, влияющих на функции органов, систем. Важное значение имеет изменение обмена и деятельности оставшихся работающих клеток.

Представление о роли клеточных изменений в механизме старения организма идейно связано с линией исследований Мечникова, Метальникова, Майнота, Шмальгаузена, Коудри и др., подчеркивающих связь между усложнением структуры, специализацией функции, особенностями деления клетки к ее возрастной эволюцией.

Мы уже указывали, что вместе с усложнением животных организмов нарастала специализация клеток, их дифференциация. Многие клетки потеряли способность делиться и вместе с тем лишились возможности быстро и решительно обновлять свою структуру, Ряд исследователей считают, что именно эти клетки являются "запевалами" старения организма. Кроме того, межклеточные взаимоотношения, измененные влияния регуляторных факторов, сдвиги в условиях питания клеток, накопление метаболитов, повышение чувствительности к ним может привести к снижению митотической активности клеток, способных делиться, и это в свою очередь может стать важной причиной старения организма. Таким образом разными путями различные клетки могут прийти к снижению процессов самообновления, к развитию старения.

Важным проявлением возрастных изменений самообновления клеток, их способности к делению, росту является ослабление регенерации - способности к образованию вместо удаленного или поврежденного участка нового. Регенерация по-разному выражена у организмов различной сложности. Естественно, чем меньше способность клеток к делению, тем слабее в организме, в ткани выражены процессы регенерации. Регенерация имеет огромное значение в обновлении постоянно отмирающих структур в сложном организме, в восстановлении его дефектов, при ранениях, повреждениях и т. д. Уже давно врачи убедились в том, что в старости раны у человека заживают медленнее. Это было доказано в условиях точного эксперимента на животных. У старых животных требовалось в два-три раза больше времени для заживления раны, чем у молодых. Чем моложе животное, тем выше его способность к регенерации.

В ходе старения изменяется структура клеток. В них накапливаются метаболиты, наступает жировое перерождение. Интересно с этой точки зрения накопление в старых клетках окрашенного вещества - пигмента. С возрастом резко нарастает количество его зерен. В нервных клетках старого человека их бывает так много, что их трудно сосчитать. Во многих клетках в старости исчезает типичная для них структурная организация. На рис. 3, взятом из работы Ю. К. Дупленко, микрофотографии нейронов приведены микрофотограммы нейронов верхнего шейного симпатического ганглия взрослой (1,5 года) и старой (13 лет) кошек.

Возрастные изменения нейронов и нервных волокон верхнего шейного симпатического узла а и б — микрофотография препарата ганглия взрослой кошки; е и г — старой кошки.

У старого животного нервные клетки интенсивно окрашены, отростки их утолщены, видны натеки нейроплазмы, фрагментация. В мышечной ткани в ряде волокон сглаживается поперечнополосатая исчерченность. Однако количество ядер в них может увеличиваться. С возрастом снижается количество митохондрий, рибосом. Они меняют свою форму.

Любая клетка представляет собой сложное структурное образование, состоящее из ряда органоидов. Каждый из них выполняет определенную функцию в общем балансе деятельности клетки. В механизме старения клетки важное значение имеют изменения в отдельных органоидах, изменения взаимоотношений между ними. С этих позиций интересны возрастные изменения соотношения между ядром клетки и ее цитоплазмой. Еще в 1907 г. известный английский ученый Майнот писал, что старение связано со значительным увеличением массы протоплазмы клетки по отношению к ее ядру. И действительно, на примере возрастных изменений различных клеток было показано, что с возрастом масса ядра растет медленнее, чем поперечное сечение всей клетки. Благодаря этому возникают ядерно-цитоплазматические диспропорции. Как известно, с ядром связаны процессы синтеза белка, регуляция обмена клетки. Вот почему возрастное уменьшение ядерно-протоплазматических взаимоотношений приводит к существенным изменениям важнейших сторон жизнедеятельности клетки. Советские ученые В. Н. Никитин, Ж. А. Медведев считают, что ослабление ядерного контроля над цитоплазмой, деградация ядра ведут к невозможности должного воспроизведения нуклеиновых кислот, белков, ферментов, приводят к старению клетки, к дезорганизации всего сложного внутриклеточного хозяйства.

