Синтез белка, видимо, значимо снижается с возрастом – срезы печени старых крыс синтезируют почти вдвое меньше белка, в сравнении с молодыми, в основном за счет снижения альбуминовой фракции при повышении синтеза глобулинов. Снижение альбумин/глобулинового коэффициента – один из немногих надежных показателей биологического возраста.
C возрастом может изменяться количество SН-групп в макромолекулах. Это активные группы, и снижение их количества отражается на функции ферментов, детоксицирующих свойствах организма и пр.; их количество можно определить в крови, например, методом йодометрического титрования.
Изменения белков при старении
Коллаген, эластин и соединительная ткань. Изменению коллагена с возрастом издавна придавали важное значение ввиду того, что он является основой соединительной ткани, играющей важную роль как в питании клеток, так и в строении механического каркаса, например для сосудов.
Возрастной артериосклероз определяется именно изменениями состояния соединительной ткани, определяющими снижение растяжимости сосудов.
Изменяется растворимость коллагена, устойчивость к механическому разрыву, к модификации ферментами и способность к обновлению. Обычно считают, что это результат изменений ферментов, структурно модифицирующих коллаген. Однако для короткоживущих видов, например мышей, ввиду длительной естественной обновляемости коллагена (сотни дней), прямые возрастные физико-химические изменения его являются удобной моделью изучения непосредственно химических причин старения молекул, а также удобным показателем определения биовозраста животных. Для человека, живущего в 30–40 раз дольше, эти чисто физико-химические явления старения коллагена носят второстепенный характер.
Основными причинами физико-химического старения коллагена являются неконтролируемые химические реакции, температурно-индуцируемые нарушения структуры и естественным образом возникающие свободные радикалы, и перекрестно-связывающие химические агенты, в частности, ионы тяжелых металлов (последние, видимо, важны в первую очередь для возрастзависимых перекрестных сшивок ДНК).
Альбумин и глобулин крови. Изменения А/Г-коэффициента с возрастом отражают как снижение метаболизма белка (альбумина печенью), так и повышение аутоиммунных реакций. Формула регрессии:
для крыс – А/Г = 0,754 – 0,014 · возраст (мес.);
для человека – А/Г =1,748 – 0,0105 · возраст (лет).
Рис. 3. Возрастные изменения коэффициента альбумин/глобулины в крови крыс
Углеводный обмен при старении
Потребность и использование углеводов с возрастом снижается (наряду с повышением потребности в витаминах и микроэлементах).
Уменьшаются запасы гликогена в мышцах и печени. Изменяется гормональное обеспечение процессов утилизации глюкозы с повышением контраинсулярных влияний и развитием относительной недостаточности инсулинозависимых процессов. Повышается активность глюконеогенеза в тканях с повышенным уровнем утилизации лактата.
Типичной является недостаточность лактозы в желудочно-кишечном тракте, определяющая плохую переносимость молока в старости.
Типично повышение содержания глюкозы в крови и ухудшение показателей теста с сахарной нагрузкой (в клинике в качестве нагрузки используется оральный глюкозотолерантный тест).
Обмен липидов при старении
Типично повышение с возрастом содержания жира в организме и его избирательное накопление в определенных областях тела, что во многом определяется регуляторными изменениями, прежде всего, для половых гормонов.
Содержание холестерина в крови растет с 20–30 лет до 60 (у мужчин) и 70 (у женщин) лет. Распад липидов выраженно снижается с возрастом, синтез липидов снижается медленнее.
Повышение с возрастом уровня триглицеридов происходит, видимо, за счет снижения активности липопротеидлипазы – ключевого фермента липидного обмена; последнее также приводит к снижению антиатерогенных липопротеидов низкой и очень низкой плотности, стабилизирующих жиры крови.
Жирные кислоты в крови, один из существеннейших источников энергии для интенсивно работающих тканей (сердечная мышца, скелетные мышцы, печень), изменяются мало с возрастом или их уровень несколько повышается за счет снижения интенсивности окисления кислот при сохранении уровня их синтеза.
В качестве тестов на старение предлагается использовать измерение флюоресценции липидных экстрактов тканей: показано линейное и интенсивное увеличение с возрастом флюоресценции экстрактов сердца и семенников у мышей в связи с накоплением перекисей липидов при старении.
Накопление липофусцина происходит во многих тканях, в особенности в необновляющихся делением нервных клетках, в сердце также накапливается до 0,3 % объема за 10 лет.
