структура клітини
Порушення структури і обміну в клітинах при старінні такі значущі, що вони призводять до їх загибелі. Для розуміння механізму старіння дуже важливо уявити розміри, послідовність і темпи загибелі клітин. До сих пір не припиняються суперечки щодо можливої ролі вікового зменшення кількості клітин в долі старіючого організму. На думку одних дослідників, більшість змін обміну і функції організму в старості визначається простим зменшенням кількості клітин, падінням кількості активної протоплазми; на думку інших, вплив загибелі клітин на стан організму несуттєво, головну роль відіграє зміна обміну залишилися клітинних елементів.
Порівняльні підрахунки свідчать про нерівномірний зменшенні числа клітин в різних органах. Особливий інтерес представляє зміна числа нервових клітин. Підраховано, що загальна кількість нервових елементів в мозку зменшується на 10-20%, а в деяких відділах - на 30-50%. Так, до 80 років у людей число нервових клітин в спинномозкових гангліях зменшується на 30%, число нервових волокон в ряді нервів - на 32%. У корі головного мозку найбільша спад нервових клітин відзначається у верхній скроневій звивині, найменша - в постцентральной.
Після 70 років у людини втрата нейронів кори становить 1.4% на рік. Подібні цифри втрат нервових клітин отримані і при дослідженнях на експериментальних тварин. У старих щурів кількість нейронів кори знижується на 26.7%, а клітин Пуркіньє мозочка - на 21.9%. У старих мишей в корі головного мозку втрачається до 32% загальної кількості нейронів.
Значне зменшення числа клітин відбувається і в інших органах. У старих щурів (вік 33 міс) 28% м'язових волокон скелетних м'язів перероджується. У серцевому м'язі молодих щурів (30-денних) м'язова маса на певній площі серця займає 82.3%, а у старих (700-денних) - 57%. Значне зменшення числа клітин при старінні відзначено в надниркових залозах, щитовидної та статевих залозах, незначно знижується кількість лейкоцитів і еритроцитів.
Число ниркових нефронів у старих людей падає на 30-50%, число легеневих альвеол у старих щурів - на 40%. Все це призводить до зниження загальної клітинної маси. Клітинна маса складає у 25-річних чоловіків 47% всієї маси тіла, а у 70-річних - тільки 36%, тобто. Е. Знижується на 30.6%. Худа маса тіла у жінок з 25 до 70 років падає на 34%.
Зменшення числа клітин неоднаково позначається на рівні діяльності різних органів в старості. Відомо, що при звичайній, ненапряженной діяльності органу частина його клітин вимикається з роботи. Відомі "чергові" капіляри, легеневі альвеоли, нейромоторние одиниці в м'язах, нефрони в нирках, які активуються лише при інтенсивній діяльності. У старості в зв'язку з загибеллю багатьох клітин резерв посилення роботи органу обмежено. Більш того, в результаті зниження функції окремих клітин одна і та ж робота органу виконується в різні вікові періоди неоднаковим числом клітинних елементів. При виконанні однієї і тієї ж роботи у старої людини активізовано більшу кількість м'язових волокон, нейромоторную одиниць, ніж у людини середнього віку. Певний рівень утворення антитіл підтримується в старості за участю більшої кількості імунокомпетентних клітин, а у молодих тварин - за рахунок більшої активності кожної такої клітини, за рахунок великих можливостей біосинтезу білка в них.
У гострій дискусії про роль зміни кількості клітин в механізмі старіння дослідники недоучітивают, що зменшення числа клітин в різній мірі впливає на діяльність різних органів. У більшості органів (скелетні м'язи, нирка, печінка) діяльність всіх клітин об'єднується для досягнення єдиного функціонального ефекту - скорочення скелетного м'яза, сечовиділення, жовчовиділення і т. Д. Дещо іншими є взаємини між клітинами центральної нервової системи. Тут з усією великої маси клітин окремі групи утворюють специфічні нервові центри, регулюючи певну функцію. Ось чому зменшення кількості нервових клітин може істотно позначитися на діяльності того чи іншого нервового центру і тих тканин на периферії, які цим центром регулюються, т. Е. Чим більше функціональна однорідність, тим менше відбивається загибель окремих клітин на діяльності всього органу.
Основним морфологічним проявом старіння вважають атрофію органів і тканин, яка характеризується зменшенням кількості паренхіматозних клітин. Атрофія може проходити зі зменшенням розмірів клітин, без зміни їх розмірів або з деяким збільшенням (компенсаторна гіпертрофія).
Загибель клітини при старінні не миттєво. Це поступово розвивається. Ось чому в будь-якому органі в старості можна знайти найширший спектр клітин - від зовсім незмінених до глибоко пошкоджених, що гинуть. Це різноманіття клітинних змін і створює якісну специфіку старіння тканини, органу.
