А. Эйнштейн писал, что самое прекрасное, испытываемое нами, - это ощущение тайны. Она - источник всякого подлинного искусства и всей науки Тот, кто никогда не испытывал этого чувства, кто не умеет остановиться и задуматься, тот подобен мертвецу и глаза его закрыты. Геронтолог не может пожаловаться - ощущение тайны постоянно посещает его, ибо познать сущность старения равносильно познанию важнейших механизмов жизни. Многочисленность и порой ошибочность представлений о механизмах старения связаны с необоснованностью сведения всей сложности старения к одному, пусть и важному, изменению жизнедеятельности организма. Современный этап развития биологии старения состоит, или во всяком случае должен состоять, в системном анализе этого процесса, в раскрытии многочисленных внутренних связей, определяющих возрастные изменения в биологических системах на разных уровнях жизнедеятельности, включая и сложнейшую систему - целостный организм. Под системой следует понимать совокупность структур и процессов, обеспечивающих приспособительный эффект на любом уровне биологической организации. Представление о функциональной системе имеет особое значение для геронтологии, ибо конечный итог старения - изменение функции клетки, органа, физиологической системы. Сейчас уже стало тривиальным понятие «молекулярные механизмы старения». В то же время термин «физиологические механизмы старения» как-то не принят в современной биологии и не встречается на страницах журналов и монографий. Впервые коллективная монография под названием «Физиологические механизмы старения» вышла в 1982 г. Наряду с преимущественно аналитическим подходом в геронтологии все большее значение начинает приобретать синтетический, системный подход, который принесет раскрытие молекулярных механизмов изменения функции в процессе старения, приведет к созданию молекулярной физиологии старения. Подобный подход преодолевает искусственное разграничение изучения механизмов старения на разных уровнях жизнедеятельности и создает целостное представление о сущности этого процесса.
Принципиально важно, что механизмы возрастного развития систем должны анализироваться на основе не просто процессов регуляции, а изучения процессов саморегуляции, с учетом их внутренней противоречивости и роли их в адаптации организма. В. И. Ленин писал: «Условие познания всех процессов мира в их „самодвижении", в их спонтанейном развитии, в их живой жизни, есть познание их как единства противоположностей. Развитие есть „борьба" противоположностей. Две основные (или две возможные? или две в истории наблюдающиеся?) концепции развития (эволюции) суть: развитие как уменьшение и увеличение, как повторение, и развитие как единство противоположностей (раздвоение единого на взаимоисключающие противоположности и взаимоотношение между ними).
При первой концепции движения остается в тени с а м одвижение, его двигательная сила, его источник, его мотив (или сей источник переносится во вне - бог, субъект etc.). При второй концепции главное внимание устремляется именно на познание источника ,,с а м о"движения.
Первая концепция мертва, бледна, суха. Вторая - жизненна. Только вторая дает ключ к „самодвижению" всего сущего; только она дает ключ к „скачкам", к „перерыву постепенности", к „превращению в противоположность", к уничтожению старого и возникновению нового» (В. И. Ленин. Полн. собр. соч. T. 29. С. 317).
В 1963 г. в книге «Механизмы старения» была опубликована наша статья «Анализ изменений деятельности организма при старении с позиций саморегуляции функций». В статье развивалось три положения: 1) для изучения механизмов старения необходим системный подход; 2) с возрастом наряду с угасанием обмена и функции мобилизуются важные приспособительные механизмы; 3) старение - результат нарушения саморегуляции на разных уровнях жизнедеятельности организма.
Именно эти представления способствовали формированию нового направления в геронтологии, связанного с изучением механизмов, противодействующих старению; способствовали выдвижению нами понятия витаукта. Они стали основой поиска факторов, уменьшающих возрастные повреждения, факторов антистарения (Cutler, 1979; Lamb, 1980; Дильман, 1987). Правильное представление о сущности старения возможно создать только на основе изучения всего возрастного развития, этагенеза (от лат. «aetas» - возраст).
Развитие этих положений привело к выдвижению нами адаптационно-регуляторной теории возрастного развития.
Старение - разрушительный процесс, ведущий к недостаточности физиологических функций и гибели клеток, ограничению адаптационных возможностей организма, снижению его надежности, развитию возрастной патологии, увеличению вероятности смерти. Конкретные проявления старения определяются генетически детерминированными особенностями организации организма. Нами (Фролькис, 1960) была выдвинута идея о том, что с возрастом наряду с угасанием, разрушением, повреждением возникают важные адаптационные механизмы. Дальнейшей эволюцией этого положения явилось наше представление о существовании специального процесса - витаукта (от лат. vita - жизнь, auctum - увеличивать), направленного на долгосрочную стабилизацию живых систем, предупреждение и ликвидацию многих проявлений старения.
