Люди во всем мире стали жить дольше, по прогнозам Всемирной организации здравоохранения в 2030 г. люди в возрасте 60 лет и старше будут составлять одну шестую жителей планеты. Сегодня поговорим о том, какие причины лежат в основе старения организма.
В настоящее время большинство людей могут рассчитывать, что они проживут до седьмого десятка лет и дольше. В каждой стране мира растет не только численность пожилых людей, но и их доля в составе населения. Ожидается, что за период с 2020 г. по 2050 г. численность населения в возрасте 80 лет и старше вырастет втрое. Дополнительные годы жизни позволяют людям заниматься новыми видами деятельности или возвращаться к давно забытым увлечениям. Однако масштабы этих возможностей и приносимой пользы во многом зависят от одного фактора – состояния здоровья. Согласно имеющимся данным, доля здоровых лет жизни остается в целом неизменной, то есть дополнительные годы проживаются в ухудшенном состоянии здоровья. Почему же организм стареет и какие причины лежат в основе этого процесса? Давайте разбираться!
ПОЧЕМУ ПРОИСХОДИТ СТАРЕНИЕ
Старение – это сложный и многофакторный процесс, который затрагивает все организмы. На биологическом уровне старение – это результат воздействия самых различных молекулярных и клеточных повреждений, которые накапливаются с течением времени. Хотя старение является неизбежным, современные исследования предлагают различные биомеханизмы, которые могут объяснить его происхождение и проявления.
Если ставить перед собой цель замедлить старение организма и увеличить продолжительность жизни, то первым шагом в этом направлении является понимание процессов, лежащих в основе старения человеческого организма. В данной статье мы рассмотрим девять ключевых причин старения.
ГЕНОМНАЯ НЕСТАБИЛЬНОСТЬ
Геномная нестабильность связана с увеличением частоты мутаций, которые возникают в ДНК клеток. Она может быть вызвана разными факторами, включая воздействие различных внешних агентов (таких как радиация, химические вещества, облучение и др.) и внутренние ошибки, возникающие в ходе процесса точного самокопирования молекулы ДНК (репликации ДНК).
На протяжении всей жизни клетки делятся множество раз, в результате генетический материал постоянно воспроизводится в живых системах и передается вновь созданным дочерним клеткам. Во время клеточного деления довольно часто наблюдаются генетические ошибки, которые называются ошибками репликации ДНК.
Со временем накопление мутаций может приводить к повреждению генов, участвующих в регуляции клеточного цикла и апоптоза (запрограммированной клеточной гибели), что способствует развитию старения и возрастных заболеваний. Также с накоплением повреждений в ДНК, вызванных воздействием внешних факторов и неэффективностью репаративных механизмов, клетки теряют свою функциональность, это способствует развитию различных заболеваний, включая рак.
УКОРАЧИВАНИЕ ТЕЛОМЕР
Теломеры – это защитные структуры на концах хромосом, которые помогают предотвращать потерю генетической информации во время клеточного деления. Сами по себе теломеры не содержат генетической информации, и разрушаются на протяжении всей жизни при каждой репликации. С каждым делением клетки они укорачиваются, и по достижении критической длины клетка больше не может делиться, что приводит к клеточному старению. Это явление связано с развитием возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые и онкологические заболевания.
Сокращение теломер можно сравнить с биологическими часами, которые активируют старение клеток, как только время истекает. Этот механизм ограничивает продолжительность жизни всех клеток, поэтому является центральным.
ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
Эпигенетика – научное направление, которое изучает не только гены, а в основном, факторы, которые на них влияют: из-за вашего питания и питания ваших предков, образа жизни и места – ваши гены могут «включаться» и «выключаться» и передавать эту «память» следующим поколениям.
Итак, эпигенетика изучает изменения в экспрессии генов, которые не связаны с изменениями последовательности ДНК. Возрастные эпигенетические изменения могут приводить к нарушению регуляции генов, что, в свою очередь, влияет на метаболические пути, иммунный ответ и развитие возрастных заболеваний. К примеру, на функциональной активности клеток могут отражается изменения, происходящие в метилировании ДНК (механизме «включения» и «отключения» генов) и модификациях гистонов (процесс, присоединения к гистонам (белки, вокруг которых обернута ДНК) меток, для управления их работой и влияния на активность генов).
Исследователи обнаружили, что влияние внешней среды, например, диеты, может влиять на метилирование ДНК, а, следовательно, и на экспрессию генов (реализацию генетически заложенной в них информации, то есть синтез РНК или белков). Так, неправильное питание может привести к изменениям в метилировании ДНК, повышая риск развития различных заболеваний, таких как рак.
