Старение – это завершающая стадия реализации общей программы онтогенеза живого организма

Длительность периода старения нельзя определить точно, так как неизвестно, в какой момент времени начинается нарушения функций. Если принять за критерий старения исчезновение способности к самовоспроизведению, то можно считать, что у женщин оно начинается в возрасте около 45 лет. Однако известно, что некоторые функции, например мышечная активность и дыхание, начинает нарушаться и у мужчин, и у женщин уже в возрасте около 30 лет.

Тот факт, что старение обусловлено информационными процессами, обеспечивающими различные этапы онтогенеза организма, хорошо просматривается как при нормальном развитии организма, так и при различных генетических заболеваниях, ускоряющих процессы эпигенетической регуляции. К примеру, известно редкие генетические заболевания человека – прогерия, при котором наблюдается замедление роста и атеросклероз всех крупных кровеносных сосудов, включая аорту и коронарную артерию, уже в 9-летнем возрасте, а также значительное отложение возрастного пигмента липофусцина в клетках многих органов. Картина преждевременного старения выражена столь ярко, что ребенок в возрасте 9 лет напоминает 70-летнего человека. Больные остаются бесплодными и умирают, не достигнув 20 лет.

Другое генетическое заболевание – синдром Вернера является сходным, но его симптомы развиваются позже; больные тоже имеют сниженную продолжительность жизни, в среднем около 47 лет. Основные симптомы: высокая частота злокачественных новообразований, ранняя потеря и поседение волос, малый рост, юношеская катаракта, склонность к диабету, ранний атеросклероз, кальцификация кровеносных сосудов и остеопороз. Понимание биохимической основы синдрома Вернера, вероятно, не приведет к пониманию процессов, контролирующих нормальный процесс старения, хотя некоторые черты сходства с нормальным старением здесь действительно есть [8,10]. Однако по этим примерам можно констатировать, что основной движущей силой, ведущей по этапам онтогенеза любого организма, является – эпигенетическая регуляция, от информационного обеспечения которой и зависит прохождение всех процессов.

Итак, периоды развития, воспроизведения и старения следуют один за другим. Время наступления, длительность и скорость старения зависят от репродуктивного периода, а свойства последнего определяются периодом развития. Все три периода взаимосвязаны. Следовательно, старение нельзя рассматривать как изолированный и независимый период жизни. Поэтому в настоящее время есть все основания думать, что процессы старения у всех организмов одинаковы, и закономерности проявления старения у разных организмов идентичны. В качестве примера можно указать на результаты обработки данных по смертности различных живых организмов и людей, которые приведены в специальной литературе. В разных случаях интенсивность смертности растет по одному и тому же закону. Это означает, что ни один биолог и демограф не способен отличить графическую “кривую” (график) приращения интенсивности смертности от возраста людей от аналогичной “кривой” для испытуемых лабораторных животных, если возраст в них приведен в “безразмерном” виде. Иначе говоря, такие “кривые” принципиально неразличимы, чего трудно было бы ожидать, если бы человек действительно старел и умирал “принципиально иначе, чем животное”. Для обстоятельной проверки адекватности этого закона в 1979г. было обработано 285 кратных таблиц смертности людей по всем географическим районам мира: Африке, Америке, Азии, Европе, СССР, Австралии и Океании [8,10]. Все они подтвердили адекватность этих закономерностей.

Теорий старения, как известно, множество. Что ни геронтолог, то своя теория старения! Автору этой статьи ближе всего по пониманию процессов старения высказывание нашего биолога Льва Владимировича Комарова, который отметил, что “не разделяет воззрений многих биологов, предполагающих, что в основе старения лежит накопление каких-то повреждений или ненормальностей в клетках: мутаций, поперечных связей, ошибок синтеза, повреждений в генах. Старение – процесс, который неизбежен при нормальной работе генов и других элементов клетки. Обобщенно и упрощенно говоря, старение – это увеличение всегда имеющегося в клетке несоответствия между образованием ферментов, метаболитов, структурных и шлаковых веществ. Если рассмотреть ход изменений с возрастом подобных “несоответствий” для ферментов – дегидрогиназ в митохондриях печени крыс (до наступления зрелости и после нее), то отчетливо будет видно, как та “степень несоответствий”, которая нужна, чтобы организм развился до стадии зрелости, с годами не только не сохраняется, но возрастает – все показатели как бы веерообразно расходятся.

