Физиологические механизмы старения

Даже если бы клетки организма человека обладали способностью бесконечного деления, это не гарантировало бы вечную молодость всему организму. Поскольку залогом здоровья организма является не только состояние отдельных клеток, но и качество их взаимодействия. Именно оно приводит к появлению с возрастом таких изменений физиологического характера, как снижение веса мозга и доли воды в нем, ухудшение сосудистой циркуляции и утрата значительного количества нейронов а также многих других.

Изучение возрастной динамики в деятельности сердечно-сосудистой, иммунной, нейроэндокринной и центральной нервной систем организма человека позволили развить многие теоретические подходы к старости и старению.

Одной из первых, во второй половине XIX века, появилась эндокринная теория старения. Ее отправной точкой послужили данные французского эндокринолога С. Броун-Секара об омолаживающем действии вытяжек из семенных желез. Соответственно, процессу угасания деятельности эндокринных желез отводилась главенствующая роль в процессе старения

Позже, в 20-х годах XX в., омолаживающий эффект процедуры пересадки старым животным семенников молодых животных отметил австрийский геронтолог Штейнах. Далее французский хирург С. А. Воронов, проведя ряд операций по пересадке старым людям половых желез животных, утверждал, что у этих пациентов исчезала дряхлость, возвращались утраченные половые функции, увеличивалась работоспособность. Однако «омоложение» носило временный характер и не замедлило закономерный ход процесса старения.

Нейрогенную теорию старости выдвинул выдающийся русский физиолог И. П. Павлов и его сотрудница М. К. Петрова. Согласно этой теории, получившей широкую известность в 1930-х годах, основную роль в процессах старения играет состояние нервной системы организма 1. Анализируя итоги своих многолетних опытов, М. К. Петрова писала: «Мы могли наблюдать на своих собаках как физиологическую нормальную, так и патологическую старость. Наши экспериментальные данные говорят о том, что в процессе старения организма начальную и ведущую роль играет центральная нервная система, главным образом, кора головного мозга и связанные с ней другие системы... Она есть ведущее звено...»[1] .

Самое пристальное внимание медиков, биологов, биохимиков привлекают изменения сердечно-сосудистой системы - источника «главных» болезней в старости, на долю которых приходится наибольшее количество смертей. Ведь эффективное функционирование всех без исключения жизненно важных органов возможно только при их полноценном кровоснабжении. Однако по мере старения эластичность кровеносных сосудов снижается. Вследствие этого может возникнуть нарушение функционирования сердца из-за изменения сопротивления току вытекающей из него крови.

Отсюда возникло предположение, что старение развивается в результате уменьшения кровенаполнения основных органов, которое часто усугубляется развитием атеросклероза. Подобные признаки старения наблюдаются даже у особей низших видов, у которых нет кровеносных сосудов: например, у дрозофил, коловраток и нематод. Это доказывает: атеросклероз у человека совсем не обязательно развивается в старости - симптомы изменений сосудов у некоторых индивидов появляются уже вскоре после достижения ими половой зрелости.

Изучение возрастных особенностей развития эндокринной системы позволило установить, что уже к возрасту 20 лет половина функционирующей ткани тимуса (вилочковой железы) замещается жировой тканью, а к возрасту 50-60 лет инволюция тимуса завершается. Это приводит к истощению иммунной системы, снижению чувствительности гипоталамуса к гомеостатическим сигналам и, в конечном счете, к гормональной разбалансировке.

Основываясь на этих данных, отечественный ученый В.М. Диль-ман в 1950-х годах выдвинул элевационную (онтогенетическую) теорию старения (от лат. elevatio - подъем, в переносном смысле -

развитие) *. Согласно этой теории, механизм старения начинает свою работу с постоянного возрастания порога чувствительности гипоталамуса к уровню гормонов в крови, что приводит к увеличению концентрации циркулирующих гормонов и возникновению различных форм патологий, в том числе характерных для старческого возраста - таких, как ожирение, диабет, атеросклероз, канкриофилия, депрессия, метаболическая иммунодепрессия, гипертония, гиперадаптоз, аутоиммунные заболевания и климакс.

Иначе говоря, в элевационной теории старение и связанные с ним болезни - это явления не запрограммированные, а возникающие, как побочные продукты реализации генетической программы онтогенеза. Именно присущая генетической программе закономерность запускает «большие биологические часы» (В.М. Дильман назвал их «гипоталамические часы»), которые отсчитывают отпущенное организму время жизни от рождения до смерти и в определенный момент запускают деструктивные (инволюционные) процессы в организме, которые принято называть старением.

Из онтогенетической модели старения вытекают новые подходы к профилактике преждевременного старения и болезней, связанных с возрастом. Поскольку стабилизацией состояния гомеостаза на уровне, достигаемом к окончанию развития организма, можно затормозить развитие старческих изменений и, тем самым, увеличить видовые пределы жизни человека.

