Эликсир жизни (продолжение) Печать E-mail
В.Л. Воейков Биофизикохимические аспекты старения и долголетия В настоящее время широким признанием пользуются два типа теорий старения: генетическая и свободно-радикальная, в рамках которых находят удовлетворительное объяснение некоторые особенности процесса старения и связанных с ним патологий. Однако есть явления, трудно объяснимые в рамках этих теорий: в частности, увеличение максимальной продолжительности жизни при умеренном голодании, благотворное действие активных форм кислорода на осуществление жизненных функций и т.д. ... Биология преподносит немало удивительных примеров того, что некоторые живые существа практически не подвержены старению и если гибнут, то не по внутренним причинам, т. е. вследствие истощения жизненных возможностей организма. Известны деревья продолжающие плодоносить в возрасте, превышающем несколько тысяч лет. У черепах, некоторых видов рыб и птиц 150-летний возраст - это не предел, причем животные и в этом возрасте часто не обнаруживают биологических признаков старения. Среди млекопитающих таких долгожителей нет. Eсли они не погибают от внешних причин до наступления старости, то умирают от болезней, связанных с дряхлостью. Но человек, как ни странно, может сравниться с самыми долгоживущими рыбами, рептилиями и птицами и по продолжительности жизни, и по способности сохранять высокую жизненную активность в самом преклонном возрасте. ...Старость обычно ассоциируется с неизбежной деградацией физического и психического здоровья человека. Но в ряде исследований показано, что среди "глубоких стариков" немало тех, кто сохраняет хорошее здоровье, высокую работоспособность и творческую активность. Примерно половина долгожителей (лиц старше 90 лет) на Украине и в Абхазии по медицинским показателям - практически здоровые люди....Все варианты "генетических" теорий старения проистекают из концепции А. Weismann о "разделении труда" между соматическими клетками и половыми - носителями генетического материала. По Вейсману многообразие функций соматических клеток сводится в конечном итоге к обеспечению возможности сохранения генетического материала ("бессмертной наследственной плазмы") в потомстве. Когда функция размножения выполнена, особи "не только теряют цену, но даже становятся вредными для вида, отнимая место у лучших". Поэтому, как считает Вейсман, в ходе естественного отбора на "полезность" преимущество получали виды с оптимальным соотношением между плодовитостью и продолжительностью жизни родителей, выполнивших свою функцию. Вейсман предположил, что максимальная продолжительность жизни детерминирована генетически в виде числа поколений соматических клеток многоклеточного организма.Недавно стал известен молекулярный механизм, ограничивающий число делений фибробластов в культуре (число Хейфлика) - снижение в стареющих культурах активности теломеразы - одного из ферментов, обеспечивающих сохранение свойств ДНК в последовательных поколениях клеток. Число делений культивируемых фибробластов, в которые встроили ген этого фермента, увеличилось. Обнаружены гены, мутации в которых влияют на МПЖ у дрожжей, червя-нематоды, дрозофилы. Эти исследования породили надежды на омоложение с помощью "генной терапии"....Роль ненаследственных факторов акцентируется в группе теорий старения за счет изнашивания организма. В ходе жизнедеятельности в нем накапливаются токсические продукты обмена веществ, он постоянно подвержен действию вредных внешних факторов. Обезвреживающие механизмы, которые у молодых организмов еще устраняют повреждения, постепенно изнашиваются, и одряхление становится все более явным. Так, согласно "Свободно-радикальной теории старения", при действии на организм ионизирующей радиации или в результате неких "ошибок метаболизма", в цитоплазме появляются свободные радикалы (атомы или молекулы, имеющие неспаренный электрон на внешней обитали)... высоко активные свободные радикалы могут атаковать и повреждать любые биомолекулы. Утверждается, что с возрастом свободные радикалы обезвреживаются все хуже и все активнее нарушают работу "молекулярных машин" клетки.Однако, активные формы кислорода (АФК), столь опасные с позиции свободно-радикальной теории старения, организм вырабатывает целенаправленно... клетки обладают специализированными ферментативными системами для целенаправленной генерации АФК. У растений почти полное подавление митоходриального дыхания снижает потребление ими кислорода лишь на 5-30%, а у животных минимально поврежденные органы и ткани используют до 10-15% потребленного кислорода на продукцию АФК.Наконец, совсем недавно было установлено, что все антитела, независимо от их специфичности и происхождения, способны активировать кислород и продуцировать перекись водорода. А это значит, что АФК участвуют в любой иммунной реакции организма, т.е. что защита организма от повреждающих факторов внешней среды, необходимая для длительной жизни, невозможна без участия свободных радикалов....