1.5.1. Цитотоксические продукты метаболизма О2

участвуют в старении не только тех клеток, тканей и систем, где они образуются при повышенном уровне ∆ (ПО – АО). Часть таких продуктов выделяется из этих структур и попадает в систему кровообращения, являясь, по-видимому, существенным фактором повреждения циркулирующих в ней форменных элементов крови.

Показательны, например, результаты исследований содержания гидроперекисей липидов и активности антиперекисного фермента GPX сыворотки крови крыс линии Wistar в возрасте 1, 3, 12, 24 и 32 мес., содержавшихся на обычной диете (естественное старение), на калорийно ограниченном рационе (замедленное старение) и на рационе с добавлением в течение 2 мес. тироксина (уско-ренное старение). В частности, установлено, что при естественном старении животных уровни гидроперекисей и GPX-активность коррелированы строго отрицательно; при моделировании замедленного старения крыс GPX-актив-ность в сыворотке крови увеличивалась, а содержание перекисей липидов снижалось; концентрация гидроперекисей при моделировании ускоренного старения возрастала у животных всех возрастных групп, причём снижение активности GPX и повышение содержания перекисей липидов в сыворотке 24-месячных животных были качественно сходны с происходящими в норме при дальнейшем увеличении возраста крыс до 32 мес.

Кроме прямых фактов, косвенно на усиление пероксидативных процессов указывает высокий уровень хемилюминесценции сыворотки крови у старых животных и пожилых людей по сравнению с таковым у индивидуумов среднего возраста (Барабой и др., 1988). Следует также принять во внимание, что в плазме крови людей старческого возраста (>60 лет) значительно снижено содержание GSH и повышено содержание GSSG относительно их уровня у молодых доноров (Samiec et al., 1998), а концентрация F2-изопростанов в плазме крови молодых крыс в ~20 раз ниже, чем в плазме старых животных, т. е. налицо признаки выраженного при старении окислительного стресса (Roberts et al., 2001). Примечателен и другой факт: способность плазмы крови человека, как показал общий антиоксидантный анализ крови добровольцев в возрасте 30-80 лет, противостоять ионизирующей радиации связана с возрастом обратной за-висимостью (Lenton et al., 1999).

Рассмотрим, прежде всего, механизм возрастного изменения эритроцитов в связи с возникновением и поддержанием в них пероксидативного состояния (см. рис. 5). Исследования на молекулярном уровне показателей ПОЛ и антиоксидантной системы в эритроцитарных мембранах людей пожилого и старческого возраста показали, что содержание гидроперекисей липидов и MDA в этих мембранах повышено соответственно на 9.1 и 46 % по сравнению с такими же показателями у лиц молодого и среднего возраста (Ехалов, Соболев, 1988). Эти данные подтверждают активацию процессов ПОЛ в эритроцитах при старении организма, коррелирующую с ростом продуктов ПОЛ и снижением антиоксидантной активности крови. Авторы этого исследования отмечают также, что «качественное состояние эритроцитарной мембраны косвенно отражает функциональную полноценность клеточных мембран органов и систем».

Несколько раньше о значительном увеличении с возрастом концентрации MDA в эритроцитах человека было сообщено в другой работе (Jozwiak, Jasnowska, 1985), где донорами были люди в возрасте от 4-х до 80-ти лет.

Бислойная плазматическая мембрана клеток, как известно, асимметрична: во внутреннем монослое её преобладают легкоокисляемые фосфолипиды по сравнению с их содержанием во внешнем монослое. По этой причине плазматическая мембрана более чувствительна к развитию ПОЛ именно со стороны внутреннего монослоя. Применительно к эритроцитам указанное обстоятель-ство может быть причастным к угнетению в них энергетического обмена, т.е. к падению интенсивности гликолиза, при старении организма. Формально такая возможность связывается нами с гипотетической структурой комплекса

		Рис.5. Возрастные изменения в эритроцитарном звене системы транспорта кислорода

О падении скорости гликолиза в эритроцитах человека при старении сообщили, в частности, Коркушко с соавт. (1989). Они же отмечают повышение величины рН внутри эритроцитов и обусловленное им снижение сродства О2 к гемоглобину. При таком исходе роль гемоглобина как «устройства», временно депонирующего О2, падает, что, естественно, приводит к возрастанию рО2 в эритроцитах. Так возникают условия в виде положительной обратной связи для поддержания в них избыточной пероксидации, истощения антиоксидантной системы защиты и снижения в крови количества полноценных эритроцитов. Последнее, в свою очередь, вместе с дефектом в связывании О2 гемоглобином уменьшает коэффициент использования О2 в легких и обусловливает сравнительно высокое рО2 в альвеолярном воздухе (Лауэр, Середенко, 1982).

