Старение - сложный биологический процесс. Его механизмы действуют на разных уровнях организма: молекулярном, клеточном, системном. Поэтому, понять сущность старения можно лишь на основе комплексного изучения всех уровней жизнедеятельности организма.

На сегодняшний день насчитывается более 300 теорий, пытающихся объяснить сущность старения. Более полный из них является генорегуляторная теория, выдвинутая сотрудниками экспериментального отдела НИИ Геронтологии Украины во главе с профессором В.В.Фролькисом.

Генорегуляторная теория доказывает нарушение передачи биологической информации на двух самовзаимосвязанных "контурах саморегуляции". Первый - клеточный, характеризующийся генорегуляторным контролем, а второй - нейрогуморальный.

Разберем каждый

Известно, что наследственная информация в клетке находится в клеточном ядре в виде двойной спирали ДНК, где находится гены, отвечающие за тот или иной признак, а также синтез белка и ферментов в организме. Со временем вследствие неблагоприятных воздействий внешней среды (радиация, электромагнитное излучение, химические мутагены и т.д.) и внутренних (эндотоксины, вирусы, недоокисленные продукты обмена тканей и т.д.), которые ведут к изменениям аминокислотного состава белков в связи с точковыми мутациями в ДНК. Сначала клетка адаптируется к таким воздействиям благодаря системе защиты - репарации (восстановление) и ядерно-цитоплазматического контроля, но со временем таких поломок в системе ДНК становится больше. Происходит срыв адаптации репаративной функции ДНК. Белки становятся неполноценными, в них одни аминокислоты могут быть заменены на другие или изменять свою изометрическую конфигурацию, из левовращающихся стать правовращающимися (неактивными). В дальнейшем это ведет к нарушению метаболической (обменной): активизируется перекисное окисление липидов (жиров) на мембране, нарушается энергетический обмен, внутри клетки повышается содержание кальция, изменяется электрохимический потенциал мембраны и клетка погибает.

Нейрогуморальные механизмы старения, заключающиеся в том, что с возрастом примерно после 30 лет в центральной нервной системе уменьшается количество нервных клеток. В их телах накапливается липофусцин (вещество продуктов жизнедеятельности нейрона, обладающее токсичностью). Уменьшается скорость проведения нервного импульса, из-за этого страдают трофические функции внутренних органов. Ослабевает синтез и передача нейромедиаторов (химических передатчиков нервного импульса от одного нейрона к другому).

Особое значение для организма имеют изменения деятельности ядер (нервных центров) гипоталамуса (структуры среднего мозга, находящегося в глубине полушарий) и отвечающего за координацию работы внутренних органов и выработки гормональных предшественников. Изменения в гипоталамусе являются определяющими в появлении нарушений организма: эндокринной, иммунной, сердечно-сосудистой системе, системе соединительной ткани, желудочно-кишечного тракта.

Молекулярные механизмы старения

Одним из основных факторов, вызывающих молекулярные повреждения в живых клетках являются свободные радикалы.

Другой существенной причиной такого старения является возникновение сшивок молекул в клетках. Под воздействием глюкозы белковые молекулы сцепляются или склеиваются друг с другом (перекрестное связывание) и теряют способность к выполнению своих функций. Было доказано что происходит увеличение таких связей с возрастом.

Негативный эффект при этом происходит не только от модификации белков, но и от происходящих вследствие этого повреждений свободными радикалами, а также из–за прямого повреждения ДНК, что приводит к мутациям которые также накапливаются. В настоящее время изучают подходы к предупреждению влияния гликозилирования на белки, с помощью фармакологических средств (группа антидиабетические бигуаниды). Меры против сшивок или сцепления молекул: низкокалорийное питание, ведущее к снижению сахара в крови; использование сахарозаменителей.

Большинство молекул, находящихся в водных растворах, со временем изменяются – в основном в результате взаимодействия с другими молекулами и атомами (тепловое движение, химические реакции, альфа-радиация) и под действием электромагнитных излучений (ультрафиолет, гамма-радиация). Молекулы могут распадаться на атомы, превращаться в другие молекулы, претерпевать структурные изменения. Последнее подразумевает, что в функциональном отношении молекула остается той же самой, при этом, однако, эффективность выполнения функции может меняться.

