Старіння клітини організму. Метаболічна забезпечення функції клітин в старості

Метаболічна забезпечення функції клітин в старості

Всі функціональні зміни в клітині при старінні визначаються складними зрушеннями в їх метаболізмі.

Це стає зрозумілим, якщо врахувати, що багато сторін транспорту речовин через мембрану, освіту і виділення секрету, скорочення, здатність до тривалих реакцій вимагають значних енергетичних витрат.

Активний транспорт іонів, змінений в старості, зрушення в величині мембранного потенціалу, зміна потенціалів дії та ін. Пов`язані зі зрушеннями в їх енергетичному забезпеченні.

Для старіння характерно перерозподіл шляхів метаболічного забезпечення функції.

Завдяки механізмам внутрішньоклітинної саморегуляції один і той же рівень регуляції клітини забезпечується за рахунок нерівномірних змін в різних метаболічних циклах.

При старінні відбувається перемикання енергетичних витрат на різні потреби клітини, відбувається зміна різних шляхів генерації енергії в клітині. Певне уявлення про вікові зміни енергетичного забезпечення функцій клітини дають результати дослідів із застосуванням блокаторів енергетичного обміну (фтористий натрій, 2,4-динитрофенол).

Як відомо, класичним інгібітором гліколізу є фтористий натрій, гнітючий активність фосфоглюкомутази і фосфопіруватгідрази. 2,4-Дінітрофенол роз`єднує дихання і фосфорилювання. Пригнічення отрутами призводить до порушення активного перенесення іонів, до прогресивного зниження мембранного потенціалу. На рис. 22 видно, що при введенні малих доз динитрофенола мембранного потенціалу (МП) у дорослих тварин не зазнають суттєвих змін, а у старих знижується-при введенні фтористого натрію виникають протилежні відносини.


З цими зрушеннями мембранний потенціал при дії інгібіторів енергетичного обміну корелюють зрушення в іонних співвідношеннях.

Результати проведених дослідів (Коротоножкін, 1971) дозволяють припустити, що при старінні змінюється співвідношення гликолитического і окисного фосфорилювання в механізмах формування іонної асиметрії, в механізмах підтримки мембранного потенціалу.

В останні роки показано, що є ще одна сторона зв`язку між біосинтезу білка і функцією клітини - в ході активації генетичного апарату, біосинтезу білка утворюються фактори, що змінюють стан клітинної мембрани, транспорт іонів, збудливість клітини (Фролькіс, 1969, 1975).

Виявилося, що при активації біосинтезу білка, що викликається різними факторами, в тому числі і гормонами, виникає однотипна реакція клітини - гиперполяризация. Виникає гиперполяризация змінює збудливість клітини, транспорт речовин всередину клітини. Біологічний сенс цього феномена полягає в огорожі клітини від високої активності в умовах інтенсивного біосинтезу білка, що вимагає значних енергетичних витрат.

При старінні змінюється взаємовідношення між біосинтезу білка і електричними властивостями мембрани.

У старості гиперполяризация клітин різних тканин виникає при дії менших доз гормонів, її розвиток попереджається меншою кількістю інгібіторів генетичного апарату (Коротоножкін, 1971- Мартиненко, Тураєва, 1977).

При тривалому впливі гіперполяризуючий факторів в старих клітинах відзначається менш стійке зростання величини МП. Мембранно-генетичні механізми старіння пов`язані зі зміною кількості і стану рецепторів, зі зрушеннями у стосунках між активністю генетичного апарату і станом мембрани, зі зміною кількості іонних каналів і зниженням активності транспортних систем. Все це відповідно до адаптаційно-регуляторної теорією стає одним з провідних механізмів старіння на клітинному рівні (Фролькіс, 1970).

В процесі старіння змінюється співвідношення активних метаболічних процесів і фізико-хімічних неферментативних процесів, в регуляції зрушень рівня поляризації клітинної мембрани. Горбань (1978, 1979) провів дослідження температурної залежності процесу відновлення мембранного потенціалу клітин кори надниркових залоз після деполяризації, викликаної «навантаженням» клітин іонами Na + шляхом витримування ізольованих наднирників при 0 ° С, воно дозволило виявити існування вікових відмінностей динаміки реполяризації на тлі відсутності змін вихідної величини МП при старінні.

