Энергетический обмен и старение организма

Для выяснения механизмов старения существенное значение имеет изучение сдвигов, наступающих с возрастом в системе генерирования, переноса и использования энергии.

Это вытекает из своеобразной универсальности энергетического обеспечения самых различных сторон деятельности клетки — ее специфической функции и пластического обмена.

Как бы ни были разнообразны формы проявления жизни, они всегда неразрывно связаны со способностью преобразовывать и использовать энергию.

Основная часть энергии, запасаемая клеткой в удобной для утилизации форме — в виде аденозинтрифосфата (АТФ), образуется в процессе гликолитического и окислительного фосфорилирования. Часть энергии запасается в виде креатинфосфата, которому в последнее время придают важную роль в транспорте энергии.

Окислительное фосфорилирование
При старении интенсивность тканевого дыхания, выражаемая величиной поглощения тканями кислорода (QO2)> по данным большинства авторов, снижается. Показано падение QO2 в гомогенатах и срезах сердечной мышцы (Богацкая, 1964; Пашкова, 1965; Фролькис, Богацкая, 1967), селезенки, кишечника, семенных желез (Сазонова, 1962), печени (Ross, Ely, 1954; Богацкая, Вержиковская, 1965), кровеносных сосудов (Rafsky et al., 1952), коры головного мозга (Узбеков, 1967).

Наиболее значительное снижение интенсивности дыхания при старении обнаруживается в сердечной мышце. Фролькисом и Богацкой (1967) показано падение QO2 с 4.00 + 0.27 в миокарде 8—12-месячных крыс до 1.81 + 0.36 мкл O2/(ч-мг сухой массы) — у старых животных. Это снижение отмечается при определении как эндогенного дыхания, так и дыхания в присутствии субстратов окисления.

Исключение составляет окисление сукцината, при использовании которого потребление кислорода в сердце старых животных — 7.41 + 0.81 мкл O2/(ч-мг сухой массы) — не отличается от того, что наблюдается у взрослых крыс, — 8.13 + 0.73 мкл O2/(ч-мг сухой массы). В печени снижение QO2 в старости выражено менее значительно (Богацкая, Вержиковская, 1965), а некоторыми исследователями вообще не обнаруживается (Rafsky et al., 1952; Barrows et al., 1958).

Известно, что процессы дыхания и окисления протекают в митохондриях. Поэтому в последнее время возрастные особенности окислительных процессов изучаются непосредственно на препаратах митохондрий, выделенных из органов и тканей (Фролькис, Богацкая, 1977; Hansford, 1978). Эти исследования подтвердили снижение окислительных процессов при старении.

Одной из причин снижения окислительной активности митохондрий при старении может быть изменение их структуры и свойств.

Митохондрии, изолированные из тканей старых животных, более чувствительны к повреждающим воздействиям и менее устойчивы, чем у молодых (Dietrich, Vero, 1965). Это подтверждается электронно-микроскопическими исследованиями, при которых обнаружено большое число измененных митохондрий в миокарде и других органах (Ступина, 1975).

Изменяются размеры этих органелл, отношение объема их матрикса к площади мембран (Travis, Travis, 1972; Tribe, Ashhurst, 1972; Herbener, 1976). В печени и сердце старых мышей отмечено увеличение среднего объема митохондрий и числа крупных митохондрий с «пенистым» вакуолизированным матриксом (Wilson, Franks, 1975).

Набухание митохондрий, доходящее в некоторых случаях до превращения их в пустотелые образования, наблюдалось в нейронах коры головного мозга старых кошек (Аксенова, 1971). Наряду с уменьшением соотношения площади крист к объему митохондрий при старении изменяется соотношение липидных фракций в митохондриях, главным образом за счет увеличения в них холестерина (Grinna, 1977).

Это, естественно, может влиять на проницаемость мембран этих органелл для субстратов окисления и для кислорода, что должно существенно сказываться на окислительной активности митохондрий. Определенное значение может иметь нарушение при старении синтеза митохондриальных белков (Литошенко, 19776), липидов, процесса образования упорядоченных мембранных ансамблей и др. причины.

При старении уменьшается и количество митохондрий на единицу массы ткани в печени крыс, мышей и человека, в сердце крыс и мышей (Левкова, Трунов, 1970; Wilson, Franks, 1975; Herbener, 1976; Grinna, 1977; Abu-Erreish, Sanadi, 1978). Это приводит к снижению тканевого дыхания, так как его величина коррелирует с концентрацией митохондрий в ткани (Озернюк, 1978).

Одной из причин падения в старости окислительной способности митохондрий может являться изменение активности ферментов цикла Кребса и дыхательной цепи. Их активность при старении изменяется в различных тканях в неодинаковой степени, а порой и разнонаправленно. Так, активность пируватдегидрогеназы, хотя и не являющейся ферментом цикла Кребса, но локализованной в митохондриях и способствующей вовлечению пирувата в цикл, в печени старых крыс имеет тенденцию к снижению, а в сердце повышается (Разумович, 1972).

Активность малатдегидрогеназы в митохондриях сердца старых крыс, по данным одних авторов (Limas, 1971), повышается, по данным других (Singh, 1973) — падает или остается без изменений (Schmukler, Barrows, 1966; Разумович, 1972).

В то же время активность изоцитратдегиназы не изменяется в митохондриях сердца и увеличивается в митохондриях печени старых крыс, а активность а-кетоглутаратдегидрогеназы растет в митохондриях обеих тканей (Разумович, 1972). При старении падает активность сукцинатдегидрогеназы в скелетных мышцах и печени (Ermini, Szelenyi, 1972): в белых мышцах старых крыс она ниже, чем у взрослых, на 34%, в красных мышцах — на 52%, а в печени — на 44%.

Однако в других исследованиях (Разумович, 1972) не обнаружено снижения активности этого фермента в митохондриях печени старых крыс, но показано — в митохондриях сердца. В то же время в печени, скелетных мышцах и других органах при старении растет активность сукциноксидазной системы, включающей в себя сукцинатдегидрогеназу и всю дыхательную цепь, начиная с убихинона (Lowrie, 1953; Сазонова, 1959; Kirk, 1959; Barrows, 1960; Узбеков, 1967).

Особенно значительно сукциноксидазная активность растет в митохондриях старого сердца (Фролькис, Богоцкая, 1974): от 135.9 + 4.5 мкл О2/(ч-мг белка митохондрий) у 6—12-месячных крыс до 212.2 + 8.3 мкл О2/(ч-мг белка) — у старых. Эти данные позволяют считать, что дыхательная цепь митохондрий старого сердца не лимитирует скорость дыхания, если субстратом окисления является сукцинат.

medbe.ru