Еще И. И. Мечников наблюдал в мышечных волокнах старых животных увеличение количества ядер. Этот же феномен показан и на клетках, взятых из других тканей. Как известно, в ядре клетки расположен основной механизм биосинтеза белка, генетический аппарат клетки, связанный с молекулами ДНК.

С возрастом увеличивается число полиплоидных клеток (полиплоидия - увеличение числа наборов хромосом в ядрах). Как в многоядерных, так и в полиплоидных клетках происходит увеличение количества молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты. Можно предполагать, что оба феномена являются выражением приспособительных реакций, направленных на поддержание определенного уровня биосинтеза белка стареющей клетки, оптимальных ядерно-цитоплазматических взаимоотношений.

С возрастом изменяется соотношение не только между отдельными органоидами клетки, но и внутри каждого из них. Многое сейчас известно о возрастных изменениях активности отдельных звеньев биохимических циклов, но мы недостаточно представляем себе сдвиги в топографии, локализации, пространственном их взаимоотношении друг с другом. Ведь для того, чтобы процесс осуществлялся, недостаточно простой смеси компонентов, необходима определенная закономерная их последовательность. Старение - это во многом пространственная реконструкция молекулярных взаимоотнощений. Уже в настоящее время имеются некоторые доказательства этого. Функция митохондрий - этого "энергетического котла" - во многом определяется дыхательными ферментами, расположенными на кристах митохондрий. При старении изменяются объем митохондрий, расстояние между ее кристами, что может изменить течение окислительных процессов. Следовательно, недостаточно определить только активность фермента. Необходимо знать, как он пригнан к нужному месту в клетке.

Обменные процессы - основная функция клеток. Однако для деятельности клетки важен не просто "вал" биохимического процесса, а его приуроченность к определенному месту. Объем митохондрий, расстояние между отдельными их структурами изменяются при различных сдвигах, происходящих в окружающей среде. Опыты доказали, что в старых митохондриях подобные изменения возникают быстрее. Это во многом снижает надежность энергетических превращений в митохондриях старых животных. Кроме того, в старости в ряде тканей снижается содержание митохондрий в одной клетке.

Основываясь на данных об изменении соотношения ядра к цитоплазме клетки в ходе роста организма, М. С. Мильман в 1926 г. развил оригинальную теорию старения. Неравномерный рост отдельных клеточных структур приводит в конце концов, по мнению ученого, к недостатку питания, голоданию клетки. Поверхность клетки растет в квадрате, а объем - в кубе. Питание клетки происходит через ее поверхность, но так как соотношение между поверхностью и объемом клетки уменьшается, то ухудшаются и условия ее питания. Следовательно, рост, по образному выражению М. С. Мильмана, "роет могилу" клетке и организму. В этом заключается внутреннее противоречие развития. В тяжелом положении с этой точки зрения находится ядро. Кроме того, к голоданию клеток приводят условия совместного существования в организме, развивающаяся в процессе роста недостаточность кровоснабжения тканей.

