Îmbătrânirea celulară a corpului uman. Îmbătrânirea celulelor corpului Există patru tipuri principale de țesuturi

În ciuda universalității sale, procesul de îmbătrânire este dificil de definit clar. Odată cu vârsta, apar modificări fiziologice și structurale în aproape toate sistemele de organe. Când îmbătrânirea, factorii genetici și sociali, modelele nutriționale, precum și bolile legate de vârstă - ateroscleroza, diabetul, osteoartrita - sunt de mare importanță. Deteriorarea celulară legată de vârstă este, de asemenea, o componentă importantă a organismului îmbătrânit.

Odată cu vârsta, o serie de funcții celulare suferă progresiv. Activitatea de fosforilare oxidativă în mitocondrii, sinteza enzimelor și a receptorilor celulari scade. Celulele îmbătrânite au o capacitate redusă de a absorbi nutrienții și de a repara leziunile cromozomiale. Modificările morfologice ale celulelor îmbătrânite includ nuclei neregulați și lobulați, mitocondrii vacuolate polimorfe, scăderea reticulului endoplasmatic și deformarea complexului lamelar. În același timp, pigmentul de lipofuscină se acumulează.

Îmbătrânirea celulară este un proces multifactorial. Include programe moleculare endogene de îmbătrânire celulară, precum și influențe exogene care conduc la interferența progresivă cu procesele de supraviețuire celulară.

Fenomenul de îmbătrânire celulară este studiat intens în experimente in vitro. S-a demonstrat că în celulele îmbătrânite sunt activate gene specifice îmbătrânirii, sunt deteriorate genele care reglează creșterea, sunt stimulați inhibitorii de creștere și sunt activate și alte mecanisme genetice.

Se presupune că defectele genelor pot fi cauzate de scurtarea telomerică a cromozomilor. Telomerii joacă un rol important în stabilizarea porțiunilor terminale ale cromozomilor și atașarea lor la matricea nucleară. De exemplu, lungimea telomerilor scade în ultimele pasaje ale culturii celulare și în cultura celulară a persoanelor în vârstă. S-a găsit o relație între lungimea telomerilor și activitatea telomerazei.

Deteriorarea celulară dobândită în timpul îmbătrânirii are loc sub influența radicalilor liberi. Cauzele acestor daune pot fi expunerea la radiații ionizante sau o scădere progresivă a activității mecanismelor de apărare antioxidantă, precum vitamina E, glutation peroxidaza. Deteriorarea celulară de la radicalii liberi este însoțită de acumularea de lipofuscină, dar pigmentul în sine nu este toxic pentru celulă. În plus, SPOL și radicalii liberi provoacă daune acizilor nucleici atât în nucleu, cât și în mitocondrii. Mutațiile și distrugerea ADN-ului mitocondrial devin dramatice pe măsură ce îmbătrânim. Radicalii liberi de oxigen catalizează, de asemenea, formarea de modificări ale proteinelor, inclusiv ale enzimelor, făcându-le sensibile la efectele dăunătoare ale proteazelor neutre și alcaline conținute în citosol, ceea ce duce la perturbarea în continuare a funcțiilor celulare.

Modificări post-translaționale ale proteinelor intracelulare și extracelulare apar, de asemenea, odată cu vârsta. Unul dintre tipurile de astfel de modificări este glicozilarea neenzimatică a proteinelor. De exemplu, glicozilarea legată de vârstă a proteinelor cristalinului stă la baza cataractei senile.

În cele din urmă, există dovezi ale formării afectate a proteinelor de stres in vitro la animalele de experiment în timpul îmbătrânirii. Formarea proteinelor de stres este cel mai important mecanism de protecție împotriva diferitelor stresuri.

Oamenii de știință au fost de mult interesați de modul în care se produce îmbătrânirea la nivel celular. Metodele moderne de cercetare au făcut posibilă înțelegerea modului în care se produce îmbătrânirea celulară. Și, de asemenea, să înțelegem dacă există speranță că într-o zi omenirea va putea evita bolile, îmbătrânirea și moartea. Cum apare îmbătrânirea celulară?

