Сущность биологических процессов старения

Мы кратко остановились на рассмотрении механизма этого  явления, потому что дистрофическая кальцификация (окостение различных тканей) — один из важных симптомов старения человека. Следовательно, и этот, казалось бы, чисто физико-химический процесс изменения с возрастом межклеточного вещества может быть связан со старением клеток. 

5. Проявление старения  на тканевом уровне.

8О существовании  внутриклеточных факторов, ограничивающих  продолжительность жизни клеток  пределами, характерными для данного  вида, свидетельствую и с исследования проведённые на культуре ткани.

Основатель метода Carrel в 1912г. ввёл в культуру ткани фибробласты сердечной мышцы зародыша цыплёнка путём непрерывных пассажей в свежую питательную среду фибробласты сохранялись в течении 34л. (Parken, 1961г.). Клетки всё время были молодыми и здоровыми и прожили тройной срок жизни цыплёнка, эквивалентной 200 годам жизни человека. Опыт был закончен в 1946г.

9С целью исследования  причин старения организма было  предпринято изучение старения  клеток в культуре. Как впервые  показали Свим и Паркер, фибробласты, полученные из различных тканей человека, пролиферируют только в течение ограниченного времени, после чего погибают. Эти авторы, однако, не выяснили, сохраняют ликлетки в культуре свои нормальные свойства, и не осмелились предположить, что их ограниченная пролиферативная активность связана со старением. Позже аналогичные работы были широко развернуты в лаборатории Хейфлика. Хейфлик и Мурхед установили, что легочные фибробласты эмбриона человека проходят в культуре около 50 удвоений популяции и затем погибают. Фибробласты, полученные из легочной ткани взрослого донора, подвергаются только ~20 удвоениям популяции. Хейфлик предположил, что имеется обратная зависимость между возрастом донора и пролиферативным потенциалом фибробластов. Позже другие исследователи также сообщили о наличии такой связи

Более того, было показано, что при культивировании фибробластов кожи, полученных от людей в возрасте 10—90 лет, наблюдается снижение потенциала удвоения примерно на 0,20 относительные  единицы в расчете на каждый год  жизни донора. Коэффициент регрессии  составляет —0,20. Сообщение Голдстейна и др. о том, что не хронологический возраст донора, а скорее его физиологическое состояние ответственно за скорость роста фибробластов, побудило многих авторов проделать скрупулезную работу с клетками разных типов, чтобы установить, действительно ли существует линейная связь между хронологическим возрастом и удвоением популяции. Изучение культур фибробластов, источником которых служили клетки тщательно отобранных здоровых доноров, не предрасположенных к диабету, дало отрицательный результат: обратная зависимость между возрастом донора и числом удвоений популяции не была обнаружена. В то же время эта зависимость была установлена для культур клеток, полученных от больных диабетом или от лиц, генетически предрасположенных к этому заболеванию. Таким образом, именно физиологическое состояние в большей степени, чем хронологический возраст, определяет пролиферативную активность клеток.

10Можно ожидать,  что фибробласты больных прогерией (синдром Хатчинсона — Гилфорда) и с синдромом –Вернера, заболеваниями, для которых характерно ускоренное старение, должны иметь сниженную пролиферативную активность. Прогерия — редкое генетическое заболевание человека, при котором наблюдается замедление роста и атеросклероз всех крупных кровеносных сосудов, включая аорту и коронарную артерию, уже в 9-летнем возрасте, а также значительное отложение возрастного пигмента липофусцина в клетках многих органов. Картина преждевременного старения выражена очень ярко, и ребенок в возрасте 9 лет напоминает 70-летнего человека. Больные остаются бесплодными и умирают, не достигнув 20 лет. Синдром Вернера является сходным заболеванием, но его симптомы развиваются позже; больные тоже имеют сниженную продолжительность жизни, в среднем около 47 лет. Заболевание носит генетический характер, оно контролируется аутосомным геном. Основные симптомы; высокая частота злокачественных новообразований, ранняя потеря и поседение волос, малый, рост, юношеская катаракта, склонность к диабету, ранний атеросклероз, кальцификация кровеносных сосудов и остеопороз.

Фибробласты, полученные от 9-летних больных прогерией, проходят в культуре только 2—4 удвоения популяции, т. е. существенно меньше, чем клетки, полученные от здоровых детей того же возраста. Снижен синтез ДНК и эффективность клонирования. Антигенные маркеры HLA, имеющиеся на поверхности фибробластов здоровых людей, отсутствуют на фибробластах больных прогерией. Фибробласты больных синдромом Вернера также обладают- сниженным потенциалом удвоения. Эти данные показывают, что скорее физиологическое состояние, а не хронологический возраст определяет способность клеток к пролиферации. Более того, ускоренное старение организма отражается в ускоренном старении .клеток in vitro, о чем свидетельствует изменение скорости деления и метаболизма.

