Управление процессом старения: теория и практика

А. К. Коломийцев

Научно- популярное издание, посвященное вопросам старения как универсального явления живой природы, а также подходам к увеличению продолжительности жизни человека. Для самого широкого круга читателей, интересующихся проблемами биологии и медицины.

Глава 2.

Основные теории старения животных и человека

Старение с биологической точки зрения — это процесс прогрессивного разрушения клеток, тканей, органов и организма в целом, ассоциированный с увеличением возраста. Это так называемое индивидуальное старение организма. Существует также понятие демографического старения, или старения популяции.

Следует подчеркнуть, что не существует общепринятого определения самого процесса старения. В англоязычной литературе термины, связанные с этим процессом, на русский язык переводятся одним словом «старение». Используя этот термин, мы будем все же иметь в виду, что под старением (aging) понимаются изменения, наблюдающиеся в течение жизни, не все из которых обязательно являются неблагоприятными. Термин «senescence» определяет те возрастные изменения в организме, которые неблагоприятно влияют на его функции, т.е. этот термин определяет старение как дегенеративный процесс. Термин «senescence» означает обычно патологическое старение, т.е. процесс, осложненный болезнями пожилого возраста.

Геронтологические теории и гипотезы старения

Как было указано ранее, в настоящее время существует более 300 различных теорий старения. Наиболее ранними научными разработками в этом направлении являются работы И. Мечникова (1904). Он считал, что процесс разрушения организма происходит в результате действия токсинов, производимых бактериями в желудочно-кишечном тракте, и в случае нейтрализации этого воздействия продолжительность жизни человека может возрасти по крайней мере до 200 лет. На ранних этапах развития геронтологии получили распространение так называемые гипотезы износа. Наиболее простые механистические гипотезы рассматривали старение как изнашивание клеток, тканей и органов. Многие ранее существовавшие теории в настоящее время представляются курьезными. Например, в 20-е годы 20 века распространение получили представления о том, что старение у мужчин является результатом сокращения с возрастом секреции яичек. Были распространены операции пересадки яичек животных, так как считалось, что в этом случае наблюдается эффект омолаживания.

С развитием молекулярной биологии появились и соответствующие теории старения. В 1963 году Л. Оргел предположил, что старение может быть результатом ошибок в трансляции мРНК, и эти ошибки приводят к накоплению дефектных белков, что, в свою очередь, является основой процесса старения. Это была теория, которую несложно было проверить экспериментально, и она не нашла подтверждений. Попытки выявить накопление дефектных белков в клетках не были результативными.

Гено-регуляторная гипотеза

Согласно этой концепции первичные изменения происходят в регуляторных генах — наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения структурных генов, от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Прямых доказательств возрастных изменений ДНК немного. В последнее время высказывалось предположение о связи старения с участками ДНК, некоторые из которых сокращаются в размерах при старении.

Нейроэндокринные и иммунные гипотезы

Нейроэндокринная система человека является основным регулятором его жизненных функций. Поэтому с самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие механизмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейроэндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлениям о первичном значении изменений деятельности той или иной конкретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно, половых желез и т. д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся система.

Широкую известность получили гипотезы, связывающие старение с первичными изменениями в гипоталамусе. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, генератор биологических ритмов организма, играющий ведущую роль в регуляции деятельности желез внутренней секреции, которая осуществляется через центральную эндокринную железу — гипофиз.

Наиболее известной в группе этих теорий является теория «гипоталамических часов» (Дильман, 1968, 1976), заслуживающая особого внимания. Согласно этой теории, старость рассматривается как нарушение внутренней среды организма, связанное с нарастанием активности гипоталамуса.

Адаптационно-регуляторная теория старения

Автор — известный исследователь процесса старения В. В. Фролькис.

