Затрачивая средства (энергию) на кондиционирование среды обитания, то есть удаляя из среды обитания патогенные микроорганизмы, токсичные вещества и снижая уровни негативных физических (излучения) и психических воздействий, человечество тем самым обеспечивает экономию свободной энергии организмами, затрачиваемую ими на борьбу с разнообразными патогенными факторами и метаболическим хаосом, снижая тем самым скорость патологического старения и повышая показатель средней продолжительности жизни.

Резкое возрастание показателя средней продолжительности жизни в двадцатом веке было обеспечено работой инфекционистов, гигиенистов, паразитологов и эпидемиологов, победивших большую часть инфекций. Во второй половине двадцатого века это сделали экологи, клинические эпидемиологи, токсикологи и технологи, преодолев негативные последствия первых технических революций, связанных с химическим и физическим загрязнением среды обитания.

Гипоксия, снижая активность основного источника свободной энергии – митохондриальной системы окислительного фосфорилирования, приводит к снижению как фосфатного, так и восстановительно-окислительного потенциала клеток. Уникальным свойством гипоксии как основного патогенного фактора, вызывающего старение является наличие многочисленных усилителей его действия. Во-первых, снижение концентрации кислорода приводит к падению скорости производства свободной энергии в клетке, основными массовыми носителями которой являются АТФ, НАДН, НАДФН и градиенты ионов водорода, натрия, калия и хлора на клеточных мембранах.

В клетках присутствует более 500 НАДН- и НАДФН- зависимых ферментов (дегидрогеназ), которые за счёт свободной энергии окисления пиридиновых нуклеотидов, направляют метаболизм клетки. Также в клетках имеется более 200 АТФ-гидролаз которые катализируют реакции требующие поступления свободной энергии для своего протекания. В плазматических мембранах различных клеток присутствуют энергозависимые транслоказы, которые за счёт энергии градиента катионов натрия обеспечивают транспорт большого перечня метаболитов внутрь клетки против градиентов их концентрации.

Во-вторых, снижение в органах и тканях парциального давления кислорода приводит к снижению ферментативной активности целого ряда оксидаз. При снижении активности даже одной из оксидаз, возникают важные метаболические последствия практически во всех органах и тканях.

Снижение активности такого громадного количества ферментов в условиях гипоксии приводит к самым катастрофическим последствиям для клеток, вызывая их гибель и гибель организма.

На физиологическом уровне при старении также происходит снижение мощности производства носителей свободной энергии в связи со снижением поступления кислорода в органы и ткани, обусловленные снижением функций дыхательной и сердечно-сосудистой систем.

Ситуация усугубляется ещё и тем, что носители свободной энергии и их производные (циклический АМФ, циклический ГМФ, ГТФ, КоА, ФАД, НАД+) являются ключевыми регуляторами метаболизма и клеток и организма в целом.

Снижение концентрации АТФ и НАД(Ф)Н приводит к снижению концентрации в том числе нуклеотидов – субстратов для синтеза нуклеиновых кислот (РНК и ДНК): ГТФ, ЦТФ, УТФ, дезокси-АТФ, дезокси-ГТФ, дезокси-ЦТФ и дезокси-ТТФ.

Более токсичного и оперативно действующего патогенного фактора чем дефицит кислорода, в организме не существует в связи с наличием такого большого количества усилителей и распространителей его патогенного действия на метаболизм клеток.

Вся история кислородной жизни происходит под знаком экономного расходования всегда дефицитного кислорода, на всех уровнях организации.

Важным механизмом этой экономии является создание запасов кислорода, особенно в интенсивно функционирующих тканях и органах. Центральная нервная система, являющаяся самым мощным и самым интенсивным потребителем кислорода (на грамм массы в единицу времени) в качестве основного энергоносителя, использует глюкозу – полуокисленный продукт, содержащий свой кислород. Глиальные клетки выполняющие вспомогательные функции содержат гликоген, что также позволяет им экономить кислород, необходимый для работы нейронов. На иных механизмах экономии кислорода я остановлюсь позже.

Перечислю некоторые из основных первичных последствий гипоксии для клеток и организма в целом.

1. Активизация безопасного для окружающих тканей и для организма в целом энергозависимого, регулируемого процесса запрограммированной гибели клеток – апоптоза, в результате внешних воздействий. Апоптоз это не самоуничтожение клетки, а её убийство внешними факторами, в крайнем случае апоптоз можно рассматривать как принуждение к самоубийству клеток внешними факторами: – основным физиологическим – кортизолом (суточный ритм), который с возрастом всё чаще становится и патологическим (возраст зависимый рост базального уровня кортизола и дистресс), и основным патологическим – гипоксией.

На одновременную работу всех клеток организма кислорода не хватает, необходимо спасать «самые ценные», избавившись от неэффективных клеток для выживания организма в условиях гипоксии, а, также избавиться от клеток, которые возможно будет восстановить из стволовых. Каскадные механизмы последовательной ликвидации компонентов клетки в определённом порядке требуют затрат свободной энергии в виде гидролиза АТФ (например, убиквитин).

1.1. Активизация продукции свободных радикалов кислорода дыхательной цепью отмирающих митохондрий. Свободные радикалы кислорода (*ОН) и азота (*NO), обладая высокими значениями окислительного потенциала, также, как и АТФ и НАД(Ф)Н относятся к массовым носителям свободной энергии и принимают участие в нормальном энергетическом метаболизме клеток. Свободные радикалы кислорода, генерируемые отмирающими митохондриями, являются продуктами апоптоза клеток, но не на оборот, как часто встречается в литературе.