10 основных научных теорий старения

  Автор:
старение

Современная наука уделяет проблеме старения очень большое внимание.

Предлагаемые теории старения при всем своем разнообразии взаимосвязаны. Основная мысль сводится к тому, что:
- повреждения ДНК связаны с окислительным стрессом;
- окислительный стресс усиливается при повреждении ДНК и повышении количества свободных радикалов;
- повышение числа свободных радикалов происходит при снижении количества антиоксидантов;
- на этом фоне начинает давать сбой эндокринная и нейроиммунная система;
- повреждение белков вызывает нарушение нормального функционирования клеток;
- повреждения клеток, в конце концов, приводят к запуску процессов апоптоза – клеточной гибели.

Одни ученые считают причиной старения изменения генетического аппарата клетки. Они рассматривают возрастные изменения генома как наследственно запрограммированные. Другие считают, что старение – результат накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.

1. Теломерная теория

В 1961 году американский геронтолог Л. Хейфлик установил, что человеческие фибробласты – клетки кожи, способные к делению, – «в пробирке» могут делиться не более 52 раз. В честь первооткрывателя это явление назвали «пределом Хейфлика».

В 1971 г. научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М. Оловников, используя данные о принципах синтеза ДНК в клетках, предложил гипотезу, по которой «предел Хейфлика» объясняется тем, что при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются. У хромосом имеются особые концевые участки – теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче, и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться. Тогда она постепенно теряет жизнеспособность – именно в этом, согласно теломерной теории, и состоит старение клеток.

Открытие в 1985 г. фермента теломеразы, достраивающего укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие, стало блестящим подтверждением теории Оловникова.
Теломеразная теория старения человека сегодня очень актуальна, потому что она объясняет множество фактов, которые с позиций других теорий не объясняются.

Однако и она подвергается серьезной критике. В ходе опытов установили, что клетки 20-летнего и 90-летнего человека, имеют почти одинаковую способность к делению. Т.е. клетки не успевают выбрать тот лимит количества делений, который установлен пределом Хейфлика, до того как организм постареет и даже погибнет. Лабораторные мыши с длинными и короткими теломерами живут примерно одинаковый срок.

Вероятно, есть еще какие-то причинные факторы, которые обусловливают старение, а не только активность теломераз, укорочение теломер и т.д.

Хотя и эта теория тоже имеет слабые места, она является одной из немногих, объясняющих возникновение самого феномена старения. В 2009 г. трое американских ученых, занимавшихся работой над этой теорией, получили Нобелевскую премию.

2. Элевационная (онтогенетическая) теория старения

Наши органы стареют с разной скоростью и с разной последовательностью. С помощью 20-летних экспериментальных и клинических наблюдений было установлено, что именно этот процесс приводит к возрастным изменениям в репродуктивной системе и в гипотоламо-гипофизарно-надпочечниковой системе. Эта система в нашей жизни определяет практически все: обеспечивает необходимый уровень гормонов стресса, радости и удовольствия, суточные колебания и т.д.

В начале 1950-х годов известный отечественный геронтолог В.М. Дильман выдвинул и обосновал идею о существовании единого регуляторного механизма, определяющего закономерности возрастных изменений различных систем организма. По гипотезе Дильмана, старение организма – это дефект нейроэндокринной регуляции, прежде всего гипоталамуса, «дирижера» эндокринной системы. С возрастом снижается чувствительность клеток нервной и эндокринной системы к регуляторным сигналам.

По концепции Дильмана, старение и связанные с ним болезни – это побочный продукт реализации генетической программы – развития организма, с которым можно и нужно бороться. Если стабилизировать состояние гомеостаза на уровне, достигаемом к окончанию развития организма (25-30 лет), то развитие болезней и естественных старческих изменений можно затормозить,

В теории В.Дильмана нет понятия «возрастная норма». Мы всегда должны стремиться к тем показателям, которые у нас были в 25 – 35 лет. Если мы сохраняем эти показатели, значит, мы сохраняем молодость. Если замедлить скорость старения, то можно увеличить продолжительность молодости, и, соответственно, жизни человека.

3. Теория гликозилирования белков.

Белок — составная часть всех наших органов и систем. Он может подвергаться повреждению свободными радикалами. Гликозилирование – реакция, когда к белку присоединяются восстановленные сахара. Тогда белки перестают выполнять свои функции, при этом они становятся более чувствительными к действию свободных радикалов, а также сокращается жизнь белков, соответственно уменьшаются и наши резервы строительных материалов.

Старение кожи напрямую связано с гликолизом коллагена и его накоплением внутри дермы. Также с этим связана потеря эластичности тканей, плохая заживляемость ран, снижение емкости легких и т.д. Гликозилированный белок больше не распознается организмом, как свой. И здесь перебрасывается мостик к иммунной теории старения.