Загибелі клітини передують істотні зміни її структури, що вловлюються при звичайній мікроскопії. Розміри багатьох клітин в старості зменшуються. Сучасна морфологія описує численні структурні феномени, що характеризують старіння клітини: від початкових, що вловлюються тільки дуже чутливими методами, до грубих, очевидних, що змінюють структур клітини, зрушень. Важливо, що, крім деструктивних, відзначаються пристосувальні структурні зміни. Саме завдяки цим пристосувальним реакцій, проявів вітаукту в окремих клітках діяльність органу може довго зберігатися, незважаючи на загибель частини клітин. Один з найважливіших механізмів вітаукту полягає в тому, що при загибелі частини клітин на решту клітини лягає велике навантаження. В результаті цього активізується їх функція (гіперфункція), синтез білка, і клітини збільшуються в розмірі (гіпертрофія). Гіпертрофовані клітини зустрічаються в мозку, серці, печінці, залозах внутрішньої секреції. Іншими словами, частина клітин в старості характеризується високим, напруженим рівнем обміну речовин. Однак у більшості клітин наростають ознаки їх старіння.
Особливо чітко накопичення в клітинах пігменту ліпофусцину. Деякі дослідники називають його старечим пігментом, або пігментом старості. Б. Стрелер вважає, що за кількістю липофусцина можна навіть визначати вік клітини. Підраховано, наприклад, що швидкість накопичення пігменту становить 0.6% внутрішньоклітинного об'єму за 10 років. У осіб у віці 90 років 6-7% загального обсягу клітин виявляється заповненим пігментом.
Багато липофусцина накопичується в неделящихся клітинах. Число пігментованих нейронів кори головного мозку мишей збільшується від 27 (у 5-місячних тварин) до 70% (у 20-місячних). В нейросекреторних клітинах гіпоталамуса об'ємна частка гранул ліпофусцину збільшується більш ніж на 100%. Передбачається, що липофусцин - скупчення продуктів життєдіяльності клітини, продуктів розпаду її органоїдів; це - об'єктивне вираження зношування клітини.
При старінні наступають видимі зміни структури ядра клітини. У багатьох клітинах відбувається зменшення розмірів ядра, його зморщування, з'являються ядра неправильної форми, йде повне або неповне їх руйнування. Абсолютно ясно, що в клітинних ядрах з настільки вираженими структурними порушеннями істотно змінений процес транскрипції і безперечно ці клітини знаходяться на шляху до загибелі.
В ході старіння клітини відзначаються кількісні і якісні зміни взаємин між її ядром і цитоплазмою. На думку В. Н. Нікітіна, з віком послаблюється ядерний контроль над цитоплазмою. У ядрі, в його генетичному апараті, починається процес синтезу білків, які є основою всієї цитоплазми клітини. Ось чому зрушення ядерної активності незмінно і неминуче призводять до деградації цитоплазми і всієї клітини.
При збільшенні числа ядер збільшується площа зіткнення клітинного ядра і цитоплазми, поліпшуються обмінні зв'язки між ними, в якійсь мірі відновлюються ядерно-цитоплазматичні відношення.
Активно діляться клітини позбавляються в процесі чергового поділу від багатьох змін, наступаючих в ході життєдіяльності. Клітини, що втратили цю здатність, мобілізують інші механізми, в тому числі і освіту ядер.
Для нормальної життєдіяльності клітини важливі не тільки освіту потрібної кількості певних речовин, але і їх транспорт в різні її кінці. Для внутрішньоклітинного транспорту особливо білків, існує спеціальна система мікроскопічних трубочок, які пронизують клітину, - ендоплазматичнийретикулум. Транспорт білків забезпечується і тим, що рибосоми - місця збірки білкових молекул - дуже часто прикріплені до ендоплазматичнийретикулум, поставляючи туди білок. Існує певна залежність між ступенем вікової деградації клітини і руйнуванням рибосом, ендоплазматичної. У міру старіння число рибосом в клітці змінюється, відзначається нерівномірне їх розподіл, видно багато ізольованих рибосом.
Природа зосередила основні механізми генерації енергії в спеціальних органелах клітини - мітохондріях, залишивши в окремих місцях клітини блоки для термінового забезпечення енергією. Зниження функціональної активності мітохондрій, швидкості споживання кисню і синтезу АТФ, вікове зменшення числа мітохондрій в клітинах різних органів, а також значні зміни ультраструктури мітохондрій - основні ланки, що лімітують енергетичне забезпечення клітин в старості. Поряд з цим в мітохондріях розвиваються і процеси вітаукту. Нерідко зменшення числа мітохондрій поєднується зі збільшенням їх розмірів - з'являються гігантські мітохондрії. У деяких випадках спостерігається велика кількість дрібних органоїдів.
В останні роки увагу геронтологів залучають органели клітини - лізосоми. Їх називають мішками самогубців. Лізосоми містять безліч активних ферментів - гідролаз, відокремлених від навколишнього цитоплазми мембраною. У лізосомах є ДНК полімераза, яка може проникнути в ядро клітини, порушити структуру ДНК. Коли оболонки лізосом розриваються, все ферменти виходять в цитоплазму клітини і можуть руйнувати її структуру. Це веде до загибелі окремих частин клітини або цілих клітин. Передбачається, що при старінні знижується стійкість мембран лізосом. До того ж активність ряду лізосомальнихферментів в старості зростає. Ше це в умовах порушення внутрішньоклітинних взаємин може вести до розриву лізосом, до виходу з них високоактивних ферментів, до загибелі клітин. Багато хто розглядає цей механізм як приклад активного порушення життєдіяльності клітини в процесі старіння.