Общие закономерности и теории старения

Старение связано с изменениями, происходящими на всех уровнях организации живой материи - молекулярном, субклеточном, клеточном, системном, целостного организма. Закономерные возрастные изменения организма называются гомеорезом. Определение гомеореза позволяет прогнозировать возрастное развитие, его естественное, ускоренное или замедленное развитие.

Существуют две традиционные точки зрения на причины развития старения:

1. Старение - генетически запрограммированный процесс, результат закономерного развития программы, заложенной в генетическом аппарате. Действие факторов окружающей и внутренней среды незначительно влияет на темп старения.

2. Старение - результат разрушения организма вследствие неизбежного повреждающего действия сдвигов, возникающих в ходе самой жизни. Это схоластический, вероятностный, многопричинный процесс, вызываемый многими факторами, действие которых повторяется и накапливается в течение всей жизни.

Известный советский геронтолог В.В. Фролькис писал, что даже при старении как наиболее универсальном явлении природы наблюдаются парадоксы: каждый в состоянии легко отметить разницу между молодым и старым, но никто не может дать исчерпывающую научную характеристику сущности старения и механизмов его развития.

А. Комфорт еще более 30 лет назад подчеркивал, что ни одно из имеющихся предположений не в состоянии объяснить старение.

Поиски процессов, которые можно было бы считать специфическими для наступления старости, были основными направлениями в геронтологии со времени ее зарождения как науки. Многие ученые хотели видеть в них “первопричину” старости. В настоящее время существует более 200 различных теорий, которые пытались объяснить разнообразные изменения, происходящие на разных уровнях - от целостного организма, его систем и органов до уровня клеток и молекул.

Большинство известных теорий старения сегодня имеют лишь историческое значение.

I. Исходной позицией приверженцев так называемых теорий “изнашивания” является механическое идентифицирование изменений в организме в результате инволюции, атрофии как основного феномена старения. Считалось, что в результате деятельности во времени и пространстве каждая система подвергается изнашиванию и постепенно приближается к своей гибели. Вывод: живые системы стареют в результате интенсивности жизненных процессов, а старение ускоряется или замедляется по законам физики в зависимости от динамики процессов на уровне клетки, тканей, целого организма. Сторонники теорий изнашивания доказывали, что каждый индивид в популяции имеет приблизительно одинаковую продолжительность жизни, но фактическая граница определяется “темпом изнашивания”, при этом продолжительность жизни ставилась в зависимость от средней величины израсходованной энергии на кг веса для всякого индивида.

II. Другая группа ученых связывала старение с израсходованием “жизненной” материи в клетках, которую условно обозначали “X-энергия”. Наиболее яркий представитель этой теории М. Бергер называл эту энергию “энтелехией”. По его мнению, с течением времени характер и количество “энтелехии” изменяется, энергия жизни исчерпывается, а зародыш старения через биоморфоз в тканях доводит организм до смерти. Согласно сторонникам этой теории старения, каждый организм получает в наследство определенное количество “жизненного фермента”, который со временем израсходывается и приближает организм к смерти.

III. Математическая модель старения и старости исследовала старение не как функцию определенных жизненных факторов или нарушение биологических механизмов, а как закономерные, математически измеримые явления, протекающие с прогрессивным нарастанием болезненности и прогрессивно нарастающей вероятности смерти.

IV. А.А. Богомолец выдвинул теорию старческой дисгармонии физиологических отправлений веществ. Он особенно подчеркивал роль соединительной ткани в процессе старения: “Организм имеет возраст своей соединительной ткани”.

V. Большая группа теорий объясняла старение изменением в составе и структуре коллоидных растворов в клетках. Ученые, разрабатывающие эти теории, считали, что жизнь представляет собой постоянно изменяющееся состояние клеточных коллоидов и при нарушении этого равновесия клетка стареет и умирает. Поэтому старение и смерть клетки неизбежны, а размножение считалось единственным биологическим способом омоложения.

Другой аспект коллоидохимических теорий представляет концепция нарушения белкового синтеза из-за “ошибки” в коде ДНК (дезоксирибонуклеиновой) и РНК (рибонуклеиновой) кислот. В основу старения положена нарушенная регуляция в синтезе клеточных белков посредством истощения свободных и связанных аминокислот. В эксперименте доказано, что клеточные культуры долго сохраняют свою жизненность, если в питательную среду добавить экстракт эмбриона или комплексы ДНК и РНК. Доказано, что содержание РНК в суммарных белках уменьшается со временем, и каждый возраст имеет специфичный белковый спектр для всякой ткани и органа, полностью зависящий от скорости белкового синтеза.

