Старение организма как биологический процесс

Старение организма как биологический процесс Современный этап развития человеческого общества характеризуется важным социальным явлением — прогрессивным постарением населения многих стран мира, т. е. увеличением относительной и абсолютной численности людей старших возрастов. В настоящее время это свойственно, главным образом, развитым странам, однако, тенденция к постарению населения отмечается и в развивающихся странах.

Постарение населения оказывает влияние на экономическую политику, структуру и функции семьи, ставит новые важные задачи перед здравоохранением. Поэтому в последние десятилетия получила бурное развитие наука геронтология, изучающая закономерности процесса старения.

Перед геронтологией стоят важные тактические и стратегические задачи. Тактическая задача — ликвидация основных причин, укорачивающих человеческую жизнь, создание условий полного использования биологических, видовых возможностей продолжительности жизни, увеличение продолжительности жизни до верхнего видового предела.

Стратегическая задача — влияние на биологические механизмы старения, изменение запрограммированной продолжительности жизни; прорыв через видовую продолжительность жизни.

Старение — биологический разрушительный процесс, неизбежно развивающийся с возрастом, приводящий к ограничению адаптационных возможностей организма, характеризующийся характеризующийся развитием возрастной патологии и увеличением вероятности смерти. Закономерно наступающий заключительный период онтогенеза, развивающийся в результате старения — старость. Между старением и старостью существуют причинно-следственные отношения. Время наступления старости условно, с увеличением продолжительности жизни представления о нем изменяются; никаких точных дат наступления старости не существует.

У каждой эпохи свое понятие о старости. В прошлом веке бальзаковский возраст женщины — 30 лет — воспринимался как закат. Старосветские помещики Гоголя — в возрасте 55−60 лет считались старичками. Средняя продолжительность жизни в царской России была 33 г, и человек этого возраста действительно выглядел стариком. В настоящее время — «омоложение» бабушек и дедушек.

Семинар ВОЗ по старению (Киев. 1963) установил следующие возрастные категории:

45−59 лет — средний возраст,

60−74 — пожилой возраст,

75 и далее — старый возраст,

свыше 90 лет — долгожители.

Различают возраст хронологический, паспортный, календарный и биологический — анатомо-физиологический, функциональный.

Хронологический возраст — период времени от момента рождения организма до момента исчисления. Он имеет четкие градации во времени (день, месяц, год), биологические особенности конкретного организма при этом не учитываются.

Биологический возраст — характеристика жизни организма, отражающая рост, развитие, созревание и старение, т. е. его биологическую эволюцию и состояние. Он зависит от темпа старения и определяется на основе комплексной характеристики функционального состояния различных систем, оценки приспособительных возможностей нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной и др. систем организма с помощью функциональных нагрузок.

Биологический возраст может не соответствовать хронологическому — опережать его или отставать.

Если биологический возраст значительно отстает от календарного — это потенциальный долгожитель; если опережает его — старение развивается преждевременно.

Длительность существования особи каждого вида с момента рождения до смерти — продолжительность жизни. Это видовой признак. Она обусловлена генетически (но лишь 40% долгожителей имеют долголетних родителей) и зависит от многих факторов. По данным палеогеронтологии в каменный век средний возраст умерших был 18 лет; в период палеолита и неолита — 20−30 лет. Первобытные общества были общества без стариков. Изучение надписей на древнеримских надгробьях свидетельствует, что средняя продолжительность жизни в те времена была 20−35 лет, 40-летние люди считались стариками, а в 60 лет — депонтикусами, пригодными только для жертвоприношений.

Существенны различия в индивидуальной продолжительности жизни человека. Средняя продолжительность жизни у женщин выше (72 года), чем у мужчин (65 лет). Это связано с особенностями нейрогуморальной регуляции, темпом старения сердечно-сосудистой системы, содержанием половых хромосом. Есть мнение, что продолжительность жизни и более высокая неспецифическая резистентность женского организма может быть связана с наличием в соматических клетках двух Х-хромосом, что повышает надежность работы генетического аппарата, создает большую жизнестойкость организма и большую устойчивость к неблагоприятным действиям факторов внешней среды. Однако, здоровье долголетних женщин хуже, чем долголетних мужчин. Социально-экономические условия могут усугублять или сглаживать естественные различия в продолжительности жизни мужчин и женщин.

