Старение организма

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время вопросами предупреждения старения заняты многие ученые, которые выдвигают касаемо его различные научно обоснованные теории.

В данном реферате мы рассмотрим основные теории, которые пытаются дать ответ о том, что такое старение организма.

Итак, предметом нашего исследования являются теории о старении организма.

Объектом исследования является научная литература по указанной теме.

Используем библиографический метод исследования.

Рассмотрим актуальность данной темы.

Все дело в том, что механизм старения универсален. Этот процесс сложен и в связи с этим очень интересен, он требует пристального изучения. Проявления старения многообразны и затрагивают все уровни организации: от молекулярного до систем саморегуляции целостного организма. К числу его внешних манифестаций относятся: уменьшение роста (в среднем на 0,5--1 см за 5-летие после 60), изменение формы и состава тела, сглаживание контуров, усиление кифоза, эндоморфизация, перераспределение жирового компонента, снижение амплитуды движений грудной клетки, уменьшение размеров лица в связи с потерей зубов и редукцией альвеолярных отростков, увеличение объема мозговой части черепа, ширины носа и рта, увеличение губ, разнообразные изменения эктодермальных органов (уменьшение количества сальных желез, толщины эпидермиса и сосочкового слоя кожи, поседение) и др.

Особое значение имеют нарушения функционирования важнейших систем регуляции на уровне целостного организма, на клеточном и молекулярном уровнях.

Возрастные изменения ЦНС прослеживаются как в структурных (уменьшение массы мозга, величины и плотности нейронов, отложение липофусцина), так и в ее функциональных параметрах (падение работоспособности нервной клетки, изменения в ЭЭГ, снижение биоэлектрической активности); характерно, далее, уменьшение остроты зрения и силы аккомодационной способности глаза; снижение функции слухового анализатора, возможно так же вкусовой и некоторых видов кожной чувствительности. Уменьшается масса, изменяются другие морфометрические характеристики и снижается гормонообразование в ряде эндокринных желез, например, в щитовидной и половых. В целом обнаруживается, правда, с большими индивидуальными колебаниями, и тенденция к снижению основного обмена: к 100 годам его уровень составляет всего 50 % от уровня в 30 лет. Происходит замедление и уменьшение биосинтеза белка, повышение содержания жира в различных тканях и крови, изменяется соотношение липидных фракций, нарастает частота снижения толерантности к углеводам и инсулиновой обеспеченности организма. Значительные сдвиги наблюдаются в структурных и функциональных характеристиках и других важнейших системах организма, таких как пищеварительная, выделительная, сердечно-сосудистая, система крови, иммунологическая система. Обнаруживаются изменения на клеточном и молекулярном уровнях, а также в системе самого генетического аппарата (угасание функциональной активности клеток и генов, изменения проницаемости мембран, уменьшение уровня метилирования ДНК, повышение частоты хромосомных нарушений и др.)[11].

Далее рассмотрим более подробно теории старения организма.

1. Общий обзор теорий о старении организма

«Старение -- совокупность биологических процессов, происходящих в органах и системах тела в связи с возрастом, сокращающих возможности организма и повышающих вероятность смерти»[11, c. 68]

С начала 20 века было выдвинуто несколько теорий старения. По теории И.И. Мечникова [9] - старение - результат интоксикации организма продуктами обмена бактерий, обитающих в кишечном тракте, и продуктами азотистого обмена веществ самого организма (мочевая кислота). Чешский биолог В. Ружичка полагал, что в основе старения лежит процесс превращения золей в гели, процесс конденсации протоплазмы. Советские учёные В.В. Алпатов и О.К. Настюкова считали, что старение организма сводится к снижению активности ферментов. Исследования старения осуществляется в трёх основных направлениях: экспериментальном, клиническом и социальном. Исследователи используют клинические, биологические, биохимические, биофизические, физиологические и другие методы. Научные исследования в области социально-гигиенических аспектов геронтологии направлены на изучение причин преждевременного старения в зависимости от социальных условий, от образа жизни людей, на изыскание наиболее целесообразной организации труда людей старших возрастных групп, их питания, двигательной активности, на наиболее рациональные формы организации социальной и медицинской помощи.

Исследование старения в России началось в конце 19 века и связано с именами И.И. Мечникова, С.П. Боткина, И.П. Павлова, М.С. Мильмана, А.В. Нагорного, Н.Д. Стражеско, З.Г. Френкеля и др. В 1938 году по инициативе А.А. Богомольца в Киеве была созвана первая в мире конференция по проблеме старости и профилактике преждевременного старения. В 1958 году в СССР создан институт АМН СССР, организующий и координирующий все исследования по старению за рубежом.

