Gerontology Explorer
База знаний по геронтологии
Форум Рейтинг способов продления жизни Новые материалы Email-рассылка: информация о новых материалах на сайте RSS-канал: информация о новых материалах на сайте Поиск Указатель Экспорт, импорт

     
Функция клеток

 

Молекулярные сдвиги, возникающие при старении, в конечном итоге изменяют функцию клеток, и именно это сказывается на старении органа и организма в целом. Недостаточность физиологических функций и последующая гибель клеток - конечный биологический итог старения. Функция клеток и органов - это не только производное молекулярных изменений, но и их регулятор в единой саморегулирующейся системе клеток.

 

Давно не прекращается спор о последовательности старения клеток различных типов, о факторах, определяющих направленность этого процесса. Известны работы, связывающие темп и последовательность старения клеток с их митотической активностью. Есть предположение, что старение организма определяется процессами, развивающимися в постмитотических клетках (нервные клетки, соединительнотканные волокна). По мнению Коудри (Cowdry, 1939), выраженные проявления старения свойственны и специализированным клеткам, которые проявляют способность к митозу только в определенных условиях (клетки печени, почек, щитовидной железы и др.). В неделящихся клетках старение не удается уловить. По Хейфлику (Hayflick, 1985), старение развивается в активно делящихся клетках, обладающих ограниченным митотическим потенциалом. Очевидно, «лимит Хейфлика» - феномен, свойственный исключительно культуре клеток, он является моделью для изучения только некоторых сторон клеточного старения.

 

Удачный объект для изучения особенностей связи старения с их митотической активностью - клетки печени. Будучи неделящимися в обычном состоянии, они при регенерации после гепатоэктомии начинают активно делиться. При переходе гепатоцитов из постмитотического режима жизни в митотическии не наблюдается исчезновения старения, «омоложения» клетки, а наступает качественная перестройка течения этого процесса. Адельман (Adelman, 1975), Химмельбах и др. (Himmelbach et al., 1975) показали, что в клетках регенерирующей печени сохраняются возрастные различия, свойственные интактной печени, а в некоторых случаях наблюдается и усугубление этих различий.

 

Наша сотрудница T. Г. Мозжухина установила, что главный максимум транскрипции после гепатоэктомии наступает одновременно у взрослых и старых крыс - через 15 ч. Уровень включения метки в РНК активной и неактивной фракции хроматина в этот период возрастает соответственно в 5 и 8 раз у взрослых и в 7 и 11 раз у старых животных и утрачивает возрастные различия, наблюдавшиеся в интактной печени. Полученные данные свидетельствуют о более выраженной перестройке хроматина регенерирующей печени старых животных по сравнению со взрослыми, эта перестройка ведет к нивелированию возрастных различий в соотношении активной и неактивной фракций, в характере фрагментации Ca/Mg-эндонуклеазой и процесса плавления фракций хроматина, к своеобразному «омоложению» хроматина. Однако при регенерации не нивелируются возрастные различия в активации синтеза ДНК. Так, максимум репликации ДНК у старых животных наступает позже, а скорость стабилизации вторичной структуры ДНК значительно ниже (Левицкий, 1984). Исследование возрастных особенностей пула предшественников синтеза ДНК в регенерирующей печени не выявило возрастных различий. По данным А. Я. Литошенко (1985), при регенерации печени сохраняются возрастные различия в скорости синтеза митохондриальной ДНК, в синтезе митохондриальных белков.

 

Полностью регенерировавшаяся печень старых животных сохраняет присущую интактной печени сниженную способность осуществлять индуктивный синтез ферментов (Adelman, 1975), а по данным О. К- Кульчицкого (1985), регенерация печени не снимает возрастных различий в активности аденилатциклазной системы. Таким образом, переход гепатоцитов с постмитотического режима в митотическии не ликвидирует возрастных различий.

 

Дифференцировка клеток определяет не только их митотическую активность, но, что очень важно, функциональную специфику. В нашем коллективе накопился большой фактический материал, свидетельствующий о том, что существуют важные различия в фундаментальных механизмах старения (в биосинтезе белка, энергетических процессах, в состоянии мембран, в физиологической активности и др.) клеток, обладающих неодинаковой функцией (Фролькис, 1975, 1985). Следует подчеркнуть, что по-разному стареют клетки, обладающие одинаковым митотическим потенциалом, но различной функцией.