Лимит жизни человека как вида определяется возрастом около 100 лет, но он достигается лишь отдельными лицами. Биологически возможная продолжительность жизни — возраст до которого может дожить большинство 90 лет.

Видовая продолжительность жизни (см. табл. 9.1.) коррелирует со многими факторами: с длительностью периода роста, уровнем развития мозга, весом тела животных, длительностью беременности и созревания, длиной кишечника, энергетическими тратами, двигательной активностью, состоянием антиоксидантных систем. Известна также корреляция между видовой продолжительностью жизни и репарацией ДНК и обратная зависимость со скоростью накопления хромосомных аберраций, образованием аддуктов хромосом, состоянием оксидантных систем. Корреляция видовой продолжительности жизни со многими показателями свидетельствует о многофакторном, системном характере процесса старения.

В естественных условиях обитания большинство животных не доживает до старости, т.к. уже первые проявления старения, в том числе, ограничение приспособительных возможностей становятся причиной их гибели. Человек, несмотря на ограничение адаптационных возможностей в процессе старения доживает до старости благодаря помощи семьи, общества, долголетней занятости трудом.

Таблица 1

Продолжительность жизни — видовой признак Бабочка — однодневка 1 день Самцы «пчелы 2 недели

Пчела — работница 8−9 месяцев

Пчела — самка 2−7 лет

Рыба — бычок 1 год

Горилла, орангутан 15 лет

Тигр 15−17 лет

Кошка до 28 лет

Лев 40 лет

Шимпанзе, павианы 40−45 лет

Попугай 73 года

Ворона, сом, слон 100 лет

Моллюск 100 лет

Сокол, карп 150 лет

Черепаха 200 лет

Грач, киты 300−400 лет

Вишня 300 лет

Дубы — гиганты 2000 лет Фиговое дерево 3000 лет Баобаб 5000 лет Драпоновое дерево 6000 лет Мексиканский кипарис 10 000 лет (34 м. высоты, 33 м в обхват) Самая долголетняя австралийская

макрозания (напоминает пальму) 15 000 лет Общие закономерности процесса старения В процессе старения выявляются две противоречивые стороны:

— Собственно старение — разрушительный процесс, укорачивающий продолжительность жизни, определяющийся генетическими предпосылками, стрессами, болезнями, температурными влияниями, кислородным голоданием и др. факторами среды.

— Витаукт (от «вита" — жизнь, «аукт» — увеличивать) — антибиостарение, процесс, стабилизирующий жизнеспособность, увеличивающий продолжительность жизни. Возник в процессе эволюции. Его проявления:

а) генотипические, закрепленные в эволюции — дублирование генетической информации, система репарации ДНК, система микросомального окисления и др.;

б) Фенотипические, мобилизуемые в ходе старения благодаря механизмам саморегуляции — гипертрофия и гиперфункция клеток, активация ряда обменных циклов и местных гуморальных систем, пластичность мозга, детоксикация.

Соотношение этих процессов определяет видовую и индивидуальную продолжительность жизни.

Все проявления старения разделяют на хронобиологические и онтобиологические. Хронобиологические проявления старания видаостеопороз, склероз сосудов и др. — совпадают с календарным возрастом. Они тем более выражены, чем дольше видовая продолжительность жизни. Онтобиологические — молекулярно-генетические сдвиги, изменения функции сердечно-сосудистой системы, нейрогуморальной регуляции совпадают с темпом старения, т. е. с биологическим возрастом.

Для старения характерны следующие особенности:

— гетерохронность — различие во времени наступления выраженных проявлений старения отдельных органов и систем. Например, атрофия вилочковой железы у человека начинается в период полового созревания; половых желез — в кликтерическом периоде; некоторые функции гипофиза сохраняются на высоком уровне до глубокой старости.

— гетеротопность — неодинаковая выраженность процесса старения в различных органах и структурах одного и того же органа. Так, возрастные изменения пучковой зоны коры надпочечников выражены меньше, чем клубочковой и сетчатой зон; неодинакова степень исчезновения нейронов в различных структурах мозга.

— гетерокинетичность — различная скорость развития возрастных изменений. В одних тканях они возникают рано, но медленно и относительно плавно прогрессируют; в других — развиваются позднее, но прогрессируют стремительно.