Важно отметить, что изменения в метилировании ДНК, в отличие от мутаций ДНК, не затрагивают саму последовательность генов. Данные изменения подобны временным изменениям в настройках генов и могут быть обратимы.
! Сбалансированный рацион питания, физическая активность, здоровый сон (не менее 7-8 часов), социальная активность, отказ от вредных привычек (алкоголь, курение) способны благоприятно влиять на эпигенетические процессы, а значит на здоровье человека и его долголетие.
ИЗМЕНЕНИЯ БЕЛКОВЫХ СТРУКТУР
С возрастом происходит накопление поврежденных белков. Из-за мутаций снижается функциональная активность структур, падает скорость процесса синтеза белков. Это может быть связано с увеличением окислительного стресса, который нарушает структуру белков и влияет на потерю их функциональности (агрегация). Накопление таких белков может привести к нарушению клеточных функций и развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Имеются свидетельства, что старение ассоциировано с дефектами системы протеостаза (совокупность механизмов, обеспечивающих контроль качества клеточных белков), а ее экспериментальное нарушение ведет к развитию возраст-зависимых патологий. Также существуют впечатляющие примеры генетических манипуляций, которые улучшают протеостаз и замедляют старение у млекопитающих[1].
НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
С возрастом наблюдаются изменения в обмене веществ, которые могут влиять на энергетический баланс клеток. Это включает в себя снижение чувствительности к инсулину, ухудшение метаболизма глюкозы и липидов, а также нарушение функции митохондрий.
Эти изменения могут приводить к старческому ожирению, сахарному диабету и другим метаболическим нарушениям.
НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ МИТОХОНДРИЙ
Митохондрии являются основными энергетическими станциями клетки. С возрастом их функциональная способность снижается, что приводит к уменьшению производства АТФ – основного внутриклеточного аккумулятора энергии, и увеличению уровня свободных радикалов.
Этот окислительный стресс вызывает повреждение клеток и может привести к неблагоприятным метаболическим изменениям, к изменениям белковых структур, к метилированию ДНК, соответственно и к эпигенетическим изменениям.
КЛЕТОЧНОЕ СТАРЕНИЕ
Клеточное старение представляет собой состояние, при котором клетки прекращают делиться, теряя при этом свою функциональность. Этот процесс может быть вызван различными факторами, включая геномную нестабильность, укорачивание теломер и окислительный стресс. Судьба таких клеток может варьироваться от перехода в состояние сенесценции (необратимой остановки клеточного цикла, вызванной стрессом) до развития злокачественной опухоли.
! Окислительный стресс – представляет собой несостоятельность антиоксидантной системы организма, при которой клетки подвергаются воздействию чрезмерных уровней реактивных форм кислорода и других свободных радикалов.
Свободные радикалы – нестабильные атомы и соединения, которые действуют как агрессивные окислители и в результате повреждают жизненно важные структуры организма.
Свободные радикалы образуются при влиянии неблагоприятных факторов окружающей среды (плохая экология, курение, хроническая интоксикация, ультрафиолетовое облучение).
ИСТОЩЕНИЕ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
С возрастом красный костный мозг заменяется на желтый костный мозг, также ряд других факторов приводит к тому, что популяция стволовых клеток в организме уменьшается, что приводит к снижению способности к регенерации тканей. Это является одной из причин старения органов и систем.
Истощение стволовых клеток может быть связано с геномной нестабильностью, эпигенетическими изменениями и недостатком микроокружения для поддержания их функций.
ИЗМЕНЕНИЕ ВНУТРИКЛЕТОЧНОЙ КОММУНИКАЦИИ
С возрастом происходят изменения в межклеточной и внутриклеточной связи, которые могут нарушать сигнальные пути и снижать способность клеток реагировать на окружающие изменения. Это приводит к увеличению воспалительных процессов и снижению иммунного ответа, что способствует развитию старческих заболеваний.
ПОДВОДЯ ИТОГИ
Старение представляет собой сложный процесс, который обусловлен множеством взаимосвязанных молекулярных механизмов.
Внутренние структурные изменения происходят как следствие физиологического старения; внешние связаны с воздействием вредных событий и привычек, таких как курение, неправильное питание, употребление алкоголя, недостаток сна, стресс, пребывание на солнце, загрязнение окружающей среды и т.д.
Считается, что мы не можем полностью остановить старение из-за внутренней составляющей, которая приводит к необратимому повреждению клеток, а также тканей и органов из-за их ограниченной способности к регенерации, однако, понимание механизмов, лежащих в основе старения организма открывает новые горизонты для разработки методов замедления старения и лечения возрастных заболеваний.
[1] Zhang и Cuervo, 2008
Приглашаем Вас присоединиться к нашему каналу в Telegram.