2. Старение от «поперечных сшивок»

Юхан Бьёркстен [9] возглавляет некоммерческий Исследовательский центр в Мэдисоне (штат Висконсин), который он основал в 1952 г. для проведения герпетологических исследований. Бьёркстен начал свою деятельность в геронтологии весьма необычно. В начале 40-х годов он работал биохимиком в фирме «Дитто» (которая в те времена была самым крупным производителем пленки для процесса, предшествующего ксерокопированию) и занимался исследованиями целью которых было предотвратить порчу («старение») пленки. Основным ингредиентом пленки, помимо специальных химических добавок, без которых копирование невозможно, является желатин - студнеобразная взвесь белков в воде. Бьёркстен обратил внимание на сходство процессов старения желатина пленки и подобных ему белков в организме - хрящей и связок. Оба процесса связаны с реакциями в белках, приводящими к потере эластичности.

Бьёркстена заинтересовало следующее обстоятельство: скованность в мышцах и суставах пожилых людей очень напомнила ему процесс дубления, при котором белки в коже или желатине затвердевают под воздействием определенных химикатов. Бьёркстен знал, что при дублении между молекулами белков образуются своеобразные химические «мостики», которые носят название поперечных сшивок, и ему пришла в голову мысль о том, что старение человека может объясняться возникновением таких же "мостиков». В 1942 г. он выразил эту мысль следующим образом «Мне кажется, что старение живых организмов обусловлено случайным образованием «сшивания» мостиков между молекулами белков, которые репарирующие ферменты клетки уже не в состоянии разорвать. Продолжая работать над теорией сшивок, Бьёркстен Что имеется еще один тип сшивок - в молекулах ДНК. По мысли Бьёркстеда между двумя цепочками поперечные сшивки не могут быть разрушены нормальными репарационными системами клетки. Этот неустранимый «мостик» мешает синтезу РНК на ДНК, что в свою очередь нарушает процесс образования жизненно необходимых белков, которые должна производить РНК. Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК о процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток.

Образование сшивок в белках и ДНК может быть вызвано многими химическими веществами, которые обычно находятся в клетках в виде продуктов процесса обмена, или загрязнителями вроде свинца или компонентов табачного дыма. Разнообразие и количество веществ, вызывающих «сшивки» в нашем организме, так велико, утверждает Бьёркстен, что тут уже не спрашиваешь, достаточно ли этого, чтобы вызвать старение, а только удивляешься, почему старение протекает так медленно.

Доказательствами теории Бьёркстена занимался финский ученый Э. Хейккинен из Университета в Турку, который продемонстрировал прогрессирующее с возрастом накопление «сшивок» в коже крыс. Другие исследователи обнаружили подобные же возрастные накопления сшивок в артериях, хрящевой ткани и мышцах не только у крыс, но и у людей.

Но Бьёркстен не остановился на теоретических изысканиях. Много лет он занимался исследованиями, которые, по его замыслу, должны были найти практическое применение в борьбе со старением, вызванным «сшивками». Ряд экспериментов проводился на почвенных бактериях, которые обладают способностью расщеплять «сшитые» молекулы, так как обитают в среде, где основным источником их питания служат именно «сшитые» молекулы мертвых тканей, например опавших листьев. По мнению Бьёркстена, некоторые из этих бактерий синтезируют ферменты, которые позволяют им расщеплять такие «сшитые» молекулы на усваиваемые фрагменты. Пока ученому удилось выделить около 140 таких культур бактерий. Ему удалось также выделить ферменты из этих бактерий. и он обнаружил, что один из этих ферментов оказался особенно эффективным при разрушении «сшивок» в мертвой ткани тела человека. В опытах на живых мышах он показал, что фермент не токсичен, более того, мыши старели медленнее и жили несколько дольше, чем мыши, не получавшие фермента. Однако пока невозможно сделать какие-либо конкретные выводы на основании немногочисленных опытов на животных, целью которых была проверка на токсичность.

Вместе с тем не исключено, что потенциальные возможности ферментов, открытых Бьеркстеном. Могут заключаться не только в замедлении процесса старения или в омолаживающем эффекте. Их особенности позволяют надеяться, что они окажутся эффективными «растворителями» веществ, вызывающих атеросклероз. Атеросклероз - «затвердевание артерий» - главный убийца мужчин в США, ибо он является причиной инфарктов и инсультов. И хотя мы до сих пор многого не знаем об атеросклерозе, известно, что «затвердение» вызывается отложением на стенках артерий определенного сочетания жиров и белков, соединенных огромным количеством «сшивок». Если ферменты Бьёркстена и в самом деле смогут устранить атеросклероз, вполне возможно, что они добавят лет двадцать к средней продолжительности жизни человека, так как помогут предотвратить инфаркты и инсульты.

3. Теория Бернара

Человеческий и организм хорошо функционирует только в том случае, если все его части взаимодействуют четко и в должной последовательности На эту необходимость сложенного физиологического функционирования различных систем организма впервые обратил внимание еще в прошлом веке блестящий французский философ и физиолог Клод Бернар[9]. Исследования Бернара помогли нам понять, как протекает процесс пищеварения, каким образом углеводы запасаются в печени, чтобы использоваться затем и случае необходимости, и как работают мозг, сердца и плацента.