В свое время Л. В. Комаров (1978) критиковал нас за то, что мы отрицаем адаптивный характер процесса старения, а В. M. Дильман (1987), наоборот, - за приписывание старению адаптационной роли. Мы никогда не рассматривали старение как адаптационный процесс. Еще в 1969 г. мы четко формулировали: «Старение - в конечном итоге, процесс разрушительный, неминуемо ведущий к прекращению существования жизни» (Фролькис, 1969, с. 24). Один из механизмов, противостоящих повреждению организма, состоит в следующем: «. . .в возникновении новых приспособительных реакций, в поддержании гомеостазиса организма старости важнейшая роль принадлежит постоянно повторяющейся в жизни тенденции к нарушению гомеостазиса. Иными словами, в ходе изменения гомеостазиса совершенствуются механизмы установления его на оптимальном уровне. Повторяющиеся напряжения могут делать систему саморегуляции более надежной, более адаптированной» (Фролькис, 1965а, с. 274- 275). Адаптационно-регуляторная теория не противопоставляет развитие и старение, не рассматривает старение как побочный продукт развития. Она утверждает, что старение и витаукт являются внутренним содержанием возрастного развития, основанном на механизмах саморегуляции. Нарушение механизмов саморегуляции лежит в основе возрастной деградации организма и развития возрастной патологии.
Мы считали, что понятия «адаптационные», «приспособительные» раскрывают биологическую значимость, направленность этих сдвигов для организма, но не их конкретную сущность, механизм их развития. Адаптационными, приспособительными могут быть самые различные сдвиги в самых различных ситуациях, не имеющих отношения к возрастному развитию, к старению. Витаукт - конкретный процесс, связанный механизмами саморегуляции, с возрастным развитием, со старением. Кроме того, проявления витаукта не всегда имеют адаптивное значение в конкретной ситуации. В процесс витаукта включены механизмы, которые могут трактоваться как адаптация, компенсация, восстановление, защита и др. Очень важно подчеркнуть, что витаукт - не просто антистарение. Часто бывает наоборот - старение нарушает, повреждает, извращает механизмы витаукта. Достаточно вспомнить изменение с возрастом активности системы микросомального окисления, антиоксидантов, репарации ДНК, стабильности мембран, микротубулл, разрушение под влиянием старения механизмов поддержания надежности организма. Эволюция, естественный отбор привели к формированию двух свойств организма - приспосабливаться к среде и определенное время поддерживать высокий уровень приспособления. Это второе свойство определяется процессом витаукта и у коротко-, и у долгоживущих животных оно выражено неодинаково. В оценке адаптационного значения реакции признака нет и не может быть абсолюта. Реакция, имеющая приспособительное значение в одной ситуации, может вызывать нарушения в другой; признак, имеющий адаптивное значение на одном этапе этагенеза, может стать неблагоприятным на другом.
Жизнь не была занесена на Землю из других миров. Она возникла благодаря существованию определенных условий, благодаря длительной, в течение нескольких миллиардов лет, эволюции живых систем. Развитие первичных живых структур, протобиополимеров, протоклеток привело к появлению системной организации, формированию механизмов саморегуляции, прямых и обратных связей.
Старение возникло вместе с появлением первичных живых систем. Оно как процесс разрушительный было результатом внутренней ненадежности и неизбежного повреждающего действия окружающей среды. И вместе с тем живые системы прогрессировали, становясь все более и более надежными. Это стало возможным потому, что благодаря механизмам саморегуляции возник другой процесс, направленный на стабилизацию жизнеспособности организма, повышение ее надежности, долгосрочности существования - процесс витаукта. Очевидно, первичными его проявлениями были механизмы увеличения прочности макромолекул, стабилизация клеточных мембран, избирательный, а затем активный транспорт веществ, восстановление нарушенных звеньев обмена и др. Решающее значение имело возникновение клеточного деления, во многом устраняющего возрастные нарушения и ставшего основой эволюции, фундаментальным механизмом соотношения наследственности и изменчивости.
Итак, старение не возникло на определенном этапе эволюции как адаптивный механизм, элиминирующий индивидуум во имя популяции, вида, всего живого. Старение и витаукт возникли вместе с формированием живого и присущи сейчас всему живому.
По мере эволюции усложнялись клеточные структуры, возникали многоклеточные организмы, более совершенные механизмы саморегуляции и, наконец, механизмы нейрогуморального контроля. Вместе со сдвигами в биологической организации изменялись и конкретные механизмы старения и витаукта. На чисто клеточные механизмы накладывались общеорганизменные, нейрогуморальные. Процессы старения и витаукта отдельных клеток и высших организмов в целом определяются генорегуляторными и нейрогуморальными механизмами. В этих условиях прогрессировали специальные системы витаукта - репарация ДНК, антиоксиданты, микросомальное окисление, антигипоксическая система, нервная регуляция трофики и др. Благодаря эволюции генорегуляторного механизма возникали различные типы считывания генетической информации, появились нервные, секреторные, мышечные, иммунокомпетентные и другие клетки. Особенности их надклеточного контроля, отличия в работе различных генов генорегуляторной системы привели к тому, что в условиях целостного организма старение клеток, обладающих различной функцией, имеет общие механизмы и существенно отличается друг от друга. В условиях целостного организма первичные возрастные изменения в нейрогуморальной регуляции могут приводить ко вторичным нарушениям в других клетках. Таким образом, соотношение процессов старения и витаукта детерминировано биологической организацией живой системы; у различных видов животных существуют общие фундаментальные механизмы старения и специфические особенности их генорегуляторных и нейрогуморальных механизмов. Эти отличия в нейрогуморальных механизмах старения особенно очевидны при сопоставлении возрастных изменений человека и других млекопитающих.