Гликозилирование белков в митохондриях приводит к развитию в них оксидативного стресса.
Теория гликозилирования белков – это частный случай общей теории повреждения белков. Кроме того, она точно соотносится с свободнорадикальной теорией. Правда, пока ученые не пришли к общему мнению, что первично – гликозилирование или окислительный стресс.

4. Теория свободно-радикального окисления.

Практически одновременно выдвинутая Д.Харманом (1956) и Н.М.Эмануэлем (1958), свободнорадикальная теория объясняет не только механизм старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов (сердечно-сосудистых заболеваний, ослабления иммунитета, нарушений функции мозга, катаракты, рака и некоторых других).
Что такое окислительный стресс и свободные радикалы?
Атом — ядро, окруженное электронными орбитами. При четном количестве электронов на орбитах атом вещества устойчив.

Свободные радикалы – это атомы или молекулы, имеющие неспаренные электроны. Чаще всего это активные формы кислорода. Они крайне нестабильны и стремятся соединиться с какими-либо другими частицами.
Их взаимодействие с клетками тела (при котором они могут вызвать повреждения этих клеток) называют окислительным или оксидативным стрессом. Для борьбы с окислительным стрессом и нейтрализации свободных радикалов используют антиоксиданты.

В малых количествах свободные радикалы необходимы организму для жизнедеятельности. Но если очень агрессивный, химически активный свободный радикал случайно покидает то место, где он нужен, он может повредить и ДНК, и РНК, и белки, и липиды. Природа предусмотрела механизм защиты от избытка свободных радикалов. В наших клетках и митохондриях синтезируются специальные ферменты, обладающие антиоксидантным действием. Много антиоксидантов поступают в организм с пищей – в т.ч. витамины А, С и Е.

У теории свободных радикалов есть как сторонники, так и противники. Ученые относятся к ней с уважением, однако отмечают, что она не дает ответов на многие существенные вопросы: как защитить клетку от оксидативного стресса? Как определить порог действия свободных радикалов, после которого возникает рак, диабет, атеросклероз и прочие спутники старения?

В последние годы теория оксидативного стресса как ключевого фактора старения потеряла свою былую популярность, а доказать пользу антиоксидантов, тормозящих образование «свободных радикалов», так и не удалось. Избыток антиоксидантов – например, при передозировке биологически активных добавок – не только не полезен, но может даже усилить окислительные процессы в клетках.

5. Теория повреждения ДНК.

ДНК – это уникальная структура, составляющая основу жизни. Повреждение ДНК в клетке влияет на нормальное функционирование этой клетки. Причем мутации (изменение последовательности нуклеотидов в ДНК) могут вызываться разными факторами – от солнечной радиации до химических токсинов и ГМО в продуктах. При этом ДНК обладает серьезной защитой: за сутки в одной клетке млекопитающего (в т.ч. человека) возникает около 200000 повреждений. При этом, клетка может восстановиться и сохранить свою целостность. Но и такая защита не всесильна. Считается, что основным повреждающим фактором служат свободные радикалы, при повышении количества которых системы репарации ДНК просто не могут справиться с их воздействием.

6. Старение – это ошибка

Гипотеза «старения по ошибке» была выдвинута в 1954 г. американским физиком М. Сциллардом. Исследуя эффекты воздействия радиации на живые организмы, он показал, что действие ионизирующего излучения существенно сокращает срок жизни людей и животных. Под воздействием радиации происходят многочисленные мутации в молекуле ДНК и инициируются некоторые симптомы старения, такие как седина или раковые опухоли. Из своих наблюдений Сцилард сделал вывод, что мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов. Однако он не объяснил факта старения людей и животных, не подвергавшихся облучению.

Его последователь Л. Оргель считал, что мутации в генетическом аппарате клетки могут быть либо спонтанными, либо возникать в ответ на воздействие агрессивных факторов – ионизирующей радиации, ультрафиолета, воздействия вирусов и токсических (мутагенных) веществ и т.д. С течением времени система репарации ДНК изнашивается, в результате чего происходит старение организма.

7. Теория апоптоза (самоубийства клеток)

Академик В.П. Скулачев называет свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз (греч. «листопад») – процесс запрограммированной гибели клетки. Как деревья избавляются от частей, чтобы сохранить целое, так и каждая отдельная клетка, пройдя свой жизненный цикл, должна отмереть и ее место должна занять новая. Если клетка заразится вирусом, или в ней произойдет мутация, ведущая к озлокачествлению, или просто истечет срок ее существования, то, чтобы не подвергать опасности весь организм, она должна умереть. В отличие от некроза – насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления, недостатка кислорода в результате закупоривания кровеносных сосудов и т.д., при апоптозе клетка аккуратно саморазбирается на части, и соседние клетки используют ее фрагменты в качестве строительного материала.