Було встановлено, що температурний коефіцієнт Q10 і енергія активації реакцій, що визначають зростання мембранного потенціалу у старих тварин, майже в 2 рази вище, ніж у молодих, що дозволило припустити збільшення вкладу неферментативних реакцій в загальний баланс процесів, що визначають реполяризацию клітинної мембрани.

Оскільки антиоксидант ионол призводить до зниження Q10 і Еакт у старих тварин до величин, характерних для дорослих, можливо, що в механізмі підтримки і регулювання рівня поляризації клітинної мембрани можуть набувати певне значення вільно-радикальні реакції і що ці реакції пов`язані з процесом транспорту іонів Na + через мембрану при реполяризації (рис. 19).

Таким чином, завдяки механізмам внутрішньоклітинної саморегуляції, завдяки мобілізації адаптивних зрушень може довго підтримуватися функція клітин. Однак пристосувальне значення цих змін обмежена, в клітці розвиваються некомпенсируемое порушення обміну, грубі порушення функції і все це завершується її загибеллю.

Синаптичні процеси в старості

Істотні вікові зміни в клітинах при старінні неминуче призводять до порушення міжклітинних зв`язків, що виражаються, зокрема, в порушенні синаптичних процесів.

зниження лабільності - Одна з основних характеристик прояви старіння на клітинному рівні, один з основних механізмів, що визначають багато функціональні зміни при старінні. Зменшення лабільності виражається в тому, що в старості знижуються частоти збудження в різних ланках саморегуляції функцій. Так, на ЕЕГ старих людей відзначається уповільнення а-ритму і поява повільних 0- і дельта-ритмів.

У молодих людей струми дії моторної одиниці слідують з частотою 11-13 Гц, у літніх - 6-8 Гц. У старості відзначається уражень частоти імпульсації в аферентних і еферентних нервах у всіх ланках рефлекторної дуги (Фролькіс, 1970). Вся регуляторна система функціонує в старості на більш низькому частотному рівні передачі інформації. Ці зрушення є результат змін електричної активності окремих клітин, а також змін кількості клітин.

Важлива міра лабільності - Оптимум по Введенському. Танін (1962) показав, що при старінні кішок змінюється локалізація пессімума в нервово-м`язовому синапсі. У зв`язку зі зниженням лабільності песимум у них частіше локалізується в пресинаптичних закінченнях.

Для передачі інформації з центрів на периферію істотне значення має падіння лабільності вегетативних гангліїв. Так, у верхньому шийному симпатичному ганглії 1-2-річних кішок песимум виникав при частотах стимуляції прегангліонарних волокон 315.6 + 35.5 імп. / С, у 10-12-річних - 150 + 16.6 імп. / С. Відзначається і падіння лабільності гангліїв блукаючого нерва в серці - з 225 + 27.1 до 138.8 + 15.3 імп. / С (Дупленко, 1963). Зі зміною синаптичних процесів пов`язано підвищення порогів подразнення при стимуляції відцентрових нервів.

Так, наприклад, у дорослих котів брадикардія виникала при електричній стимуляції периферичного відрізка блукаючого нерва струмом 0.52 + 0.12 В, а у старих - 1.15 + 0.2 В, у 8-10-місячних щурів поріг дорівнював 0.35 + 0.04 В, у 28-30 -місячний - 0.53 + 0.04 В (Верхратський, 1971). Скорочення мигательной перетинки очі кішки, скорочення литкового м`яза, підвищення тонусу судин кінцівок і інші ефекти виникали у старих тварин при стимуляції еферентних нервів більшою силою струму, ніж у дорослих.

Відомо, що в області синапсу існує квантове виділення медіатора, що відбувається і в стані відносного спокою. Це виділення медіатора в синаптичну ланцюг призводить до виникнення місцевих поширює потенціалів, до виникнення так званих мініатюрних потенціалів. Виявилося, що при старінні частота і амплітуда мініатюрних потенціалів не змінюються (Тимченко, 1972).

Однак в старій м`язі значно рідше зустрічаються неперерожденние синапси з можливістю реєструвати в них мініатюрні потенціали. Вікові зміни в синапсах настільки істотні, що в старості змінюється реакція їх на речовини, що активують і блокують синаптическое проведення. Відомий холинергический механізм передачі збудження в нервово-м`язовому синапсі, що блокується курареподібними речовинами.

