4.2.3.3. Механизмы старения

Используя все имеющиеся знания о старении можно предположить цепь событий, происходящих при этом процессе.

Современные представления о механизмах старения связаны со случайными повреждениями макромолекул клетки, то есть с мутациями.

На молекулярном уровне неизбежны при этом разного рода “происшествия”, например, образование поперечных сшивок в пределах одной молекулы и между молекулами, повреждение оснований ДНК, ошибки при транскрипции генетической информации.

Взаимодействие между молекулами таковы, что некоторые типы повреждений молекул могут индуцировать дефекты в других молекулах. Например, структурная “ошибка” в молекулах ДНК-полимераз могут нарушать нормальную репликацию ДНК, что приведет к замене оснований; дефекты в молекулах т-РНК могут приводить к образованию дефектных белков.

В результате молекулярных дефектов субклеточные функции будут осуществляться менее эффективно. Например, повреждения липидов мембран может отрицательно сказаться на функции митохондрий, дефекты в ферментах будут влиять на общий метаболизм клетки.

Накопление повреждений в макромолекулах вне клеток будет изменять окружающую клетку среду и структуру тканей. Например, изменения в межклеточном матриксе могут создавать барьеры для диффузии веществ.

Ухудшение функций на субклеточном уровне будет понижать эффективность работы всей клетки. Так дефекты в митохондриях, вероятно, отразятся на всех процессах, требующих затрат энергии.

В некоторых случаях уменьшение эффективности субклеточных функций будет приводить к гибели клетки, так как она не сможет поддерживать свое собственное существование.

В результате уменьшения эффективности работы клеток, их отмирания и изменения внеклеточного вещества будет ухудшаться работа тканей органов и их систем. Например, изменения в нервных клетках будут влиять на функцию мозга, изменения в лимфоцитах понизят эффективность иммунной системы.

Ухудшение работы органов и тканей приведет к уменьшению жизнеспособности организма. Например, вследствие понижения эффективности иммунной системы организм станет менее устойчив к инфекционным болезням.

Общее снижение жизнеспособности повышает вероятность смерти, а смерть - это завершающий этап онтогенеза. Таким образом, изменения при старении происходят на всех функционально-структурных уровнях: молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном.

Но в организме есть и факторы, уменьшающие или компенсирующие действие повреждений. Это способность ДНК к репарации, вырожденность наследственного кода, механизм гомеостаза и наличие генов со средним и большим количеством повторов.

Но все же биологический смысл старения заключается в том, что оно делает неизбежным смерть. Без смерти не было бы смены поколений - одной из главных предпосылок эволюционного процесса.

Но надо помнить о том, что хотя процессы старения обусловлены внутренними причинами, т.е. генотипом организма, который влияет как на вероятность тех или иных повреждений, так и на степень их компенсации или репарации, старение и длительность жизни также зависит от факторов окружающей среды. Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы в организме происходило нормальное физиологическое старение, а не преждевременное патологическое. Максимальная продолжительность жизни - видовой признак, у человека она может достигать 120-150 лет. Средняя продолжительность жизни - непостоянная величина и зависит не столько от биологических факторов, сколько социальных условий и поведения самого человека. У людей, к сожалению, жизнь часто обрывается преждевременно в результате болезней, несчастных случаев и других причин.

В увеличении продолжительности жизни большая роль принадлежит профилактической медицине и, следовательно, знания врача в этой области необходимы и ответственность его велика.

Рост —это увеличение общей массы в процессе развития, приводящее к постоянному увеличению размеров организма. Если бы организм не рос, он никогда бы не стал больше оплодотворенного яйца.

Рост обеспечивается следующими механизмами: 1) увеличением размера клеток, 2) увеличением числа клеток, 3) увеличением неклеточного вещества, продуктов жизнедеятельности клеток. В понятие роста входит также особый сдвиг обмена веществ, благоприятствующий процессам синтеза, поступлению воды и отложению межклеточного вещества. Рост происходит на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях. Увеличение массы в целом организме отражает рост составляющих его органов, тканей и клеток.

Различают два типа роста: ограниченныйинеограниченный.Неограниченный рост продолжается на протяжении всего онтогенеза, вплоть до смерти. Таким ростом обладают, в частности, рыбы. Многие другие позвоночные характеризуются ограниченным ростом, т.е. достаточно быстро выходят на плато своей биомассы. Обобщенная кривая зависимости роста организма от времени при ограниченном росте имеет s-образную форму (рис. 8.18).

До начала развития организм имеет некоторые исходные размеры, которые в течение короткого времени практически не изменяются. Затем начинается медленное, а потом и быстрое возрастание массы. Некоторое время скорость роста может оставаться относительно постоянной и наклон кривой не меняется. Но вскоре происходит замедление роста, а потом увеличение размеров организма прекращается. После достижения этой стадии устанавливается равновесие между расходованием материала и синтезом новых материалов, обеспечивающих увеличение массы.

