คุณรู้มั๊ยครับว่า ในแต่ละวันมีขยะอยู่ในถังขยะของคุณปริมาณมากแค่ไหน? ในโรงงานผลิตสินค้าทั่วไป จะเกิดของเสียในปริมาณที่มากกว่าปริมาณสินค้าที่ผลิตออกมาเป็นจำนวนหลายเท่า
เพื่อที่จะพยายามรักษาสมดุลของสภาพแวดล้อมให้ดีขึ้น เราได้พัฒนาวิธีการในการลดปริมาณของเสีย ด้วยการกำจัดของเสีย รวมถึงการนำกลับมารีไซเคิลอีกครั้ง เช่น การใช้วิธีการฝังกลบ ใช้เตาเผาขยะ ใช้พืชช่วยบำบัดน้ำเสีย แต่ถึงกระนั้นก็ตาม ปริมาณของเสียในสิ่งแวดล้อมก็ยังค่อยๆ เพิ่มจำนวนขึ้น ซึ่งเป็นการเพิ่มพื้นที่ฝังกลบ และส่งผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงของชั้นบรรยากาศ และน้ำในมหาสมุทร
แต่เดิม สิ่งเหล่านี้ยังถูกละเลย เพราะว่าการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม เช่น การเกิดภาวะโลกร้อน (global warming) ยังไม่ส่งผลกระทบต่อชีวิตมนุษย์มากนัก แต่ในปัจจุบันมนุษย์เริ่มที่จะให้ความสนใจกันมากขึ้นแล้ว
การเกิดสภาวะความชราในร่างกายมนุษย์ ก็คล้ายกันกับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม กระบวนการเผาผลาญพลังงาน (เมตาบอลิซึ่ม - Metabolism) ในร่างกายจะมีการผลิตของเสียเกิดขึ้นตลอดเวลา ซึ่งของเสียเหล่านี้จะถูกกำจัดออกผ่านทางลมหายใจ ปัสสาวะ อุจจาระ และเหงื่อ สารที่เป็นโมเลกุลขนาดเล็กเช่น ยูเรีย อิเล็กโตรไลท์ และคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกกำจัดออกได้ง่าย แต่สารที่เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ เช่น โปรตีน หรือกรดนิวคลีอิก จะต้องแตกตัวเป็นสารที่มีโมเลกุลเล็กก่อน จึงจะถูกกำจัดหรือถูกเผาผลาญเปลี่ยนไปเป็นพลังงานได้
เอ็นไซม์โปรตีเอส (proteases) และ ไลโซโซม (lysosome)
เซลล์มีเอ็นไซม์พิเศษที่ช่วยย่อยสารจำพวกโปรตีน หรือกรดนิวคลีอิกที่ไม่ต้องการ ให้กลายเป็นสารที่สามารถถูกกำจัด หรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยเฉพาะของเสียที่กำจัดยาก ซึ่งเกิดจากการสุ่มเชื่อมสายโมเลกุล (random cross-linking) และสารที่เกิดจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองระหว่างโครงสร้างของเซลล์ โดยเฉพาะโปรตีน ซึ่งโมเลกุลที่รวมกันนี้จะใหญ่ ละลายน้ำได้น้อย และแตกตัวได้ยาก
ส่วนใหญ่โปรตีนที่เสียหาย หรือโปรตีนที่มีการเชื่อมสายกันนี้ (cross-linked proteins) จะถูกย่อยโดย“เอ็นไซม์ proteases” (เอ็นไซม์ย่อยโปรตีน) ก่อนที่มันจะรวมกันเป็นกลุ่มก้อนใหญ่ มีหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่า ถ้าเอ็นไซม์ proteases มีการทำงานลดน้อยลง จะทำให้เกิดการรวมกันเป็นกลุ่มก้อนของๆ เสียเพิ่มมากขึ้น เมื่อระบบทำความสะอาดของเสียไม่มีประสิทธิภาพ ก็จะเกิดกลุ่มก้อนของเสียที่มีขนาดใหญ่มากกว่าปกติ ในการย่อยของเสียจำพวกนี้ เซลล์จึงต้องอาศัยอวัยวะพิเศษ เรียกว่า “ไลโซโซม (lysosomes)” ซึ่งเป็นถุงที่บรรจุเอ็นไซม์สำหรับย่อยไว้ภายใน
