Характеристика, причины и механизм старения организма

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Никто, никогда и нигде не сомневался, что проблем старения была и остается одной из наиболее актуальных в естествознании. Создание теоретических моделей изучаемого процесса - важнейший элемент познания, поэтому данному вопросу уделяется центральное внимание в любой современной области науки. Всё нарастающий интерес исследователей к этой проблеме определяется рядом факторов. Во-первых, крупные достижения биологической науки, в первую очередь раскрытие механизмов передачи генетической информации, биосинтез белка, мембранных механизмов функции клеток, установление общих закономерностей регуляции обмена и функции организма, сделали реальной возможность познания ведущих механизмов старения. Во-вторых, экспериментальные исследования последних лет показали возможность пролонгирования жизни животных и обосновывают возможность перенесения некоторых результатов на человека. В-третьих, в высокоразвитых странах значительно растёт число пожилых и старых людей в обществе, развивается постарение населения, что приводит к возникновению ряда крупных социально-экономических проблем. В-четвертых, возрастные изменения обмена и функции организма - основа развития возрастной патологии, возникновением ряда заболеваний человека, являющихся основой причиной его смерти. Все это привело к тому, что проблемой биологии старения интересуется в последние годы не только биологии, но и клиницисты, экономисты, демографы. Стало очевидным, что правильное понимание сущности старения необходимо для познания механизмов жизненных явлений, их становления и развития.

1. Старость

Старость - неизбежный процесс, сущность которого сводиться к появлению признаков усталости как отдельных органов и тканей, так и организма в целом. Старость - заключительный этап индивидуального развития организма в нашем мире. Началом её у человека условно считается возраст после 75 лет - это так называемая физиологическая старость. Но при этом состоянии могут сохраняться умственные и физические силы, определенная работоспособность, общественная или социальная активность и интерес к окружающему миру. Процесс старения начинается в разных органах и тканях не одновременно и протекает с разной интенсивностью. Во многом интенсивность старения зависит от врожденных, генетически детерминированных свойств тканей.

Очень важно понимание закономерностей старения. С современных позиций естествознания - это постепенное снижение приспособительных возможностей организма.

Нельзя точно диагностировать начало старения - оно начинается скрытно и затрагивает не все тело, а наиболее ранимый орган или систему.

И если вначале изменения, вызванные старением, практически не нарушают процесса приспособления организма к резко изменяющимся условиям жизни, то впоследствии, при более выраженных возрастных сдвигах, организм приспосабливается к таким испытаниям все труднее и труднее.

С возрастом меняются возможности защитных сил организма, падает активность иммунной системы, защищающей организм от инфекций, от раковых перерождений клеток, способствующей быстрому восстановлению поврежденных органов.

Если старение организма в настоящее время невозможно предотвратить, то время его появления и скорость охвата всего организма можно, в известных пределах, регулировать.

2. Причины и механизм старения

В геронтологии никогда не было недостатка в гипотезах старения. Их общий дефект: при узости суждений каждой из них в отдельности поразительная взаимная неуживчивость.

Уже у древних мыслителей мы находим попытки понять причины старения. Гераклит, Сократ, Аристотель, Гиппократ, Гален и другие на основе своих философских взглядов пытались понять сущность и механизмы старения. Предполагалось, что в ходе лет, в процессе старения в организме что-то изнашивается, исчезает: у Аристотеля это «прирожденное тепло», у Гиппократа -- «природный жар», у биологов-виталистов XVIII века -- «жизненный запас» (Бючли), «творческая энергия» (Пфлюгер) и другие столь же невнятные качества.

Не менее примитивными были взгляды и биологов, стоявших на позиции механистического материализма. Так, в конце XIX века Мопа утверждал, что «организм по сущности своей природы не более как механизм, а все механизмы ухудшаются и портятся вследствие самой деятельности их»; Гертвиг писал: «Организм изнашивается, как машина».

На позицию реальных фактов при рассмотрении этого вопроса одним из первых встал, по-видимому, И.И. Мечников (1845--1916). Он обнаружил и доказал, что, во всяком случае, одной из причин старения является самоотравление организма вредными для него веществами, выделяемыми микробами, населяющими толстый кишечник, что подтверждается, в частности, полезным действием слабительных средств, кишечных промываний, употреблением «мечниковской простокваши».

