За последние годы ученые в значительной мере продвинулись в выяснении биологических основ старения. Основные молекулярные механизмы, включенные в процесс старения, уже раскрыты. Части мозаики начинают занимать свои места.
Теории старения
Современные теории старения разъясняют роль отдельных процессов, происходящих при старении организма. При этом геронтологи сходятся во мнении, что старение обусловлено комплексом причин.
Свободно-радикальная теория старения
Практически одновременно была выдвинута Дэнхеном Харманом (в 1956г.) и Николаем Эмануэлем (в 1958г.). Она объясняет не только механизм старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов: сердечно-сосудистых заболеваний, возрастной иммунодепрессии, дисфункции мозга, катаракты, рака и некоторых других:
В ходе жизнедеятельности каждой клетки через неё проходит огромное количество кислорода. Он используется для клеточного дыхания, дающего клетке энергию. Некоторая доля кислорода при этом превращается в активные формы, обладающие огромной реакционной способностью. Примерами таких веществ могут служить всем хорошо известные перекись водорода и озон. Эти два вещества, однако, относительно малоактивны и могут существовать долго. Другие радикалы кислорода несравненно агрессивней. В организме они живут лишь тысячные доли секунды. А потом вступают в реакцию с другими молекулами, повреждая их. Они атакуют белки, липиды клеточных мембран, ДНК. Накопление этих повреждений и является сутью старения.
В результате атак активных форм кислорода прежде всего повреждаются митохондрии - своеобразные энергетические станции внутри клетки. Они обеспечивают процесс клеточного дыхания, в результате которого выделяется энергия.
Подсчитано, что за 70 лет жизни человека организм производит около тонны радикалов кислорода. И только 2-5% вдыхаемого с воздухом кислорода превращается в его токсические радикалы. Подавляющее большинство из них нейтрализуется ферментами еще до того, как они успеют повредить те или иные компоненты клетки. Здоровый организм обладает собственной мощнейшей системой антиоксидантной защиты. Однако если эта система повреждается с возрастом или болезнью активные радикалы начинают играть все более заметную роль в процессе старения.
Современная фармакология располагает арсеналом антиоксидантов - препаратов, которые защищают организм от действия свободных радикалов.
подробнее
Теория "перекрестных сшивок"
Этот механизм старения немного похож на воздействие свободных радикалов. Только роль агрессивных веществ здесь играют сахара, в первую очередь - всегда присутствующая в организме глюкоза:
Сахара могут вступать в химическую реакцию с различными белками. При этом, естественно, функции этих белков страдают в той или иной мере. Но что гораздо хуже, молекулы сахаров, соединяясь с белками, обладают способностью "сшивать" молекулы белков между собой. Из-за этого клетки начинают хуже работать. В них накапливается клеточный мусор.
Одно из проявлений такой сшивки белков - потеря тканями эластичности. Внешне наиболее заметным оказывается появление на коже морщин. Гораздо больший вред приносит потеря эластичности кровеносных сосудов и лёгких.
В принципе, у клеток есть механизмы для разрушения подобных сшивок. Но этот процесс требует от организма очень больших энергозатрат.
Сегодня уже существуют лекарственные препараты, которые разбивают внутренние сшивки и превращают их в питательные вещества для клетки (ЭДТА, бета-аминопроприонитрил).
Все белки внутри наших клеток регулярно разрушаются и воссоздаются, что в целом поддерживает их в неповрежденном состоянии. Однако, некоторые из белков за пределами клеток образуются на ранних этапах жизни и потом не возобновляются. А некоторые другие возобновляются, но крайне медленно.
Эти белки-долгожители подвержены химическим реакциям во внеклеточном пространстве. К счастью, функция, которую выполняют такие белки, обычно весьма проста. Они обеспечивают тканям эластичность (стенки артерий), прозрачность (хрусталик) или высокую прочность на растягивание (связки). Поначалу случайные связи с другими молекулами почти не влияют на эти функции.
Однако со временем образуются перекрестные связи. Белки, которые могли свободно скользить друг относительно друга, сшиваются. В результате теряется эластичность тканей.