Бернар обратил внимание на то, что клетки тела омываются внеклеточной очной жидкостью, похожей на кровь, и что она доставляют питательные вещества и кислород из крови и клетки, а также уносит шлаки, в том числе двуокись углерода, из клеток в кровь. Бернар придавал большое значение сохранению этой жидкости в теле для нормального функционирования клеток; он назвал ее milieu interieur-внутренней средой организма. Он писал: «Неизменность внутренней среды организма есть непременное условие свободной и независимой жизни... Все жизненные механизмы тела, сколь бы разнообразны они ни были, служат одной-единственной цели: сохранению постоянства условий жизни во внутренней среде организма».

Вслед за Бернаром другие физиологи также начали сознавать, что для нормального функционирования организма необходима согласованная работа всех его частей. В самом начале нашего века Уолтер Кэннон, профессор физиологии Гарвардского университета, назвал способность организма регулировать функции и взаимодействие всех его частей гомеостазом (от греческих слов homoios - «подобный» и stasis-«неподвижность»). Кэннон подчеркнул, что гомеостаз так же необходим для организма в целом, как и, по мнению Бернара, для внеклеточной жидкости.

Согласно высказываниям советского ученого В.М. Дильмана[9], основным условием поддержания гомеостаза является «скоординированная деятельность двух главных регулирующих систем - эндокринной и нервной». Эндокринные железы - это органы, выделяющие в кровь гормоны: щитовидная железа, околощитовидные железы, яичники и яички, надпочечники, поджелудочная железа, тимус (вилочковая железа) и гипофиз. Гормонами называют химические вещества, регулирующие различные особенности обмена веществ на клеточном уровне и в организме в целом, а в некоторых случаях и выделение других гормонов. Эндокринные железы постоянно «надзирают» за внутренней средой организма, отмечая любое отклонение от нормы; при обнаружении таких отклонений они выделяют в кровь гормоны, которые нормализуют состояние. Например, поджелудочная железа выделяет инсулин в кровь после еды, когда сахар из перевариваемой пищи поступает в кровоток и его содержание в крови превышает норму. Инсулин позволяет клеткам тела использовать сахар для производства энергии и в то же время запасать избыточный сахар в виде жира.

Гипофиз - «главная железа организма» - выделяет множество гормонов, которые в свою очередь управляют выделением гормонов другими железами внутренней секреции. Но на самом деле главная железа - лишь «рабыня» гипоталамуса, которым являются подлинным центром регулирования гомеостаза тела. Гипоталамус, как и гипофиз, находится и головном мозге управляет многими нашими жизненно важными отправлениями, среди которых назовем сон, жажду, голод, половое влечение, менструальный цикл у женщин, водно-солевой баланс, температуру тела, кровяное давление и выделение гормонов.

Некоторые геронтологи, в том числе и Дильман, полагают, что многие изменения, появляющиеся в организме по мере старения человека, обусловлены постепенной утратой организмом способности сохранять гомеостаз посредством гормонального контроля и мозговой регуляции. Многие симптомы старения, судя по всему, объясняются потерей контроля за образованием гормонов, в результате чего их вырабатывается либо слишком много, либо слишком мало и регулирование жизненных процессов разбалансировывается. Климакс, например, обусловлен потерей гормона эстрогена, производимого яичниками. Это приводит к снижению способности к деторождению и снижению тонуса мышц, истечение и сухости кожи. В климактерический период возрастает количество холестерина и крови, а это значит, что после прекращения менструаций женщины подвергаются наравне с мужчинами опасности заболеваний сердца, которые связаны с тем, что отложения холестерина блокируют кровоснабжение сердца.

Д-р Калеб Финч из Геронтологического центра Андруса при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе относится к числу выдающихся исследователей роли нарушения гомеостаза при старении. Нарушение гомеостаз Финч объясняет не просто неправильным функционированием самих эндокринных желез, а нарушением контроля гипоталамуса над гипофизом, что в свою очередь приводит к потере контроля над деятельностью эндокринных желез. В подтверждение своей гипотезы он ссылается на эксперименты двух ученых Тайваньского университета, Мин Цуппена и Хай Хохуана. Последние показали, что яичники, пересаженные от старых крыс молодым, «омолаживались» до такой степени, что снова начинали выделят яйцеклетки. Более того, как продемонстрировали английские ученые, молодые самки крыс оказывались оплодотворенным и даже в том случае, если им пересаживали яичники от старых, стерильных самок, причем потомство было нормальным во всех отношениях. А это значит, по мнению Финча, что яичники и другие эндокринные железы управляются гипоталамусом и нарушение эндокринного гомеостаза происходит не в эндокринных железах, а в гипоталамусе.