В названных выше условиях дополнительным фактором, способствующим возникновению окислительного стресса в эритроцитах млекопитающих, являются последствия элиминации митохондрий при созревании клеток эритроидного ряда. Исчезновение в них митохондрий – наиболее активных потребителей О2, несомненно, факт не случайный. Он «организован» природой или просто из-за ненадобности их в конкретных условиях существования клетки, или же для создания ситуации, обеспечивающей решение каких-то других совершенно новых задач. Таковыми стали необходимость устранения митохондрий как конкурентов гемоглобина за О2, насыщение молекул гемоглобина этим О2, который в новой ситуации теперь только депонируется, а не расходуется. Интересно, что при элиминации эритроцитарных митохондрий из них в цитозоль, как было показано на примере сирийского хомячка, не выделяется цитохром с (Takano-Ohmuro et al., 1998), что обычно происходит при апоптозе других типов клеток (см.

Таким образом, при старении складываются условия для устойчивого поддержания в эритроцитах гипероксии и последующей окислительной их деструкции. В изложенном механизме некоторые факты пока не находят отражение. Среди них, например, такие данные (Ramachandran, Abraham, 1989). При старении эритроцитов человека протеинкиназа С переходит из цитозоля в мембранную фракцию и повышает уровень зависимого от неё фосфорилиро-вания мембранных белков. Причины, смысл и отношение этих процессов к старению эритроцитов требуют ещё осмысления.

Складывающиеся в эритроцитах условия гипероксии и пероксидации ответственны не только за деструктивные процессы в самих этих клетках. Негативные последствия такого их состояния представляются более масштаб-ными, «всеорганизменными» с учётом того, что под влиянием липоперекисей из молекул гемоглобина, количество которых в одном только эритроците дос-тигает примерно 265·106, могут в массовом порядке высвобождаться компле-ксы железа. Последние, распространяясь по всему стареющему организму и проникая в другие форменные элементы крови, в клетки различных органов и тканей, способны интенсифицировать в них генерацию активных свободных радикалов и ПОЛ мембран. При этом, в зависимости от предшествующего внутриклеточного значения дисбаланса ∆ (ПО – АО), в одних клетках воз-растает скорость просто старения, в других – скорость их злокачественной трансформации, а какие-то клетки быстрее подвергаются апоптозу или окис-лительному цитолизу (см. п. 1.6 и рис. 7).

К числу форменных элементов крови, подвергающихся возрастному изме-нению, относятся и тромбоциты. С транспортом О2 они не связаны, но имеют прямое отношение к тромбоэмболическим осложнениям, частота которых «в человеческой популяции нарастает с каждым прожитым десятилетием» (Коркушко, Коваленко, 1988). У практически здоровых людей пожилого и старческого возраста выявляется хроническое внутрисосудистое микросвёрты-вание крови, частота и интенсивность которого увеличивается с возрастом (Сушко, 1994).

Повышению адгезивных и агрегационных свойств тромбоцитов способствуют те же прооксидантные условия в крови лиц старших возрастных групп и в самих тромбоцитах. Не перечисляя известные по этой части работы, отметим лишь следующий факт: по мере старения возрастает чувствительность дыхательного комплекса I тромбоцитов человека к ингибиторам (ротенону и др.). Данный эффект, рассматриваемый как возможный биомаркёр старения и подтверждение митохондриальной его концепции (Pich et al., 1996), может быть следствием того, что в стареющих клетках ферменты дыхательной цепи частично инактивируются (см. п. 1.3.1). Очевидно, этот «задел» («подготовленность») позволяет уже с меньшими усилиями продолжать принудительное ингибирование дыхательного комплекса, чем в случае с молодыми клетками, что, по-видимому, и воспринимается как возрастание чувствительности. О причастности избыточных окислительных процессов к агрегации тромбоцитов и тромбообразованию указывают факты противодействия им со стороны различных антиоксидантов, в том числе синтетических. Последние (ионол, мексидол и др.) эффективно ингибируют агрегацию тромбоцитов как in vitro, так и при введении в организм (показано на примере крыс), в результате тромбогенный потенциал крови уменьшается (Спасов и др., 1999).

