Изменение массы тела и функций клеток.

Физиология стареющего организма

Старение.

Старение — физиологический процесс, сопровождающийся зако­номерно возникающими в организме возрастными изменениями, характер которых наследственно запрограммирован. Эти изменения распространяются и на физиологические механизмы регуляции го-меостаза, ограничивая адаптационно-компенсаторные реакции орга­низма. В результате, снижается способность организма поддерживать гомеостаз, снижается устойчивость к стрессу и, наконец, нараста­ющая возрастная дестабилизация жизненных функций заканчивается смертью.

Для процессов старения характерна гетерокинетичность, т.е. раз­ная скорость развития возрастных изменений в различных тканях; гетеротопность — неодинаковая выраженность процессов старения в различных тканях и органах; гетерохронность — неодинаковое во времени появление выраженных признаков старения в различных тканях, органах и системах.

Наука о старении организмов называется геронтологией, а ее раздел, изучающий особенности болезней у людей пожилого и стар­ческого возраста — гериатрией.

Принятая периодизация возраста относит мужчин от 21 года до 60 лет и женщин от 20 до 55 лент к зрелому возрасту. В нем выделяют два периода. К первому относят мужчин 21-35 лет и женщин 20-35 лет. Он характеризуется прекращением роста, опти­мальным уровнем развития всех функций организма. Второй период зрелого возраста (для мужчин 35-60 лет, для женщин — 35-55 лет) характеризуется постепенным появлением признаков старения и за­болеваний, присущих стареющему организму, повышается вероят­ность смерти от них.

К пожилому возрасту относят мужчин от 60 до 75 лет и женщин — от 55 до 75 лет. Этот период характеризуется нарастанием при­знаков старения и заболеваний, свойственных этому возрасту (ате­росклероз, гипертоническая болезнь и др.). К старческому возрасту относят мужчин и женщин после 75 лет; к долгожителям — после 90 лет.

Кроме календарного возраста выделяют биологический возраст, под которым понимают биологическое состояние человека, определя­емое совокупностью его обменных, структурных, функциональных,

218

регуляторных особенностей и адаптационных возможностей. Для оценки биологического возраста сравнивают индивидуальные вели­чины показателей функций различных тканей, органов и систем исследуемого человека со средними величинами этих показателей, характерными для населения, длительно проживающего на этой же территории. На этой основе делается заключение о том, в какой степени старение индивидуума соответствует популяционному эта­лону. Чем больше биологический возраст в процессе старения со­ответствует календарному, тем старше индивидуум. И, наоборот, чем выраженнее биологический возраст отстает от календарного, тем моложе данный индивидуум. В первом случае имеет место ускоренное, а во втором — задержанное старение. В качестве тес­тов старения для определения биологического возраста предложе­ны, например, снижение интенсивности бласттрансформации лим­фоцитов периферической крови, жизненной емкости легких, ин­теллектуальных способностей (оценивается по специальным шка­лам), аккомодации хрусталика и способности к статической балан­сировке (способности человека стоять на одной ноге с закрытыми глазами).

Известная относительность этого подхода связана с явлением ге-терокинетичности, гетеротопности и гетерохронности старения у одного и того же человека. Однако, определение биологического возраста имеет практическое значение для диспансеризации людей зрелого предпенсионного возраста, для оценки эффективности средств, замедляющих процессы старения.

Профессиональные вредности, тяжелый физический труд, стресс, частые болезни ускоряют старение. Среди лиц, подверженных ука­занным влияниям, меньшее число доживает до пожилого и старчес­кого возраста. Интенсифицируют развитие старения значительное употребление кофе и крепкого чая, повышающих уровень катехола-минов в крови. Курение табака ускоряет наступление менопаузы. Скорость обычного старения может контролироваться генетически, это видно, например, из совпадения скорости старения у однояйце­вых близнецов, примеров долгожительства родителей и детей.

На продолжительность жизни и темп старения оказывает влияние и организм матери. Так, человек, рожденный матерью в ее раннем репродуктивном периоде, живет дольше, чем рожденные ею дети в конце репродуктивной функции. У женщин влияние возраста на состояние жизненных функций, темп старения меньше выражены, чем у мужчин. В известной мере это связано с меньшим распро­странением среди женщин вредных привычек (курение, более уме­ренное потребление алкоголя по сравнению с мужчинами). Однако, и в животном мире отмечается большее долгожительство женских особей. Одно из объяснений большей продолжительности жизни у женщин заключается в том, что в соматических клетках женского организма имеется две X хромосомы (у мужчин — X и Y хромо­сомы), что повышает надежность работы генетического аппарата клеток у женщин, создает большую жизнестойкость ее организма к неблагоприятным факторам среды.

219

Максимальная и средняя продолжительность жизни человека.

Максимальная продолжительность жизни у человека достигает 100-110лет, но реально этот уровень переживают немногие.