 

Важным параметром, регулирующим обмен и функцию клеток, является их мембранный потенциал. Величина его при старении не изменяется в гепатоцитах, адренокортикоцитах, скелетномышечных волокнах, падает в тиреоцитах, растет в гладкомышечных клетках сосудов, в миокардиоцитах левого желудочка крыс. Во многих нейронах средняя величина мембранного потенциала к старости не изменяется, но появляется много клеток с более низким и более высоким МП, чем у взрослых крыс. Характер возрастных изменений биосинтеза белка в клетках, обладающих различной функцией, неодинаков. Как видно на рис. 4, во-первых, наиболее значительные сдвиги в синтезе белка развиваются в первые месяцы постнатального развития, а в дальнейшем они выражены меньше; во-вторых, существует органоспецифичность их не только по выраженности, но и по направленности.

 

Известна роль энергетических процессов в обеспечении функции клеток. Потребление кислорода снижается в миокарде, не изменяется в полушариях мозга, скелетной мышце; анаэробный и аэробный гликолиз падает в полушариях мозга и растет в миокарде, скелетной мышце; количество АТФ больше всего падает в мозге, а креатинфосфата не изменяется в мозге и резко падает в миокарде и скелетных мышцах; количество АДФ падает в мозге и миокарде, растет в скелетной мышце. В конечном итоге эффективность системы генерирования энергии определяется синтезом АТФ. Обращает на себя внимание то, что один и тот же уровень АТФ в клетках поддерживается в старости за счет различного соотношения различных путей и звеньев энергообразования. Итак, существует сходство и принципиальные различия в старении клеток, обладающих различной функцией.

 


Рис. 4. Возрастные изменения интенсивности биосинтеза белка в различных органах крыс.

10 / - лобная кора; 2- кора мозжечка; 3 - спинной мозг; 4-продолговатый мозг; 5 хвостатое ядро; 6 - гиппокамп; 7 - гипоталамус; 8 - гипофиз; 9 - скелетная мышца; 10 миокард; // - костный мозг; 12 - тестикулы; 13 - эпителий кишечника; 14 - надпочечник; 15 - почки; 16 - печень.

 

Анализ всего этого многообразия возрастных изменений клеток позволяет сделать несколько важных выводов: 1) не следует рассматривать особенности старения одного какого-либо типа клеток как общую закономерность старения всех клеток; 2) существуют четкие различия в механизмах старения клеток, обладающих одинаковым митотическим потенциалом; 3) механизмы старения определяются функциональной спецификой клетки; 4) существуют отчетливые различия в молекулярных механизмах нарушения функции различных типов клеток; 5) специфика старения различных клеток определяется особенностями возрастных изменений регулирования их генома.

 

ДНК всех клеток одинакова. Возникновение определенного типа клеток - мышечных, нервных, секреторных - связано не с особенностями содержания генетической информации, а с ее реализацией. В соответствии с генорегуляторной гипотезой (Фролькис, 1965, 1970, 1982) первичные механизмы старения связаны с изменением регулирования генома. Исходная топография регуляции генома у клеток, обладающих различной функцией, неодинакова. Это приводит к различиям в генорегуляторных механизмах их старения и последующих возрастных изменениях их метаболизма, структуры и функции. Следовательно, специфика физико-химических механизмов обеспечения функции и регуляции определяют важные особенности старения клеток. Итак, генорегуляторные механизмы определяют общность и в то же время специфику старения различных клеток. Общие и различные механизмы старения нервных, секреторных, иммунных, печеночных, гладкомышечных, сердечных, скелетно-мышечных, костных клеток были подробно проанализированы в монографии «Physiology of cell aging» (1984).

 

Старение - не изолированный клеточный феномен. Старение клетки формируется в результате взаимодействия ее собственных возрастных изменений и влияний микро- и макроокружения, межклеточных влияний и общерегуляторных воздействий. В соответствии с этим можно выделить три типа старения клеток: 1) клетки, которым свойственно первичное старение; 2) клетки, у которых старение - результат собственных возрастных изменений и влияний регуляторных, трофических, связанных с первичным старением других клеточных элементов; 3) клетки, у которых в естественных условиях существования старение в основном вторично и связано с изменением всего комплекса регуляторных влияний. К первой группе следует отнести нервные клетки, некоторые соединительнотканные элементы; ко второй - мышечные волокна, клетки железистых образований, печени, почек; к третьей - эпидермис, эпителий многих органов

 

При старении падает базальный уровень функции и значительно снижается возможность усиления деятельности органов снижается сократимость сердца, секреторная активность пищеварительных желез, ряда желез внутренней секреции, почек, лабильность нервных центров и др. Наряду с этим не падают, а активируются некоторые функции гипофиза, активность ряда скелетных мышц. Важно, что при высоких нагрузках, еще оптимальных для зрелого возраста, в старости могут развиваться функциональная недостаточность, патология.

