Материал: Шандра О.А. Нормальна фізіологія. Вибрані лекції _ навч. посіб. _ О.А. Шандра, Н.В. Общіна _ О._ОГМУ, 2005. - 322 с

Загальні закономірності та теорії старіння

Старіння пов’язане зі змінами, що відбуваються на всіх рівнях організації живої матерії — молекулярному, субклітинному, клітинному, системному, цілісного організму. Закономірні вікові зміни організму називаються гомеорезом. Гомеорез — «траєкторія» зміни стану фізіологічних систем організму протягом життя. Визначення гомеорезу дозволяє прогнозувати віковий розвиток, його природне, прискорене чи уповільнене старіння.

Однією з основних закономірностей старіння організму є зниження його адаптаційних, регулювальних можливостей, тобто надійності. Ці зміни носять етапний характер. На першому етапі — «максимальне напруження» — завдяки мобілізації процесів вітаукту, пристосувальних можливостей організму зберігається оптимальний діапазон зміни обміну і функції, незважаючи на прогресування старіння. На другому етапі

— «зниження надійності» — незважаючи на процеси вітаукту, зменшуються пристосувальні можливості організму при збереженні рівня основного обміну і функції. Нарешті, на третьому етапі, змінюються основний обмін і функції. Отже, при старінні знижується спочатку здатність адаптуватися до значних навантажень і зрештою змінюються рівень обміну і функції навіть у спокої.

Історія вивчення старіння. Гіпотези і теорії. Істотний внесок у фор-

мування сучасних уявлень про сутність старіння зробили класики вітчизняної біології — І. І. Мечников, І. П. Павлов, О. О. Богомолець, А. В. Нагорний. Їх дослідження відзначаються пошуком фундаментальних механізмів старіння і прагненням розробити засоби, що впливають на тривалість життя. І. І. Мечников висунув автоінтоксикаційну теорію старіння, яка підтверджує, що старіння — це результат автоінтоксикації організму, пов’язаний з функцією кишечнику. Він вважав, що створенням системи розумного способу життя і харчування вдасться збільшити тривалість життя людини. І. П. Павлов пов’язував провідні механізми старіння зі змінами нервової діяльності. Вчені його школи відкрили найважливіші закономірності вікових змін вищої нервової діяльності. Становлення радянської геронтології як самостійної науки пов’язане з ім’ям О. О. Богомольця, який вважав, що провідні механізми старіння визначаються віковими змінами сполучної тканини. На основі цих висновків він запропонував використовувати цитотоксичні сироватки для позитивного впливу на організм при старінні. А. В. Нагорний і представники його школи зібрали великий фактичний матеріал про особливості впливу старіння і пов’язали цей процес зі загасаючим самовідновленням протоплазми. Однією із синтетичних теорій старіння є адап- таційно-регулювальна (В. В. Фролькіс, 1985).

Існують дві традиційні точки зору на причини розвитку старіння: 1. Старіння — генетично запрограмований процес, результат закономірного розвитку програми, закладеної в генетичному апараті. У цьо-

199

му випадку дія факторів навколишнього і внутрішнього середовища може вплинути на темпи старіння, але незначною мірою.

2.Старіння — це результат руйнування організму внаслідок неминучої ушкоджуючої дії змін, що виникають протягом самого життя, — стохастичний, імовірнісний процес.

3.Відповідно до адаптаційно-регулювальної теорії, старіння генетично не запрограмоване, а генетично детерміноване біологічними властивостями організму. Іншими словами, старіння — це руйнівний, імовірнісний процес, що розвивається в організмі з генетичними запрограмованими властивостями.

Старіння — багатопричинний процес, який спричинюється багатьма факторами. Серед них стрес, хвороби, активація вільнорадикального окислення і нагромадження перекисних продуктів метаболізму, вплив ксенобіотиків (чужорідні речовини), зміна концентрації водневих іонів, температурні ушкодження, недостатнє виведення продуктів розпаду білків, гіпоксія тощо. Старіння — багатоосередковий процес. Він виникає у різних структурах клітин — у ядрі, мітохондріях, мембранах тощо;

урізних тканинних клітин — нервових, секреторних, імунних, печінкових та ін. Темп вікових змін визначається співвідношенням процесів старіння і вітаукту.