интенсивность процессов с участием свободных радикалов в мозгу, намного превосходит ту, что характерна для других органов и тканей. А ведь мозг - это тот орган человека, который "стареет", как правило, в последнюю очередь (по крайней мере, у большинства долгожителей). Все это резко противоречит свободно-радикальной теории старения в том ее виде, в каком она пропагандируется в настоящее время....Обратимся к другому важному для геронтологии наблюдению -- продлению жизни животных при ограничении калорийности питания (ОКП). Так, снижение калорийности пищи до 40-50% от потребляемого при кормлении "досыта" увеличивает не только среднюю, но и максимальную продолжительность жизни мышей и крыс более, чем в 1,5 раза!. ОКП приводит к усилению иммунитета, снижению частоты раковых заболеваний, а в ряде случаев -- к рассасыванию уже появившихся новообразований. У макак ОКП устраняет развитие диабета, гипертонии, атеросклероза. Долгое время рост продолжительности жизни при ОКП объясняли просто: при голодании снижается интенсивность обмена веществ, медленнее накапливаются эндогенные токсины, и длительность жизни растет за счет снижения общей активности организма. Оказалось, однако, что двигательная, сексуальная и познавательная активность умеренно голодающих животных возрастает, а за все время жизни они потребляют больше кислорода и "сжигают" больше калорий, чем контрольные....Старение - закономерный этап индивидуального развития организма....Э.С. Бауэр обобщил это свойство живого как "принцип устойчивого неравновесия": "Все и только живые системы никогда не находятся в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях" (т.е. речь идет о противодействию живыми системами вселенскому закону увеличения энтропии, что позволяет, наконец-то, дать определение живых существ) . В термодинамике термин "свободная энергия" связывают с наличием в системе каких-либо градиентов: электрических, химических, механических (давление), температурных. Все они имеются и в живых системах, и используются для выполнения работы. Но где первоисточник их формирования и поддержания, первоисточник работоспособности живой системы? Согласно Бауэру, в живой клетке неравновесность порождается особым физическим состоянием биологических макромолекул - белков и нуклеиновых кислот.... белки-ферменты могут поглощать из среды энергию, накапливать ее, а затем использовать для выполнения полезной работе в виде одного "большого" кванта.... закон Бауэра гласит, что любая живая клетка с момента своего возникновения неравновесна относительно среды, и за счет этого способна выполнять полезную работу по поддержанию собственной жизнедеятельности, причем вся работа, которую выполняет живая система, направлена только на это. Если живую систему изолировать от внешних источников вещества и энергии, она постепенно израсходует все свои запасы биофизической энергии на выполнение работы по поддержанию неравновесного состояния живой массы, и в конечном итоге организм погибнет....Таким образом, жизненный цикл любого организма состоит из двух этапов с противоположным направлением вектора изменения биофизической энергии. Первый этап - это этап развития, на котором объем биофизической энергии живой системы растет, второй - это этап, на котором ее уровень снижается, т. е., по существу, -- старение организма. Продолжительность всего цикла зависит и от наследственно обусловленных начальной живой массы и ее биофизического потенциала, а также от эффективности его использования для роста живой массы....Сформулированные Бауэром фундаментальные законы биологии, которые мы обсудили крайне фрагментарно (более подробное их изложение см. [4, 62]), позволяют объяснить с единых позиций большинство явлений, связанных с проблемой старения, в частности, тех, что не находят объяснения в рамках существующих теорий. Так, генерация клетками АФК объясняется энергетической подкачкой в процессе рекомбинации свободных радикалов. АФК необходимо рассматривать в первую очередь как главных участников непрерывных протекающих нелинейных процессов, в ходе которых порождаются электронно-возбужденные состояния. Эти процессы играют принципиально важную роль в организации потоков энергии и информации в живых системах, на что указывает стремительный рост числа работ, в которых утверждается, что АФК выступают в роли универсальных информационых агентов практически для всех проявлений клеточной активности.... В чем смысл генерации радикалов, если они должны немедленно устраняться, как не в том, что продукты этих реакций появляются в электронно-возбужденном состоянии, эквивалентном тому, что возникает при поглощении ими кванта света. эти механизмы регуляции метаболизма рассматриваются в статье достаточно подробно....