Теорії старіння

Скільки може прожити людина? Чому одні люди живуть довше за інших? Чи існують «секрети» довгожительства і чи можемо ми з вами ними скористатися? На ці питання відповідають різноманітні науки.

Систематичне вивчення тривалості людського життя почалося в кінці XVIIв., і на-ча.ло цього поклав англійський астроном Едмунд Галлей, той самий, що відкрив комету Галлея. Пи-криючись вивести математичну закономірність, яка дозволила б визначити можливу тривалість життя, Галлей взяв дані про смертність жителів польського міста Бреслау (теперішній Вроцлав), у той час входив до складу Німеччини, і склав так звану «таблицю життя», з якої було видно, скільки чоловік умірло в тому чи іншому віці. За розрахунками вченого, очікувана тривалість життя жителя Бреслау в середньому становила 34 роки.

У XVIII-XIX століттях науку про тривалість життя значно просунули вперед математики, які працювали у страхових компаніях -- останні були зацікавлені в якомога більш точних пределеніях вірогідною тривалості життя, так це дозволяло обчислити суму внесків, що приносять прибуток по більшості страхових полісів. Першим математиком, що склав «Таблиці життя» для страхових компаній, був Джеймс Додсон.

Гіпотези зносу.

Найбільш примітивні механістичні гіпотези розглядали старіння як просте зношування клітин і тканин. Популярність отримала одна з перше загально біологічних теорій, запропонована Н. Рубнером (1908). Автор виходив з існування зворотної залежності між інтенсивністю обміну, енергією та тривалістю життя: «енергетична теорія старіння». Згідно розрахунками Рубнера, кількість енергії на 1 кг маси тіла, яке може бути витрачено за все доросле життя, постійно у всіх тварин, і'только людина має енергетичний фонд у 3-4 рази більший, ніж інші тварини. Згодом це міркування не підтвердилося для багатьох видів. Неправильним з точки зору геронтології був і що випливає звідси висновок, що для продовження свого життя людина повинна проявляти мінімальну активність. Насправді ситуація протилежна, і пасивний спосіб життя скорочує її термін.

Гено-регуляторна гіпотеза.

Відповідно до цієї концепції первинні зміни відбуваються в регуляторних генах - найбільш активних і найменш захищених структурах ДНК. Передбачається, що ці гени можуть визначати темп і послідовність включення і виключення тих генів (структурних), від яких залежать вікові зміни в структурі і функції клітин. Прямих доказів вікових змін ДНК небагато. Останнім часом висловлювалося припущення про зв'язок старіння з ділянками ДНК, деякі з яких скорочуються в розмірах при старінні. Повідомлялося і про відкриття особливого хромосомного ферменту, перешкоджає старінню ДНК і здатного омолоджувати клітини людини (В. Райт і співробітники).

Нейро-ендокринні та імунні гіпотези.

Нейроендокринні система людини є основним регулятором його життєвих функцій. Тому з самого початку в геронтології активно розроблялися гіпотези, що зв'язують провідні механізми старіння на рівні організму з первинними зрушеннями в нейро-ендокринної системи, які можуть привести до вторинних змін у тканинах. При цьому, більш раннім уявленням про первинному значенні змін діяльності тієї чи іншої конкретної залози (гіпофіза, щитовидної або, особливо, статевих залоз і т. д.) приходять на зміну погляди, згідно з якими при старінні змінюється функція не однієї будь-якої залози, а вся нейро-ендокринна ситуація організму.

Досить широку популярність здобули гіпотези, що зв'язують старіння з первинними змінами в гіпоталамусі. Гіпоталамус - відділ проміжного мозку, генератор біологічних ритмів організму, який грає провідну роль у регуляції діяльності залоз внутрішньої секреції, що здійснюється через центральну ендокринну залозу - гіпофіз.

Відповідно до гіпотези «гіпоталамічних годин» (Дільман, 1968, 1976), старість розглядається як порушення внутрішнього середовища організму, пов'язане з наростанням активності гіпоталамуса. У підсумку в літньому віці різко збільшується секреція гіпоталамічних гормонів (ліберінов) і ряду гормонів гіпофіза (гонадотропінів, соматотропіну), а також інсуліну. Але поряд зі стимуляцією одних структур гіпоталамуса, інші при старінні знижують свою активність, що призводить до «разрегулірованію» багатьох сторін обміну та функції організму.

Молекулярно-генетичні гіпотези.