 

Ослабление функции органов, нервных центров - результат, во-первых, уменьшения числа клеток ввиду гибели части из них; во-вторых, ослабления функции отдельных клеток. Гибель клетки - конечный итог ее старения. По мнению одних исследователей, она наступает в результате общей дезорганизации метаболизма и структур клетки; по мнению других, разрыва лизосом и выхода в цитоплазму активных протеолитических ферментов; по мнению третьих, разрыва плазматической мембраны; по мнению четвертых, появления ранее не синтезировавшихся белков; по мнению пятых, атрофии и др.

 

При старении мы находим в клетках проявления дегенерации и дистрофии, некроза и некробиоза, атрофии и гипертрофии. Учитывая многофакторность и многоочаговость старения, следует полагать, что существует многопричинность их гибели.

 

Гибель клеток неодинакова в различных органах. Уменьшается в старости не только количество клеток, но и отдельных функциональных единиц. Так, число нефронов у старых людей снижается на 30-50 %, число альвеол у старых крыс - на 40 %.

 

По данным Грегермен, Бюнен (Gregerman, Bieunan, 1974 - цит. по: Shank, 1976), клеточная масса составляет у 25-летних мужчин 47 % всей массы тела, а 70-летних - только 36 %, т. е. снижается на 30.6 %. По данным Форбса, Рейна (Forbs, Reina, 1970; цит. по: Shank, 1976), тощая масса тела у 25-, 45-, 55- и 65-70-летних мужчин составляет 80, 74, 70 и 64 % соответственно, т. е. за период 25-70 лет снижается на 25 %. У женщин эти величины соответственно равны 68, 58, 56 и 51 %, т. е. клеточная масса снижается на 34 %.

 

У животных, обладающих разной массой, величина органов отличается не столько размером клеток, сколько количеством клеток. При всех даже равных условиях гибели клеток чем меньше их исходное общее количество, тем выраженнее влияет на функцию гибель части из них.

 

Возрастные изменения функции клеток возможно понять на основе изменения взаимоотношения процессов старения и витаукта. Один из важнейших механизмов витаукта состоит в том, что при гибели части клеток на оставшиеся клетки, функциональные единицы ложится большая нагрузка, и в результате этого в деятельность включается большее количество функциональных единиц, активируется функция оставшихся клеток. В результате этой гиперфункции многие клетки в старости гипертрофируются.

 

В работе А. С. Ступиной (1978) было показано, что гипертрофированные клетки в старости встречаются в миокарде, печени, коре надпочечников, в ряде нервных центров, в щитовидной железе, гипофизе, в желудочных железах и др. Проявлением активации клеток, процессов витаукта являются многоядерность и полиплоидия, восстанавливающие ядерно-цитоплазматические отношения (Фролькис, 1970). Повышенная нагрузка в старости благодаря гибели части клеток ложится на все клетки, в том числе и на те, которые из-за возрастных сдвигов не могут гипертрофироваться. Можно сказать, что в старости развивается относительная гиперфункция клеток, т. е. их деятельность усилена по отношению к их функциональным возможностям.

 

Если учесть падение числа клеток в ряде органов и во всем организме, то в ряде случаев оказывается, что снижение их больше, чем уменьшение соответствующей функции. Это достигается в результате гиперфункции оставшихся клеток, напряжения их метаболизма за счет включения в общую деятельность большего числа клеток, функциональных единиц. Это использование резервов ограничивает возможности усиления деятельности органов в старости. Структурные проявления процесса витаукта обнаруживаются при изучении отдельных ультраструктур клетки.

 

Речь идет о гипертрофированных митохондриях, увеличенном числе ядер, пластинчатости ядер и плазматической мембраны, гипертрофии эндоплазматического ретикулума и др. Иными словами, внутри одной и той же клетки в старости отмечаются деструктивные и адаптационные сдвиги, их взаимодействие и определяет структурную целостность и функцию клетки. На рис. 5 приведены данные (лаборатория А. С. Ступиной) морфометрической оценки изменения отдельных органоидов нейронов, свидетельствующие о выраженных процессах витаукта на ультраструктурном уровне.