В выдвинутой теории, бесспорно, интересна идея связи старения со сдвигами внутриклеточных взаимоотношений. Но основное положение теории: жизнь и старение - это нарастающее голодание клеточных элементов - требует критического отношения. Во-первых, переход пищевых веществ в клетку не находится в простой зависимости от величины ее поверхности. Он во многом зависит от проницаемости клеточной мембраны - активного метаболического процесса. Следовательно, не простое изменение величины поверхности, а сдвиги в обмене веществ, в проницаемости могут повлиять на проникновение внутрь клетки различных веществ. Во-вторых, не существует достоверной корреляции между степенью кровоснабжения ткани и способностью ее к росту. Вместе с тем, нельзя не признать, что на определенном этапе развития старения может иметь значение нарушение питания, и раньше всего кислородное голодание клетки. Наиболее последовательно эту точку зрения развивает в наше время Н. Н. Сиротинин. По его мнению, существует сходство ряда признаков гипоксии (кислородного голодания) и старения организма. Так, изменения высшей нервной деятельности, работоспособности и т. д. при старении напоминают сдвиги, развивающиеся при кислородном голодании. Конечно, внешняя аналогия еще не доказательство сходства механизма наблюдаемых явлений. Описываемые изменения психики, работоспособности, кровообращения и другие явления могут возникать не только при кислородном голодании, но и при других неблагоприятных воздействиях. Ткань, орган, система организма на вредные воздействия могут отвечать только специфической реакцией. Вместе с тем кислородное голодание нередко является конечным этапом действия на организм многих неблагоприятных факторов. Кислород, потребляемый всем организмом и его отдельными клетками, обеспечивает течение окислительных процессов, служащих не только источником энергии в живых системах, но и важным путем обмена различных веществ. Вот почему кислородное голодание приводит в конечном итоге не только к энергетической недостаточности клетки, но и к блокаде белкового, жирового, углеводного обменов, к накоплению недоокисленных продуктов метаболизма.

Кислородное голодание сказывается не только на функции, но и на структуре клетки. Во-первых, потому, что при этом страдает обеспечение энергией процессов биосинтеза белка. Во-вторых, потому, что "узкие места" при гипоксии возникают в самих "строительных" работах в клетке и нарушается общий план воссоздания клеточных конструкций.

Выраженность нарушения деятельности клеток при гипоксии зависит не только от степени кислородного голодания, но и от скорости его развития. Чем стремительнее развивается недостаточное обеспечение клетки кислородом, тем более грубые изменения наступают в ее деятельности. Советские ученые Н. Н. Сиротинин, Н. В. Лауэр, 3. И. Барбашова, А. 3. Колчинская и др. подробно изучили механизмы приспособления к гипоксии, развивающиеся в разных органах и тканях. Это - учащение дыхания, рост легочной вентиляции, увеличение количества эритроцитов, гемоглобина в крови, выбрасываемой сердцем, усиление активности ряда ферментов в тканях и др.

Кислородное голодание при старении развивается медленно, постепенно. Вот почему успевают развиваться приспособительные механизмы. Однако выраженность их зависит от степени возрастных изменений соответствующих систем организма.

Каков же механизм гипоксии, развивающейся при старении организма? Развитие сложных механизмов кислородного голодания при старении связано с различными причинами. Одна из важнейших причин - изменения обмена веществ в клетках, сдвиги в системах внутриклеточного переноса и утилизации кислорода - тканевая гипоксия. Кусочек ткани, взятой в организме старого животного, поглощает меньше кислорода, чем "молодая" ткань.

Более того, обменные процессы в клетках старых животных "настроены" на более низкое кислородное обеспечение. На рис. 4 приведены результаты опытов, проведенных совместно с Л. Н. Богацкой.

интенсивность поглощения кислорода

Ткань, взятую из сердца старых, взрослых и молодых крыс, помещали в среду с различными содержаниями кислорода.

Влияние величины парциального давления кислорода на интенсивность тканевого дыхания сердца белых крыс разного возраста а — газовая смесь с 93— 95% О2; 6 — 21% О2; в —2 — 3% О2

Как видно из рисунка, у молодых животных существует определенный параллелизм между содержанием кислорода в среде и интенсивностью его поглощения тканью. У старых крыс такой четкой зависимости нет. При резком возрастании содержания кислорода в среде наступает незначительное увеличение интенсивности тканевого дыхания. Следовательно, недостаточное кислородное обеспечение тканей в старости во многом ограничивает возможности использования кислорода клеточными системами, так как в условиях оптимального поступления кислорода клетки старого животного не могут использовать его в той же мере, что и клетки молодых животных. Вот почему, кстати, так называемая кислородная терапия может оказаться часто неэффективной. Однако это не единственная причина развития кислородного голодания в старости. С возрастом снижается надежность систем обеспечения огранизма кислородом - легкие - кровообращение. Роль относительной недостаточности этих систем в развитии кислородного голодания в стареющем организме особенно отчетливо проявляется при предъявлении организму повышенных требований. Так, при напряженной мышечной работе, подъемах на высоту, ряде заболеваний ограничивающими звеньями становятся системы обеспечения организма кислородом.