Mecanismul îmbătrânirii celulare

Cercetătorii au studiat mecanismul îmbătrânirii celulare. Această întrebare a fost întotdeauna un subiect de interes deosebit pentru oamenii de știință, deoarece doreau să știe de ce oamenii se îmbolnăvesc, îmbătrânesc și mor și dacă îmbătrânirea poate fi evitată. Este mai ușor de spus dacă este posibil să vindeci bătrânețea și să rămâi mereu tânăr.

În timpul cercetărilor, oamenii de știință au descoperit că îmbătrânirea celulară are loc din cauza pierderii capacității celulelor de a diviza și repara țesutul corpului. Procesul de îmbătrânire în celule este cauzat de deteriorarea genomică auto-accelerată care promovează deteriorarea ADN-ului, ducând la eliberarea de substanțe care activează noi daune ale codului ADN.

Mecanismul îmbătrânirii a devenit clar datorită construcției unui model matematic al unei celule vii a corpului. Oamenii de știință de la Universitatea din Newcastle (Marea Britanie) și de la Universitatea din Ulm (Germania) au folosit cele mai recente progrese în cercetarea de laborator, cu ajutorul cărora a fost descoperit procesul de îmbătrânire celulară. Îmbătrânirea celulară este direct legată de o încălcare a capacității celulei de a se diviza țesuturile vii încetează să se regenereze și să își îndeplinească funcțiile din ce în ce mai puțin eficient. În plus, îmbătrânirea celulară promovează proliferarea haotică a celulelor, iar acest lucru duce la dezvoltarea cancerului.

Mecanismul molecular de îmbătrânire celulară apare datorită existenței unei așa-numite bucle de feedback dinamic, care declanșează o reacție de deteriorare a ADN-ului după câteva zile, acest fenomen duce celula la o stare de senescență celulară profundă;

Spirala de îmbătrânire, care este declanșată de deteriorarea ADN-ului, duce la perturbarea funcțiilor mitocondriilor celulare, care procesează oxigenul și nutrienții în molecule de adenozin trifosfat, care este sursa de energie pentru majoritatea proceselor biochimice din organism. Mitocondriile deteriorate produc cantități mari de specii reactive (radicali liberi) și contribuie, de asemenea, la deteriorarea ADN-ului, care declanșează din nou eliberarea radicalilor liberi. Astfel, acest proces crește, iar în curând celula își pierde capacitatea de a se diviza și îmbătrânește.

Este posibil să opriți îmbătrânirea?

După ce au studiat mecanismul îmbătrânirii celulare, oamenii de știință au ajuns la concluzia că rezultatele obținute în studiu vor ajuta la crearea de medicamente care pot afecta procesul de îmbătrânire care are loc în celule. Și acest lucru dă speranță că în viitor umanitatea va scăpa de multe boli care sunt asociate cu îmbătrânirea corpului. Este posibil să opriți îmbătrânirea? Probabil că nu, totuși!

Ultimii doi sau trei ani au fost literalmente ani de descoperire pentru gerontologie. În primul rând, oamenii de știință au găsit o modalitate de a prelungi viața drojdiei, a viermilor și chiar a șoarecilor prin post, apoi au găsit mai multe gene care pot prelungi longevitatea activă. S-a putut chiar descoperi o legătură între dezvoltarea sistemului reproducător, țesutul adipos și speranța de viață.

Dar abordarea bazei moleculare și celulare a îmbătrânirii nu s-a schimbat de câteva decenii: acumularea de mutații care apar inevitabil în timpul diviziunii, distrugerea treptată a proteinelor și epuizarea sistemelor de „rezerve”.

Martin Hetzer de la Institutul Salk pentru Cercetare Biologică și colegii săi au reușit să perfecționeze în mod semnificativ această înțelegere:

În spatele cuvintelor generale despre uzură, există cel puțin o perturbare a funcționării porilor nucleari, care asigură schimbul selectiv de conținut între nucleu și celulă.

