БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ СТАРЕНИЯ

Процесс старения идет в течении всей жизни организма, но как бы людям не хотелось это отсрочить они все равно стареют. Благодаря улучшению качества и условий жизни старость наступает значительно позже, чем у наших предков. Однако старость, это не патологический, а физиологический процесс, запрограммированный в нашем организме эволюцией. Старение клеток идет всю жизнь. Его интенсивность увеличивается со временем и связано с тем, что все клетки и ткани имеют определенный срок жизни, который и влияет на ее продолжительность у всего организма. В первую очередь процессы старения начинаются с изменения биохимических процессов в клетках. Таким образом, изучение биохимических механизмов старения является актуальным для понимания процессов старения.

Что есть старение? С философской точки зрения это увядание организма и потеря жизненных сил. С точки зрения физиологии и биохимии старение проявляется снижением способности сопротивляться повреждающим факторам среды. При этом уменьшается резистентность организма к возбудителям различных заболеваний, что проявляется частыми инфекционными заболеваниями. Даже те заболевания, которые молодой человек переносит с легкостью, могут оказаться летальными для пожилых людей. В результате этого выделена группа болезней пожилого возраста, специфичная для этого периода жизни, к которым относят все те заболевания, с которыми стареющий организм не может бороться в полной мере. К ним относится ишемическая болезни сердца, гипертоническая болезни, сахарный диабет 2 типа, атеросклероз и другие. Вредные факторы окружающей среды, неправильный образ жизни и другие факторы способствуют повреждению клеток, которые накапливаются и проявляются в виде различных заболеваний [3, c. 158].

Итак, что же происходит в организме на молекулярном уровне во время старения?

В первую очередь происходит повреждение ДНК, вызванное разными факторами, такими как действие естественной радиации, токсичных веществ, курения и другими. Это сопровождается накоплением мутаций в ДНК и снижении репаративных возможностей нуклеиновых кислот. Так уменьшается скорость деления клеток, модификационная способность белков, замедляется скорость транскрипции, и, следовательно, синтеза белка.

Как уже говорилось ранее происходит повреждение ДНК с возрастом, что увеличивает частоту мутаций уменьшение процессов репарации. Например, одним из ферментов, отвечающих за репарацию ДНК является поли-АДФ-рибополимераза-1 (PARP-1). Чем больше этого фермента, тем выраженнее происходит репарация. Однако с возрастом его концентрация снижается, что и проявляется в виде увеличения числа повреждений генома. Этот геном будет кодировать дефектные белки, которые не будут распознаваться организмом как неправильный, что приведет к их накоплению. Так как они не выполняют функции нормальных белков — это будет появляться повреждением клеток и активации процесса старения. Так можно объяснить развитие болезни Альцгеймера и Паркинсона, которые относят к группе болезней пожилого возраста [5, c. 10].

Накопление нерепарированных мутаций приводит к образованию атипичных клеток, которые являются основой для опухолей. Частота онкологических заболеваний увеличивается с возрастом, что отражается на продолжительности жизни. Теория соматических мутаций предполагает, что под действием реликтового радиоктивного и ультрафиолетового излучения происходит повреждения генома. Оно связано с выпадением нуклеотидов, делецией, инсерцией и инверсией хромосом, что увеличивает риск развития опухолевых заболеваний.

Изменения, происходящие в ядре, могут сопровождаться изменением структуры и строения хромосом, проявляющимися со временем. Так, например, теломера ДНК принимает кольцевую форму и отрываются от хромосомы. Соответственно одна из теломер хромосомы становится короче. Активируется апоптоз клеток и соответственно физиологическая гибель организма. Этим объясняются механизмы программирования старения и соответственно смерти [2, c. 1675].

При нарушении процесса транскрипции и трансляции уменьшается скорость синтеза ферментов. Наряду с этим уменьшается распад белков, что является компенсаторным механизмов ввиду снижения их синтеза. Так же общие свойства ферментов не отличаются в молодом и старом организме, а уменьшается лишь их общее количество из-за снижения скорости синтеза.  Происходит старение белков, увеличение степени их модификации и частичным нарушением функции. При снижении синтеза иммуноглобулинов уменьшается общая сопротивляемость организма и увеличивается частота инфекционных заболеваний.

Многие авторы подчеркивают, что нарушения работы ферментов являются лишь проявлением других процессов, происходящих в организме. Изменение разных видов обмена связано с нарушением ферментной активности. Изменение синтеза гормонов может влиять на обмен веществ. Например, снижение секреции инсулина с возрастом влияет на углеводный обмен и способствует развитию сахарного диабета второго типа.

Изменения углеводного обмена проявляются снижением потребности в углеводах и энергии. В результате этого происходит уменьшение количества гликогена в печени. Со временем развивается относительная инсулиновая недостаточность, что способствует повышению активность контринсулярных гормонов (глюкагона, кортизола, адреналина). Увеличение синтеза адреналина приводит к повышению артериального давления, что при длительном течении приведет к артериальной гипертензии. В связи с пониженным потреблением глюкозы активируется процессы глюконеогенеза, что сопровождается повышением уровня сахара в крови и увеличением количества гликозилированных белков. Уменьшение секреции инсулина и количества рецепторов к нему приводит к развитию сахарного диабета 2 типа.

