Молекулярные механизмы старения

Ухудшение функционирования организма в результате трансформации молекул внутри клеток представляет еще один аспект процесса старения - старение на молекулярном уровне.

Его механизмы объясняет гипотеза старения из-за накопления свободных радикалов и «истребления свободных радикалов».

Свободнорадикальная теория старения была выдвинута американским биохимиком Денхамом Харманом 1950-х годах. Сутью старения эта теория считает накопление повреждений клеток активными формами кислорода (АФК) - паразитными соединениями, обладающими огромной реакционной способностью.

В клетке в процессе ее жизнедеятельности, в ходе нормального обмена веществ постоянно образуются новые молекулы особого рода, которые называются свободными радикалами *. Бесконтрольные свободные радикалы, накапливаясь сверх меры, могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Под их воздействием, например, развиваются такие заболевания, как рак, варикозное расширение вен, атеросклероз, болезнь Паркинсона, флебиты, депрессии, катаракта, артриты, астма, болезнь Альцгеймера и многие другие[1] .

В момент своего возникновения свободнорадикальная теория старения казалась для многих невероятной и непонятной, как, впрочем, многие пионерские идеи Д. Хармана. Свое признание она получила спустя почти 30 лет после своего первого опубликования. Теперь она общепризнана и является классической, получившей многочисленные экспериментальные подтверждения. Постоянно расширяя области

своего приложения, свободнорадикальная теория старения включает многие из ранее выдвинутых гипотез и теорий старения.

Открытие, что скорость старения организма находится в прямой зависимости оттого, что преобладает в организме - клетки, способные к делению, или клетки, поврежденные свободнорадикальными процессами, поставило перед Д. Харманом вопрос о способах нейтрализации пагубного воздействия свободных радикалов и, тем самым, увеличения продолжительности жизни.

Вещества, природные или искусственные, которые могут замедлить или предотвратить окисление органических соединений, называются антиоксидантами. Четыре самых важных антиоксиданта в борьбе со свободными радикалами служат омоложению и поддержанию здоровья всех клеток: это витамины А, Е, С и селен.

Предшественником витамина А, из которого в организме человека образуется витамин А, является каротин. Витамин А принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, регуляции синтеза белков, способствует нормальному обмену веществ, играет важную роль в формировании костей и зубов, волос, а также жировых накоплений он необходим для нормальной работы иммунной системы. Антиоксидантное действие бета-каротина играет важную роль в предотвращении заболеваний сердечно сосудистой системы человека, а также повышает содержание в крови «полезного» холестерина (липопротеидов высокой плотности).

Витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов. Существуют экспериментальные доказательства, что недостаточное содержание этого витамина в корме мышей и крыс сокращает срок жизни этих животных. Поэтому специалисты рекомендуют обращать особое внимание на оптимизацию потребления человеком витамина Е для замедления процесса старения.

Витамин С, или аскорбиновая кислота, является одним из самых сильных антиоксидантов. Он действует синэргически, способствуя более эффективному удалению свободных радикалов витамином Е.

Селен, в больших количествах содержащийся в дрожжах, способствует усилению антиоксидантного воздействия витаминов.

К настоящему получены многочисленные экспериментальные доказательства позитивного влияния антиоксидантов на продолжительность жизни. Так, американский ученый А. Комфорт, вводя в рацион питания лабораторных мышей антиоксидант этоксихин, обнаружил увеличение у них продолжительности жизни примерно на 25 %.

Р. Хохшилд вводил мышам препарат центрофеноксин. Продолжительность жизни крыс увеличивалась на 10 %. А введение этого препарата старым мышам увеличивало продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11 %.

Прием антиоксиданта тиопролина стареющими грызунами привел к восстановлению их иммунной функции.