— гетерокатефтентность — разнонаправленность возрастных изменений, связанная с активацией одних и подавлением жизненных процессов в стареющем организме.

При наличии общих закономерностей старение характеризуется значительными индивидуальными различиями. Выделяют гемодинамический, нейрогенный, эндокринный, относительно гармоничный и другие синдромы старения. Популяция не представляет собой однородно стареющую группу; в ней можно выделить несколько субпопуляций, отличающихся по темпу старения, особенностям развития возрастной патологии, продолжительности жизни.

старость клетка антибиостарение Изменения в организме при старении В процессе старения в организме развиваются закономерные структурные и функциональные изменения, которые обнаруживаются на всех уровнях организации — организменном, органном, тканевом, клеточном, субклеточном, молекулярном.

Таблица 2. Сравнительная характеристика первичного и вторичного старения. Примеры первичных возрастных изменений и проявлений возрастных заболеваний

Изменения систем Изменяется внешний вид, психика, поведение человека, все функции. Кожа истончается, ее эластичность снижается, появляются морщины и пигментные пятна; волосы седеют, становятся редкими; глаза теряют блеск, появляется старческий эктропион (выворот века) и птоз. Может уменьшиться рост человека, нередко развивается кифоз, ограничивается подвижность суставов; наблюдается атрофия мышц, уменьшается их сила, снижается работоспособность.

В нервной системе уменьшается число нервных клеток, уменьшается вес мозга, его объем, линейные размеры коры и ганглиев, истончаются извилины, увеличиваются глиальные элементы. Уменьшается субстанция Ниссля, развивается старческий хроматолиз. В ткани мозга появляются «старческие бляшки» (изменения нойтрофибрилл, амилоидоз мозга). Наряду с атрофией и деструкцией отдельных нейронов — компенсаторная гипертрофия других клеток, их ядер, митохондрий и др. В периферических нервах — очаги демиэлинизации, фрагментации, истончение мякотной оболочки. Скорость проведения импульса по нервам уменьшается, ослабляется синтез медиаторов нервного возбуждения, снижается рефлекторная деятельность. С возрастными изменениями центральной нервной системы связаны и изменения психики, сдвиги в поведенческих и эмоциональных реакциях; нарушение памяти; ослабляется темп психической деятельности, страдает механическое запоминание при сохранении смыслового; уменьшается творческая активность, способность к обучению. В то же время общий объем знаний, здравый смысл, словарный запас изменяются мало. С первичными изменениями в центральной нервной системе связаны многие вторичные сдвиги в организме.

Существенным образом страдает эндокринная система. Снижается секреторная функция щитовидной, поджелудочной, половых желез, коры надпочечников, нарушается их гипоталамо ~ гипофизарная регуляция, а также взаимосвязи в системе гипофиз-надпочечники, с чем, по-видимому, связано понижение устойчивости к стрессорным факторам; развиваются атрофические и склеротические изменения эндокринных желез. С момента полового созревания неуклонно уменьшаются размеры и функциональная активность вилочковой железы, изменяется ее структура, в частности, уменьшается количество лимфоцитов, особенно в коре органа. Все это существенно отражается на функции иммунной системы. Наряду с этим выявляются и приспособительные реакции — повышение чувствительности ряда эндокринных желез к действию тропных гормонов гипофиза, а также тканей-мишеней к действию гормонов, уменьшение содержания связанной формы ряда гормонов при сохранении количества свободной и др.

Изменения в иммунной системе характеризуются развитием иммунной недостаточности, что проявляется в снижении реакции на чужеродные антигены. Кроме того появляются иммунные реакции против собственных антигенов — аутоиммунность, приводящая к повреждению иммунными комплексами клеток и тканей.

Ограничение адаптационных возможностей стареющего организма во многом связано с изменениями в сердечно-сосудистой системе. После 60 лет уменьшается вес сердца, нарушается его ритм, понижается минутный и ударный объем сердца, сердечный индекс, длительность фаз сердечного цикла. На ЭКГ появляются признаки гипоксии миокарда, нарушения проводимости; сердце меньше способно к гипертрофии; растет общее периферическое сопротивление, повышается артериальное давление, уменьшается количество функционирующих капилляров, образуются «поля плешивости» (зоны, лишенные капилляров). Рефлекторные реакции сердечно-сосудистой системы более инертны, гуморальные — затяжные; ослабевает адренергический и холинергический нервный контроль, сдвиги АД приобретают застойный характер, что способствует развитию артериальной гипертензии.