รงควัตถุบอกความชรา (Age pigment) : ไลโปฟัสซิน (Lipofuscin)
แม้ว่าร่างกายจะมีระบบกำจัดของเสีย แต่ของเสียบางอย่างไม่สามารถทำลายได้หมดและมีการตกค้าง จากนั้นก็มีการสะสมมากขึ้นเรื่อยๆ ตามอายุที่เพิ่มขึ้น เช่น ถ้าเปรียบเทียบเซลล์ประสาทสมองของสัตว์ที่อายุน้อย และสัตว์ที่อายุมาก จะพบว่ามีความแตกต่างกัน โดยในไซโตพลาสซึมของเซลล์ประสาทสัตว์ที่มีอายุมาก จะมีการสะสมของกลุ่มก้อนสีเหลืองที่เรียกว่า “lipofuscin” ซึ่งเป็นรงควัตถุที่บ่งบอกถึงความชรา (age pigment) และรงควัตถุแบบนี้ เราสามารถพบได้ในเนื้อเยื่อหลายแห่งของคน หรือสัตว์ที่อายุมาก
Age pigment เป็นกลุ่มของรงควัตถุที่สะสมมากขึ้นตามอายุที่เพิ่มขึ้น พบอยู่ในเนื้อเยื่อหลายแห่ง และเป็นสารที่ไม่มีประโยชน์ ซึ่งสารพวกนี้ส่วนใหญ่จะย่อยสลายได้ยาก ไม่ละลายน้ำและไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมี แต่ถ้าเมื่อไหร่ที่สารพวกนี้สะสมจนมีปริมาณมาก และกินพื้นที่มาก สุดท้ายมันก็จะไปขัดขวางการทำงานของเซลล์ปกติได้
Lipofuscin เป็นตัวอย่างของ age pigment ที่เห็นได้ชัดและมีการศึกษากันมาก เมื่อเรามีอายุมากขึ้น จะมีการสะสมของ lipofuscin ในเนื้อเยื่อหลายแห่ง โดยเฉพาะในกล้ามเนื้อหัวใจ กล้ามเนื้อลาย และในสมอง มีหลักฐานหลายอย่างที่แสดงให้เห็นว่า lipofuscin เป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เกิดความชรา และเกิดโรคต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับความชราตามมา
ปฏิกิริยา lipid peroxidation ทำให้เกิดการสะสมของ lipofusin
การสะสมของ lipofuscin เกี่ยวข้องกับกระบวนการของความชราในเรื่องของอนุมูลอิสระ และการเกิด cross-linking โดยพบว่า lipofuscin เกิดขึ้นจากปฏิกิริยา “Lipid peroxidation” ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่อนุมูลอิสระเข้าไปทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ :ซึ่งมีไขมัน (ไลปิด : lipid) เป็นส่วนประกอบสำคัญ
ไลปิดเปอร์ออกไซด์ (lipid peroxides — เป็นสารที่เกิดจากปฎิกิริยา lipid peroxidation) จะทำปฏิกิริยากับไขมันและโปรตีนอื่น และจะก่อให้เกิดกลุ่มก้อนของสารขนาดใหญ่ที่ไม่ละลายน้ำ เซลล์จึงพยายามที่จะทำลายกลุ่มก้อนนี้โดยใช้เอ็นไซม์ proteases และ lysosomes แต่ดูเหมือนว่าการทำลายนี้จะไม่ค่อยได้ผลเท่าที่ควร ทำให้เกิดเป็นลักษณะของการสะสม ที่เรียกว่า lipofuscin