4. Аутоиммунное старение

Иммунная система тесно связана с адаптацией, приспособлением организма к стрессу, вызываемому изменениями окружающей среды. Здоровая иммунная система защищает организм от вторжения вирусов, бактерий, грибков и многих других чужеродных субстанций. При старении ее функция снижена, она теряет свою эффективность в выполнении ряда специфических задач. С этим связано повышение восприимчивости организма к ряду заболеваний, особенно к так называемым аутоиммунным болезням, в основе которых потеря способности организма отличать «свои» белки от «чужих». У пожилых людей процент различных аутоантител, вырабатывающихся против собственных белков, значительно повышен. В период от 40 до 80 лет он может увеличиться в 6-8 раз. Все это ведет к саморазрушению и старению организма, его «иммунологическому разоружению». Критика этой гипотезы сводится к тому, что в этом случае речь идёт не о первичных изменениях. Поскольку сама иммунная система очень сложна, а ее регуляция не вполне выяснена, попытки ее «омоложения» еще не вполне подготовлены: «взбодрение» общей иммунной реакции может усилить аутоиммунные процессы.

Иммунная система организма защищает его от различных болезнен, в том числе от рака. Как мы уже отмечали, главными компонентами иммунной системы являются белые клетки крови двух типов: В и Т. В-клетки специализированы для борьбы с бактериями, вирусами и раковыми клетками: они выделяют белки, называемые антителами, которые прикрепляются к болезнетворным организмам и способствуют их разрушению. Т-клетки в первую очередь атакуют и разрушают чужеродные тела, например раковые клетки и трансплантаты.

Д-р Рой Уолфорд [9] из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предполагает, что клетки обоих типов с возрастом начинают функционировать все хуже. Заболеваемость раком потому и учащается в старости, что В- и Т-клетки более не способны активно атаковать раковые клетки. Другая причина заключается в том, что по мере старения организма В- и Т-клетки начинают вести себя ненормально, нападая не только на раковые, но и на нормальные, здоровые клетки. Такое разрушение тела его собственной защитной системой получило название аутоиммунитета. «Старение - это... аутоиммунный процесс»,- утверждает Уолфорд и приводит в пример целый ряд атоиммунных болезней, которые сопровождаются симптомами старения: ревматизм, повреждающий сердечные клапаны; гломерулонефрет разрушающий почки; ревматический полиартрит, приводящий к постепенному разрушению суставов. По словам д-ра Патриции Мередит, коллеги Уолфорда, «нормальный процесс старения у человека может быть аналогичен некоему аутоиммунитету, затрагивающему все ткани тела».

Доктор Уильям Адлер [9] из Национального института гериатрии штата Мэриленд, касаясь «интригующей гипотезы о возможной связи между функциями иммунном системы и явлениями старения», говорит, что имеются данные о снижении с возрастом производства антител и функции Т-клеток в человеческом организме.

Ученые пытаются найти способы «омолаживания» Иммунной системы, чтобы предотвратить аутоиммунное старение. В 1969 г. Такаши Макинодиан, коллега Адлера по институту гериатрии, продемонстрировал, что удаление селезенки у старых мышей почти удвоило продолжительность их жизни. Алекс Комфорт назвал это самым значительным из всех известных сроков продления жизни.

Селезенка - орган, который в случае повреждения легко удаляется без видимых вредных для организма последствий расположена под левым легким рядом с желудком. Она служит хранилищем красных клеток крови: в экстренных случаях, когда происходит большая потеря крови, селезенка высвобождает для кровообращения свои запасы. В селезенке также хранятся Т-клетки; вот почему по мере того, как тимус теряет способность производить новые Т-клетки, в организме все же остается достаточное их количество.

Это обстоятельство позволило Макинодиану предположить, что, будучи депо Т-клеток, селезенка у состарившихся животных (и людей) содержит избыточное количество дефектных Т-клеток и это приводит к аутоиммунному старению, поэтому удаление селезенки у старых животных способно продлить им жизнь. Вводя клетки селезенки от старых мышей более молодым, ученый показал, что экспериментальные мыши меньше живут. Из этого он сделал вывод: селезенка хотя бы отчасти «виновна» в старении и смерти и ее удаление «значительно повышает вероятную продолжительность жизни».

Однако, предупреждает ученый, удаление селезенки само по себе не будет полностью эффективным Средством продления жизни, ибо в этом органе находится множество функционирующих Т-клеток, необходимых организму для борьбы с болезнями и раковыми клетками. Согласно Макинодиану, после удаления селезенки больному следует ввести Т-клетки из его собственного организма (взятые в молодости и замороженные) или от более молодого донора, клетки которого совместимы с клетками реципиента. Получение Т-клеток от молодого организма вполне возможно, так как тимус и селезенка быстро восполняют их недостачу. Макинодиан проводил предварительные исследования такого «омолаживания Т-клетками», вводя клетки от молодых крыс старым. Последние оказались более устойчивыми к болезням, чем контрольные старые крысы. Из этого ученый сделал следующий вывод: если сначала удалить селезенку, а затем вводить в старый организм молодые функционирующие Т-клетки, то «введение молодых Т-клетой может открыть возможность значительного продления жизни».

