Биологические теории старения

№	Механизм старения	Название теории	Содержание теории
I.	Молекулярные механизмы старения	1. Накопление мутаций в геноме клеток 2. Нарушение считывания генетической информации 3. Изменения в белках на определенных фазах клеточного цикла 4. Изменения в генах, кодирующих соотношение синтеза отдельных белков или их блоков 5. Нарушение активности генов, отвечающих за синтез ферментов 6. Снижение степени индукции многих ферментов 7. Усиленное образование белка и увеличение его размера 8. Нарушение процессов транскрипции 9. Изменение генной Регуляции 10. Снижение эффективности систем восстановления (репарации) ДНК	Под действием различных эндогенных и экзогенных факторов происходит накопление случайных мутаций в геноме клеток, что влияет на регуляцию клеточного цикла и контроль роста. Накопление с возрастом таких мутаций в различных органах и тканях – основной фактор, определяющий развитие возрастной патологии, включая рак. Молекула ДНК в клетках заключена в хроматине, благодаря которому осуществляется считывание генетической информации и регуляция генетического аппарата клетки. Хроматин находится в ядре клетки, в его состав входят белки, рибонуклеиновые кислоты, липиды. В процессе старения хроматин становится менее активным и уплотняется, а связи между ДНК и белками – более прочными, образуя поперечные сшивки. Всё это затрудняет считывание генетической информации и способствует постепенному накоплению её повреждений. На определенных фазах клеточного цикла и развития организма происходят изменения в белках, т.е. белки хроматина подвержены различным изменениям – фосфорилированию, ацетилированию, метилированию. С возрастом же интенсивность этих процессов снижается, что приводит к изменению процессов транскрипции и трансляции и к ухудшению различных функций организма. Транскрипция – процесс считывания информации с определенного гена. Трансляция – передача информации, полученной от ДНК синтезируемым белком. Эти изменения приводят к качественным изменениям в белковой молекуле, в ее структуре и специфических свойствах. Например, в старости увеличивается содержание фетального («эмбрионального») гемоглобина (гемоглобин – это белок, обеспечивающий транспорт кислорода в организме), что свидетельствует о кислородном голодании – гипоксии. Все биологические реакции в организме протекают под влиянием ферментов, которые необходимы для осуществления различных функций организма. За синтез каждого фермента отвечает на протяжении всей жизни один и тот же определенный ген. В старости активность этих генов нарушается, что становится причиной изменения в содержании ферментов. Подобные изменения приводят к вырождению функций и нарушению способности клеток организма приспосабливаться к условиям существования. Благодаря такому явлению как генетическая индукция клетка приспосабливается к условиям существования. Индукция – это усиленный синтез ферментов, расщепляющих накапливающиеся в клетке те или иные вещества. индукция – это процесс адаптации на воздействие эндогенных и экзогенных факторов среды, и протекает он под контролем определенных генов. При старении индукция многих ферментов снижается, и поэтому ослабевает способность организма к ответу на соответствующий раздражитель. Длительная и напряженная функция клетки приводит к усиленному образованию белка и увеличению своего размера – гипертрофии, а та, в свою очередь, - к гипертрофии органа. например, гиперфункция сердечной мышцы ведет к слабовыраженной гипертрофии и развитию сердечной недостаточности. С нарушение процессов транскрипции с возрастом наблюдается угнетение, истощение, подавление работоспособности генов. В результате происходит ограничение работоспособности гена, что приводит к сдвигам обмена и сокращению приспособительных возможностей клетки и организма при старении. Изменение генной регуляции способствует активизации генов, «молчавших» всю жизнь. Это вызывает появление белка, ранее не синтезировавшегося и вызывающего различные сдвиги в деятельности клетки, вплоть до её гибели. Так, в клетках находятся «молчащие» до поры до времени онковирусы, вызывающие раковое перерождение клетки. Большинство повреждений ДНК восстанавливается, но не все. Для защиты химической структуры ДНК клетки снабжены различными восстановительными системами, удаляющими повреждения. Однако при старении репарационные системы ДНК становятся более подвержены ошибкам, приводящим к мутациям, и скорость репарации повреждений снижается.