Нет сомнения, что длительность активного и полноценного существования живой системы в известной мере зависит и от генетических факторов и от условий ее существования. Но из законов теоретической биологии, впервые сформулированных Э. Бауэром, следует, что любая живая система, в том числе и человек, -- это непрерывный деятельный процесс становления, а его результаты определяются, главным образом, собственной активностью живой системы и уже во вторую очередь внешними обстоятельствами и даже генетической конституцией организма. Хотя в соответствии с принципом устойчивого неравновесия, любой элементарный цикл развития живой системы, имеет свой предел, после которого начинается этап старения, другие принципы теории Бауэра открывают возможности для существенного продления срока жизни индивидуума при сохранении его высокой жизненной активности. Благодаря существованию "Основного процесса" каждая индивидуальная живая система имеет возможность многократно "омоложиваться" и вновь вступать в фазу развития, причем стартовые условия для нового этапа могут быть лучше, чем для предыдущего. Каждый человек на каждом этапе своего развития, как правило, имеет в своем распоряжении средства для его осуществления. Другое дело, что многие не знают, что они обеспечены этими средствами и не умеют ими пользоваться. Правда, складывается впечатление, что мы просто забыли об этом, поскольку многие издревле известные правила здорового образа жизни, способы коррекции отклонений от нормального развития, позволяют не только продлить календарные сроки жизни, но и обеспечить высокую работоспособность, творческую активность в любом возрасте.В.М.Дильман Большие биологические часы (! 450 кб) Научные материалы, положенные в основу, разрабатывались автором более тридцати лет. Однако их главный результат может быть сформулирован весьма кратко: у высших организмов, включая человека, старение непосредственно связано с механизмом развития, а именно те же самые факторы, которые обеспечивают развитие организма, продолжают действовать и после его завершения, являясь одновременно и причиной, приводящей к старению. Так как механизмы развития реализуются по жесткой генетической программе, то соответственно и признаки нормального старения исключительно единообразны у всех особей каждого вида, включая человека...Эти же механизмы определяют и видовой лимит длительности жизни.... вполне осознавая существование многих различий в развитии и болезнях таких далеких видов, как, например, горбуша, крыса и человек, в книге рассматривается то, что преимущественно объединяет их на единой эволюционной лестнице живой природы....именно живые системы организмов благодаря обмену веществ и поступлению энергии из внешней среды, то есть как открытые системы, обладают способностью временно противодействовать запрету, налагаемому термодинамическими законами природы. Но если противодействие этим законам может осуществляться хотя бы в пределах видовой продолжительности жизни каждого индивидуума, то почему же все-таки его существование конечно? Очевидно, должны существовать какие-то специальные причины, постепенно нарушающие те свойства, которые отличают природу живых организмов от всех других явлений природы....читатель сможет ознакомиться с рядом доводов, подтверждающих, что именно закономерные, а не статистические явления управляют сложным оркестром организма не только в период развития и роста, но и на всем пути его существования, то есть в старости так же, как я в детстве, когда порядок детерминированных процессов развития очевиднее для всех. Поэтому мутации и подобные им явления не могут играть фундаментальной роли в механизме старения....Принято считать, что нормальное физиологическое старение -- это одно, а определенные болезни, сцепленные со старением, -- совсем другое. С моей точки зрения, которую я в этой книге достаточно подробно аргументирую, нет принципиальных различий не только между механизмами развития и старения организма, но и механизмами развития болезней, сцепленных со старением.... нормальные клетки, находясь в искусственных условиях вне организма, в так называемой культуре тканей, делятся лишь строго определенное число, раз и затем погибают. Когда же клетка становится раковой, ее потомки могут жить и в культуре ткани, и в организме беспредельно, если их последовательно пересаживать, или трансплантировать.... вычислили, что если будут устранены основные болезни старения -- атеросклероз и рак, то длительность жизни человека увеличится на 18 лет; если же будут устранены все болезни пожилого возраста, то это даст в среднем дополнительно еще 2--5 лет жизни....В живой природе существуют примеры механизма смерти, явно не связанного с влиянием внешних причин. Всем известен вид смерти, свойственный бабочке поденке. Такая бабочка, возникнув из личинки поутру к концу первых суток закончив цикл размножения, погибает. Смерть наступает независимо от условий внешней среды -- как будто кончается завод часов. Подобная смерть от внутренней причины -- не исключение. Еще" отчетливее ее можно наблюдать у более сложного организма -- горбуши. Эта рыба в течение четырех-пяти лет живет в Тихом океане. В этот период происходит созревание и увеличение размера тела, а в печени и теле накапливается жир. Но вот приближается период размножения, и горбуша начинает свой длинный путь, иногда в тысячи километров, к устью той реки, в которой она появилась на