Кислородное голодание (гипоксия) - категория относительная. Развитие его определяется несоответствием соотношения между потребностью тканей в кислороде и возможностью его обеспечения. В старости это несоответствие возникает легче, ибо уже в состоянии покоя может сказываться относительная недостаточность кислородного обеспечения клеток. При напряженной деятельности организма несоответствие развивается легко и возникает кислородное голодание клеток.

В условиях напряженной мышечной деятельности у пожилых людей возникает "кислородный долг" организма, исходный уровень окислительных процессов медленнее достигается после выполненной работы. Меньшая надежность кислородного режима организма в старости выявляется и в опытах с подъемом животных в барокамере. Старые животные оказываются менее выносливыми в высотных условиях.

Гипоксия неодинаково выражена у различных людей. Системой тренировок, активным двигательным режимом можно существенно повлиять на развитие гипоксии с возрастом. Увеличение легочной вентиляции, работы сердца, нормализация проницаемости сосудов, рост активности ферментных систем отодвигают развитие кислородного голодания.

Изменение в кровоснабжении, проницаемости сосудов, активности ферментных систем может приводить не только к кислородной, но и к общетрофической недостаточности клеток. Речь идет о недостаточном резерве продуктов для обмена, его сырья, субстратов окисления в стареющей клетке.

Был поставлен следующий опыт. В ткани сердца животных разного возраста определяли интенсивность поглощения кислорода. Затем к ткани добавляли субстраты окисления - молочную, янтарную, альфа-кетоглютаровую кислоты. У старых животных это приводило к значительному увеличению потребления кислорода: при добавлении молочной кислоты - на 154%, янтарной -на 310%, а-кетоглютаровой - на 295%. Следовательно, недостаток "сырья" до некоторой степени ограничивает интенсивность окислительных процессов в старости. Все же общий уровень потребления кислорода при добавлении субстратов окисления у старых животных ниже, чем у взрослых. Однако эта трофическая недостаточность клетки не первопричина старения, а, скорее, следствие изменений на молекулярном уровне. Возникнув, подобно кислородному голоданию, недостаток сырья замыкает порочный круг, усугубляет изменения обмена и функций организма.

Процессы, происходящие в клетке, связаны с электрическими явлениями. Мембрана живой клетки поляризована. Между ее наружным и внутренним слоями существует раз- 60 ность потенциалов - мембранный потенциал. Это сигнальный аппарат клетки, вызывающий все последующие изменения при ее возбуждении.

Современная электрофизиология позволяет ввести в клетку микроэлектрод, кончик которого имеет величину в один микрон. В момент прокола клеточной мембраны и регистрируется величина ее потенциала. Опыты показали, что мембранный потенциал мышечных волокон крысенка после рождения увеличивается изо дня в день и к 20-му дню достигает величины, свойственной взрослым животным-75-80 мв (милливольт). На этом уровне мембранный потенциал поддерживается у крысы до старческого возраста и только в глубокой старости (в возрасте 30-36 месяцев) падает до 70-74 мв.

В совместной работе с О. А. Мартыненко и В. В. Фролькису удалось установить, что одна и та же величина мембранного потенциала в различные возрастные периоды поддерживается за счет неодинакового соотношения отдельных звеньев этой сложной регулируемой системы. Ослабление нервных связей, изменение рецептивных свойств клетки - важные факторы в поддержании величины мембранного потенциала у старых животных.