Обмен липидов в большей степени регулируется половыми гормонами, с чем связано избирательное отложение жира различное у мужчин и женщин. В результате этого формируется женский, с отложением жира на руках и бедрах, и мужской, с отложением жира на животе, типы ожирения. Развивается дислипопротеидемия, которая проявляется увеличением концентрации холестерина в крови с возрастом. Это происходят благодаря снижению активности липопротеидлипазы. Снижается синтез и распад жирных кислот. В результате дислипопротеидемии развивается атеросклероз. Образовавшиеся в просвете сосуда атеросклеротические бляшки уменьшают его просвет и служат фактором риска развития ишемической болезни сердца и инфаркта миокарда. Усугублять состояние может повышенное артериальное давление.

В целом энергетический обмен в ходе старения снижается. Уменьшается потребление кислорода, что отражается на тканевом дыхании и цикле Кребса. Увеличивается количество коферментов пиридинового ряда, что связано с их восстановлением из-за нарушения работы митохондрий и повреждения их мембраны в ходе перекисного окисления липидов. Сквозь поврежденные мембран коферменты выходят в цитоплазму клеток, при этом в самых митохондриях их концентрация уменьшается. При недостатке коферментов возникает дефицит ферментов, в том числе и цитохромоксидазы. Недостаток цитохромоксидазы отражается на эффективности клеточного дыхания [6, c. 323].

Для того, чтобы не происходило преждевременное старение организма существуют защитные системы. К ним относится антиоксидантная система. Ученые выяснили, что супероксиддисмутаза, входящий в эту систему препятствует старению клеток. Повреждение клеток, инициирующее их гибель происходит под действием свободных радикалов активных форм кислорода [4, c. 55]. Фермент супероксидисмутаза направлен на обезвреживание этих радикалов и соответственно защиту организма. Однако с возрастом его содержание в организме снижается. А образование свободных радикалов, происходящее в митохондриях – нет. Это связано с продолжением потребления того же количества кислорода и активностью метаболических процессов. Однако при снижении скорости метаболизма с возрастом, весь кислород не используется в тканевом дыхании и его излишки образуют активные формы кислорода. В результате накопления свободных радикалов в митохондриях, происходит повреждение их мембраны и выход радикалов в цитоплазму. Активные формы кислорода запускают перекисное окисление липидов, которое повреждает мембраны клеток. Соответственно антиоксидантная система не справляется с таким количеством повреждений и происходит старение и гибель клеток [1, c. 110].

Старение является физиологическим механизмом, ограничивающим срок жизни. Это определено эволюцией организма и проявляется в виде изменения многих процессов в организме, от повреждения ДНК до углеводного, липидного и белкового обменов. Так организм защищается от действия повреждающих факторов внешней среды, эффект которых накапливается со временем. Несмотря на многие современные теории, старение является загадочным процессом, имеющим общие корни у разных людей. К фактору инициации старения можно отнести повреждающее действие свободных радикалов.  Таким образом, хоть старение и является неизбежным процессом для всех людей, оно не часто является причиной смерти самостоятельно. Чаще всего люди пожилого возраста умирают от сопутствующих заболеваний, развивающихся в результате нарушения того или иного обмена. Так нарушение в углеводном обмене приводят к сахарному диабету. При нарушении липидного обмена и обмена холестерина повышается риск атеросклероза, стенокардии, инфаркта миокарда. Даже мутации, которые не были репарированы, могут привести к опухолевым заболеваниям. Несмотря на это ученые изучают механизмы развития старения и пытаются найти лекарство, продлевающее жизнь людям.

Список литературы:

1. Арутюнян А.В., Козина Л.С. Механизмы свободнорадикального окисления и его роль в старении //Успехи геронтологии. 2009. - Т. 22. № 1. - С. 104-116.
2. Голдсмит Т.С. Эволюция теорий старения: каким образом современные концепции программированного старения трансформируют исследования в медицине // Биохимия. 2016. - Т. 81. - № 12. - С. 1675-1684
3. Коломийцев А.К. Системная структурная гипотеза старения: процесс старения у растительных организмов. //Международный научно-исследовательский журнал. 2015. - № 9-3 (40). - С. 16-18.
4. Лишневская В.Ю. Роль свободнорадикального окисления в нарушении гемоваскулярного гомеостаза при старении// Успехи геронтологии. 2004. - Т. 13. - С. 52-57.
5. Малиновская Е.М., Смирнова Т.Д., Еголина Н.А., Цвeткова Т.Г., Косякова Н.В., Мандрон И.А., Мхитарова Е.В., Костюк С.В., Терехов С.М., Местергази Г.М., Вейко Н.Н., Ляпунова Н.А. Изменения комплекса рибосомных генов человека при старении //Медицинская генетика. 2008. - Т. 7. - № 2. - С. 10-16.
6. Petrova N.V., Velichko A.K., Petrova N.V., Razin S.V., Kantidze O.L. Stress factor - dependent differences in molecular mechanisms of premature cell senescence //Biopolymers and Cell. 2015. - Т. 31. - № 5. - С.323-337.