теория старения. Общие закономерности развития старения
 Скачать 27.96 Kb.
|
|
Введение Никто, никогда и нигде не сомневался, что проблем старения была и остается одной из наиболее актуальных в естествознании. Создание теоретических моделей изучаемого процесса - важнейший элемент познания, поэтому данному вопросу уделяется центральное внимание в любой современной области науки. Всё нарастающий интерес исследователей к этой проблеме определяется рядом факторов. Во-первых, крупные достижения биологической науки, в первую очередь раскрытие механизмов передачи генетической информации, биосинтез белка, мембранных механизмов функции клеток, установление общих закономерностей регуляции обмена и функции организма, сделали реальной возможность познания ведущих механизмов старения. Во-вторых, экспериментальные исследования последних лет показали возможность пролонгирования жизни животных и обосновывают возможность перенесения некоторых результатов на человека. В-третьих, в высокоразвитых странах значительно растёт число пожилых и старых людей в обществе, развивается постарение населения, что приводит к возникновению ряда крупных социально-экономических проблем. В-четвертых, возрастные изменения обмена и функции организма - основа развития возрастной патологии, возникновением ряда заболеваний человека, являющихся основой причиной его смерти. Все это привело к тому, что проблемой биологии старения интересуется в последние годы не только биологии, но и клиницисты, экономисты, демографы. Стало очевидным, что правильное понимание сущности старения необходимо для познания механизмов жизненных явлений, их становления и развития ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ СТАРЕНИЯ а) Закономерности развития старения. Внутренне противоречивый характер возрастного развития, соотношение процессов регулирования и приспособления определяют многообразие метаболических, структурных и функциональных сдвигов в процессе старения. Оказалось, что даже один и тот же уровень некоторых показателей обмена и функции организма имеет в разные возрастные периоды неодинаковое внутреннее обеспечение благодаря включению адаптивных механизмов, направленных на сохранение гомеостаза. Старение характеризуется нарастающим снижением надежности регуляции гомеостаза, снижением возможного диапазона приспособления. Это отчетливо, выявляется при использовании различных нагрузок, которые неизбежно и постепенно возникают в течение жизни. В этом случае, несмотря на гомеостатический уровень функции выявляется их изменение в старости. Вся жизнь представляет собой бесконечную цепь потрясений внутренней среды организма, постоянных нарушений гомеостаза. В ходе этих потрясений мобилизуются и совершенствуются адаптационно-регуляторные механизмы, способствующие сохранению гомеостаза. Оказалось, что крысы, длительно ограждаемые от обычных для животных умеренных стрессорных воздействий, живут меньше животных, подвергающихся периодически этим влияниям. Старение характеризуется последовательной сменой функционального состояния организма, его потенциальных возможностей, которая укладывается в четыре этапа: 1) оптимальный базальный уровень функции и ее высокие потенциальные возможности, выявляемые при напряжении; 2) сохранение базального и потенциального уровня функции несмотря на возрастные изменения, благодаря включению адаптационно-регуляторных механизмов; 3) сохранение базального уровня функции и снижение ее потенциальных возможностей из-за нарастания возрастных нарушений и ограничения адаптационно-регуляторных сдвигов; 4) падение базального уровня функции, ее выраженная недостаточность из-за прогрессирующего снижения адаптационных возможностей организма. Для развития старения характерны гетерохронность, гетеротопность, гетерокинетичность, гетерокатефтенность. Г е т е р о х р о н н о с т ь — различия во времени наступления старения отдельных тканей, органов, систем. Так, атрофия тимуса у человека начинается в возрасте 13—15 лет, половых желез — в климактерическом периоде, а некоторые функции гипофиза сохраняются в глубокой старости. Гетеротопность —неодинаковая выраженность процесса старения в различных органах, в различных структурах одного и того же органа. Так, старение пучковой зоны коры надпочечника выражено меньше, чем клубочковой и сетчатой зон. Неодинаковые возрастные изменения наступают и различных полях коры головного мозга и т. д. Г е т е р о к и н е т и ч н о с т ь. — развитие возрастных изменений с различной скоростью. В одних тканях, возникая довольно рано, они медленно и относительно плавно прогрессируют; в других — развиваются позже, но более быстро. И, наконец, г е т е р о к а т е ф т е н н о с т ь — разнонаправленность возрастных изменений, связанных с подавлением одних и активацией других жизненных процессов в стареющем организме. Принципиальное значение для анализа механизмов старения может иметь сравнительно-геронтологическое