Старіння

Старіння від «поперечних зшивок»

Юхан Бьеркстен очолює некомерційний Дослідницький центр в Медісоні (штат Вісконсін), який він заснував у 1952 р. для проведення герпетологіческіх досліджень. Бьеркстен почав свою діяльність в геронтології досить незвично. На початку 40-х років він працював у фірмі біохіміком «Дітто» (яка в ті часи була найбільшим виробником плівки для процесу, що передує ксерокопіювання) і займався дослідженнями метою яких було запобігти псуванню ( «старіння») плівки. Основним інгредієнтом плівки, крім спеціальних хімічних добавок, без яких копіювання неможливо, є желатин - драглистоподібного суспензія білків у воді. Бьеркстен звернув увагу на схожість процесів старіння желатину плівки і подібних йому білків в організмі - хрящів і зв'язок. Обидва процеси пов'язані з реакціями в білках, що призводять до втрати еластичності.

Бьеркстена зацікавило таку обставину: скутість у м'язах і суглобах літніх людей дуже нагадала йому процес дублення, при якому білки в шкірі або желатині тверднуть під впливом певних хімікатів. Бьеркстен знав, що при дубленні між молекулами білків утворюються своєрідні хімічні «містки», які носять назву поперечних зшивок, і йому прийшла в голову думка про те, що старіння людини може пояснюватися виникненням таких же "містків». У 1942 р. він висловив цю думка в такий спосіб «Мені здається, що старіння живих організмів обумовлене випадковим утворенням «зшивання» містків між молекулами білків, які репаруючу ферменти клітини вже не в змозі розірвати. Продовжуючи працювати над теорією зшивок, Бьеркстен Що є ще один тип зшивок - в молекулах ДНК. За думки Бьеркстеда між двома ланцюжками поперечні зшивання не можуть бути зруйновані нормальними репараційними системами клітини. Цей неустранім миі «місток» заважає синтезу РНК на ДНК що в свою чергу порушує процес утворення життєво необхідних білків, які повинна робити РНК. Крім того, зшивання перешкоджають участі ДНК про процес поділу клітини і таким чином перешкоджають відновленню клітин

Освіта зшивок в білках і ДНК може бути викликано багатьма хімічними речовинами, які зазвичай знаходяться в клітинах у вигляді продуктів процесу обміну, або забруднювачами на зразок свинцю або компонентів тютюнового диму. Різноманітність і кількість речовин, що викликають «зшивання» в нашому організмі, такий великий, стверджує Бьеркстен, що тут вже не питаєш, чи достатньо цього, щоб викликати старіння, а тільки дивуєшся, чому старіння протікає так повільно.

Доказами теорії Бьеркстена займався фінський учений Е. Хейккінен з Університету в Турку, який продемонстрував прогресуюче з віком накопичення «зшивок» в шкірі щурів. Інші дослідники виявили подібні ж вікові накопичення зшивок в артеріях, хрящової тканини і м'язах не тільки у щурів, а й у людей.

Але Бьеркстен не зупинився на теоретичних пошуках. Багато років він займався дослідженнями, які, за його задумом, повинні були знайти практичне застосування в боротьбі зі старінням, викликаним «зшивками». Ряд експериментів проводився на грунтової бактерії, які мають здатність розщеплювати «зшиті» молекули, тому що мешкають в середовищі, де основним джерелом їх харчування служать саме «зшиті» молекули мертвих тканин, наприклад опалого листя. На думку Бьеркстена, деякі з цих бактерій синтезують ферменти, які дозволяють їм розщеплювати такі «зшиті» молекули на засвоювані фрагменти. Поки вченому уділось виділити близько 140 таких культур бактерій. Йому вдалося також виділити ферменти з цих бактерій. і він виявив, що один з цих ферментів виявився особливо ефективним при руйнуванні «зшивок» у мертвої тканини тіла людини. У дослідах на живих мишей він показав, що фермент не токсичний, більше того, миші старіли повільніше і жили трохи довше, ніж миші, не одержували ферменту. Однак поки що неможливо зробити будь-які конкретні висновки на підставі нечисленних дослідів на тваринах, метою яких була перевірка на токсичність.

