Старіння клітини організму

Відео: фініта від Jeunesse Global. Унікальний склад продовжує життя організму. Скажіть старіння НЕТ !!!

Послідовність старіння клітин організму

Починаючи з робіт Міно (Minot, 1908), Метальникова (1917), Шмальгаузена (1926), Коудрі (Cowdry, 1939), йде лінія досліджень, яка стверджує зв`язок між спеціалізацією, диференціацією клітин, здатністю їх до поділу і старінням.

Разом з втратою здатності клітин до поділу вони втрачають можливість істотно оновлюватися, створюються умови їх прискореного старіння. Коудрі (Cowdry, 1939) запропонував класифікацію, яка відображатиме, з його точки зору, цей зв`язок між здатністю клітин до поділу і розвитком в них старіння.

До першої групи належать клітини, існування яких починається з мітозу і закінчується митозом (базальні клітини епідермісу, сперматогонии і ін.). Життя цих клітин коротка. Вловити в них розвиток старіння не вдається. Друга група - більш спеціалізовані клітини, що володіють диференційованим митозом: клітини, в яких можна простежити ряд вікових змін, таких як накопичення гемоглобіну, перехід гемоцітобласти до нормобластов і еритроцити, поява кератину в шкірі. Третя група - спеціалізовані клітини з вираженими ознаками старіння.

Вони виявляють здатність до мітозу тільки в особливих умовах, наприклад при пошкодженні. До них відносяться клітини печінки, нирок, щитовидної залози та ін. Четверта група - високодиференційовані клітини, нездатні до митозу ні за яких умов (соматичні м`язові волокна, нервові клітини і ін.). У цих клітинах розвиваються виразні прояви старіння.

Недолік звичайних класифікацій послідовності старіння окремих клітин в незалежному розгляді їх один від одного. У природних умовах в процес вікових змін залучаються сложнорегуліруемие функціональні системи, розвиваються старіння одних клітин і адаптивні зрушення в інших. У цих умовах старіння постмітотіческіх клітин може різне вплив на активно діляться клітинні елементи. В умовах цілісного організму старіння клітин є складним сплавом їх власних вікових змін та регуляторних, трофічних впливів.

З цих позицій можна умовно виділити 3 типи клітин:

а) клітини, які здатні первинне старіння;
б) клітини, у яких старіння є сплавом власних вікових змін і впливів регуляторних, трофічних, середовищних, а також пов`язаних з первинним старінням інших клітинних елементів;
в) клітини, у яких в природних умовах існування старіння в основному вдруге і опосередковано через весь комплекс внутріорганізменних регуляторних впливів, включаючи і механізми загальної трофіки - кровопостачання, проникність бар`єрів і ін. (Фролькіс, 1970).

До першої групи слід віднести нервові клітини, багато сполучнотканинні елементи-до другої - м`язові волокна, клітини залізистих утворень, печінки, нирок-до третьої - епідерміс, епітелій в багатьох органах і ін.

Клітинам третьої групи теж властиві свої вікові зміни, проте темп і вираженість регуляторних зрушень передують багато в чому ці зміни. Визнання цього положення закономірно призводить до важливого для біології старіння висновку - інтимні механізми старіння різних клітин неоднородни- існує кілька типів старіння клітин.

Крім властивостей клітин sui generis, темп і спрямованість їх старіння залежать від ставлення їх до певної функціональної системі-тому структурно однорідні елементи, які стосуються, по Коудрі (Cowdry, 1939), до однієї і тієї ж групи, старіють в різному темпі.

Так, наприклад, в старості неоднаково змінюються структура і функція артеріол скелетного м`яза, нирок, кишечника-мотонейронів, м`язових волокон, які беруть участь в акті згинання та разгібанія- різних структур одного і того ж відділу ЦНС (наприклад, гіпоталамуса) і ін.

Більш того, існує кореляція в темпі розвитку старіння різних структурних елементів в межах однієї функціональної системи (відмінність у вікових змінах мотонейронів, периферичних нервів, м`язових волокон, судин, рецепторів одного функціонального рухового комплексу в порівнянні з іншим).

При аналізі механізмів старіння, як правило, недоучітивается клітинна специфіка, зазвичай прагнуть знайти, описати універсальний первинний механізм старіння всіх клітин. Разом з тим конкретні механізми старіння нейрона, міокардіоцити, гепатоцита, секреторною клітини, фибробласта і т. Д. Відрізняються багато в чому один від одного.