определение динамики различных изменений обмена, структуры и функции в процессе старения у животных с различной видовой продолжительностью жизни (ВПЖ). Изменения, коррелирующие с ВПЖ, называется онтобиологическими, а коррелирующие с хронологическим возрастом животных разных видов, — хронобиологическими, и выраженность их тем больше, чем дольше живет животное. Чем выраженнее корреляция этих изменений с биологическим возрастом, тем значительнее их вклад в генез самого процесса старения. Так, оказалось, что у крыс линии Вистар и кроликов АД(артериальное давление) к старости не растёт, а у более долгоживущих животных (собака, человек) наблюдается достоверный его подъем. У всех животных с возрастом наступают падение сердечного выброса и рост общего периферического сопротивления, однако у крыс и кроликов сдвиги эти не столь значительны, чтобы вызвать изменения АД. Иными словами, у животных с небольшой ПЖ эти изменения АД как бы не успевают развиваться. Известно, что остеопороз в старости более выражен у долгоживущих (человек, собака) и очень слабо у короткоживущих (крыса, кролик) животных. Итак, многие проявления старения прямо коррелируют с хронологическим возрастом, степень их изменения зависит от фактора времени; они «не успевают » значительно проявиться у короткоживущих животных, хотя, быть может, и протекают у них быстро. Чем стремительнее развивается старение, тем резче выражена неравномерность возрастных изменений, тем значительнее влияние сдвигов в одной системе на состояние других, тем более выражены первичные механизмы старения. Существуют общие, фундаментальные механизмы старения организмов. Однако качественная и количественная специфика их развития ведет к многообразию их видовых проявлений. Кроме того, следует различать ускоренное и замедленное старение по отношению к среднепопуляционному темпу его течения. Основные научные теории старения Механизмы старения достаточно сложны и многообразны. Сегодня существует несколько альтернативных теорий, которые отчасти противоречат друг другу, а отчасти - дополняют. Современная биология уделяет проблеме старения очень большое внимание, и с каждым годом появляются новые факты, позволяющие глубже понять механизмы этого процесса. Молекулярно-генетические теории Гипотеза, согласно которой причиной старения являются изменения генетического аппарата клетки, является одной из наиболее признанных в современной геронтологии. Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы. Одни ученые рассматривают возрастные изменения генома как наследственно запрограммированные. Другие считают, что старение - результат накопления случайных мутаций. Отсюда следует, что процесс старения может являться или закономерным результатом роста и развития организма, или следствием накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. Адаптационно-регуляторная теория старения К восьмидесятым годам нашего столетия исследования по всем обозначенным выше направлениям геронтологии развернулись уже в полную силу. Были изучены глубинные процессы старения. На их основе учёные делали достаточно оптимистические прогнозы замедления темпов старения и увеличения видовой продолжительности жизни человека. Прогнозы делались по существу на конец XX века плюс лет двадцать века последующего. Правда, среди советских экспертов-геронтологов единодушия не было. К числу скептиков принадлежали около 58% учёных, которые говорили о нереальности подобной задачи. Следует отметить, что для такого диаметрального раскола мнений в действительности есть веские основания. В восьмидесятые главенствующее положение заняла синтетическая адаптационно-регуляторная теория, разработанная В. В. Фролькисом и его школой. [23]. Она объединила геронтологическое знание на принципе взаимосвязи старения и витаукта, имеющих место во всех системах организма. Отправным моментом адаптационно-регуляторной теории послужило признание того факта, что старение — это обязательно звено возрастного развития, которое это развитие во многом и определяет. Представления о старении строились исходя из основных закономерностей жизни, а, как известно, любую живую систему характеризуют два принципа: 1) она является саморегулирующейся и 2) благодаря имеющейся в ней саморегуляции достигается адаптация к изменяющимся условиям существования. Регулятором адаптации служит процесс витаукта, охарактеризованный автором как антистарение. Однако витаукт не столько способствует приспособлению, адаптации, сколько помогает сохранить высокий уровень адаптации, жизнедеятельности организма. С позиций данной теории продолжительность жизни человека нельзя связывать со скоростью и темпом разрушения организма, его старением, как это делали авторы всех предшествующих теорий. Продолжительность жизни человека, по мнению В. В. Фролькиса, более правомерно усматривать в механизмах поддержания надёжности организма, в способности к компенсации возникших нарушений, т.