«И вся королевская конница
И вся королевская рать
Не могут Шалтая, не могут
Болтая, Шалтая-Болтая собрать».
Льюис Кэрролл «Алиса в стране чудес»
Были выдвинуты сотни гипотез и теорий старения, связывающих его с внешними и внутренними факторами, нарушениями в различных органах, клетках, внутриклеточных структурах, с теми или иными продуктами обмена веществ. Даже кратко остановиться на всех этих процессах невозможно. Есть, к примеру, «психологическая» теория: человек стареет и умирает от... страха смерти! Но сейчас уже стало ясно, что старение - процесс многопричинный, "многоточечный", и свести его к какому-то одному фактору не удастся. Поэтому мы попытаемся взглянуть на проблему в целом и подчеркнуть некоторые ее существенные моменты.
Что такое старение? В самом общем виде, - при этом процессе происходит постепенное, но неуклонное разрушение гомеостаза - постоянства состава внутренней ереды организма. Совокупность уровнен жизненно важных показателей все более и более отклоняется от тех значений, что устанавливаются в возрасте 20- 25 лет и соответствуют максимальной работоспособности и жизнеспособности.
Нужно сказать, что на Земле есть практически бессмертные организмы. Проблематична применимость понятия старения к одноклеточным, они фактически но стареют и погибают в основном от случайных причин. Ряд многоклеточных, для которых характерен неограниченный рост, - полипы, кольчатые черви, медузы, некоторые рыбы и другие обитатели вод. Но все это относительно простые организмы, по мере же усложнения трудности поддержания жизнеспособности растут. Наиболее эффективный способ избежать старения - непрерывный рост и размножение клеток с постоянным отмиранием неполноценных. А как могут, скажем, клетки мозга размножаться без нарушения их тонких и сложных взаимосвязей, составляющих сущность организации интеллекта? Ограничение роста и размножения клеток сложно организованных существ создают тенденцию к саморазрушению, которой, однако, организм способен активно противостоять. Мера этой способности определяется программой, заложенной в генах. Но какие же конкретно факторы несут угрозу саморазрушения, и что им противостоит?
При сопоставлении разных видов животных обнаруживаются две группы биохимических и физиологических показателей, влияющих на продолжительность жизни. Одна из них связана с обменом веществ, и прежде всего энергетическим обменом, другая - с показателями нервной и эндокринной регуляции (масса мозга, длительность периодов эмбрионального и полового созревания и др.). Каким же образом энергетический обмен может влиять на сроки жизни?
Показано, что у большинства млекопитающих за всю жизнь образуется около 220 килокалорий энергии на 1 грамм веса тела. Можно сказать, что такое количество обменной энергии является губительным для них, организм оказывается не в состоянии справиться с большим количеством. Для обезьян эта величина, именуемая энергетическим жизненным потенциалом, выше и составляет около 450 килокалорий на грамм, для человека - около 800. Так что организм человека более умело обращается с энергией и может использовать большее ее количество за период своего существования. Наиболее убедительное на сегодняш-ний день объяснение и самой ограниченности энергетического жизненного потенциала, и различий в его величине включает цепочку следующих процессов: поглощение кислорода - образование свободных радикалов - повреждение ДНК. Удобнее будет пройти ее с конца. Неизбежно накапливающиеся в процессе жизнедеятельности отклонения в составе и свойствах молекулярных компонентов клетки устраняются путем их непрерывной замены, самообновления. В этом смысле обмен веществ является наиболее мощным механизмом, противодействующим старению. Синтез и распад продуктов обмена управляется биологическими катализаторами - ферментами. Сами белки-ферменты постоянно подвергаются контролируемому, разрушению и замене за счет их образования на рибосомах, где для каждого белка есть матрица - молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК). Матричные РНК также непрерывно заменяются на вновь образуемые на соответствующих участках ДНК - генах. Этот круговорот молекулярного омоложения идет непрерывно и достаточно интенсивно. Основной белок плазмы крови, альбумин, обновляется наполовину примерно за 3 недели. С еще большей скоростью происходит оборот некоторых других молекул. Сопровождающийся
высвобождением энергии распад молекулы основного энергоносителя организма, аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), и ее последующее восстановление на «энергетических подстанциях» - митохондриях - занимает всего несколько секунд. За день в организме человека синтезируется и распадается количество АТФ, сопоставимое с его собственным весом.