Разом з тим не виключено, що потенційні можливості ферментів, відкритих Бьеркстеном. Чи можуть полягати не тільки в уповільненні процесу старіння або в омолоджуючий ефект. Їх особливості дозволяють сподіватися, що вони виявляться ефективними «розчинниками» речовин, що викликають атеросклероз. Атеросклероз - «затвердеваніеартерій» - головний убивця чоловіків в США, бо він є причиною інфарктів і інсультів. І хоча ми до цих пір багато чого не знаємо про атеросклерозі, відомо, що «затвердіння» викликається відкладенням на стінках артерій певного поєднання жирів і білків, з'єднаних величезною кількістю «зшивок». Якщо ферменти Бьеркстена і справді зможуть усунути атеросклероз, цілком можливо, що вони додадуть років двадцять до середньої тривалості життя людини, тому що допоможуть запобігти інфаркти та інсульти.

Порушення регуляторної функції мозку

Людський організм і добре функціонує тільки в тому випадку, якщо всі його частини взаємодіють чітко і належною послідовності На цю необхідний ос п. складеного фізіологічного функціонування різних систем організму вперше звернув увагу ще в минулому столітті блискучий французький філософ і фізіолог Клод Бернар. Дослідження Бернара допомогли нам зрозуміти, як протікає процес травлення, яким чином вуглеводи запасаються в печінки, щоб використовуватися потім і якщо буде потреба, і як працюють мозок, серця і плацента.

Бернар звернув увагу на те, що клітини тіла омиваються позаклітинної очної рідиною, схожою на кров, і що вона доставляють живильні речовини та кисень з крові і клітини, а також відносить шлаки, в тому числі двоокис вуглецю, з клітин у кров. Бернар надавав великого значення збереження цієї рідини в тілі для нормального функціонування клітин; він назвав її milieu interieur-внутрішнім середовищем організму. Він писав: «Незмінність внутрішнього середовища організму є неодмінна умова вільної та незалежної життя ... Усі життєві механізми тіла, хоч би яким різноманітні вони не були, служать одній-єдиній меті: збереженню сталості умов життя, що в внутрішнє середовище організму ».

Слідом за Бернаром інші фізіологи також почали усвідомлювати, що для нормального функціонування організму необхідна злагоджена робота всіх його частин. У самому початку нашого століття Уолтер Кеннон, професор фізіології Гарвардського університету, назвав здатність організму регулювати функції та взаємодія всіх його частин гомеостазом (від грецьких слів homoios - «подібний» і stasis-«нерухомість»). Кеннон підкреслив, що гомеостаз так само необхідний для організму в цілому, як і, на думку Бернара, для позаклітинної рідини.

Згідно висловлювань радянського кого вченого В. М. Дільмана (Науково-дослідний онкологічний інститут ім. Н. В. Петрова в Ленінграді), основною умовою підтримки гомеостазу є «Скоординована діяльність двох головних регулюючих систем - ендокринної і нервової ». Ендокринні залози - це органи, які виділяють в кров гормони: щитовидна залоза, околощітовідние залози, яєчники і яєчка, надниркових залоз, підшлункова залоза, тимус (вилочкова заліза) і гіпофіз. Гормонами називають хімічні речовини, що регулюють різні особливості обміну речовин на клітинному рівні і в організмі в цілому, а в деяких випадках і виділення інших гормонів. Ендокринні залози постійно «наглядають» за внутрішнім середовищем організму, відзначаючи будь-яке відхилення від норми, при виявленні таких відхилень вони виділяють у кров гормони, які нормалізують стан. Наприклад, підшлункова залоза виділяє інсулін в кров після їжі, коли цукор з перетравлювані їжі надходить у кров і його вміст у крові перевищує норму. Інсулін дозволяє клітинам тіла Використовувати цукор для виробництва енергії і в той же час запасати надлишковий цукор у вигляді жиру.

Гіпофіз - «головна заліза організму» - виділяє безліч гормонів, які в свою чергу керують виділенням гормонів іншими залозами внутрішньої секреції. Але насправді «головна заліза-лише« рабиня » гіпоталамуса, яким є справжнім центром регулювання гомеостазу тіла. Гіпоталамус, як і гіпофіз, знаходиться і головному мозку керує багатьма нашими життєво важливими відправленнями, серед яких назвемо сон, спрагу, голод, статевий потяг, менструальний цикл в жінок, водно-сольовий баланс, температуру тіла, кров'яний тиск і виділення гормонів.

Деякі геронтологи, у тому числі і Дільман, вважають, що багато змін, що з'являються в організмі в міру старіння людини, обумовлені поступовою втратою організмом здатності зберігати гомеостаз за допомогою гормонального контролю і мозкової регуляції. Багато симптоми старіння, судячи з усього, пояснюються втратою контролю за утворенням гормонів, в результаті чого їх виробляється або занадто багато, або занадто мало і регулювання життєвих процесів разбалансіровивается. Клімакс, наприклад, обумовлений втратою гормону естрогену, що виробляється яєчниками. Це призводить до зниження здатності до дітородіння та зменшення вагінальних виділень, (що може порушувати статеве спілкування), зниження тонусу м'язів, витікання і сухості шкіри. У клімактеричний період зростає кількість холестерину і крові, а це означає, що після припинення менструацій жінки піддаються нарівні з чоловіками небезпеки захворювань серця, які пов'язані з тим, що відкладення холестерину блокують кровопостачання серця.

