Роль возраста в патологии. Старение организма
Возможность возникновения болезни, ее течение и исход в значительной мере зависят от возраста животного.
В онтогенезе млекопитающих выделяют два больших периода: пренатальный и постнатальный. Постнатальное развитие, в свою очередь, делят на три периода: 1) период роста, во время которого происходит формирование морфологических и функциональных систем, характерных для представителей данного вида; 2) период зрелости, когда сложившиеся морфологические, физиологические свойства организма достигают расцвета; 3) период старости, при котором происходит постепенное ослабление всех физиологических отправлений и затухание жизненного процесса.
У животных любого возрастного периода есть свои характерные морфологические и функциональные особенности, от которых зависит ответная реакция организма на внешние воздействия.
Известны особенности реагирования эмбриона на разных этапах его развития. В первую половину эмбрионального периода еще слабо выражен или совсем отсутствует фагоцитоз. Он формируется постепенно по мере увеличения участия ретикулоэндотелиальной системы в реактивности. На ранних этапах эмбрионального развития инфекции протекают невыразительно, на некоторые инфекционные агенты плод не реагирует совсем.
У новорожденных слабее, чем у взрослых, выражена приспособляемость к колебаниям температуры окружающей среды из-за недоразвития системы терморегуляции, поэтому легко возникает перегревание или переохлаждение организма. У взрослого человека за сутки обменивается около 15% внеклеточной воды, а у новорожденного — около 50%. Такая высокая интенсивность водного обмена требует жесткого питьевого режима. В ветеринарной клинике закрепилось понятие «болезни молодняка», отражающее специфику заболеваний животных в этом возрасте. Первые несколько дней после рождения – так называемый адаптивный период, когда парентеральное введение антигена обеспечивает иммунологическую толерантность с возможными осложнениями в виде рантовой болезни.
Старение организма. Изменениям, связанным с естественным процессом – старением, посвящена общебиологическая наука – геронтология. Изучением, лечением и профилактикой болезней старческого возраста занимается гериатрия (от греч.geron – старец, latreia – лечение).
Под старением понимают постоянно развивающиеся и в основном необратимые морфологические, биохимические и функциональные изменения, возникающие на протяжении жизни индивида. Следует различать старение и старость. Старение – предусмотренный программой индивидуального развития постепенный процесс увядания организма. Старость же – результат процесса старения, состояние организма, развивающееся при старении.
Признаки старения находят свое отражение на всех уровнях организации живого организма: молекулярном, клеточном и тканевом, органном, системном и на уровне целого организма.
Проявления старения на уровне клеток. В клетках многих тканей при старении снижается скорость процессов транскрипции и трансляции на уровне генома, нарастает количество хромосомных мутаций; происходит увеличение количества лизосом, тогда как число митохондрий уменьшается. Понижается чувствительность клеток к различным ростовым факторам и гормонам, что связано с уменьшением числа рецепторов и нарушениями в пострецепторной передаче сигналов. Замедляется деградация белков, что связано со снижением активности внутриклеточных протеаз. Увеличивается количество структурно измененных белков. В клетках накапливается пигмент липофусцин.
Старческий возраст характеризуется уменьшением размеров тела, его массы, роста, атрофией внутренних органов. Атрофические изменения сопровождаются понижением интенсивности обмена веществ. Стареющие ткани теряют воду, в них увеличивается содержание натрия, хлора, кальция, уменьшается содержание калия, магния и фосфора. С возрастом становятся меньше минутный и систолический объемы сердца (т.е. его полезная работа), снижается жизненная емкость легких. Заметно склерозируются почки, ослабляется их выделительная функция.
Атрофия слизистой оболочки желудка и кишечника сопровождается снижением выделения соляной кислоты и пищеварительных ферментов, что в сочетании с ослаблением функции печени и поджелудочной железы сопровождается нарушением переваривания, всасывания и обмена белков, жиров, углеводов, витаминов.
При продвижении от зрелого к пожилому и старческому возрасту снова происходит снижение реактивности и резистентности организма. У старых животных уменьшается способность адаптироваться к воздействию изменяющихся физиологических и патогенных факторов внешней среды вследствие снижения метаболизма и функциональных резервов различных органов. Происходит угнетение физиологической, иммунологической и аллергической видов реактивности. Снижается противоинфекционный иммунитет. Особенно часто наблюдается развитие заболеваний, вызываемых вирусами, гноеродными микроорганизмами, что связано не только с недостаточным образованием антител, но и с ослаблением активности фагоцитов и повышением проницаемости тканевых барьеров. Снижается противоопухолевая резистентность. Частому развитию злокачественных опухолей в пожилом и старческом возрасте способствуют не только ослабление иммунного надзора, но и накопление с возрастом соматических мутаций, с которыми связывают опухолевую трансформацию клеток. Многие заболевания у старых животных имеют хроническое течение и нередко характеризуются недостаточно четкими проявлениями вследствие пониженной реактивности.