В одних випадках механізми старіння пов`язані з первинними зрушеннями в генетичному апараті клітин, в інших - зі зміною в системі енергетичного забезпечення клітини, по-третє - з порушеннями в процесах реактивності і транспорту речовин. Отже, послідовність старіння різних клітин визначається рівнем їх диференціювання, спеціалізації, митотической активністю і ставленням до різних регульованим функціональних систем.

Організм старіє не як сума клітин, а як складна біологічна система.

Ось чому так важливо з`ясування міжклітинних взаємодій, на основі яких можна зрозуміти генез вікових змін нейрогуморальної регуляції імунітету, харчування, руху та інших функцій організму.

Вікові зміни в сполучнотканинних елементах можуть привести до наростаючим старечим зрушень і в інших системах організму, до склерозу внутрішніх органів при старінні (Богомолець, 1938). Собел (Sobel, 1962) передбачає таку послідовність подій: час -gt; ущільнення волокон сполучної тканини -gt; клітинна гіпоксія -gt; погіршення харчування -gt; загибель паренхіматозних елементів, проліферація мезенхімальних клітин і ін.

На думку Бюргера (Burger, 1960), багато сполучнотканинні елементи відносяться до брадітрофним тканин, що характеризується зниженим метаболізмом. При старінні зрушення в метаболізмі брадітрофних тканин, повільно прогресуючи, призводять до їх суттєвих змін, впливаючи на старіння всього організму.

Зміни сполучної тканини по-різному впливають на старіння різних структур. В одних випадках зрушення в них вторинні по відношенню до первинно старіючим постмітотіческіх клеткам- в інших - можуть стати одним з первинних механізмів, які призводять до старіння активно діляться клітинних елементів.

Структурні зміни клітин

В процесі старіння в різних органах і тканинах розвиваються структурні зміни, володіють органоспецифическими особливостями, але в той же час мають загальні риси. До останніх слід віднести: надмірне розвиток і якісні зміни сполучної тканини-зміни стінки кровоносних капілярів з формуванням волокнистих структур в потовщеному базальному шарі і розширеному перікапіллярним просторі (Ступина, Саркісов, 1978) (рис. 16, вкл.).


Спостерігаються атрофія і дистрофічні зміни в окремих клітках. Кількість паренхіматозних клітин падает- це відноситься перш за все до клітин статичних популяцій. У наступних статтях ми наведемо дані про втрати нейронів в старості. Сато і Таушев (Sato, Tauchi, 1978), які вивчали кілька сотень аутопсії печінки, нирок, підшлункової залози, вважають, що зменшення кількості клітин паренхіматозних органів є фундаментальним ознакою старечих змін.

Разом з тим залишилися і активно функціонують клітини не зменшуються в розмірах, а часто збільшуються, що слід розцінювати як прояв компенсаторної гіпертрофії в зв`язку з втратою частини клітин. Так, є вказівки на збільшення обсягу кардіоміоцитів (Левкова, 1974- Fleischer et al., 1978), нейронів (Межиборських, 1970 Давиденко, 1972), гепатоцитів (Watanabe et al., 1978) епітеліальних клітин різних паренхіматозних органів (Sato, Tauchi , 1978).

Збільшення обсягу клітини при цьому відбувається переважно за рахунок цітоплазми- ядро збільшується в меншій мірі, в результаті чого ядерно-цитоплазматическое співвідношення зменшується. Важливою компенсаторною реакцією є збільшення числа двоядерних і поліплоїдних клітин (Watanabe et al., 1978), що розглядають як активний стан клітин в умовах інгібування клітинного ділення (Sato, Tauchi, 1973).

Ядра клітин, поряд з деяким збільшенням обсягу, змінюють свою форму. Для ядер старих клітин характерна нерівна, фестончатими поверхню за рахунок численних інвагінацій ядерних мембран (рис. 17).


Те, що відбувається при цьому збільшення поверхні ядерних мембран розглядається як компенсаторний процес, що веде до збільшення поверхні зіткнення між ядром і цитоплазмою. Такі зміни форми ядер описані в кардіоміоцитах (Ступина, 19756- Sachs et al., 1977), нейронах, ендотеліоцитах. Ендрю (Andrew, 1978) повідомляє про аналогічні перебудовах в ядрах епітеліальних клітин паренхіматозних органів.

