После достижения половой зрелости, организм млекопитающих, включая человека, проходит через ряд структурных изменений, вызванных старением. Большинство изменений, кажется, является результатом постепенной деградации тканей тела и генетической программы, направленной на преодоление этой деградации, хотя были предложены и другие механизмы возникновения старения. На протяжении веков люди пытались найти средство остановить этот процесс, а начиная с середины 20-го века эти попытки получили форму направленных биологических и медицинских исследований. Хотя исследования физиологии старения, как представляется сейчас, не дадут возможности понять причины процесса старения, исследователи надеются замедлить этот процесс за счет «лечения» определенных признаков («симптомов»). Подробно модели объяснения процесса старения и описание старения других организмов приведены в статье старения.

Общие изменения

Вес и состав тела

Основная масса тела, состоит из массы мышц и всех других клеточных тканей, постоянно уменьшается после достижения половой зрелости, достигая в глубокой старости около двух третей от максимального значения в молодости. Полная масса тела, однако, обычно увеличивается с возрастом, так как возрастает количество сохраненного жира и воды. Относительное количество внеклеточной жидкости увеличивается с возрастом в течение взрослой жизни, хотя и уменьшается в течение эмбрионального и послеродового развития. Несмотря на внешний вид, все ткани, даже кожа, больше набираются водой вследствие старения. Хотя конечно мышечная масса также теряется, скорость этих потерь зависит от физической активности. Существуют свидетельства, что большая часть потери массы мышц с возрастом является результатом непринятия и атрофии, а не потери мышечных волокон.

Уменьшение основной массы тела сопровождается уменьшением уровня метаболической активности. Основной обмен (метаболизм) наибольший течение периода быстрого роста массы, после чего он быстро снижается до достижения половой зрелости, а затем снижение замедляется. В крысах в течение медленного снижения метаболическая активность снижается примерно на 20 процентов за трехлетний период. Внутренняя температура тела поддерживается постоянной, несмотря на ниже производство тепла, вызываемое уменьшенным током крови через кожу и уменьшением потери тепла, в результате несколько снижается температура кожи. Количество добровольной физической активности, например бег в колесе, обычно уменьшается с возрастом, но сильно зависит возраст конкретного животного.

Изменения в структурных тканях

Структурная целостность позвоночного организма прежде всего зависит от двух типов белковых волокон — коллагена и эластина. Коллаген, который составляет почти треть всех белков тела, находится в коже, костях и сухожилиях. После синтеза клетками-фибробластами, коллаген находится в растворимой форме (тропоколлаген). Постепенно этот растворимый коллаген полимеризуется, превращаясь в устойчивую форму, которая может сохраниться в тканях на протяжении большей части жизни животных. Скорость синтеза коллагена высокая в молодости и снижается в течение жизни, таким образом, что соотношение концентраций филаментарного и растворимого коллагена возрастает с возрастом. Филаментарний коллаген с возрастом превращается в белковую сеть, напоминает кристаллическую линзу глаза. С увеличением возраста, число перекрестных связей между молекулами коллагена возрастает, приводя к созданию кристаллической жесткой структуры, приводит к общему росту жесткости тканей тела.

Еще одним изменением, что сопровождает старение, является уменьшение в относительной количества гликозаминогликанов (или мукополисахаридов, что является комплексами белков и углеводов), в результате чего отношение концентраций гексоамина и коллагена используется в качестве показателя старения конкретной особи или человека. Важное следствие этих изменений — уменьшенная проницаемость тканей к растворимых питательных веществ, гормонов, факторов роста и антител.

Скорость старения коллагена зависит от полной метаболической активности животного: крысы, которых держали на низкокалорийной диете имели младший коллаген, чем остальные крыс того же возраста.

Эластин — молекула, отвечающий за эластичность стенок кровеносных сосудов. С возрастом происходит потеря эластичности сосудов, прежде всего из-за фрагментации коллагена.

Перекрестных связи между молекулами коллагена химически подобные перекрестных связей, которые происходят в шкурах при дубления. Благодаря этой сходства было предложено использовать при замедлении старости химические вещества, предотвращающие процессам полимеризации. Однако, из-за их высокой токсичности, использование таких веществ на животных пока невозможно.

Обновления клеток

Ткани тела делятся на две группы в зависимости от того, происходит обновление клеток ткани. В некоторых тканях клетки вовсе не обновляются, например в нервах и скелетных мышцах, в которых новые клетки не образуются (как минимум в млекопитающих) после определенной стадии роста организма. В других тканях, таких как кишечный эпителий и кровь, с другой стороны, некоторые типы клеток обновляются каждые несколько дней, и заменяются сотни раз в течение жизненного диапазона даже недолго живущих животных. Между этими примерами находится много органов, таких как печень, кожа, эндокринные органы, где клетки заменяют медленнее, с периодами от недель до лет в людные.