е. в том, что называется витауктом. Также неверно, полагает В. В. Фролькис, искать возрастной период, с которого начинается старение. Оно присутствует уже в оплодотворённой клетке. В этой связи необходим поиск периода, когда разрушение, деградация развиваются особенно бурно, приводя к ограничению адаптации, что, в свою очередь, способствует развитию возрастной патологии. Разграничение возрастных периодов на завершающем этапе жизни очень условно, причём в настоящее время они представлены так: в 60-74 года — пожилой человек, с 75 лет — старый, с 90-летнего возраста — долгожитель. Причём исторически старость всё время отодвигается вместе с увеличением продолжительности жизни. Вести отсчет темпа возрастных изменений и делать прогнозы на будущее, по мнению В. В. Фролькиса, следует, учитывая не календарный возраст, а биологический, как меру изменения биологических возможностей, меру предстоящей жизни. Кажется само собой понятным, что если биологический возраст человека значительно отстаёт от календарного, то данный человек выступает уже как потенциальный долгожитель. Если же биологический возраст значительно опережает календарный, то старение развивается преждевременно. Однако тут возникает вопрос: а какова норма старения календарного возраста? Подобным вопросом автор адаптационно-регуляторной теории, по-видимому, не задавался. Тем не менее, определить норму старения, соответствующую календарному возрасту, чрезвычайно сложно, так как для развития старения характерны не только отмеченные ранее гетерохронность, т.е. различия во времени наступления старения отдельных тканей, органов и систем, и гетерокатефтенность — разнонаправленность возрастных изменений, но и гетеротопность — неодинаковая выраженность процесса старения в различных органах и структурах одного и того же органа, а также гетерокинетичность — развитие возрастных изменений с различной скоростью. В. В. Фролькис обращает внимание на то, что скорость развития большинства возрастных изменений значительна не в старости, а в более ранние возрастные периоды. Мы стремительно стареем уже тогда, когда считаем себя молодыми. В 45-55 лет у многих людей существенно меняется деятельность сердечно-сосудистой и эндокринной систем, желудочно-кишечного тракта и т.д. это, в свою очередь, обусловливает многие варианты биологии старения. Таким образом, делать какие-либо прогнозы следует чрезвычайно осторожно. Кроме того, само по себе старение есть переплетение физиологического и патологического. В данном случае существенным является и такой момент адапатационно-регуляторной теории, как признание лишь генетической детерминированности процесса старения, но не его генетической запрограммированности. Генетически запрограммированы многие свойства организма, от которых зависят темпы старения, а также продолжительность жизни. Исходя из всего этого, В. В. Фролькис предложил следующее рабочее определение старения: «Старение — это результат разрушения организма как следствие неизбежного действия сдвигов, возникающих в ходе самой жизни — стохастический, вероятностный процесс». [24]. В основе этого процесса лежит множество причин, среди них, к примеру, генетически предопределённые особенности обмена веществ, стрессы, болезни, накопление продуктов распада белков, температурные повреждения, кислородное голодание и т.д. Они закрепляют в старости определённые синдромы: гемодинамический, нейрогенный, респираторный и другие. В книге «Старение и увеличение продолжительности жизни» В. В. Фролькис утверждает, что первичный механизм связан с возрастными изменениями в генетическом аппарате клеток и все исследователи якобы единодушны в этом. Эти изменения названы первичными не потому, что они возникают раньше других, а потому, что, возникнув, вызывают существенные нарушения в структуре и функциях клеток. Мы не будем останавливаться на дискуссии по расшатыванию деятельности генетического аппарата. Для нас здесь важно другое, а именно, утверждения о регуляции процесса старения организма другими его органами. Они не беспочвенны, так как в той же книге В. В. Фролькиса можно прочесть: «Генетический аппарат клеток находится под сложным гормональным контролем. Он... может изменять генорегуляторные механизмы. При старении изменяется функция желез внутренней секреции, концентрация гормонов в крови, и это приводит к сдвигам в работе генетического аппарата. Железы сами по себе контролируются структурой мозга — гипоталамусом. В старости ослабевает гипоталамический контроль над деятельностью генетического аппарата клеток». [25]. Такое описание процесса старения заставляет нас обратиться к другой монографии «Большие биологические часы», автором которой является В. М. Дильман. [26]. Самую существенную роль в процессе старения он отводит головному мозгу и, в частности, гипоталамусу. Эта монография по-своему интересна и, полагаем мы, есть основание чуть позже остановиться на её важнейших положениях. Авторы адаптационно-регуляторной теории, полагая, что нашли ключ к природе старения, не исключают возможности влияния на генофонд человека с тем, чтобы отсрочить наступление старости. В. В. Фролькис активно пользуется понятием «гомеостазис», введённым американским физиологом В. Кэнноном, означающим динамическое постоянство внутренней среды и некоторых физиологических функций организма. Грубое нарушение гомеостаза может привести к летальному исходу. Однако внутренняя среда организма постоянно подвержена тем или иным нарушениям, например, изменению артериального давления, сахара в крови т.