Д-р Калеб Фінч з Геронтологічного центру Андруса при Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі відноситься до числа видатних дослідників ролі порушення гомеостазу при старінні. Порушення гомеостаз Фінч пояснює не просто неправильним функцноніронованіем самих ендокринних залоз, а порушенням контролю гіпоталамуса над гіпофізом, що в свою чергу призводить до втрати контролю над діяльністю ендокринних залоз. На підтвердження своєї гіпотези він посилається на експерименти двох учених Тайваньської університету, Мін Цу п піна і Хай Хохуана. Останні показали, що янчннкн, пересаджені від старих щурів молодим, «омолоджується» до такої міри, що знову починали виділять яйцеклітини. Більш того, як продемонстрували англійські вчені, молоді самки щурів виявлялися запліднені н м і навіть в тому випадку, якщо їм пересаджували яєчники від старих, стерильних самок, причому потомство було нормальним в усіх відношеннях. А це означає, на думку Фінча, що яєчники та інші ендокринні залози управляються гіпоталамусом і порушення ендокринного гомеостазу відбувається не в ендокринних залозах, а в гіпота ламусе.

Інше доказ того, що за порушення гомеостазу, яке, можливо, призводить до старіння, відповідальний гіпоталамус, представлено д-ром Джозефом Мейтесом з Мічігану. Мейтесу вдалося викликати овуляцію у старих самок щурів препаратом L-ДОФА (діоксіфенілаланін). Ці ліки збільшує в мозку кількість молекул хімічних речовин, які називаються катехоламінів, які концентруються в гіпоталамусі та інших відділах мозку. Можливо, що катехоламіни є регулюючими речовинами, які виробляються деякими клітинами гіпоталамуса для контролю над гіпофізом, а той у свою чергу виділяє гормони, які контролюють діяльність інших ендокринних залоз, і тим самим впливає майже на всі життєві процеси організму. Таким чином, стверджує Фінч, «зміни в невеликій популяції клітин у мозку (тобто в гіпоталамусі) можуть бути причиною багатьох змін в організмі ... Ці клітини можуть виявитися регуляторами викликається гормонами процесу старіння ». Як показали експерименти, проведені Мейтесом, L-ДОФА збільшує кількість катехоламінів. Це дозволяє зробити висновок. що порівняно нескладні пристосувальні зміни хімізму тіла можуть компенсувати порушення в гіпоталамусі. Препарат L-ДОФА вже багато років використовується для лікування хвороби Паркінсона майже без будь-яких побічних явищ. Можливо, «І виявиться цілком безпечним засобом у боротьбі зі старінням

І справді, вже з'явилися дані про те, що препарат L-ДОФА здатний продовжувати життя. У 1974 р. Джордж Котціас, учений Брукхейвенської національної лабораторії, повідомив, що при згодовував мишам L-ДОФА «тривалість їх період розквіту сил значно збільшуються». За порівнянні з контрольною групою вдвічі більше експериментальних тварин дожило до півторарічного віку. Котціас також давав значні дози L-ДОФА людям без видимого шкоди (щоправда, ці дози були менші, ніж у дослідах на мишах). Згідно Котціасу, великому рогатої худоби постійно згодовують оксамитові боби, рослина, що іноді містить величезні кількості L-ДОФА - втричі більше, ніж отримували миші в його дослідах, - і проте ніякого побічного ефекту не спостерігалося. Ліки, які називають інгібіторами моноаміноксидази і які психіатри використовують як антпдепрессантов, можуть також, на думку деяких лікарів, застосовуватися для збільшення кількості катехоламінів в мозку людини.