Отметим, что за годы, прошедшие после первой публикации теории В.М. Дильмана, было получено немало экспериментальных доказательств того, что возникновение основных патологий в организме с возрастом является результатом общей программы развития, захватывающей одновременно все основные системы организма.

Изучение динамики изменений в иммунной системе позволило установить, что своей максимальной величины иммунитет у человека достигает в подростковом возрасте. Затем способность иммунной системы вырабатывать антитела снижается. Одной из причин этого снижения являются изменения тимуса (его инволюции с последующей атрофией), которые, как правило, возникают вслед за достижением организмом половой зрелости. Кроме того, с возрастом усиливается аутоиммунный феномен, который приводит к учащению хронических аутоиммунных болезней и рассматривается как характерный признак старения.

Контролирует и координирует функции иммунной системы главный комплекс гистосовместимости (ГКГ) - группа генов и кодируемых ими антигенов клеточной поверхности, которые играют важнейшую роль в распознавании чужеродного клеточного материла и развитии собственного иммунного ответа. У человека главный комплекс гистосовместимости исторически называется человеческий лейкоцитарный антиген

Некоторые исследователи полагают, что снижение функций ГКГ и есть центральное звено в процессах старения. Существенное влияние ГКГ на продолжительность жизни было установлено в экспериментах на мышах. Аргументом, свидетельствующим не в пользу решающей роли иммунной системы в старении организма, является тот факт, что старению подвержены и организмы тех млекопитающих, у которых развитая иммунная система отсутствует.

На основе результатов изучения возрастной редукции иммунной системы и корреляции этого процесса с возрастными изменениями организма в целом, была сформулирована иммунологическая теория старения. Впервые основополагающие концепции иммунологической теории были сформулированы австралийским физиологом Фрэнком Бернетом в 1950-х годах. Затем теория получила развитие в трудах многих ученых: Р. Уолфорда, У. Адлера, В. И. Иоффе, В.М. Анисимова и других.

Согласно иммунологической теории старения, с возрастом ослабевает активность иммунологического аппарата по отсеиванию собственных стареющих и поврежденных клеток[2] . Их количество вследствие этого возрастает, что приводит к нарушениям и ослаблению деятельности различных систем организма.

Поскольку на иммунную систему в значительной степени влияют гормоны, изменения иммунных функций с возрастом лишь отражают первичные сдвиги в эндокринной системе, регулирующей иммунитет. Можно полагать, что усиление аутоиммунных процессов с возрастом хотя бы в некоторой степени обусловлено старением мембран клеток-мишеней, которые в результате этого механизмы иммунной системы принимают за чужеродные.

Очевидность того, что функции иммунной системы тесно связаны со многими проявлениями старения, тем не менее, не может дать однозначного ответа на вопрос «Является ли эта корреляция первичной или вторичной по отношению к основным возрастным изменениям

нейроэндокринных контролирующих механизмов?» Эта проблема требует дальнейших исследований.

Аутоиммунная теория старения утверждает, что старение обуславливается уменьшением способности иммунной системы человека к борьбе с инфекциями, вызванным тем, что с возрастом иммунная система ошибочно опознает свои собственные клетки, как инфекционные, и атакует их.

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 увеличиваться в 6-8 раз. Все это ведет к старению организма, его «иммунологическому разрушению» !.

Критика этой гипотезы сводится к тому, что в этом случае речь идет не о первичных изменениях. Поскольку сама иммунная система очень сложна, а ее регуляция не вполне выяснена, попытки ее «омоложения» еще не вполне подготовлены: усиление общей реакции иммунной системы может усилить аутоиммунные процессы.

Главными компонентами иммунной системы являются белые клетки крови двух типов: лимфоциты 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. Задача Т-кле-ток - атаковать и разрушать чужеродные тела, например, раковые клетки и трансплантаты.

Американский геронтолог Рой Уолфорд, изучавший поведение раковых клеток в организме человека, предполагает, что одной из причин более частой заболеваемости раком в старости является ухудшение функционирования клеток обоих типов с возрастом. В- и Т-клетки теряют способность активно атаковать раковые клетки. Более того,

Никитин В. Н. Экспериментальные подходы к продлению жизни // Биология старения / Отв. ред. В.В. Фролькис,-Л.: Наука, 1982.-С. 548-568.

по мере старения организма В- и Т-клетки начинают нападать не только на раковые, но и на нормальные, здоровые клетки. Происходит разрушение тела его собственной защитной системой, которое получило название аутоиммунитета.