В старости снижается возбудимость клеточных образований, определяемая по их электрической стимуляции. Чтобы вызвать сокращение мышцы у старых животных, приходится раздражать двигательный нерв большей силой тока. Чтобы вызвать изменение электрической активности клеток многих центральных нервных структур, необходимо воздействовать током большей величины. После возбуждения способность клетки реагировать на раздражения претерпевает сложные изменения. Сначала наступает абсолютная рефрактерная фаза - клетка невозбудима, ответная реакция не возникает при любой силе раздражения. Затем относительная рефрактерная фаза - возбудимость клетки снижена. И наконец, экзальтационная фаза - фаза повышенной возбудимости. Физиолог С. И. Фудель-Осипова показала, что у старых животных удлиняются абсолютная и относительная рефрактерные фазы (период сниженной возбудимости клеток). С этим связано и уменьшение подвижности, лабильности клетки в старости.

Обычно информация, передающаяся от клетки к клетке, имеет ритмичный характер. Лабильность определяется способностью клетки к воспроизведению числа возбуждений в единицу времени. Снижение лабильности клетки в старости - важнейшая биологическая особенность этого возрастного периода. В старости сокращается возможный диапазон восприятия и передачи информации, высокие ритмы перестают воспроизводиться. Понятие лабильности было предложено корифеем отечественной физиологии Н. Е. Введенским. Он же показал зависимость соотношения реакции клеток от падающей на них частоты возбуждений. По мере учащения ритма раздражения реакция живой системы возрастает - возникает оптимум. Однако, когда частота раздражения становится выше лабильности клеток, реакция живой системы ослабевает, развивается состояние пессимального торможения.

Снижение лабильности клеток в старости приводит к тому, что пессимум развивается в этом возрасте при меньших частотах раздражения. Нервно-мышечный аппарат, вегетативные ганглии, спинно-мозговые двигательные центры, гемодинамический центр - структуры, имеющие различные функции. Вместе с тем, как это было нами установлено, в старости для них отмечается общая закономерность - падает лабильность, легче возникает песси-мальное торможение. Так, если в нервно-мышечном аппарате взрослых крыс пессимум развивается при частотах раздражения 120-150 в 1 сек., то у старых - при 80-100 в 1 сек. Если у взрослых животных пессимальные реакции сердечно-сосудистой системы не наблюдаются при раздражении аортального нерва даже частотами 400-500 в 1 сек., то у старых кроликов этот эффект возникает при частотах 150-200 в 1 сек.

Лабильность симпатических ганглиев у молодых кошек-300-400 стимулов в 1 сек., у старых-150--200; лабильность ганглиев блуждающего нерва в сердце молодых кошек-200-250 стимулов в 1 сек., у старых-100- 150. Клетки, клеточные контакты - синапсы - имеют большой частотный запас. Обычно их лабильность выше естественных ритмов возбуждения. Это обеспечивает надежность систем передачи информации. Однако снижение лабильности с возрастом может ограничивать контакты клеток в определенных жизненных ситуациях. Снижение лабильности - важный механизм сокращения приспособительных возможностей организма в старости.

Передача информации в органе осуществляется не за счет величины импульсов возбуждений, а за счет их количества, частоты, смены ритмов. Вот почему снижение лабильности клеток в старости может сказаться на основных механизмах передачи информации в организме, перевести общение клеток друг с другом на новый уровень восприятия. Механизм изменения лабильности клеток в старости сложен. Однако в общем плане его можно охарактеризовать ослаблением восстановительных процессов. Восстановление структуры, метаболизма, функции клетки - качественно различные процессы. Однако при старении существует общая тенденция в изменении их течения, связанная с фундаментальными свойствами живой материи.

Описываемые изменения возбудимости, лабильности электрических потенциалов неравномерно развиваются в различных клеточных образованиях. Отсюда - возникновение новых соотношений, новой интеграции, нового качества при старении в организме.