В ходе эволюции сочетание наследственности и изменчивости в естественном отборе приводило к закреплению адаптивных признаков к среде. Не длительность жизни, а приспособление к окружающей среде было ведущим фактором отбора. Многие долгоживущие виды, к примеру древние ящеры, из-за косности наследственности вымирали, так как не могли приспособиться к изменяющейся среде, не выдержали давления естественного отбора. У многих видов, в том числе и млекопитающих (к примеру мыши, хорьки и др.), адаптация происходит на фоне высокой напряженности обмена веществ, большего числа повреждений, более бурного развития старения, некомпенсируемого процессом витаукта. Здесь адаптация к среде будет сочетаться с низкой ПЖ. В понятие «адаптация к среде» следует вкладывать и репродуктивную способность.
Не только в историческом, но и в индивидуальном развитии, не только в филогенезе, но и в онтогенезе на самых ранних этапах становления организма, с зиготы, возникает разрушительный процесс - старение. Это неизбежное повреждение ДНК, распад белков, нарушение мембран, гибель части клеток, действие свободных радикалов, токсических веществ, кислородного голодания и др. Однако благодаря механизмам саморегуляции, надежности процесса витаукта вся система развивается, совершенствуется, растут ее адаптационные возможности. Итак, неверно искать возрастной период, с которого начинается старение. Оно возникает с появлением оплодотворенной клетки. Вместе с тем следует рассматривать разные уровни старения - молекулярный, клеточный, системный, организменный. На определенном этапе старение в ряде клеточных структур благодаря механизмам витаукта еще не приводит к старению организма в целом. В конечном итоге в определенном возрасте (прекращение роста, климактерический период) начинают прогрессировать проявления старения всего организма со всеми для него последствиями.
Вот почему важен поиск возрастного периода, когда нарушения, деградация развиваются особенно бурно. Нарастание старения приводит к ограничению адаптационных возможностей отдельных клеток, систем, всего организма в целом, и это становится основой снижения надежности организма, нарушения регуляции внутренней среды организма, возникновения возрастной патологии. Таким образом, возрастное развитие организма является результатом борьбы и единства двух процессов - старения и витаукта. Связь этих двух процессов в фило- и этагенезе и обусловливается механизмами саморегуляции. Выраженность процессов витаукта во многом определяет ПЖ. Так, существует связь между видовой ПЖ и многими механизмами витаукта - репарацией ДНК, системой антиоксидантов, микросомальным окислением, цефализацией, особенностями нервного контроля. Раскрытие внутренне противоречивого характера возрастного развития определяет тактику и стратегию поиска средств увеличения ПЖ. Они должны состоять в замедлении темпа старения и активации процесса витаукта.
Известно, что благодаря механизмам саморегуляции организм может длительно поддерживать гомеостазис в изменяющихся условиях его существования. Для характеристики этагенеза, возрастного развития более правильна оценка гомеорезиса, стабилизированного по определенной траектории потока возрастных изменений. Существует несколько типов динамики возрастных изменений различных структурных, обменных и функциональных проявлений организма. В каждом отдельном возрастном периоде соотношение их неодинаково.
Существует две традиционные точки зрения на причины развития старения: 1) старение-генетически запрограммированный процесс, результат последовательно развертывающейся программы реализации генетической информации; 2) старение - стохастический, вероятностный процесс, результат нарастающего повреждения структур организма. Нам представляется, что старение генетически не запрограммированный, а генетически детерминированный процесс, определяемый генетически предопределенной биологической организацией, в которой неизбежно развиваются стохастические, вероятностные нарушения. Мышь стареет в десятки раз быстрее человека не потому, что у них по-разному запрограммировано старение, а потому, что столь различны биологические особенности организмов, их надежность, способность длительно поддерживать адаптацию, разрушаемость. Итак, старение - стохастический процесс, течение которого зависит от генетически обусловленных видовых особенностей организма и его реакций на многие средовые факторы. Генетически же запрограммированы многие механизмы витаукта, они закрепляются в эволюции благодаря отбору. Это положение становится ясным на основе представлений И. И. Шмальгаузена (1968) о движущей и стабилизирущей форме отбора, направленной на преобразование стуктуры и функции организма, сохранение и развитие приобретенных адаптивных сдвигов.
