В статье рассматриваются литературные данные об основных механизмах старения организма с точки зрения патофизиологии, предполагаемые разными исследователями на данный момент. Большинство современных теорий старения базируются на изучении отдельных процессов, происходящих при старении.
Ключевые слова: амилоидная пластичность, окислительный процесс, накопление мутаций, снижение функционирования митохондрий, альтернативное срезание РНК, клетка, организм, старение.
Старение человека — это сложный биологический процесс, который обусловлен снижением функциональной активности всех органов и систем тела. Каждая клетка и ткань нашего организма подвергается воздействию внутренних и внешних факторов, которые могут привести к повреждению ДНК, накоплению свободных радикалов и изменению метаболических процессов. В результате возникают различные заболевания и ограничения в физической активности.
Существует множество механизмов, которые лежат в основе процесса старения. Некоторые из них связаны с нашей генетикой, другие — с окружающей средой и образом жизни.
Изучение механизмов старения на данный момент интересно не только для специалистов в области медицины, но и для всего человечества в целом. С давних времен процесс старения интересовал человека, в связи с чем на данный момент в науке рассмотрено достаточно много механизмов старения.
Основные механизмы процесса старения
По мнению исследователей, наиболее значимыми механизмами старения являются:
Окислительный процесс
Окислительный процесс играет важную роль в механизмах старения организма. В процессе жизнедеятельности клетки производят свободные радикалы — молекулы, которые имеют несколько незаполненных электронных орбиталей. Они могут быть вовлечены в реакции с другими молекулами, что приводит к нарушению их структуры и функций.
Свободные радикалы могут увеличивать окислительный стресс в клетках, повреждать ДНК, белки и липиды. Окислительный стресс может привести к изменению мембран клеток, дезориентации белков, потере митохондрий и других патологических изменений, которые приводят к необратимым нарушениям метаболизма и старению организма [1].
Окислительный процесс также может вызвать воспалительные реакции в организме, высвобождая процессы, которые вызывают повреждение тканей и ослабляют иммунную функцию, что может ускорить процесс старения.
Таким образом, окислительный процесс играет значительную роль в механизмах старения организма, и профилактика и лечение окислительного стресса может помочь замедлить эти процессы и продлить жизнь.
Снижение уровня гормонов
Ряд авторов выдвигали теории о влиянии гормонов на процессы старения организма, в частности — концепцию эндокринной периодизации онтогенеза: период детства и юности под влиянием тимуса и эпифиза при высокой активности щитовидной железы, при высокой активности надпочечников и половых желез- период зрелости, при инволюции вилочковой железы и угасании активности половых желез- период старости, на основе подобных концепций были проведены опыты Э. Штейнаха (1919) и С. А. Воронова (1923) по омоложению животных путем пересадки половых желез. Современные данные совпадают с некоторыми тезисами данной концепции. Так, например, мелатонин- гормон эпифиза, не только блокирует активацию половых желез, но и стимулирует антиоксидантную систему организма и противоопухолевый иммунитет. Применение пептидов эпифиза В. Х. Хавинсоном (2005) в компенсации метаболических нарушений и стресс-ассоциированных расстройств у пожилых лиц доказало это. Секреция мелатонина и гормона роста гипофиза падает с возрастом, и это может быть связано с важными иммунологическими изменениями и психонейроэндокринными последствиями старения. Оказалось, что эпифиз способствует стимуляции продукции эндогенных опиатов, которые являются медиаторами физиологического выхода из стресса.
Уменьшение секреции эпифизарного мелатонина и гипофизарного гормона роста с возрастом может способствовать важным изменениям в психонейроэндокринной и иммунологической системах, что делает эпифизарную недостаточность значимым фактором в возникновении старческих изменений.
Возможно, что ограничены именно резервы антистрессорных систем, в частности эндорфиновой. С возрастом возникают нарушения ее работы, связанные с изменениями в эпифизе, которые могут повлечь негативные последствия для всей иммунной системы. Во многих тканях-мишенях наблюдается снижение количества глюкокортикоидных рецепторов, что влияет на эффективность стрессорной реакции у престарелых людей. У женщин в период после менопаузы, когда эстрогены производятся только из надпочечникового дегидроэпиандростерона (ДГЭА), снижение уровня ДГЭА может привести к дефициту антиоксидантных и антиатерогенных влияний эстрогенов и преждевременному старению. Э. Э. Болье указывает на снижение содержания ДГЭА в организме после 25 лет, а также на попытки использования слабых андрогенов (например, трибестана) для предотвращения ранней сенилизации.
В 1910 году А. Лоран, врач-физиотерапевт курорта Карлсбад (ныне — Карловы Вары), был первым, кто предложил гипотезу о том, что главный механизм старения связан с постепенным снижением функции щитовидной железы, поскольку «при ее удалении у молодых животных возникают основные признаки старения». Он отметил, что природные тироидные гормоны являются естественными факторами защиты от старения. Щитовидная железа играет ключевую роль в эндокринном старении организма. С возрастом увеличивается количество случаев ее гипофункции, которая может быть вызвана инволютивными процессами в щитовидной железе или дефицитом йода в некоторых регионах мира [2].