VI. Широко известны в геронтологии интоксикационные теории старения. Еще в конце XIX столетия Ч. Бухард выдвинул принцип: “Каждый организм - есть лаборатория для токсинов”. Сторонники этого взгляда считали, что старение есть процесс самоинтоксикации в результате нарастающего уровня токсинов в клетке. Установлено, что некоторые микроорганизмы прекращают свой рост и умирают значительно раньше в случаях затруднительного выделения токсических продуктов их обмена.

Интоксикационная теория получила особое развитие в трудах И.И. Мечникова. Он установил, что скопление токсинов индола и
р-креозола в кишечном тракте ведет к старческому склерозу в тканях, гнилостная ферментация в толстом кишечнике ведет к самоотравлению организма, и как результат - старение и смерть.

VII. Теории “дисгармонии и внутренних противоречий” объясняли старение нарушением в координации функций и трофики на уровне клетки до уровня целого организма. У высокоорганизованных систем функции отдельных частей подчинены требованиям целого организма, и чем сложнее эти зависимости, тем больше нарастает вероятность дисгармонии. Своеобразную разновидность концепций дисгармонии представляют мнения о внутренних противоречиях, согласно которым старение есть результат нарушенной возможности восстановления клетки.

VIII. Существуют концепции, которые объясняют старение воздействием биофизических факторов на генетический аппарат клетки и с накоплением радиоактивных веществ. Концентрация радиоактивных элементов нарушает обменные процессы и вызывает процессы старения в клетке. В эксперименте установлено, что животные, подвергшиеся интенсивному облучению, стареют быстрее и имеют меньшую продолжительность жизни.

Геронтологи института геронтологии и гериатрии АМН СССР выделили молекулярные, клеточные и нейрогуморальные механизмы старения.

Молекулярные и клеточные механизмы старения включают:

1. Нарушения генетического аппарата клетки, программы биосинтеза белка. Установлено, что изменения наступают во всех звеньях передачи генетической информации и приводят к нарушениям в регуляции генома. Известно, что белковые молекулы являются основой жизненных процессов. Изменения регуляции генома приводят к неравномерным сдвигам в синтезе белка, и это заканчивается нарушением функции клеток. В старости сокращается возможный диапазон стимуляции биосинтеза белка. В соответствии с гипотезой ошибок с возрастом могут накапливаться ошибки в генетической информации, что ведет к появлению “дефектных” белков.

2. Нарушение клеточной биоэнергетики. Существенные изменения происходят на этапе образования, передачи и использовании энергии в клетке.

3. Уменьшение клеточной массы. Нарушение функции клеток и их гибель являются итогом старения и сказываются на деятельности органов и всего организма в целом. Гибель части клеток приводит к тому, что на оставшиеся клетки приходится большая нагрузка, что способствует их гиперфункции и гипертрофии и приводит к старению.

4. Цитоморфологические изменения. При старении изменяются ядерно-цитоплазматические отношения в клетке. В клетках, особенно неделящихся, накапливается пигмент-липофусцин, который представляет собой скопление продуктов жизнедеятельности клеток и способствует старению.

5. Функциональные изменения. В старости существенно изменяются функции клеток: снижается способность нейронов воспринимать информацию; секреторных клеток - синтезировать и выделять вещества; сократительных клеток сердца - длительно поддерживать высокий уровень работоспособности; резко ограничиваются функциональные возможности органа при нагрузке. Одной из основных особенностей отдельных клеток и клеточных совокупностей является снижение их лабильности, т.е. способности воспринимать частые ритмы возбуждения без их трансформации, что в конце концов и является причиной старения.

6. Последовательность и закономерности старения клеток различных типов. Для понимания механизма старения целостного организма большое значение имеет знание последовательности старения клеток различного типа. Широко распространено мнение, что первичное старение свойственно неделящимся клеткам. Деление клетки освобождает ее от грубых возрастных изменений. Считается, что есть определенный лимит клеточных делений, который и определяет старение, время жизни клеточной популяции.

В условиях целостного организма старение клеток является сложной совокупностью их собственных возрастных изменений и регуляторных влияний всей внутренней среды организма. С позиций различных механизмов старения выделяют три типа клеток:

- клетки, которым свойственно первичное старение;

- клетки, процесс старения которых включает собственно возрастные изменения и регуляторные влияния;

- клетки, старение которых опосредовано через весь комплекс внутриорганных влияний.