Отсюда ученый делает вывод, что «старение - это... аутоиммунный процесс». Подтверждает это заключение наличие целого ряда аутоиммунных болезней, сопровождающихся симптомами старения: гломерулонефрит, разрушающий почки; ревматический полиартрит, приводящий к постепенному разрушению суставов; ревматизм, повреждающий сердечные клапаны. То есть нормальный процесс старения у человека может быть аналогичен некоему аутоиммунитету, затрагивающему все ткани организма 1.

Другой американский исследователь, Уильям Адлер, касаясь гипотезы о возможной связи между функциями иммунной системы и явлениями старения, приводит экспериментальные данные о снижении с возрастом производства антител и функции Т-клеток в человеческом организме[3] .

Предотвратить аутоиммунное старение было бы можно, если бы ученым удалось найти способы «омоложения» иммунной системы. В этих поисках исследователи обратили свое внимание на селезенку. Селезенка - орган, который в случае повреждения и у человека, и у животных легко удаляется без видимых вредных последствий для организма. Ее важнейшей функцией является восстановление красных клеток крови в экстренных случаях большой кровопотери. Селезенка является и хранилищем Т-клеток; поэтому даже после того, как тимус теряет способность производить новые Т-клетки, в организме все же остается достаточное их количество.

Это обстоятельство позволило американскому геронтологу Такаши Макинодиану предположить, что в организме состарившихся животных и людей селезенка содержит избыточное количество дефектных Т-клеток. А это приводит к аутоиммунному старению. Значит, удаление селезенки у старых животных способно продлить им жизнь.

Следуя этой логике, Т. Макинодиан удалил селезенки у старых мышей и обнаружил, что это почти удвоило продолжительность их жизни. Затем он ввел клетки селезенки от старых мышей более мо

лодым особям. Оказалось, что эти прооперированные мыши живут меньше. Из совокупности проведенных опытов был сделан вывод, что селезенка хотя бы отчасти «виновна» в старении и смерти, и ее удаление «значительно повышает вероятную продолжительность жизни». Это ли не красивая победа над старостью?

Однако, предупреждают ученые, удаление селезенки само по себе не может быть полностью эффективным средством продления жизни, поскольку в этом органе находится множество функционирующих Т-клеток, необходимых организму для борьбы с болезнями и раковыми клетками. Поэтому после удаления селезенки пациенту 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. Отсюда последовало решение провести «омолаживания Т-клетками», вводя клетки от молодых крыс старым. Последние оказались более устойчивыми к болезням, чем контрольные старые крысы. Из этого ученый сделал вывод: если сначала удалить селезенку, а затем вводить в старый организм молодые функционирующие Т-клетки, то «введение молодых Т-клеток может открыть возможность значительного продления жизни»[4] .

Аутоиммунное старение может быть замедлено и другими способами. Например, с помощью тимозина - гормона, вырабатываемого вилочковой железой (тимусом). Его задача - поддерживать функционирование Т-клеток. С возрастом количество вырабатываемого тимозина падает, и это, вероятно, является причиной аутоиммунных заболеваний и дегенеративных изменений в преклонном возрасте. Автор этой гипотезы Аллан Голдстейн, первооткрыватель тимозина, считает, что тимозин может быть эффективен в борьбе с определенными видами рака. В настоящее время проводятся обширные исследования, цель которых - установить, насколько тимозин и препараты на его основе смогут замедлить или предотвратить процесс старения.

Еще одним способом замедления аутоиммунного старения может быть диета, предполагающая строгие ограничения в еде.

О пользе умеренности в количестве потребляемой пищи на протяжении многих тысячелетий писали виднейшие представители медицинской науки. Из Древнего Египта дошло до нас меткое замечание

тогдашнего медика, жившего 3600 лет назад: «Обжорливый человек может жить на одну четверть употребляемой пищи. Три четверти остального - это средства для пропитания врачей». А древнегреческий философ Сократ, отмечая благотворное влияние умеренного питания на состояние здоровья и продолжительности жизни, говорил, что «мы живем не для того, чтобы есть, а едим для того, чтобы жить». Древнеримский врач Гален описал памятник на могиле 112-летнего старика. На этом памятнике была лаконичная надпись: «Он ел и пил в меру». А уже в наше время знаменитый острослов, американский писатель Марк Твен заметил: «Единственный способ сохранить свое здоровье - есть то, чего не хочешь; пить то, чего не любишь; делать то, что не нравится».

И сегодня ограничительная диета признается многими исследователями одним из средств, продлевающих жизнь практически у всех видов. Современные доказательства этого появились в 1935 году, когда биолог из США Клайв Маккей опубликовал статью, в которой показал, что, если крысы получают ровно столько пищи, сколько требуется для сохранения веса тела, продолжительность их жизни возрастает на 25 %. Во всех опытах крысы получали меньше калорий, чем обычно, но, вместе с тем, их пища была полноценной в отношении питательных веществ: в нее входили достаточные для сохранения здоровья количества белков, углеводов, жиров и витаминов. В итоге удалось выявить, что старые животные, которых держали на ограниченном рационе, реже болели раком, болезнями почек и сердца, чем животные, получавшие стандартный рацион.

