Старость как этап онтогенеза
Старость – это заключительный этап онтогенеза. Наука, о старости как биологическом явлении называется геронтологией, а раздел медицины, изучающий особенности течения болезней у стариков и их лечение – гериатрией.
В основе старости лежит старение организма – разрушительный процесс, сокращающий продолжительность жизни и увеличивающий вероятность смерти.
Вместе с тем, в организме в ходе старения формируется комплекс адаптаций, направленных на поддержание жизнеобеспечения. Этот комплекс получил название «витаукта»(от лат.вита – жизнь, ауктум – увеличение). Он выражается:
- в возникновении систем более экономного энергетического обеспечения организма;
- в меньшей метаболической нагруженности белковых структур;
- в снижении активности ферментов, расщепляющих некоторые гормоны и медиаторы в условиях ослабления их синтеза;
- в увеличении объема митохондрий при снижении их числа;
- в активации некоторых местных механизмов саморегуляции при ослаблении центрального нервного контроля и многом другом.
К настоящему времени накоплен большой фактический материал по биологии старения, существует много направлений в изучении этого процесса. Особенные успехи достигнуты в изучении молекулярно-биологических, генетических, функционально – метаболических и нейрогуморальных механизмов старения. Начиная с XIX века выдвинуто более 200 теорий старения и гипотез, пытающихся объяснить причины и механизмы старения. Большинство из этих гипотез носит органно-локалистический характер, в которых подчеркивается роль тех или иных возрастных изменений в отдельных органах и системах органов. Отсюда и название этих теорий: васкулярная, эндокринная, нервная, соединительнотканная и др. Общей теории старения пока нет.
Обобщив современные теории старения, их можно разделить на две группы: стохастические (теории случайных повреждений) и программные (эволюционные). Представители стохастических гипотез предполагают, что в основе старения лежит накопление «ошибок» и повреждений, возникающих случайно (стохастически) на протяжении индивидуального развития. Такого рода изменения затрагивают различные уровни организации организма: молекулярный, клеточный, тканевой, органный, организменный. При этом первостепенное значение имеют повреждения генетического аппарата клеток. Генетические повреждения преобразуются в функциональные и структурные нарушения систем более высоких уровней организации.
Из стохастических гипотез заслуживает внимания адаптационно- регуляторная теория Фролькиса В.В., выдвинутая в 70-х годах прошлого столетия. Согласно ей первичные изменения при старении наступают в регуляторных генах, что приводит к подавлению одних генов и активации других, которые до этого находились в неактивном состоянии. В итоге происходят изменения в синтезе белков и нарушение их первичной структуры, появляются неактивные белковые молекулы. Подобного рода изменения в нервных клетках приводят к нарушениям функций нервной системы, что сопровождается нарушениями различных регуляторных процессов, например слаженности работы органов и систем органов.
Согласно программным гипотезам,старение – это генетически детерминированный процесс, то есть каждый организм несет в себе сложившуюся в эволюции программу старения и смерти, заложенную в геноме.
Эти гипотезы предполагают, что в организме функционируют некие биологические «часы», определяющие возрастные изменения и смерть. Некоторые ученые полагают, что это летальные гены, вызывающие смерть (Ванюшин Б.П., Бердышев Г.Д.). Одной из ранних гипотез клеточного старения является гипотеза Хейфлика Л. (1982), который показал, что даже в идеальных условиях культивирования фибробласты эмбриона человека способны делиться ограниченное число раз (50±10). Последняя стадия жизни клеток в культуре была уподоблена клеточному старению, а сам феномен получил название по имени автора «предел Хейфлика». Последний наследуется и не зависит от условий культивирования клеток.
Для объяснения феномена Хейфлика была предложена гипотеза маргинотомии, согласно которой в соматических клетках при каждой репликации, предшествующей делению, недореплицируются концы хромосом – теломеры из-за особенностей работы фермента репликации ( ДНК – полимеразы). В результате постоянного укорочения хромосом при каждом митозе недорепликация захватывает области, значимые для выживания клеток, что приводит к их гибели и старению организма.
Позднее была разработана редусомная гипотеза старения, являющаяся в некотором отношении преемницей теории маргинотомии. Согласно редусомной гипотезе ключевым субстратом старения служат некие, в настоящее время еще не найденные, частицы – редусомы. Редусомы, очевидно, представляют собой линейную копию сегмента хромосомы (ДНК с белками) Это, так называемые, рудомеры. Они располагаются в хромосомах в определенных гнездах и подразделяются на хрономеры и принтомеры. Хрономеры изменяют биологическое время в неделящихся клетках ЦНС, а принтомеры участвуют в поддержании состояния клеточной дифференцировки.
В редусомной модели в отличие от теории маргинотомии укорочение теломерных (концевых) участков ДНК происходит не только за счет недорепликации ДНК делящихся клетках, но и благодаря иному процессу, который был назван скраптингом. Последний, в отличие от маргинотомии, обеспечивает уменьшение длины ДНК в постмитотических, т.е. неделящихся, клетках (например, нейронах головного мозга). При этом скраптинг в некоторых условиях может суммироваться с репликативным укорочением ДНК в делящихся клетках.
Организм после достижения зрелости согласно редусомной гипотезе стареет благодаря событиям, начинающимся с укорочения участков ДНК, входящей в состав редусомы.
Убыль редусомных генов ведет к уменьшению транскрибируемых генов и к последующим изменениям транскрипции генов в хромосомах. Такого рода ступенчатые изменения необходимы для регуляции нормального развития организма. Однако, продолжающееся уменьшение генного резерва редусом в конечном счете заканчивается старением клеток и их гибелью.
Оловников А.М., автор редусомной гипотезы старения, признает, что могут существовать иные, нередусомные механизмы старения.
В пользу генетической обусловленности старения говорит тот факт, что максимальная продолжительность жизни является видовым и индивидуальным признаком. У человека выявлена прямая зависимость между продолжительностью жизни потомков и родителей, особенно матери. Описаны наследственные заболевания с ранним появлением признаков, характерных для старых людей. Существует такое наследственное заболевание как детская прогерия (синдром Хатчинсона-Гилфорда),когда уже на первом году жизни происходит замедление роста, рано появляется облысение, на коже - морщины, развивается атеросклероз. Обычно у таких людей не наступает половая зрелость, и они, как правило, погибают, не дожив до 30 лет.
Преждевременное старение наблюдается и при прогерии взрослых (синдроме Вернера).Рост организма у людей с этим заболеванием прекращается в 12 лет, а к 20-ти годам появляются поседение и облысение. Примерно тогда же развиваются атеросклероз, катаракта, у женщин прекращаются менструации. Средняя продолжительность жизни у таких больных - около 45 лет.
Завершающим неизбежным этапом онтогенеза является смерть. У человека различают смерть биологическую и клиническую. При клинической смерти останавливается сердце, прекращается дыхание, деятельность нервной системы, но большинство клеток и органов остаются живыми. Клиническая смерть обратима, в течение 6-7 минут.
Биологическая смерть характеризуется прекращением жизненных функций, нормального обмена веществ, в результате чего происходит гибель и разложение клеток. Вначале гибнет кора головного мозга, затем эпителий кишечника, легких, печени, клетки мышц, сердца.
Без смерти не было бы смены поколений – одного из главных условий эволюционного процесса.