Аутоиммунное старение может также быть замедлено или обращено вспять тимозином - гормоном, выделяемым вилочковой железой (тимусом). Этот гормон обнаружил в 1965 г. Аллан Голдстейн [9] из Медицинской школы Техасского университета в Галвестоне. По предположению ученого, тимозин поддерживает функционирование Т-клеток. Голдстейн также знал, что существует особый тип Т-клеток, клетки-помощники, которые каким-то образом помогают В-клеткам синтезировать антитела. Следовательно, поддерживая активность клеток-помощников, тимозин будет так же способствовать сохранению функций В-клеток, как и Т-клеток. Тимозин обнаруживается в тимусе многих животных, в том числе мышей, кроликов и коров, а также человека, но Голдстейн предпочитает пользоваться тимозином коров, так как он активен и в организме человека. Коровий инсулин, применяемый для лечения диабета у людей, уже спас тысячи жизней со времени его открытия в 1921 г.; кто знает, быть может, коровий тимозин поможет нам справиться с аутоиммунным старением.

Голдстейн показал, что с возрастом количество тимозина у человека уменьшается. Это позволило ему утверждать, что именно недостатком тимозина объясняются более частые случаи заболевания раком среди пожилых людей, а также увеличение числа аутоиммунных заболеваний, которые Уолфорд считает причиной старения. Таким образом, мы получили убедительные доказательства того, что недостаток тимозина, по крайней мере, отчасти, является причиной аутопммунных заболеваний и даже дегенеративных изменений в преклонном возрасте. Голдстейн уже показал, что тимозин эффективен в борьбе с определенными видами рака. Дальнейшие исследования покажут, насколько он сможет замедлить или предотвратить процесс старения.

5. Теория Бойко

Размышляя о биологических процессах и изучая массу научной литературы, Бойко [3] пришел к выводу, что старение млекопитающих отличается от всех остальных.

"У млекопитающих максимальная продолжительность жизни варьирует от трех лет у мыши до 211 лет у гренландского кита. Однако старение с изумительно сходной патофизиологией наблюдается у всех млекопитающих, и его протекание мало чем отличается среди их видов. Артрит, изменение гормонального статуса, менопауза, остеопороз, сосудистые нарушения, стирание зубов, поседение и облысение, катаракта, накопление межклеточного коллагена, увеличение количества липофусцина в клетках встречаются у всех изученных видов млекопитающих".

И он выдвинул гипотезу: особенность в том, что в нашем мозге практически не образуется новых нейронов: "Наш мозг превращается в предмет одноразового использования, а заодно и организм в целом".

В общем, механизм старения и программируемой смерти, по версии Алексея Бойко, сводится к расхожей поговорке: "Нервные клетки не восстанавливаются". Впрочем, сам автор выражается более научно: "Трансформация клеток радиальной глии в звездчатые астроциты в постнатальный период развития".

Когда мы находимся в утробе матери, наш мозг активно формируется. Эмбриональные клетки превращаются в нейроны. Добраться до места назначения им помогают специализированные клетки, именуемые радиальной глией. Они служат нейронам чем-то вроде лестницы, по которой они карабкаются, добираясь до надлежащего им места в мозгу. Но, увы, вскоре после нашего рождения эта радиальная глия начинает превращаться в совсем другие клетки - астроциты.

Это особенность млекопитающих. Вот у костистых рыб, к примеру, за двадцать часов может вырасти 2 процента новых нервных клеток, причем часть из них может добираться практически до любых участков мозга. Именно поэтому рыба или птица могут прожить намного дольше, чем крыса или заяц такого же размера и веса.

Ни у человека, ни у его ближайших сородичей мозг почти не восстанавливается. Конечно, в каком-то количестве новые нервные клетки образуются. Но это происходит лишь в некоторых участках мозга, и оттуда нейроны могут встроиться тоже в строго определенные места. Причем участки, где могут появиться новые нервные клетки, относятся к самым древним зонам мозга, которые роднят нас с динозаврами и прочими доисторическими тварями.

По мнению Бойко, именно невозможность регенерации мозга является одним из главных факторов, которые запускают программу старения и смерти млекопитающих: "В результате необратимых патологических изменений в нейронах (и особо в гормонсинтезирующих) начинает неуклонно и неблагоприятно изменяться уровень гомеостаза, что наносит ущерб системам жизнеобеспечения организма млекопитающих, посредством чего прерывается течение его жизни".

6. Теория Мечникова

Одну из первых, достаточно обоснованных экспериментально научных теорий выдвинул на рубеже XIX и XX веков И.И. Мечников[7]. Одной из основных причин старения он считал отравление организма особыми ядами-токсинами, продуктами гнилостного распада, происходящего в кишечнике. Токсины, всасываясь в кровь, вызывают отравление организма. Хроническая интоксикация способствует старению. Ученый предложил вводить в организм молочнокислые бактерии, ослабляющие гнилостные процессы в толстом кишечнике.

Экспериментальные и клинические наблюдения, проведенные самим И.И. Мечниковым и его учениками на существовавшем в то время научном уровне, подтвердили многие положения этой теории, утверждавшей, в частности, и вредность воздействия на организм ядов, поступающих извне: алкоголя, никотина, солей тяжелых металлов и др.

