Энергетические механизмы старения клетки

Оглавление:

1. Производство энергии в клетке

   1.1. Роль АТФ.

   1.2. Потребность клеток в энергии.

2. Роль свободнорадикального окисления в повреждении клетки

   2.1. Функции мембран.

   2.2. Образование свободных радикалов

   2.3. Накопление продуктов повреждений клетки.

   2.4. Нарушение ДНК и его восстановление.

3. Противодействие свободнорадикальному окислению

   3.1. Ферментные компоненты антиоксидантной защиты.

   3.2. Неферментные компоненты антиоксидантной защиты.

4. Влияние интенсивности микродвижений на долголетие

5. Уровень клеточной активности

   5.1. Недостаточная клеточная активность.

   5.2. Избыточная клеточная активность и недостаток ресурсов

   5.3. Должный уровень клеточной активности и обеспечение ресурсами.


 

Все органы и ткани человека состоят из клеток. Под тканью понимается совокупность клеток определенного типа. «Запчасти» организма (внутренние органы, сосуды, кожа и др.), как правило, состоят из нескольких слоев разных тканей.

И если какой-то орган, сосуды и пр. описываются как больные или здоровые, это значит, что клетки отдельных составляющих этого органа или же все его клетки являются «больными» или «здоровыми». Это выражается в изменении определенных внутренних характеристик. Рассмотрим, какие же характеристики почти любых клеток организма человека относятся к наиболее важным с позиции старения и долгожительства.

 

1. Производство энергии в клетке

1.1. Роль АТФ

Главной «энергетической разменной монетой» клетки является молекула АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Именно молекулы АТФ, а не исходный доставленный в клетку питательный материал (глюкоза, жиры) используется во всех внутриклеточных процессах как источник энергии. Чтобы получить энергию для большинства энергозависимых реакций в клетке специальный фермент отщепляет концевой фосфат, превращая АТФ в АДФ (аденозиндифосфат). При этом высвобождается 7,3 ккал/моль энергии (40-60 кДж/моль).

Затем в специальных «энергостанциях» клетки – митохондриях, к молекуле АДФ присоединяют фосфатную группу, на что энергию нужно уже затратить. Она берется в митохондрии из расщепления связей основных пищевых ресурсов (получаемых из углеводов, жиров и белков) при участии кислорода. Далее АТФ свободно «отплывает» от митохондрии. В цитоплазме клетки среднего размера в каждый момент времени находится примерно миллиард молекул АТФ. Время полного оборота АТФ в клетке составляет примерно 5-9 раз в минуту. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза. В организме за сутки производиться 43-57 кг АТФ.

Для производства АТФ всем клеткам необходимы «питательные» вещества (углеводы, жирные кислоты), и кислород. Млекопитающие нашей планеты могут восстанавливать АТФ только в митохондриях, «сжигая» ресурсы при помощи кислорода. Идеи жизни человека без пищи и/или кислорода не могут быть реализованы в принципе.

Каждая митохондрия имеет две мембраны: наружную и ?внутреннюю. Между ними создается резервуар из положительно заряженных ионов водорода, которые расходуются при синтезе АТФ из АДФ и запас которых непрерывно возобновляется при окислении глюкозы и других продуктов. Каждый такой резервуар играет роль миниатюрного конденсатора, который заряжается при окислении продуктов и расходует свой заряд и запасенную энергию на синтез АТФ из АДФ. В живом организме и «емкость» и «число» таких конденсаторов автоматически подстраивается под интенсивность процессов метаболизма.

И чем выше активность клетки, тем больше нужно АТФ. По мере повышения «требований к активности», а значит, к производству энергии на обеспечение этой активности, все митохондрии клетки начинают работать все более интенсивно. Конечно, важную роль играет количество имеющихся в клетке митохондрий. Поэтому, чем более энергоемкая работа требуется от клетки, тем больше в ней митохондрий – наибольше их количество содержится в клетках печени и сперматозоидах.

1.2. Потребность клеток в энергии

Энергия используется в клетке для:

- поддержания жизнедеятельности клетки

- обеспечения специальных клеточных функций.

Специальные функции – это задачи каждой клетки – нервной – проведение импульса, мышечной – сокращаться, эндокринной – производить нужный гормон и т.д. На все это нужна энергия. Но очень интересным оказывается рассмотрение вопроса, сколько энергии нужно для поддержания самого факта существования клетки, без учета ее «полезной» работы.

Итак, на что же тратиться большая часть энергии организма?

Низкое КПД организма.

Как при ресинтезе АДФ до АТФ, так и при расщеплении АТФ, 50% энергии рассеивается в виде тепла. Таким образом, КПД использования энергии, заключенной в связи молекул ресурсов составляет менее 25%. На уровне ряда функциональных систем картина примерно такая же. Так, 85% энергии работы миокарда рассеивается в виде тепла, и только 15% – в кинетическую энергию потока крови.