И.И. Мечников в книге «Этюды о природе человека», вышедшей первым изданием в Париже в 1903 году, писал: «Все факты... устраняют всякие сомнения в том, что человеческая природа, во многих отношениях совершенная и возвышенная, тем не менее проявляет многочисленные и крупные дисгармонии, служащие источником многих наших бедствий... Даже в такие времена, когда люди не имели еще никакого точного представления о человеческой природе, тем не менее уже смутно понимали ее дисгармонию и стремились помочь этому великому злу». Во второй части книги И.И. Мечников сообщает, что попытки религии, философии и современной ему науки мало преуспели в преодолении дисгармонии человеческой природы. В заключение он формулирует основные положения своих представлений о причинах и механизмах старения и возможных мерах борьбы с преждевременным его наступлением.

И.И. Мечников говорит: «Наше сильное желание жить находится в противоречии с немощами старости и краткостью жизни. Это -- наибольшая дисгармония человеческой природы... Обильная кишечная флора, бесполезная для пищеварения, только укорачивает жизнь благодаря микробным ядам, ослабляющим благородные элементы и усиливающим фагоциты». И далее: «Старость характеризуется борьбой между благородными элементами организма и простыми, первичными,-- борьбой, кончающейся в пользу последних. Победа их выражается ослаблением умственных способностей, расстройством питания, затруднением обмена веществ и т.д. Старческое вырождение по существу сводится к разрушению макрофагами благородных элементов организма». Говоря о путях и мерах предупреждения преждевременного старения, И. И. Мечников полагает, что «прежде всего следует попытаться восстановить правильную эволюцию человеческой жизни, то есть превратить дисгармонию в гармонию (ортобиоз). Так как одна наука способна решить подобную задачу, то человечество обязано давать ей возможность выполнить ее».

Поднятая И.И. Мечниковым тема ортобиоза получила более полную разработку в его книге «Этюды оптимизма» (1907). Он писал: «Мы вправе составить себе идеал человеческой природы, к которому человечеству следовало бы стремиться. Я думаю, что идеал этот заключается в ортобиозе, то есть в развитии человека с целью достичь долгой, деятельной и бодрой старости, приводящей в конечном периоде к развитию чувства насыщения жизнью». И далее: «Теория ортобиоза проповедует ценность нормальной жизни и советует делать все, что может вести к ней... Теперь только начинаются правила, которым должно следовать для достижения этого идеала. Для полной разработки их необходима дальнейшая научная деятельность, которой нужно дать самый широкий простор... Ортобиоз требует трудолюбивой, здоровой, умеренной жизни, чуждой всякой роскоши и излишеств. Нужно поэтому изменить существующие нравы и устранить крайность богатства и бедности, от которых теперь проистекает так много страданий... Здоровое сложение, простой и умеренный образ жизни благоприятствуют долголетию... Продление жизни, достигнутое в последнее время, должно быть приписано, конечно, прогрессу гигиены... При ее дальнейшем развитии она окажется еще гораздо более действенной в этом отношении».

Основные идеи И.И. Мечникова нашли дальнейшее развитие в геронтологии. Идея аутоинтоксикации, как пусковой механизм постарения клеток, тканей и органов, реализуется в трудах особенно харьковской и минской школ геронтологов, а идея нарастающей с возрастом дисгармонии (нарушения гомеостаза), как центрального звена патогенеза старения -- в работах киевской и горьковской школ. Стремление к совершенствованию образа жизни как основы борьбы за долголетие получило общее признание. В этом фарватере шло и идет дальнейшее изучение и осмысливание причин и механизма старения, формулируются новые гипотезы и теории.

Следует различать причины старения и механизмы развития процесса старения. Конечно, инициаторы (причины) старения «запускают» механизмы развития этого процесса, а эти механизмы «побуждаются к проявлению» причинными факторами, то есть те и другие тесно взаимодействуют. Однако это не лишает их собственного лица.

Козьма Прутков писал: «Отыщи всему причину, и ты многое поймешь».

Причины (или инициаторы) старения можно разделить на две группы: эндогенные (внутренние), неизбежно действующие, обязательные (облигатные) и экзогенные (внешние), необязательные (факультативные), которые могут быть или не быть, у одних одни, у других другие.

