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 биосинтеза- отдельных 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.