Старение - процесс многоочаговый и многопричинный. Он возникает в разных структурах клетки - ядре, митохондриях, эндоплазматическом ретикулуме, плазматических мембранахи др.; в разных типах клеток - нервных, секреторных, печеночных, миокардиальных и др. В его развитии имеют значение различные факторы - генетически предопределенные особенности обмена веществ организма, стрессы, болезни, свободные радикалы, перекиси липидов, действие ксенобиотиков, изменение концентрации водородных ионов, действие альдегидов, температурные повреждения, гипоксия, разобщение во времени и пространстве различных звеньев биологических систем, разрыв лизосом с активными протеолитическими ферментами, активация фосфолипаз, появление белков, повреждающих клетку, и др. Большое значение имеет накопление пептидных остатков. Средовые факторы, изменяя течение биологических процессов, влияют на темп старения. Эта многопричинность и определяет множественность мишеней старения в клетке, органе и организме в целом. Действие этих повреждающих факторов суммируется во времени и в конечном итоге не компенсируется процессами витаукта.
Очевидно, чем большее тот или иной механизм имеет значение в развитии старения, тем в большей мере нормализация, предупреждение его возникновения будет влиять на темп старения, на ПЖ. Иными словами, средства пролонгирования жизни могут быть использованы для анализа механизмов старения. Однако отсутствие пролонгирующего эффекта при целенаправленном воздействии еще не означает, что предполагаемый сдвиг не имеет значения в генезе старения. Во-первых, необходима количественная оценка его нормализации; во-вторых, изменения в одном звене могут не отразиться на состоянии всей системы.
В нашей лаборатории было показано, что энтеросорбция (очистка кишечных соков и тем самым плазмы крови от многих токсических веществ) увеличивает среднюю и максимальную ПЖ. Это само по себе может быть доказательством участия наряду с другими факторами интоксикационного компонента в механизме старения. О снижении суммарной токсичности веществ при энтеросорбции свидетельствует то, что использование ее у старых животных приводит к снижению активности ряда ферментов системы микросомального окисления печени (Фролькис и др., 1982). Кроме того, удалось показать, что в старости меньшие дозы ряда токсических веществ, в частности тех, которые образуются в самом организме, вызывают нарушения обмена и функции. Итак, сочетание накопления токсических веществ с повышенной чувствительностью к ним объясняет участие этого механизма в развитии старения. H. M. Эмануэль и др. (1977) показали, что активация микросомального окисления печени приводит к увеличению ПЖ животных. Все это подтверждает обобщенное представление И. И. Мечникова (1964) о роли аутоинтоксикации в развитии старения.
Выраженный пролонгирующий эффект оказывают, по нашим данным, ингибиторы биосинтеза белка, в частности блокаторы процесса транскрипции. Они же замедляют митотическую активность клеток. Это само по себе позволяет полагать, что существует связь между интенсивностью синтеза белка, частотой митозов и накоплением повреждений с возрастом. При прочих равных условиях (видо- и органоспецифичность) снижение напряженности работы генома замедляет темп возрастных изменений.
Наиболее выраженное замедление темпа старения, увеличение ПЖ дает снижение температуры тела. Это убедительно было показано на холоднокровных животных, не обладающих совершенными системами теплорегуляции, на зимнеспящих теплокровных. По нашим данным, приводимым в гл. 12, в зависимости от температуры тела ПЖ дрозофил может увеличиваться в десятки раз. При этом удалось показать прямую связь между ПЖ и интенсивностью биосинтеза белка. Эта зависимость между теплопродукцией, интенсивностью метаболизма и ПЖ - важный аргумент в пользу стохастичности, вероятностного характера процесса старения, роли действия повреждающих факторов. И, наконец, эффективность использования ряда антиоксидантов с целью увеличения ПЖ свидетельствует о роли свободнорадикального повреждения в механизме старения.
Все механизмы витаукта могут быть разделены на две группы: а) генотипические механизмы витаукта - генетически запрограммированные; б) фенотипические механизмы витаукта - мобилизуемые в ходе жизни организма благодаря процессам саморегуляции.
Процессы витаукта способствуют поддержанию оптимального уровня жизнедеятельности организма. Однако когда со временем «мощь» этих процессов снижается, развивается возрастная деградация организма.
Важными генотипическими механизмами витаукта, подчеркнутыми M. M. Виленчиком (1970), являются процессы репарации ДНК- Их ослабление в старости становится одной из причин нарушения структуры ДНК. Несмотря на противоречивость данных, большинство исследований свидетельствует о накоплении с возрастом повреждений ДНК. Среди них велика роль однонитевых разрывов (Macieira-Coelho et al., 1981; Хохлов и др., 1984). По данным Шмуклер и др. (Shmookler et al., 1983), при старении в фибробластах нарастает количество «кочующих» плазмид и кольцевых молекул ДНК, состоящих из уникальной последовательности нуклеотидов, по-видимому, гена, окруженного кластерами Alu-повторов. Предполагается возможность возникновения апуриновых сайтов, делеций, пиримидиновых димеров и др.