În ciuda dimensiunilor microscopice - de la cinci la sute de micrometri, celula în sine mai include câteva zeci de organele, printre care principalul este nucleul, care asigură reglarea tuturor proceselor intracelulare și chiar extracelulare. În interiorul nucleului, care poate ocupa până la 80% din volum (în spermatozoizi), se află cel mai valoros lucru - informația genetică criptată în secvența ADN.

Dacă nu ar fi membrana nucleară, numărul de mutații și eșecuri în citirea codului pur și simplu nu ar permite celulei să trăiască. Dar, în ciuda membranei duble care înconjoară cromozomii,

Aparatul genetic nu este izolat: diferite tipuri de ARN părăsesc constant nucleul, reglând sinteza proteinelor, în timp ce semnalele care activează factorii de transcripție pătrund în interior.

Ca și în cazul barierelor „mai mari” care funcționează la nivelul întregului organism, cea nucleară are și permeabilitate selectivă: de exemplu, moleculele liposolubile, fie că este vorba de hormoni steroizi sau anumite medicamente, pătrund ușor în membrana însăși, care este mai mult ca o peliculă subțire de ulei cu intercalate.

Dar acizii nucleici, proteinele și alți compuși hidrofili sunt sortiți să treacă prin canale speciale - porii nucleari. În ciuda varietății de molecule care trec, porii înșiși sunt structurați destul de conservator în majoritatea organismelor și constau dintr-un canal intern și părți exterioare simetrice, similare cu moleculele de proteine situate la vârfurile unui octogon.

După cum au arătat Hetzer și coautorii publicației din Cell, în timp, acești pori încep să „scurgă”, ceea ce provoacă consecințe mai „observabile” - depunerea plăcilor de amiloid de-a lungul vaselor de sânge ale creierului, distrugerea cartilajului în articulațiile și „decreparea” inimii.

Folosind exemplul celulelor musculare și apoi întregul corp al nematodului C. elegans, oamenii de știință au demonstrat că partea periferică a canalului nuclear este reînnoită în mod regulat, în timp ce partea centrală este reconstruită numai în timpul diviziunii celulare, în timpul căreia membrana nucleară este reînnoită. mai întâi distrus și apoi format din nou. În consecință, porii nucleari „se uzează” treptat, dar, spre deosebire de alte sisteme intracelulare, ei nu sunt reînnoiți, ceea ce duce la „scurgeri”. Drept urmare, în nucleu intră nu numai mutagenii, ci și alte molecule care perturbă funcționarea aparatului genetic.

Dacă este vorba de reînnoirea constantă a celulelor pielii sau a epiteliului intestinal, atunci nu apare o astfel de problemă, dar cum rămâne cu celulele nervoase sau musculare care practic nu se divid de-a lungul vieții? Nu este surprinzător faptul că metabolismul lor este legat nu numai de „semnalele” din nucleu, ci și de cascade stabilite de reacții care nu necesită intervenția rapidă a aparatului genetic.

Descoperirea lui Hetzer nu a devenit o altă ipoteză „autosuficientă” în teoria îmbătrânirii. Oamenii de știință au demonstrat cum speciile reactive de oxigen, care au devenit de multă vreme principalul inamic al gerontologilor, pot accelera uzura porilor nucleari și, odată cu aceasta, îmbătrânirea întregii celule. Nu putem decât să sperăm că un sistem care compensează aceste „scurgeri” încă mai există și, dacă va putea fi descoperit, acesta va deveni o nouă piatră de hotar în studiul longevității active.

Odată cu vârsta, o serie de funcții celulare suferă progresiv. Activitatea de fosforilare oxidativă în mitocondrii, sinteza enzimelor și a receptorilor celulari scade. Celulele îmbătrânite au o capacitate redusă de a absorbi nutrienții și de a repara leziunile cromozomiale. Modificările morfologice ale celulelor îmbătrânite includ nuclei neregulați și lobulați, mitocondrii vacuolate polimorfe, reducerea reticulului endoplasmatic și deformarea complexului lamelar. În același timp, pigmentul de lipofuscină se acumulează.

