8.6.4. Влияние на процесс старения эндоэкологической ситуации

С понятием экологиямы связываем обычно совокупность абиологических и биологических факторов, действующих на организм в среде его обитания, т.е. внешние условия жизни. Но сходные по своей природе факторы, например микробные, могут действовать на организм и изнутри. Действительно, определенные штаммы бактерий, обитающие в кишечнике, являются обязательными симбионтами животных и человека, причем им принадлежит важная роль в осуществлении ряда функций (обмен витаминов и др.). Все это дает основание судить обэндоэкологии организма.

В последние десятилетия технические возможности позволяют, с одной стороны, получать и содержать животных, полностью лишенных обычной для них внутренней микрофлоры (гнотобионты), а с другой — произвольно заселять тот же кишечный тракт специальными штаммами бактерий. Есть данные, указывающие на увеличение средней и максимально регистрируемой продолжительности жизни безмикробных животных и замедлении скорости старения. Возможное объяснение этому факту кроется в особенностях функционирования иммунной системы.

8.7. Гипотезы, объясняющие механизмы старения

Геронтология знает не менее 500 гипотез, объясняющих первопричину,и механизмы старения организма. Подавляющее большинство их не выдержало проверки временем и представляет чисто исторический интерес. К ним, в частности, относятся гипотезы, связывающие старение с расходованием особого вещества клеточных ядер, страхом смерти, утратой некоторых невосполняемых веществ, получаемых организмом в момент оплодотворения, самоотравлением продуктами жизнедеятельностии др.Гипотезы, представляющие научную ценность в наши дни, соответствуют одному из двух главных направлений.

Некоторые авторы рассматривают старение как стохастический процесс возрастного накопления «ошибок», неизбежно случающихся в ходе обычных процессов жизнедеятельности, а такжеповреждений биологических механизмовпод действием внутренних (спонтанные мутации) или внешних (мутации под действием ионизирующего облучения) факторов. Стохастичность обусловлена случайным характером изменений во времени и локализации в организме. В различных вариантах гипотез данного направления первостепенная роль отводится разным внутриклеточным структурам, от первичного повреждения которых зависят функциональные расстройства на клеточном, тканевом и органном уровнях. Прежде всего, это генетический аппарат клеток (гипотеза соматических мутаций).

Многие исследователи связывают начальные изменения старения организма с изменениями строения и, следовательно, физико-химических и биологических свойств макромолекул: ДНК, РНК, белков хроматина, цитоплазматических и ядерных белков, ферментов. Особо выделяют также липиды клеточных мембран, часто повреждаемые свободными радикалами. Сбои в работе рецепторов, в частности, клеточных оболочек, нарушают эффективность регуляторных механизмов, что приводит к рассогласованию процессов жизнедеятельности.

К рассматриваемому направлению относятся также гипотезы, усматривающие первооснову старения в нарастающем с возрастом износе структурв диапазоне от макромолекул до организма в целом, приводящем, в конце концов, к состоянию, не совместимому с жизнью. Такое представление, однако, слишком прямолинейно.Если «концепция износа» биологических структур правильно отражает сущность старения, то итог в виде большей или меньшей скорости старческих изменений, а также возраст, в котором у разных людей эти изменения становятся очевидными, является следствием наложения разрушительных и защитных процессов. В этом случае гипотеза износа с неизбежностью включает в себя такие факторы, как генетическая предрасположенность, условия и образ жизни, от которых зависит скорость старения.

Второе направление представлено генетическими и/или программными гипотезами,согласно которым процесс старения находится под прямым генетическим контролем. Контроль осуществляется с помощьюлибо специальных генов, либо он связан с наличием специальныхгенетических программ,как это имеет место в отношении других стадий онтогенеза, например, эмбриональной.

В пользу запрограммированности старения приводят доказательства, многие из которых уже рассмотрены – см. 8.6.1. Обычно также ссылаются на наличие в природе видов, у которых вслед за размножением бурно нарастают изменения, приводящие животных к гибели. Типичный пример — тихоокеанские лососи (кета, нерка, горбуша), погибающие после нереста. Пусковой механизм в этом случае связан с изменением режима секреции половых гормонов, что следует рассматривать как особенность генетической программы индивидуального развития лососевых, отражающей их экологию, а не как универсальный механизм старения. Примечательно, что кастрированная горбуша не нерестится и живет в 2–3 раза дольше. Именно в эти дополнительные годы жизни следует ожидать появления признаков старения в клетках и тканях.

Некоторые программные гипотезы основаны на допущении, что в организме функционируют биологические часы,в соответствии с которыми происходят возрастные изменения. Роль «часов» приписывают, в частности, вилочковой железе, прекращающей функционирование при переходе организма в зрелый возраст,нервной системе, особенно некоторым ее отделам (гипоталамус, симпатическая нервная система), главным функциональным элементом которой являются первично стареющие нервные клетки, эпифизу.Допустим, что прекращение в определенном возрасте функций тимуса, что, несомненно, находится под генетическим контролем, становится сигналом начала старения организма. Это, однако, не означает генетического контроля процесса старения. В отсутствие тимуса ослабляется иммунологический контроль аутоиммунных процессов. Но для того чтобы эти процессы пошли, необходимы либо мутантные лимфоциты (повреждения ДНК), либо белки с измененной структурой и антигенными свойствами.