Поддержание мембранного потенциала.

Для своей жизнедеятельности клетка имеет разницу потенциалов на внутренней и внешней сторонах мембраны. Падение потенциала на клеточной мембране составляет фантастическую для живой ткани величину – около 100.000 В/см. Это обеспечивается разницей состава ионов (простых заряженных молекул) внутри и снаружи клетки.

Разница в концентрации ионов натрия снаружи примерно в 10 раз больше, чем внутри клетки, Калия (наоборот) – в 30. Допустимая концентрация кальция в нервных клетках составляет 10-8-10-7 моль/л, в межклеточном пространстве 10-3 моль/л. Разница получается в 10.000-100.000 раз. Откачка ионов происходит специальными ионными насосами против очень большого градиента концентрации и связано с большими затратами энергии. На такое перемещение 1 иона кальция требуется вся энергия расщепления 1 молекулы АТФ.

Работа ионных насосов по перемещению ионов против градиентов концентрации съедает около половины «энергетического бюджета организма». Значительная часть этого приходится на нервную ткань. Для поддержания нервных элементов в состоянии готовности к работе требуется от 50% всей потребляемой ими энергии.

Обновление клеток и восстановление их структур.

Многие «системы» в клетке работаю по принципу «постоянной стройки». Так, значительная часть структуры клетки поддерживается микротрубочками, по которым «двигаются» молекулы. Так вот, эти трубочки постоянно «разваливаются» с одного конца и постоянно обновляются. Есть и другие примеры.

Многие клетки организма обновляются менее, чем за 10 дней, клетки печени – 20 дней. Это очень большая частота обновления. Создание новых клеток требует интенсивной химической работы по синтезу молекул белка и нуклеиновых кислот, митохондрий, и т.д. Химическая работа по синтезу и обновлению белков, липидов и полисахаридов составляет около 90% химической работы клетки при ее относительном покое. Самая расточительная энергоработа в организме – это сборка ДНК и РНК. Для сборки одной молекулы РНК требуется энергия распада 6 тыс. молекул АТФ; для ДНК – 120 млн. молекул АТФ.

Но в пересчете на общие энергетические затраты максимальная энергия по синтезу внтуриклеточных структур приходится на восстановление слабых связей в белках, которые разрушаются под воздействием механических ударов свободных внутриклеточных молекул воды, свободных ионов водорода (Н+) и др. частиц, особенно свободных радикалов. Биофизико-химическую основу жизни составляют т.н. «слабые связи» - силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи, гидрофобные взаимодействия. Энергия этих связей в общем равна от 1 до 7 ккал/моль. Энергия движения свободных молекул воды в клетке при температуре тела составляет 1-2 ккал/моль. В ряде случаев молекулы воды могут разрушать слабые связи.

Эти, и другие разрушительные явления могут происходить как в период функциональной активности, так и в покое клетки. Восстановление (репарация) белка ведется постоянно и активно. Энергия одной пептидной связи составляет примерно 4000 кал., а число таких связей в одной белковой молекуле колеблется от 120 до 10.000. Белки млекопитающих обновляются примерно на 1%/час. У человека весом 70 кг в час обновляется примерно 100 г белка. Белковая часть ферментов обновляется еще быстрее. Белки некоторых ферментов обновляются за 1ч на 10%.

Еще одной статьей расходов на репарацию является замена клеток со значительными генетическим дефектами.

Таким образом, очень большая часть энергии организма уходит на восстановление клеточных структур после их «нормальных» повреждений. И чем выше повреждения, тем больше нужно энергии.

Каковы же основные механизмы клеточного повреждения?

 

2. Роль свободнорадикального окисления в повреждении клетки

2.1. Функции мембран

Для начала кратко рассмотрим роль клеточных мембран и факторы их устойчивости. Плазматическая мембрана окружает всю клетку. Есть мембраны и в некоторых органеллах (органеллами называются составляющие клетки). Задачи мембран - пропускать нужные молекулы (в т.ч. ионы) в нужном количестве и не пропускать ненужные. Вторая задача плазматической мембраны - адгезия клеток (склеивание их между собой).

Клетка даже в своем «здоровом» состоянии производит некоторое количество свободных радикалов и др., разрушительных для клетки. Мембраны клеток особо повреждаемы и поэтому постоянно нуждаются в «строительных материалах» для обновления.

При недостатке этих строительных материалов в крови мембрана может стать слишком «разряженной» и пропускать то, что не нужно, что быстро нарушает работу клетки. Получается замкнутый круг – разряженная мембрана – больше нарушений – сильнее разряжается мембрана.