 

Решающее значение в механизме изменения деятельности органов и всего организма в целом имеют сдвиги в функции клеток. В нашем коллективе накопился большой фактический материал, позволяющий проследить сдвиги в клетке, начиная от поступления к ней информации до осуществления специфической функции.

 

В изменении функции клеток при старении велика роль сдвигов в плазматической мембране, ее фосфолипидном составе, рецепторах, ионных каналов и др. При старении наступают структурные изменения в плазматической мембране. В ней отмечаются уплотнения и утолщения, микроразрывы, варикозные включения, появление карманов, капель жира и др. Адаптационное значение имеет развивающаяся в старости складчатость мембраны, увеличение ее поверхности, инвагинации в цитоплазму, обеспечивающих большую площадь соприкосновения со средой.

 

Извините, этого рисунка нет.

Рис. 5. Уровень деструктивных (светлые столбики) и адаптационных (заштрихованные) сдвигов в нейронах (А), олигодендроглиацитах (Б) и эндотелиоцитах (В) мамиллярных ядер гипоталамуса старых крыс

 

/ - ядра 2 - митохондрии 3 - эндоплазматический ретикулум 4 - комплекс Гольджи, 5 - липофусцин, 6 - первичные лизосомы, 7 - микропиноцитоз.

 

Изменяется молекулярный состав мембраны. На рис. 6 представлены данные нашего сотрудника В E Сабко, свидетельствующие о существенных изменениях фосфолипидного состава мембран, росте соотношения холестерин / фосфолипиды. Изменения фосфолипидного состава мембран имеет органоспецифический характер. Так, в мембранах нейронов мозга содержание сфингомиелина и фосфатидилсерина увеличивается, а фосфатидилхолина уменьшается; в гепатоцитах содержание сфингомиелина нарастает; в мембранах кардиоцитов содержание фосфатидилхолина увеличивается, а фосфатидилэтаноламина уменьшается Обращает на себя внимание увеличение лизоформ фосфолипидов Сдвиги фосфолипидного состава, реакций перекисного окисления липидов имеют настолько существенное значение, что они изменяют реактивность клеток в старости, доступность и дрейф рецепторов, активность и подвижность ряда мембранных ферментов, нарушают проницаемость мембран. Так, известно, что лизофосфолипиды угнетают Na+-, К+-АТФазу сарколеммы, вызывают электрические изменения, аналогичные наблюдаемым в ишемическом сердце (Меерсон, 1981).

 

Извините, этого рисунка нет.

Рис. 6. Спектры фосфолипидов плазматических мембран взрослых {светлые столбики) и старых {заштрихованные) крыс

А - мозг, Б - печень, В - сердце / - лизофосфатидилхолин, 2 - сфингомиелин, 3 фосфатидилсерин 4- фосфатидилинозит, 4 - фосфатидилхолин, 5 - фосфатидилэта ноламин, 6 - дифосфатилглицерин.

 

Роль лизофосфатилхолина столь велика, что он может привести к электрической нестабильности сердца, развитию аритмии. О роли процессов перекисного окисления в изменении свойств клетки свидетельствуют данные E. H. Горбань (1978). Оказалось, что температурный коэффициент Qio процесса реполяризации клеточной мембраны адренокортикоцитов и суммарная энергия активации (EdKT) у старых значительно выше, чем у взрослых: Qio= 1.4 у взрослых, 2.7 у старых животных; Eакт= = 6.3 ккал/моль у взрослых, 16.0 ккал/моль у старых. Введение антиоксиданта ионола (JOO мг/кг за 3 ч) приближало характер реполяризации мембран адренокортикоцитов старых крыс и таковой у взрослых (Qi0= 1.44+0.03 и 1.47+0.3; ?акт=5.9+0.3 и 6.2+ +0.31). По данным нашего сотрудника С. А. Танина, у старых животных резко снижается чувствительность нейронов спинного мозга к действию половых стероидов. Введение ионола сближает реактивность нейронов старых и взрослых животных. Более того, антиоксидант ионол восстанавливает чувствительность клеток к действию оубаина. Следовательно, многие изменения биофизических свойств мембраны, изменения активности ферментов, доступности рецепторов в старости связаны со сдвигами в состоянии липидов, перекисного окисления. Воздействуя на эти процессы, можно, пусть и на время, восстановить многие реакции клеток. Важно, что это выявляется как на возбудимых, так и на невозбудимых клетках.

