та експериментальні способи її продовження

Одночасно з руйнуванням і деградацією, характерними для процесу старіння, в ході еволюції виникли й процеси, спрямовані на виживання й підвищення стійкості біологічних систем. Це механізми антистаріння, або вітаукта (від: vita – життя, auctum – збільшувати). Вперше на них звернув увагу видатний український вчений-геронтолог В.В. Фролькіс, який і запропонував термін "вітаукт".

Усі механізми вітаукта можуть бути розділені на дві групи: генотипові і фенотипові.

Генотипові механізми вітаукта генетично запрограмовані. До них відносяться системи репарації ДНК, система антиоксидантів, система мікросомального окислення печінки та інші. Усі ці гепотипові прояви вітаукта зв’язані в єдиний процес, що забезпечує високий рівень надійності організму, його довгострокову адаптацію, і, як наслідок, значну тривалість життя.

Велике значенне в механізмі вікових змін мають також фенотипові механізми вітаукта, що виникають протягом життя в міру старіння. Вони мобілізуються в ході життєдіяльності організму завдяки процесам саморегуляції. Так, у старості знижується інтенсивність тканинного дихання в міокарді, і поряд з цим збільшується активність гліколізу, а також ступінь спряження окислювання і фосфорилювання в мітохондріях. У старості зменшується число мітохондрій, і поряд з цим з’являється значна кількість гіпертрофованих мітохондрій. У багатьох органах зменшується число клітин, частина з них атрофується, і поряд з цим у різних органах розвивається гіпертрофія і гіперфункція окремих клітин, активується більше число функціональних одиниць: нефронів, альвеол, капілярів, нейромоторних одиниць тощо. Істотно змінюється процес транспорту речовин через плазматичну і ядерну мембрани, і поряд з цим збільшується їхня площа, що сприяє підтримці транспортних систем плазмалеми на достатньому рівні. При старінні сила і працездатність скелетних м'язів зменшується, тому в роботу включаються додаткові групи м'язів. Слабшає нервовий контроль над клітинами й органами, однак підвищується їхня чутливість до ряду фізіологічно активних систем, у тому числі, до медіаторів. В умовах зниження синтезу ряду медіаторів у мозку послабляються процеси їхнього розпаду і зворотного захоплення терміналями. Зниження чутливості гіпоталамуса до глюкокортикоїдів (зворотний зв'язок) поєднується зі збільшенням чутливості до них гіпофіза. Зменшення змісту води в організмі викликає наростання секреції вазопресину. Компенсаторно підвищується секреція ряду гормонів гіпофіза. Зниження механічного запам'ятовування в старості компенсується збереженням і розвитком логічної пам'яті, змістовною організацією матеріалу, включенням великої кількості аналізаторів, тощо. Подібних прикладів фенотипових проявів вітаукта можна привести багато.

Таким чином, до фенотипових проявів вітаукта відносяться: підвищення інтенсивності гліколізу, збільшення спряження окислювання і фосфорилюванмя в мітохондріях; активація ряду ферментів; посилення біосинтезу ряду білків; зниження активності ферментів розпаду деяких медіаторів і гормонів в умовах ослаблення їхнього синтезу; поява багатоядерності і поліплоїдії в клітинах; збільшення об'єму мітохондрій в умовах зниження їхнього числа; гіпертрофія і гіперплазія апарату Гольджі; гіперплазія ендоплазматичної сітки; збільшення поверхні плазматичних мембран; підтримка в багатьох клітинах незмінної величини мембранного потенціалу; гіперфункція ряду міокардіоцитів, нейронів, секреторних та інших клітин в умовах загибелі частини цих клітин; включення в діяльність у звичайних умовах більшого числа капілярів, альвеол, нейромоторних одиниць; підвищення чутливості до ряду гуморальних факторів та активація деяких місцевих механізмів саморегуляції в умовах послаблення центрального нервового контролю; зростання чутливості до гормонів та зниження інтенсивності їхнього трозпаду в умовах зниження їхнього синтезу і багато чого іншого.

Варто вказати на відносне значення багатьох фенотипових адаптацій, що виникають у ході старіння. Маючи адаптивне значення при здійсненні одного біологічного процесу, вони можуть порушувати інший; маючи пристосувальне значення на одному етапі старіння, вони можуть сприяти віковій патології на іншому.