Молекулы, составляющие мембраны, подвижны. Благодаря этому мембрана может изменяться и восстанавливаться после повреждений. А при избытке «строительных» материалов и/или недостаточной клеточной активности, мембрана становится слишком жесткой, и из-за этого ухудшает свою работу по пропусканию веществ и восприятию сигналов, регулирующих ее работу. Самый распространенный такой материал – холестерин.

Также повышение уровня холестерина в крови резко увеличивает способность тромбоцитов склеиваться друг с другом (адгезию) и повышает риск образования тромбов.

2.2. Образование свободных радикалов

Все слышали, что в нарушении работы клетки существенную роль играют свободные радикалы (СР). Свободными радикалами называют атомы или молекулы, имеющие неспаренный электрон, который делает их чрезвычайно реакциоспособными. Кроме собственно «свободнорадикального» окисления выделяют часто вызываемое СР т.н. «перекисное окисление» ненасыщенных жирных кислот, входящих в мембрану клетки, что приводит к нарушению их функций; мембран лизосом (содержащих расщепляющие ферменты) и мембран митохондрий.

СР также называют активными формами кислорода (АФК). Т.е., СР возникают в процессе реакций с участием кислорода. Основными потребителями кислорода в организме являются процессы митохондриального окисления (85-95%), микросомального окисления (5-15%) и процессы фагоцитоза.

Митохондриальное свободнорадикальное окисление.

Основной объем СР в организме производиться митохондриями в процессе производства ими энергии. Около 98% кислорода, потребляемого митохондриями при дыхании превращается в воду и СО2 в результате его полного восстановления. Около 2% дают агрессивные побочные продукты – АФК.

Механизм образования митохондриальных АФК вкратце таков. Во внутреннем пространстве митохондрии окисляются «ресурсы», производя в т.ч. т.н. «высокоэнергетические» электроны. Энергетический потенциал электрона зависит от занимаемой орбиты при взаимодействии с другими молекулами. Во внутренней мембране митохондрии существует т.н. «дыхательная цепь», каждая из последующих молекул которой имеет большое сродство к электрону. Перемещаясь по т.н. «дыхательной цепи» митохондрии, электрон уменьшает свой потенциал. Последним звеном в цепи является молекула кислорода. Но эта дыхательная цепь не является расположенной строго последовательно в пространстве. И, в примерно, 2% случаев кислород «притягивает» электрон раньше времени. Таким образом, кислород меняет свой заряд «неадекватно», и принимает «активную» форму. Т.е., начинает активно вступать в «непредусмотренные» реакции.

Будучи «сгенерированы», АФК весьма агрессивны и легко вступают во взаимодействие с основными компонентами клеток, вызывая окислительную модификацию липидов, белков и нуклеиновых кислот. Важно, что, инициируя окисление биомолекул, АФК способствуют образованию других свободнорадикальных и перекисных соединений. Т.е., при взаимодействии радикала с молекулой органического соединения образуется новая молекула и новые радикалы, продолжающие цепь взаимодействия. Таким образом, свободнорадикальное окисление протекает как цепной процесс.

Митохондриальная ДНК в наибольшей степе­ни подвергается атаке свободными радикалами, а их ДНК особенно чувствительна к окислению. Структурно-функциональные нарушения митохондриальных мембран и снижение вязкости мембранных липидов приводит к еще большему нарушению их работы и свободные радикалы «выскакивают» чаще. Т.е. – чем выше уровень СР в митохондрии, тем сложнее с ним справиться, т.к. нарушения идут по нарастающей.

Именно окислительное повреждение митохондрий, признается одним из основных факторов старения и сопро­вождающих его дегенеративных болезней. Таких как рак, сер­дечно-сосудистые заболевания, болезни иммунной системы, дисфункции ЦНС, катаракта и ряд других. По мнению сторонников СРТС (свободнорадикальной теории старения), митохондрии являются молекулярными «часами» старения. В частности, именно митохондрии по существу отвечают за дефицит воды, который проявляется с возрастом в некото­рых тканях (печень, сердце).

Микросомальное окисление ксенобиотиков и эндогенных субстратов.

Большинство ксенобиотиков (чужеродных организмов и вредных химических веществ) и ряд эндогенных (произведенных самим организмом) метаболитов представляют собой жирорастворимые соединения, которые практически не выводятся почками в неизменном виде. Для обеспечения протекания реакций пер­вой фазы детоксикации в клетках печени, легких и ряда других органов существуют специальные ферментные системы, находящиеся в специальных органеллах клетки - микросомах. Поэтому эти первичные процессы детокискации названы микросомальным окислением.

И в процессе микросомального окисления ксенобиотиков происходит образование побочных высокореакци­онных продуктов радикальной природы (5-15% от общего объема).

Активность фагоцитирующих клеток.