Генетические программы, в том числе индивидуального развития, — всегда результат эволюции, закрепляемый в генофонде вида вследствие естественного отбора. На первый взгляд, естественный отбор должен благоприятствовать увеличению продолжительности жизни. В связи с этим приобретение видом в ходе эволюции генетической программы старения, обусловливающего неизбежность смерти, представляется маловероятным. Так. вприродных условиях в первый год жизни сохраняется в живых лишь25%синиц поколения. По истечении 2-го года от поколения остаются единицы, если это вообще происходит. В лабораторных условиях птицы достигают 9-летнего возраста. В таком случае практически невозможно объяснить, в силу каких обстоятельств естественный отбор мог формировать генетическую программу саморазрушения организма в процессе старения, рассчитанную на 7–8 лет жизни, которые синицами не проживаются.

Изложенное выше не исключает зависимости скорости старения и времени наступления старческих изменений от генетических факторов, однако этими факторами не являются специальные гены или программа. Так, типичныйпризнак хореи Гентингтона — сильный тремор (дрожание) головы и конечностей (пляска святого Витта). Симптомы этого наследственного заболевания обычно появляются в возрасте 35–39 лет, причем у мужчин позднее, чем у женщин. Различие в сроках появления болезни объясняется особенностями эволюции мужского и женского генотипов. У мужчин, имеющих по сравнению с женщинами большую продолжительность репродуктивного периода, давление отбора против соответствующего признака угасает с возрастом более медленно. Неблагоприятное фенотипическое действие гена, лежащего в основе хореи Гентингтона, в юношеском и зрелом возрасте подавлялось благодаря присутствию в геноме генов-модификаторов (см. разд. 8.6.1).

Таким образом, из двух принципиально различных направлений в объяснении старения как закономерной стадии онтогенеза в настоящее время более обоснованно представление, рассматривающее этот процесс как износ биологических структур, а не генетически предопределенное саморазрушение. При этом не исключается возможность большей или меньшей генетической предрасположенности, например, к раннему старению.

Из мнений последнего времени, рассматривающих процесс старения как определяемый специальной программой, внимание привлекает гипотеза феноптоза (В.П.Скулачев). Автор гипотезы исходит из допущения, что, если в природе есть генетически контролируемый физиологический механизм “самоубийства” на клеточном уровне (апоптоз), то вполне вероятно, что аналогичный механизм существует и на уровне организма (феноптоз). Еще одно допущение сводится к тому, что старение представляет собой запрограммированное ослабление с возрастом большой группы разных функций. В таком случае простейшим способом достижения указанного эффекта может быть уменьшение количества клеток. В целом представляется следующая последовательность событий: онтогенетические часы → повышение уровня АФК (активные формы кислорода, свободные радикалы) в митохондриях → преобладание апоптоза над пролиферацией клеток → уменьшение числа клеток в органах и структурах → ослабление функций. Предположительно у млекопитающих супрахиазматическому ядру гипоталамуса отводится роль онтогенетических часов, эпифизу – роль органа, размножающего сигнал от супрахиазматического ядра, одному из гормонов эпифиза мелатонину, уровень которого с возрастом закономерно снижается (что мелатонин концентрируется в митохондриях и, возможно, существует внутримитохондриальный механизм, посредством которого мелатонин оказывает влияние на уровень свободных радикалов), – роль посредника между эпифизом и другими тканями.

Автор гипотезы считает, что старение, если его относить к людям, представляет собой “постепенный феноптоз”, то есть проявление диктатуры генома, стремящегося к биологическому совершенству, над разумной личностью, которая способна добиваться совершенства путем духовного и технологического развития: разрешение “конфликта” между диктатурой генов и свободой выбора личности, наделенной разумом, ставится в связь с трансформацией вида Homo sapiens в вид Homo sapiens liberatus.

При этом смерть организма объясняется развитием SIRL (Systemic Inflammatory Response Syndrom) или системного воспалительного процесса с преобладанием деструктивного относительно тканей и органов компонента, запускаемого не микробами, а попаданием в кровь митохондрий из разрушающихся клеток, то есть специальной “феноптозной” системой. Биологический смысл наличия такой системы видится в том, что она следит за тем, чтобы особи, жизнеспособность которых ниже определенного предела, погибали как можно скорее и не отвлекали на себя ограниченные ресурсы (в частности, пищевые) популяции.

В медицинском контексте наиболее важным представляется предположение о том, что генетические программы феноптоза могут быть отключены, в частности путем использования ионов Скулачева, эффективных в ситуациях, когда разрушительные эффекты программ опосредуются усилением процессов свободнорадикального окислении.

Трудно избежать впечатления, что гипотеза феноптоза сочетает в себе участие в процессе старения генетических и стохастических моментов.

Согласно мнениюнекоторых исследователей, усматривающих в реальной картине старения наличие содержательного и временнóго аспектов, детерминированные (запрограммированные) и стохастические (вероятностные) элементы в процессе старения переплетаются друг с другом.Так, В.М.Дильман, видя в старении инструмент, нарушающий гомеостатические механизмы организма, определяет его как четырехкомпонентный процесс, причем идентифицируемые В.М.Дильманом компоненты процесса старения аналогичны ведущим общебиологическим составляющим четырех главных категорий или моделей болезней (неинфекционных, болезней адаптации) – онтогенетической, аккумуляционной (метаболической), генетической и экологической. При этом указывается, что элементы онтогенетической и аккумуляционной моделей определяют сущность и феноменологию старения, а генетической и экологической моделей - его скорость.