д. При подобных нарушениях мобилизируются адаптационно-регуляторные механизмы, которые способствуют сохранению гомеостаза, но при этом изменения происходят и в самом организме, в конечном счете, приводя к старению. Траектория изменения состояния организма обозначается термином «гомеорезис». Если гомеостазис — стабилизированное состояние, то гомеорезис — стабилизированный поток. Гомеорезис, являясь своеобразным «биологическим паспортом», по мнению В. В. Фролькиса, наиболее полно и объективно характеризует возраст организма. Однако, несмотря на то, что современная генетика действительно добилась внушительных результатов по диагностике состояния организма и изменения его в благоприятном смысле, думается, что генетическое регулирование не только гомеостаза, но и гомеореза (хотя одно без другого не существует), вероятно, преждевременно. Почему? Об этом говорит сама адаптационно-регуляторная теория, отмечающая, во-первых, плейотропность механизмов старения. Плейотропность здесь понимается как влияние одного наследственного фактора на несколько признаков, где один из них может иметь адаптивное, положительное значение, другой — отрицательное, повреждающее. И здесь важно, что неблагоприятный эффект проявляется обычно позже, чем благоприятный. Во-вторых, как пишет сам же автор: «В каждой клетке «работает» только небольшая часть её генома. Не исключено, что значительные нарушения регулирования генома в процессе старения могут привести к активизации генов, «молчавших» всю жизнь. Это вызовет появление белка, ранее не синтезировавшегося в клетке. В зависимости от его типа могут возникнуть различные сдвиги в деятельности клетки, вплоть до её гибели... В клетках находятся молчащие до поры онковирусы, вызывающие раковое перерождение клетки. Изменение генной регуляции способствует их активации и возникновению рака». Для научных поисков В. В. Фролькиса характерна убеждённость в известности ряда фундаментальных механизмов процесса старения, что вселяет в автора уверенность и в возможности радикального продления человеческой жизни. И, вероятно, поэтому он позволяет себе воспользоваться весьма рискованной аналогией о том, что «история естествознания располагает множеством примеров, когда важнейшие задачи решались задолго до раскрытия сущности процессов. Медицина уже десятки лет применяет ряд эффективных средств лечения многих заболеваний (сердечные гликозиды, антиаритмические препараты, антибиотики, нейротропные средства и др.), механизм действия которых ещё только выясняется». [28]. Но теперь медицина знает, что многие из этих средств дают и нежелательный побочный эффект. И в настоящее время, вероятно, не только их недостаток всё более ставит медицину на путь поисков по возможности безлекарственного лечения, всё большее значение приобретает народная медицина. А понятие «излечение» всё чаще заменяется другим — «исцеление». Действительно, «природа прячется», но путь компромисса — вторжение в её основу без знания сущности — не самый лучший. Познание глубинных процессов старения, очевидно, не привело пока к желаемому результату, оптимизму в усовершенствовании природы человека. Советский ученый А. В. Нагорный и его сотрудники (Буланкин, Никитин и др.) Выдвинули комплексную химико-биологическую теорию старения. По мнению этих ученых, старение обусловлено внутриклеточной дифференциацией живой материи. Неустойчивые белки протоплазмы не регенерируются полностью, но постепенно вырабатывают более устойчивое, но менее жизнедеятельное состояние. В процессе старения увеличивается соотношение между метаплазматическими и активными протоплазматическими структурами. Теория нагорного недавно подвергалась критике со стороны медведева, который доказывает, что старение является скорее результатом некоторых специфических биологических процессов инактивации обмена, чем следствием самопроизвольных физико-химических изменений [42]. Югославский патофизиолог а. Зупанчич придерживается сходных взглядов, считая, что структура живых организмов во время их функционирования непрерывно изменяется, разрушаясь и восстанавливаясь одновременно, и что, в сущности, старение — это медленная потеря способности восстанавливать постоянно изменяющиеся структуры. С течением времени старый организм делается все менее и менее похожим сам