Молекулярні та клітинні механізми старіння у процесі життєвого циклу індивідуального розвитку:

1.Порушення генетичного апарату клітини. Більшість учених пов’язу-

ють первинні механізми старіння з порушеннями у генетичному апараті клітин, програмібіосинтезубілка. Доведено, щозмінинастаютьувсіхланках передачі генетичної інформації — у ДНК, структурі хроматину, зчитуванні (транскрипції) і передачі (трансляції) генетичної інформації, синтезі білка. Первинні механізми старіння пов’язані з порушеннями в регуляції геному. Ушкодження ДНК відновлюються завдяки існуванню спеціальної системи репарації ДНК, активність якої знижується, що сприяє наростанню ушкоджень цілої макромолекули, нагромадженню її фрагментів. Істотні зміни відбуваються і на етапі трансляції, збору молекул білка. Як відомо, білкові молекули є основою життєвих процесів. Білками є ферменти, багато гормонів, клітинні рецептори, іонні мембранні канали, скорочувальні елементи м’язових клітин. Зміна регуляції геному призводить до нерівномірних зрушень у синтезі білків, що закінчується порушенням функції клітин. Посилена діяльність клітин забезпечується активацією синтезу білка. При старінні організму скорочується можливий діапазон стимуляції біосинтезу білка. Відповідно до широко розповсюдженої гіпотези помилок, яка не має достатніх доказів, з віком можуть накопичуватися помилки в генетичній інформації, що веде до появи «дефектних» білків. Передбачається, що регуляторні зрушення призводять до активації генів, які визначають утворення в організмі антитіл до вільних білків і до ушкодження імунними комплексами клітин і тканин.

200

2.Порушення клітинної біоенергетики. Істотні зміни відбуваються на етапі утворення, передачі та використання енергії в клітині. Так, у багатьох клітинах знижується споживання кисню, зменшується активність дихальних ферментів, вміст багатих енергією фосфорних сполук — АТФ, креатинфосфату. Адаптивне значення при цьому можуть мати активація гліколізу, збільшення сполучення окислювання і фосфорилування. Відомо, що утворення енергетичних потенціалів відбувається в мітохондріях клітини. З віком знижується синтез білків мітохондрій, зменшується їх кількість, настає їх деградація, що стає важливою причиною порушення енергетики клітин. Істотні зміни настають при старінні і в обміні ліпідів. Змінюється фосфоліпідний склад клітинних мембран, що істотно впливає на функцію клітин. У крові зростає вміст холестерину, тригліцеридів, атерогенних ліпопротеїдів, неетерифікованих жирних кислот, знижується активність ліпопротеїдної ліпази. Усе це сприяє розвитку атеросклерозу.

3.Зменшення клітинної маси. Порушення функції клітин та їх загибель є підсумком старіння і позначається на діяльності органів і всього організму в цілому. Кількість нейронів у мозку зменшується на 10–20 %,

ав деяких структурах мозку — на 30–50 %; кількість нефронів нирки й альвеол легень зменшується на 30–50 %. Клітинна маса 25-річних чоловіків становить 47 % усієї маси тіла, а 70-річних — тільки 36 %. Основним морфологічним проявом старіння вважають атрофію органів і тканин, що характеризується зменшенням кількості паренхіматозних клітин. У кожному органі, поряд з клітинами, що атрофуються, знаходяться нормальні та гіпертрофовані клітини. Загибель частини клітин призводить до того, що на клітини, які залишилися, припадає велике навантаження і це сприяє їхній гіперфункції та гіпертрофії.

4.Цитоморфологічні зміни. При старінні істотно змінюються ядер- но-цитоплазматичні відношення в клітині. Адаптаційне значення має збільшення кількості ядер у клітині, що веде до збільшення вмісту в ній ДНК. Загальне зменшення кількості мітохондрій нерідко сполучається

зпоявою гігантських форм цих органоїдів. У старості в клітинах, що поділяються мало, накопичується пігмент — ліпофусцин. Існує думка, що ліпофусцин являє собою накопичення продуктів життєдіяльності клітин, продуктів розпаду їх органоїдів.

5.Функціональні зміни. З роками істотно змінюються функції клітин: знижується здатність нейронів сприймати інформацію; секреторних клітин — синтезувати і виділяти речовини; скорочувальних клітин серця — довго підтримувати високий рівень працездатності. Важливим проявом вітаукту є посилення функції низки клітин у процесі старіння, що підтримує роботу органа. Відомо, що при звичайному рівні функції органа не всі його клітини і функціональні одиниці беруть участь у його діяльності. Цим створюється резерв посилення функції при навантаженні. У старості цей резерв значною мірою використаний вже у стані

201

спокою, що обмежує функціональні можливості при навантаженні. У механізмі старіння клітин велике значення мають зміни в клітинній мембрані. З віком зменшується збудливість багатьох клітин, змінюються тривалість і форма потенціалу дії. Зміна електричних властивостей окремих клітин є основою розвитку вікових змін ЕКГ, ЕМГ, ЕЕГ.