Таким образом, нарушение эндокринной системы организма может играть важную роль при старении.
Накопление мутаций в ДНК
В процессе жизни наша ДНК может подвергаться повреждениям, например, в результате воздействия ультрафиолетовых лучей, токсинов или свободных радикалов.
Мутации в ДНК представляют собой изменения в последовательности генетического материала, которые могут возникать в результате дефектов в процессе репликации ДНК или из-за воздействия внешних факторов, таких как радиация и химические вещества. Накопление мутаций в ДНК связано со старением, поскольку оно приводит к нарушениям в работе клеток и органов.
Например, мутации в генах, ответственных за контроль цикла клеток, могут привести к ускоренному делению клеток и возникновению рака. Мутации в генах, ответственных за детоксикацию веществ, могут привести к нарушениям функций печени и увеличению вероятности развития заболеваний этого органа. Мутации в генах, которые контролируют производство белков, могут привести к ухудшению функциональности клеток и органов.
Таким образом, накопление мутаций в ДНК может привести к нарушениям в работе клеток и органов, что является основным механизмом старения и возникновения возрастных заболеваний [3].
Амилоидная пластичность
Амилоидная пластичность — это патологический механизм старения, который характеризуется накоплением определенных типов белков в тканях и органах человека. Эти белки, известные как амилоиды, не растворяются и не метаболизируются в теле, что приводит к их накоплению и образованию белковых отложений или амилоидных бляшек [4].
Амилоидная пластичность может приводить к повреждению тканей и органов, что в конечном счете ведет к различным патологиям и заболеваниям, связанным со старением. Например, накопление амилоидов в мозге может приводить к развитию болезни Альцгеймера, а накопление в сердце — к развитию кардиомиопатии и сердечной недостаточности.
Таким образом, амилоидная пластичность является одним из механизмов старения, который способствует развитию ряда заболеваний и ухудшению качества жизни человека в старшем возрасте. Борьба с этой патологией — одна из важных задач в медицинской науке и практике, направленных на продление здоровья и жизни людей.
Нарушение проточности лизосом
Лизосомы являются важными органеллами клетки, которые содержат гидролазы — ферменты, которые способны расщеплять различные молекулы. Однако, со временем в клетках может происходить накопление мутаций и повреждений, что может привести к изменению проточности лизосом. Проточность лизосом — это скорость, с которой лизосомы осуществляют свои функции. Более конкретно, это общее количество веществ, которые могут быть переработаны и утилизированы лизосомами за единицу времени. Проточность лизосом может зависеть от различных факторов, таких как степень их зрелости, наличие нужных ферментов, активность этих ферментов, pH-уровень в лизосомах и другие физиологические условия.
Нарушение проточности лизосом может привести к накоплению необработанных молекул и остатков, что может негативно сказаться на функционировании клетки и организма в целом. Также, изменение проточности лизосом может привести к нарушению программной клеточной смерти (апоптоза) и вызвать различные заболевания, такие как болезни накопления, атеросклероз, диабет и др.
Изменения проточности лизосом также могут привести к накоплению неправильных белков и компонентов, которые могут оказать токсическое действие на клетки тела. Кроме того, изменение проточности лизосом способствует накоплению свободных радикалов и различных типов стресса на клеточном уровне, что в свою очередь вызывает старение и ускоренное разрушение клеток.
Таким образом, изменение проточности лизосом является важным процессом, который может привести к различным заболеваниям и ускоренному старению. Следовательно, поддержание здоровья и интегритета лизосом — важный фактор в предотвращении развития различных заболеваний и улучшении общего качества жизни [5].
Снижение функционирования митохондрий
Снижение функционирования митохондрий — это один из главных патофизиологических механизмов старения, которые вызывают изменения в клетках и организме в целом.
Митохондрии — это органеллы клеток, которые производят большую часть энергии, необходимой для функционирования клеток организма. Они эффективно используют кислород и глюкозу в клетках, превращая их в энергию, которая используется для выполнения различных функций. С возрастом митохондриальная функция снижается, что приводит к нарушению обмена веществ в клетках и, в конечном итоге, к старению.
Это происходит из-за накопления митохондриальных дефектов. Митохондрии имеют свою собственную ДНК, которое кодирует ферменты, необходимые для их функционирования. Постоянные повреждения ДНК митохондрий приводят к снижению производительности ферментов, что затрудняет их правильную работу. Это приводит к тому, что митохондрии начинают производить меньше энергии и становятся менее эффективными.