Средняя продолжительность жизни у человека меняется в зависи­мости от многих условий. Так, в начале XX века в промышленно-развитых странах она не достигала 50 лет, а во второй половине его этот показатель превысил 70-летний рубеж. Например, в СССР в 1970 году проживало 2894 тыс. людей в возрасте старше 80 лет и 297 тыс. — долгожителей. Этот успех в развитых странах был достигнут благодаря эффективному лечению и профилактике большинства ин­фекционных заболеваний, улучшению питания населения. С середи­ны XX века шесть заболеваний являются основной причиной смерти 80-85% людей в возрасте от 40 лет и старше. Это болезни сердца, рак, кровоизлияние в мозг, пневмония, грипп и общий атеросклероз. Представляется, что в результате профилактики этих заболеваний у людей онибудут проявляться, в основном, в 60-90-летнем возрасте, что увеличит среднюю продолжительность жизни до 85 лет.

Действительно, распространение в 60-70-е годы в промышленно-развитых странах идей здорового образа жизни (см.главу 28) привело к снижению калорийности пищевого рациона, доли в нем холесте­рина и поваренной соли, увеличению двигательной активности всех возрастных групп. Это уменьшило в 70- е годы на 1/3 смертность от заболеваний сердца и мозговых инсультов.

В индустриально-развитых странах доля населения в возрасте 65 лет и старше колеблется от 8 до 16%, составляя в среднем 11%. Около трети жителей старших возрастных групп - это лица в воз­расте 75 лет и старше. При этом мужчин среди них только 32-33%, что также указывает на большую продолжительность жизни женщин пожилого возраста по сравнению с мужчинами.

К причинам, вызвавшим рост пожилого населения помимо увеличе­ния средней продолжительности жизни, относят и снижение детской смертности и высокую рождаемость в конце XIX — начале XX века.

Теории старения.Существует более 100 теорий старения, отра­зивших представления об этом процессе. Все они подразделяются на две большие группы: клеточные и системные теории старения.

Клеточные теории старения предполагают, что имеется нараста­ющая со временем деградация клеточной информации.

Теориясоматической мутации. Согласно этой тео­рии, старение — есть следствие накопления в генах соматических клеток мутаций, возникающих под влиянием повреждающих агентов (например, ионизирующая радиация). Их накопление приводит к появлению измененных (не функционирующих) белков, а в после­дующем — к ухудшению и утрате различных функций организма. Однако, расчеты показывают, что частота возникающих в клетках мутаций не столь велика, чтобы вызывать многочисленные измене­ния, составляющие картину старения.

Генетическая мутационная теория является вари­антом предыдущей и рассматривает старение как следствие ухудше-

220

ния функционирования генетического аппарата клеток из- за нару­шений репарации ДНК, поскольку отмечена тесная связь между продолжительностью жизни фибробластов и их способностью к ре­парации ДНК. Все же частота этих явлений меньше, чем можно было бы ожидать для того, чтобы они рассматривались как един­ственный или главный механизм старения.

Накопление ошибок в ходе процессов транскрипции и трансляции генетической информации ведет к образованию дефектных белков, и их накопление сопровождается многочисленными нарушениями в различных системах, в том числе — в регуляторных (теория на­копления ошибок). Однако, совокупность данных показыва­ет, что накопление ошибок не достигает той степени, которая может существенно повлиять на старение организма.

Теория свободных радикалов. Свободные радикалы — это химические вешества, которые содержат один непарный элек­трон во внешней орбите. Это делает их весьма реактивными соеди­нениями, которые могут быть продуцированы весьма скоротечно в ходе метаболизма. Такие радикалы могут "атаковать" ДНК или бел­ки, но один из главных эффектов — перекисное окисление липидов мембраны (в частности, ее ненасыщенных жирных кислот), которое воздействует на многие клеточные процессы. Предполагают, что свободные радикалы, нарушая целостность мембран лизосом, увели­чивают проницаемость мембран для нуклеаз. Последние же, выхо­дя в цитоплазму, могут повреждать геном клетки. Действитель­но, антиоксиданты, снижающие образование свободных радика­лов, увеличивают у животных среднюю продолжительность жиз­ни. Однако, их максимальная продолжительность жизни при этом не возрастает. Следовательно, усиление процессов свобод­но-радикального окисления также не является единственным механизмом старения.

Теория сшивки макромолекул исходит из свойств ве­ществ, обладающих ионизированной группой, образовывать мостики между молекулами ДНК, коллагена и другими, вызывая тем самым нарушение их структуры (например, "сшивка" коллагена приводит к появлению морщин на коже).

Вторая группа теорий старения объединяет гипотезы старения целого организма. Эта группа гипотез полностью не отрицает теории клеточного старения, но концентрирует внимание на изменениях в тканях и в целом организме.

Теория избыточного накопления. Накопление раз­личных веществ в жизненно важных тканях также является причи­ной старения. Так, во многих тканях количество кальция нарастает с возрастом. В субэндотелиальном слое больших артерий коллаген с возрастом откладывается между клетками миокарда, в коже и в легких, вызывая функциональные нарушения в этих тканях. Однако, эти осложнения кальция и коллагена могут быть больше следствием, чем причиной старения.