подробнее
Теория апоптоза
Один из крупнейших современных биохимиков, академик Владимир Скулачев выдвинул свою гипотезу старения, обновив теорию Августа Вейсмана о запрограммированной смерти: подробнее
Скулачев считает, что старение - это не столько накопление в организме поломок, ведущих к смерти, сколько запускаемая программа апоптоза (самоубийства клеток).
Старение, с точки зрения Скулачева, - результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается. Отмирающие функциональные клетки при этом заменяются соединительной тканью. По мнению ученого, старость - это болезнь, которую можно и нужно лечить, программу старения можно вывести из строя и тем самым выключить механизм, сокращающий жизнь.
Клетки "уходят в апоптоз" по многим причинам. Одна из основных - появление "бездомных" клеток. Клетки в организме "привязаны" к определенному органу и существуют только в соответствующем биохимическом окружении. И если вдруг какая-либо клетка случайно попадает в "чужой" орган или ткань, то она быстро "кончает жизнь самоубийством". Апоптирующая клетка отмирает очень аккуратно: она как бы сама себя разбирает на части, которые соседние клетки впоследствии используют в качестве строительного материала. Этим апоптоз отличается от травматической гибели клеток - некроза, когда разрывается клеточная мембрана и содержимое клетки выплескивается наружу. По мнению академика Скулачева, апоптоз нужен организму еще и для "дезинфекции". Клетка, зараженная вирусом, тоже получает биохимический сигнал о самоуничтожении.
Скулачев называет это "самурайским законом" биологии - лучше умереть, чем ошибиться. А на научном языке "самурайский закон" формулируется следующим образом: во всех живых системах, начиная с внутриклеточных органелл до организма, существует система самоликвидации.
подробнее
Теломерная теория старения
В 1961 году Леонард Хейфлик обнаружил замечательный эффект. Он экспериментально установил, что соматические (телесные) клетки могут делиться только ограниченное число раз. Как будто в клетках существует своего рода счетчик. Он фиксирует, сколько делений уже сделано. И не дает клетке делиться сверх определенного предела:
Хейфлик установил, что клетки соединительной ткани делятся примерно 50 плюс-минус 10 раз, после чего останавливаются.
Пойдя еще дальше, он взял клеточные культуры, которые были заморожены после того, как клетки разделились 25 раз. Оттаяв, эти клетки продолжили делиться, пока не достигли предела в 50 делений, а затем все же погибли.
Почему это происходит? Российский ученый Алексей Оловников в 1971 году предположил, что ограниченное количество делений клетки связано с механизмом удвоения ДНК. Он устроен так, что концевые участки (теломеры) хромосом с каждым делением укорачиваются. Поэтому после некоторого количества делений (около 50) клетка больше делиться не может.
Было также выяснено, что длина теломер хромосом зависит от возраста человека. Чем старше человек, тем средняя длина теломер меньше. Таким образом, при каждом делении клетки ее ДНК укорачивается, что служит "счетчиком" числа делений и, соответственно, продолжительности жизни.)
подробнее
Элевационная теория старения
По гипотезе отечественного геронтолога Дильмана, выдвинутой им в начале 1950-х годов, основным звеном развития организма (и последующего старения) является гипоталамус - "дирижер" эндокринной системы. Главная причина старения - это возрастное снижение чувствительности гипоталамуса к регуляторным сигналам, поступающим от нервной системы и желез внутренней секреции:
На протяжении 1960-80-х гг. с помощью экспериментальных исследований и клинических наблюдений было установлено, что именно этот процесс приводит к возрастным изменениям функции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, обеспечивающей необходимый уровень глюкокортикоидов - "гормонов стресса", и, в конечном итоге, к развитию состояния так называемого "гиперадаптоза". Гиперадаптоз - побочное явление адаптации организма к тем многочисленным стрессам, которые встречаются на его жизненном пути. В его основе лежит возрастное истощение запасов нейромедиаторов в нервных клетках одновременно с повышением содержания глюкокортикоидных гормонов.