Снижение функционирования митохондрий также может приводить к повреждению клеток, так как они становятся более уязвимыми для свободных радикалов и окислительного стресса. Это может приводить к уменьшению жизненной способности клеток и их гибели.
Кроме того, снижение функционирования митохондрий может вызывать воспалительные процессы в организме и повышенный уровень стресса, что может сказаться на здоровье человека. В результате нарушения митохондриальной функции появляются различные заболевания, которые связаны со старением [6].
Накопление метаболических отходов
Накопление метаболических отходов может быть одним из патофизиологических механизмов старения. На протяжении жизни, организм накапливает метаболические отходы, которые не удаляются из клеток и тканей. Эти отходы могут наносить повреждения на ДНК и белки, что приводит к старению клеток и организма в целом.
Одним из примеров метаболических отходов являются продукты окисления, которые образуются в процессе обмена веществ. Эти продукты включают в себя свободные радикалы и оксидативные реакции, которые могут повредить ДНК и белки клеток. Также накопление липофусцина (пигмента старения) в клетках ткани в дальнейшем приводит к нарушению их функциональной активности и возрастанию риска развития болезней, таких как болезнь Альцгеймера, атеросклероз и др. [7].
В результате накопления метаболических отходов, клетки и ткани теряют свою функциональную активность, и организм не может более эффективно бороться с инфекциями, травмами и другими вредными факторами. Этот процесс приводит к старению организма и развитию возрастных заболеваний.
Альтернативное срезание РНК
Альтернативное срезание РНК — это процесс, при котором РНК молекулы срезаются вне места, где обычно происходит сплайсинг, что приводит к возникновению альтернативных РНК форм и, следовательно, к изменению прочности связей между генами и их экспрессией. Изменение в экспрессии генов может привести к нарушению многих физиологических процессов, включая метаболизм, функциональность иммунной системы. Например, это может приводить к тому, что клетки теряют свои способности к репарации, что, в свою очередь, может привести к тому, что организм не может бороться с возникающими проблемами и становится более уязвимым к различным заболеваниям и старению [8].
Заключение
В современной научной литературе процесс старения человека рассматривается с точки зрения этиологической мультифакториальности. Очевидно, для более глубокого понимания его патогенеза и разработки методов фармакотерапии следует учитывать роль каждого механизма, рассмотренного ранее. Подводя итог, следует обратить внимание, что наименее изученным механизмом старения организма является альтернативное срезание РНК и его участие в патогенезе старения, что является перспективной областью исследований механизмов старения организма.
Литература:
- Кальдинова Ольга Викторовна, Десятиркина Инна Александровна, Срослова Галина Алексеевна, Зимина Юлия Александровна Молекулярные механизмы окислительного стресса при старении // Природные системы и ресурсы. 2018. № 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/molekulyarnye-mehanizmy-okislitelnogo-stressa-pri-starenii (дата обращения: 15.05.2023).
- Бец Лариса Валериановна Гормональные аспекты старения человека (антропологические и экологические подходы) // Вестник Московского университета. Серия 23. Антропология. 2013. № 3. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/gormonalnye-aspekty-stareniya-cheloveka-antropologicheskie-i-ekologicheskie-podhody (дата обращения: 15.05.2023).
- Филоненко Е. В., Долгов А. А. Преждевременное старение и его генетически обусловленные формы // БМИК. 2017. № 6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/prezhdevremennoe-starenie-i-ego-geneticheski-obuslovlennye-formy (дата обращения: 15.05.2023).
- Татарникова, О. Г. Бета-амилоид и Тау-белок: структура, взаимодействие и прионоподобные свойства / О. Г. Татарникова. — Текст: электронный // Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук: [сайт]. — URL: https://www.fbras.ru/wp-content/uploads/2017/10/Tatarnikova.pdf (дата обращения: 14.05.2023).
- Романов Б. К. Лекарственная регуляция активности лизосомальных ферментов // Рос. мед.-биол. вестн. им. акад. И. П. Павлова. 2003. № 1–2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/lekarstvennaya-regulyatsiya-aktivnosti-lizosomalnyh-fermentov (дата обращения: 15.05.2023).
- Фомченко Н. Е., Воропаев Е. В., Скачков А. В., Затора Н. Ю. Биологическая роль митохондрий в старении организма // Проблемы здоровья и экологии. 2015. № 4 (46). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biologicheskaya-rol-mitohondriy-v-starenii-organizma (дата обращения: 15.05.2023).
- Ефимов А. А., Маслякова Г. Н. О роли липофусцина в инволютивных и патологических процессах // Саратовский научно-медицинский журнал. 2009. № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/o-roli-lipofustsina-v-involyutivnyh-i-patologicheskih-protsessah (дата обращения: 15.05.2023).
- Альтернативный сплайсинг. — Текст: электронный // Open Longevity: [сайт]. — URL: https://openlongevity.org/ru/articles/alternativesplicing (дата обращения: 15.05.2023).