У клітинах спостерігається розширення перінуклеарним простору між внутрішньою і зовнішньою ядерними мембранами, з формуванням цистерн, розділених ядерними порамі- при цьому нерідко відзначається розширення ядерних пор (Артюхина, 1979).

У ядрах збільшується частка маргінально розташованого конденсованого хроматину і зменшується частка дифузного хроматину. Аналогічні зміни описані при старінні клітин в культурі тканини (Van Gansen, 1979). При старінні з`являються так звані ядерні включення, які можуть розташовуватися в самому ядрі у вигляді фібрилярних пучків, тубуло-мембранних систем, вірусоподібних частинок- або між мембранами ядра у вигляді мультивезикулярні і електронно-щільних телец- або в цитоплазматичних інвагінацію, чергуючись зі складками ядерної мембрани .

Природа цих включень невідома, однак вважають, що вони зменшують «ефективний» ядерний обсяг. В процесі старіння змінюється щільність цитоплазматического матриксу клітини. Як в клітинах статичних популяцій, так і в інших з`являється різко просвітлений цитоплазматический матрикс з явищами гідратації, зменшенням кількості гранул РНК в інших клітинах матрикс, навпаки, занадто ущільнений, з вогнищами некробіоза і деструкції.

Один з постійних ознак процесу старіння клітини - морфологічні зміни мітохондрій.

Частина органел має просвітлений матрикс, розширені межкрістние проміжки, діскомплексірованние Крісті (рис. 17). Разом з тим в старечому віці певний відсоток мітохондрій представляється значно зміненим у вигляді різкого набухання, з руйнуванням крист і внутрішньої мембрани або ж зі спирализация і миелинизацией її-з`являються електронно-щільні мітохондріальні включення (Wilson, Franks, 1975- Sohal, 1978), руйнується зовнішня мембрана (Nickerson, 1979).

Змінюються форма і розміри мітохондрій - Поряд з органелами звичайних для клітини розмірів з`являються великі, іноді гігантські мітохондрії, що розглядається як компенсація редукції кількості органел, викликаної пригніченням ділення мітохондрій.

Гігантські мітохондрії в клітинах при старінні описані в кардіоміоцитах (Ступина, 1975б), нейронах (Артюхина, 1979), клітинах гладеньких м`язів стінки вен (Фролькіс, Євдокимов, 1979), в печінці (Franks, 1974), в клітинах щитовидної залози (Горбуноба, 1979 ). Є дані про зменшення щільності мітохондріального обсягу в клітці за рахунок числа цих органел.

У міокарді збільшується відносний обсяг мітохондрій (Офіцерів, Загоруйко, 1977- Sachs et al., 1977), що також можна розглядати як компенсаторну перебудову в зв`язку з дистрофічними змінами в частині мітохондрій і порушенням їх функцій. Разом з тим площа мітохондріальних мембран на одиницю об`єму мітохондрій знижується (Sachs et al., 1977).

В процесі старіння відбуваються зміни в белоксинтезирующей системі клітини.

У клітинах статичних популяцій спостерігаються розширення цистерн гранулярной і гладкою ендоплазматичної мережі, заповнення просвіту цистерн електронно-щільним вмістом, тубулярний структурамі- відбувається зменшення кількості рибосом на мембранах, відзначаються зменшення і лізис полісомальних розеток, рибосом (рис. 18) (Suzuki et al., 1978- Артюхина, 1979).


У клітинах печінки у старих тварин ендоплазматична мережа, як показав стереологіческій аналіз, має меншу площу поверхні в порівнянні з такою у дорослих (Schmucker et al., 1978). У пластинчастому комплексі Гольджі при старінні відбуваються редукція, рексіс, зменшення лінійної площі поверхні, що відзначено в нейронах (рис. 18), гепатоцитах (Schmucker et al., 1978).

Розширення бульбашок і накопичення в них рідких фракцій і електронно-щільних гранул розглядаються як результат застійних явищ, пов`язаних зі зниженням обмінних процесів між структурами апарату Гольджі і цитоплазмою клітини (Артюхина, 1979).