II.	Клеточные механизмы старения	1. Уменьшение клеточной массы 2. Уменьшение числа делений, совершаемых клетками организма 3. Замена клеток соединительной тканью 4. Образование свободных радикалов 5. Снижение количества митохондрий в клетках 6. Накопление в клетках пигмента липофусцина 7. Многообразные внутриклеточные изменения	Гибель части клеток приводит к тому, что на оставшиеся клетки приходится большая нагрузка, что способствует их гиперфункции и гипертрофии и вызывает старение. Клеточная масса у 70-летних составляет 36%, тогда как у 25-летних мужчин 47 % всей массы тела, т.е. снижается на 30,6%. Отмечается уменьшение числа клеток в надпочечниках, в легких, щитовидной и половой железах, снижается число нервных клеток, количество лейкоцитов и эритроцитов. Клетки человека способны делиться только ограниченное число раз. Клетки проходят ряд стадий, после чего их способность к размножению исчерпывается. Данный феномен получил название «лимит Хейфлика» (по имени американского ученого, открывшего это явление). Механизм данного феномена заключается в том, что при каждом делении клетки, её ДНК укорачивается и ограничивает потенциал клеток к размножению. У старых молекул ДНК короче, чем у молодых, т.е. каждая копия ДНК в новой клетке становится короче, чем у предшественницы. Соединительная ткань входит в состав почти всех органов и тканей (кости, сухожилия, связки, суставы, кожа, кровеносные сосуды, кровь, лимфа и т.д.), а также заполняет пространство между ними. Она выполняет механическую, защитную и трофическую функции. В состав соединительной ткани входят белки – коллаген и эластин. С возрастом в структуре коллагена появляются уплотнения, изменяющие его физико-химические свойства. Вследствие этого он накапливается в тканях в ущерб клеткам, вызывая нарушения в функционировании органов и всего организма. Свободные радикалы – это вещества, у которых не хватает одного электрона, и поэтому они стремятся забрать недостающий электрон у одной из молекул в клетках организма, либо избавиться от «лишнего» электрона, отдавая его другим молекулам. Свободные радикалы появляются под воздействием таких факторов, как: УФ-излучение, ионизирующая радиация, курение, алкоголь, жирная пища, стресс, загрязнение атмосферы. В результате появления свободных радикалов в клетках происходит повреждение мембран липидов, коллагена, ДНК, хроматина, структурных белков и т.д. Эти повреждения накапливаются, вызывая нарушения функционирования клеток и старение организма. Митохондрии – специальные органоиды клетки, её «силовые» станции, где происходит синтез молекулы АТФ (аденозинтрифосфорная кислота), играющей важную роль в тканевом дыхании. При старении количество митохондрий снижается, что приводит к уменьшению количества вырабатываемой АТФ и как следствие – к нарушению дыхания. Липофусцин («липо» - жир, «фусцин» - темный), или пигмент старости, представляет собой скопление продуктов жизнедеятельности клетки, продуктов распада ее органоидов. Накопление этого пигмента вызывает разрушение цитоплазматических структур. С возрастом происходят внутриклеточные изменения: уменьшается число рибосом, митохондрий, размеры ядра, появляется многоядерность, изменяются взаимоотношения между ядром и цитоплазмой, изменения в лизосомах. Лизосомы называют мешками самоубийц, т.к. они содержат множество активных ферментов, способных разрушить структуру клетки.