В ході онтогенезу співвідношення між процесами старіння та антистаріння змінюється. Зміна співвідношення між процесами старіння й антистаріння (вітаукта) розділяє хід індивідуального розвитку на три періоди: прогресивний, стабільний, деградаційний. На першому (прогресивному) етапі онтогенезу (характерний для дитинства та статевого дозрівання) процеси вітаукта випереджають розвиток процесів старіння. Тому надійність функціонування організму підвищується, досягаючи максимуму при настанні статевої зрілості. Потім встановлюється динамічна рівновага між процесами старіння та вітаукта – стабільний етап. В подальшому процеси старіння починають прогресувати інтенсивніше, і настає деградаційний етап.

Тривалість життя клітин у різних тканинах дорослого організму людини неоднакова. Клітини деяких тканин живуть дуже мало — від кількох хвилин (лейкоцити) до кількох діб (клітини кишкового епітелію) — або багато років (кардіоміоцити і нейрони). У фізіологічних умовах старіння клітин закінчується програмованою смертю — апоптозом.

Клітини, як і все живе, гинуть. Смерть клітин може наступати як у нормі, так і при патології. Гинуть клітини вже під час ембріонального розвитку при формуванні тканин і органів. У ранньому онтогенезі наступає масова загибель певних груп клітин, які не досягли стану остаточної (термінальної) диференціації, наприклад нейробласти. У дорослому організмі смерть клітин наступає: (1) внаслідок старіння, (2) при втраті функцій і (3) під впливом шкідливих факторів (некроз). Гинуть клітини, які виконали свою функцію. Так, смерть еозинофілів наступає після їх дегрануляції.

Видова тривалість життя змінюється в широкому діапазоні – від декількох годин до кількох десятків і навіть сотень років. Найменш тривалим є життя у бактерій та одноклітинних організмів; у них протягом доби може змінюватись декілька поколінь, а деякі живуть навіть кілька хвилин. У багатоклітинних тривалість життя набагато більша. Однорічні рослини живуть один вегетаційний сезон, і гинуть, залишивши насіння. Листяні та хвойні дерева живуть, як правило, декілька десятків чи сотень років (береза, тополя, груша, вишня), а окремі види – більше 1000 років. В Африці зустрічаються баобаби з діаметром стовбура 8-9 м і висотою 40-60 м, вік яких становить більше 5000 років. На Канарських островах росло дерево, відоме ще з XV ст., з діаметром стовбура близько 16 м; в 1868 році це дерево було повалене бурею і його вік виявився більшим 6000 років.

У тварин тривалість життя, як правило, становить від кількох років до кількох десятків років. Якоїсь закономірності в тривалості життя залежно від систематичного положення виду прослідкувати не вдіється; в кожній систематичній категорії зустрічаються як види з малою тривалістю життя, так і види "довгожителі". Щоправда, більші за розмірами тварини, як правило, живуть довше, ніж дрібні.

Так, серед кишковопорожнинних прісноводна гідра живе близько 1 року, а деякі види актиній – більше 60 років. Аскарида живе не більше 1 року, а широкий стьожак – до 30 років. Молюски ставковики живуть 4-5 років, а гігантська тридакна – більше 100 років. Серед риб камбала живе до 70 років, карпи і щуки – до 150 років, а морський бичок – 1 рік. Із амфібій ропухи живуть до 40 років, а жаби, тритони і саламандра – 5-15 років. Черепахи живуть до 175 років. Птахи : канарки та горобці – 15-20 років, голуби – 40-50 років, гуси – до 70 років, чайки (мартини) – 40-45 років, папуги – 90 років, круки – 70 років, страуси – 40 років, шуліки та орли – 100-120 років, соколи – 160 років. Серед ссавців, миші та щурі живуть до 3 років, коти – 9-10 років, собаки та вовки – 13-22 роки, коні – 20-40 років, слони – 80-90 років, бики – 25-30 років, вівці – 12-14 років, кози – 18-27 років.

Для людини середня тривалість життя коливається в різних регіонах Землі в межах 55-75 років для чоловіків і 60-80 років для жінок. Проте відомі випадки, коли тривалість життя значно перевищує 100 років.