К эндогенным инициаторам старения относятся:

- генетический - загадочно, но неизбежно лимитирующий продолжительность жизни каждого живого существа, по мере «исчерпания» которого происходит старение;

- аутоинтоксикация продуктами «обратного метаболизма», непременно образующимися в клетках, тканях и органах в течение жизни, и обмена веществ.

К экзогенным инициаторам старения относятся все вредные воздействия среды жизни, наносящие малые или большие повреждающие воздействия на организм, последствия которых накапливаются с годами: психо-эмоциональное и физическое перенапряжение, нарушения питания, инфекции, интоксикации, облучения, механические травмы и т.д.

Эндогенные инициаторы старения, в большинстве случаев поддерживаемые экзогенными факторами, через многообразные метаболические, структурные и функциональные изменения в клетках, тканях, органах и системах, по мере их накопления и преодоления ими параллельно развивающихся компенсаторных процессов обусловливают развитие естественного или чаще патологического старения, создающего условия для возникновения той (или тех) болезни (или болезней), которая (или которые) в конце концов сводит человека в могилу.

Как, уже говорилось выше, к настоящему времени накопилось большое число теорий геронтогенеза (развития старения), придающих значение каждая какому-либо, по мнению автора, важнейшему механизму старения. Единой общепринятой точки зрения пока выработать не удалось.

Важные для геронтогенеза изменения под воздействием эндогенных и экзогенных повреждающих факторов происходят в клетках и их внутриклеточных структурах.

В 1922 году чешский ученый Владислав Ружичка высказал мнение, что в основе возрастной (старческой) нарастающей несостоятельности клеток лежит естественный (или дополнительно стимулируемый) процесс укрупнения коллоидных частиц цитоплазмы клеток.

А.А. Богомолец (1940), поясняя это, пишет: «Видели ли вы когда-нибудь, как «стареют» чернила? Мельчайшие частицы краски, взвешенные в водном растворе, придают чернилам равномерную окраску. Но вот от долгого стояния на свету чернила побурели, на дне бутылки появляется мелкий осадок; осадок увеличивается, появляются крупные бурые хлопья, выпадающие на дно, а жидкость светлеет. Принимая грязно-бурый оттенок; она уже не держится на пере, не оставляет на бумаге четкой, равномерно окрашенной линии: чернила «состарились», разложились, утратили свои характерные свойства, перестали быть чернилами. Мельчайшие частицы краски, которых вы не замечали, пока чернила не начали портиться, соединились в более крупные частицы, которые уже не могут держаться во взвешенном состоянии и выпадают на дно в виде осадка, который, сколько ни встряхивай с оставшейся водой, уже никак не сделаешь снова чернилами. Этот процесс «старения» коллоидных взвесей очень сложен с физико-химической стороны. Еще, разумеется, бесконечно сложнее процесс старения живой коллоидной взвеси, каковой является клеточная плазма. Это старение плазмы возникает, как следствие утраты клеткой способности разрушать ставшие мертвыми белковые мицеллы и заменять их новыми, биологически активными, как легко это делает молодая клетка, сохраняющая способность к биохимическому возрождению своих износившихся элементов».

В 1936 году В. Кун и в 1948 году В.В. Алпатов высказали мнение, что в основе старения клеток лежит накопление в них балластных веществ, неблагоприятных для метаболизма -- «пигментов старости», липофусцинов. По их данном -- оптических изомеров белков, по К. Пархону и С. Оэриу (1962) -- дисульфатных групп в белках, по В.М. Дильману (1968) -- холестерина, по Цваардемакеру -- радиоактивных веществ и их эманации и т.д.

Наряду с этим еще в 1887. году Бушар выдвинул положение, что «организм - это лаборатория ядов». Исследования Мопа, Калкинса, Гертвига, Вудрефф и других показали, что депрессия и вымирание простейших в их культурах обусловливается накоплением в среде их обитания продуктов жизнедеятельности этих организмов. По И.И. Мечникову (1903), Липшютцу, Каммереру и другим, то же происходит и во внутренней среде организма, среде обитания клеток многоклеточных организмов и в самих клетках. Каммерер указывал: «Продукты обратного метаморфоза непрерывно вырабатываются в каждой клетке как необходимые промежуточные или конечные элементы самого процесса жизни, но скорость их удаления вследствие особенностей многоклеточного организма меньше скорости их образования, а потому условия жизни в клеточных совокупностях никогда не являются оптимальными».