Таким образом, возрастная реактивность имеет существенное значение и должна обязательно учитываться при проведении профилактики, постановке диагноза и лечении животных любого возраста.
Теории старения. Для объяснения причин старения предложено множество теорий. Некоторые из них объясняют процессы старения коллоидно-химическими изменениями в тканях. Согласно этим теориям по мере старения организма клеточные коллоиды утрачивают способность связывать воду и переходят из гидрофильного состояния в гидрофобное. Эти изменения белковых веществ ведут к прогрессирующему замедлению всех биохимических реакций.
Ряд теорий ведущее место в развитии старения приписывает различным интоксикациям. И.И. Мечников объяснял процессы старения результатом хронического отравления организма образующимися в кишечнике продуктами гнилостного распада в результате деятельности микрофлоры кишечника. Эта теория служит обоснованием для применения пробиотиков с целью профилактики и лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта у человека и животных.
По мнению А.А. Богомольца, старение начинается с нарушения трофической функции соединительной ткани в результате необратимых изменений тканевых коллоидов и изменения лабильности белковых, молекул. Для профилактики преждевременной старости он предлагал переливание крови и применение антиретикулярной цитотоксической сыворотки (АЦС).
Броун-Секар, Д.Л. Воронов, Г.Селье и др. связывали возникновение старческих изменений с эндокринной недостаточностью организма, в частности с недостаточностью функции половых желез. С целью продления жизни авторы предлагали заместительную терапию.
Среди теорий, рассматривающих старение как результат накопления в клетках различных повреждений в процессе их жизни, заслуживают особого внимания теория ошибок (Orgel L.) и свободнорадикальная теория старения, предложенная Д. Харманом и Н.М. Эмануэлем.
Согласно теории ошибок в результате аномалий в структуре генов или погрешностей в процессе транскрипции и трансляции генной информации может произойти синтез аномальных белков, которые утрачивают способность выполнять соответствующие функции. Это может иметь катастрофические последствия, если такие белки играют роль ферментов, участвующих в белковом синтезе, например РНК-полимераза, РНК-синтетаза, рибосомальные белки. В результате погрешности в синтезе белков будут продолжать накапливаться. В пользу этой теории свидетельствует нарастание количества аномальных белков в стареющих клетках, но полного подтверждения она не получила, так как попытки вызвать преждевременное старение клеток посредством искусственного усиления продукции аномальных белков пока не увенчались успехом.
Согласно свободнорадикальной теории, повреждение генома и других клеточных структур в процессе старения происходит в основном под действием свободных радикалов кислорода, которые образуются при тканевом дыхании в качестве его побочного продукта. Большая их часть подвергается в клетках обезвреживанию с помощью системы антиоксидантов, но некоторые сохраняют активность и взаимодействуют с различными внутриклеточными структурами, вызывают мутации, стимулируют перекисное окисление липидов, нарушают структуру и функцию клеточных мембран. Полагают, что под действием кислородных радикалов в первую очередь повреждается ДНК митохондрий.
Повреждения митохондриальной ДНК сопровождаются нарушением синтеза дыхательных ферментов. В результате снижается образование макроэргов, необходимых для работы мембранных насосов, выполнения специфических функций и поддержания внутриклеточного гомеостаза, что завершается гибелью клетки. Справедливость этой гипотезы подтверждается наблюдениями, свидетельствующими о снижении функции митохондрий в процессе старения. Установлено, что с возрастом в клетках снижается мощность системы антиоксидантов и нарушается равновесие между про- и антиоксидантами. На основе всего этого сложилось мнение, что оксидативный стресс играет важную роль в процессах старения.
Предполагается также, что возрастные нарушения функции клеток в какой-то степени связаны с прогрессирующим накоплением в их цитоплазме и ядре пигмента липофусцина.
Можно предположить, что максимальный срок жизни, присущий тому или другому виду живых существ, запрограммирован в геноме клеток. Генетические теории продолжительность жизни и естественную смерть связывают с «генетическими часами». Генотип определяет продолжительность жизни при помощи контроля за степенью устойчивости клеточных структур к повреждающему действию внешней среды, так как на ДНК негативно влияют внутриклеточные метаболиты и дезоксирибонуклеазы. Выявление генетически детерминированной программы гибели клеток – апоптоза делает реальной признание этих теорий.
Наблюдения, проведенные на животных (главным образом, на грызунах), свидетельствуют о том, что положительное влияние на продолжительность жизни оказывает качественно полноценное, но количественно ограниченное питание, в особенности в первую половину жизни.
На продолжительность жизни, по-видимому, оказывает влияние функция эпифиза. Удаление его у крыс приводит к уменьшению продолжительности жизни, а введение животным пептидного экстракта эпифиза сопровождается противоположным эффектом.