Для целенаправленного воздействия на процесс старения необходимо иметь общее представление о старении и особенностях этого процесса при гипобиозе животных.
Проведенный нами ранее общебиологический анализ старения организмов различных систематических групп позволил найти общие закономерности старения [30]. Здесь мы дадим лишь общие выводы о старении млекопитающих и человека. Старение - это снижение жизнеспособности организма вследствие замедления самообновления его клеток, тканей и органов. Жизнеспособность организма определяется согласованной работой органов и систем и способностью их сохраняться за счет самообновления. Самообновление - основное свойство живого. У млекопитающих длительная жизнеспособность неделящихся клеток (нервных) обеспечивается за счет внутриклеточного самообновления, а самообновление органов и тканей осуществляется системой стволовых клеток (СК). Старение организма начинается после полового созревания (ПС), до ПС старение не проявляется вследствие преобладания самообновления в процеccе морфогенеза. ПС определяется половой дифференцировкой организма, необходимой для созревания половых клеток. У млекопитающих она начинается в стадии гаструлы с отделения первичных половых клеток от соматических. Причиной этого отделения является так называемая зародышевая плазма в цитоплазме яйцеклетки и зиготы. В процессе морфогенеза эта структура присутствует в СК и половых клетках, а соматические клетки лишаются ее. После ПС снижается самообновление органов и жизнеспособность всего организма. Для многих млекопитающих и человека между ПС и ПЖ наблюдается линейная зависимость. Многие данные по биологии старения различных видов указывают на ведущую роль ЦНС в процессе старения высших животных и человека.
В критические периоды раннего развития млекопитающих предопределяется дифференцировка различных областей мозга, главным образом гипоталамо-лимбических структур, эндокринной и некоторых биохимических систем таким образом, что с момента ПС, то есть у взрослого организма, именно эти структуры оказывают существенное влияние на темп старения. К началу ПС резко повышается активность многих биохимических систем и эндокринных органов, происходит созревание основных структур мозга и образуется устойчивая связь этих структур с эндокринной системой. У многих исследованных видов позвоночных и беспозвоночных наблюдается четкая связь начала старения с ПС. При этом возрастные изменения, связанные с нарушением большинства органов и систем, имеют типичный характер для всех особей вида. Поэтому можно заключить, что они вызваны не случайными факторами, а связаны с нарушением органов центральной регуляции, ответственных за контроль многих функций. Есть основания полагать, что такими регуляторами являются гипоталамо- лимбические структуры мозга, функции которых существенно ослабевают с возрастом. Механизм этих нарушений и связь их с процессом старения изучены недостаточно.
Имеется много данных о том, что у млекопитающих старение организма до ПС не проявляется за счет повышенного самообновления вследствие действия различных ростовых факторов и нейропептидов [13], а половое развитие отстает от соматического. Дифференцировка нейросекретоных клеток предопределяется в раннем развитии, а их пептиды возникают и оказывают действие в различные периоды онтогенеза. Так, ?-фетопротеин препятствует ПС, связывая половые гормоны в крови. После ПС он исчезает. После ПС взаимодействие между нейропептидами мозга (либерины, статины, тропные гормоны) ускоряют репродуктивные процессы, а соматическое развитие замедляется под влиянием ингибиторных факторов. Снижение обновления организма после ПС можно объяснить и тем, что СК многих тканей начинают активно участвовать в репродуктивной функции. Это особенно выражено у животных с однократным размножением (например, у сумчатых мышей). Установлено, что у многих беспозвоночных под влиянием гонадотропных гормонов происходит рост репродуктивных органов и образование гамет за счет подавления синтеза белков в других тканях и разрушения органов [19]. Этот процесс можно замедлить.