จากการสังเกตพบว่า จะมีการสะสมของ lipofuscin มากในเซลล์ที่มีการเผาผลาญพลังงานสูง และมีการแบ่งตัวน้อย ที่เป็นเช่นนี้ก็เพราะว่า ยิ่งมีการเผาผลาญพลังงานมากเท่าไหร่ (เกิด oxidized มาก) ก็จะยี่งเกิดอนุมูลอิสระจำนวนมากตามมา และเกิดการเชื่อมสายโมเลกุลของของเสียมากขึ้น (cross-linked garbage) เป็นเงาตามตัว ปัจจุบันยังไม่สามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนว่า ทำไมเซลล์ที่มีการแบ่งตัวบ่อยจึงไม่ค่อยมีการสะสมของ lipofuscin มาก แต่เหตุผลที่น่าจะเป็นไปได้ก็คือ ในเซลล์เหล่านั้นมีการทำงานของเอ็นไซม์ proteases และ lysosome มากกว่าเซลล์ที่แบ่งตัวน้อย
ในร่างกายจะมีเซลล์อยู่ 3 กลุ่มที่ไม่มีการแบ่งตัวเลย ได้แก่ เซลล์ประสาท (เซลล์สมอง), เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ และเซลล์กล้ามเนื้อลาย และเรามักจะพบว่ามีการสะสมของ lipofuscin ในเซลล์เหล่านี้ ซึ่งปริมาณก็จะมากขึ้นตามอายุ
ในกระบวนการทำงานของเซลล์ตามปกติ จะมีการไหลเวียนของสารอาหารและโมเลกุลอื่นๆ ทั้งในและนอกเซลล์ตลอดเวลา สาร lipofuscin อาจไปขัดขวางการไหลเวียนของสารเหล่านี้ได้ เป็นเหตุให้เนื้อเยื่อเซลล์เกิดความเสียหายตามมา จากการขนส่งพลังงานและสารอาหารลดลง และการกำจัดของเสียที่ช้าลง ถ้าปริมาณของ lipofuscin ในเซลล์มากเกินครึ่งของปริมาตรเซลล์ จะทำให้รบกวนการขนส่งสารอาหารและของเสียของเซลล์ได้
มีความสัมพันธ์ระหว่างความรุนแรงของโรคสมองเสื่อม และโรคหัวใจล้มเหลว กับปริมาณของ lipofuscin ในเซลล์สมอง และในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ตามลำดับ ซึ่งสามารถนำมาใช้อธิบายถึงความรุนแรงของโรคได้
มีงานวิจัยหนึ่ง ได้ใส่สารที่มีลักษณะคล้าย lipofuscin ลงไปในจานเพาะเชื้อของเซลล์ไฟโบรบลาสต์ที่ได้จากคนวัยรุ่น พบว่าที่สภาวะหนึ่ง ไฟโบรบลาสต์สามารถดูดกลืนจำนวนเม็ดสีเหล่านั้นได้ การเร่งการสะสมของ lipofuscin จะทำให้เซลล์ถูกยับยั้งการแบ่งตัวอย่างรวดเร็ว และทำให้ไฟโบรบลาสต์เปลี่ยนไปโดยจะทำตัวเหมือนกับไฟโบรบลาสต์ที่ได้จากผู้สูงอายุ มีหลักฐานชัดเจนที่บ่งบอกว่าการสะสมของ lipofuscin ไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ แต่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเมื่ออายุเพิ่มมากขึ้น
ปัจจัยที่ช่วยเร่งอัตราการสะสมของ lipofuscin
มีหลายปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการสะสมของ lipofuscin กระบวนการใดก็ตามที่ช่วยเพิ่มการเกิดอนุมูลอิสระ หรือทำให้ระบบต้านอนุมูลอิสระบกพร่อง จะช่วยเพิ่มการสะสมของ lipofuscin โดยปัจจัยหลักนี้ก็ได้แก่ ความเครียด ซึ่งจะช่วยเพิ่มอัตราการเผาผลาญในระบบประสาท กล้ามเนื้อหัวใจ และกล้ามเนื้อลาย และทำให้เกิดอนุมูลอิสระเป็นจำนวนมาก จากการทดลองในหนู โดยให้อยู่ในภาวะเครียดเป็นเวลา 24 และ 48 ชั่วโมง พบว่ามีปริมาณของ lipofuscin เพิ่มในเซลล์ประสาทมากถึง 29% และ 38% ตามลำดับ
