Оксидативный стресс и старение: как кислород приводит к болезням
Почему человек стареет и как замедлить этот процесс — вопрос, который до сих пор беспокоит многих учёных. Одним из таких был Денхам Харман. В 1950-х годах он выдвинул смелую и непопулярную идею, назвав кислород движущей силой старения.
Харман предположил, что старение наступает из-за множественных повреждений клеток. А главные виновники — активные формы кислорода (АФК), особенно самые агрессивные их представители — свободные радикалы.
С тех времён многое изменилось. Появились новые гипотезы старения — теломерная, иммунная, метаболическая и прочие. Однако оксидативная теория не утратила актуальности по сей день.
Во главу угла Харман поставил окислительный (или оксидативный) стресс. Это состояние, при котором образование активных форм кислорода превышает способность антиоксидантных систем их нейтрализовать. Отметим, что АФК — это естественные побочные продукты внутриклеточных процессов. В норме они выполняют защитные функции, однако при нарушении баланса начинают повреждать ДНК, белки и липиды, ускоряя процессы старения.
Генетика и внешние факторы рака: причины, диагностика и профилактика
Механизмы оксидативного стресса и старение
В организме человека АФК образуются постоянно, главным образом при:
В норме АФК и свободные радикалы обезвреживают антиоксиданты. Но когда первых становится слишком много (и антиоксидантов не хватает), развивается оксидативный стресс.
Мишени оксидативного стресса
Прежде всего реактивные формы кислорода вступают в реакции с ДНК, белками и жирами:
- Окисление ДНК способствует появлению мутаций и нарушению механизмов «починки» (репарации) генома.
- Повреждение белков сопровождается изменением их структуры и потерей ферментативной активности.
- При окислении липидов нарушается целостность клеточных мембран.
Роль митохондрий
Ключевую роль в формировании оксидативного стресса играют митохондрии — основные энергетические станции клетки. Именно здесь образуется значительная часть АФК. С возрастом эффективность митохондрий снижается, это усиливает дальнейшее образование свободных радикалов.
Примечательно, что, опираясь на гипотезы Хармана, уже в 1980-х годах была выдвинута свободнорадикальная митохондриальная теория старения. Она гласит, что старение развивается вследствие накопления повреждений (главным образом из-за свободных радикалов) в митохондриях и митохондриальной ДНК.
Окислительный стресс и воспаление
Оксидативный стресс тесно связан с воспалительными процессами. В частности, АФК активируют сигнальные пути, которые приводят к хроническому воспалению (ключевому фактору старения).
Окислительный стресс и работа органов
Оксидативный стресс негативно влияет на различные органы и системы. Рассмотрим самые уязвимые.
Сердечно-сосудистая система
АФК повреждают эндотелий — внутренний слой сосудов. Из-за этого нарушается сосудистый тонус и развивается воспаление. На этом фоне ускоряется формирование атеросклеротических бляшек, повышается риск инфаркта и инсульта.
Нервная система
Способность нервных клеток к регенерации ограниченна, что делает их особенно уязвимыми к АФК. На фоне оксидативного стресса в нейронах могут накапливаться белки, характерные для болезни Альцгеймера, Паркинсона и других нейродегенеративных заболеваний.
Долгожители дали 7 советов, как держать себя в форме
Иммунная система
При избыточном образовании АФК:
- нарушается работа иммунных клеток,
- организм хуже противостоит инфекциям,
- поддерживается хроническое воспаление.
При таких нарушениях возрастные заболевания прогрессируют, а компенсаторные возможности организма ослабевают.
Современные способы коррекции оксидативного стресса
Коррекция оксидативного стресса направлена на снижение избыточного образования АФК, а также на усиление защитных механизмов. Самым изученным способом остаются антиоксиданты — природные и синтетические соединения, способные нейтрализовать свободные радикалы.
Ложка дёгтя
Несмотря на убедительные данные экспериментов на клетках и животных, клинические исследования показывают неоднозначные результаты. Предполагается, что эффективность антиоксидантов зависит от дозировки, формы вещества и исходного состояния организма.
В последние годы внимание исследователей смещается в сторону супрамолекулярных антиоксидантных ансамблей (веществ, состоящих из нескольких молекул), а также геропротекторов. Последние влияют на ключевые механизмы старения (например, улучшают работу митохондрий, снижают уровень воспаления).
Оксидативный стресс и образ жизни
Немало зависит от образа жизни:
- сбалансированного питания;
- регулярной физической активности (минимум 150 минут в неделю);
- уровня стресса.
Это самые доступные способы профилактики нарушений, связанных с возрастом.
Сегодня учёные пытаются бороться с АФК при помощи генной терапии, стволовых клеток и других современных технологий. Однако в медицинской практике они применяются ограниченно.
Главное об оксидативном стрессе и о том, как он влияет на старение
Оксидативный стресс — один из ключевых механизмов старения. Избыточное образование активных форм кислорода приводит к повреждению ДНК, белков и липидов, нарушает работу митохондрий и поддерживает хроническое воспаление. Всё это повышает риск сердечно-сосудистых, нейродегенеративных и иммунных нарушений.
Универсального метода полностью нейтрализовать оксидативный стресс пока не существует. Самый эффективный способ — здоровый образ жизни.
Важные исследования
- Старение: теория, основанная на химии свободных радикалов
- Активные формы кислорода: основные понятия, источники, клеточная сигнализация и их роль в механизмах старения
- Активные формы кислорода в иммунной системе
- Роль сигнальных путей воспаления и окислительного стресса в развитии клеточного старения при сердечно-сосудистых заболеваниях
- Окислительный стресс при нейродегенеративных заболеваниях: с точки зрения митохондрий