Накопление с возрастом повреждений ДНК - результат взаимодействия процессов старения и витаукта, снижения надежности репарации ДНК. Показано, что в клетках старых животных повреждения ДНК, индуцированные рентгеновским, ультрафиолетовым облучением и другими воздействиями, медленнее репарируются (Plesko, Richardson, 1984). В. M. Михельсон (1985) показал, что фибробласты больных прогерией Хатчинсона- Джилфорда не способны освобождаться от сшивок ДНК-белок, полученных при обработке клеток эмбихином. На основании этого сделан вывод, что скорость репарации повреждений меньше, чем скорость образования сшивок. По Илдинг (Ielding, 1974), репарация повреждений осуществляется лишь в участках ДНК, которые вовлечены в активные процессы транскрипции и доступны для ферментов репарации. Нерепарируемые повреждения в неактивных участках ДНК вызывают нарушения в репликативном синтезе ДНК и становятся причиной нарушения деления клетки, удлинения клеточного цикла. Имеются данные, ставящие под сомнение ослабление процессов репарации при старении (Жестянников, 1979). В диплоидных клетках фибробластов человека поздних пассажей репарация повреждений ДНК, вызванных радиацией, совпадает с молодыми клетками.
В механизме витаукта велика роль системы антиоксидантов, которая предохраняет клетку от возрастных повреждений в результате свободнорадикального повреждения макромолекул (Harman, 1962; Эмануэль, 1982). Показано, что ПЖ линейно связана с отношением активность супероксиддисмутазы / удельная скорость обмена веществ (Cutler, 1984). Интенсивность процессов свободнорадикальных реакций окислительных процессов с возрастом падает, вместе с тем возможная роль их в повреждении клеток нарастает. Это связано с тем, что ослабляется антиокислительная способность тканей.
Не существует единого мнения об изменении с возрастом активности супероксиддисмутазы. Так, Рейс и Гершон (Reiss, Gershon, 1976) показали, что активность «старого» фермента в 1.5 раза ниже, чем «молодого». Масси и др. (Massie et al., 1979) нашли, что в мозге мышей и крыс активность этого фермента падала более чем на 30 %. P. А. Гуськов и др. (1979) обнаружили, что в старости одновременно снижается генерация свободных радикалов и активность супероксиддисмутазы в печени. У 30-летних мужчин содержание а-токоферола и SH-содержащих белков плазмы на 60 % выше, чем у 60-70-летних (Клейменов и др., 1983), снижается и активность восстановленного глютатиона. Возможно, липофусцин - продукт свободнорадикального окисления липидов и белков мембран. Его нарастание в старости может быть одним из результатов недостаточности системы антиоксидантов. Итак, в процессе старения снижается общий базальный уровень активности этой системы. Однако особенно существенна ее недостаточность в ситуациях, сопровождающихся активацией свободнорадикального окисления в клетке. В этих условиях нарастает свободнорадикальное повреждение макромолекул и органоидов клеток.
Важным механизмом витаукта, ограждающим организм от грубых, токсических н/арушений, от действия ксенобиотиков, является система ферментов микросомального окисления печени.
Имеются данные как о снижении в старости индуктивного синтеза ферментов микросомального окисления (Schmucker, Wang, 1980), так и об отсутствии каких-либо изменений в содержании цитохрома Р-450 или повышении ферментативной активности к некоторым субстратам (Birnbaum, 1980). Наша сотрудница Г. И. Парамонова (1981) показала, что на раннем этапе онтогенеза наступает активация системы микросомального окисления печени - увеличивается содержание цитохрома Р-450, повышаются редуктазная и гидроксилазная активность микросом. Максимального уровня они достигают к 3-месячному возрасту крыс, снижаются к возрасту 6-8 мес и слабо изменяются в дальнейшем к 24-28-месячному возрасту.
По данным Г. И. Парамоновой (1983), в старости снижается надежность системы микросомального окисления. Как видно из рис. 1, при фенобарбиталовой индукции прирост активности ферментов у старых крыс (24-28 мес) меньше, чем у зрелух (8-10 мес). При многодневном введении индуктора (фенобарбитала) активность ферментов микросомального окисления поддерживается на высоком уровне у взрослых крыс. У старых животных, несмотря на продолжающееся введение индуктора (фенобарбитала) , уровень микросомальных оксидаз ниже, чем у взрослых. Это ограничение надежности системы микросомального окисления при старении способствует нарушению структуры и функции тканей, сказывается на состоянии внутренней среды организма.
Кислородное голодание (гипоксия) сопровождает организм всю жизнь, с ним неизбежно связано множество физиологических реакций организма, оно нередко становится причиной развития грубой патологии и гибели животных. И вместе с тем кислородное голодание имеет большое физиологическое значение. Благодаря ему совершенствуется антигипоксическая система, позволяющая переносить большие нагрузки, приспосабливаться к среде. Антигипоксическая система - важный механизм витаукта, определяя долгосрочность адаптации к кислородному голоданию, она предупреждает многие повреждения тканей.
Рис. 1. Влияние 3-дневного (А) и длительного (Б) введения фенобарбитала на активность ферментов микросомального окисления печени взрослых (светлые столбики) и старых (заштрихованные) крыс.
/ - содержание цитохромаг Р-450; 2 - активность аминопириндеметилазы. По оси ординат - прирост; по оси абсцисс - длительность введения.