Вони утворюють міцний зв`язок з холинорецепторами, перешкоджаючи дії ацетилхоліну. За даними Мартиненко (1967) і Таніна (1971), у старих тварин менші дози диплацина і d-тубокурарину блокують нервово-м`язову передачу.

Вікові зміни в синаптичній передачі пов`язані з порушенням в процесі синтезу медіатора, структурними порушеннями пресинаптических закінчень. Показано, що при старінні знижується інтенсивність синтезу ацетилхоліну (АХ), падають зміст коензиму А і активність ключового ферменту цього процесу - холінацетілази.

Було прямо показано, що при подразненні блукаючого нерва у старих тварин виділяється менша кількість ацетилхоліну. Істотні зміни настають і в синтезі адренергического медіатора норадреналіну (НА), знижуються інтенсивність його синтезу і зворотне захоплення пресинаптичними терминалями (Gey et al., 1965 Верхратський, 1971).

У цих умовах велике адаптивне значення має підвищення чутливості постсинаптичної мембрани ряду клітин до АХ і НА (Фролькіс, 1970). Це підвищення чутливості компенсує недостатню освіту терміналі в пресинаптичних закінченнях. Функція синапсів в старості змінюється в зв`язку з істотними структурними порушеннями.

Зміни синаптичноїпередачі мають певну структурну основу.

В процесі старіння відбуваються кількісні і якісні зміни апарату нервових передач - синапсів. Відзначено зменшення аксодендрітіческіх синапсів, але збільшення числа дендро-дендрітіческіе (Hasan, Glees, 1973, 1974). Прогресуюче зменшення кількості синапсів, які відносяться до аксошіпіковому типу, відзначають у щурів в процесі старіння (Bendeich et al., 1978).

Бондареф і співр. (Воп-dareff et al., 1979) вказують на зменшення кількості синапсів в області дендритів і закінчень аксонів, не пов`язане з попереднім зменшенням числа постсинаптичних нейронів або їх дендритів. На нервових клітинах, що мають виражені вікові зміни, зустрічаються синапси з невеликою кількістю синаптичних пухирців, а також зі зменшенням площі «активних» зон, відбувається зменшення кількості активних синапсів.

Разом з тим нервові клітини без виражених вікових змін мають велику кількість активних синапсів, багатих синаптическими бульбашками, з вираженими активними зонами на синаптичної мембрані.

Структурні зміни розвиваються і в аксодендрітіческіх синапсах у старих тварин - відбувається витончення постсинаптических мембран, у багатьох синапсах зменшується протяжність «активних» зон, з`являються гліальні відростки в синаптичної щілини.

Артюхина (1979) виділяє наступні ознаки вікових змін синапсів: зменшення кількості синаптичних пухирців, зникнення пухкого шару і зменшення ширини щільного шару постсинаптичної мембрани- потім знижується осміофільние синаптичних мембран, зменшується товщина (зникнення) щільного шару, зменшується кількість (зникнення) синаптичних пухирців.

Відбувається падіння числа шипиків, що пов`язується зі зміною їх форми - зменшення розмірів, сплощення. Шипіки стають широкими і плоскими, шіпіковий апарат зміщується в стовбур дендрита, ближче до іншого аксодендрітіческому синапси.

Поряд з цим розвиваються компенсаторні зміни у вигляді появи в області шипиків рибосом, мультивезикулярні телец- компенсаторно-пристосувальних процесом Артюхина вважає і зміщення в стовбур дендрита шіпікового апарату. Бондареф (Bondareff, 1979) вважає, що пов`язане з віком зменшення кількості синапсів головного мозку може залежати від нездатності пресинаптических елементів зберегти при старінні структурну єдність синапсів.

В основі цього можуть бути зміни глікопротеїнового компонента пресинаптичною плазматичноїмембрани, що виникають внаслідок недостатності аксональних транспортних механізмів. Часткова деафферентаціі нейронів при старінні, на думку автора, може бути пов`язана з вторинною атрофією дендритів, що викликає втрату постсинаптических мембран ще до можливого виявлення зменшення кількості постсинаптичних нейронів.

Деструкція нервових закінчень, порушення синаптического проведення істотно впливають на метаболізм і структуру іннервіруємих клітин. Можна припускати, що багато клітинні прояви старіння є вторинними по відношенню до зрушень, що наступає в їх нервової регуляції.