Большое значение в настоящее время придается снижению при старении мощности системы антиоксидантов -- «перехватчиков» свободных радикалов, повреждающих макромолекулы клеток. Уменьшение активности системы макросомального окисления делает организм более уязвимым к действию токсических веществ, образующихся в организме и действующих извне.

Одним словом, исходя из сказанного получается, что прав был немецкий биолог Липшютц, писавший, что «шлаки от дорогостоящего огня жизни мало-помалу заглушают жизнь. Организм сам себя готовит к смерти...».

Наряду с этим в последние годы все больший вес в понимании старения организма как целого, в предрасположении к недугам и болезням старости и смерти от них приобретает концепция, высказанная еще в 1959 году Л. Сциллардом о значении накопления со временем неблагоприятных соматических мутаций клеток.

Подсчитано, что организм человека состоит из 1014 клеток более чем 100 разновидностей. Из них около 1011 ежедневно возобновляются. Это поддерживает жизнь, но и таит определенную опасность. Она заключается в том, что приблизительно в 16 возобновляющихся клеток в процессе их деления (митоза) происходит «ошибка митоза», наступает изменение генетической информации (мутация). С угрозой развития нового, патологического ряда (клона) клеток, то есть происходит то, что В.Г. Галактионов (1972) называет «нарушением геностаза» -- постоянства наследственно (генетически) предопределенного состава клеток.

Этот «мутационный риск» является своеобразной расплатой за многоклеточность высших организмов. У человека он очень велик. Подсчитано, что в организме человека ежедневно возникает около 105 мутантных клеток. Естественно, что по мере лет этот «риск» возрастает. Он возрастает также по мере накопления с годами повреждающих воздействий среды: космического излучения, радиоактивной радиации, интоксикации и т.д. Правда, по-видимому, этот «риск» несколько уменьшается вследствие возрастного снижения способности к делению (митотической активности) клеток. По данным, например, моего сотрудника В.Г. Воробьева, митотическая активность «стволовых клеток» костного мозга, равная у молодых примерно 4--8 на 1000, снижается у стариков до 2 на 1000.

Известно, что «функция надзора» за сохранением постоянства внутренней среды организма -- генетического гомеостаза (геностаза) осуществляется защитной иммунокомпетентной системой организма -- этим «чистильщиком» мутантных клеток, то есть системой лимфоидно-плазматических клеток.

Материал, накопленный у нас в клинике, в частности Б.В. Хахиным, показывает, что с возрастом по мере старения в костном мозгу увеличивается количество лимфоидных и плазматических клеток. Это может быть расценено как в известной мере компенсаторное явление. Но, видимо, его недостаточно.

В итоге возрастного (инволютивного) нарушения взаимодействия «мутагенных» и «сдерживающих» факторов, по мере процесса старения (геронтогенеза) нарастает число генетических дефектов, о чем, в частности, имеется значительный материал в книге М.М. Виленчик «Молекулярные механизмы старения» (1970). В том числе, как установлено В.Г. Воробьевым, возрастает число клеток с нарушенным содержанием и строением - хромосом: клеток с гипоплоидным содержанием хромосом с 6,7% у молодых до 14,8% у стариков; клеток с дефектами структуры хромосом -- с 3,9% у молодых до 16% у стариков.

И вот «исчерпанность» генетической программы, гистерезис цитоплазмы клеток (то есть укрупнение их коллоидов), накопление балластных веществ, аутоинтоксикация и накопление ошибок мутаций в итоге ведут к большему, угнетению и ограничению процесса самообновления структурирующих элементов клеток, их постарению и гибели.

Ф. Энгельс писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит в постоянном самообновлении химических составляющих частей этих тел». Прогрессирующее затухание этого процесса самообновления живого вещества, как это утверждал один из основателей отечественной геронтологии А.В. Нагорный, а теперь его ученики во главе с В.Н. Никитиным, и лежит в основе геронтогенеза.