свет. С самого начала этого пути рыба в качестве источника энергии использует главным образом печеночные резервы жира. Запас жиров снижается, но растет концентрация в крови холестерина, который синтезируется из жира. И в течение одного-двух месяцев рыба "стареет". У нее изгибаются челюсти, западают глаза, истончается кожа. В организме горбуши происходят очень глубокие сдвиги -- появляются признаки, свойственные сахарному диабету и атеросклерозу, снижается устойчивость к инфекции. Наконец горбуши-самки откладывают икру, которая осеменяется мужскими особями горбуш. Через одну-две недели рыбы-родители погибают. Причиной смерти являются множественные инфаркты сердца, мозга, легких, почек. Это понятно, так как концентрация холестерина в крови у горбуши в период нереста увеличивается до 1000 мг%, то есть примерно в 10 раз. Механизм гибели горбуши -- это типичный пример смерти от внутренних причин, причем пример, создающий впечатление о существовании запрограммированной смерти. Жизнь рыбы как бы оканчивается в соответствии с программой, хранящейся в генах, -- будто в них записан сигнал "стоп", который остро обрывает жизнь....Американские ученые О. Робертсон и Б. Векслер (1962) удалили половые железы у нескольких экземпляров родственного горбуше пресноводного вида рыбы и содержали затем их в специальных резервуарах. Это кажется невероятным, но длительность жизни кастрированных рыб удвоилась и даже в некоторых случаях утроилась! Приведенный пример поучителен в ряде отношений. Во-первых, он демонстрирует наличие смерти от внутренних причин у такого достаточно сложного организма, как горбуша. Во-вторых, эффект кастрации показывает, что видовые пределы жизни могут быть расширены, то есть что возможно вмешательство в программу, которая с незыблемой генетической закономерностью воспроизводится из поколения в поколение, из года в год, так сказать, от века. Но, пожалуй, самый важный вывод заключается в следующем. В основе механизма запрограммированной гибели горбуши лежат регуляторные сдвиги, а именно такие сдвиги в регуляции обмена, которые приводят к резкому повышению содержания холестерина в крови. При этом гибнет каждый индивидуум, каждая горбуша, ибо ни одна рыба этого вида уже никогда после нереста не возвращается в океан.На примере механизма гибели горбуши становится очевидным, что в основе смерти лежат нарушения регуляции, то есть функциональные и поэтому в принципе обратимые нарушения.... тот факт, что удаление половых желез тормозит выполнение "программы смерти", показывает, что у горбуши половые железы являются источником сигналов, включающих механизм смерти от внутренней причины. Иными словами, созревание половых желез "запускает" механизм размножения, а затем и естественной гибели горбуши.... В чем смысл накопления жира в печени и в емкости "горба", если горбуше суждено в ближайшее время после нереста погибнуть? В том, что из жира образуется холестерин, а каждая половая клетка должна содержать много холестерина. Этот холестерин является материалом для построения оболочек (мембран) клеток, которые после оплодотворения должны начать развиваться в сложный организм. Одновременно повышение содержания холестерина в крови вызывает у горбуши поражение сосудов и в конечном итоге приводит организм к гибели. Таким образом, по существу, избыток холестерина в крови служит обеспечению процесса размножения, а гибель горбуши является лишь побочным следствием, вызванным нарушением постоянства внутренней среды организма. В ходе эволюции не было выработано никакого защитного механизма против этого лишь потому, что развитие вида настолько эффективно обеспечивается, что гибель одной особи на фоне рождения множества потомков, практически ничего не значит. Далее подробно рассказывается о системах регуляции организмов на клеточном уровне. Материал настолько интересный, что с большим сожалением не цитирую его весь :) но иначе общий обзор станет не читаемым (все, кто заинтересуется, могут прочитать это в самой статье). В целом складывается картина взаимного баланса всех регуляторных механизмов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма и выполнение его видовой функциональности, которая и определена генетически, как строгая и взаимообусловленная последовательность фаз развития, репликации и выхода из жизни. Умирания не как непременной самоцели, а как побочное следствие функциональной бесполезности для вида, когда чем дальше, тем организм более оказывается эволюционно необеспеченным поддержкой восстановительными механизмами. ... системы, обеспечивающие стабильность, то есть защиту от внешнего мира, все время должны сами развиваться, увеличивая свою мощность; только в этом случае может быть обеспечено сохранение регуляции в движущейся системе. Наиболее наглядно это можно проследить на основе тех изменений, которые наблюдаются в женском организме во время беременности. Эти изменения особенно явны во второй половине беременности, когда быстро увеличивается масса плода. В этот период у женщины происходит накопление жира, а нередко