Найбільшу увагу зазвичай залучають молекулярно-генетичні гіпотези, що пояснюють процес старіння первинними змінами генетичного апарату клітини. Велику їх частину можна підрозділити на два основні варіанти. У першому випадку, вікові зміни генетичного апарату клітин розглядаються як спадково запрограмовані, під другий - як випадкові. Таким чином, старіння може бути запрограмованим закономірним процесом, логічним наслідком росту і дозрівання, або результатом накопичення випадкових помилок у системі збереження і передачі генетичної інформації.

Якщо дотримуватися першої думки, то старіння, по суті, стає, продовженням розвитку, протягом якого, у певній, закріпленої в еволюції послідовності включаються і вимикаються різні ділянки геному. Тоді при «розтягуванні» програми розвитку сповільнюється робота «Біологічних годин», які задають темп програмі старіння. Наприклад, в дослідах з обмеженням харчування у молодому віці (тварини з «продовженої життям») відбувається уповільнення зростання, а отже, і старіння, хоча механізм далеко не такий простий. Передбачається, що уповільнення зростання і отодвіганіе статевого дозрівання та досягнення остаточних розмірів тіла призводить до збільшення тривалості життя. Тобто, старіння, як і інші етапи онтогенезу, контролюється генами.

Старіння помилково

Була запропонована Л. Оргелем (1963). Вона грунтується на припущенні, що основною причиною старіння є накопичення з віком генетичних пошкоджень в результаті мутацій, які можуть бути як випадковими (спонтанними), так і викликаними різними ушкоджувальними факторами (іонізуюча радіація, стреси, ультрафіолетові промені, віруси, накопичення в організмі побічних продуктів хімічних реакцій та інші). Гени, таким чином, можуть просто втрачати здатність правильно регулювати ті чи інші активності у зв'язку з накопиченням ушкоджень ДНК.

У той же час існує спеціальна система репарації, що забезпечує відносну міцність структури ДНК і надійність в системі передачі спадкової інформації. У дослідах на декількох видах тварин показаний зв'язок між активністю систем репарації ДНК і тривалістю життя. Передбачається її вікове ослаблення при старінні. Роль репарації виразно виступає в багатьох випадках передчасного старіння і різкого укорочення тривалості життя. Це стосується, перш за все, до спадкових хвороб репарації (прогеріі, синдром Тернера, деякі форми хвороби Дауна та інші). У той же час є нові дані про численні репарації ДНК, які використовуються як аргумент проти гіпотез помилок. У статті під назвою «Наука заперечує старість» французький дослідник Р. Россьон (1995) вважає, що в світлі цих фактів теорія накопичення помилок у нуклеотидних послідовності. вимагає перегляду. Все ж таки репарація, мабуть, не призводить до 100% виправлення пошкоджень.

Багато геронтологи вважають, що старіння-результат накопичення таких невиправлених помилок. За словами Гейфліка, «втрата точної або надійної (контролює) інформації відбувається через накопичення випадкових впливів, які ушкоджують життєво важливі молекули ДНК, РНК і білків. Коли досягається гранична величина такого роду "поразок", "Ушкоджень", "похибок" або "помилок", нормальні біологічні процеси припиняються і вікові зміни стають очевидними. Істинна природа шкоди, що завдається життєво важливим молекул, поки невідома, але відомий сам факт його прояви ».

Деякі геронтологи, і серед них Ф. Маррот Сайнекс з Медичної школи Бостонського університету, вважають, що ключовим моментом у старінні є помилки в ДНК. Необоротні зміни в хімічній структурі довгих, що утворюють ДНК ланцюжків атомів отримали назву мутацій. За Сайнексу, мутації-це зміни в інформації, зашифрованою в структурі ДНК, яка контролює функціонування клітини. Мутації можуть виникати в результаті невиправлених помилок при утворенні повой ДНК, у результаті помилок у процесі відновлення або через пошкодження ДНК забруднюючими хімічними речовинами. Мутації в ДНК клітини можуть призвести до того, що клітина почне синтезувати змінену РНК, а це в свою чергу призведе до синтезу змінених білків -- ферментів. Видозмінений фермент може працювати гірше нормального, а то й зовсім не працювати. У результаті реакції обміну речовин, в яких бере участь такий дефектний фермент, можуть припинитися, і клітина перестає виконувати свої функції або навіть загине.

Теорія старіння в результаті накопичення мутацій вперше була висунута в 1954 р. фізиком Лео Сцілардом який прийшов до цього висновку, спостерігаючи за дією радіації на людей і тварин, скорочує їх життя. Радіація викликає множинні мутації ДНК, а також прискорює появу таких ознак старіння, як сивина або ракові пухлини. З цього Сцілард зробив висновок, що саме мутації є причиною старіння людей і тварин. І хоча він не зумів пояснити, ка-ким чином мутації виникають у людей і тварин, що не піддавалися опроміненню, за його думку, вони. можливо, є не що інше, як результат природних ушкоджень клітин.