С возрастом в крови нарушается количество липидов и липоподобных соединений, холестерина. Растет количество липидов низкой и очень низкой плотности (атерогенных); уменьшаетсяколичество липопротеидов высокой плотности и холестерина (антиатерогенных). Возрастает коэффициент атерогенности. Все эти факторы способствуют развитию атеросклероза. Снижаются адаптационные возможности и дыхательной системы, учащается и нарушается ритм дыхания, уменьшается жизненная емкость легких, резервы вдоха и выдоха, вентиляции, снижается диффузионная способность легких, ослабляется рефлекс Геринга-Брейера; развивается дыхательная гипоксия.

Изменения пищеварительной системы проявляются в снижении секреции всех пищеварительных соков, нарушениях моторной деятельности ослабляется перистальтика, возникают старческие запоры; снижается дезинтоксикационная функция печени, эвакуаторно-моторная функция желчного пузыря.

Ослабление функции наблюдается и в других системах. Снижаются экскреторная и выделительная функции почек, почечный плазмои кровоток, скорость клубочковой фильтрации, канальцевая реабсорбция, выделение электролитов; суживаются границы приспособляесмости выделительной системы.

Ухудшается регенераторная способность кроветворных органов; снижается функция анлизаторов, мышечная сила, развивается остеопороз, остеохондроз.

Существенные изменения происходят во всех компонентах соединительной ткани; уменьшается содержание структурных гликопротеидов и протеогликанов; развиваются склеротические изменения во всех органах.

Изменение клеток и субклеточных структур Старение клеток приводит к их деструкции и гибели. Первично стареют высокодифференцированные постмитотические клетки — нервные клетки.

Мышечные клетки, клетки печени, почек стареют в результате собственных возрастных изменений и под влиянием регуляторных воздействий, связанных с первичным старением других элементов. Старение эпидермиса, эпителия и др. связано как с изменением комплекса регуляторных влияний, так и с нарушением кровоснабжения, проницаемости барьеров. Темп старения клеток определяется их отношением к функциональной системе.

В процессе старения во всех клетках происходят морфологические и функциональные изменения:

— уменьшается количество митотических клеток, изменяется их способность к делению — удлиняется митотический цикл, меняется динамика роста, их популяция; нарушаются регуляторные влияния на уровне клеточной популяции — уменьшается выработка митогенов и кейлонов, снижается чувствительность к ним делящихся клеток, что может лежать в основе предрасположения к опухолям;

— уменьшается способность к пролиферации обратимо постмитотических клеток в ответ на повреждение;

— происходят атрофические изменения в необратимо постмитотических клетках, они хуже отвечают на нагрузку, более продолжителен латентный период, длительнее и менее совершенен период восстановления;

— изменяется структура ядра; уменьшается в нем количество активного хроматина; увеличиваются размеры и нарушается строение митохондрий, нарушается энергообеспечение клетки, утолщается плазматическая мембрана, изменяется ее пластичность и проницаемость; изменяется эндоплазматический ретикулум, уменьшается число рибосом на его мембране, полисом в цитоплазме — снижаются пластические процессы, увеличивается количество первичных лизосом, растет активность лизосомальных ферментов, снижается стабильность лизосомных мембран;

— меняется состав липидов, увеличивается содержание холестерина;

— уменьшается число ионных каналов, замедляется активный транспорт;

— ослабляется ядерный контроль над цитоплазмой, количественные и качественные изменения между ядром и цитоплазмой;

— увеличивается частота хромосомных аберраций;

— нарушается структура и функция клеточных мембран, снижается интенсивность микропиноцитоэа;

— накапливаются вещества, которые в молодом возрасте встречаются лишь при патологии — липофусцин («пигмент старения», образующийся при участии процессов перекисного окисления липидов); в макрофагах — гемосидерин; между клетками скапливается амилоид, развивается старческий амилоидоз, для которого характерна триада: амилоидов мозга, сердца, панкреатических островков; накапливаются неактивные молекулы ферментов;

— уменьшается содержание внутриклеточного калия, что ведет к снижению мембранного потенциала, функций возбудимости и проводимости, чувствительности клеток;