Дальнейшие исследования, проведенные уже в 20-30-е годы прошлого столетия, показали, что роль кишечной микрофлоры как главного фактора в развитии процессов старения была несколько преувеличена. Но, не смотря на это, труды И.И. Мечникова явились мощным стимулом к дальнейшему изучению этой проблемы.

Сегодня у медиков нет сомнения в том, что токсические вещества, вызывающие загрязнение окружающей среды и попадающие в пищевые продукты, воду, воздух, а затем внутрь организма, могут вызывать преждевременное старение. Так же актуальна и теория выдвинутая Мечниковым о самоотравлении организма.

Повреждение генетического аппарата клетки под действием химических и физических факторов

Генетический аппарат клетки (ДНК) - самая хрупкая и самая уязвимая ее часть. Не зря ДНК «запрятана» в ядро клетки, да еще и заключена в оболочку хромосом.

Мы находимся в окружении огромного количества химических и физических агентов, повреждающих ДНК, от которых не можем себя оградить. Выхлопные газы, нитраты, нитриты, пестициды и гербициды - вот далеко не полный перечень химических веществ, которые постоянно попадают в наш организм извне и повреждают генетический аппарат. Мало того, сам организм наш вырабатывает большое количество токсичных соединений, способных оказать повреждающее воздействие. Свободные радикалы, продукты азотистого обмена, продукты интоксикации из кишечника - вот далеко не полный перечень того, что повреждает наш наследственный аппарат.

Физических повреждающих агентов ничуть не меньше, чем химических: электромагнитные поля, радиоактивное облучение, рентгеновские лучи, положительные аэроионы, высокие температуры - вот далеко не полный перечень физических повреждающих факторов. Даже нормальная температура человеческого тела - 36,6°С, температура наиболее оптимальная для протекания всех биохимических реакций в организме оказывает повреждающее воздействие на белковые молекулы, и, в первую очередь, на ДНК, как на самую нежную структуру. Не зря в процессе эволюции половые железы мужчин были выведены из брюшной полости наружу. Температура яичек у мужчин на 2-3° ниже температуры в брюшной полости. Более низкая температура в половых железах помогает уменьшить повреждение воздействия тепла на ДНК половых клеток.

Женские половые клетки (в яичниках) помещаются в брюшной полости. Поэтому с возрастом в женских половых клетках накапливается намного больше повреждений ДНК, чем в мужских. Отсюда можно уже сделать вывод, что для здорового потомства возраст матери имеет намного большее значением, чем возраст отца.

Повреждение ДНК под действием химических и физических агентов не является, однако, совсем уж фатальным. В процессе эволюции возникли и закрепились процессы репарации (восстановления) поврежденной ДНК. 98% всех повреждений ДНК устраняется самой же клеткой. Существуют специальные ферменты, «вырезающие» из ДНК поврежденный участок. Затем на месте вырезанного участка с помощью других ферментов выстраивается новый, аналогичный удаленному. Поврежденная же часть ДНК выводится из организма.

Если процесс репарации не закончен до того, как клетке вступает в фазу деления, то во время деления она может погибнуть, т.к. одноцепотчатая структура разделившейся молекулы ДНК имеет пустой участок и в этом месте удвоение молекулы ДНК произойти не может. Как видим, ДНК сама себя «ремонтирует». Процесс этого текущего ремонта, как, впрочем, и любой другой процесс находится под контролем соответствующих генов. С возрастом, по мере исчерпания генетического потенциала клеток, таких репарирующих (восстанавливающих) генов становится все меньше и меньше. Процесс репарации ДНК, таким образом, постепенно затухает и это вносит свой вклад в старение и гибель клетки. Исследованные долгожителя помимо всего прочего отличаются высокой способностью ДНК к репарации после различных повреждений. Пионерами теории спонтанного повреждения ДНК были американские ученые Мэррат (теория накопления ошибок) и Бьеркстен (теория поперечных ошибок спиральных сшивок спиральных нитей). В нашей стране классические труды, посвященные повреждениям и репарации ДНК, были написаны Фролькисом В.В.[9]