Во многих опытах на беспозвоночных убедительно показано, что с помощью голодания, снижения температуры тела или изменения концентрации СО2 в среде удается снизить обмен веществ, задержать ПС и замедлить или даже остановить старение [19]. При этом происходит редукция тела, рассасывание старых тканей и разблокировка СК. При отмене воздействия организм начинает самообновляться за счет СК. Такой способ позволяет увеличить ПЖ некоторых животных в десятки раз [27]. У зимоспящих млекопитающих в гипобиозе также происходит редукция всех органов, в том числе и скелета, резко замедляется обмен веществ и старение. Весной рост органов возобновляется за счет СК, вызывая омоложение организма. Эти процессы у гетеротермных животных имеют ритмичный характер: у незимоспящих (полевки и др.) - суточные, а у зимоспящих (суслики и др.) - годовые циклы. Такие циклы должны оказывать влияние на эндогенные биоритмы организма, ответственные за поддержание согласованной работы систем, жизнеспособности. Нами ранее была предложена рабочая гипотеза об одном из механизмов старения как следствии десинхронизации биоритмов организма после ПС [30].
Установлено, что в условиях гипотермии и гипокси-гиперкапнической среды у крыс снижается активность супраоптических и паравентрикулярных ядер гипоталамуса, ответственных за синхронизацию многих биоритмов, что приводит к замедлению старения в гипобиозе и к повышению устойчивости организма к экстремальным факторам [23]. Задача восстановления синхронизации и оптимизации биоритмов с целью замедления старения в настоящее время затрудняется вследствие недостаточной изученности природы главных водителей ритмов, расположенных в разных отделах мозга у разных видов, а также всей системы биоритмов многочисленных процессов организма. Можно предложить решение этой задачи с помощью таких общих синхронизирующих биоритмы процессов как сон и гипобиоз. Известно, что все биоритмы животных и человека связаны с 24 часовым периодом бодрствование-сон, при этом во время сна происходит не только синхронизация биоритмов, но и адаптационная, опережающая, их подстройка после экстремальных воздействий в период бодрствования [10]. Однако этих изменений недостаточно для замедления старения. Именно во время сна в состоянии гипобиоза происходит резкое замедление старения. Это проявляется в резком падении митотической активности клеток всех тканей, что связано не только со снижением температуры тела и метаболизма, а является следствием особенности регуляции пролиферации клеток - избирательной экономии энергозатрат. Снижение метаболизма приводит к резкому снижению митотической активности клеток и замедлению старения. После такого замедления старения у животных активируются процессы самообновления. Восстановление тимуса у зимоспящих происходит еще до выхода из спячки. После пробуждения у них должна резко активироваться система регуляции пролиферации всех тканей [12], что проявляется в феномене самообновления организма с признаками омоложения.
В основе этого процесса лежит так называемый возбужденный синтез белков и усиление пролиферации клеток многих тканей. Это подтверждается заметным снижением уровня фосфолипидов и повышением содержания нуклеиновых кислот в клетках. Процессы самообновления протекают быстрее, чем процесс старения, однако они быстрее и затухают.
При этом старение замедляется, а процессы самообновления закрепляются. При стабильной компенсации старения с преобладанием самообновления организма должен наступить качественных скачок омоложения организма, что и наблюдается у многих видов зимоспящих весной после спячки. Это наблюдается у многих млекопитающих, которые выработали в процессе эволюции расширенный диапазон терморегуляции и обмена веществ. Именно снижение обмена веществ вызывает замедление старения независимо от его причин и механизмов. Отметим, что, в отличие от многих видов, зимний сон медведей сопровождается понижением уровня обмена на 50-70%, при этом обновление белков происходит интенсивно [15]. Процессы обмена веществ у медведей оказались похожими на метаболизм у человека при полном голодании [3].
См. также:
Гипобиоз - общебиологический феномен
Замедление старения в гипобиозе и самообновление животных
Механизмы естественного гипобиоза
Искусственный гипобиоз
Возможности создания гипобиоза у гомойотермных животных и человека
Возможности продления жизни животных
Возможности применения элементов гипобиоза для продления жизни человека
Литература
Обсудить на форуме