Аутоімунні старіння

Імунна система тісно пов'язана з адаптацією, пристосуванням організму до стресу, що викликається змінами навколишнього середовища. Здорова імунна система захищає організм від вторгнення вірусів, бактерій, грибків і багатьох інших чужорідних субстанцій. При старінні її функція знижена, вона втрачає свою ефективність у виконанні ряду специфічних завдань. З цим пов'язано підвищення сприйнятливості організму до ряду захворювань, особливо до так званим аутоімунних хвороб, в основі яких втрата здатності організму відрізняти «свої» білки від «чужих». У людей похилого віку відсоток різних аутоантитіл, що виробляються проти власних білків, значно підвищений. У період від 40 до 80 років він може збільшитися в 6-8 разів. Все це веде до саморуйнування і старіння організму, його «імунологічної-му роззброєння». Критика цієї гіпотези зводиться до того, що в цьому випадку мова йде не про первинні зміни. Оскільки сама імунна система дуже складна, а її регулювання не цілком з'ясована, спроби її «омолодження» ще не цілком підготовлені: «Взбодреніе» загальною імунної реакції може посилити аутоімунні процеси.

Імунна система організму захищає його від різних хворобливий, в тому числі від раку. Як ми вже відзначали, гллнпимп компонентами імунної системи є білі клітини крові двох типів: В і Т. В-клітини спеціалізовані для боротьби з бактеріями, вірусами і раковими клітинами: вони виділяють білки, звані антитілами, які прикріплюються до хвороботворним організмам і сприяють їх руйнування. Т-клітини в першу чергу атакують і руйнують чужорідні тіла, наприклад ракові клітини і трансплантати.

Д-р Рой Уолфорд з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі припускає, що клітини обох типів з віком починають функціонувати все гірше. Заболевемость раком тому і частішає в старості, що В-і Т-клітини більше не здатні активно атакувати ракові клітини. Інша причина полягає в тому, що в міру старіння організму В-і Т-клітини починають вести себе ненормально, нападаючи не тільки на ракові, але й на нормальні, здорові клітини. Таке руйнування тіла його власної захисної системою отримало назву аутоімунітету. «Старіння - це ... аутоімунний процес », - стверджує Уолфорд і наводить як приклад цілий ряд атоіммунних хвороб, які супроводжуються симптомами старіння: ревматизм, що ушкоджує серцеві клапани; гломерулонефрет руйнує нирки; ревматичний поліартрит, що приводить до поступового руйнування суглобів. За словами д-ра Патриції Мередіт, колеги Уолфорд, «нормальний процес старіння в людини може бути аналогічний якомусь аутоімунітету, що зачіпає всі тканини тіла ».

Д-р Вільям Адлер з Національного інституту геріатрії штату Меріленд, торкаючись «інтригуючою гіпотези про можливий зв'язок між функціями імунній системи і явищами старіння », каже, що є дані про зниження з віком виробництва антитіл та функції Т-клітин в людському організмі.

Вчені намагаються знайти способи «омолодження» імунної системи, щоб запобігти аутоімунне старіння. У 1969 р.Такаші Макінодіан, колега Адлера по інституту геріатрії, продемонстрував. що видалення селезінки у старих мишей майже подвоїло тривалість їхнього життя. Алекс Комфорт назвав це найбільш значним з усіх відомих термінів продовження життя.

Селезінка - орган, який у разі пошкодження легко видаляється без видимих шкідливих для організму наслідків розташована під лівим легким поруч зі шлунком. Вона служить сховищем червоних клітин крові: у екстрених випадках. коли відбувається велика втрата крові, селезінка вивільняє для кровообігу свої запаси. У селезінці також зберігаються Т-клітини, ось чому в міру того, як тимус втрачає здатність виробляти нові Т-клітини, в організмі все ж таки залишається достатня їх кількість.

Ця обставина дозволила Макінодіану припустити, що, будучи депо Т-клітин, селезінка у постарілих тварин (і людей) містить надмірна кількість дефектних Т-клітин і це призводить до аутоімунному старінню, тому видалення селезінки у старих тварин здатне продовжити їм життя. Вводячи клітини селезінки від старих мишей більш молодим, вчений показав, що експериментальні миші менше живуть. З цього він зробив висновок: селезінка хоча б частково «винна» в старінні і смерті і її видалення «значно підвищує ймовірну тривалість життя ».

Проте, попереджає вчений, видалення селезінки саме по по собі не буде повністю ефективним Засобом продовження життя, бо в цьому органі знаходиться безліч функціонуючих Т-клітин, необхідних організму для боротьби з хворобами та раковими

клітинами. Згідно Макінодіану, після видалення селезінки хворому слід ввести Т-клітини з його власного організму (взяті в молодості та заморожені) або від молодшого донора, клітини якого сумісні з клітинами реципієнта. Отримання Т-клітин від молодого організму цілком можли-но, так як тимус і селезінка швидко заповнюють їх нестачу. Макінодіан проводив попередні дослідження такого «омолодження Т-клітинами », вводячи клітини від молодих щурів старим. Останні виявилися більш стійкими до хвороб, ніж контрольні старі щури. З цього вчений зробив наступний висновок: якщо спочатку видалити селезінку, а потім вводити в старий організм молоді функціонують Т-клітини, то «введення молодих Т-клітей може відкрити можливість значного продовження життя ».

