Метаболическое обеспечение функции клеток в старости

Все функциональные изменения в клетке при старении определяются сложными сдвигами в их метаболизме.

Это становится ясным, если учесть, что многие стороны транспорта веществ через мембрану, образование и выделение секрета, сокращение, способность к длительным реакциям требуют значительных энергетических трат.

Активный транспорт ионов, измененный в старости, сдвиги в величине мембранного потенциала, изменение потенциалов действия и др. связаны со сдвигами в их энергетическом обеспечении.

Для старения характерно перераспределение путей метаболического обеспечения функции.

Благодаря механизмам внутриклеточной саморегуляции один и тот же уровень регуляции клетки обеспечивается за счет неравномерных изменений в различных метаболических циклах.

При старении происходит переключение энергетических трат на разные нужды клетки, происходит изменение различных путей генерации энергии в клетке. Определенное представление о возрастных изменениях энергетического обеспечения функций клетки дают результаты опытов с применением блокаторов энергетического обмена (фтористый натрий, 2,4-динитрофенол).

Как известно, классическим ингибитором гликолиза является фтористый натрий, угнетающий активность фосфоглюкомутазы и фосфопируватгидразы. 2,4-Динитрофенол разобщает дыхание и фосфорилирование. Угнетение ядами приводит к нарушению активного переноса ионов, к прогрессивному снижению мембранного потенциала. На рис. 22 видно, что при введении малых доз динитрофенола мембранного потенциала (МП) у взрослых животных существенно не изменяется, а у старых снижается; при введении фтористого натрия возникают противоположные отношения.

С этими сдвигами мембранный потенциал при действии ингибиторов энергетического обмена коррелируют сдвиги в ионных соотношениях.

Результаты проведенных опытов (Коротоножкин, 1971) позволяют предположить, что при старении изменяется соотношение гликолитического и окислительного фосфорилирования в механизмах формирования ионной асимметрии, в механизмах поддержания мембранного потенциала.

В последние годы показано, что есть еще одна сторона связи между биосинтезом белка и функцией клетки — в ходе активации генетического аппарата, биосинтеза белка образуются факторы, изменяющие состояние клеточной мембраны, транспорт ионов, возбудимость клетки (Фролькис, 1969, 1975).

Оказалось, что при активации биосинтеза белка, вызываемой различными факторами, в том числе и гормонами, возникает однотипная реакция клетки — гиперполяризация. Возникающая гиперполяризация изменяет возбудимость клетки, транспорт веществ внутрь клетки. Биологический смысл этого феномена состоит в ограждении клетки от высокой активности в условиях интенсивного биосинтеза белка, требующего значительных энергетических трат.

При старении изменяется взаимоотношение между биосинтезом белка и электрическими свойствами мембраны.

В старости гиперполяризация клеток разных тканей возникает при действии меньших доз гормонов, ее развитие предупреждается меньшим количеством ингибиторов генетического аппарата (Коротоножкин, 1971; Мартыненко, Тураева, 1977).

При длительном воздействии гиперполяризующих факторов в старых клетках отмечается менее стойкий рост величины МП. Мембранно-генетические механизмы старения связаны с изменением количества и состояния рецепторов, со сдвигами во взаимоотношении между активностью генетического аппарата и состоянием мембраны, с изменением количества ионных каналов и снижением активности транспортных систем. Все это в соответствии с адаптационно-регуляторной теорией становится одним из ведущих механизмов старения на клеточном уровне (Фролькис, 1970).

В процессе старения изменяется соотношение активных метаболических процессов и физико-химических неферментативных процессов, в регуляции сдвигов уровня поляризации клеточной мембраны. Горбань (1978, 1979) провел исследование температурной зависимости процесса восстановления мембранного потенциала клеток коры надпочечников после деполяризации, вызванной «нагрузкой» клеток ионами Na+ путем выдерживания изолированных надпочечников при 0 °С, оно позволило выявить существование возрастных различий динамики реполяризации на фоне отсутствия изменений исходной величины МП при старении.

Было установлено, что температурный коэффициент Q10 и энергия активации реакций, определяющих рост мембранного потенциала у старых животных, почти в 2 раза выше, чем у молодых, что позволило предположить увеличение вклада неферментативных реакций в общий баланс процессов, определяющих реполяризацию клеточной мембраны.

Поскольку антиоксидант ионол приводит к снижению Q10 и Еакт у старых животных до величин, характерных для взрослых, возможно, что в механизме поддержания и регуляции уровня поляризации клеточной мембраны могут приобретать определенное значение свободно-радикальные реакции и что эти реакции сопряжены с процессом транспорта ионов Na+ через мембрану при реполяризации (рис. 19).

Таким образом, благодаря механизмам внутриклеточной саморегуляции, благодаря мобилизации адаптивных сдвигов может длительно поддерживаться функция клеток. Однако приспособительное значение этих изменений ограничено, в клетке развиваются некомпенсируемые нарушения обмена, грубые нарушения функции и все это завершается ее гибелью.

Синаптические процессы в старости
Существенные возрастные изменения в клетках при старении неизбежно приводят к нарушению межклеточных связей, выражающихся, в частности, в нарушении синаптических процессов.

Снижение лабильности — одна из основных характеристик проявления старения на клеточном уровне, один из основных механизмов, определяющих многие функциональные изменения при старении. Уменьшение лабильности выражается в том, что в старости снижаются частоты возбуждения в разных звеньях саморегуляции функций. Так, на ЭЭГ старых людей отмечается замедление а-ритма и появление медленных 0- и дельта-ритмов.

У молодых людей токи действия моторной единицы следуют с частотой 11—13 Гц, у пожилых — 6—8 Гц. В старости отмечается урежение частоты импульсации в афферентных и эфферентных нервах во всех звеньях рефлекторной дуги (Фролькис, 1970). Вся регуляторная система функционирует в старости на более низком частотном уровне передачи информации. Эти сдвиги представляют собой результат изменений электрической активности отдельных клеток, а также изменений количества клеток.

medbe.ru