Лишь структура ДНК является той уникальной контрольной записью, которую не с чем сверить. В случае повреждения ее нельзя заменить, а можно только попытаться восстановить (репарировать). В клетке есть специальная биохимическая система такого восстановления - система репарации ДНК. Молекула ДНК является двойной спиралью, каждая из нитей которой представляет собой остов из углевода дезоксирибозы (отдаленный аналог обычного сахара) и остатков фосфорной кислоты, на которой нанизаны отдельные звенья (основания) - содержащие азот органические молекулы циклического строения. Для репарации очень важен тот факт, что нити двойной спирали являются, с химической точки зрения, как бы зеркальным отражением друг друга: напротив основания, именуемого аденином, всегда стоит тимин, напротив, гуанина - цитозин. Основной у млекопитающих, так называемый эксцизионный (от латинского «вырезать») путь репарации заключается в том, что ферменты удаляют участок, содержащий повреждение, и застраивают образовавшуюся брешь по образцу второй, незатронутой нити. К сожалению, репарация не обходится без ошибок, и с возрастом накапливаются такие изменения, как разрывы одной из нитей, химические «сшивки» ДНК с ДНК и ДНК с белком и даже искажения последовательности оснований в генах (мутации).
Что же больше всего угрожает нашим генам? Чтобы, понять это, обратимся к основам химии. Как известно; молекулы образуются из атомов за счет химической связи - объединения двух эле'ктронов, каждый из которых принадлежит одному из участников связи. Такая связь очень прочна, и любой атом; имеющий свободный электрон, жадно ищет себе партнера. Частицы с несвязанными электронами получили наименование свободных радикалов. Именно они-то и являются наибольшей угрозой, поскольку агрессивно «атакуют» все окружающие молекулы без разбора и этим нарушают стройную картину биологически целесообразных процессов.
А основной источник свободных радикалов в организме - реакции с участием кислорода, без которого невозможно образование энергии. Кислород, таким образом, является жизненно важной, но и небезопасной составляющей обмена веществ. Не только недостаток, но и избыток его может быть губительным. Так что с сожалением и сочувствием приходилось читать об американском певце Майкле Джексоне, спавшем в атмосфере чистого кислорода, что-бы прожить 160 лет. К счастью, он вроде бы прекратил небезопасные процедуры. И опять же -- организм не смог бы сколько-нибудь
длительно существовать, если бы у него не действовали системы антирадикальной защиты. Они бывают двух типов. Первый - антиоксиданты (соединения, связывающие радикалы с образованием их менее активных форм) аскорбиновая кислота, витамин Е, глутатион и другие. Второй тип - ферменты, разрушающие свободные радикалы и токсические продукты их превращения. Если представить, что на каждую единицу энергии расходуется определенноё количество кислорода, при этом образуется также определенное число свободных радикалов и некоторая их доля «обходит» аитиоксидантовую систему и систему репарации и вызывает нарастающее во времени повреждение ДНК, можно понять связь между образованием энергии. и продолжительностью жизни. Большая величина энергетического жизненного, потенциала у обезьяны и человека может иметь простое объяснение: показано, что их антиоксидантные и репаративные системы работают более эффективно. Исследованиями автора свободно радикальной теории старения Д. Хармана, Г. Фон Хана, изучавшего вопрос о накоплении с возрастом сшивок ДНК-белок (что также имеет в основном свободно радикальную природу) и других ученых представления о накоплении повреждений генетического аппарата в результате действия побочных продуктов энергетического обмена как одного из факторов, определяющих старение, нашли многочисленные доказательства. Но есть и в корне другой подход к раскрытию причин возрастных изменений. В теоретических построениях A. A. Богданова, В. М. Дильмана, Р. Ро-зена и других исследователей старение рассматривается не как следствие случайных ошибок и сбоев в работе «молекулярной машины» клетки, а как закономерный этап в развертывании процесса индивидуального развития. Речь, таким образом, идет о старении как выражении самого содержания той «руководящей информации», которая закодирована в последовательности оснований ДНК и прямо или косвенно управляет всеми проявлениями жизни. Эти исследователи считают, чте генетическая программа развития просто не предусматривает достижения абсолютно стабильного состояния организма, такого, которое он мог бы неопределенно долго сохранять. Разнообразные показатели обмена веществ, его нервной регуляции и гормональной, столь существенно изменяющиеся в ходе бурного роста и созревания молодого организма, и после достижения зрелости как бы по инерции продолжают свой ход в сторону увеличения или уменьшения, хотя и не такими стремительны-ми темпами.