— уменьшается число рецепторов, нарушаются межклеточные взаимоотношения ;

— нарушается геномная регуляция. Происходят изменения в регуляторных генах, ведущие к сдвигам в биосинтезе белка в условиях напряженной деятельности клеток, органа, что значительно ограничивает приспособительные возможности клеток у старых животных, гиперфункция сердечной мышцы ведет к слабой активации биосинтеза белка и менее выраженной гипертрофии, в результате чего длительная нагрузка быстрее и чаще приводит к сердечной недостаточности; после удаления одной почки активация биосинтеза белка и увеличение веса другой почки тоже менее выражены;

— прирост активности ферментов под влиянием гормонов уменьшен ;

— падает работоспособность гена, ранее развивается истощение, угасание генетической активности (ранее падает активность ферментов после усиления их биосинтеза под влиянием гормонов) ;

— увеличивается содержание фетального Нв;

— снижается число различных типов синтезируемой РНК, синтезируются виды, не встречающиеся у молодых животных, белковые антигены, новые для организма;

— падает содержание РНК в структурах хроматина, растет прочность связей гистонов с ДНК, что ограничивает возможности генетической активности;

— изменяется электролитный состав клетки и влияние гормонов на него и на биосинтез в ней белка;

— появляется особый белок — «антиген стареющих клеток» (антиген-маркер стареющих и поврежденных клеток).

Нарушение геномной регуляции в конце концов заканчивается гибелью клетки. Она развивается в результате не только угасания, подавления обмена и функции, но и включения активных механизмов нарушения клеточных структур.

Наряду с деструктивными изменениями в клетке развиваются и приспособительные механизмы. Важнейшие из них:

— включение максимального количества клеток в функцию органа — «дежурных» капилляров, легочных альвеол, нейронов и др.

— гипертрофия и гиперфункция отдельных клеток, отдельных органоидов клетки;

— увеличение числа многоядерных и полиплоидных клеток, способствующее поддержанию определенного уровня биосинтеза белка;

— нарастание чувствительности ряда клеток к гормонам и медиаторам;

— активация определенных генов — регуляторов, усиление биосинтезаотдельных ферментов.

— активация некоторых факторов репарации, «ремонта» ДНК;

— усиление обмена в ряде клеток;

— усиление интенсивности гликолиза на фоне ослабления тканевого дыхания;

— изменение сопряженности окисления и фосфорилирования;

— синтез особых белков антистарения — шаперонов (от французского chaperone — компаньон, сопровождающее лицо). Шапероны — разновидность белков теплового шока, они связывают вновь синтезированные или поврежденные полипептиды, восстанавливая их нативную структуру, делая их более долговечными и активными; предохраняют белки цитоплазмы и ядра от агрегации и денатурации, играя тем самым охранительную роль и являясь «катализаторами» антистарения.

Важная задача — найти количественные и качественные критерии приспособительных механизмов, возможности их стимуляции.

Старение клетки — не сумма старения еу отдельных органоидов, а новый уровень их связи и внутриклеточной регуляции; прогрессирующее снижение восстановительных процессов.

Ежеминутно в организме человека умирает 3 млрд. клеток, часть из них восстанавливается вновь. К 80-ти годам умирает 10 кг клеток тела.

Изменения, происходящие на клеточном и молекулярном уровнях представляют собой основной компонент старения, однако, большая выраженность возрастных изменений проявляется на более высоких уровнях организации — системном и организменном.

Список использованных источников

1. Яцемирская Р. С., Беленькая И. Г. Социальная геронтология: Учеб. пособие для студ.высш. учеб.заведений. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1999. 224

2. Альперович В. Д. Социальная геронтология. Ростов н/Д.: Феникс, 1997. 576

3. Актуальные проблемы в геронтологии: Сообщ. конф/Подгот. Г. Суворова Врач. — 1996 — № 7 — с. 37−38.

4. Котельников Г. П., Яковлев О. Г., Захарова Н. О. Геронтология и гериатрия: Учебник. — М., Самара: Самарский Дом печати, 1997. — 800с.

5. Альперович В. Д. Геронтология. Старость. Социокультурный портрет: Учеб. пособие — М.: Приор: эксперт. бюро, 1998 — 270с.