Механизм активации фагоцитов для борьбы с чужими микроорганизмами, частицами кварцевой и другой пыли связан с резким увеличением потребления кислорода в диапазоне от 2 до 20 раз и более по сравнению с состоянием покоя. При этом повышенный объем кислорода идет не в митохондрии для образования АТФ, а на образование АФК, обладающих сильным оксидантным и антибиотическим действием. Совокупность этих и других реакций при активации фагоцитов называют респираторным, или метаболическим взрывом.

__________________

Факторы, способствующие усилению генерации СР:

Химические: прооксиданты, липофильные ксенобиотики, канцерогены, тяжелые металлы, пыль. Перекиси липидов – это достаточно устойчивые молекулы при физиологических температурах, но переходные металлы и комплексы металлов катализируют их расщепление. Такими металлами являются в основном железо и медь. При определенных условиях, стимулированное солями железа перекисное окисление, могут ускорять ионы кальция, алюминия и свинца.

Гипероксия и гипоксия (избыток и недостаток кислорода);

Физические: ионизирующее излучение, ультрафиолет, электромагнитное излучение, магнитные поля, СВЧ;

Гипотермия и гипертермия (переохлаждение и перегрев);

Психоэмоциональный стресс;

Чрезмерные физические нагрузки;

Бактериальные и вирусные инфекции;

Неинфекционные заболевания, вызывающие ПОЛ (перекисное окисление липидов);

Нарушение питания, гипокинезия (недостаток движения), алкоголь, курение.

Лечение лекарствами, вызывающими ПОЛ;

Неблагоприятные экологические и климато-географические условия.

Низкий уровень pH.

2.3. Накопление продуктов повреждений клетки.

С возрастом в органах и тканях человека и животных накапливаются продукты окислительного повреждения субклеточных компонентов — ДНК, липидов, белков и других. В результате чего об­разуются «сшивки» этих продуктов с белками, фосфолипидами и нуклеиновыми кислотами. Продукты этих реакций могут по размеру в несколько раз превосходить исходные биомолекулы. Та­кие биополимеры, как липофусцин и липофусциноподобные соединения, образовавшиеся в результате «сшивания» макромолекул, с большим трудом поддаются био­деградации в лизосомах (специальных органеллах, занимающихся «перевариванием отходов») и накапливаются с возрастом, что послужило основанием называть их пигментами старости. Их накопление значительно нарушает функционирование клеток.

Так, один из механизмов ухудшения состояния кожи с возрастом состоит том, что в молекулах коллагена и других биополимеров с возрастом между полипептидными цепями устанавливается процесс образования перекрестных связей и увеличивается количество поперечных «сшивок», что ведет к потере клеточной интеграции.

Окислительная деструкция белков в большей степени, чем липидов, является маркером нейродегенеративных состояний. С окислительной модификацией белков непосредственно связаны нарушения в функционировании рецепторных систем, ионных каналов и насосов в ЦНС. При этом происходит снижение активности ферментов, регулирующих ионный градиент и уровень возбуждения нейромедиаторов в мозгу.

2.4. Нарушение ДНК и его восстановление

Распространена идея, что свободнорадикальное окисление в т.ч. повреждает ДНК и нарушает процессы клеточной регуляции. На самом деле картина выглядит следующим образом.

Даже в нормальных условиях антиоксидантная защита эффективна не на 100%. А ДНК особенно чувствительна к окислению. Но механизмы репарации, осуществляющие восстановление, или замену поврежденных молекул (частей молекул), в норме работают очень эффективно. У человека большинство изученных ядерных генов обеспечивает синтез белков с правильной аминокислотной последовательностью при таких условиях, что ядерная ДНК в каждой клетке организма ежедневно подвергается воздействию 10.000 окислительных «ударов».

ДНК в клетке расположено в разных местах, основные из них – ядро и митохондрии. И в наибольшей степе­ни подвергается атаке свободными радикалами именно митохондриальная ДНК. Особенная уязвимость митохондриальной ДНК обусловлена тем, что она не содержит гистоновых белков, которые связываются с ядерной ДНК и защищают ее. Кроме того, митохондриальные гены в меньшей степени обслуживаются ферментами, «вырезающими» и заменяющими окисленные участки ДНК, как это происходит в ядре клеток.

Вывод – нарушение ДНК в основном происходит в митохондриях, нарушение работы которых приводит к еще большему производству АФК.

 

3. Противодействие свободнорадикальному окислению

Минимизация уровня микросомального окисления обеспечивается минимизацией попадания в организм канцерогенов с пищей, водой и воздухом, и эндогенных продуктов нарушенной работы организма. Т.е., следует минимизировать избыточное напряжение систем организма.

Что касается генерации АФК при процессах фагоцитоза, то их минимизация обеспечивается высоким уровнем иммунитета – чем быстрее обезвреживаются антигены, тем меньше активность фагоцитов.