Известно, что если клетки заморозить при температуре ниже нуля после того, как они просуществовали в культуре некоторое время, например прошли 20 удвоений популяции, а затем вернуть их к жизни при 37 ?С, то они возобновляют делёние и «доживают свой век», проходя еще около 30 удвоений популяции. Это указывает на (постоянство потенциала деления клеток данного типа, который не зависит от времени, необходимого для завершения полного цикла делений. Фибробласты человека штамма WI-38, замороженные в жидком азоте на 14 лет, после возобновления размножения завершили общий цикл деления, который составил 50±10 удвоений популяции.

Был измерен потенциал  деления клеток различных типов. Мартин и др. показали, что фибробласты  кожи эмбриона человека проходят 45 удвоений популяции, тогда как клетки скелетной  мышцы и костного мозга—значительно меньше. Кроме того, выяснили, что клетки почки, сердца, тимуса, щитовидной железы и печени живут в культуре меньше, чем клетки легкого. Следовательно, пролиферативная активность клеток различных типов неодинакова. Зависит ли это от характера н степени их дифференцировки, пока неизвестно. Хотя клетки костного мозга и эпителия продолжают делиться в организме на протяжении всей жизни, их пролиферативная способность in vitro ограничена. В этой связи было бы важно узнать не только то, почему эти клетки имеют пониженный потенциал деления, но также и то, не делились ли они уже до помещения их в культуру. Такие исследования могут дать полезную информацию о том, почему клетки типа нейронов, скелетной и сердечной мышц прекращают деление на ранней стадии развития.

Были предприняты  попытки установить взаимосвязь  между продолжительностью жизни  вида и потенциалом деления фибробластов, и хотя были изучены лишь немногие виды с разной .продолжительностью жизни, результаты указывают на наличие положительной корреляции между этими величинами.

Максимальная продолжительность  жизни культивируемых нормальных фибробластов эмбриона человека и животных.

Вид

Пределы удвоения популяции  клеток

Максимальная продолжительность  жизни, годы

Галапагосская черепаха

90—125

175(?)

Человек

40—60

110

Норка

30—34

10

Курица

15-35

30(?)

Мышь

14—28

3,5

Фибробласты эмбриона галапагосской черепахи, наиболее долгоживущего вида среди изученных, обладают и самым высоким потенциалом деления, тогда как для мыши, чья продолжительность жизни не превышает трех лет, эта величина значительно меньше.

Для ответа на вопрос, вызваны ли старение и смерть клеток накоплением какого-либо цитоплазматического  фактора, был использован метод  гибридизации соматических клеток. Гибридизация старых и молодых клеток была нежелательна, так как она привела бы к  образованию гибридов с двойным  набором хромосом. Удалением ядра из легочных фибробластов человека, находившихся во II и III фазах роста, получали ци-топласты. Затем происходило их слияние с интактными фибробластами раннего и позднего пассажей следующим образом: молодые цитопласты—с молодыми клетками, старые цитопласты — с молодыми клетками, молодые цитопласты—со старыми клетками и старые цитопласты — со старыми клетками. Число удвоений популяции первых двух гибридных линий составило около 20, а двух последних — около 5. Отсюда следует, что цитоплазма, вероятно, не содержит никакого фактора, который влияет на потенциал деления, т. е. пролиферативная активность клеток определяется на уровне ядра или генома. Полученные результаты необходимо подтвердить в дальнейших исследованиях.

Таким образом, клетки стареют как in vivo, так и in vitro. Существует, однако, большая вариабельность продолжительности их жизни и числа делений. Клетки типа нейронов или скелетной и сердечной мышц прекращают деление in vivo на ранних стадиях развития и становятся постмитотическими. Было бы интересно узнать, сколько раз они подвергаются делению, прежде чем достигают постмитотической стадии. Спустя некоторое время эти постмитотические клетки стареют и погибают. Таким образом, эти клетки сначала прекращают деление, а затем подвергаются старению. Клетки костного мозга, эпителия и печени сохраняют пролиферативную активность в течение всей жизни, хотя она постепенно падает в старческом возрасте. Когда эти клетки культивируют in vitro, они прекращают делиться и через некоторое время стареют. Очевидно, эти клетки обладают способностью к размножению, которая во много раз превышает аналогичную способность нейронов и мышечных клеток. Важно изучить клетки эмбриона тотчас после того, как они прошли дифференцировку я превратились в клетки специфических типов, чтобы увидеть, имеют ли степень и тип дифференцировки какую-либо связь с пролиферативной активностью и природой постмитотического состояния. Такие исследования клеток различных типов, начиная с самых ранних стадий дифференцировки; и до прекращения деления, могут дать ключевую информацию о причинах прекращения деления.