Разом з тим Маніна (1978) в гіпертрофованих цистернах виявила ліпопротеїди і вважає, що пластинчастий комплекс в нервових клітинах старих тварин зберігає високу синтетичну і функціональну здатність. У цитоплазмі нейронів з`являються так звані облямовані везикули, що знаходяться в інтимному зв`язку з елементами пластинчастого комплексу та лизосомами.

Досить постійною ознакою старіння клітин різних популяцій є збільшення кількості первинних лізосом, з`являються у великій кількості в області перікаріона, мітохондрій, поблизу вогнищ деструкції і вільно в цитоплазмі. Значення цього факту може бути дуже різноманітне, якщо врахувати функціональну роль лізосом (Покровський, Тутельян, 1976).

Відбуваються й якісні зміни лізосом - В них наростає кількість труднопереваріваемих речовин, змінюється активність лізосомальних ферментів в залежності від типу клітин і види ферментів (Asano et al., 1979- Knoock, 1979), спостерігається зниження стабільності лізосомальних мембран, що приводить до звільнення лізосомальних гідролаз і деструктивних змін в цитоплазмі клітин статичних популяцій, а також в печінці (Покровський, Тутельян, 1976).

Таким чином, участь лізосом у процесах старіння може бути обумовлено:

1) повреждающей літичної активністю всередині клітини - надмірної Аутофагія, витоком гидролаз через пошкоджену мембрану лізосом;
2) екструзією ферментів внаслідок зміни клітинної мембрани або загибелі клітини, що призводить до пошкодження сполучної тканини, судин, утворенню колагену, продукування антитіл;
3) порушенням літичної активності як наслідок блокування неперетравлені продуктами.

Поряд з наростанням кількості первинних лізосом в клітинах в процесі старіння відбувається формування вторинних лізосом - Аутофагіческого типу, а також залишкових тілець, які можуть брати участь в процесах травлення, поки не будуть повністю блоковані неперетравлені продуктами.

Залишкові тільця, навантажені липофусцином, при старінні виявляються в зростаючій кількості в нейронах і гліальних клітинах, міокардіоцитах, гепатоцитах, клітинах ендокринних залоз, а також в остеобластів, остеоцитах, ендотеліальних клітинах (рис. 18) (Давиденко, 1976- Шапошников, 1978- Артюхина , 1979- Квітницька-Рижова, 1980).

Багато дослідників пов`язують вікове накопичення ліпофусцину з лізосомами (Покровський, Тутельян, 1976) і структурами пластинчастого комплексу (Артюхина, 1979). Слід зазначити дослідження Карнаухова (1971), який показав наявність в Ліпофусцин міоглобіноподобних речовин і каротиноїдів, що дало можливість автору зв`язати липофусцин зі створенням внутрішньоклітинного депо кисню, що дозволяє клітинам теплокровних тварин компенсувати малу швидкість надходження кисню в умовах гіпоксії, викликаної старінням або експериментальної гіпоксією.

Деякі дослідники вважають, що зовнішня клітинна мембрана найбільш стійка в процесі старіння (Артюхина, 1979). Дійсно, зберігається безперервність клітинної мембрани, так як порушення цілості мембрани веде до загибелі клітини.

Однак в процесі старіння в зовнішньої клітинній мембрані спостерігаються не тільки функціональні, але і структурні зміни. У ній відзначені вогнищеві ущільнення і потовщення. Крім того, виявляються структурні зміни, що свідчать про порушення її функції.

Так, в ендотеліальних клітинах капілярів в процесі старіння спостерігається зменшення інтенсивності мікропіноцитоз, зменшення кількості мікроворсинок і мікровирости (Горячкіна і ін., 1977- Ступина і ін., 1978а), що особливо демонстративно в умовах підвищеної функціонального навантаження. Демонстративні також вікові зміни спеціалізованих мембранних структур. Так, в клітинах гладеньких м`язів нижньої порожнистої вени поряд з осередковим стовщенням клітинних мембран відзначено зменшення кількості нексусов (Фролькіс, 1973). Зміна щілиновидних контактів при старінні виявлено в клітинах культури тканини фібробластів людини (Kelley et al., 1979).

Таким чином, в процесі старіння у всіх компонентах клітин спостерігаються структурні зміни, що мають гетерогенний характер. Поряд з атрофованими клітинами, що мають виражені вікові зміни, спостерігаються зберіганню клітини, які нічим не відрізняються від клітин молодих організмів.