По концепции Дильмана, старение и связанные с ним болезни - это побочный продукт реализации генетической программы развития организма. Эта модель открыла новые подходы к профилактике болезней, связанных с возрастом и являющихся основными причинами смерти человека: болезней сердца, злокачественных новообразований, инсультов, метаболической иммунодепрессии, атеросклероза, сахарного диабета пожилых и ожирения, психической депрессии, аутоиммунных и некоторых других заболеваний. Из нее следует, что развитие болезней и естественных старческих изменений можно затормозить, если стабилизировать состояние внутренней среды на уровне, достигаемом к окончанию развития организма.
подробнее
Факторы, способствующие старению
Организм и элементы, из которых он состоит, стареют по-разному и с различной скоростью. Некоторые люди проявляют относительное сопротивление процессу старения, отчасти обусловленное генетически. Встречаются семьи, в которых люди в большинстве своем заканчивают жизнь в очень позднем возрасте, без предварительного ухудшения состояния здоровья. И, напротив, другие стареют гораздо быстрее, и их жизнь прерывается преждевременно, может быть, по причине генетической предрасположенности к некоторым заболеваниям, но также, особенно, по причине образа жизни и индивидуального поведения, которое истощает запас здоровья.
Исследования показывают, что скорость физиологического истощения на треть может быть приписана наследственности и на две трети образу жизни. И если в настоящий момент сложно повлиять на факторы риска, связанными с наследственностью, то возможно изменить те факторы, которые возникают по причине поведения, пагубного для здоровья. Табак, чрезмерное употребление алкоголя, нехватка регулярных физических упражнений, вредные пищевые привычки (излишнее потребление сладостей, пищи, насыщенной животными жирами) ухудшают и значительно ускоряют разрушение организма. Таким образом, профилактика процесса старения начинается с контроля образа жизни.
Физиология старения
У здорового человека существует гармоничный баланс между активностью эндокринной системы, состоянием нервной системы и всех органов. Любое нарушение в каждом из этих звеньев быстро приводит к отклонениям от нормы.
Предвестники старения организма появляются уже после 20-ти лет: постепенно падает уровень гормонов эстрогена, тестостерона, снижается плотность костей, упругость кожи, а также устойчивость к стрессам. К 45-ти годам ухудшается работа мозга, страдает иммунитет, деятельность сердечно-сосудистой системы, а к 50-ти начинают наблюдаться проблемы с легкими и сексуальные расстройства. К 60-ти годам все чаще встречаются нервные расстройства и депрессии.
Очевидно, что 50 лет - это возраст, когда природные резервы организма уже исчерпаны, и процесс по сохранению здоровья нужно брать в свои руки.
Темп возрастных изменений выше у мужчин по сравнению с женщинами во все периоды жизни. Организм женщины примерно до 50 лет надежно защищен от многих заболеваний женскими гормонами эстрогенами. Однако в процессе старения продуцирование эстрогенов снижается, и в период их дефицита - постменопаузе - проявляются заболевания сердечно-сосудистой, эндокринной и костной систем. По статистике, это случается на 10 лет позже, чем у мужчин, но профилактикой избыточного веса, гормональных и сосудистых нарушений нужно заниматься после сорока, чтобы в будущем избежать грозных осложнений.
Мужчин также защищают их гормоны - андрогены, однако эта защита существенно уступает женской, и заболевания сердца и сосудов проявляются у мужчин уже после 40 лет. Поэтому забота о сердце и сосудах у мужчин выходит на первый план. С возрастом продолжает снижаться выработка полового мужского гормона тестостерона. Отмечено, что в 50 лет уровень тестостерона в крови мужчин снижается на 20%, а в 80 - до 50%. Это фон, на котором развиваются болезни простаты. Аденома простаты чаще всего появляется у мужчин после 50 лет. В этом возрасте она обнаруживается до 40% случаев. Дальше, по мере увеличения возраста, частота выявления заболеваний простаты существенно возрастает.
По мере того, как прогрессирует понимание процесса старения и открываются новые биохимические области, развиваются терапевтические стратегии, которые позволяют частично блокировать основные механизмы старения. Продукты, предназначенные для нейтрализации свободных радикалов, для замедления процесса гликации, для поддержания воспроизведения энергетических молекул и для содействия химическому взаимодействию между клетками (гормоны), являются теми фармакологическими средствами, которыми располагает медицина в настоящее время.