Периферийные нервы — удобный объект для исследования, так как полное число волокон в нервной стволе может быть перечислено. Это было сделано для затылочного и грудного спинного нервного корни крысы, кота и человека. В брюшной и спинном спинном коренные человека число нервных волокон уменьшается примерно на 20 процента от 30-летнего до 90-летнего возраста. У котов, крыс и мышей, однако, данные не указывают на уменьшение числа спинных корневых волокон с возрастом. В человеке число обонятельных нервных волокон уменьшается возрастом, примерно на 25 процентов от рождения до 90-летнего возраста, примерно как и число оптических нервных волокон, обслуживающих видения.

Значительное уменьшение клеток наблюдается с возрастом и в числе живых клеток в коре головного мозга человека. Кора мозжечка крысы и человека также очень чувствительна к старению. Другие части мозга стареют не так значительно.

Существует тенденция высших и недавно развитых отделов нервной системы ухудшаться быстрее со старением, по сравнению с более старыми отделами, такими как мозговой ствол и спинной мозг. Пока не известно, какой процент клеток теряется из-за старения мозга и — через сторонние причины, например, ухудшение кругооборота крови. Питание и обслуживание нервных клеток, нейронов, центральной нервной системы в значительной степени зависит от глии, небольших клеток, которые окружают нейроны. Абсолютное число этих клеток не уменьшается заметно с возрастом, но некоторые из микроскопических изменений, наблюдаемых в нервных клетках старых людей, подобные изменений, вызываемых голоданием или физическим истощению.

Также было показано, что после заболевания некоторые болезни, например, корь, вирус остается в теле хозяина в течение оставшейся жизни и иногда вызывает быстрое ухудшение функций мозговой коры. Этот вирус, как и некоторые другие, не стиль очевидны вирусы, также могут отвечать за индивидуальные различия в скорости старения человека.

Ткани, обновляются, обычно состоят из популяции пролиферирующих клеток, которые сохраняют способность к делению, и популяции зрелых клеток, происходящих из пролиферирующих клеток и имеют ограниченный жизненный диапазон. Производство этих клеток должно компенсировать их потерю, в том числе неожиданные потери, вызванные повреждением или болезнью. Таким образом, каждая ткань имеет один или более путей контроля производства в соответствии с потребностями. Старение таких тканей выражается несколькими способами, в частности уменьшением в числе пролиферирующих клеток, уменьшением скорости деления клеток и уменьшение в активности систем контроля. Изменения этих факторов в кроветворных тканях мыши небольшие, но очень четко проявляются в случае экстремальных условий.

Невредима кожа обновляет свои клетки каждые несколько недель, со способностью временно увеличивать скорость производства клеток в ответ на повреждение. Скорость залечивания ран постепенно уменьшается с возрастом, сначала быстро, а затем несколько медленнее.

Одной из наиболее стабильных признаков старения является уменьшение в способности фокусировать глаз как на близкие, так и на удалении объекты. Эта потеря в зрительной аккомодации — результат ослабления ресничной мышцы глаза и уменьшение в гибкости линзы. Еще одним фактором, который оказывает свой вклад, является то, что линза продолжает расти в течение всей жизни, хотя и с уменьшением скорости. Этот рост — результат непрерывного разделения эпителиальных клеток у воображаемого центра линзы, создавая новые клетки, которые дифференцируются в волокна линзы. После создания, эти волокна навсегда остаются на том же самом месте.

Важная составная часть механизма обновления — стволовые клетки. Эти клетки, которые обычно продолжают медленно делиться на протяжении всей жизни, под условиями возросшего спроса переходят в фазу быстрой пролиферации. Кроветворная ткань содержит популяцию стволовых клеток, быстро отвечает на повреждение в молодости, но ее активность уменьшается с возрастом. Увеличение случаев анемии в старости и замедление ответа на потерю крови обычно объясняют истощению стволовых клеток кроветворных органов. В других органах популяции стволовых клеток не были найдены, например, в слизистой оболочке кишечника, несмотря на высокую скорость клеточного деления.

Морфология тканей

Значительные изменения происходят с возрастом и в морфологии тканей. Например, обычный небольшой ступней атрофии тканей. Наиболее заметно сокращение размера тимуса, особенно учитывая его роль в иммунной защите. Постепенное уменьшение объема клеточной ткани и ее замена жировой или соединительной тканью самое значительное в костном мозге и коже. В почках, теряются целые секреторные структуры (нефроны). Секреторные клетки поджелудочной железы, щитовидной железы и других органов также уменьшаются в числе.