 

Высокий уровень жизнедеятельности клетки осуществляется во многом благодаря высокой активности физико-химических процессов на клеточной мембране. В соответствии с адаптационнорегуляторной теорией, важные изменения в процессе старения возникают в регулировании генетического аппарата клетки. Это приводит к изменению интенсивности синтеза отдельных белков клетки, в том числе и белков плазматической мембраны, что в свою очередь существенно нарушает функцию клетки. Так, H. С. Верхратским определялась удельная и относительная удельная активность белков плазматической мембраны клеток печени и скелетных мышц. У старых животных снижается интенсивность биосинтеза белков плазматической мембраны. Так, у 8-10-месячных крыс удельная активность белков мембран печени равна 2153±195, а относительная удельная активность - 0.362 ±0.220. У старых животных оба показателя снижены по сравнению со взрослыми и составляют 1616±134 и 0.286±0.155.

 

Важно и то, что в старости изменяется регуляция синтеза плазматических белков. Как известно, гормоны оказывают существенное воздействие на структуру и функцию клеток, влияя на генетический аппарат и интенсивность процессов биосинтеза белка. По данным H. С. Верхратского, в реализации этого влияния существенное значение может иметь влияние гормонов на интенсивность биосинтеза белков плазматических мембран клеток. H. С. Верхратским было показано, что гормоны (инсулин, гидрокортизон, трийодтиронин) существенно изменяют синтез белков плазматических мембран миокарда, скелетных мышц, печени. В старости это влияние изменяется не только количественно, но и качественно. Как видно на рис. 7, под влиянием инсулина и гидрокортизона интенсивность биосинтеза белков плазматических мембран кардиоцитов у взрослых крыс растет, а у старых падает. Белки мембраны - это ее ферменты, ионные каналы, рецепторы. Вот почему изменение синтеза белков мембраны, происходящее под влиянием гормонов, может быть важной причиной нарушения функции клетки.

 

Активный трансмембранный транспортный механизм обеспечивается энергией АТФ, гидролизом ее мембранной Na + -, K+АТФазой, работа которой носит векторный характер: ионы натрия выкачиваются из клетки, а калия транспортируются в клетку. В старости наступает изменение этого важнейшего мембранного механизма.

 

1. Сведения об активности Na+-, К + -АТФазы мембран в старости противоречивы. Наряду с указаниями об уменьшении активности фермента в процессе старения имеются данные, согласно которым активность Na + -, К+-АТФазы мозга в старости сохраняется на уровне животных зрелого возраста. По данным нашего сотрудника В. Э. Фрайфельда, в старости существенно падает активность Na+-, К+-АТФазы плазматической мембраны миокардиоцитов.

 

Наша сотрудница P. И. Потапенко показала, что активность Na+-, К+-АТФазы синаптических мембран коры и ствола головного мозга с возрастом не изменяется (взрослые: кора - 20.2± ±1.5; ствол - 27.5±1.9 мкмоль P • мг белка"1 • ч"1; старые: кора - 17.4 ± 1.4; ствол - 25.9± 1.8 мкмоль P • мг белка"1 • ч"1).

 


Рис. 7. Влияние гормонов на интенсивность биосинтеза тотальных белков миокарда взрослых (светлые столбики) и старых (заштрихованные) крыс

/ - инсулин (20 ЕД/кг, внутрибрюшинно, 2 ч), 2 - гидрокортизон (35 мг/кг, внутри брюшинно, 5 ч), 3 - трийодтиронин (2 мг/кг, виутрибрюшинно, 4 кратное введение - I, 2, 4 и 6 сут).

 

Вместе с тем под влиянием ацетилхолина и вазопрессина активность транспортной АТФазы у взрослых и старых крыс изменяется неодинаково. Следовательно, этот важнейший транспортный механизм изменяется в старости, что отчетливо выявляется при изменении режимов работы клетки.

 

2. Мембранная Na+-, К+-АТФаза блокируется оубаином. Изменение МП под влиянием оубаина может дать представление о вкладе электрогенного транспорта ионов в поддержание его величины. По данным E. H. Горбаня (1981), оубаин снижает МП мышечных волокон диафрагмы на 14.8±0.75 у зрелых крыс и на 8.1 ±0.86 мВ у старых.