Возрастной “феномен раскрытия веера” можно наблюдать и на других примерах. Это раскрытие и приводит, по-видимому, с возрастом к избытку или исчерпанию в организме ряда веществ (например, снижается содержание АТФ – аденозинтрифосфорной кислоты, а содержание некоторых веществ наоборот повышается). Это приводит к расстройству оптимальных соотношений между множеством различных параметров и характеристик. Если биохимия и биоэнергетика достигшего зрелости организма напоминает игру слаженного оркестра, то со временем “уставшие музыканты” все больше начинают играть “кто в лес, кто по дрова”. Происходит как бы диссоциация жизненных процессов, постепенно ведущая к старости и, соответственно, к старческим болезням.

Сегодня, когда средняя продолжительность жизни в России практически ниже пенсионного возраста, сама мысль о том, что можно жить долго, не старея, кажется фантастической. И это мнение не лишено основания, так как старение в большинстве случаев связано не с материальными (физико-химическими) основами жизни, а только с её наследственной информационной составляющей, то есть со свойствами не самой материи, а со специфическими свойствами и характеристиками информации. Материя (вещество) в данном случае выступает лишь как носитель информации, поэтому биоорганическое вещество в живой системе ведет себя так, как указывает ей информация. Не биохимия и биофизика, а только молекулярная информатика и информационные закономерности могут объяснить прохождение сложных биохимических процессов живых организмов.

Какой вывод напрашивается из выше приведенных примеров? Видимо тот, что факторы и причины нормального старения организмов следует искать не в их материальных компонентах, а в их наследственном программном обеспечении. Однако в этом направлении исследователи еще, к сожалению, не работали, – не искали не только причин функционального поведения живой материи, но и причин и факторов её развития, воспроизведения и старения! И ведь, действительно, если программа развития живой клетки полностью обеспечивает функционирование и жизнь на всех её стадиях и циклах, то почему же тогда программа онтогенеза, последовательно обеспечивающая возникновение, развитие и созревание целостного организма, а также период его репродукции, не может обеспечить последнюю его завершающую стадию – старения и смерти?

Известно, что с возрастом стабилизация активности регулирующих (информационных) систем не наступает. Это и приводит к постепенному нарушению постоянства внутренней среды организма. С этой точки зрения старение – это болезнь или сумма болезней регуляции. В этом и заключается противоречие, скрытое в самом развитии, которое, продолжаясь после созревания, приводит к своему отрицанию. Иными словами, программа болезней старения, по существу, хотя и не закодирована в генетическом коде, но реализуется она с тем же постоянством, с каким осуществляется запрограммированный процесс развития организма!

Эта тема имеет и свое продолжение, о чем говорит, например, короткая заметка, опубликованная в газете “Советская Россия”: “Продолжительность жизни запрограммирована в генетическом коде и передается от отца к сыну и от матери к дочери, утверждают ученые из университета Синсю в японском городе Мацумото. К этому заключению специалисты университета пришли в результате проведения двух параллельных исследований. Первое проводилось на излюбленных генетиками мухах-дрозофилах, отдельные виды которых имеют строго определенные сроки жизни – 35, 45 и 60 дней. В результате экспериментов было обнаружено, что на протяжении 20 поколений 99 процентов мушек, получивших в результате перекрестного скрещивания, идентичные гены, имели также и одинаковую продолжительность жизни.

Другая группа исследователей того же университета в течение 10 лет изучала генеалогию около 5000 жителей деревень в окрестностях города Мацумото. Итоги исследований показали, что 73,2 процента долгожителей-мужчин имели долгожителей-отцов. У женщин эта зависимость проявилась не так явно и выразилась цифрой 58,3 процента. Однако в 72 процентах случаев дочери наследовали недолгую продолжительность жизни матерей”. Поэтому недаром в народе часто говорят, что “лучший способ обеспечить себе долгую жизнь – это выбрать себе родителей и дедушку с бабушкой из числа долгожителей”.

Указанные выше примеры явно подтверждают мысль о том, что нет специальной программы старения, – есть общая программа онтогенеза, которая и определяет все этапы и сроки развития, созревания, воспроизведения и старения. А старение – это просто завершающая стадия реализации общей программы онтогенеза живого организма. Следовательно, старение, как и любые другие, но более сложные стадии развития организмов (в том числе и их эволюции) носит характер программных, а, следовательно, и регуляторных информационных процессов.