Эти и другие свидетельства высокой эффективности антиоксидантов позволили автору свободнорадикальной теории старения Д. Харману выдвинуть идею диеты «с учетом свободных радикалов», которая предполагает введение в ежедневный рацион человека продуктов, которые снижали бы содержание ненасыщенных жиров, обеспечивали поступление достаточных количеств витаминов Е и С. Это, по его мнению, откроет «перспективы продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей прожить гораздо дольше 100 лет»

Надо отметить, что Д. Харман был не только генератором этой идеи, но и последовательным ее приверженцем. В одном из своих интервью, данном в возрасте 96 лет, он указал, что ежедневно принимает определенные количества витамина Е, селена, а также одну мультивитаминную таблетку[2] . Его личный вклад в геронтологию огромен: именно он в 1970 году основал Американскую Ассоциацию Старения (American Aging Association), а в 1985 году - Международную Ассоциацию Биомедицинской Геронтологии (International Association of Biomedical Gerontology), цель которой - помочь общению ученых всего мира, проводящих фундаментальные исследования процесса старения. Его жизненный путь, составивший 98 лет, является впечатляющим примером того, насколько плодотворной является жизнь, если желание служить общему благу становится потребностью души, условием личного счастья.

Нельзя не отметить, что свободнорадикальная теория старения стала основой многомиллиардной индустрии пищевых добавок (по некоторым данным, только в США в 2000-х годах более 50 миллионов человек принимали биологически активные добавки - БАДы). Это стимулировало и поддерживало повышенный интерес к исследованию роли антиоксидантов. Однако на сегодняшний день нет долгосрочных исследований на людях, которые бы однозначно подтверждали способность антиоксидантов замедлить старение. Ряд ученых даже

высказывают мнение о вредности антиоксидантных добавок. Старение - процесс многопричинный. Вот почему нормализация одного, пусть и важного звена, не может радикально изменить продолжительность жизни.

Теория «старения от поперечных сшивок» была выдвинута американским химиком Юханом Бьёркстеном в 1940-50-х годах. С его точки зрения, старение живых организмов обусловлено случайным образованием «сшивания» мостиков между молекулами белков; эти «мостики-сшивки» ферменты клетки оказываются не в состоянии разорвать. В результате неустранимый «мостик» поперечных сшивок становится помехой синтезу РНК и ДНК, а это, в свою очередь, нарушает процесс образования жизненно необходимых белков, которые должна производить РНК. Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК в процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток

Экспериментальные доказательства этой теории были получены биохимиком Э. Хейкиненом из университета в финском городе Турку. Он показал 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.

Поиск ответа на вопрос «Как использовать «сшивки» в практической борьбе за увеличение продолжительности жизни?» привел к ряду экспериментов на почвенных бактериях, которые «умеют» расщеплять «сшитые» молекулы. Поскольку именно «сшитые» молекулы мертвых тканей, например, опавших листьев, являются основным источником их питания. Выделив из этих бактерий ферменты, Ю. Бьёркстен обнаружил, что один из этих ферментов оказался достаточно эффективным в нарушении «сшивок» в мертвой ткани тела человека. Последующие опыты на живых мышах показали, что фермент не токсичен. Даже более того: получавшие этот фермент мыши старели медленнее и жили дольше, чем мыши, не получившие фермента. К настоящему времени, однако, не накоплено достаточно валидной базы экспериментальных результатов, чтобы сделать конкретные выводы об омолаживающих возможностях открытых Бьёркстеном ферментов.

Интенсивные исследования этих ферментов продолжаются в связи с предположением, что они могут оказаться весьма полезными в профилактике и лечении атеросклероза. Атеросклероз - одно из самых актуальных заболеваний XX и - пока еще - XXI века. Оно является одним из четырех наиболее частых заболеваний и одной из причин смерти из-за вызываемых им инфарктов и инсультов. Это тяжелое заболевание вызывается отложением на стенках магистральных (крупных) кровеносных сосудов жиров и белков, соединенных огромным количеством «сшивок». И если ферменты Бьёркстена помогут устранить атеросклероз, то вполне вероятно, что средняя продолжительность жизни человека возрастет

И в заключение рассмотрим идею о том, что многие изменения, наблюдаемые у пожилых людей, могут быть вызваны, скорее, болезнями, нежели старостью самой по себе. Практически невозможно прожить жизнь, не столкнувшись по крайней мере с несколькими заболеваниями, и, следовательно, трудно исключить возможность того, что изменения, происходящие с возрастом, не были вызваны, хотя бы частично, накопленным результатом этих болезней.