В процессе эволюции клетки развили механизмы антирадикальной защиты. Сейчас известно около 20 антиоксидантных (защищающих от свободнорадикальных реакций с участием кислорода) веществ и систем. Их функции имеют разную направленность:

Предотвращение образования свободных радикалов;

Обезвреживание их посредством их связывания и рекомбинации;

Ингибирование (блокирование) инициации и остановка разветвления цепи перекисного окисления;

Повышение (восстановление) активности антиоксидантных ферментов посредством улучшения их функции и/или синтеза de novo;

Восстановление повреждений биомолекул и ДНК.

Согласно некоторым оценкам, при абсолютной надежности антиокислительной системы организма продолжительность жизни человека могла бы достичь 250 лет. И развитие, и поддержание систем свободнорадикальной защиты – одна из главных задач программы здравоохранения и долголетия.

Антиоксидантая система (АОС) состоит из ферментативных и неферментативных компонентов. С долей приближения можно сказать, что ферментативные производятся самой клеткой из «обычных» ресурсов, а многие неферментативные должны поступать с питанием в «оригинальном» виде.

3.1. Ферментные компоненты антиоксидантной защиты.

Наибольшее значение для предотвращения окислительного стресса и борьбы с ними представляют эндогенные биооксиданты, т.е. синтезирующиеся в организме и эволюционно выработанные. А уже во вторую очередь биооксиданты, принимаемые с пищей.

Основными ферментными компонентами АОС считаются супероксиддисмутаза (СОД), каталаза и глутатионпероксидаза (ГПО).

Т.к. основной процент генераций АФК происходит при митохондриальном окислении, значительная часть ферментов антиоксидантной системы (АОС) располагается в митохондриях.

Их способность защищать клетку от АФК зависит от уровня нагрузки на митохондрии. Чем выше нагрузка – тем хуже справляются компоненты АОС. Митохондриальная ДНК в наибольшей степе­ни подвергается атаке свободными радикалами, а их ДНК особенно чувствительна к окислению. Структурно-функциональные нарушения митохондриальных мембран и снижение вязкости мембранных липидов приводит к еще большему нарушению их работы и свободные радикалы «выскакивают» чаще. Поэтому митохондрии имеют достаточно мощную систему свободнорадикальной защиты, которая в норме «ловит» возникающие свободные радикалы и «обезвреживает». Но эта система защиты может справиться только с неким «нормальным» уровнем СР, но не с избыточным. Уровень произведения свободных радикалов увеличивается по мере увеличения интенсивности работы митохондрий, т.е. требования клетки к произведению энергии.

И тут мы подошли к одному из главных достижений физиологии в вопросе противодействия старению:

Доказано, что при увеличении количества митохондрий, падает рабочая нагрузка на каждую митохондрию и возрастает общая масса ферментов АОС в клетке. Значительно уменьшаются шансы «перегрузки» митохондрий и выхода уровня АФК за допустимый порог.

Объем немитохондриальных ферментов АОС зависит от поддержания функциональной активности клетки на должном уровне, о чем будет сказано позже.

3.2. Неферментные компоненты антиоксидантной защиты

Это компоненты, которые не вырабатываются самой клеткой, а должны поступать с кровью. Это флавоноиды (витамины группы Р), полифенолы (убихинон и др.), стероидные и тиреоидные гормоны, витамины А и К, эрготионеин, гаурин, гипотаурин, гормон шишковидной железы мелатонин и др.

Важными антиокислителями плазмы являются витамин Е (а-токоферол), мочевая кислота, билирубин, аскорбиновая кислота и тиоловые группы, а также эритроциты, содержащие гемоглобин. Гемоглобин с высокой эффективностью взаимодействует с гидроксильным и пергидроксильным радикалами, обезвреживая их.

Антирадикальные биохимические системы присутствуют в трахеобронхиальной слизистой оболочке и слизистой ЖКТ. Эти функции выполняют мукополипептиды, реагирующие с АФК и обеспечивающие защиту от повреждающего действия гидроксильных радикалов.

При этом отдельные элементы АОС в клетке действуют комплексно, часто потенцируя эффект друг друга. Поэтому биологические эффекты комбинации антиоксидантных препаратов выше, чем при их раздельном применении. Следует заметить, что по мере нарушения с возрастом функционирования клеток эффективность геропротекторов уменьшается.

Вот основные антиоксиданты, и нужные для их составления вещества, которые рекомендуется регулярно потреблять с пищей:

Цинк, селен, метионин. Селен, необходим для эффективной деятельности ГПО, и для нормального всасывания витамина Е и задержки его в плазме.

Убихинон (существует препарат «коэнзим Q10»).

Витамин А (бета-картотин) – способствует правильному созреванию клеток эпителия, особенно ЖКТ и легких. Стимулирует иммунитет, обладает противоопухолевым эффектом в отношении вирусного, химического и радиационного канцерогенеза.

