4. Старение как спонтанная потеря и изменение информации

Существуют еще два дополнительных механизма старения, вносящие свой вклад в старение целостного организма. Это, во-первых, изменение качества и интенсивности обмена веществ, энергии и информации с внешней средой и, во-вторых, «разрегулирование» целостной системы организма. Оба механизма определяют процессы спонтанной утраты информации в системе, за которым следует ее материальная и энергетическая деградация. Информация выступает как регулирующий, управляющий и самоорганизующий фактор. Поэтому от процесса сохранения информации в системе зависит вещественная и энергетическая организация «материальных носителей» этой информации, которые, фактически, следуют качественно и количественно за её изменением. Процесс утраты информации аналогичен ее изменению – «мутациям» и, по существу, сводится к ошибкам в ходе процесса воспроизводства информации (например, повреждения свободными радикалами неделящейся ДНК и т.п.). Так как мутации возможны самые разнообразные, то фактически за счет этого же механизма возникает второе характерное для старения следствие: увеличение разнообразия исходно однородных структур. Появление большого количества «чужой» информации перегружает системы организма, ответственные за распознавание и удаление ее. Поскольку новые структуры лишь немного отличаются от предыдущих структур, то возникает реакция, как против «чужого», так и против «своего». Это известно на примере повышения уровня аутоантител против собственных структур организма с возрастом (результат реакции иммунной системы на «изменившееся свое»). Организм со временем выходит на разумный баланс между аутоиммунным саморазрушением и неконтролируемым опухолевым ростом, причем оба процесса, в конечном счете, разрушительны.

5. Биохимические и термодинамические модели старения

С точки зрения биохимии и термодинамики жизнь определяют как степень отклонения от максимально устойчивого состояния - от равновесия, как «неравновесный поток». При таком рассмотрении уровень жизнеспособности можно представить как степень отклонения от состояния равновесия. В соответствии с данной моделью для поддержания жизнеспособности в любой части любой живой системы необходима постоянная затрата энергии, так как для живых систем характерно снижение энтропии, а согласно второму закону термодинамики это возможно только при постоянном поступлении энергии извне. Таким образом, по степени потребления энергии организмом можно судить о степени его жизнеспособности. На практике используют оценку общего обмена для целого организма, скорость потребления кислорода тканями, уровень потребления кислорода при нагрузке («коэффициент полезного действия» и мощность живых процессов), а также максимально возможное потребление кислорода и мощность внешнего развиваемого усилия - объем адаптации организма. Именно энтропия является важнейшим показателем старения и способы, позволяющие вычислять ее для целостного организма должны открыть принципиально новые возможности для анализа в биологии старения и для выяснения первичных, сущностных, механизмов и первопричины старения.

Основные положения этих теорий можно представить в виде следующих тезисов:

• Старение есть простое изнашивание клеток и тканей.

• Каждый организм получает в наследство определенное количество «жизненной» материи, которая со временем истрачивается, что приближает организм к смерти.

• Старение есть закономерное, математически измеримое явление, протека­ющее с постепенным возрастанием болезненности и вероятно­сти смерти.

• Жизнь представляет собой постоянно изменяющееся состояние клеточных коллоидов. Каждая отдельная клеточка живой ткани человека при естественном и закономерном нарушении состояния её коллоидов стареет и погибает.

• Старение представляет собой процесс самоинтоксикации в результате нарастающего уровня токсинов в клетке. Так, например, скопление токси­нов и гнилостная ферментация в кишечном тракте ведет к самоотравлению организма и, как результат, - старению и смерти.

• От уровня целого организма человека и далее последовательно до уровня клетки имеется чёткая координация обмена веществ, функций и т.д. При возникновении дисгармонии в координации функций и трофики, нарушениях возможности восстановления клетки и.т.п. наступают старческие изменения организма.

• Воздействие биофизических факторов на генетический аппарат клетки и накопление радиоактивных веществ нарушает обмен веществ и вызывает процессы старения в клетке.

• Возрастные изменения генетического аппарата клеток наследственно запрограммированы, а значит, старение является закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания.

• Регуляторные гены определяют темп и последовательность включения и выключения структурных генов, от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Старение связано с участками ДНК, которые при старении сокращаются в размерах.

• Причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в орга­низме побочных продуктов химических реакций и другие).

• С возрастом в тканях организма накапливаются «свободные радикалы» — высокоактивные химические частицы. В силу своей активнос­ти они ухудшают работу клеток и повреж­дают ДНК.

• В организме существует специальная система репарации (восстановления), обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность в си­стеме передачи наследственной информации. Имеется связь между возрастной активнос­тью систем репарации ДНК и процессом старения.

• Старение на уровне организма связано с первичными сдвигами во всей нейроэндокринной системе либо в той или иной конк­ретной железе (гипофиз, щитовидная железа, половые железы и т. д.).

• Старение целос­тного организма обусловлено изменениями нейрогуморальной ре­гуляции, затрагивающие и сферу психики, эмоций, мышечную работоспособность, реакции в системах кровообращения, дыха­ния и т. д.

• Ста­рение основано на тесной связи иммунной системы с адаптацией организма к стрессу, вызываемому изменениями ок­ружающей среды. В период от 40 до 80 лет процент различных аутоантител, вырабатывающихся против собственных белков, может увеличиться в 6—8 раз. Все это ведет к са­моразрушению и старению организма, его «иммунологическо­му разоружению».

• Старение есть возрастное снижение интенсивности самообновления организма (деления самых различ­ных типов клеток) и утрата его сопротивляемости из-за наступающего снижения иммунных функций. Морфо­логическим субстратом старения является гипоталамус, оказывающий первичное регули­рующее влияние на иммунную систему.

С позиций современных взглядов наиболее близки к истине теории и концепции, представляющие старение как биопсихосоциальное явление, на динамику которого оказывают влияние генетические, социальные и экономические факторы.

Все разнообразие рассмотренных биологических механизмов старения живых организмов можно условно объединить в четырех основных направлениях:

1. «загрязнение» систем со временем;

2. недостаточность сил отбора для сохранения только «нужных» структур в пределах данной системы;

3. снижение количества любых необновляющихся структур в системе;

4. регуляторные влияния в сложных системах, вызванные самыми различными причинами общего и частного характера.