В настоящее время общепризнана медиаторная теория передачи информации в подавляющем большинстве синапсов (контактов) на периферии и в центральной нервной системе. Выделяющийся в нервных окончаниях медиатор (например, ацетилхолин в холинэргических синапсах) реагирует с холинорецептивным белком иннервируемой клетки, изменяет его конфигурацию, вызывает ионный сдвиг и последующее изменение электрического потенциала клетки. Все это приводит к возбуждению клетки. Специальный фермент холинэстераза расщепляет ацетилхолин и прекращает его действие на клетку. Итак, ацетилхолин, холинорецептор, холинэстераза - вот важнейшие действующие лица принимающие участие в механизме синаптической передачи.

Были изучены возрастные изменения в холинэргических синапсах скелетной мышцы, сердца, симпатических ганглиев. Установлено, что у старых животных интенсивность синтеза ацетилхолина в нервных окончаниях снижается. Падение синтеза медиатора во многом определяется снижением активности важнейшего фермента этого процесса - холинацетилазы. Если принять активность холинацетилазы сердца взрослых крыс за 100%, то у старых животных она равна 68%.

В специальных опытах определяли содержание ацетилхолина в крови, поступающей от сердца животных разного возраста до и во время раздражения блуждающего нерва. Оказалось, что при одинаковых условиях раздражения у старых животных в крови обнаруживаются меньшие количества медиатора. При старении наступают и структурные изменения в нервных окончаниях, вплоть до их необратимого разрушения. Итак, снижение синтеза медиатора, падение его содержания, деструкция нервных окончании приводят к тому, что в старости ослабляются нервные хо-линэргические влияния на клетки.

Вместе с тем в старости, как это будет показано дальше, падает активность фермента, расщепляющего ацетилхолинэстеразу, и растет чувствительность холинорецептора. Ослабление процессов распада медиатора приводит к тому, что реакцию клетки могут вызвать меньшие его количества. Этому способствует и изменение состояния холинорецептора. Таким образом, в старости падает интенсивность синтеза медиатора, но растет чувствительность тканей к его действию. Все это способствует удержанию определенного уровня холинэргической нервной регуляции.

Во многих синапсах передача информации от клетки к клетке связана с другими медиаторами - норадреналином, серотонином. Норадреналин играет решающую роль во влияниях симпатической нервной системы на ткани, в ряде клеточных контактов в центральной нервной системе. Выделившийся в нервных окончаниях норадреналин может различными путями выводиться из сферы своего действия. Он может подвергаться разрушению, связываться с белком, вновь захватываться нервными окончаниями. Н. С. Верхратский установил, что пути превращения катехоламинов изменяются неравномерно. В старости растет активность фермента моноаминоксидазы, участвующей в окислении норадреналина. Следовательно, этот путь распада норадреналина с возрастом усиливается. Вместе с тем связывание медиатора с белками ослаблено. Одновременно растет чувствительность адренорецепторов клеток к действию адреналина и норадреналииа. Клетки старых животных начинают реагировать на меньшие количества медиатора. Моноаминоксидаза расщепляет и серотонин. Увеличение ее активности приводит к усиленному распаду серотонина в старости, хотя условия его синтеза мало изменяются.

Таким образом, при старении наступают неодинаковые, а порой разнонаправленные сдвиги в разных звеньях обмена одного и того же медиатора, неодинаковый характер обмена различных медиаторов. Это во многом определяет механизм количественных и качественных изменений реакций различных клеток и тканей при старении организма.

Предыдущая       Следующая

загрузка...

 Серия статей о природе старения:

Старение и старость.

Эволюция и старение. В тексте статьи есть интересная информация - какова продолжительность жизни в зависимости от региона проживания на территории СНГ

Биологическая организация и старение.

Старение клеток.

Биосинтез белка и механизмы старения.

Старение и энергетические процессы в организме.

Возрастные изменения деятельности различных систем организма.

Работоспособность и возраст.

Процессы регуляции и старение организма. Саморегулирующиеся системы организма.

Процессы регуляции и старение рганизма - продолжение.

Процессы регуляции при старении организма - окончание.

Приспособительные механизмы организма при старении - сохранение постоянства внутренней среды.

загрузка...