1.5.2. При старении организма изменения происходят и в других звеньях системы транспорта О2. Прежде всего, они затрагивают саму сосудистую систему на всех её уровнях. Кровеносные сосуды становятся менее адаптивными, т.е. постепенно теряют упругость, эластичность и способность изменять свой просвет. Общее русло капилляров и артериол сужается, а кровяное давление с возрастом увеличивается (Нагорный и др., 1963; Коркушко, Коваленко, 1988; Marin, Rodriguez-Martinez, 1999). Повышение жесткости сосудистой стенки характеризуется увеличением отношения коллаген/эластин и диффузным отложением кальция и липидов (Robert, 1999). Умеьшение текучести плазматической мембраны клеток эндотелия аорты стареющих крыс, связываемое с изменением содержания холестерина и перекисей липидов, вызывает дисфункцию указанных клеток (Hashimoto et al., 1999). Более старые гладкомышечные кле-тки сосудов ускоренно переходят от сократительного к синтетическому фено-типу (Lundberg, Crow, 1999).

При старении человека уменьшается количество функционирующих капилляров на единицу площади ткани, замедляется кровоток на всех участках микроциркуляторного русла. В органеллах и матриксе эндотелиоцитов капилляров кожи выявляются деструктивные и дистрофические изменения (Саркисов и др., 1998). Последние должны, естественно, сказываться на эффективности функционирования кровеносной системы вообще, и на транспорте О2 в частности. В целом же, основной причиной дисфункции эндотелия сосудов является, очевидно, избыточная генерация в них АФК. Сообщается, например, что у 12-месячных крыс Sprague-Dawley образование О было более энергичным, чем у 3-4-месячных животных (Hamilton et al., 2001).

Некоторые другие изменения стенок сосудов, составляющие суть их возрастной патологии, сходны с гистологическими характеристиками атеросклеротических сосудов (см. п. 1.7.1.1), но всё же представляют два разных явления. Тем не менее, между ними имеется связь: стенки старых сосудов особо предрасположены к атеросклеротическим повреждениям, являются важными предшественниками и ускорителями развития атеросклероза (Lundberg, Crow, 1999; Robert, 1999). Это мнение подтверждено литературными и собственными дан-ными и авторов работы (Терешiна и др., 2000), изучавшими роль возраста в реакции сосудов на различные повреждающие факторы. Как показано, изменения, наступающие в старости в клеточных элементах стенки сосудов на функ-циональном и структурном уровнях, увеличивают восприимчивость сосудов к повреждающим влияниям и ускоряют развитие атеросклероза. Для старых кле-ток сосудистой стенки в условиях возникшего в них относительно повышен-ного кислородно-перекисного состояния такая реакция, в том числе предрасположенность к развитию атеросклероза, представляется естественной. Кстати, следствием того же состояния является, очевидно, и тот факт, что у старых (24-26 мес.) крыс сосуды чувствительны к действию ионизирующего излучения, а у взрослых (8-10 мес.) они относительно резистентны (Фролькис, Сыкало, 2000).

Учитывая различие в значениях рО2 в артериальной и венозной крови, логично полагать, что стенки артерий стареют с более высокой скоростью, чем стенки вен. Такое мнение поддерживается и данными о том, что укорочение длины теломерной ДНК, считающееся по теории теломерного старения соматических клеток показателем репликативного старения (см. п. 1.4.3), происходит в стенках артерий ускоренно в сравнении с таковым в венах, причём этот процесс объясняется действием свободных радикалов (Chang, Harley, 1995). Неудивительно также, что в связи с повышенной вероятностью развития в сосудах окислительного стресса природой предусмотрены определённые меры по защите их от возможного повреждения. Одной из таких мер можно считать индукцию гена гемоксигеназы – стрессорного фермента, который выполняет оксипротекторную функцию путём генерации из гема вазодилятатора СО и билирубина, обладающего антиоксидантными свойствами (Deramaudt et al., 1998). Вообще, гемоксигеназа признаётся ферментом, индуцируемом при окислительном стрессе (Dubrovskaya, Wetterhahn, 1998). Последний, например, вы-зывает накопление мРНК гемоксигеназы в фибробластах человека, тушитель же свободных радикалов О2 предотвращает этот эффект (Numasawa et al., 1997).