Поскольку все сложнейшие процессы индивидуального развития организмов обеспечиваются наследственной информацией, то естественно предположить, что и продолжительность их жизни лимитируется наследственными информационными ресурсами. И действительно, вариабельность по срокам жизни у разных видов организмов чрезвычайно обширна. Похоже, что длительность жизни отдельных организмов всецело зависит от того программного лимита (информационного ресурса), которым они обеспечиваются при рождении. У каждого организма есть свои наследственные информационные ресурсы, обеспечивающие прохождение всех процессов и периодов онтогенеза. Очевидно, что к последнему периоду онтогенеза – старению и смерти может привести только исчерпывание этих программных лимитов (информационных ресурсов).

Возрастные изменения при этом проявляются двояким образом. Во-первых, они приводят к повышению вероятности смерти; во-вторых, при старении понижается способность организма противостоять тем факторам, которые с большой вероятностью могут стать причиной смерти, то есть происходит снижение жизнеспособности. Сейчас, достаточно сказать, что, судя по имеющимся данным, на продолжительность жизни оказывает влияние генотип живого организма, а поскольку в популяции отдельные особи обычно генетически различны, это означает, что или скорость старения, или начальный уровень жизненности, или обе эти характеристики для разных особей могут быть различны. Старые люди обычно некритично относятся к своему уровню жизнеспособности и поэтому могут попадать в такие условия, которые несовместимы с уровнем их жизнеспособности, что часто и приводит к летальным исходам.

Старение можно определить как “изменение физических функций, чувствительности и энергии с возрастом, которое постепенно увеличивает вероятность смерти индивидуума от привходящих, случайных причин. Строго говоря, слово “случайных” излишне, так как любая смерть в какой-то степени случайна. Ни одну смерть нельзя назвать “естественной”, в полном смысле слова; никто не умирает только от бремени лет” Стрелер (Strehler, 1962) определял старение как “совокупность изменений, возникающих, как правило, в пострепродуктивном периоде и приводящих к понижению жизнеспособности данного индивидуума”. Таким образом, старение ведет к уменьшению способности организма приспосабливаться к окружающей среде. Кроме того, неблагоприятные изменения, связанные с возрастом накапливаются. Смерть – конечный результат старения – внезапна, но процесс старения включает прогрессивное возрастание вероятности смерти.

Известный индийский специалист в области геронтологии М. Канунго в 1970 году предложил генно-регуляторную теорию старения, а в 1975 году он разработал ее в виде модели, которая объясняет два характерных признака старения:

а) снижение функциональной активности и б) фиксированную продолжительность жизни представителей одного вида.

В соответствии с моделью старение может развиваться в результате изменения экспрессии генов после достижения половой зрелости. Дифференцировка и рост сопровождаются последовательной активацией и репрессией определенных уникальных генов, функционирующих только в этих фазах. Основные и побочные продукты генов, ответственных за дифференцировку и рост, достигают критического содержания и стимулируют другие уникальные гены, продукты которых, например половые стероидные гормоны, обуславливают переход к репродуктивному периоду. Репродуктивная способность жизненно необходима для сохранения и эволюции вида. Некоторые генные продукты, образующиеся в репродуктивной фазе, в свою очередь подавляют функцию генов роста и дифференцировки, в связи с чем, дальнейший рост организма прекращается у большинства животных после короткого периода размножения. Вопрос состоит в том, почему репродуктивный период не продолжается беспрерывно.

Репродуктивная способность организма наиболее высока вскоре после достижения половой зрелости. Однако при репродукции определенные факторы могут утрачиваться и, будучи утраченными, уже не возмещаются. А между тем эти факторы могут быть исключительно важны для поддержания определенных генов в состоянии экспрессии или репрессии, тогда как другие факторы в процессе репродукции могут накапливаться. В результате всех этих событий может произойти дестабилизация тех уникальных генов, от функционирования которых зависит репродуктивная способность. Иными словами, в репродуктивном периоде нарушается гомеостатический контроль. Происходит постепенное снижение плодовитости, что отчетливо регистрируется вскоре после достижения половой зрелости. Изменения содержания гормонов и других модуляторов, прямо или косвенно влияющих на функцию генома, могут привести к постепенному снижению репродуктивной активности и к старению.

Молекулярные механизмы

Существуют свидетельства нескольких важнейших механизмов повреждения макромолекул, которые обычно действуют параллельно один другому или зависят один от другого^[39]. Вероятно, любой из этих механизмов может играть доминирующую роль при определённых обстоятельствах.

Во многих из этих процессов важную роль играют активные формы кислорода (в частности свободные радикалы), набор свидетельств о их влиянии был получен достаточно давно и сейчас известен под названием «свободно-радикальная теория старения». Сегодня, тем не менее, механизмы старения намного более детализированы.