Это, в свою очередь, ведет к постепенному разрушению структуры и ухудшению функционирования клетки: нарушается целостность и проницаемость мембран, падает ферментативная активность, клетка засоряется продуктами обмена, нарушается синтез белков и регуляция клеточных процессов. Причем эти процессы характеризуются положительной обратной связью – неправильное или ухудшенное функционирование молекул приводит к увеличению потока повреждающих воздействий.

Клеточное старение

• Количество делений

Клетки человеческого организма могут делится ограниченное число раз. Это явление получило название лимит Хейфлика. После 50-70 делений клетки переходят в неделимое состояние. Иногда при этом они становятся нечувствительными к апоптическим сигналам которые заставляют старую ненужную клетку самоликвидироваться. Такие старые клетки накапливаются, достигается некий пороговый уровень, когда утрачивается прежнее здоровье тканей.

• Что мешает нормальному функционированию клеток?

Существует много причин, из-за которых клетки расщепляют большие молекулы и структуры на составные компоненты, используя для этого много различных способов.

Порой такие полученные соединения имеют настолько необычную структуру, что с ними не справляется ни один из само очищающих механизмов клетки. Подобные изменения весьма редки, но с течением времени они аккумулируются. Это не имеет существенного значения, если клетки продолжают регулярно делиться, поскольку деление понижает концентрацию шлаков, однако неделящиеся клетки постепенно наполняются шлаками различного типа в различных типах клеток. Таким образом, биологический мусор мешает нормальному функционированию клеток.

• Генетические мутации

Со временем в результате различных повреждающих факторов в генах накапливается большое количество мутаций. Накопление с возрастом таких мутаций в различных органах и тканях во многом и определяет развитие возрастной патологии, включая рак. Рак способен убить нас, даже если в одной клетке произойдут соответствующие мутации, в то время как любые потери функциональности в генах, не имеющих никакого отношения к раку, относительно безвредны, пока они не затрагивают множество клеток данной ткани. Повреждения и мутации ДНК могут служить причиной двух проблем: клетки либо "кончать жизнь самоубийством", либо прекращают делиться в качестве ответной реакции на повреждение ДНК, (предотвращая тем самым развитие рака).

Физиологические механизмы старения

Каждый орган и любая структура человека, состоят из многообразия разных клеток. Если здоровы все клетки органа, это еще не значит что сам орган здоров, т.к. все зависит от того какие именно клетки, в каком месте и в какой именно взаимосвязи с другими находятся.

С возрастом в организме проявляется ряд изменений физиологического характера, вот некоторые из них: снижение веса мозга, и доли воды в нем, значительная утрата количества нейронов и изменение сосудистой циркуляции; уже к 20 годам половина функционирующей ткани тимуса замещается жировой тканью; к 50-60 годам инволюция тимуса завершается в результате истощается иммунная система; происходит снижение чувствительности гипоталамуса к гомеостатическим сигналам (элевационная теория Дильмана) это является причиной гормональной разбалансировки.

При всем многообразии взаимозависимых изменений, пока не всегда можно однозначно констатировать что является причиной, а что следствием (в результате появляется множество гипотез).

Так уменьшение уровня содержания некого гормона в крови может быть причиной процессов ведущих к старению, но также, возможно, это лишь побочное действие других дегенеративных процессов (т.е. следствие), либо, даже, защитная реакция организма на некие негативные изменения. Соответственно если искусственно поднимать уровень такого гормона, в первом случае продолжительность жизни увеличится, во втором останется без изменений, а в третьем уменьшится.

За последние десятилетия были подробно изучены, несколько физиологических механизмов старения, и уже существует ряд средств, для рационального вмешательства в процессы поддержания внутреннего равновесия организма.

Оригинал статьи www.eurolab.ua Иллюстрации с сайта: © 2011 Thinkstock.