 

3. Охлаждение клеток in vitro (адренокортикоциты, мышечные волокна диафрагмы) до 0-5 0C приводит к инактивированию натриевого насоса и в результате этого к накоплению внутриклеточного натрия, падению величины МП. При последующем нагревании раствора наступает резкая активация Na+-, К+-АТФазы и интенсивное откачивание ионов натрия, натриевый насос начинает работать в электрогенном режиме и развивается температурная гиперполяризация. E. H. Горбань (1981) при измерении величины Q10, энергии активации и возникающих при этом реакций пришел к выводу, что у старых животных увеличивается вклад неферментативных реакций в общий баланс процессов и уменьшается роль ферментативного компонента. При определении температурной зависимости реполяризации плазматических мембран фрагментов диафрагмы у зрелых крыс Q10= 1.5±0.07; ?dKT=6.7± ±0.69 ккал/моль; у старых Q10 = 3.8±0.44; ?акт=20.8± ± 1.42 ккал/моль.

 

4. При старении изменяется соотношение окислительного и гликолитического пути в обеспечении электрогенного транспорта ионов. Снижение величины МП клеток при действии фтористого натрия (0.01 моль/100 г) более выражено у старых крыс (у зрелых падение на 2.1 ±0.8, у старых-на 8.4±1.2 мВ), а 2,4-динитрофенола (0.0005 моль/100 г), разобщающего окисление и фосфорилирование, - у зрелых крыс (у зрелых - на 6.2 ±0.3, у старых - на 1.8±0.15 мВ).

 

Известно, что действие многих физиологически активных веществ, к примеру катехоламинов, осуществляется через специфические рецепторы благодаря активации мембранного фермента аденилатциклазы и синтеза цАМФ. Поданным H. С. Верхратского, в сердце в старости падает число адренорецепторов на мембране кардиоцитов, но растет их сродство к катехоламинам. Базальный уровень аденилатциклазы и содержание цАМФ не изменяются. Однако у старых животных меньшие дозы катехоламинов активируют аденилатциклазу миокарда, вызывают более выраженное увеличение содержания цАМФ, более значительный физиологический эффект (Кульчицкий, 1985). Этот рост чувствительности к катехоламинам связан с изменением свойств аденилатциклазы, которая у старых животных активируется меньшими количествами специфического стимулятора - фтористого натрия.

 

При старении наступают существенные изменения биофизических свойств клеточной мембраны. МП, как уже указывалось, в различных клетках изменяется неодинаково. Неодинаково изменяются и основные электрофизиологические характеристики клеток. Так, у зрелых крыс средняя величина порогового раздражения одиночных мышечных волокон составляет 6.3+0.14« 10~8, у старых животных - 8.9+0.14- 10~8А. Потенциал действия у зрелых крыс возникает при критическом уровне деполяризации 49.3, а у старых - 33.4 мВ. Повышение порога критической деполяризации у старых крыс свидетельствует о том, что у них надо на большую величину деполяризовать мембрану, чтобы возник распространяющийся потенциал действия. При старении потенциал действия мышечных волокон изменяется: амплитуда падает, длительность нарастает. У зрелых собак амплитуда потенциала действия мышечных волокон составляет 116.9± 1.8, у старых - 72.5+3.2; у зрелых крыс - 113.6+2.4, у старых - 91.2+2.3 мВ. Следует отметить, что подобная направленность изменений возбудимости свойственна не всем клеткам. По данным С. А. Танина (1976), возбудимость моторных нейронов спинного мозга при внутриклеточном раздражении у 8-10-месячных крыс равен в среднем 3.2+0.3- 10 ~9, а у 24-26-месячных - 2.0+0.2- 10"9A.

 