на самого себя, постепенно теряет признаки живого существа и приближается к состоянию, напоминающему неживую систему [43]. В xx столетии снова стала популярной старая теория, согласно которой старение стимулируется вредным воздействием космоса. Сейчас, однако, ни божества, желающие наказать смертных, ни благосклонные астрологические влияния небесных тел (средневековая концепция: старость — это воздействие планет на тело человека) не привлекаются для объяснения этого. Кунце в 1933 г. Выдвинул гипотезу о вредном влиянии частиц космической и другой ультрарадиации, которые постоянно бомбардируют живые организмы, разрушая ядра их клеток [44]. Подобная теория была развита в 1957 г. Радиологом г. Файлла, согласно которой старость, быть может, обусловлена накоплением необратимых нарушений, вызываемых спонтанными соматическими мутациями под влиянием различных мутагенных агентов, особенно ионизирующей радиации. Старость можно рассматривать как результат борьбы между влиянием вредных факторов и устойчивостью организма. Очень интересное математическое выражение этого положения дал немецкий физиолог а. Пюттер в 1921 г., а его анализ в двух поучительных работах — биохимик к. Мишер и врач г. Шломк [44а]. Старение и смерть организма, как и распад радиоактивных веществ, подчиняются сходным математическим законам. Большинство гипотез последних лет связывает процессы старения с физическими законами необратимости некоторых процессов и с физической тенденцией к увеличению беспорядка среди молекул. Так, в 1924 г. Чешский физиолог ружичка усиленно подчеркивал, что гистерезис протоплазмы можно рассматривать как следствие термодинамического закона энтропии [40]. Шведский биохимик г. Фон эулер в 1951 г. Высказал мысль о том, что старость — это результат увеличения энтропии гормональных реакций, особенно в макромолекулах гормонов гипофиза. Термин "энтропия" понимается как анархия некоторых процессов, тенденция к беспорядку. В своей ценной книге о биологии старения, опубликованной в 1956 г., а. Комфорт пишет, что из всех общих теорий старения самой правдоподобной является теория, предложенная биддером. Согласно биддеру, старческий период не является частью природной схемы жизни животного, но скорее анархическим явлением, следующим за тем, что эта схема уже осуществилась. Комфорт выражает это так: "старость — это типичный побочный процесс, не часть программы, а ослабление той силы, которая направляет программу" [45]. В. Кун в 1955 г. Связывает наступление старости с изменениями в синтезе оптически активных веществ в организме. Согласно физическим законам, оптическая чистота определенных веществ в организме меняется, прогрессирует рацемизация, тогда как присутствие оптических антиподов определенных веществ серьезно разлаживает обмен веществ, оказывая тем самым вредное влияние на организм [46]. Много различных гипотез о причинах и сущности старения можно связать между собой и дополнить. Некоторые современные авторы (с. Гирпт, а. Г. Лансинг, д. Коцовский, ф. Геншен, л. Вине, м. Бюргер, к. Пархон и др.) Считают, что такой комплексный процесс, как старение, нельзя объяснить одной причиной, например, атрофией половых или других эндокринных желез, изменениями в клетках центральной нервной системы, отравлением кишечными токсинами, накоплением вредных продуктов клеточного обмена, цитоморфозом и ослаблением обмена и регенеративной способности, гистерезисом коллоидов протоплазмы, отложением кальция и артериосклерозом кровеносных сосудов, космическим излучением, увеличением энтропии и т. П. Ни одна из этих гипотез не решает проблемы старения в целом. Вместо того, чтобы объяснить биологические процессы одной причиной, сейчас наблюдается тенденция объяснять их многими, охватывать и собирать много внешних и внутренних факторов старения. До сих пор не найден ответ на вопрос — "почему стареет организм". Лучше изучен с научной и практической точки зрения важный вопрос — "как идет процесс старения". ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет»Педиатрический факультетКафедра биологии, гистологии, эмбриологии и цитологииТеория старения: А.В. Нагорного, адаптационно-регуляторная.Список литературы 1. Актуальные проблемы в геронтологии: Сообщ. конф/Подгот. Г. Суворова //Врач. - 1996 - №7 - с. 37-38. 2. Журавлева Т.П. Основы гериатрии: Учебное пособие для студентов учреждений сред. проф. образования. - М.: ФОРУМ: ИНФРА - М, 2003 - 271с. 3. Котельников Г.П., Яковлев О.Г., Захарова Н.О. Геронтология и гериатрия: Учебник. - М., Самара: Самарский Дом печати, 1997. - 800с. 4. Медведева Г.П. Введение в социальную геронтологию / Г.П. Медведева. Академия педагогических и социальных наук; Московский психолого-социальный институт. - М., Воронеж, 2000 - 95с. 5. Руководство по геронтологии и гериатрии: Клиническая гериатрия / Под редакцией В.Н. Ярыгина, А.С. Мелентьева - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003 - 523с. |