Возникает вопрос, действительно  ли те клетки, которые сохраняют  способность делиться в течение  всей жизни, не стареют? Действительно  ли они обновляются всякий раз, когда  делятся? Можно ли считать две  дочерние клетки полностью идентичными  не только в отношении содержания ДНК, но и родительских органелл? Известно, что во время созревания сперматиды наблюдается неадекватное деление

11Бернет предположил,  что клетки одного типа могут  быть более ответственны за  старение, чём другие. По его мнению  клетки тимуса и тимус-зависимые клетки, которые подвержены ослаблению пролиферации по типу фазы III, определяют темп старения. Бернет—сторонник той точки зрения, что изменения в этих клетках ответственны за аутоиммунные заболевания, которые чаще встречаются в пожилом возрасте. Эта концепция основана на представлении, что причиной старения являются соматические мутации, однако доказательств для нее пока нет.

Если старение—внутреннее свойство клеток, тогда оно должно быть присуще и одноклеточным организмам. Амебы проходят ограниченное число делений и живут ограниченное время, если их содержать на неполноценном рационе. Они продолжают расти и размножаться непрерывно только в том случае, если питание обильно, чего обычно не бывает в естественных условиях. Многие клопы парамеций и аскомицетов имеют ограниченную пролиферативную активность.

Реферат: Темпы старения и биологический возраст 

Темпы старения и  биологический возраст 

Возрастная норма  и норма старения 

Норма в физиологии и медицине — общее обозначение  равновесия организма человека, его  органов и функций, обеспечивающего  его оптимальную жизнедеятельность  в условиях окружающей среды. Структурная  и функциональная норма организма  — основа его общей устойчивости — резистентности обеспечивающей здоровье, работоспособность, способность к  адаптации и сохранению активного  долголетия. На большом материале  было показано, что в зависимости  от территориальной, профессиональной и социальной принадлежности популяций  доля устойчивых типов взрослого  населения колеблется от 25 до 90%, причем уменьшение ее связано с неблагоприятной  средой (Н. М. Смирнова, Ю. С. Куршакова). 

В биологии и медицине распространено понимание нормы  как среднестатистического варианта («математическая норма»). Это очень  существенная, но все же недостаточная категория, так как нормальная (оптимальная) жизнедеятельность и здоровье могут сохраняться в достаточно широком диапазоне изменчивости физиологических показателей. Следовательно, норма должна включать не только математическую норму, но и серию отклонений от нее в известных пределах. 

Хотя границы возрастных норм подчас довольно размыты, они все  же определяют периодизацию онтогенеза, прежде всего, основных его этапов —  становления, зрелости 'и угасания, то есть, существует запрограммированная  необходимая последовательность смены  норм. Это предполагает наличие своей  возрастной нормы для каждого  возрастного периода и каждой популяции. 

Но в отличие  от периода развития границы «норм» на этапе увядания определить значительно  труднее, так как здесь нет  резких переходов между пожилым, старческим и долгожительским возрастами. Такие границы весьма условны  и в значительной степени определяются средней продолжительностью жизни, колебания которой резко меняют и представления о рубеже старости. Этот рубеж может сдвигаться и. под  влиянием изменений структуры и  здоровья населения. В периоде старения существуют и трудности разграничения  нормы и патологии, между которыми далеко не всегда можно провести четкую грань. Поэтому само понятие «нормы старения» в известной мере дискуссионно. 

Еще И. И. Мечников считал «нормальным» (естественным) внутренне  обусловленное угасание жизни без  патологических явлений. Однако оно  встречается крайне редко. Исходя из невозможности четкого разграничения  физиологического и , патологического старения, некоторые ученые считают, что отсчет возрастных изменений нужно вести от идеализированной «единой нормы» в 20—25 лет. То есть, в дальнейшем определяется не норма, а величина отклонения от этого стандарта. В этом случае, следовательно, отрицается существование грани между старением и возрастной патологией, а многочисленные приспособительные изменения на этапах старения рассматриваются как «болезни компенсации» (В. М. Дильман, 1968). 

Противоположная позиция (В. В. Фролькис, 1975, 1978) заключается в  том, что нет и не может быть единой «идеальной нормы» для всех возрастов и этапов развития: сначала организм как бы «еще» не является нормальным, а после 20— 25 лет он «уже» не нормален. Несомненно, что обе эти точки зрения цмеют рациональное содержание и освещают разные стороны сложной проблемы «нормы старения». 

Однако полное отрицание  нормы лишает геронтологию и практическую медицину конкретных «точек опоры». Если главная физиологическая особенность  старения — замедление адаптивных процессов и сужение границ оптимального функционирования, — наследственно  предопределена, то она могла бы составить основу «нормы старения». В реальности же на нее влияют многие случайные внешние и внутренние факторы. Действительно, при чрезвычайной редкости физиологической старости в современном обществе у большинства  пожилых и старых людей наблюдаются  те или иные формы преждевременной  старости, обусловленной различными заболеваниями, стрессом и многими  другими причинами.