Важное изменение во время старения — накопление пигментов и инертных и, возможно, вредных материалов между клетками. Пигмент липофусцин накапливается в пределах клеток сердечной мышцы — обычно он отсутствует до 10 лет со дня рождения человека, но его количество повышается почти до 3 процентов объема клеток в 90-летнем возрасте. Амилоидная вещество, белково-углеводный комплекс, накапливается в тканях в среднем возрасте, возможно это продукт аутоиммунных реакций. В крайнем случае амилоидной болезни, редкой аутоиммунные болезни, некоторые органы фактически задавлюються амилоидной веществом. Небольшие количества металлов также накапливаются в различных тканях с возрастом, и хотя эти количества малы, некоторые металлы могут вызвать отравление ферментативных систем, стимулировать мутации или вызвать рак.

Клеточные культуры

Клетки многих тканей млекопитающих могут быть выращены in vitro (вне тела) под осторожным лабораторным контролем. Несколько линий раковых клеток выращивались в непрерывной культуре в течение многих десятилетий. На ранних этапах развития технологии тканевой культуры утверждалось, что определенные куриные клетки (фибробласты) поддерживались в культуре в течение 20 лет. Это привело к мысли, что клетки постоянно делятся, потенциально бессмертны, и сосредоточили интерес к изучению старения на дифференцированных (взрослых) клетках. Этот взгляд, однако, позже потерял свои позиции. Сейчас установлено, что популяция (клон) фибробластов имеет ограниченную жизненную историю в культуре. Она имеет период здорового роста, в течение которого культура могу быть «расщеплена», нескольких десятков раз (т.е. клетки проходят через несколько десятков разделов). После примерно 50-го расщепления культуры, однако, входят в фазу быстрой деградации и умирают. Иногда, хромосомы в клетках подвергаются мутациям, которые предоставляют клеткам возможность неограниченного роста, создавая пидпопуляцию, которая продолжает расти и после 50-го расщепления. Это гораздо чаще встречается в мышиных клетках, чем в человеческих. Такие мутации обычно привлекают хромосомные перестановки или изменения в числе хромосом.

Сейчас известно, что клетки млекопитающих, делятся, с нормальным хромосомным набором имеют ограниченный потенциал роста, и способность к неограниченному росту, которую проявляют раковые и преобразованы клетки — результат потери фактора, ограничивающего рост. На молекулярном уровне, при репликации ДНК, полимераза неспособна копировать концы хромосом. Для предотвращения этого ограничения, на концах хромосом находятся несколько полтора РНК — теломер, которые, однако, сокращаются в соматических клетках при каждом делении. После полного исчезновения теломер в клетке запускается программа апоптоза, запрограммированной смерти. Стволовые и зародышевые клетки имеют фермент теломеразу, который постоянно пополняет теломеры, и именно мутации, которые активизируют теломеразу, или мутации, которые предотвращают программе апоптоза, и приводят к созданию «бессмертных» клеток.

Ограниченный потенциал деления стареющих клеток, возможно, связан с уменьшением скорости обмена фибробластов и замедление заживления ран с возрастом.

Износ структур, не восстанавливаются

Еще одним из аспектов старения млекопитающих с износ некоторых органов, которые не могут быть заменены. Один их из таких систем является жвачный аппарат, в частности челюсти и зубы. Адаптация к скорости износа зубов очень важна для животных, особенно травоядных. Примеры такой адаптации включают высшие короны (гипзодонтия) зубов, большую площадь поверхности и длительный период роста зубов. Износ зубов может ограничивать жизнь животных, как это иногда случается со слонами, но в большинстве случаев это неважно для выживания характеристика. Это также верно и для других внешних органов, изнашиваются, таких как, например, рога или хрусталик глаза. Однако, износ внутренних органов, таких как хрящи суставов, чаще приводит к уменьшению способности животного к выживанию.

Изменения отдельных систем организма

Иммунная система

Важной системой тела, в значительной степени страдает при старении, является иммунная система, часть, которой, тимус-зависимая подсистема, специализируется на защите против микробов, попадающих к телу, и некоторых нездоровых клеток самого тела, которые, из-за изменения прошедшие в них, больше не признаются частью тела, приводит к аутоиммунных реакций. Таким образом, иммунная система вовлечена в защиту организма против рака. Считается, что раковые опухоли является результатом единых клеток, которые подвергаются преобразованию или в результате генетической мутации, или в результате активации скрытого (спящего) вируса (хотя существуют и другие теории возникновения рака). Именно тимус-зависимая иммунная подсистема и способствует подавлению развития рака.

Известно, например, что процедуры иммуносупрессии, которые обычно проводятся при трансплантации органов, часто приводят к увеличению числа новообразований. Тимус-зависимая подсистема может непосредственно, однако, дать начало аутоиммунной болезни пожилого возраста, при которой иммунная система начинает воспринимать нормальную ткань тела как чужеродные и начинает производство антител против нее. Считается, что первым шагом этой болезни является соматическая мутация в одной из клеток иммунной системы.