можно заметить также увеличение размеров носа или подбородка за счет набухания мягких тканей лица. Параллельно в крови повышается концентрация сахара и холестерина. Уровень сахара иногда становится столь значительным, что врачи определяют такое состояние как "диабет беременных". Иными словами, у женщины во время беременности происходит нарушение закона постоянства внутренней среды и как бы развиваются определенные болезни. Справедлив вопрос: разве может столь жизненно необходимое явление, как беременность, сопровождаться болезнями, особенно если принимать во внимание, что в процессе эволюции вредные свойства давно были бы устранены естественным отбором? Рассмотрим это подробнее. Изменения, возникшие у беременной женщины, свойственны не только роду человеческому, они, например, так же отчетливо наблюдаются и у животных. Более того, можно заметить, что признаки "болезни, беременного организма" напоминают именно те отклонения, которые остро возникают у горбуши в период, предшествующий нересту, хотя у рыб в отличие от млекопитающих плод не развивается в материнском организме. Приняв все это во внимание, приходится признать: отклонение от закона постоянства внутренней среды -- это та запрограммированная "болезнь беременного организма", без которой невозможно развитие плода. Ведь чтобы нормально развиваться, плод должен быть обеспечен "строительным материалом" -- он и доставляется в результате -описанных сдвигов. Функциональная разница с горбушей в том, что женщина вынашивает, как правило, только один плод за раз и для вида важны последующие беременности.... само нормальное старение есть болезнь, вернее, сумма болезней гомеостаза -- болезней, вызванных нарушением закона постоянства внутренней среды организма. Такие же изменения, хотя в значительно более быстром темпе, происходят и у горбуши в период нереста. Пример гибели горбуши является с этой точки зрения частным примером гибели вследствие нарушений в системе саморегуляции.... Увеличение мощности главных гомеостатов в процессе старения означает, что старение и связанные с ним болезни формируются не за счет снижения, угасания, а, напротив, усиления, перенапряжения деятельности систем, регулирующих энергетические процессы, адаптацию и размножение... Признаки естественного старения определяются теми изменениями, которые ранее должны быть выполнены для осуществления развития организма.... Исследования, суммированные в табл. на стр. 49, показывают, что причины, лежащие в основе гибели таких, например, далеких друг от друга видов, как горбуша, крыса и человек, практически совпадают. Если бы речь шла не о механизме смерти, то следовало бы сказать, что этот механизм -- чудо совершенства. Сегодня можно утверждать, что биологические часы, определяющие длительность жизни высших организмов, заключены не в каждой отдельной клетке, а в системе регуляции. Поэтому точнее эти часы было бы назвать Большими биологическими часами. Вот почему, быть может, нет никакой особой фатальности в явлении естественной смерти, а есть проблемы познания механизма развития организма, и в первую очередь -- углубленного изучения его регуляторных принципов.... Эволюция, формируя высшие организмы, определила, что лучше иметь возможность прожить видовой лимит жизни и умереть старым и больным, чем умереть молодым и здоровым в любой момент, наступление которого могло бы определиться только факторами внешней среды. Поэтому вернее было бы сказать, что цивилизация не вызывает болезней цивилизации, а вносит принцип неопределенности в "запрограммированный" механизм болезней старения.Далее подробно рассматриваются механизмы адаптации к стрессовым факторам и вызываемые этим болезни адаптации.... нарушение адаптации, возникающее в процессе нормального старения, вносит эту плату уже вне всякого призыва к защите, по существу, вопреки организму. То, что послужило приспособлению, в конце концов лишает организм возможности не только приспособиться к самым умеренным требованиям, предъявляемым жизнью, но и в силу действия внутренних факторов влечет за собой болезнь - гиперадаптоз. Климакс является одновременно и нормой и болезнью: нормой потому, что климакс в женском организме явление закономерное, а болезнью потому, что это стойкое нарушение регуляции, приводящее в конечном итоге к снижению жизнеспособности организма.Естественность процессов старения обосновывается так же во время рассмотрения возрастных изменений регуляции аппетиты, последствия энергетического гомеостата - ожирения и собственно такие последствия ожирения как атеросклероз, метаболическая иммунодепрессия и ее последствия - рак.... любое стойкое отклонение гомеостаза -- это болезнь. А то, что происходит у всех, является и опасным для всех. Ведь те, кто причисляет старение к возрастной норме, молчаливо игнорируют то обстоятельство, что старение прогрессивно увеличивает риск смерти от нормальных болезней, в основе которых лежит нарушение гомеостаза.http://www.scorcher.ru/art/long_life/long_life.php
 
« Пред.   След. »
Подключиться к кабельному телевидению