Деякі сучасні геронтологи, зокрема д-р Говард Кертіс з Брукхвейнской національної лабораторії в Нью-порка, поділяють точку зору Сцілардл і також вважають, що старіння викликається накопиченням у протягом життя невиправлених мутацій, що руйнують функціональні потенції клітини. Кертіс вважає, що старіння, викликане мутаціями, можна запобігти або принаймні сповільнити, виправляючи за допомогою генної інженерії ті процеси 11 клітинах тіла, які обумовлюють репарацію (ремонт) ДИК.

На думку деяких вчених, обумовлене мутаціями ДНК старіння не так серйозно, як старіння, викликане невиправним пошкоджень і РНК, білків і ферментів Д-р Леслі Оргел з Інституту Солка в Ла-Хойя (Каліфорнія) припустив, що помилки в синтезі РНК і білків призводять до старіння клітин в результаті, як він це назвав, «катастрофи помилок». Кожна молекула РНК, зважати на ДНК, відповідальна за синтез безлічі копій певного ферменту; РНК служить «Матрицею», з якої робиться безліч ідентичних копій молекули білка. Отже, при дефектної РНК кожна білкова молекула, Вихідна з «Конвеєра» буде так само дефектного і не зможе ефективно брати участь у реакціях обміну речовин. Крім того, деякі ферменти беруть участь у виробництві білків на базі «матричної» РНК, а інші здійснюють синтез РНК на матриці ДНК. Отже, якщо помилка допущена до структури РНК чи білка, вона буде виробляти все більш збиткові «матриці», що призведе до кумулятивного ефекту -- лавиноподібного накопиченню помилок і до останньої катастрофи-смерті.

Вчені виявили, що дія ферментів з культури старих людських клітин ненормально: 25% таких ферментів дефектні, що служить підтвердженням теорії «катастрофи помилок» Оргела. І хоча це ще не остаточне доказ, можна сподіватися, що спроби запобігти старіння, викликане накопиченням помилок, виявляться успішними. Можливо, знадобиться усувати НЕ первинну помилку на молекулярному рівні, а лише її наслідки. Один з способів уповільнення акумуляції помилок, що пропонує Алекс Комфорт, полягає в деякому уповільненні швидкості процесів обміну речовин і клітинах, що зменшує ймовірність виникнення помилки. Цього можна досягти шляхом зниження температури тіла. Як підтвердили досліди, життя тварин нижчих тварин - риб та черепах - дійсно від цього подовжується.

Винищення вільних радикалів

Зображення або моделі ДНК, РНК та білкових молекул часто представляються у вигляді жорстких, статичних конструкції на зразок мостів; на Насправді ж це нестабільні бив довгі, схожі на ланцюгу структури, що складаються з тисяч молекул, які досить легко розпадаються на ланки. Всередині клітини вони постійно піддаються атак з боку інших молекул-одні з них представляють звичайні продукти клітинного метаболізму. інші - речовини, що забруднюють навколишнє середовище, і Зокрема свинець. Таким чином, у клітці постійно утворюються нові молекули, що замінюють пошкоджені. У процесі обміну речовин утворюються молекули Особою роду, які називаються вільними радикалами, вони мають сильну тенденцію з'єднуватися з іншими молекулами. Іноді клітини виробляють вільні радикали для полегшення процесу обміну речовин, і з'являються вони найчастіше в ході тих реакцій, які споживають кисень для «спалювання» вуглеводів і протікають з виділенням енергії. Часом вільні радикали виникають випадково, коли кисень, завжди присутній в клітці і володіє високою активністю, з'єднується з молекулмі клітини.

За визначенням Алекса Комфорту, вільний радикал-це «Високоактивний хімічний агент, готовий з'єднатися з чим завгодно». У результаті безконтрольні вільні радикали можуть завдати серйозної шкоди клітинних мембран, а також молекул ДНК і РНК. Ця обставина робить їх головним визначальним чинником біологічного старіння. Один із способів боротьби зі старінням, в якому винні вільні радикали - застосування так званих антиоксидантів. Цікаво, що одна з найбільш активних програм з вивчення антиоксидантів проводилася промисловістю харчових упаковок, де намагалися знайти засоби проти шкідливого дії вільних радикалів на частку зберігаються продукти, які піддавалися впливу кисню повітря. Найпоширеніший у США антіоксідаіт називається ВНТ; він щорічно виробляється харчовою промисловістю в величезних кількостях. На всіх етикетках круп, жувальної гумки, маргарину, соди, картопляних пластівців та інших харчових продуктів можна знайти напис: «Для збереження доданий ВНТ». Роботи д-ра Денхема Кармі з Медичного коледжу Університету штату Небраска (раніше Кармі працював хіміком в компанії «Шелл», але його так зачарували «безсмертні» клітини курчати, описані Алексіс Каррель, що він звільнився і вступив до медичного інституту, щоб присвятити себе вивченню процесу старіння) показали, що пацюки, яким згодовували