Не менее привлекателен феномен усиления пролиферации эндотелиальных клеток и процесса ангиогенеза микрососудов при избыточной экспрессии гемоксигеназы – факт, рассматриваемый как участие этого фермента в пролиферативном ответе эндотелия на окислительный стресс (Deramaudt et al., 1998). Все эти данные свидетельствуют, на наш взгляд, о том, что в условиях окис-лительного стресса гемоксигеназа вместе с другими составляющими антиок-сидантной системы препятствует установлению в эндотелиальных клетках избыточных значений дисбаланса ∆ (ПО – АО), приводящих к развитию возрастных патологических изменений, апоптозу или окислительному их цито-лизу. Скорее всего, гемоксигеназа участвует в ограничении указанного дис-баланса до уровней, достаточных для реализации в нормальных клетках эндотелия окислительного митогенеза. С другой стороны, понятно, почему экспрессия гемоксигеназы в клетках эндотелия сосудов репрессируется при гипоксии (Nakayama et al., 2000) – в этих условиях необходимость в данном ферменте просто отпадает.

Несомненный интерес представляют также данные о влиянии некоторых компонентов плазмы крови на состояние и функцию митохондрий, прежде всего в клетках стенки сосудов. Одним из таких компонентов считают альбу-мин, взаимоотношения которого с митохондриями отражают изменения, про-исходящие в процессе старения и стресса. Под влиянием последних умень-шается количество митохондрий, альбумин же косвенно противодействует этому, используя свою транспортную функцию для обеспечения нормальной жизнедеятельности митохондрий поставкой кальция, магния, жирных кислот и набора необходимых аминокислот. На большом числе исследований показано, что оптимальное содержание альбумина в сыворотке крови должно быть > 47 г/л при отношении альбумин/глобулин, равном 2. При этих условиях «не наблюдается обширной гибели клеток, существенных энергетических потерь и истощения, развития онкологических заболеваний или СПИДа» (Seaton, 1995). Однако отмеченная выше прооксидантная ситуация в крови стареющего и, тем более, поражённого возрастными болезнями организма (см. п. 1.7) ограничи-вает, по-видимому, позитивное действие альбумина вследствие его окисли-тельного повреждения. Кстати, это повреждение подавляется флавоноидом силибинином, который ингибирует также вызываемое ионами меди ПОЛ и гемолиз эритроцитов (Filipe et al., 1997).

С возрастом негативные изменения происходят и в самом сердце – насосе кровообращения. Об этом свидетельствет, например, повышенная чув-ствительность сердца старых крыс к кардиотоксическим дозам адреналина. Повреждающее действие его в значительной степени определяется низкой активностью антиоксидантной системы и высокой – перекисного окисления в сердечной мышце старых животных (Маркова, Мисула, 1992).

Обеспечение кислородного режима организма зависит также от состояния системы внешнего дыхания. При старении сами лёгкие становятся менее под-вижными, снижается их жизненная ёмкость, изменяются и другие их пара-метры. Хотя дыхательный объём в старости уменьшается, но одновременно развивающееся учащение дыхания приводит к увеличению вентиляции лёгких (см. Лауэр, Середенко, 1982). Эти же авторы обращают внимание на следую-щий факт: снижение рО2 в артериальной крови в старости неадекватно срав-нительно высокому рО2 в альвеолярном воздухе, что является причиной увеличения альвеолярно-артериального градиента кислорода. В целом возраст-ные изменения в кровеносной и дыхательной системах создают неблагоприят-ные условия для обеспечения организма кислородом. Вопрос о том, как в последующем это может отразиться на состоянии организма и продолжении старения, отчасти был уже затронут в предыдущих параграфах и будет ешё обсужден в п. 1.6.

Рассмотрение условий, приводящих к окислительным повреждениям в системах снабжения организма кислородом, завершим ссылкой на следующие любопвтные материалы. Оказывается, наряду с упомянутыми выше локальны-ми мерами протекции от пероксигеназного стресса у млекопитающих сущес-твуют и относительно зацентрализованные механизмы защиты. Об этом нам стало известно из статьи Скулачева (2001), который привёл данные литературы о Н2О2-сенсорах в нейроэпителиальных тельцах лёгкого (Fu et al., 2000) и клетках каротидного синуса (Wang D. et al., 1996). Первый из них отвечает за сужение дыхательных путей, а второй – кровеносных сосудов при повышении уровней О2 и (или) Н2О2 независимо от причины, вызвавшей это повышение. Названные системы регуляции с отрицательной обратной связью «рассчитаны», по-видимому, лишь на определённый диапазон отклонений от нормы рО2 и ∆ ПО –АО) в дыхательных и кровеносных путях. При более же сильных величинах этих отклонений, возникающих при старении и некоторых патологиях, они дают сбои, что должно способствовать негативным изменениям в дыхательной и кровеносных системах (см. выше).