В 1950-х годах аналогичные исследования на крысах проводил Моррис Росс. Все испытуемые были разделены им на четыре группы. В трех группах животные потребляли разные количества белков в день (10 %, 25 %, 40 %), а четвертая питалась без ограничений. Крысы, количество белков в рационе которых не ограничивалось, быстрее взрослели, достигали половой зрелости в более раннем возрасте, у них было больше потомства. Но болели они чаще, и умирали они раньше, чем недоедающие крысы

С тех пор положительное влияние ограничений в питании было подтверждено для большого числа видов живых существ, от клеток дрожжей до приматов. Так, японские учёные из Киотского университета провели серию опытов с круглыми червями (нематодами), обычная средняя продолжительность жизни который составляет около

25 дней. При сокращении питания продолжительность их жизни выросла в 1,2 раза. Ещё более поразительный результат был получен после того, как червей-нематод перевели на схему кормления «два дня через два». Эти черви прожили в полтора раза дольше положенного срока.

Механизмом, обеспечивающим продление жизни при ограничениях в питании, является, вероятно, процесс аутоиммунного старения. Первым достаточно известным геронтологом, который объявил о своем добровольном переходе на ограниченную по калориям диету, стал Рой Уолфорд, автор иммунологической теории старения ’. Его низкокалорийное питание составляло около 2/3 от нормального рациона, но при этом обеспечивало организм всеми необходимыми питательными веществами - витаминами, микроэлементами, минералами.

Р. Уолфорд считал, что «существенное продление жизни за счет ограничения в еде можно объяснить тем, что иммунная система более всех других систем организма восприимчива к голоданию. Ограничение в пище не вредит иммунной системе, напротив, оно замедляет ее деградацию, снижая активность. Поэтому, по крайней мере у животных, Т- и В-клетки дольше остаются «молодыми»[5] .

Этот вывод ученый сделал на основании экспериментов, показавших, что ограничение в пище у молодых мышей снижает активность их иммунной системы, а у старых мышей повышает активность их В-и Т-клеток. Это делает старых мышей более устойчивыми к болезням по сравнению с мышами того же возраста, получающих стандартный рацион. По мнению Р. Уолфорда, режим питания животных, не имеющий ограничения калорий, обеспечивает им максимально быстрое взросление и раннее начало репродуктивного периода, а потому они выигрывают в борьбе за существование. Но это преимущество в эволюционном состязании видов оборачивается настоящей катастрофой для выживания отдельного индивидуума.

Таким образом, дорога к старости оказывается вымощенной калориями. К сожалению, научно обоснованной диеты, обеспечивающей замедление темпов аутоиммунного старения, до сих пор не разработано, поскольку эта проблема не получила достаточного освещения и слабо проверяется экспериментальным путем. Изучение влияния

ограниченного потребления калорий на качество и продолжительность жизни находится, скорее, в стадии своего становления: открытие его сложнейших молекулярных механизмов еще впереди. В научной среде есть немало скептиков по отношению к эффективности такого подхода к достижению долголетия.

Признавая важность всех названных выше систем организма человека для процесса старения, из обилия имеющихся гипотез невозможно выделить «главного ответственного» за возникновение и развитие инволюционных процессов, приводящих к старости.

  • [1] Ермолаева М. В. Психология зрелого и позднего возрастов в вопросах и ответах: учебное пособие. - М., 2004. 2 Петрова М. К. Из воспоминаний об академике И. П. Павлове. - Вестник Российской Академии наук.-М., 1995, том 65, № 11, с. 1016-1023. 3 Субботник С. И. Электроэнцефалографическое исследование старых людей // Проблемы долголетия - М: Изд АН СССР, 1962.
  • [2] Большой энциклопедический словарь, - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. 2 Виленчик М. М. Биологические основы старения и долголетия, - М.: Знание, 1987.
  • [3] МакКонки Э. Геном человека / Пер. с англ. Серия: Мир биологии и медицины. - М.: Техносфера, 2008. 2 Котельников Г. П., Яковлев О. Г., Захарова И. О. Геронтология и гериатрия (Учебник). - М., Самара: Самар. Дом печати, 1997. 3 Большой энциклопедический словарь. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.
  • [4] Комфорт А. Биология старения,- М.: Мир, 1967. 2 Стюарт-Гамильтон Я. Психология старения. 4-е изд, - СПб.: Питер, 2010.- С. 27.
  • [5] Walford R. Maximum Life Span. - New York: W. W. Norton, 1983. 2 Стюарт-Гамилыпон Я. Психология старения. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010. 3 http://md.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml72012/10/19/507114.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >