Старение головного мозга

Наталья 17 Апреля в 0:00 507 0


Старение головного мозга

Полушария и кора головного мозга

Существует определенная связь между видовой продолжительностью жизни (ПЖ) и совершенством структуры и функций ЦНС, степенью «цефализации» и «неокортикализации» (Hansche, 1975; Sacher, 1975).

По мнению Нагорного и соавт. (1953), из всех систем организма наиболее устойчивой и долгоживущей является ЦНС.

Развитие структуры и функции мозга в эволюции стало одним из важнейших адаптивных механизмов, направленных на увеличение жизнеспособности организма, изменивших темп течения процесса старения.

В соответствии с адаптационно-регуляторной теорией старения (Фролькис, 1970, 1975а) предполагается, что благодаря деятельности мозга в ходе старения мобилизуются адаптивные механизмы, направленные на увеличение ПЖ, сохранение адаптации к среде.

Вместе с тем возрастные изменения ЦНС — один из ведущих механизмов старения. Во-первых, нейроны являются постмитотическими, высокоспециализированными, не способными к делению клетками; продолжительность их жизни равняется продолжительности жизни всего организма. Во-вторых, изменения в метаболизме, структуре и функции ЦНС приводят к существенным сдвигам в деятельности ряда органов и систем, к уменьшению приспособительных возможностей стареющего организма.

Таким образом, регуляторные влияния ЦНС, обеспечивая важнейшие приспособительные механизмы, способствуют увеличению срока жизни индивидуума. Однако, когда существенные возрастные изменения возникают в самой ЦНС, они становятся ведущим фактором в старении целостного организма.

С возрастными изменениями ЦНС связаны важнейшие проявления старения целостного организма — изменения психики, высшая нервная деятельность (ВНД), памяти, сложных поведенческих реакций, эмоций, умственной и мышечной работоспособности, репродуктивной функции, регуляции внутренней среды организма и др.

Морфологические изменения

Один из наиболее часто описываемых морфологических феноменов старения — уменьшение количества нейронов и замещение их глиальными элементами (табл. 34).

Таблица 34. Возрастные изменения популяции нейронов в некоторых областях головного мозга (Фролькис, Безруков, 1979; с изменениями)
Возрастные изменения популяции нейронов в некоторых областях головного мозга

Хотя потеря нейронов в коре головного мозга стариков может достигать 50% и более от числа их у новорожденных, количество нейронов в различных участках и слоях мозга изменяется неодинаково (Brody, 1955; Dayan, 1971; Шефер, 1972; Brizzee, 1975).

Наиболее выраженное снижение плотности популяции нейронов обычно отмечают в лобной и нижневисочной областях коры (Critchley, 1942; Brody, 1955). У мышей и крыс потеря нейронов в полушариях и коре головного мозга к старости может достигать 25—75% (Johnson, Erner, 1972; Brizzee, Ordy, 1979; Peng, Lee, 1979).

Хотя некоторое снижение числа нейронов может происходить уже вскоре после рождения, бурная потеря популяции нейронов отмечается довольно поздно (у человека — начиная с 50—60 лет, у крысы — с 24—25 мес). Как известно, гибель и изменение числа клеток наблюдаются не только в мозге, но и в других органах.

Вместе с тем для мозга этот феномен имеет особое значение, во-первых, в связи с функциональной спецификой групп нейронов; во-вторых, вследствие прямой связи между нейронами и эффекторами. Наряду с гибелью нейронов происходит постепенное нарастание глиоза, в связи с чем отношение числа глиальных элементов к нейронам в большинстве случаев увеличивается.

Так, отношение глиоциты/нейроны в полушариях мозга крыс линии Лонг-Эванс увеличивается с 4.5+0.3 в возрасте 5 мес до 5.3+0.5 — в 24—30 мес (Peng, Lee, 1979). При обсуждении возрастных изменений соотношения нервных и глиальных клеток следует иметь в виду современные данные о возможной трофической, «донорской» функции глии в обеспечении транспорта пластических ресурсов, передачи в нейрон отдельных компонентов системы биосинтеза белка, о функционировании комплекса нейрон— глия как целостной единицы.

По-видимому, активадия глиальных элементов на поздних этапах онтогенеза может иметь определенное приспособительное значение, способствуя транспорту веществ, в том числе и пластического материала из глии в нейроны. В то же время значительное увеличение числа глиальных элементов может существенно нарушать пространственные соотношения в нейронных цепях и тем самым влиять на их функцию.

Выраженность морфологических изменений неодинакова в различных структурах мозга, в различных нейронах одной и той же структуры. Наряду с дегенеративно-атрофическими сдвигами в стареющем мозге развиваются выраженные приспособительные механизмы, способствующие поддержанию функциональных возможностей ЦНС: увеличивается поверхность клетки и ее органелл, объем ядра, количество ядер и ядрышек, число контактов между некоторыми клеточными элементами, изменяются взаимоотношения в системе нейроны—глиоциты—капилляр и т. д. (подробнее см.: Фролькис, Безруков, 1979).



