Тема 3. Молекулярні основи старіння

1. Загальна характеристика старіння як процесу та його основні характеристики. Біологічний та календарний вік.

2. Структурні зміни клітини при старінні.

3. Теорії старіння. Молекулярно-генетичні механізми старіння.

4. Процеси антистаріння (вітаукта). Тривалість життя та експериментальні способи продовження життя.

Питання 1. Загальна характеристика старіння як процесу та його основні характеристики. Біологічний та календарний вік.

Старіння – це багатоланцюговий біологічний процес, що закономірно й невідворотно наростає в часі, й веде до скорочення пристосувальних можливостей організму і збільшення ймовірності смерті. Це результат обмеження механізмів саморегуляції; зниження поведінкових, фізіологічних і морфологічних пристосувань до внутрішнього й зовнішнього середовища. В ході старіння виникають не лише порушення, але і мобілізуються пристосувальні механізми. Процеси старіння живих організмів вивчає наука геронтологія (від грец. gerontos – старий, logos – наука).

Вікові зміни виникають практично в усіх системах і органах живого організму, на всіх рівнях його організації (від молекулярно-клітинного до системного), але ступінь вираженості й характер вікових змін різний. Всі показники обміну й функцій можуть: 1) прогресивно знижуватись з віком (наприклад, скоротлива здатність серця, функція травних залоз, утворення гормонів у статевих залозах, гострота зору й слуху, працездатність багатьох нервових центрів, активність багатьох ферментів); 2) суттєво не змінюватись з віком (наприклад, рівень цукру у крові, клітинний склад крові, мембранний потенціал більшості клітин); 3) прогресивно зростати з віком (наприклад, синтез гормонів у гіпофізі, чутливість багатьох клітин до біологічно активних речовин та хімічних сполук, рівень холестерину у крові).

Для розвитку старіння характерна неоднаковість змін в просторі й часі, а саме: гетерохронність, гетеротопність, гетерокінетичність, гетерокатефтентність. Гетерохронність – це різниця в часі настання старіння окремих тканин, органів, систем; наприклад, атрофія тимуса починається в 13-15 років, а статевих залоз – в 45-50 років і старше. Гетеротопність – це неоднакова вираженість процесу старіння в різних органах, в різних частинах одного органа; наприклад, в пучковій зоні кори наднирників зміни менші, ніж в клубочковій та сітчастій зонах; в ЦНС неоднаково виражені зміни нейронів у різних її відділах. Гетерокінетичність – це розвиток вікових змін з різною швидкістю; наприклад, у кістках та суглобах вікові зміни починаються досить рано, вони повільно прогресують, і зрештою призводять до деструкції кістки (остеопорозу); а зсуви в ЦНС можуть довго не проявлятись, але потім дуже швидко прогресувати. Гетерокатефтентність – це різноспрямованість вікових змін, зниження одних і активація інших життєвих процесів.

Часто буває так, що певний параметр незначно змінюється з віком, але має інше, ніж в молодості забезпечення. Наприклад, у молодих людей артеріальний тиск підтримується за рахунок більшої величини роботи серця, а у старих – за рахунок високого тонусу судин. Це можливо тому, що всі гомеостатичні величини складнорегулюємі.

В ході старіння спостерігається зниження адаптаційно-регуляторних можливостей в стані напруженої діяльності. Ряд функцій в різні вікові періоди не відрізняється суттєво в стані нормального функціонування, але їх надійність і потенційні можливості різко знижуються. Тобто, адаптаційно-регуляторні механізми, що мобілізуються в ході старіння, підтримуючи гомеостаз організму у спокої, недостатні для збереження його біологічних можливостей при напруженій діяльності.

Слід відзначити, що найбільша швидкість вікових змін спостерігається не в старості, а трохи раніше. Критичним найчастіше є вік 50-60 років.

Крім того, існують індивідуальні, групові та територіальні варіації розвитку процесу старіння. Наприклад, в одних випадках, зміни, перш за все, виникають у серцево-судинній системі (розвивається гемодинамічний синдром), в інших випадках – в ЦНС (розвивається нейрогенний синдром), в третіх випадках – відносно гармонійна старість. Рівень холестерину в крові у старих японців нижчий, ніж у старих європейців, а артеріальний тиск більш різко піднімається у старих японців.

Розглядаючи закономірності процесу старіння, слід враховувати, що в ході еволюції, одночасно з руйнуванням і деградацією, характерними для розвитку старіння, виникли й процеси, спрямовані на виживання і підвищення стійкості біологічних систем, так звані механізми антистаріння, або вітаукта (від: vita – життя, auctum – збільшувати). Усі механізми вітаукта можуть бути розділені на дві групи: генотипові, тобто, генетично запрограмовані (наприклад, система репарації ДНК, система антиоксидантів, система мікросомального окислення печінки) і фенотипові, які мобілізуються протягом життя по мірі старіння організму завдяки процесам саморегуляції (наприклад, збільшення об’єму мітохондрій в умовах зниження їхнього числа; включення в діяльність у звичайних умовах більшого числа капілярів та альвеол через зниження в старості інтенсивності їх функціонування та ін.) (детальніше див. нижче). Зміна співвідношення між процесами старіння й антистаріння (вітаукта) і розділяє хід індивідуального розвитку на три періоди: прогресивний, стабільний, деградаційний.

Швидкість розвитку старіння і початок цього процесу у різних індивідів неоднакові. Крім так званого нормального старіння, буває також передчасне старіння, коли вікові зміни, характерні для старого організму, у даного індивіда настають раніше, ніж в цілому по популяції; і сповільнене старіння, коли вищеописані зміни в даного індивіда настають пізніше, ніж в цілому по популяції.

Розрізняють також нормальне (фізіологічне) та патологічне старіння. Тобто, якщо в ході старіння у даного індивіда розвиваються лише зміни, характерні для нормального процесу старіння, і ці зміни не ускладнені різного роду патологіями, то таке старіння є фізіологічним. Якщо ж процеси старіння супроводжуються різними патологіями, то у такого індивіда розвивається патологічне старіння. Але оскільки зміни, характерні для процесу старіння, є по своїй суті деградаційними, то досить складно чітко визначити, котрі із них властиві нормальному старінню, а котрі є проявом патології і, відповідно, провести межу між фізіологічним та патологічним старінням.