В ходе старения возникают не только нарушения, деградации ядер, но и важные приспособительные механизмы, направленные на восстановление биологических возможностей клетки. К ним следует отнести увеличение числа ядер и полиплоидию. В старости во многих клетках печени, почек, сердца, скелетных мышц, в нервных клетках появляется по нескольку ядер. Так, например, в мышечных волокнах старых крыс количество двухъядерных клеток почти в 3 раза больше, чем у взрослых. Если у 3-4-месячных крыс в эпителии, выстилающем язык, 4.2 % двухъядерных клеток, у 6-10-месячных — 10, то у 12-24-месячных — 20.4 %. В старости полиплоидные клетки встречаются в 1.5 раза чаще. Увеличение числа ядер ведет в конечном итоге к увеличению содержания ДНК на одну клетку, но не является прямым удвоением, утроением и т. д. содержания ДНК. В многоядерной клетке содержание ДНК в каждом ядре может быть меньше, чем в одноядерной.
При увеличении числа ядер увеличивается площадь соприкосновения клеточного ядра и цитоплазмы, улучшаются обменные связи между ними, в какой-то мере восстанавливаются ядерно-цитоплазматические отношения.
Активно делящиеся клетки избавляются в процессе очередного деления от многих изменений, наступающих в ходе жизнедеятельности. Клетки, потерявшие эту способность, мобилизуют иные механизмы, в том числе и образование ядер.
Увеличение числа ядер — важное приспособление в процессе развития старения, однако оно не может полностью компенсировать нарушения в деятельности клетки, в обмене, остановить надолго ее старение и гибель. Казалось бы, многоядерность могла бы спасти клетку от фатально наступающих изменений генетического аппарата, от старения. Сам факт прогрессирования старения, несмотря на появление новых ядер в клетке, свидетельствует о том, что нельзя связывать надежность генетического аппарата, старение, продолжительность жизни только с повторением генов, с содержанием ДНК. Дело не столько в количественной стороне, сколько в качественной, в характере изменения регулирования уже имеющегося количества генов. Новые ядра не освобождаются от возрастных сдвигов в генетическом аппарате. Вот почему вместе с возникновением второго или третьего ядра, с увеличением числа хромосом в клетке она не начинает отсчет времени заново, не омолаживается. Включаются и другие механизмы витаукта, способствующие улучшению внутриклеточных взаимодействий. Появляются многочисленные инвагинации ядерной оболочки, увеличивающие поверхность контакта ядра и цитоплазмы, происходит расширение пор ядерной мембраны или же увеличивается их количество.
Для нормальной жизнедеятельности клетки важны не только образование нужного количества определенных веществ, но и их транспорт в разные ее концы. Для внутриклеточного транспорта особенно белков, существует специальная система микроскопических трубочек, пронизывающих клетку, — эндоплазматический ретикулум. Транспорт белков обеспечивается и тем, что рибосомы — места сборки белковых молекул — очень часто прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму, поставляя туда белок. Существует определенная зависимость между степенью возрастной деградации клетки и разрушением рибосом, эндоплазматического ретикулума. По мере старения число рибосом в клетке изменяется, отмечается неравномерное их распределение, видно много изолированных рибосом.
Природа сосредоточила основные механизмы генерации энергии в специальных органоидах клетки — митохондриях, оставив в отдельных местах клетки блоки для срочного обеспечения энергией. Снижение функциональной активности митохондрий, скорости потребления кислорода и синтеза АТФ, возрастное уменьшение числа митохондрий в клетках различных органов, а также значительные изменения ультраструктуры митохондрий — основные звенья, лимитирующие энергетическое обеспечение клеток в старости. Наряду с этим в митохондриях развиваются и процессы витаукта. Нередко уменьшение числа митохондрий сочетается с увеличением их размеров — появляются гигантские митохондрии. В некоторых случаях наблюдается большое количество мелких органоидов.
В последние годы внимание геронтологов привлекают органоиды клетки — лизосомы. Их называют мешками самоубийц. Лизосомы содержат множество активных ферментов — гидролаз, отделенных от окружающей цитоплазмы мембраной. В лизосомах есть ДНК полимераза, которая может проникнуть в ядро клетки, нарушить структуру ДНК. Когда оболочки лизосом разрываются, все ферменты выходят в цитоплазму клетки и могут разрушать ее структуру. Это ведет к гибели отдельных частей клетки или целых клеток. Предполагается, что при старении снижается устойчивость мембран лизосом. К тому же активность ряда лизосомальных ферментов в старости растет. Вое это в условиях нарушения внутриклеточных взаимоотношений может вести к разрыву лизосом, к выходу из них высокоактивных ферментов, к гибели клеток. Многие рассматривают этот механизм как пример активного нарушения жизнедеятельности клетки в процессе старения.
Функция клетки
Старение организма в конечном итоге связано с ослаблением функции отдельных органов: сердце перестает справляться с повышенными нагрузками, центральная нервная система не может воспринять и переработать должное количество информации, многие железы внутренней секреции не вырабатывают нужного количества гормонов и т. д. Для того чтобы знать, почему это возникает, необходимо изучить изменения функции отдельных клеток. Одно из основных свойств любой живой клетки — способность реагировать на воздействия окружающей среды. Без этого невозможны приспособление к среде, развитие, эволюция, да и сама жизнь.
Способность клетки отвечать реакцией на раздражение — возбудимость; ответная реакция клетки на раздражение — возбуждение, которое сопровождается сложным комплексом электрических, температурных, химических и функциональных изменений в клетке.
Современные представления о природе биоэлектрических явлений основываются на мембранной теории. Потенциал клетки в состоянии покоя — мембранный потенциал (МП), или потенциал покоя (ПП); изменение заряда мембраны клетки в ответ на раздражение — потенциал действия (ПД).
В наши дни стала возможна совершенная регистрация электрических явлений в клетках благодаря высокочувствительной электрорегистрирующей аппаратуре и микроэлектродному методу исследования. Микроэлектрод вводится в клетку, и в момент вхождения регистрируется разница потенциалов на мембране — МП клетки.
Оказалось, что существует функциональная специфика изменения величины МП при старении клеток разного типа. Так, величина МП нейронов, мышечных волокон, клеток печени к старости не изменяется, клеток щитовидной железы падает, а гладкомышечных клеток сосудов растет.
МП клетки — сложно регулируемая величина. Уровень заряда клеточной мембраны зависит от ее проницаемости, содержания внутри и вне клетки различных ионов, особенно подвижных ионов калия, натрия, хлора. Ионная асимметрия — неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки — присуща всем живым образованиям и является одним из обязательнейших условий жизни. Выравнивание ионных концентраций между клеткой и средой происходит при ее гибели и ведет к потере основных физиологических свойств. Ионные механизмы участвуют в важнейших физиологических и биохимических реакциях клетки: возбуждении и торможении, регуляции биосинтеза белка, энергетики клетки и т. д.
Внутриклеточное содержание калия в мышечных волокнах, в сердце, печени, почках к старости падает; содержание натрия и хлора внутри клетки растет. Таким образом, один и тот же уровень МП клеток в разные возрастные периоды поддерживается за счет неодинаковых соотношений, перераспределения содержания ионов внутри и вне клетки.
Величина МП важна не сама по себе, а в связи с тем, как она изменяет возбудимость клетки, ее способность отвечать на раздражения. Довольно объективно характеризует состояние клетки порог возбудимости. Он определяется по минимальной величине раздражения, чаще всего электрического тока, требуемого, чтобы вызвать ответ клетки.