Однією із основних вікових особливостей окремих клітин і клітинних з’єднань є зниження лабільності, тобто здатності відтворювати часті ритми збудження без їхньої трансформації. Відомо, що деяким клітинним утворенням властивий автоматизм, тобто здатність спонтанно збуджуватися — центри автоматизму довгастого мозку, серця, деяких судин, кишечнику, сечоводів та ін. При старінні знижується активність водіїв ритму, частота їх спонтанної деполяризації. Велике значення щодо забезпечення сполучення між ушкодженням клітини та її функцією належить іонам кальцію. При старінні послаблюється активний транспорт кальцію, захоплення і вивільнення його клітинними органоїдами, що неминуче погіршує функцію клітин.

Послідовність і закономірності старіння клітин різних типів

Для розуміння механізму старіння цілісного організму велике значення має знання послідовності старіння клітин різного типу. Досить поширена думка про те, що первинне старіння властиве неподільним клітинам. Поділ клітини звільняє її від грубих вікових змін. Висунуто припущення про існування певного ліміту клітинних поділів, що визначає старіння, час життя клітинної популяції.

В умовах цілісного організму старіння клітин є складною сукупністю їх власних вікових змін і регуляторних впливів усього внутрішнього середовища організму. Щодо механізмів старіння виділяють три типи клітин:

1)клітини, яким властиве первинне старіння (нервові, сполучні та

ін.);

2)клітини, процес старіння яких включає власне вікові зміни і регуляторні впливи (залозисті, м’язові та ін.);

3)клітини, в яких у природних умовах старіння, головним чином, вторинне й опосередковане через весь комплекс внутрішньоорганних впливів (епідерміс, епітелій багатьох органів та ін.)

Існують загальні закономірності старіння всіх клітин і специфіка старіння клітин, що мають різні функції. Вікові зміни біосинтезу білка, біоенергетики, транспорту іонів, обміну ліпідів неоднакові в клітинах з різними функціями. Функція клітини визначає особливості її старіння.

Ось чому, незалежно від того, діляться чи не діляться клітини з різними функціями, старіють вони неоднаково.

202

Лекція 2

РОЗВИТОК ЕНДОКРИННОЇ СИСТЕМИ ТА ОСОБЛИВОСТІ ЇЇ ФУНКЦІОНУВАННЯ НА РІЗНИХ ЕТАПАХ ФІЛОГЕНЕЗУ. ОНТОГЕНЕЗ ОКРЕМИХ ЗАЛОЗ ВНУТРІШНЬОЇ СЕКРЕЦІЇ

Кожному періоду індивідуального розвитку притаманні цілком визначені особливості пристосування організму до середовища. Фактори нейрогуморальної регуляції, втручаючись в обмін клітин і тканин, забезпечують їх сполучення у досягненні кінцевого пристосувального ефекту.

Залози внутрішньої секреції починають вже функціонувати в середньому й особливо в пізньому ембріогенезі. Гетерохронно розвиваються їх функціональні здатності у немовлят і в дитячий період, досягають своєї максимальної активності в періоди юнацтва (18–21 років) і першої зрілості та повільно, в неоднаковій мірі для кожної залози, знижують свою активність до старості. Однак деякі залози підвищують гормоноутворення.

На початку 30-х років ХХ ст. у розвитку ендокринної системи були виявлені такі онтогенетичні закономірності:

1.Початкове стрімке зростання органа, дуже нерівномірно виражене для окремої залози.

2.Тривалий період відносної сталості маси в першому (22–35 років

—у чоловіків, 21–35 років — у жінок) і другому (36–60 років — у чоловіків, 36–55 років — у жінок) періодах зрілості.

3.Деяке зменшення маси органа, що майже відсутнє у надниркових залозах і дуже сильно виражене в яєчнику. Згасання функцій яєчника починається в 2-й період зрілості й різко підсилюється в старості.

Основні функції нервової та ендокринної систем: 1) регуляція функцій;

2) підтримка відносної сталості внутрішнього середовища (гомеостазу).

Обмін речовин і енергії, ріст і розвиток, реалізація генетичної програми, гомеостазу, взаємодія фізіологічної системи та окремих частин організму може здійснюватися завдяки взаємодії нейроендокринної системи.

203