При снижении надежности этого механизма витаукта все большее значение в старении приобретают гипоксические нарушения. Показано, что с возрастом нарастают нарушения в разных звеньях антигипоксической системы - сокращается возможная амплитуда увеличения легочной вентиляции, уменьшается число альвеол, легочных капилляров, падает МОК, сократительная функция сердца, число артериол и капилляров, проницаемость гематопаренхиматозного барьера, число митохондрий, интенсивность тканевого дыхания и др. (Биология старения, 1982). Все это приводит к развитию тканевой гипоксии, ограничению возможностей энергетического обеспечения деятельности органов.
Хорошо известна роль функции мозга, нервной регуляции в адаптации организма к среде. Именно временная стабильность этих механизмов и определяет во многом видовую ПЖ. Однако когда начинает страдать совершенная деятельность мозга, его высшие функции, когда ослабляется нервный контроль над деятельностью органов, прогрессируют возрастные нарушения организма (Фролькис, 1982).
Большое значение в механизме возрастных изменений организма имеют фенотипические механизмы витаукта. Как показали наши исследования, они возникают в течение жизни по мере старения. Так, в старости снижается интенсивность тканевого дыхания в миокарде и наряду с этим растет активность гликолиза, увеличивается сопряжение окисления и фосфорилирования. В старости снижается число митохондрий и наряду с этим появляется значительное количество гипертрофированных органоидов клетки. Уменьшается число клеток во многих органах, часть из них атрофируется и наряду с этим в различных органах развивается гипертрофия и гиперфункция отдельных клеток, активируется большее число функциональных единиц - нефронов, альвеол, капилляров, нейромоторных единиц и др.
В старости снижается активность генома многих клеток, уменьшается доля активного хроматина, транскрибирующая его способность, и вместе с тем во многих клетках развивается многоядерность, полиплоидия. Существенные изменения наступают в процессе транспорта веществ через плазматическую и ядерную мембрану и наряду с этим увеличивается их площадь, что способствует поддержанию их транспортных систем. При старении сила и работоспособность скелетных мышц уменьшается и в работу вовлекаются дополнительные группы мышц. Ослабевает нервный контроль над клетками и органами, однако повышается их чувствительность к ряду физиологически активных веществ, в том числе медиаторам. Снижение механического запоминания в старости компенсируется сохранением и развитием логической памяти, смысловой организацией материала, включением большого количества анализаторов и др.
Подобных примеров можно привести еще множество. Все эти проявления витаукта мобилизуются благодаря механизмам саморегуляции-; включению обратных связей, переводящих... систему на новый уровень деятельности. Конечно, значение ряда адаптивных сдвигов, участвующих в процессе старения, относительно. Будучи на одном этапе возрастного развития, в одной ситуации адаптивными, они в других условиях могут способствовать развитию возрастной патологии.
Существует прямая связь между процессом витаукта и адаптационными возможностями организма. Процессы витаукта определяют способность организма длительно поддерживать высокий уровень адаптации и тем самым влияют на ПЖ, время развития основных форм возрастной патологии. У короткоживущих видов адаптационные возможности организма к конкретным условиям существования могут быть значительны. Однако в связи с особенностями процесса витаукта у этих видов не развиты механизмы долгосрочной адаптации, механизмы длительного поддержания гомеостаза.
Существенный скачок в ПЖ, происшедший на этапе человека, связан со спецификой процесса витаукта. Высокий уровень развития мозга, нейрогуморальной регуляции повышает надежность регуляции внутренней среды организма, экономичность метаболического обеспечения функции. Благодаря развитию мозга, мышления человек не только совершеннее приспосабливается к среде, но и приспосабливает среду к своему существованию. Кроме того, разум, общество, развитие производства, науки, медицины позволяют человеку преодолеть барьеры естественного отбора и в большей мере использовать видовые возможности ПЖ, позволяют переносить болезни и жить при таких изменениях адаптации, при которых животные погибают.
Разграничить адаптационные и повреждающие факторы бывает нелегко. Приспособительное в определенной ситуации может стать разрушительным. Для этого необходимо понимание биологического смысла явлений, в том числе и молекулярных (ведь не зря наука, изучающая их, называется молекулярной биологией), понимание их влияния на жизнеспособность, выживаемость организма.
Особенно важное значение имеет изучение физиологических механизмов старения. Ведь все, происходящее в клетке, органе, направлено на адаптационное изменение их функции. Только системный анализ возрастных изменений может позволить оценить «адаптивность» того или иного сдвига. Так, например, снижение активности синаптической холинэстеразы в старости - проявление нарушения в системе синтеза этого фермента. Однако в условиях ослабления холинергического нервного контроля оно может иметь адаптивное значение. Или, наоборот, рост содержания вазоирессина в крови - проявление активации определенных механизмов, однако оно может способствовать развитию возрастной патологии.
Все это очень важно практически, ибо в поисках средств пролонгирования жизни, активируя какое-либо звено, мы можем не оптимизировать, а усугублять состоян... гирующий эффект таких воздействий, как ограниченная диета, двигательная активность, изменение температуры тела, и объясняется их системным влиянием. Итак, важно, что многое, трактуемое как проявление старения, относится к процессу витаукта, стабилизирующего живые системы.