Обращает на себя внимание то, что нет прямого соответствия между числом погибших нейронов и степенью функциональных изменений, связанных с той или иной структурой мозга. Это является результатом мобилизации в оставшихся нейронах адаптивных механизмов, поддерживающих оптимальный уровень функции.

Кровоснабжение

В старости у людей и животных отмечаются существенное снижение и замедление кровотока в мозге и уменьшение поглощения кислорода тканью мозга (Маньковский, Лизогуб, 1976; Dekoninck et al., 1977; Naritomi et al., 1979; Parmacek et al., 1979; Fujishima, Omae, 1980).

Отдельные авторы связывают уменьшение мозгового кровотока не с функцией времени, а с бессимптомным или субклиническим (в первую очередь — артериосклеротическим) поражением сосудов (Dastur et al., 1976). Кровоток в различных областях коры головного мозга при физиологическом старении меняется неодинаково: он уменьшается больше в лобных и височных участках, меньше — в теменных и затылочных (Маньковский, Лизогуб, 1976; Dekoninck et al., 1977; Naritomi et al., 1979).

Так, выраженное возрастное снижение кровотока обнаружено в области ветвления средней мозговой артерии (Naritomi et al., 1979). Кровоток в области ветвления переднемозговой, заднемозговой и вертебробазиллярной артерий менялся незначительно. Таким образом, возрастные особенности кровоснабжения мозговых структур характеризуются специфичностью, большей выраженностью в одних и меньшей — в других образованиях головного мозга.

Энергетический обмен

При старении изменяется соотношение процессов окислительного и гликолитического фосфорилирования, пентозного цикла в энергетике мозга (Ferrendelli et al., 1971; Бунятян, Априкян, 1972; Потапенко, 1972; Fox et al., 1975; Patel, 1977; Peng et al., 1977; Parmacek et al., 1979; см. также: Фролькис, Безруков, 1979).

Ослабление систем энергообеспечения мозга, сокращение потенциальных возможностей энергетических процессов особенно отчетливо проявляются в условиях нагрузок, напряженной деятельности мозга (Parmacek et al., 1979; Sylvia, Rosenthal, 1979). В зрелом возрасте основными поставщиками энергии в мозге являются глюкоза и в меньшей степени жирные кислоты, кетоновые тела.

Степень утилизации глюкозы мозгом в старости снижается как у людей (Dastur et al., 1976), так и у животных (Michenfelder, Theye, 1969; Patel, 1977). При старении происходит перераспределение субстратов окисления, используемых мозгом. Изменение окислительного и гликолитического пути ведет к снижению синтеза макроэргических фосфорных соединений — аденозинтрифосфата (АТФ) и кальциофосфата (КФ) (Саркисян, Адамян, 1970; Ferrendelli et al., 1971). По данным других авторов (Weinbach, Garbus, 1956; McGeer et al., 1971), содержание АТФ в мозге при старении не меняется.

Противоречивы данные и об активности АТФ-аз мозга в старости (Hollander, Barrows, 196S; Саркисян, Адамян, 1970; Sun et al., 1975). Изменение активности Na+, К+ - АТФ-азы мембран, увеличение внутри клетки содержания ионов Na+ и снижение ионов К+ — все это влияет на активный и пассивный транспорт ионов, существенно изменяет функциональную активность нейронов, ограничивает лабильность нервных клеток в старости.

Нуклеиновые кислоты и белки

Существуют противоречивые данные о характере и величине изменений в содержании ДНК, РНК и белков в головном мозге при старении. Более того, эти изменения неодинаковы и даже разнонаправленны не только у различных видов животных, но и в различных структурах и отдельных нейронах мозга (Hyden, 1967; Bowen et al., 1976; Naber, Dahnke, 1978; Rand, Ansari, 1980).

Анализ механизмов старения постмитотических нервных клеток подтверждает генорегуляторную гипотезу (Фролькис, 1970, 1975а), связывающую старение со сдвигами в регулировании генома. Об этом свидетельствует то, что при старении происходит перераспределение интенсивности синтеза в клетке различных белков, классов РНК, уменьшается число разновидностей синтезируемой РНК.

Установлено, что при старении не просто снижается обновление суммарной РНК, а неравномерно изменяется синтез ее отдельных фракций. Число генов, ответственных за синтез рРНК, уменьшается в старости на 40—50% (Strehler, Chang, 1980). На регуляцию генома нейрона влияют изменение прочности связи ДНК с белками, изменение соотношения гистоновых и негистоновых белков и др.

Можно предполагать, что изменения регуляции генома могут приводить к раскрытию ранее не функционировавших генов, к появлению новых белков, к существенным сдвигам в состоянии нервной клетки. Специфика возрастных изменений регулирования генома клеток различных структур мозга определяет последовательность их старения, особенности их структурной и метаболической возрастной динамики.

Н.И. Аринчин, И.А. Аршавский, Г.Д. Бердышев, Н.С. Верхратский, В.М. Дильман, А.И. Зотин, Н.Б. Маньковский, В.Н. Никитин, Б.В. Пугач, В.В. Фролькис, Д.Ф. Чеботарев, Н.М. Эмануэль
Похожие статьи
показать еще
Prev Next