Теория основана на распространенном представлении о том, что старость и смерть генетически запрограммированы. Согласно адаптационно-регуляторной теории процесс старения и продолжительность жизни определяются балансом двух процессов: наряду со старением — процессом разрушительным — развертывается процесс антистарения, для которого был предложен термин — витаукт (лат. vita — жизнь, auctum — увеличивать). Этот процесс, по Фролькису, направлен на поддержание жизнеспособности организма, его адаптацию, увеличение продолжительности жизни. Существенным компонентом теории старения В.В.Фролькиса является разработанная им генорегуляторная гипотеза, которая рассматривает нарушения в регулировании генома как играющие центральную роль в механизме старения. Как указывал автор, не содержание хранящейся в геноме информации, а ее реализация определяет процессы старения. Гипотезой предусматривается, что возрастные нарушения генной регуляции могут привести не только к изменению соотношения синтезируемых белков, но и к экспрессии ранее не работавших генов, появлению ранее не синтезировавшихся белков и, как результат, к старению и гибели клеток.

Генорегуляторные механизмы старения являются основой развития возрастной патологии — атеросклероза, рака, диабета, паркинсонизма, болезни Альцгеймера и т. д. Важное место в теории В. В. Фролькиса уделено старению нервной системы как одному из ведущих компонентов старения целостного организма. В частности, имеется большое количество данных, указывающих на уменьшение количества нервных клеток с возрастом.

Молекулярно-генетические гипотезы

Наибольшее внимание обычно привлекают молекулярно-генетические гипотезы, объясняющие процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором — как случайные. Таким образом, старение может являться запрограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

Если придерживаться первого мнения, то старение, по сути, становится, продолжением развития, в течение которого, в определенной, закрепленной в эволюции последовательности включаются и выключаются различные участки генома. Тогда при «растягивании» программы развития замедляется работа «биологических часов», задающих темп программе старения. Например, в опытах с ограничением питания в молодом возрасте (животные с «продленной жизнью») происходит замедление роста, а следовательно, и старения, хотя механизм далеко не так прост. Предполагается, что замедление роста и отодвигание полового созревания и достижения окончательных размеров тела приводит к увеличению продолжительности жизни. То есть, старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.

Теория свободных радикалов

Это молекулярная теория старения, имеющая наибольшее количество фактов, подтверждающих ее. Свободные радикалы — вещества, образующиеся в результате внутриклеточных химических реакций, молекулы, имеющие в своей структуре неспаренные электроны. Они являются активными и действуют на клетку как повреждающие факторы. Повреждающее действие свободных радикалов включает перекисное окисление липидов, повреждение белков и ДНК. Имеется большое количество доказательств увеличения с возрастом уровня повреждения липидов, белков и ДНК. В настоящее время имеются сомнения в том, что повреждения, вызываемые свободными радикалами, являются существенными в процессе старения, а их устранение перспективно в отношении увеличения продолжительности жизни. Остается неясным, являются ли повреждения свободными радикалами первичной причиной старения, либо это вторичный эффект некоторого другого, более общего явления.

Теория клеточного лимита Хейфлика

Эта теория создана проф. Л. Хейфликом в 1961г. Она основана на лабораторных экспериментах, подтвердивших, что число делений клеток человека ограничено пределом, названным в честь первооткрывателя пределом Хейфлика. Было выяснено, что клетки человека способны делиться до 50 раз, после чего деление прекращается (что соответствует распаду и гибели). Опыты проводились на культурах клеток с фибробластами, выделенными из эмбриональных тканей. Хейфлик и Мурхед работали с фибробластами, но аналогичные изменения, выражавшиеся в замедлении процессов деления клеточных культур с последующим прекращением деления при достижении уровня 50 делений, были выявлены и в других типах клеток — кератиноцитах, эпителиальных клетках, лимфатических клетках, хондроцитах и т. д. Кроме того, признаки старения культур клеток выявлены как в клетках, выделенных из эмбриональных такней, так и из тканей взрослого организма. Более того, результаты были воспроизведены на клетках, взятых из различных видов животных.

Конец ознакомительного фрагмента.