Существуют явления адаптации, направленные на выживаемость живой системы. Дезадаптация - комплекс сдвигов, ведущих к нарушению приспособительных возможностей; параадаптация - ситуация, когда адаптивный для одного процесса сдвиг может вызывать нарушение другого; гиперадаптация - когда обычный адаптивный сдвиг не адекватен условиям деятельности и потому вызывает не приспособление, а повреждение, патологию. Все эти изменения могут выявляться при старении. Так, разрегулирование функции гипоталамуса нарушает важные адаптационные реакции организма в старости; гликолиз, способствующий поддержанию энергетического потенциала сердца, в старости может стать причиной нарушения,его ритма; значительная активация гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы при стрессе в условиях изменения метаболизма организма нередко становится причиной его повреждения. Регуляторные сдвиги, имеющие адаптивное значение на одном этапе этагенеза, могут на другом вызывать повреждение.
В соответствии с адаптационно-регуляторной теорией механизмы старения связаны со сдвигами саморегуляции живых систем. Во-первых, благодаря механизмам саморегуляции старение одних звеньев системы вызывает проявления витаукта в других, это способствует сохранению адаптационных возможностей, восстановлению компенсации. Во-вторых, нарастающие возрастные изменения приводят к нарушению механизмов саморегуляции, к снижению их надежности, к ограничению адаптационных возможностей системы, а затем к изменению и базального уровня обмена и функции.
Благодаря механизмам саморегуляции достигается передача и переработка информации, необходимой для сохранения и развития любой живой системы. В механизме старения решающее значение имеют нарушения в двух важнейших каналах передачи информации: 1) информации с генома, определяющей биосинтез белка; 2) информации, идущей по путям нейрогуморальной регуляции, определяющей совершенные формы адаптации к внешней и внутренней среде организма.
Последовательность старения на клеточном уровне определяется биологической прочностью, надежностью отдельных структур клетки, выраженностью процессов витаукта и степенью действия на них повреждающих факторов. В соответствии с генорегуляторной гипотезой, являющейся составной частью адаптационно-регуляторной теории, можно выделить три взаимосвязанных, накладывающихся друг на друга, но все же последовательно развивающихся молекулярных механизмов старения (Фролькис, 1969, 1970, 1982). На первом этапе - догеномном - возникают политопные повреждения клетки, ее отдельных органоидов. Однако благодаря генорегуляторным и другим механизмам они в значительной степени репарируемы, компенсируемы. На втором этапе - генорегуляторном - ведущее значение имеют изменения не содержания, а реализации генетической информации. Они ведут к изменению соотношения синтеза различных белков, снижению потенциальных возможностей белоксинтезирующей системы, могут появляться ранее не синтезировавшиеся белки. На основе этих изменений синтеза белка возникают все последующие изменения в клетке энергетического, липидного, ионного обменов, которые сами по себе влияют на биосинтез белка. На следующем геноструктурном этапе возможны нарушения кода ДНК и появление ошибочных белков.
В старении целостного организма, в сокращении его адаптационных возможностей особое значение приобретают развитие этих сдвигов в нейронах, в U1HC. Они ведут к важнейшим проявлениям старения - изменению психики, поведения, памяти, эмоций, умственной и физической работоспособности, к потере репродуктивной способности, нарушению регуляции внутренней среды организма и др. На этом уровне деятельности организма в механизме старения большую роль играет первичное ослабление нервного контроля над деятельностью органов и клеток, изменение их реактивности к физиологически активным веществам. При участии механизмов саморегуляции наступающие при старении сдвиги по принципу обратных связей вызывают адаптационно-регуляторные изменения, проявления витаукта, способствующие сохранению определенного уровня адаптации системы. Однако нарастающие изменения центров регуляции, возникающие и на этапах обратной связи, приводят к выраженным нарушениям всей системы. В последующих главах приводится фактический материал, подтверждающий эти положения.
Большое значение для понимания сути старения имеет установление связи его с эволюцией жизни. Высказаны, пожалуй, все возможные точки зрения: старение - результат эволюционного процесса; старение - «побочный» продукт эволюции; между старением и эволюцией нет связи. Вейсман (Weismann, 1882) выдвинул гипотезу об адаптивном характере старения как приобретения эволюции. Правильно указывает Ю. К- Дупленко (1985), что вместе с этим по сути дела формируется и представление о старении как запрограммированном процессе. H. A. Ceверцев сформулировал представление, которое, мы полагаем, является верным: «. . .порода поддерживается или быстрым размножением, или долговечностью особей» (Северцев, 1967, с. 137).