7. Теория Скулачева

Директор российского Института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского академик Владимир Скулачев [10] убежден в том, что старение - запрограммированный механизм. Истоки этой убежденности академик находит у Альфреда Рассела Уоллеса, известного тем, что он сформулировал одновременно с Дарвином идею естественного отбора. По мнению Уоллеса, родители становятся помехой для потомства в конкуренции за пищу, и естественный отбор дает преимущество тем расам, представители которых умирают сразу после произведения потомства. В конце XIX века эту мысль развил известный биолог Август Вейсман: «Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, но как нечто приобретенное вторично в качестве адаптации. Я полагаю, что жизнь имеет фиксированную продолжительность не потому, что по природе своей не может быть неограниченной, а потому, что неограниченное существование индивидуумов было бы роскошью без какой-либо проистекающей из нее выгоды. Изношенные индивидуумы не только бесполезны для вида, но даже вредны, поскольку они занимают место тех, кто здоров». Идеи Вейсмана подвергли остракизму. Оппоненты утверждали, что эволюция не могла создать подобного механизма, и один из аргументов - в природе подавляющее большинство организмов погибает до того, как окончательно состарится. Однако позже выяснилось, что старение начинается не с седины и болей в суставах, а задолго до того, как оно может стать непосредственным поводом для смерти. «Есть доказательства, что человеческий организм начинает стареть очень рано, - говорит Владимир Скулачев. - По одной версии - после окончания роста, примерно лет в двадцать, по другой - по окончании полового созревания, лет в двенадцать». По словам Скулачева, есть еще немало предположений, зачем могли бы понадобиться природе запрограммированные смерть и старение. Бессмертие или слишком долгая жизнь могли бы означать более медленную смену поколений и в связи с этим - уменьшение вероятности возникновения новых признаков в потомстве, что вовсе не на руку эволюции. У некоторых видов смерть действительно наступает сразу после полового размножения. Так, сразу после откладывания яиц погибает самка осьминога. Бамбук живет лет пятнадцать, пока размножается вегетативно, но после созревания семян сразу погибает. И это подтверждает мысль о заложенной программе самоликвидации. Ядовитый кислород может привести к самоубийству клетки. По мнению академика, природе нужен был такой механизм и для того, чтобы защищать геном от повреждений. Вероятность появления повреждений тем выше, чем сложнее организм и чем он старше. Не раз учеными было показано, что даже небольшое количество особей с мутациями через несколько поколений могло привести к гибели популяции, поэтому природа могла предусмотреть такую жесткую очистку от уродцев популяции ради своего спасения. Ведь действует же подобный механизм в отдельных клетках! Впервые гипотеза о том, что в геноме может быть заложен механизм запрограммированной смерти на клеточном уровне, была доказана в 1972 году. Об этом написали в своей работе Дж. Керр, А. Уилье и А. Курье. Феномен был назван апоптозом. В 2002 году С. Бреннеру, Г. Хорвицу и Дж. Салстону [10] была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за работу по идентификации генов программы апоптоза у червя-нематоды. Ученые выяснили, что эти гены кодируют белки, запускающие сложный каскад реакций, в результате чего клетка буквально распадается на мелкие кусочки. Эти кусочки используются в качестве строительного материала другими клетками. Апоптоз запускается для того, чтобы «убрать» лишние, неправильные или больные клетки, в том числе и раковые. Апоптоз может распространяться на ткани и органы, когда от одной клетки сигнал к самоубийству идет соседним клеткам. Это происходит во время сепсиса, а также инфаркта. Апоптоз используется и для уничтожения целых органов в процессе индивидуального развития организма: так исчезает хвост у головастика. Если есть клеточный апоптоз и апоптоз органов, так почему же не быть апоптозу всего организма? Впрочем, для начала академик Скулачев изучил апоптоз на внутриклеточном уровне. К примеру, самоликвидации подвергаются митохондрии (органеллы, окисляющие питательные вещества кислородом и высвобождающие энергию в виде АТФ). Изучив этот процесс, Скулачев назвал его митоптозом. По его мнению, митоптоз может наступать, если в митохондриях образуется слишком много так называемых активных форм кислорода - оксидантов, весьма токсичных для организма. В организме есть своя антиоксидантная защита, но в какой-то момент вредоносного активного кислорода становится все больше, а антиоксидантов все меньше. Под воздействием большого количества АФК у митохондрий открываются «поры», при этом между мембранами исчезает разность потенциалов, что делает невозможным проникновение в митохондрию нужных для нее веществ. И митохондрия принимает решение о самоубийстве, причем из альтруистических соображений - чтобы спасти геном клетки от атаки активными формами кислорода. Но иногда концентрация погибших митохондрий слишком велика. И тогда из них внутрь клетки попадает слишком много разных белков, часть из которых вызывает апоптоз целой клетки. Если в организме клеток гибнет больше, чем рождается, это и означает старение. «Мышцы не потому слабеют, что у них постарели клетки, - говорит Скулачев, - просто их становится все меньше». Если гипотеза верна и старение - это программа со своим механизмом, то его можно остановить, ведь научились же ученые останавливать механизм самоубийства клеток (пресекая каскад реакций ингибитором одного из важных для этого процесса белков). И если механизм старения работает с помощью ядовитого активного кислорода, то можно придумать вещество, которое бы нейтрализовало этот яд. До Скулачева подобное вещество лет пять-шесть назад предложил Майкл Мерфи из Кембриджа. Однако и здесь без Скулачева не обошлось. Еще в 1969 году он вместе с Ефимом Либерманом открыл, что некоторые искусственные катионы (положительно заряженные ионы) легко проникают сквозь мембрану не только клетки, но и митохондрии. Причем в последнюю гораздо резвее, потому что в митохондриях электрическая разность потенциалов в три раза выше, чем в клетке, а это способствует тому, что положительно заряженные ионы легко втягиваются именно туда. А значит, к этим катионам, как к электровозам, можно прицепить вагончик (к примеру, антиоксидант). Важна именно такая конструкция - катион плюс антиоксидант, иначе проблему можно было бы решить поглощением большого количества природных антиоксидантов типа витамина Е. Но, оказывается, организм стремится к балансу: как только в нем появляется много лишнего витамина, активируется фермент, убирающий лишнее. А антиоксидант с катионом избегает ферментовуборщиков, поскольку стремительно втягивается в митохондрии, а там этих ферментов нет. Мерфи первым использовал этот принцип (опубликованный С. Севериным, В. Скулачевым и Л. Ягужинским еще в 1970 году) и подсоединил к «электровозу» известный антиоксидант коэнзим Q. Коэнзим Q способен придавать свободному радикалу (ядовитому кислороду) лишний электрон и таким образом восстанавливать его до безвредного кислорода. «После опытов Мерфи я тоже вернулся к этой конструкции, которая могла помочь в решении моей задачи», - продолжает Скулачев. Был и еще один стимул вплотную заняться проверкой гипотезы. Примерно одновременно с опытами Мерфи немецкие и французские ученые сделали открытие, которое очень вдохновило Скулачева. Немцы с французами выяснили, что замена лишь одной буквы в геноме гриба-подоспоры вызывает любопытнейшие последствия. Измененный ген перестает кодировать белок, участвующий в клеточном дыхании. Казалось бы, гриб должен умереть. Но оказалось, что у гриба есть запасной механизм. Включается другой ген, который кодирует еще один белок, участвующий в клеточном дыхании, но при этом гриб начинает жить по-другому: процесс образования энергии замедляется, гриб переходит с полового на вегетативное размножение, но самое поразительное - он перестает стареть! Гриб подоспора обычно живет двадцать пять дней, а с измененным геном живет уже несколько лет и не имеет никаких признаков старения, он все растет и растет. «И что знаменательно для меня, - продолжает Скулачев, - при включении запасного механизма клеточного дыхания практически не образуется ядовитых форм кислорода». Налицо явное влияние активных форм кислорода на старение.