În cele din urmă, există dovezi ale perturbării formării proteinelor de stres in vitro la animalele de experiment în timpul îmbătrânirii. Formarea proteinelor de stres este cel mai important mecanism de protecție împotriva diferitelor stresuri.

Îmbătrânirea este un proces complex și variat care afectează diferit diferite persoane și chiar diferite organe. Majoritatea gerontologilor (persoanele care studiază îmbătrânirea) cred că îmbătrânirea este efectul cumulativ al interacțiunii mai multor factori de-a lungul vieții. Acești factori includ ereditatea, influențele mediului, influențele culturale, dieta, activitatea fizică și recreerea, bolile anterioare și mulți alți factori.

Toate organele vitale încep să-și piardă unele funcții odată cu vârsta. Modificări legate de vârstă au fost găsite în toate celulele, țesuturile și organele corpului, iar aceste modificări afectează funcționarea tuturor sistemelor corpului. Țesutul viu este format din celule. Există multe tipuri diferite de celule, dar toate au aceeași structură. Țesuturile sunt straturi de celule similare care îndeplinesc o funcție specifică. Diferite tipuri de grupuri de țesuturi sunt formate în organe.

Cum îmbătrânește corpul uman

Există patru tipuri principale de țesături:

Ţesut conjunctiv, susține alte țesuturi și le leagă între ele. Include oase, sânge și țesuturi limfatice pe lângă țesuturile care oferă suport și structură pielii și organelor interne.

Țesut epitelial Oferă acoperire straturilor mai profunde ale corpului. Pielea și suprafața diferitelor pasaje din corp sunt făcute din țesut epitelial.

Țesutul muscular este format din trei tipuri de țesut:

Mușchii striați, cum ar fi cei care mișcă scheletul.

Mușchii netezi, cum ar fi mușchii care înconjoară stomacul și alte organe interne.

Mușchiul cardiac, care alcătuiește cea mai mare parte a inimii.

Țesut nervos constau din celule nervoase (neuroni) și sunt folosite pentru a transmite mesaje din diferite părți ale corpului. Creierul este format din țesut nervos.

Celulele sunt blocurile de bază ale țesuturilor. Toate celulele suferă modificări odată cu vârsta. Ei devin mai mari și mai puțin capabili să se împartă și să se reproducă. Alte modificări includ o creștere a pigmenților și a acizilor grași din interiorul celulei (lipide). Multe celule își pierd capacitatea de a-și îndeplini funcțiile sau încep să funcționeze incorect.

Pe măsură ce îmbătrânim, deșeurile se acumulează în țesuturi. Lipofuscina, pigmentul brun gras, se adună în multe țesuturi, ca și alte substanțe grase.

Țesutul conjunctiv suferă modificări și devine din ce în ce mai rigid. Acest lucru face organele, vasele de sânge și căile respiratorii mai puțin elastice. Au loc și modificări ale membranelor celulare, așa că multe țesuturi au probleme în a primi oxigen și nutrienți, scăpând de dioxid de carbon și deșeuri.

Multe țesuturi pierd din masă. Acest proces se numește atrofie. Unele țesuturi devin noduri sau mai rigide.

Cele mai semnificative modificări au loc în inimă, plămâni și rinichi. Aceste schimbări apar lent și pe o perioadă lungă de timp. Atunci când organele lucrează la limita capacității lor, acestea nu își pot crește funcțiile. Insuficiența cardiacă bruscă sau alte probleme se pot dezvolta atunci când organismul lucrează mai mult decât de obicei.

Factori care creează un stres suplimentar asupra organismului:

Unele medicamente

Schimbări semnificative în viață

Schimbarea bruscă a activității

Urcând la înălțimi mari

Ar trebui să luați diferite medicamente cu prudență la vârsta adultă, pentru că există un risc mare de efecte secundare din utilizarea lor asupra altor organe.