Витамин Е – предохраняет клетки от повреждающего эффекта распада жиров. Противодействует повреждению мембран и ДНК.

Витамин С – такие же действия, а так же противострессорное, уменьшает образование в желудке нитрозаминов (химических канцерогенов) из консервантов - белков и азотистых солей.

Витамины К и группы и Р (флавоноиды).

О состоянии АОС в общем можно судить по специальным анализам на активность суперокисддисмутазы (СОД), глутатионпероксидазы (ГПО) и каталазы в крови; и анализам на содержание В-каротина, токоферола, глутатиона и мочевой кислоты в сыворотке крови.

 

4. Влияние интенсивности микродвижений на долголетие

В 1999г. вышла книга профессора Института Вычислительной Математики Российской Академии Наук И.Б. Погожева. «Беседы о подобии процессов в живых организмах…» (см. книгу здесь). Книга суммирует результаты многолетних исследований в области математического моделирования иммунофизиологических процессов. Эти исследования были начаты в 1974г. специально созданным для этой цели коллективом математиков и физиологов и продолжаются в настоящее время. Идеей работы стало понятие Параметра Подобия, который «характеризует относительную интенсивность микродвижений частиц в исследуемом организме по сравнению с базовым». Параметр Подобия, или Живая Температура, зависит от физиологических характеристик сравниваемых организмов и равен произведению отношения квадратов удельных интенсивностей метаболизма (?) на отношение продолжительностей сердечных циклов (?).

H = ?2. ? / (?2. ?)

От размера организма не зависят ни сами взаимодействующие частицы, ни жидкость, в которой они движутся, ни структура пространства между клетками, которое заполнено этой жидкостью. А раз так, то микродвижения частиц в разных организмах могут различаться только по интенсивности самих движений.

Для взаимодействия частиц друг с другом, а также с клетками органов и тканей организма необходим тесный контакт активных зон или групп рецепторов, расположенных на поверхностях частиц и клеток. Это достигается благодаря микродвижениям взаимодействующих частиц в межклеточном пространстве живого организма из-за сердечных пульсаций, дыхательных движений грудной клетки и других мышечных сокращений, а также уровнем активности клеток.

Концентрации частиц в крови выравниваются очень быстро во всех участках кровеносной системы, и поэтому мы можем считать их практически одинаковыми для разных кровеносных капилляров. А в межклеточном пространстве этого нет. Частицы попадают туда через кровеносные капилляры, которые периодически то открываются, то закрываются. Поэтому концентрации частиц в разных участках межклеточного пространства могут сильно отличаться друг от друга.

К сведению, существует понятие «флуктуационная температура», используемое при анализе хаотических движений частиц в крови, протекающей по сосудам, которые непосредственно предшествуют кровеносным капиллярам (прекапиллярам).

Физиологи и врачи, исследующие экспериментально микроциркуляцию жидкостей в организме обнаружили сильную отрицательную статистическую связь между скоростью капиллярного кровотока, вязкостью крови, содержанием в ней В-липопротеидов, холестерина и др. Показано, что при повышении интенсивности микроциркуляции закономерно снижается вязкость крови, а также уменьшаются содержания в крови холестерина и В-липопротеидов. Следовательно, скорость капиллярного кровотока и интенсивность микроциркуляции связаны с метаболизмом.

Также известно, что при гипотермии (т.е. при искусственном охлаждении организма) вместе с понижением температуры тела монотонно снижаются потребление кислорода и скорость кровотока, а содержание глюкозы в крови, напротив, возрастает. При значительной гипертермии, что иногда наступает после выхода из состояния гипотермии, врачи для снижения температуры тела применяют внутривенное вливание небольших количеств глюкозы. Примерно тоже самое делали и раньше опытные детские врачи. Когда у ребенка был сильный жар, ему давали попить немного подслащенной воды. Все это показывает, что температура тела, скорость кровотока и содержание глюкозы в крови тесно связаны.

По исследованиям, достаточная интенсивность микроциркуляции, а значит, общего метаболизма - это важнейший «универсальный» показатель долголетия, затрагивающий все системы. У полностью здоровых людей микроциркуляция хороша, при проблемах со здоровьем и по мере «фактического» старения она заметно понижается.

Особенно важно отметить связанное с ухудшением микроциркуляции ухудшение работы иммунитета, т.к. для его работы очень важен «тесный контакт активных зон» иммунной клетки и антигена.

От рождения до 25 лет, происходит рост организма и значительное увеличение массы тела (почти в 20 раз), что и сопровождает закономерное (характерное не только для человека, но и для всех животных) снижение удельной интенсивности метаболизма, а значит, и Н-параметра. Во второй период у людей старше 25 лет рост организма практически прекращается, но удельная интенсивность метаболизма все же убывает в среднем на 4% за каждые 10 лет.