Заключение

Процесс старения внутренне противоречив, так как в ходе его возникает не только дезинтеграция, деградация, но и мобилизуются важные приспособительные механизмы, т.е. развертываются компенсаторно-старческие процессы -- витаукт, по Фролькису (от лат. vita -- жизнь, auctum -- увеличивать). Так, снижение уровня секреции некоторых гормонов компенсируется повышением чувствительности клеток к их действию; в условиях гибели одних клеточных элементов другие начинают выполнять повышенную функцию. Особенно проявляют себя такие компенсаторные процессы в характеристиках интеллекта, социальной и психологической сферах.

Как и процессы роста и развития, старение протекает гетерохронно. Геронтологами отмечено, что атрофия ключевого органа иммунологической защиты организма -- тимуса -- начинается в 13--15 лет, а гонад у женщин -- в 48--52 года. В костной системе отдельные сдвиги могут проявляться очень рано, но развиваться медленно, тогда как в некоторых структурах ЦНС они долго не улавливаются, но впоследствии развиваются очень быстро. Таким образом, единичные проявления старческой инволюции наблюдаются уже на 3-м и даже 2-м десятилетии жизни. Нужно, следовательно, разграничивать старение как длительный гетерохронный процесс и старость как его заключительную фазу, характер и время наступления которой определяется темпами и интенсивностью физиологического старения, зависящими в свою очередь от многих причин.

Определение биологического возраста при старении необходимо для решения социально-гигиенических, клинических, экспериментально-геронтологических задач, при оценке эффективности мероприятий по продлению активного долголетия. Однако, в отличие от периода развития, для которого существует четкий эталон дефинитивного статуса -- состояния по завершении полового созревания, в периоде старения нельзя выделить однозначный эталон старости. Предлагается принять за точку отсчета состояние организма в период 20--25 лет как оптимальную норму; при этом отрицается существование четкой грани между проявлениями старения и возрастной патологией.

Согласно другой точке зрения В.В. Фролькиса [11], не существует «идеальной нормы» для всех возрастов; каждый этап развития, в том числе и нисходящий, должен характеризоваться собственной возрастной нормой.

Старение и длительность жизни зависят от воздействия многих экзо- и эндогенных факторов. У человека, как и любого другого вида, продолжительность жизни имеет свои характерные пределы. При межвидовых сопоставлениях оказались положительно связанными с продолжительностью жизни: масса тела и мозга, коэффициент церебрализации, поверхность коры мозга, масса надпочечников, возраст полового созревания, длительность зрелого периода, а отрицательно -- метаболизм, частота хромосомных аберраций, содержание свободных радикалов в тканях, скорость перекисного окисления липидов и др.

Таким образом, как отмечено у Гаврилова [11], существует прямая связь видовой продолжительности жизни с мощностью систем жизнеобеспечения и обратная с массивом повреждающих факторов.

геронтология генетический организм клетка

Размещено на Allbest.ru