III.	Физиологические механизмы старения	1. Изменения в нервной системе 2. Изменения в лимбической системе 3. Изменения в иммунной системе 4. Изменения в гормональной системе 5. Изменения в сердечно-сосудистой системе 6. Изменения в дыхательной системе 7. Изменения в пищеварительной системе 8. Изменения в мышечной системе 9. Изменения сенсорных функций 10. Возникновение внешних, видимых признаков старения	Структурной и функциональной единицей нервной системы является нервная клетка – нейрон. С возрастом происходит естественная гибель нервных клеток, что приводит к нарушению высшей нервной деятельности. В результате снижается физическая и умственная работоспособность, появляются сдвиги в поведении и эмоциях. Лимбическая система регулирует работу внутренних органов, эндокринных желез, эмоционально-поведенческих актов (пищевое и половое поведение, ярость, гнев, страх, удовольствие). Нарушения в этой системе приводят к изменению поведения, эмоций, памяти и объясняют природу возникновения неадекватных реакций на стресс у пожилых и старых людей. Главная функция иммунной системы – постоянный надзор за защитными силами организма. Клетками, ответственными за создание иммунитета, являются лимфоциты. Лимфоциты не реагируют на собственные клетки и молекулы, иначе эти клетки были бы разрушены. В иммунизации участвуют три группы клеток иммунной системы: Т-лимфоциты, В-лимфоциты и макрофаги. С возрастом функции Т-лимфоцитов нарушаются и тогда В-лимфоциты вырабатывают антитела к собственным клеткам и молекулам организма, что вызывает развитие различных заболеваний, в том числе рака. В результате возникает состояние иммунодефицита, и происходит снижение жизнеспособности организма. Гормоны – это высокоактивные вещества, которые синтезируются в эндокринных органах (железах внутренней секреции0 и поступают в кровь. гормоны контролируют гомеостаз, обмен веществ и энергии, влияют на рост и деление клеток, уровень ферментов, воздействуют на свойства и развитие половых качеств. К старости происходят самые различные изменения в гормональной системе, что вызывает изменение функций половых желез, поджелудочной железы, щитовидной железы, надпочечников, эпифиза (эпифиз – железа, играющая важную роль в регуляции биологических ритмов организма). Уменьшается пропускная способность сердца, а давление крови из-за уменьшения эластичности кровеносных сосудов повышается. На стенках кровеносных сосудов откладывается холестерин и соединения кальция. Возникает атеросклероз и возрастает частота появления тромбов. Уменьшается жизненная емкость легких (максимальный объем воздуха, который можно набрать в легкие или выдохнуть), а также скорость дыхания, что снижает поступление кислорода в ткани и клетки. Происходит потеря зубов из-за дегенерации тканей, поддерживающих зубы и уменьшение секреции пищеварительных соков. Печень уменьшается в размерах, и часто возникают заболевания печени. Увеличивается число выпячиваний стенок кишки в толстом кишечнике. Уменьшаются время, величина и частота сокращения мышц. Мышцы становятся расслабленными и вялыми. Нарушения, возникающие особенно в сердечной и скелетных мышцах, проявляются в снижении общей активности организма. Уменьшается способность глаза сфокусироваться на близлежащих предметах, и расстояние до ближайшей точки ясного видения линейно возрастает, что ведет к старческой дальнозоркости. В старости хрусталик часто мутнеет, что ведет к развитию катаракты. Острота зрения также уменьшается. Увеличивается время, которое требуется глазу, чтобы увидеть предмет в темноте после экспозиции на ярком свету, что свидетельствует о снижении адаптации к темноте. Падает чувствительность уха к звуковым волнам высокой частоты. Уменьшается чувствительность к запаху и вкусу, т.к. гибнут обонятельные и вкусовые рецепторы. Происходящие в организме изменения на всех уровнях организации живой материи приводят к появлению внешних признаков старения: появляются рубцы, пигментные пятна, бородавки и родинки на коже, морщины; седеют и выпадают волосы; уменьшается число клеток и потовых желез, что делает кожу более тонкой и шершавой; уменьшается эластичность и увеличивается хрупкость кожи.