Механизмы старения и гибели клеток.

И по химическому составу, и по структуре, и ультраструктуре (наблюдаемых соответственно в световом и электронном микроскопе) клетки различных организмов и органов могут различаться весьма значительно в связи с тем, что кроме функций, необходимых для «самосохранения», клетки выполняют и специализированные функции, необходимые для жизнедеятельности всего организма: клетки желез внутренней секреции выделяют в кровь секрет, мышечные клетки участвуют в акте сокращения мышц, нервные — генерируют электрические импульсы и т. д. В основе этих различий лежит синтез клетками специфических белков, участвующих в выполнении специализированных функций. Так, клетки поджелудочной железы (и только они) синтезируют инсулин, щитовидной железы — тироксин, мышечные клетки—миозин, миоглобин и актин, фибробласты— коллаген и т. д. Следовательно, нарушение синтеза таких белков клетками при старении должно приводить к нарушению их способности выполнять специализированные функции, к снижению функциональной активности органов, в состав которых они входят. Действительно, в процессе старения человека и животных клетки поджелудочной и щитовидной железы, клетки мышц и соединительной ткани синтезируют с меньшей интенсивностью, соответственно инсулин, тироксин, миозин и коллаген, Способность почек «отфильтровывать» кровь от ненужных веществ уменьшается с возрастом. В выполнении клетками почек этой основной, специализированной функции участвует специальный белок аденозинтрифосфотаза, стимулируемая ионами натрия и калия. Его активность в клетках почек в процессе старения снижается. Этот фермент, так же как и другой - лактатдегидрогеназа, необходим для работы мышц. Способность мышц к сокращению при старении и человека и всех изученных животных снижается так же, как и активность упомянутых ферментов.

Пока процесс старения не зашел еще слишком далеко и снижение интенсивности синтеза специализированных белков невелико, активность функции в обычных условиях может быть и не снижена. Но теперь представим себе ситуацию, кода под влиянием «нагрузки» глюкозой в организме возникла потребность в увеличении количества инсулина или в результате стрессового воздействия кора надпочечников должна выработать увеличенное количество кортикостероидов. Оказывается, клетки молодых организмов справляются с этой задачей, старых — нет. Таким образом, биохимической основой снижения «запаса прочности» физиологических функций может быть снижение способности клеток органов, выполняющих эти функции, к синтезу специализированных белков. Можно сделать даже более широкое обобщение, основной физиологический (да и психологический) признак старения организма — снижение его адаптационных возможностей, его способности приспособляться к изменяющимся условиям внешней среды, обусловлен снижением способности клеток к активному синтезу специализированных белков. Действительно, в животных, так же как и в бактериальных, клетках протекают процессы так называемой индукции синтеза белка.

Например, если корм животного содержит избыток какой-либо аминокислоты или в его организм поступает токсическое вещество, то в печени активируется синтез ферментов, участвующих в метаболизме этой аминокислоты или токсического вещества, то есть в клетках увеличивается концентрация ферментов, для которых такие вещества являются субстратами. Поэтому рассмотренный процесс и называют субстратной индукцией ферментов, А упомянутый выше процесс синтеза в коре надпочечника кортикостероидов под влиянием гормона гипофиза.

АКТГ - пример гормональной индукции синтеза белка. Наконец, к этому же классу процессов можно отнести и синтез противобактериальных и других антител клетками системы иммунологической защиты организма. При старении способность «леток к синтезу белков во всех перечисленных случаях снижается. Следовательно, молекулярной основой меньшей устойчивости старого организма к нарушению режима питания, к действию на него токсических веществ и других стрессовых факторов, уязвимости к инфекционным заболеваниям, основой всех этих «физиологических симптомов» старения является снижение способности клеток к усиленному синтезу специализированных белков, в частности, снижение способности к субстратной и гормональной индукциям синтеза белка.

Однако реакция организма на критические ситуации и адаптация к более слабым изменениям окружающей среды отнюдь не сводятся к синтезу специализированных белков.

Если гормоны и антитела непосредственно после синтеза в клетке выделяются в кровь, то другие белки, в частности актин и миозин мышц или структурные белки нервной системы, для осуществления специализированных функций должны быть организованы в определенные структуры, соответственно называемые миофибриллами и нейрофибриллами. (Увеличенный синтез миофибрилл при Интенсивной нагрузке и лежит в основе увеличения размера, гипертрофии сердечной мышцы.) Оказывается, что структура этих образований при старении нарушается. Более того, в старом организме, в условиях интенсивной нагрузки их синтез идет менее эффективно, чем в молодом организме.

Реакция организма на изменяющиеся условия окружающей среды может проявляться и усилением деления клеток обновляющихся тканей. Например, клетки, участвующие в синтезе антител, начинают интенсивно делиться — вслед за поступлением в организм микроорганизмов или чужеродных веществ (антигенов). И более яркий пример участия делящихся клеток в реакции на патологический стресс — заживление раны после нанесения повреждения, например, кожи или печени. Во всех этих случаях увеличение интенсивности деления клеток старого организма обычно меньше, чем клеток молодого организма. То есть при старении уменьшается не только они участвуют, становится все меньше. Примером может служить большая чувствительность клеток старых животных к ядам, нарушающим окислительные процессы. Очевидно, это связано с тем, что для нарушения жизнедеятельности старых клеток достаточно относительно небольшого снижения активности окислительных процессов. Мы опять приходим к заключению (-но теперь уже относительно молекулярных процессов, обеспечивающих основные функции клетки), что для старения характерно снижение не столько функциональной активности, сколько надежности функционирования, снижение «запаса прочности» функций. Существуют ли общие механизмы снижения «запаса прочности» при выполнении клетками специализированных функций (о чем говорилось выше)? По крайней мере одним из таких механизмов является изменение функции ядра и всего белоксинтезирующего аппарата клетки.