Теория накопления липофусцина — старческого пигмента — продукта перекисного окисления белков и жиров, свя-

221

зывает развитие старения с накоплением липофусцина в клетках наиболее аэробных тканей — сердца и головном мозге.

Теории старения иммунологические и ауто-иммунологические. Они связывают развитие процесса ста­рения с нарушением различения иммунными механизмами организ­ма "своего" и "чужого", что приводит к депрессии локусов хрома­тина, определяющих синтез антител, вызывающих повреждение тка­ней. Накопление повреждений клеточных структур происходит и в аппарате управления, в структурах центральной нервной системы, в том числе в гипоталамусе, что вызывает необратимые нарушения гомеостазиса, способности организма к адаптации, энергетическому обеспечению функций. Отсюда высказывается предположение, что в основе старения лежит активация гипоталамических структур или же гипоталамическая дезинформация, что, в любом случае, ведет к не­адекватности регуляторных влияний гипоталамуса.

Из сказанного следует, что объяснение процесса старения не может быть сведено к какому-либо одному фактору, например, нарушению молекулярных процессов, дестабилизации функций це­лого организма или его систем. Это нарастающий с возрастом про­цесс, постепенно охватывающий все функции организма.

Изменение массы тела и функций клеток.

У мужчин после 35 лет жизни имеет место увеличение на 0,2-0,8 кг жира ежегодно, примерно до 60 лет. Особенно этот процесс выражен у лиц, ведущих малоподвижный образ жизни и имеющих усиленное питание. После 60 лет общий вес тела уменьшен, не­смотря на увеличение жира в организме. Аналогичная направлен­ность изменений массы тела характерна и для женщин. Это связано с тем, что безжировая масса тела линейно уменьшается после 20 лет, даже если человек сохраняет постоянный вес или полнеет. Доказывается это снижением с возрастом величины основного об­мена, содержания калия в безжировой массе тела, а также умень­шением объема внутриклеточной воды (объем экстрацеллюлярной жидкости не изменяется). Параллельно отмечается уменьшение об­щего синтеза белков в организме, в частности, в скелетных мышцах. Однако, обратное морфологическое развитие организма, начина­ющееся с 3-го десятилетия жизни, не в одинаковой степени влияет на органы. Атрофия поперечно-полосатой мускулатуры, печени, почек и лимфоидной системы отмечается с возрастом раньше и носит более выраженный характер, чем в мозге и сердце.

На снижение массы тела у стареющего человека влияет и начи­нающаяся деминерализация и пороз костей. Так, у людей старше 60 лет, кости могут уменьшать массу от 30 до 50% (к этому прибав­ляется также потеря воды даже нормально кальцинированными кос­тями).

Изменение функций клеток при старении.При старении снижа­ется интенсивность репликации ДНК, возникает фрагментация ее молекул, способность же ДНК к репарации снижается, уменьшается

222

количество вновь синтезируемых РНК, увеличивается содержание "неактивного" хроматина в ядре. При старении нарушаются функции генов — регуляторов и, как следствие, очередность работы струк­турных генов в опероне (глава 1). В результате возникают измене­ния в структуре синтезируемых белков, делающие их дефективными.

Количество лизосом и цитоплазматических белков в клетке умень­шается. Снижение биосинтетической активности, пластических про­цессов в клетке отражают изменения в эндоплазматическом ретикулу-ме и аппарате Гольджи. Так, в эндоплазматическом ретикулуме умень­шается число рибосом на его мембранах, цистерны расширяются. В комплексе Гольджи уменьшается площадь мембран, наблюдается их разрушение. Старение клеток снижает интенсивность окислительных процессов и, следовательно, их энергетический потенциал. Связано это с уменьшением в клетках количества митохондрий, понижением в них биосинтетической активности, нарушением их мембран. В резуль­тате, в клетках уменьшается содержание АТФ, креатинфосфата и гли­когена, но активируется аэробный и анаэробный гликолиз, обеспечи­вая энергетические потребности клеток в стареющем организме. При старении повышение концентрации холестерина в сыворотке крови увеличивает его содержание и в плазматической мембране, что повы­шает ее микровязкость. Это, в свою очередь, понижает активность связанных с мембраной ферментов (например, аденилатциклазы), что уменьшает содержание цАМФ в клетке.

В ходе старения уменьшается концентрация большинства видов мембранных рецепторов, что понижает связывание клеткой гормонов и других биологически активных веществ. Повышение содержания холестерина и фосфолипидов в мембранах клетки усиливает пере-кисное окисление липидов. Перечисленные изменения на уровне мембран снижают функциональную активность клеток. Например, накопление холестерина в плазматической мембране лимфоцитов понижает их иммунную функцию. В способных к делению клетках в силу этих же обстоятельств факторы роста менее выраженно сти­мулируют размножение клеток. Интенсивность микропиноцитоза уменьшается в мембранах многих клеток.

В стареющих клетках возбудимых тканей длительность потенциала действия и абсолютной рефрактерности увеличивается, а функци­ональная лабильность уменьшается, количество натрия внутри кле­ток увеличивается, а калия — снижается.