ВНТ, живуть на 20% довше, ніж щури що не отримували цього препарату. Слідом за Харменом, Комфорт показав, що антиоксидант етоксіхін збільшує тривалість життя мишей приблизно на 25%. Судячи з усього, інші антиоксиданти продовжують життя щурів і мишей на 15-20%.

В даний час ВНТ і інші антиоксиданти не можна рекомендувати людям для вживання в таких кількостях, в яких вони використовуються в експериментах на тваринах. Але все-таки їх можна розглядати як один зі способів продовження життя -- за умови, що будуть знайдені більш безпечні антиоксиданти.

Інша атака на старіння, викликане вільними радикалами, була продемонстрована в 1973 р. д-ром Річардом Хохшілдом, президентом компанії мікрохвильової апаратури в Корона дель Map (Каліфорнія). Вводячи мишам препарат, званий центрофеноксіном, Хохшілд виявив, що їхнє життя подовжується на 10%. Він також вводив ліки старим мишам і показав, що воно залишку збільшує тривалість життя піддослідних тварин на 11%.

Центрофеноксін застосовується у ряді країн Європи і в усьому світі (крім США) для усунення симптомів ряду порушень, причина яких криється в мозку: утрудненого читання, недорікуватості і скутості рухів. За твердженням Хохшілда, препарат не пошкодив експериментальним тваринам і виразно сприяв більшої тривалості їх життя. Крім того, його вже якийсь час використовують для лікування хворих, що страждають мозковими розладами; отже, він також безпечний для людей, доак і для щурів. Час покаже, чи зможе центрофеноксін продовжити наше життя. Додамо тільки, ліки що є похідним діметіламіноетанола близького до іншої хімічної речовини - діетиламіноетанолу що утворюється при ін'єкціях людям Геровітал препарату проти старіння.

Ще один шлях запобігання старіння, викликаного вільними радикалами - різноманітні дієти. Як вважає Кармі, ліпіди особливо ненасичені, якими багаті масла та рослинні продукти, беруть участь у вільнорадикальних реакціях і таким чином можуть сприяти прискореного старіння. Згодовуючи мишам підвищені дози ненасичених ліпідів або збільшуючи процентний вміст таких жирів в їх їжі, і Кармі домагався скорочення термінів життя тварин.

Захистом від вільних радикалів є і вітамін Е. «Старіння обумовлене процесом окислення, - говорить д-р А. Теппел з Каліфорнійського університету в Девісі, - а так як вітамін Е належить до числа природних антиоксидантів, його можна використовувати для протидії цього процесу в організмі ». Хоча самому вченому до цих пір не вдалося довести, що додаткові дози вітаміну Е сприяють продовженню життя мишей чи щурів, він продемонстрував, що недостатній вміст цього вітаміну в їхньому кормі виразно скорочує термін життя цих тварин. Він також вивчав складу їжі багатьох американців і прийшов до висновку, що вона неповноцінна в багатьох відносинах, у тому числі в ній недостатньо вітаміну Е. Теппелу належать такі слова: «Оскільки біохімічно недолік вітаміну Е і процес старіння ... йдуть паралельно, очевидно, що слід звернути увагу на недостатній вміст вітаміну Е в людини ... Оптимізація споживання вітаміну Е може уповільнити процес старіння ».

Теппел вказує також, що в їжі повинно міститися достатня кількість вітаміну С - він діє сінергіческі, сприяючи більш ефективному видаленню вільних радикалів вітаміном Е. Той же Кармі запевняє, що за рахунок різних поправок в нашій їжі, а саме за рахунок зниження ненасичених жирів у загальній сумі калорій з 20 до 1% і споживання достатніх кількостей вітамінів Е і С, можна домогтися, дотримуючись правильної дієти, продовження життя. Він переконаний, що такий підхід до дієти людей похилого віку може дати значний позитивний ефект. Дієти «з урахуванням вільних радикалів », укладає Кармі, відкривають перед нами« перспективи продовження строку життя понад 85 років, а також можливість для значного числа людей жити набагато довше 100 років ».

При підготовці даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.studentu.ru