Попытка обосновать (или опровергнуть) эту идею была предпринята в лонгитюдном эмпирическом исследовании Дж. Биррена «47 практически здоровых пожилых мужчин»[3] . Несмотря на довольно скромное число респондентов, это исследование получило широкую известность.

Выборка включала в себя группу из 27 практически здоровых пожилых мужчин и вторую группу из 20 мужчин, производивших впечатление здоровых, но имеющих, как оказалось при проведении тщательных анализов, признаки потенциально серьезных заболеваний.

Представители этой второй группы с возрастом демонстрировали снижение интеллектуальной деятельности и изменение волновых ритмов головного мозга. Дж. Биррен усматривал в этом доказательство того, что наблюдаемые изменения вызваны не старостью, а болезнями. Очевидно, что дискуссия на эту тему может развиваться по замкнутому кругу: с одной стороны, образ жизни, пережитые болезни, несчастные случаи влияют на процесс старения; с другой стороны, сам процесс старения вызывает соматическое и психическое нездоровье. Болезни, травмы, потери, называемые некоторыми специалистами факторами патологического старения, являются, тем не менее, неотъемлемой частью жизни человека, а, следовательно, и его старения.

Как видно из представленного анализа теорий старения, к настоящему времени исследования в области геронтологии носят междисциплинарный характер. Усилиями ученых самых разных отраслей знания - медицины, биологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии, эволюционной биологии - собрано огромное количество фундаментальных данных о сущности, особенностях и механизмах старения, как биологического процесса. Этот процесс протекает на разных уровнях биологической организации:

  • а) на клеточном уровне', деградация и гибель части клеток, снижение митотической активности клеток, уменьшение количества митохондрий, разрушение лизосом, изменение свойств (в том числе электрических) плазмолеммы, обезвоживание коллоидов цитоплазмы, накопление шлаков;
  • б) на физиологическом уровне', ослабление функции основных систем организма (нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и др.), снижение нервного и гуморального контроля за их деятельностью, изменение чувствительности к действию гормонов;
  • в) на молекулярном уровне', необратимые изменения ДНК, накапливающиеся в ходе онтогенеза, изменения в системе передачи генетической информации, изменения в синтезе РНК и белков разных классов, нарушения процессов преобразования, транспорта и использования энергии, снижение активности систем антиоксидантов, падение интенсивности синтеза гормонов и медиаторов.

Таким образом, старение - процесс многопричинный, и современная геронтология в большей мере знает ответ на вопрос «как развивается старение», чем на вопрос «почему».

К старению полностью применимо известное положение Ф. Энгельса: «В природе, где также как будто господствует случайность, мы давно уже установили в каждой отдельной области внутреннюю необходимость и закономерность, которые пробивают себе дорогу в рамках этой случайности» ’.

Создание интегральной теории старения, объясняющей многофакторность этого процесса и позволяющей указать наиболее перспективные направления эмпирических исследований, станет важным этапом в обретении возможности увеличения количества и улучшения качества жизни.

  • [1] Виленник М. М. Молекулярные механизмы старения,-М.: Наука, 1970. 2 Фролькис В. В., Мурадян X. К. Старение, эволюция и продление жизни. - Киев: Наукова думка, 1992.
  • [2] Стюарт-Гамильтон Я. Психология старения. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2010. 2
  • [3] Анисимов В. Н. Эволюция концепций в геронтологии: достижения и перспективы // Успехи геронтологии,- М., 1999,- T. 3. 2
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >