Гіпотези, що пояснюють механізми старіння

Геронтологія знає не менше 500 гіпотез, що пояснюють і першопричину, і механізми старіння організму. Переважна більшість їх не витримало перевірки часом і являє чисто історичний інтерес. До них, зокрема, відносяться гіпотези, що зв’язують старіння з витрачанням особливої ​​речовини клітинних ядер, страхом смерті, втратою деяких невосполняемих речовин, одержуваних організмом в момент запліднення, самоотруєнням продуктами життєдіяльності, токсичністю продуктів, утворених під дією мікрофлори товстого кишечника. Гіпотези, що становлять наукову цінність в наші дні, відповідають одному з двох головних напрямків.

Деякі автори розглядають старіння як стохастичний процес вікового накопичення «помилок», неминуче трапляються в ході звичайних процесів життєдіяльності, а також пошкоджень біологічних механізмів під дією внутрішніх (спонтанні мутації) або зовнішніх (іонізуюче опромінення) чинників. Стохастичность обумовлена ​​випадковим характером змін у часі та локалізації в організмі. У різних варіантах гіпотез даного напрямку першочергова роль відводиться різним внутрішньоклітинним структурам, від первинного ушкодження яких залежать функціональні розлади на клітинному, тканинному і органному рівнях. Насамперед, це генетичний апарат клітин (гіпотеза соматичних мутацій).

Багато дослідників пов’язують початкові зміни старіння організму зі змінами будови і, отже, фізико-хімічних і біологічних властивостей макромолекул: ДНК, РНК, білків хроматину, цитоплазматических і ядерних білків, ферментів. Особливо виділяють також ліпіди клітинних мембран, часто пошкоджуються вільними радикалами. Збої в роботі рецепторів, зокрема, клітинних оболонок, порушують ефективність регуляторних механізмів, що призводить до неузгодженості процесів життєдіяльності.

До розглядався напрямку відносяться також гіпотези, які вбачають першооснову старіння в наростаючому з віком зносі структур в діапазоні від макромолекул до організму в цілому, що приводить зрештою до стану, не сумісного з життям. Таке уявлення, однак, занадто прямолінійно. Нагадаємо, що виникненню і накопиченню мутаційних змін в ДНК протистоять природні антімутаціонние механізми, а шкідливі наслідки утворення вільних радикалів знижуються завдяки функціонуванню антиоксидантних механізмів. Таким чином, якщо «концепція зносу» біологічних структур правильно відображає сутність старіння, то підсумок у вигляді більшій чи меншій швидкості старечих змін віку, в якому у різних людей ці зміни стають очевидними, є наслідком накладення руйнівних і захисних процесів. У цьому випадку гіпотеза зносу з неминучістю включає в себе такі чинники, як генетична схильність, умови і навіть спосіб життя, від яких, як ми бачили, залежить швидкість старіння.

Другий напрямок представлено генетичними або програмними гіпотезами, згідно з якими процес старіння знаходиться під прямим генетичним контролем. Контроль, згідно з одними поглядами, здійснюється за допомогою спеціальних генів (див. Розділ 8.6.1).

За іншими поглядами, він пов’язаний з наявністю спеціальних генетичних програм, як це має місце стосовно інших стадій онтогенезу, наприклад, ембріональної.

На користь запрограмованості старіння наводять докази, багато з яких вже розглянуті в п. 8.6.1. Зазвичай також посилаються на наявність у природі видів, у яких слідом за розмноженням бурхливо наростають зміни, що призводять тварин до загибелі. Типовий приклад – тихоокеанські лососі (кета, нерки, горбуша), гинуть після нересту. Пусковий механізм в цьому випадку пов’язаний зі зміною режиму секреції статевих гормонів, що слід розглядати як особливість генетичної програми індивідуального розвитку лососевих, що відбиває їх екологію, а не як універсальний механізм старіння. Примітно, що кастрований горбуша НЕ нереститься і живе в 2-3 рази довше. Саме в ці додаткові роки життя слід очікувати появи ознак старіння в клітинах і тканинах.

Деякі програмні гіпотези засновані на припущенні, що в організмі функціонують біологічний годинник, відповідно до яких відбуваються вікові зміни. Роль «годин» приписують, зокрема, вилочкової залозі, припиняє функціонування при переході організму в зрілий вік. Ще один кандидат – це нервова система, особливо деякі її відділи (гіпоталамус, симпатична нервова система), головним функціональним елементом якої є первинно старіючі нервові клітини. Припустимо, що припинення в певному віці функцій тимуса, що, безсумнівно, перебуває під генетичним контролем, стає сигналом початку старіння організму. Це, однак, не означає генетичного контролю процесу старіння. У відсутність тимуса послаблюється імунологічний контроль аутоімунних процесів. Але для того щоб ці процеси пішли, необхідні або мутантні лімфоцити (пошкодження ДНК), або білки зі зміненою структурою і антигенними властивостями.

Генетичні програми, в тому числі і індивідуального розвитку, – завжди результат еволюції, який закріплюється в генофонді виду внаслідок природного відбору. На перший погляд, природний відбір повинен сприяти збільшенню тривалості життя. У зв’язку з цим придбання видом в ході еволюції генетичної програми старіння, що обумовлює неминучість смерті, представляється малоймовірним. Розглянемо наступний приклад. У природних умовах в перший рік життя зберігається в живих лише 1/4 синиць кожного покоління. Після закінчення 2-го року від покоління залишаються одиниці, якщо це взагалі відбувається. У лабораторних умовах птахи досягають 9-річного віку. У такому випадку практично неможливо пояснити, з яких причин природний відбір міг формувати генетичну програму саморуйнування організму в процесі старіння, розраховану на 7-8 років життя, які синицями не проживає.

Викладене вище не виключає залежності швидкості старіння і часу настання старечих змін від генетичних факторів, однак цими факторами не є спеціальні гени або програма. Розглянемо ще один приклад. Типова ознака хореї Гентінгтона – сильний тремор (тремтіння) голови і кінцівок (танець святого Віт-та). Симптоми цього спадкового захворювання зазвичай з’являються у віці 35-39 років, причому у чоловіків пізніше, ніж у жінок. Різниця в терміни появи хвороби пояснюється особливостями еволюції чоловічого і жіночого генотипів. У чоловіків, що мають в порівнянні з жінками більшу тривалість репродуктивного періоду, тиск відбору проти відповідної ознаки згасає з віком більш повільно. Несприятливий фенотипическое дію гена, що лежить в основі хореї Гентінгтона, в юнацькому та зрілому віці придушувалося завдяки присутності в геномі генів-модифікаторів.

З уявлень, що складаються останнім часом і розглядають процес старіння як визначається спеціальною програмою, увагу привертає гіпотеза феноптоза (В.П. Скулачев). Автор гіпотези виходить з допущення, що, якщо в природі є генетично обумовлений фізіологічний механізм «самогубства» на клітинному рівні (апоптоз), то ймовірно, що аналогічний механізм існує і на рівні організму (феноптоз). Ще одне припущення, що знаходить підтвердження в результатах численних наукових досліджень (див. 8.5.1), зводиться до того, що старіння є запрограмоване ослаблення з віком великої групи функцій. У такому випадку найпростішим способом досягнення зазначеного ефекту, безумовно характеризує процес старіння, може бути зменшення кількості клітин, з яких складаються органи і структури, функція яких при старінні знижується. В цілому представляється наступна послідовність подій: онтогенетические годинник – підвищення рівня АФК (активні форми кисню, вільні радикали) в мітохондріях – переважання апоптозу над проліферацією клітин – зменшення числа клітин в органах і структурах – ослаблення функцій. Імовірно у ссавців супрахіазматіческое ядру гіпоталамуса відводиться роль онтогенетичних годин, епіфізу -роль органу, розмножуються сигнал від супрахіазматичного ядра, одному з гормонів епіфіза (мелатоніну, рівень якого з віком закономірно знижується; мелатонін концентрується в мітохондріях і, можливо, існує внутрімітохондріальний механізм, за допомогою якого мелатонін впливає на рівень АФК) -роль посередника між епіфізом та іншими тканинами.

З двох принципово різних напрямків у поясненні старіння як закономірної стадії онтогенезу в даний час більшою популярністю користується уявлення, що розглядає цей процес як знос біологічних структур, а не генетично зумовлене саморуйнування.

Посилання на основну публікацію