Энергетический обмен при старении
Способность генерировать и утилизировать энергию – ключевое явление для организма. Часто можно услышать, что снижение основного обмена с возрастом – эквивалент снижения жизненности в целом.
Большинство авторов отмечают снижение поглощения кислорода тканями с возрастом, особенно сердечной мышцей, как для эндогенного дыхания, так и в присутствии субстрата (кроме сукцината, при использовании которого потребление кислорода тканями старого сердца такое же, как и молодого).
Содержание различных метаболитов цикла Кребса меняется разнонаправленно для разных органов. Отмечается падение активности сукцинатдегидрогеназы.
Количество пиридиновых коферментов в старости растет на 10–30 % в основном за счет их восстановленных форм (НАД×2Н и НАДФ×2Н), что отражает нарушения в самом начале цепи дыхания митохондрий. Содержание этих коферментов растет в цитоплазме и снижается в митохондриях. В пересчете на единицу белка митохондрий активность цитохромоксидазной системы митохондрий растет, и увеличивается сопряженность процессов дыхания с фосфорилированием, однако в пересчете на единицу белка ткани она падает.
Существенное изменение параметров внешнего дыхания, гемодинамики и развитие тканевой гипоксии также вносят свой вклад в изменение энергообмена тканей с возрастом. Отмечено повышение мощности лактат-формирующих и утилизирующих процессов в тканях, а также утилизации аминокислот в реакциях глюконеогенеза, хотя данные об изменениях процессов гликолиза с возрастом противоречивы. Отмечают повышение в печени в 2 раза активности лимитирующего гликолиз фермента – гексокиназы.
При старении закономерно отмечают снижение концентрации главных поставщиков энергии – АТФ и креатинфосфата – в тканях при выраженном снижении скорости их обновления. АТФазная активность некоторых тканей, однако, повышается. О напряженности энергообмена судят по соотношению моно-, ди- и трифосфатов (энергетический заряд Аткинса). Снижение его с 0,85 до 0,53 в сердце и других тканях в старости говорит об активировании энергосинтезирующих процессов при снижении энергопотребляющих, то есть о диспропорции и напряженности энергообмена в старости.
Во многих случаях источником энергии для ферментов является восстановленный никотинаминадениндинуклеотид (НАД · Н), имеющий максимум поглощения при 340 нм, в отличие от НАД, имеющего максимум поглощения при 260 нм, при коэффициенте молярного поглощения НАД (НАДФ) при 340 нм равного 6,22 · 103 М–1 см–1. Это позволяет рассчитывать количественно потребление НАД · Н в мкМ по отношению снижения флюоресценции при 340 нм (умножив на объем в мл реакционной смеси и разделив на 6,22).
Для общей оценки энергетики клетки предложен индекс активации митохондрий в живых клетках: отношение флюоресценции ФАД к НАД · Н при 365 нм длины волны возбуждения флюоресценции:
Коэф. активности митохондрий = (F530 – 0,5 · F465) / F465.
Таким образом, с возрастом происходят разнонаправленные изменения в клеточном обмене и внутриклеточных компонентах, отражающие как общее затухание обмена веществ и функции клетки, так и компенсаторные процессы. Главной причиной возрастных изменений клеток является затухание их клеточного самообновления – деления, что является регуляторным феноменом и поэтому теоретически может быть восстановлено внешними регуляторными влияниями, в том числе фармакологическими средствами.
Рис. 4. Влияние ограничения питания на длительность жизни мышей (по Кишкун, 2008)
Влияние на обмен путем ограничения питания – наиболее известный метод повышения длительности жизни большинства модельных животных, включая мышей и крыс. Видимо, речь идет о влиянии на скорость роста и развития, однако у грызунов при таком ограничении наблюдается также обычно снижение температуры тела. Наиболее эффективно снижение в питании белков, а из них – триптофана, что может указывать на участие в процессе нейромедиаторов – производных триптофана. Известно, что ДОФА и серотонин противоположно регулируют иммунный ответ, а возможно, и другие функции, в том числе теплопродукцию и пр.
На рисунке 4 показано влияние различных режимов голодания на длительность жизни мышей.
Свободные радикалы и старение организма
Среди групп факторов, играющих важную роль в старении, безусловно, существенное значение имеет механизм повреждения биомолекул разнообразными внешними влияниями.
Среди таких влияний одним из наиболее значимых факторов считают окислительный метаболизм – выяснилось, что его интенсивность обратно пропорциональна продолжительности жизни для многих далеко отстоящих друг от друга видов, хотя некоторые исследователи отмечают, что э