Об изменении процесса возбуждения в старости говорят изменения длительности абсолютной и относительной рефрактерных фаз. У старых животных продолжительность их значительно увеличивается. Так, относительная рефрактерная фаза икроножной мышцы 2-6-месячных и 22-24-месячных крыс составляет 5.0- 5.6, а 30-36-месячных - 7.5-10.0 мс. Одна из важнейших закономерностей старения - с«ижение лабильности, способности воспринимать, перерабатывать поступающую информацию. Этот сдвиг настолько универсален, что проявляется в деятельности отдельных органов, клеток в межклеточных взаимоотношениях. Так, замедляется частотный спектр основных волн ЭЭГ, ритм сокращений сердца, кишечника. Показателем снижения лабильности является то, что пессимум в вегетативных ганглиях в нервномышечном аппарате у старых животных возникает при значительно меньших частотах стимуляции (Фролькис, 1970). Пессимум в верхнем шейном симпатическом ганглии зрелых кошек возникает при частотах 250-400, у старых- 120-200 имп./с. По данным С. А. Танина (1976), мотонейроны спинного мозга зрелых крыс на усиление поляризующего тока отвечают множественными разрядами частотой до 300 имп./с, а старых - 80-100. О. А. Мартыненко показала, что спонтанная активность нейронов париетального ганглия зрелых прудовиков 28.7±2.6, старых - 54.7± ±5.9 имп./с. Все эти изменения лабильности ограничивают возможности участия клеток в межклеточных взаимоотношениях, ограничивают информационные потоки, необходимые для адаптации организма к среде.

 

Снижение лабильности различных клеток связано со сдвигами в скорости процессов ионной проницаемости - реактивацией натриевых каналов, восстановлением натриевой проводимости, откачки из цитоплазмы Na+и возврата в клетку K+-

 

В генезе изменения электрической активности клеток велика роль транспорта ионов, осуществляемого по специальным каналам. Один из подходов изучения их состояния заключается в использовании специфических блокаторов. В нашей лаборатории для блокады кальциевых каналов брали верапамил, для блокады натриевых каналов - тетродотоксин, для блокады калиевых - 2-аминопиридин. В опытах на нейронах малого париетального ганглия прудовика О. А. Мартыненко показала, что натриевые каналы нейронов старых прудовиков отличаются повышенной чувствительностью по сравнению с каналами нейронов зрелых особей. Пороговые дозы тетродотоксина, вызывающие частичный или полный блок генерации потенциалов действия, для старых моллюсков в 2-2.5 раза меньше, чем для зрелых. 2-Аминопиридин в одинаковых концентрациях вызывает деполяризацию и учащение спонтанной активности нейронов зрелых и старых прудовиков, однако у последних эта реакция отставлена во времени. Верапамил несколько по-разному влияет на электрические свойства нейронов, взятых у 4-6-, 12-14- и 24-26-месячных моллюсков. Он изменяет уровень поляризации у молодых и старых особей и не влияет на величину МП нейронов 12-месячных прудовиков. Верапамил влияет на спонтанную электрическую активность старых и зрелых прудовиков и не влияет на молодых. Кроме того, верапамил более выраженно изменяет реакцию на норадреналин и вазопрессин старых нейронов. Видимо, неодинаковая чувствительность к различным блокаторам ионных каналов определяется тем, что при старении неодинаково изменяется количество натриевых, калиевых, кальциевых каналов в плазматической мембране. Эти сдвиги в работе ионных каналов определяют изменения возбудимости, реактивности клеток при старении.

 

Характеристика Ca2 +-транспортных мембранных систем.


Примечание:* - достоверные различия. Количество опытов во всех сериях исследования.

 

Сдвиги в мембранных механизмах изменяют внутриклеточное содержание ионов. По мнению одних исследователей (Купраш, 1974; Тураева, 1978), для старения характерно накопление внутриклеточного натрия и потеря калия, по мнению других (Zs.-Nagy, 1979), - нарастание содержания внутриклеточного калия.

 

Итак, возрастные изменения плазматических мембран, связанные со сдвигами в синтезе мембранных белков, в их фосфолипидном составе, в активности мембранных ферментов, в ослаблении электрогенного транспорта ионов, в снижении числа мембранных рецепторов, со структурными нарушениями в них. Весь этот комплекс изменений может быть определен как мембранные механизмы старения, ведущие к нарушению реактивности, функции клеток.

 

Одним из важнейших в общей физиологии является вопрос о связи электрических процессов на мембране клетки с ее специфической функцией. В последние годы механизм этот был подробно изучен, была доказана роль ионов кальция в сопряжении возбуждения и сокращения мышечных клеток. Существует три составных звена Са2+-транспортной системы кардиоцитов: 1) транспорт через сарколемму; 2) связывание и высвобождение кальция в саркоплазматическом ретикулуме; 3) депонирование кальция в митохондриях. Возрастные изменения этих звеньев были изучены нами и P. А. Фролькис, Л. С. Мхитарян (1985в). Данные эти приведены в табл. 1. Они свидетельствуют о том, что процессы старения сопровождаются рядом количественных и качественных сдвигов в Са-транспортной системе миокарда - сарколемме, саркоплазматическом ретикулуме, митохондриях. Так, Са-связывающая способность сарколеммы в миокарде старых животных падает на 31 %. Заметно повышается скорость натрий-кальциевого обмена и пассивного транспорта кальция в этой мембране (на 33 и 35%). Увеличение скорости пассивного транспорта результат повышения проницаемости мембраны к кальцию.