Аутоімунні старіння може також бути уповільнено або звернено назад тимозин - гормоном, який виділяється вилочкової залозою (тимусом). Цей гормон виявив у 1965 р. Аллан Голдстейн з Медичної школи Техаського університету в Галвестоні. За припущенням вченого, тимозин підтримує функціонування Т-клітин. Голдстейн також знав, що існує особливий тип Т-клітин, клітини-помічники, які якимось чином допомагають В-клітинам синтезувати антитіла. Отже, підтримуючи активність клітин-помічників, тимозин буде так само сприяти збереженню функцій В-клітин, як і Т-клітин. Тимозин виявляється в тимусі багатьох тварин, у тому числі мишей, кроликів і корів, а також людини, але Голдстейн воліє користуватися тимозин корів, тому що він активний і в організмі людини. Коровій інсулін, що застосовується для лікування діабету у людей, вже врятував тисячі життів з часу його відкриття в 1921 р.; хто знає, може, коров'ячий тимозин допоможе нам упоратися з аутоімунним старінням.

Голдстейн показав, що з віком кількість тимозин у людини зменшується. Це дозволило йому стверджувати, що саме недоліком тимозин пояснюються більш часті випадки захворювання на рак серед літніх людей, а також збільшення числа аутоімунних захворювань, які Уолфорд вважає причиною старіння. Таким чином, ми отримали переконливі докази того, що нестача тимозин, принаймні частково, є причиною аутопммунних захворювань і навіть дегенеративних змін в похилому віці. Голдстейн вже показав, що тимозин ефективний у боротьбі з певними видами раку. Подальші дослідження покажуть, наскільки він зможе уповільнити або запобігти процесу старіння.

Аутоімунні старіння може бути уповільнено також дієтою, а саме строгими обмеженнями в їжі. Більше 40 років тому, в 1935 р., Клів Мак-Кей з Корнеллського університету продемонстрував, що якщо щури отримують рівно стільки їжі, скільки потрібно для збереження ваги тіла, тривалість їх життя зростає на 25%. Інші дослідники показали, що обмеження в їжі, особливо для більш старих тварин, подовжує їм життя. Так, в 1968 р. Д. С. Міллер і П. Р. Пейн з Коледжу королеви Єлизавети в Лондоні виявили. що при зменшенні кількості білків у раціоні старіючих мишей їхнє життя продовжувалася на 28%.

У всіх цих дослідах пацюки отримували менше калорій, ніж звичайно, разом з тим їжа була повноцінною щодо поживних речовин: у неї входили достатні для збереження здоров'я кількість білків, вуглеводів, жирів і вітамінів. У результаті вдалося виявити, що старі тварини, яких тримали на обмеженому раціоні, рідше хворіли на рак, хвороби нирок та серця, ніж тварини, що одержували стандартний раціон. Як стверджує Алекс Комфорт, експерименти зі строгими обмеженнями в їжі виявилися настільки успішними, що цей спосіб "залишається найбільш ефективним з усіх відомих нині методів зміни швидкості ... Постаріння ». Обмеження в їжі, що дає ефективне продовження життя, на думку вже відомого нам Уолфорд »також діє шляхом уповільнення аутоімунного процесу старіння. «Суттєве продовження життя за рахунок обмеження в їжі говорить Уолфорд. - Можна пояснити тим, що імунна система ... більше всіх інших систем організму сприйнятлива до голодування ». Обмеження в їжі не шкодить імунної системі. навпаки, воно сповільнює її деградацію, знижуючи активність, тому, принаймні у тварин, Т-і В-клітини довше залишаються «молодими». Насправді Уолфорд показав, що обмеження в їжі знижує активність імунної системи у молодих мишей, але підвищує активність Т-і В-клітин у старих мишей, що робить їх більш стійкими до хвороб більш того, у них виявляється менше ознак аутоімунного старіння, ніж у старих мишей, які отримують стандартний раціон.

Отже, якщо ми будемо їсти менше, зберігаючи при цьому необхідне для життя кількість поживних речовин, то зможемо сповільнити темпи аутоімунного старіння. Комфорт вважає, що цієї можливості вчені досі не приділяли належної уваги. Він говорить: «Якщо враховувати важливість обмеження в їжі для уповільнення старіння, то ця проблема ще не одержувала достатньої освітлення і слабо перевіряється експериментальним шляхом ».

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