И действительно, какими случайностями можно объяснить, что в процессе старения в гипоталамусе (отделе мозга, непосредственно управляющем обменом веществ) активность определенных нервных центров снижается, других - повышается, а третьих - остается неизменной? То же самое и внутри клетки. Если бы дело сводилось к повсеместному накоплению повреждений, можно было бы ожидать, скажем, одновременного падения активности всех ферментов. В отношении части из них это справедливо, но есть группы ферментов с неизменной или повышающейся активностью. Все это подтверждает представление о нарастающей во времени дестабилизации регуляторных процессов. Попытаемся свести к единому знаменателю существующие представления о старении, основываясь на представлении о естественной гармонии живого. Гармония эта носит в чем-то вынужденный характер. В естественных .условиях организм должен постоянно приспосабливаться к изменениям окружающей среды, порою экстремальным, несущим непосредственную угрозу существованию (сюда относится и внутривидовая и межвидовая конкуренция за пищу, пространство обитания и так. далее). Это предъявляет достаточно жесткие требования к эффективности использования организмом ресурсов вещества и энергии, совершенству устройства его биохимических и физиологических систем. Совершенство требует простоты и соразмерности, и потому входе длительной биологической эволюции даже в том, что прямо относится к жизнеспособности, сохраняется необходимый резерв, но не избыток. И если считать, что имеется две первоосновы старения - накопление молекулярных повреждении и неустойчивость регуляторных процессов, то должна существовать тенденция к выравниванию скорости старения, задаваемой каждым из этих факторов в отдельности. Действительно, избыточная надежность любого из них потребовала бы привлечения дефицитных «фондов». вещества и энергии усложнения каких-то структур, но практически ничего не дала бы. Ведь для того, чтобы погубить организм, достаточно и одного разрушительного процесса. Такие же рассуждения можно применить и к степени надежности отдельных систем, участвующих в противодействии старению. Представление о гармонии факторов, определяющих сроки жизни, хорошо объясняет, почему довольно малоэффективны опыты по генетическому отбору на высокую продолжительность жизни, и почему так трудно существенно продлить жизнь даже с помощью воздействия, казалось бы, напрямую связанных с механизмами поддержания жизнеспособности.
Вообразим себе цепь, состоящую из нескольких примерно равных по прочности звеньев. Укрепление только одного звена, более того, даже укрепление всех звеньев за исключением одного-единственного практически не упрочит цепь. Таким образом, попытки увеличить сроки жизни должны обязательно одновременно, без каких-либо изъятий, затрагивать всю совокупность звеньев жизнеспособности. Вкратце изложенные здесь данные современной геронтологии позволяют считать, что. хотя бы в первом приближении эти звенья нам известны.
См. также:
Время пришло
Ритмы космоса и ритмы жизни
В начале пути
В чем истина древних легенд?
Циклическое омоложение
Большие трудности, большие ожидания
Заключение
Что можно прочесть по проблеме РПЖ
Обсудить на форуме
