Старение головного мозга

Видео: Вебинар PowerMatrix 8 января 2016 Как остановить старение мозга? Как избежать энцефалопатии?

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).


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.