Самоликвидации подвергаются и митохондрии – изучив этот процесс, Скулачев назвал его митоптозом. Митоптоз происходит, если в митохондриях образуется слишком много свободных радикалов. Когда количество погибших митохондрий слишком велико, продукты их распада отравляют клетку и приводят к ее апоптозу. Старение, с точки зрения Скулачева, – результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается, а отмирающие функциональные клетки заменяются соединительной тканью. Суть его работы – поиск методов противодействия разрушению клеточных структур свободными радикалами. По мнению ученого, старость – это болезнь, которую можно и нужно лечить, программу старения организма можно вывести из строя и тем самым выключить механизм, сокращающий нашу жизнь.

По мнению Скулачева, главная из активных форм кислорода, приводящих к гибели митохондрий и клеток – перекись водорода. В настоящее время под его руководством проходит испытания препарат SKQ, предназначенный для предотвращения признаков старения.

8. Эволюционная теория.

Еще во времена Дарвина основатель этой теории старения Рассел Уоллес высказал идею, что большая продолжительность жизни особей любого вида ведет к конкуренции поколений за ресурсы. Впервые была сделана гипотеза, что старение – это генетически программируемый процесс. А это значит, что, как и любую программу, процесс старения можно «поправить».

9. Иммунологическая теория.

Экспериментально доказано, что старение иммунной системы является ограничителем продолжительности жизни. Иммунологическая теория старения человека рассматривает старение как следствие нарушений иммунитета.
Главными органами иммунитета в организме являются костный мозг и тимус. И если костный мозг у нас функционирует всю жизнь, то функции тимуса начинают снижаться уже в возрасте 12-14 лет и к 30 годам вилочковая железа практически инвалюционирует.

Если рассматривать тимус не только как орган иммунитета, но еще и как орган, ограничивающий продолжительность нашей жизни, то возникает взаимосвязь с эволюционной теорией старения, и все становится на свои места. Если тимус будет нормально функционировать, мы будем жить очень долго. В ходе многочисленных опытов было доказано, что при стимулировании тимуса, в результате которого он выделял свои гормоноподобные вещества, наблюдалось значительное улучшение работы иммунной системы и остальных систем организма. Прекращение функций тимуса – это своеобразный выключатель нашей жизни.

Иммунная система тесно связана с эндокринной системой, а тимус, обладая эндокринной активностью, является органом обеих систем. Введение гормонов тимуса улучшает иммунные функции у пожилых людей. Подобным эффектом обладают еще ионы цинка, которые играют очень большую роль в функционировании иммунной системы и способствуют улучшению ее работы. Таким образом, помогая тимусу нормально функционировать, мы не только улучшаем свою защиту от болезней, но и дольше сохраняем себя молодыми.

Иммунная система связана с большой гипофизарно-гипоталамо-надпочечниковой системой, что сближает эту теорию с теорией Дильмана. Сегодня принято иммунную и эндокринную системы не разделять. Говорят о нейро-эндокринно-иммунной системе, как едином комплексе регуляции жизненных функций организма.

10. Теория академика Скулачева.

Апоптоз – запрограммированная клеточная гибель. Клетка живет с уже включенной программой собственной гибели. Эта гибель включается тогда, когда клетка либо перестает быть полезной организму, либо приобретает какие-то свойства, которые ведут организм или к дефектам, или к гибели.

Академик В.Скулачев предположил, что существует некая программа самоуничтожения, которая постепенно разрушает организм. Клетка, завершив жизненный цикл, и подвергаясь за жизнь воздействию разных неблагоприятных факторов, должна сама себя уничтожить, т.е. вступить на путь апоптоза. Причем, самоубийство может происходить не только на клеточном уровне, но и на субклеточном. Например, при неправильном функционировании митохондрий может быть запрограммирован митоптоз. Могут целые органы подвергаться такому разрушению (органоптоз). Наконец, это все может реализоваться на уровне целого организма, т.н. феноптоз. Пример феноптоза — гибель лосося после нереста. Но лосось после нереста может и выжить, если в его жабрах поселятся личинки моллюсков жемчужниц. Личинки должны вернуться в свою родную реку, а лосось для них – средство передвижения. Для того, чтобы лосось эту функцию выполнил, они выделяют особые вещества, которые выключают старение лосося. Жемчужницы могут продлить жизнь лосося до 30 циклов.

По мнению Скулачева, старение человека – это частный случай феноптоза, растянутый во времени. Исполнителями этой программы самоубийства являются митохондрии, а катализатором процесса – свободные радикалы.
Учеными ведутся работы по синтезу веществ, способных увеличить активность антиоксидантов и повысить их эффективность в борьбе со свободными радикалами.

Из множества причин старения ученые сформулировали около 300 теорий, но ни одна из них не может на 100% объяснить сам процесс старения и механизмы его протекания. У каждой теории есть сторонники и противники. Возрастные изменения организма – процесс многомерный и сложный. Только учет идей и результатов исследования всех теорий с дальнейшим синтезом этих знаний может дать нам реальную картину старения и подсказать пути сохранения молодости.

Интересная статья? Поделитесь ею с другими:
Оставьте свой комментарий:
Оставьте свой комментарий или вопрос

на Блоге
в Вконтакте
в Фейсбук