Важнейшей характеристикой роста является его дифференциальность.Это означает, что скорость роста неодинакова, во-первых, в различных участках организма и, во-вторых, на разных стадиях развития. Очевидно, что дифференциальный рост оказывает огромное влияние на морфогенез.

Не менее важной особенностью является такое свойство роста, как эквифинальность.Это означает, что, несмотря на возникающие факторы, особь стремится достичь типичного видового размера. Как дифференциальность, так и эквифинальность роста указывают на проявлениецелостностиразвивающегося организма.

Скорость общего роста человеческого организма зависит от стадии развития (рис. 8.19). Максимальная скорость роста характерна для первых четырех месяцев внутриутробного развития. Это объясняется тем, что клетки в это время продолжают делиться. По мере роста плода число митозов во всех тканях уменьшается, и принято считать, что после шести месяцев внутриутробного развития почти не происходит образования новых мышечных и нервных клеток, если не считать клеток нейроглии.

Дальнейшее развитие мышечных клеток заключается в том, что клетки становятся больше, изменяется их состав, исчезает межклеточное вещество. Этот же механизм действует в некоторых тканях и в постнатальном росте. Скорость роста организма в постнатальном онтогенезе постепенно снижается к четырехлетнему возрасту, затем некоторое время остается постоянной, а в определенном возрасте опять делает скачок, называемый пубертатным скачком роста.Это связано с периодом полового созревания.

Пубертатный скачок роста характеризует только человека и обезьян. Это позволяет оценивать его как этап в эволюции приматов. Он коррелирует с такой особенностью онтогенеза, как увеличение отрезка времени между окончанием вскармливания и половым созреванием. У большинства млекопитающих этот интервал мал и отсутствует пубертатный скачок роста.

Как уже говорилось выше, рост осуществляется за счет таких клеточных процессов, как увеличение размеров клеток и увеличение их количества. Выделяют несколько типов роста клеток.

Ауксентичный —рост, идущий путем увеличения размеров клеток. Это редкий тип роста, наблюдающийся у животных с постоянным количеством клеток, таких, как коловратки, круглые черви, личинки насекомых. Рост отдельных клеток нередко связан с полиплоидизацией ядер.

Пролиферационный —рост, протекающий путем размножения клеток. Он известен в двух формах:мультипликативныйиаккреционный.

Мультипликативныйрост характеризуется тем, что обе клетки, возникшие от деления родоначальной клетки, снова вступают в деление (рис. 8.22,А). Число клеток растет в геометрической прогрессии: еслиn —номер деления, тоN_n= 2ⁿ. Мультипликативный рост очень эффективен и поэтому в чистом виде почти не встречается или очень быстро заканчивается (например, в эмбриональном периоде).

Аккреционныйрост заключается в том, что после каждого последующего деления лишь одна из клеток снова делится, тогда как другая прекращает деление (заштрихована, рис. 8.22,Б). При этом число клеток растет линейно. Еслип —номер деления, тоN_n= 2n.Этот тип роста связан с разделением органа на камбиальную и дифференцированную зоны. Клетки переходят из первой зоны во вторую, сохраняя постоянные соотношения между размерами зон. Такой рост характерен для органов, где происходит обновление клеточного состава.

Пространственная организация роста сложна и закономерна. Именно с ней в значительной мере связана видовая специфичность формы. Это проявляется в виде аллометрическогороста. Его биологический смысл состоит в том, что организму в ходе роста надо сохранить не геометрическое, а физическое подобие, т.е. не превышать определенных отношений между массой тела и размерами опорных и двигательных органов. Так как с ростом тела масса возрастает в третьей степени, а сечения костей во второй степени, то для того, чтобы организм не был раздавлен собственной тяжестью, кости должны расти в толщину непропорционально быстро.

Регуляция роста сложна и многообразна. Большое значение имеют генетическая конституция и факторы внешней среды. Почти у каждого вида есть генетические линии, характеризующиеся предельными размерами особей, такими, как карликовые или, наоборот, гигантские формы. Генетическая информация заключена в определенных генах, детерминирующих длину тела, а также в других генах, взаимодействующих между собой. Реализация всей информации в значительной мере обусловлена посредством действия гормонов. Наиболее важным из гормонов является соматотропин, выделяемый гипофизом с момента рождения до подросткового периода. Гормон щитовидной железы — тироксин — играет очень большую роль на протяжении всего периода роста. С подросткового возраста рост контролируется стероидными гормонами надпочечников и гонад. Из факторов среды наибольшее значение имеют питание, время года, психологические воздействия.

Интересной является зависимость способности к росту от возрастной стадии организма. Ткани, взятые на разных стадиях развития и культивируемые в питательной среде, характеризуются различной скоростью роста. Чем старше зародыш, тем медленнее растут его ткани в культуре. Ткани, взятые от взрослого организма, растут очень медленно.