Связь между изменением физиологического возраста (ФВ) и относительным изменением Н-параметра такова: ?ФВ ? -125 * ln (Н)

Исходя из статистических и аналитических данных, сведенных И.Б. Погожевым, получается, что:

Если H-параметр уменьшится на 1%, то уровень глюкозы в крови должен повыситься на 0,5%, а смертность от рака и сердечно-сосудистых заболеваний увеличится на целых 15%!

За 10-летний период к 1999г. Живая Температура населения России уменьшилась примерно на 14%. Это сопровождалось следующими изменениями:

1. Гомеостатический уровень глюкозы в крови, максимальное отклонение от него и общая нагрузка на организм после приема глюкозы увеличились соответственно на 8, 25 и 46%. Такие изменения углеводного обмена привели к заметному увеличению числа заболевших сахарным диабетом.

2. Аналогично на 25% возросло и содержание холестерина в крови, что повысило риск развития атеросклероза, инфаркта миокарда, инсульта и др.

3. Уровень аутоантител поднялся примерно в 3 раза. Это вызвало рост числа аутоиммунных заболеваний.

На интенсивность микродвижений влияют:

1. Величина потребления кислорода

Удельная интенсивность метаболизма, которую измеряют обычно по скорости поглощения кислорода единицей массы тела в состоянии физиологического покоя, должна определять «размах», или амплитуду колебаний жидкости в межклеточном пространстве, так как чем выше скорость потребления кислорода, тем сильнее должны биться сердце и дышать легкие.

2. Количество митохондрий

Интенсивность микродвижений связана с плотностью митохондрий в клетках сравниваемых организмов. Это поистине фундаментальное достижение научных исследований. Количество митохондрий не только предохраняет клетки от нарушений во время повышенной активности, но и свидетельствует об общей «достаточной» активности организма, выраженной в системе микроциркуляции.

Плотность митохондрий в клетках организма соответствует средней интенсивности процессов метаболизма. Там, где интенсивность метаболизма высока, их больше, а где низка -? меньше. Так, например, в клетке печени может быть до 2500 митохондрий, в клетке почки ? около 300, у сперматозоида ? 20?25, а у зрелых эритроцитов их нет вовсе.

Что интересно, митохондрии яйцеклетки делятся самостоятельно, и молекулы ДНК митохондрий отца в этом процессе не участвуют.

3. Удельная жизненная емкость легких

Удельная жизненная емкость легких и плотность митохондрий изменяются пропорционально так же, как и эффективные объемы взаимодействий. Митохондрии в клетках снабжаются кислородом, который доставляют организму легкие.

4. Продолжительность сердечного цикла

И у мыши, и у человека, и у слона происходит примерно одинаковое число сердечных сокращений (около 4,5) за каждый дыхательный цикл. Поэтому сердечный цикл можно рассматривать как естественный масштаб времени для разных физиологических процессов, или как «физиологическое время».

5. Состояние гладкомышечной мускулатуры, в т.ч. лимфатической

Когда мы находимся в состоянии физиологического покоя, то движение лимфы, помимо сердечных пульсаций и дыхательных движений, поддерживают, например, перистальтика кишечника, а также сокращения гладкомышечных клеток в лимфатических сосудах и узлах. Потому участки лимфатических сосудов и узлов, имеющие такие гладкомышечные клетки, являются как бы микролимфатическими сердцами.

6. Гормональный фон

Гормональный фон управляет интенсивностью всех процессов метаболизма. Он же определяет активность, внутреннюю структуру, а также плотность митохондрий в клетках организма. Стабильно низкие показатели уровня гормонов надпочечников, щитовидной железы, гормона роста (СТГ) и стабильно высокий уровень инсулина будет говорить об общем понижении метаболизма.

7. Метаболический фон

Важной является статистически достоверная обратно пропорциональная связь интенсивности микроциркуляции с такими базовыми показателями метаболизма, как уровень в крови глюкозы, холестерина, жирных кислот, а также с уровнем антител. Все эти факторы (кроме антител) повышают вязкость и уменьшают активность многих взаимодействий между частицами крови и клетками тканей.

Также стабильно повышенный метаболический фон меняет чувствительность регуляторных систем организма к метаболическим показателям, и такой повышенный уровень принимается за «норму» и фиксируется. Поэтому, чем дальше заходит ожирение, тем труднее от него избавиться.

8. Электромагнитные факторы

Электромагнитные поля, потоки заряженных частиц, концентрация в воздухе положительных и отрицательных ионов, а также кислотность воды влияют на величину электрического потенциала митохондрий. А значит, и на их число, на интенсивность синтеза ими АТФ, и на интенсивность всех процессов в организме.

 

5. Уровень клеточной активности

В индотибетской медицине существует разделение активности организма и всех болезней на преобладание «Жара» и «Холода». С точки зрения современной медицины это соотносится с избыточной или недостаточной активностью систем организма и групп клеток.