Efectele secundare ale tratamentului pot imita simptomele multor boli, astfel încât este ușor să confundați medicamentul cu o reacție la o boală. Unele medicamente au efecte secundare foarte diferite la persoanele în vârstă decât la persoanele mai tinere.

Teoria îmbătrânirii celulare

Nimeni nu știe cum și de ce oamenii se schimbă pe măsură ce îmbătrânesc. Unele teorii susțin că îmbătrânirea se datorează daunelor acumulate din radiațiile ultraviolete, uzurii corpului, efectelor secundare ale produselor metabolice și așa mai departe. Alte teorii ale îmbătrânirii corpului sugerează un proces controlat genetic. Cu toate acestea, nicio teorie nu oferă o explicație convingătoare pentru schimbările care apar în timpul îmbătrânirii.

Îmbătrânirea este un proces complex și variat care afectează diferit diferite persoane și chiar diferite organe. Majoritatea gerontologilor (oamenii care studiază îmbătrânirea) cred asta îmbătrânirea este efectul cumulativ al interacțiunii multor factori de-a lungul vieții. Acești factori includ ereditatea, influențele mediului, influențele culturale, dieta, activitatea fizică și recreerea, bolile anterioare și mulți alți factori.

Spre deosebire de schimbările din timpul adolescenței, care sunt previzibile în câțiva ani, fiecare persoană în vârstă îmbătrânește diferit. Unele sisteme încep să îmbătrânească încă de la 30 de ani. Alte procese de îmbătrânire apar mult mai târziu. Deși unele schimbări tind să apară odată cu vârsta, ele apar în ritmuri diferite și în grade diferite. Nu există o modalitate fiabilă de a prezice, în special, cum te vei schimba pe măsură ce îmbătrânești.

Atrofie

Celulele se contractă. Dacă un număr suficient de celule scade în dimensiune, aceasta indică atrofia organului.

Aceasta este adesea o schimbare normală legată de vârstă, care poate apărea în orice țesut. Este cel mai frecvent în mușchii scheletici, inimă, creier și în organele secundare de reproducere (de exemplu, sânii). Cauza atrofiei este necunoscută, dar sunt probabile următoarele: scăderea sarcinii, scăderea aportului de sânge

și nutriția celulară, precum și scăderea stimulării nervoase și hormonale.

Hipertrofie Celulele se măresc. Această creștere a dimensiunii se datorează creșterii proteinelor celulare

Pe măsură ce unele celule se atrofiază, altele pot hipertrofia în încercarea de a compensa pierderea de masă celulară.

Hiperplazie

Numărul de celule crește. Există o creștere a ratei diviziunii celulare.

Hiperplazia apare de obicei în încercarea de a compensa pierderea celulelor. Acest lucru permite unor organe și țesuturi să își păstreze capacitatea de a se regenera, inclusiv pielea, mucoasa intestinală, ficatul și măduva osoasă. Ficatul se regenerează deosebit de bine. Poate înlocui până la 70% din structura sa în 2 săptămâni după accidentare.

Alte țesuturi au capacitatea limitată de a se regenera, cum ar fi oasele, cartilajele și mușchii netezi (cum ar fi mușchii din jurul intestinelor).

Există țesuturi care se regenerează rar sau niciodată, printre care nervii, mușchii scheletici, mușchii cardiaci și cristalinul ochiului. Când sunt deteriorate, aceste țesuturi sunt înlocuite cu țesut cicatricial.

Displazie

Mărimea, forma sau organizarea celulelor mature devin anormale. Aceasta se mai numește și hiperplazie atipică. Displazia este destul de comună în celulele colului uterin și căptușeala tractului respirator.

Neoplazie

Formarea de tumori, cum ar fi canceroase (maligne) sau benigne (benigne). Celulele tumorale se reproduc adesea foarte repede. Ele pot avea forme neobișnuite și funcții afectate.

Dacă aveți întrebări, vă rugăm să întrebați