นอกจากนี้ปัจจัยสำคัญที่ช่วยเพิ่มการสะสมของ lipofuscin คือ กิจกรรมของเอ็นไซม์ proteases จากการทดลองในหนูแรกรุ่น ที่ได้รับยาที่ยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์ proteases พบว่าจะมีการสะสมของ lipofuscin เพิ่มมากขึ้น
Ceroid และ Amyloid
นอกจาก lipofuscin ที่เป็นรงควัตถุที่บ่งบอกถึงความชราแล้ว ยังมีสารตัวอื่นในกลุ่มนี้อีก เช่น
Ceroid เป็นสารคล้าย lipofuscin โดยจะพบเมื่อปริมาณสารต้านอนุมูลอิสระที่ละลายในไขมันลดน้อยลง
Amyloid จะสัมพันธ์กับโรคทางภูมิคุ้มกันบางชนิด การที่มี amyloid สะสมมากจะก่อให้เกิดโรคต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการอยู่รอดของชีวิต เช่น โรคหัวใจ โรคไตวาย เป็นต้น
Beta-amyloid เป็นรูปแบบหนึ่งของ amyloid ที่มีบทบาทสำคัญต่อการเกิดโรคอัลไซเมอร์
ปัจจัยที่ช่วยชะลอการสะสมของ age pigment
จากการศึกษาพบว่าอาจจะมีวิธีที่ช่วยชะลอการสะสมของ age pigment พวกนี้ได้ โดยขั้นตอนแรกคือ
การเพิ่มประสิทธิภาพของระบบต้านอนุมูลอิสระ และ
ลดปัจจัยที่ก่อให้เกิดความเครียด
สารต้านอนุมูลอิสระที่ละลายได้ในไขมัน เช่น วิตามินอี และกรดไลโปอิก สามารถยับยั้งปฏิกิริยา lipid peroxidation ได้ ซึ่งจะช่วยในการชะลอการสะสมของ lipofuscin และ ceroid ได้, การเพิ่มความทนทานต่อคาร์โบไฮเดรต จะลดอัตราการเกิด cross-linking, การลดการอักเสบ, การลดน้ำหนักสำหรับคนที่มีน้ำหนักมากเกินไป ก็ช่วยชะลอการสะสมของ age pigment ได้เช่นกัน
ยากระตุ้นประสาทบางชนิดและสารอาหารบางอย่าง สามารถลดการสะสมของ lipofuscin และ ceroid ในสมองได้ โดยเฉพาะ ยา meclofenoxate และ Deanol (dimethylaminoethanol p-acetamidobenzoate) สามารถลดการสะสมของ lipofuscin ในเซลล์สมองของสัตว์ทดลองหลายชนิด เช่น ในสัตว์ฟันแทะ (rodent) หมู และลิง โดยยาทั้งสองชนิดนี้มี dimethylaminoethanol (DMAE) เป็นองค์ประกอบหลักของโครงสร้าง
DMAE เป็นสารอาหารที่พบปริมาณน้อยในปลาและอาหารบางอย่าง DMAE ช่วยพัฒนาระบบการเรียนรู้ เช่น ระบบความจำ ความตั้งใจ และการเรียนรู้ ในบางรายงานพบว่า DMAE ช่วยเพิ่มอายุขัยในสัตว์ฟันแทะ แต่ยังไม่มีความชัดเจนว่า DMAE และอนุพันธ์ของมันช่วยลดการสะสมของ age pigment ในสมองได้อย่างไร
มีหลักฐานหนึ่งที่เป็นไปได้คือ DMAE ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอ็นไซม์ protease และ lysosome และช่วยเพิ่มปริมาณน้ำในเซลล์ ซึ่งจะช่วยเร่งอัตราการกำจัดของเสียออกจากเซลล์ อย่างไรก็ตาม การให้อาหารเสริม DMAE ในคนเป็นเวลานาน ซึ่งจะช่วยเพิ่มอายุขัย หรือช่วยลดการสะสมของ lipofuscin หรือไม่ ยังต้องมีการศึกษาวิจัยกันต่อไป