Роль иммунной системы в старении, таким образом, достаточно важна, что даже привело в прошлом к ​​созданию нескольких иммунных теорий старения, которые стремились объяснить все явления старения в терминах мутаций в иммунной системе.

Кровеносная система

Изменения в кровеносной системе зависят от вида млекопитающих, но очень сильно проявляются у человека. Главными физиологическими изменениями кровеносной системы является атрофия сердечной мышцы, особенно левого желудочка, кальцификации сердечных клапанов, потеря эластичности сосудов и отложения инертных материалов в сосудах (атеросклероз). Последствиями является снижение кровотока и замедление ответа на временные изменения в потребностях крови, приводит к снижению снабжения кислородом, снижение активности почек и печени и общее снижение в снабжении питательных веществ к клеткам тела.

Нервная система

Потеря психологической и нейрофизиологической возможностей с возрастом — несомненно, в значительной степени результат потери нейронов, но в этот процесс вовлечены и изменения в метаболических процессах живых клеток. Способность глаза к адаптации к темноте (то есть, увеличение чувствительности при низких уровнях освещенности) уменьшается с возрастом, но часть этого уменьшения может быть восстановлена, вдыхая чистый кислород. Известно, что умственные способности пожилых людей также улучшаются посредством вдыхания кислорода. Установка нервных связей, ассоциированное с памятью, требует синтеза белков, таким образом снижение белкового синтеза за счет снижения потребления кислорода с возрастом может быть важным фактором ослабления памяти и способности к обучению пожилых людей. Изменения нервной системы в процессе старения

Старение, особи, закономерно возникают в процессе развития, возрастные изменения, начинаются задолго до старости и приводят к постепенно нарастающему сокращению приспособительных возможностей организма. С. — заключительный этап онтогенеза. Изучением С. занимается геронтология. Интенсивность С., т темп его развития, определяет как продолжительность жизни животных разных видов (которая генетически запрограммирована), так и то или иное соотношение обменных, структурных и функциональных проявлений, возникающих в различных системах организма.

Неравномерность сдвигов при С. заключается в том, что возрастные изменения в органах и тканях развиваются и протекают неодинаково в разные возрастные периоды (особенно в климактерический). Например, вилочковая железа функционирует активно в детстве, деятельность половых желез ослабляется у женщин до 50 лет, а некоторые функции гипофиза сохраняются даже в глубокой старости. Нарастающие в ходе С. сдвиги ограничивают приспособленческие возможности организма, способствуют развитию многие заболевания, частота которых увеличивается в старости. В профилактике С. человека значительное место отводится правильному чередованию труда и отдыха, полноценному, разумно организованном питанию.

После достижения половой зрелости, организм млекопитающих, включая человека, проходит через ряд структурных изменений, вызванных старением. Большинство изменений, кажется, является результатом постепенной деградации тканей тела и генетической программы, направленной на преодоление этой деградации, хотя были предложены и другие механизмы возникновения старения.

Потеря психологической и нейрофизиологической возможностей с возрастом — несомненно, в значительной степени результат потери нейронов, но в этот процесс вовлечены и изменения в метаболических процессах живых клеток. Способность глаза к адаптации к темноте (то есть, увеличение чувствительности при низких уровнях освещенности) уменьшается с возрастом, но часть этого уменьшения может быть восстановлена, вдыхая чистый кислород. Известно, что умственные способности пожилых людей также улучшаются посредством вдыхания кислорода. Установка нервных связей, ассоциированное с памятью, требует синтеза белков, таким образом снижение белкового синтеза за счет снижения потребления кислорода с возрастом может быть важным фактором ослабления памяти и способности к обучению пожилых людей.

Эндокринная система

Общей характеристикой старения эндокринной системы является уменьшение чувствительности клеток, которые отвечают на действия гормонов. Против, пока неизвестно, какие именно процессы отвечают за это снижение чувствительности. В результате этих изменений резервы организма, чувствительность к изменениям окружающей среды, стресса и токсичности химических веществ снижаются.

Скелетная система

В старости кости постепенно теряют кальций и становятся менее плотными. Это может привести к остеопорозу и способности выдерживать вес, увеличивая вероятность переломов. Утончение позвонков также приводит к сокращению высоты тела. Кроме того, позвонки затвердевают, что приводит к увеличению жесткости всего позвоночника и потери маневренности.

Суставы также подвергаются изменениям. Фактически, артрит, дегенеративное зажигания суставов — общее условие старого возраста, принимает две общие формы: остеопороз (стирание хряща сустава) и ревматический артрит (болезнь соединительной ткани). Эти условия могут ослабить подвижность и повседневную активность организма.

Изображения по теме

  • Физиология старения млекопитающих
  • Физиология старения млекопитающих