Таким образом, говоря о клеточных, внутриклеточных и молекулярных основах старения, по-видимому, можно согласиться с М. Лэмбом (1980), что «...старение связано с накоплением так или иначе возникающих повреждений клеток и что на скорость этого накопления могут влиять как генетические факторы, так и факторы окружающей среды». Он дает очень интересную схему, выражающую события, которые приводят к старению и смерти.

Изучение клеточной основы геронтогенеза благодаря прогрессу технических средств исследования в последние годы получило широкое распространение. При этом процесс, первоначально изучавшийся на уровне клетки, стал исследоваться на уровне ее структурирующих элементов, затем молекул и их составляющих. Все это, конечно, с одной стороны, способствует прогрессу знания, но, с другой стороны, такой уход от организма как целого ко все более мелким его составляющим грозит тем, о чем полушутя сказал Б. Шоу: «Исследователь, который в поисках истины все более и более дробит изучаемое явление, рискует узнать все... ни о чем».

Поэтому закономерно, что наряду с развитием молекулярной геронтологии производились и производятся исследования роли интегрирующих (объединяющих) систем организма -- нервной и гормональной -- в процессе геронтогенеза.

Что касается исследований гормональной системы, то есть системы желез внутренней секреции, то работы и наблюдения Броун-Секара (1892), Э. Штейнаха (1920), С. Воронова (1921), Н.К. Кольцова (1923), М. М. Завадовского (1922) о роли половых желез в процессе старения и о возможности омоложения через воздействия на эти железы были продолжены затем в более широком плане о роли желез внутренней секреции при старении Н.А. Шерешевским (1957), В.Н. Никитинным (1956, 1965 и др.) и многими другими.

Что касается исследований нервной системы, то основополагающие работы были выполнены лаборатории И.П. Павлова, где было установлено, как пишет, например, одна из его ближайших учениц М.К. Петрова. Что «экспериментальные данные говорят о том, что в процессе старения организма начальную и ведущую роль играет центральная нервная система, главным образом кора головного мозга и связанные с ней другие системы… Она есть ведущее звено».

Дальнейшая разработка вопроса о роли интегрирующей жизнедеятельность нейрогормональной системы в процессе геронтогенеза привела к заключению о значении в этом особенно глубинных структур мозга -- так называемой лимбико-ретикулярной формации, несущей функцию «висцерального мозга». Работами И.Н. Борисова (1966), В.М. Дильмана (1968), В.В. Фролькиса (1972), В. Г. Вогралика (1976), М.В. Вогралика (1979) и других было установлено, что основная структура висцерального мозга -- гипоталамус -- через связанную с ним центральную железу внутренней секреции -- гипофиз -- и периферические эндокринные железы. А также через вегетативную нервную систему, управляющую всей жизнедеятельностью организма и его адаптацией к внешней среде, имеет существенное значение в процессе старения. В 1982 году В.В. Безруков написал: «При старении в гипоталамусе, гипоталамо-гипофизарной системе происходят существенные морфологические, метаболические и функциональные изменения. Старение гипоталамуса и гипоталамо-гипофизарной области происходит неравномерно и гетерохронно. Это подтверждается неодинаковыми изменениями электрической активности и электровозбудимости ядер гипоталамуса, различным характером гормональных сдвигов и циркатных (околосуточных) ритмов эндокринных функций. Это выявляется как на этапе прямых, так и обратных связей. Нарастающее гипоталамическое разрегулирование -- один из важнейших механизмов уменьшения приспособительных возможностей стареющего организма, механизмов старения».

На основе этих данных формулируются новые теории старения. Одной из них является пропагандируемая Институтом геронтологии АМН СССР так называемая адаптационно-регуляторная теория В.В. Фролькиса (1969, 1970, 1975, 1982).