5.1. Недостаточная клеточная активность

При недостаточной стимуляции работы тканей определенного органа или участка тела в результате уменьшения запросов на клеточную активность в ней уменьшается синтез ферментов, потребление кислорода и питательных веществ. Значительная часть окружающих орган или участок ткани капилляров начинает закрываться.

При недостаточной активности всего организма падает запрос на потребление кислорода, снижается интенсивность микроциркуляции. Повышается риск увеличения уровня холестерина, сахара и жирных кислот в крови.

Такая ситуация относится к состоянию «холода» и приводит к ухудшению саморегуляции организма, работы иммунитета, снижению количества митохондрий, активности систем антиоксидантной защиты. Зачастую клетки «деградирующих» органов и их органеллы, в том числе митохондрии, компенсаторно увеличиваются. Образуются опухоли, повышается риск аутоиммунных заболеваний.

Наиболее распространенные факторы повышения «холода» - это повышенная вязкость крови, в т.ч. из-за уровня сахара и холестерина в крови, общая пониженная теплопродукция (холодные конечности) и наличие пониженного пульса и/или давления. Так, пульс 65 и ниже, а давление 110/70 и ниже в большинстве случаев говорят о понижении микроциркуляции в организме, если только это не явилось следствием регулярной практики достаточно интенсивной тренировочной нагрузки (в т.ч. гипоксической). В последнем случае понижение пульса у некоторых людей до 60 является нормальной реакцией на очень хорошее поглощение кислорода клетками.

Подробнее о проблемах «жара» и «холода» см. в статье Конституции организма - теория.

5.2. Избыточная клеточная активность и недостаток ресурсов

Повышенная активность клеток происходит в результате общего стресса организма, в т.ч. тренировочного, при борьбе с болезнью, при выводе вредных соединений и т.п. Значительную роль в избыточной активности организма играет повышенный уровень стрессовых гормонов в крови (адреналин, кортизол, гормоны щитовидной железы и др.).

Повышенная активность требует от митохондрий клетки повышенного производства энергии. Важным моментом является то, что при этом происходит повышенная генерация свободных радикалов и нужна еще дополнительная энергия на восстановление клетки после повреждений. А значит, митохондрии работают еще активнее, и СР появляется еще больше – и так по замкнутому кругу.

Таким образом, крайне важно обеспечить клеткам кислород и нужные питательные вещества. Особенно важны строительные аминокислоты и антиоксиданты. И вспомним одну из ключевых идей данной статьи – чем больше митохондрий, тем легче клетка справляется с избыточной активностью и тем меньше производится СР.

5.3. Должный уровень клеточной активности и обеспечение ресурсами

Исходя из вышесказанного, приходим к следующим заключениям:

Каждая клетка организма должна хорошо обеспечиваться кислородом, питательными веществами, строительными материалами (аминокислоты, фосфолипиды и пр.) и антиоксидантами. Длительное голодание будет в большинстве случаев негативно.

Следует максимально огранить клетку от повреждающего воздействия (если это не предусмотрено «позитивной» тренировкой). В первую очередь это обеспечивается хорошей работой иммунной системы. В случае инфекционного заболевания постараться вылечиться максимально быстро, чтобы минимизировать уровень нарушений в организме. Т.е, если нужен домашний или больничный режим и прием препаратов – обеспечить, а не затягивать болезнь надолго. Чем дольше длится болезнь, тем больше нарушений усевает произойти в клетках тех или иных органов. Также нужно следить за отсутствием избытка производимых организмом разрушительно действующих на ткани соединений – например, постоянно повышенного уровня соляной кислоты в желудке.

Каждая клетка должна регулярно иметь достаточный уровень активности, чтобы не «деградировать», но и не должна долго «перерабатывать».

Каждая клетка нуждается в тренировке ряда систем, и в первую очередь – количества митохондрий, обеспечивающих ее энергией. Особенно важно это по отношению к органам, производящим интенсивную работу и интенсивно использующим кислород- это печень, почки, сердце и нервная ткань. Как уже обсуждалось, чем больше митохондрий, тем легче клетке обеспечить повышенный уровень энергии в случае необходимости. Само по себе увеличенное количество митохондрий не требует от клетки активности в спокойном состоянии органа. Они нормально функционируют и при малой активности.

Тренировка избыточно нагружает клетку, однако это должно происходить очень ограниченное время, с благоприятными условиями для восстановления. Подробнее об адекватной тренировке клеток организма см. в статье "Стрессовая адаптация" (статья сейчас в работе).

Работа клетки зависит от должного уровня многих соединений в крови. Это гормоны, ионный состав, питательные ресурсы, белки-переносчики и т.п.

Следующая статья раздела:
Йога и обмен веществ
Групповые занятия