 

Таблица 1. миокарда у животных разного возраста (M±т)


 

При исследовании мембран саркоплазматического ретикулума старых животных установлено, что активность основного компонента кальциевого насоса - Са2+-АТФазы, определяемой по способности к расщеплению АТФ, не отличается от зрелых. В то же время связывание и накопление ионов кальция этими мембранами в присутствии преципитирующего агента оказались на 24 и ЗА % ниже, чем у зрелых. Следовательно, имеет место разобщение между двумя основными свойствами Са2+-АТФазы - способностью к гидролизу АТФ и транспорту кальция. Влияние фосфорилирования под воздействием эндогенной протеинкиназы на активацию кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума у старых животных в меньшей степени выражено, чем у зрелых. Прирост активности Са2+-АТФазы в условиях эндогенного фосфорилирования у старых животных составляет всего 17 % по сравнению с 43 % у взрослых. Как показали исследования, у старых животных оказалась пониженной Са-поглощающая способность митохондрий. По данным Лакатта (Lacatta, 1984), в старости снижается скорость аккумуляции и увеличивается время накопления Ca2+.

 

Таким образом, изменения наступают во всех звеньях Ca2+транспортных систем миокарда - сарколемме, саркоплазматическом ретикулуме, митохондриях. При старении организма в связи с изменениями Са2+-транспортных мембранных систем создаются услйвия для повышения уровня кальция в миоплазме сердечных клеток: усиливается транссарколеммарный пассивный ток кальция в клетку, при этом нарушается кальций-аккумулирующая способность внутриклеточных депо - мембран саркоплазматического ретикулума и митохондрий. Накопление внутриклеточного кальция может способствовать нарушению энергетических процессов.

 

Установлено, что в транспорте кальция существенную роль играют белки мембран, фосфорилирование которых - необходимый этап перемещения кальция через мембрану саркоплазматического ретикулума. Полученные нами данные о понижении способности к активации Са2+-АТФазы саркоплазматического ретикулума в условиях эндогенного фосфорилирования указывают на роль нарушения этого процесса в механизме угнетения Ca2+транспортной функции саркоплазматического ретикулума в процессе старения. Активацию натрий-кальциевого обменного механизма в этих условиях можно расценивать как компенсаторную, направленную на выведение избытка ионов кальция из цитоплазмы миокардиальных клеток. Изменения в Са2г-транспортных системах, в электромеханическом сопряжении могут быть важной причиной снижения сократительной функции сердца в старости.

 

Существенные сдвиги наступают и в самом сократительном аппарате - в физико-химических свойствах миозина, в содержании в нем сульфгидрильных групп, в соотношении изоформ миозина, в Ca -АТФазной его активности. Так, Са2+-АТФазная активность миозина у взрослых крыс 1.02+0.02, у старых - 0.68±0.03 Р/мг белка • мин (Syrovy, 1984). В миофибриллах выявлены существенные ультраструктурные изменения.

 

Таким образом, на примере миокарда нами показано, что изменяются и механизмы сопряжения между электрической активностью и специфической функцией. И, наконец, в процессе старения страдает сама специфическая функция многих клеток. Падают сила сокращения, скорость сокращения и расслабления структур миокарда; снижается и автоматизм к проводимости, падает лабильность нервных клеток, способность их воспринимать и передавать информацию, белоксинтезирующая способность гепатоцитов, секреторная активность ряда клеток пищеварительных и эндокринных желез и др.

 

Механизмы ослабления деятельности различных клеток во многом едины и в то же время различны. Это определяется их функциональной дифференцировкой, спецификой молекулярного обеспечения функции.

 

 

См. также:  Генорегуляторная гипотеза.

 

 Обсудить на форуме

 

Изменен: 1.11.09

Узлов всего: 3 914. Узлов на вкладке: 1 617. Узлов в узле: 0. Последнее обновление: 20.01.13 19:09

Gerontology Explorer ©, 2007 - 2013. Все права защищены. Для правообладателей Обратная связь

Хостинг от uCoz