Адаптационно-регуляторная теория рассматривает старение как внутренне противоречивый процесс нарушения жизнедеятельности организма и возникновения важных приспособительных механизмов, процесс угасания обмена и функции возникновения активных механизмов их подавления. Первичные изменения при старении развиваются в регуляторных генах, что ведет к подавлению активности одних генов и к стимуляции ряда других, порой ранее не функционировавших генов. Все это в конце концов приводит к нарушению деятельности клетки, ее гибели. Важнейшее значение приобретают сдвиги в синтезе полипептидных цепей в первичной структуре белка, приводящие к образованию «неактивных» белковых молекул. Изменение внутриклеточного регулирования включает мембранный механизм подавления генетической активности. На структуре и функции клеток в старости сказывается снижение способности систем синтеза отдельных белков к длительной, напряженной «работе». Возникновение этих изменений в нейронах ведет к ослаблению нервных влияний на органы и ткани, к развитию в них существенных нарушений. Особое значение имеет разрегулирование в системах нейрогормонального контроля обменных процессов, связанное со сдвигами в лимбической системе, в гипоталамусе. Разнонаправленные изменения различных путей нервного и гормонального контроля приводят к рассогласованию в течении отдельных метаболических циклов, к нарушению деятельности клетки. Важно и то, что возрастные изменения нейрогормональной регуляции ограничивают деятельность ряда органов, несмотря на еще существующие в них функциональные и метаболические возможности: приводят к развитию в них вторичных нарушений обменных процессов в организме.

Адаптационно-регуляторная теория направлена против представлений о старении как инволюции. Благодаря механизмам саморегуляции в ходе старения возникают важные приспособительные механизмы на разных уровнях жизнедеятельности организма. Они во многом определяют продолжительность жизни каждого.

Изложенная адаптационно-регуляторная теория старения, являясь одной из 300 существующих в настоящее время, конечно, тоже не завершающая. Несомненно, предстоит большая работа по дальнейшему уточнению механизмов геронтогенеза.

На основании изложенного, правда в общей форме и схематично, причины и механизмы старения могут быть представлены в следующей форме. Генетическая предопределенность, неизбежно происходящий со временем гистеризис (огрубление) цитоплазмы, накопление балластных веществ в клетках, их аутоинтоксикация, -- накопление в организме спонтанно мутирующих клеток вследствие ослабления функции иммунной защиты, суммация неблагоприятных воздействий внешней среды -- основные факторы (причины) старения.

Гетерохронно и гетеротопно затухающая способность структурирующих элементов клеток к самообновлению является важнейшим механизмом старения клеток. Этот процесс, протекающий в клетках лимфофагоцитарной системы иммунной защиты, способствует сохранению в организме мутировавших клеток, усугубляя процесс старения и снижая защитные возможности организма против болезней. Тот же процесс затухающего самообновления, снижающий функциональные возможности клеток, протекающий в интегрирующей нейрогормональной системе, ухудшает координацию функций органов и систем организма, уменьшает его возможности адекватно адаптироваться к меняющимся условиям и требованиям биологической и социальной среды жизни, способствует старению и все более сдвигает организм к грани жизни.

Заключение

геронтогенез клеточный адаптационный регуляторный

Старение отдельных морфофункциональных структур тела, преимущественно внутриклеточных и клеточных, начинается с рождения, начинает проявляться преимущественно во второй половине жизни, особенно в пострепродуктивном (последетородном) периоде. Обстоятельства жизни могут приближать либо отдалять его наступление, усиливать или ослаблять его темп.

Старение обычно происходит постепенно, иногда манифестируя под влиянием каких-либо неблагоприятных обстоятельств жизни. Старость же нередко проявляется внезапно.

Старость в большинстве случаев тихо и коварно подкрадывается к человеку. Он легко соглашается с тем, что выглядит много моложе своих лет, он не чествует из груза. Но постепенно начинает замечать, что его уже не радует то, что недавно приносило удовольствие; желаемое всё труднее становится действительным; интересы все более ограничивается; он замечает, что не может, как прежде, ходить без усталости и неожиданно останавливается из-за нехватки воздуха, давления за грудиной или боли в пояснице; при взгляде в зеркало замечает предательские «гусиные лапки» морщинок у глаз, посеребрение волос на висках; при езде в транспорте неожиданно кто-то уступает ему место. Вот она - подходит старость!

Список литературы

1. Антропология: Учебник Хрисанфова Е.Н., Перевозчиков И.В. Издательство: МГУ, 2002 г.

2. Хрисанфова Е.Н., Перевозчиков И.В. Антропология: Учебник. 2-е изд. М., 1999.

3. Фролькис В.В. Старение и увеличение продолжительности жизни. Л.: Наука, 1988.

Размещено на Allbest.ru