Многие полагают, что небольшая ПЖ, приводя к быстрой смене поколений, будет способствовать более быстрому закреплению в эволюции приобретенных признаков. Однако для развертывания всей мощи приспособительных механизмов, возникших в эволюции, требуется немало времени, значительная продолжительность жизни. Совершенствование видов в эволюции достигалось как за счет увеличения численности их представителей и укорочения сроков жизни, так и за счет увеличения устойчивости, увеличения ПЖ отдельных индивидуумов. Катлер (Cutler, 1979) на 59 видах копытных и 32 видах плотоядных животных показал, что их эволюция, особенно начиная с палеогена, сопровождалась значительным увеличением ПЖ. Максимальная ПЖ у плотоядных до палеогена составляла 9 лет, в палеогене - 14, неогене- 17, а после неогена - 21 год; соответственно для копытных- 10, 15, 21 и 30 лет. Примерно подобное увеличение ПЖ обнаружено у приматов, за исключением гоминидов, у которых темпы роста были намного выше. Так, максимальная потенциальная ПЖ человека, судя по сравнительно-физиологическим методам оценки,, за последние 100 тыс. лет увеличилась на 14 лет.
В соответствии с адаптационно-регуляторной теорией два механизма определяют связь между старением и эволюцией: 1) в ходе эволюции изменяются свойства живых систем, их биологическая организация, способность к длительной адаптации, а именно они и определяют ход старения; иными словами, возникает опосредованная связь между эволюцией и старением; 2) в эволюции закрепляется не старение, а генотипические проявления витаукта. Сформировавшись в эволюции как процесс, направленный на сохранение длительной адаптации организма, витаукт определяет во многом ПЖ, возрастное развитие организма.
До настоящего времени широко распространено представление о старении как инволюции. Оно своими корнями уходит в философские взгляды T. Спенсера и неврологическую концепцию Джексона, по мнению которого в патологии раньше всего страдают эволюционно более поздние механизмы. Исходя из представлений об инволюции на первых этапах онтогенеза организм развивается от простого к сложному, от древних форм проявления жизни к более совершенным. На поздних этапах все идет в противоположном направлении - от сложного к простому, от нового, совершенного к раннему, древнему, грубому: развитие и его зеркальное отображение - обратное развитие, т. е. инволюция. Большой фактический материал, накопленный в последние годы, убеждает, что в процессе старения происходит качественная перестройка живых систем, а не простое «усечение» эволюционно более молодых механизмов.
Наиболее распространен в геронтологии этагенетический метод изучения - анализ возрастных изменений у животных какого-либо одного вида. Немало исследователей используют филогенетический метод - изучение особенностей биологической организации животных с различной видовой ПЖ. В нашем коллективе сформулировалось филоэтагенетическое направление - изучение особенностей старения животных с различной видовой ПЖ (Фролькис, 1981, 1982). Оказалось, что существует фундаментальная общность развития старения у животных различных видов и наряду с этим есть специфические отличия. Сравнение видовых особенностей старения позволило выделить четыре группы признаков, которые мы назвали онтобиологическими, хронобиологическими, видоспецифическими, стабильными. Онтобиологические признаки примерно одинаково выражены при старении животных с различной ПЖ. Хронобиологические коррелируют с астрономическим временем, и чем дольше видовая ПЖ, тем более они выражены. Видоспецифические характерны для старения данного вида. Качественное и количественное своеобразие старения животных с различной видовой ПЖ и определяется различным сочетанием этих признаков, выраженность которых определяется соотношением старения и витаукта. Большая группа показателей стабильна при старении животных всех видов. Один из наиболее спорных - вопрос о соотношении старения и болезней. Здесь, пожалуй, высказаны все точки зрения: старение - болезнь, болезни пожилых людей - проявление их старения, наконец, старение и болезни - два изолированных процесса. Мы утверждаем, что старение и болезни взаимосвязаны друг с другом, однако единство, связь этих процессов не означает их тождества. Старение создает предпосылки для развития патологии. Иными словами, возрастные сдвиги могут, во-первых, суммироваться с патологическими или же перерастать в болезни; во-вторых, возрастные сдвиги, ограничивая адаптационные возможности, снижая надежность отдельных звеньев систем «предуготавливают» их к повреждающему действию экзогенных и эндогенных факторов. Существует общность и вместе с тем качественные различия в течении старения и болезней. Так, например, в развитии атеросклероза, артериальной гипертонии, рака, диабета и старения много общего и много различного. Старение может приводить к развитию различных синдромов в старости (синдром - совокупность ряда симптомов с единым патогенезом). Важно и другое. Ряд патологических процессов, изменяющих течение фундаментальных проявлений жизни, влияют на темп старения, становятся причиной ускоренного его течения.
См. также:
Предисловие
Список сокращений
Глава 2. Молекулярные и клеточные механизмы старения
Глава 3. Нейрогуморальные механизмы старения
Глава 4. Биологические и математические модели продолжительности жизни
Глава 5. Биологические корреляты видовой продолжительности жизни
Глава 6. Влияние диетических факторов на продолжительность жизни
Глава 7. Влияние двигательной активности на продолжительность жизни
Глава 8. Влияние ингибиторов биосинтеза белка на продолжительность жизни
Глава 9. Влияние энтеросорбции на продолжительность жизни
...
Обсудить на форуме