Очевидно, що максимальну тривалість життя ми не можемо брати за видову тривалість життя; оскільки до цього віку доживають лише поодинокі особини; і, крім того, якщо вважати старіння генетично запрограмованим процесом, то такі випадки є, скоріше за все, не нормою, а відхиленням від нормального ходу онтогенезу. Середня тривалість життя – це інтегральний параметр, на який впливає, наприклад, смертність в молодому віці; і, очевидно, він теж не може бути прийнятий за видову тривалість життя. За видову тривалість життяприйнято вважати вік, до якого доживає 80 % особин даного виду. Часом розрізняють також екологічну тривалість життя – вік, якого реально досягають особини даного виду в даних екологічних умовах.

Систематичне вивчення тривалості людського життя почалося в кінці XVII ст., і початок цьому поклав англійський астроном Едмунд Галлей (той самий, що відкрив комету Галлея). Він намагався вивести математичну закономірність, яка дозволила б визначити можливу тривалість життя. Галлей взяв дані про смертність жителів польського міста Бреслау (теперішній Вроцлав), яке у той час входив до складу Німеччини, і склав так звану «таблицю життя», з якої було видно, скільки людей померло в тому чи іншому віці. За розрахунками вченого, очікувана тривалість життя жителя Бреслау в середньому становила 34 роки.

У XVIII-XIX століттях науку про тривалість життя значно просунули вперед математики, які працювали у страхових компаніях - останні були зацікавлені в якомога більш точних визанченнях вірогідної тривалості життя. Це дозволяло обчислити суму внесків, що приносять прибуток по більшості страхових полісів. Першим математиком, що склав «Таблиці життя» для страхових компаній, був Джеймс Додсон.

Одним з перших факторів, за допомогою якого вдалося підвищити тривалість життя, була зміна температури. Ще в 1917 році Леб і Нортроп показали, що тривалість життя дрозофіли можна збільшити в декілька разів, знижуючи температуру оточуючого середовища (зрозуміло, до певної розумної межі). Це пояснюється зниженням інтенсивності метаболізму у холоднокровних при зниженні температури, що призводить до зниження темпів розвитку, темпів розгортання програми онтогенезу. Однак виявилось, що зниження температури оточуючого середовища практично не впливає на тривалисть життя теплокровних тварин. При зниженні температури оточуючого середовища інтенсивність метаболізму в них не тільки не зменшуеться, а, навпаки, як правило, зростає, оскільки потрібно витрачати більше енергії на підтримання температури тіла. Але є деякі цікаві факти. Виявилось, що тривалисть життя в тих ссавців, які впадають в сплячку є вищою, ніж у ссавців з приблизно такими ж розмірами тіла, які не впадають в сплячку. Наприклад, летючі миши, які 3/4доби і 1/3 року знаходяться в стані сплячки, живуть 18-20 років, а звичайні миші – 3-4 роки (підраховано, що середня інтенсивність метаболізму в них відрізняється в 5-6 разів). Цілком можливо, що під час сплячки різко змінюється співвідношення між пошкоджуючими і відновлювальними процесами на користь відновних процесів, що веде до часткового оновлення накопичених при активній життєдіяльності пошкоджень і "омолодження" організму. Саме це спонукало науковців шукати способи для введення людини в стан сплячки (гіберенації). І якщо вірити даним літератури про те, що деякі люди впадали в так званий летаргічний сон, то ці пошуки не безпідставні. Підраховано, що навіть при зниженні температури тіла на 2‑3 ^оС тривалість життя може зрости в 2 рази; а при температурі рідкого азоту ті зміни, які відбуваються при кімнатній температурі за 1 сек., відбудуться за 30 трлн. років.

Ще одним фактором, за допомогою якого вдавалося підвищити тривалість життя, є обмеження харчування. І що важливо, що на відміну від температури, цей фактор має великий вплив як на холоднокровних, так і на теплокровних тварин. Не зупиняючись на окремих експериментах, в цілому можна сказати, що ряд досліджень показали зростання тривалості життя при обмеженні калорійності раціону в цілому або ж по окремих його складових – білків, деяких амінокислот, жирів, мінеральних солей. Показаний вплив на основний обмін, на процеси репарації, на різні аспекти жирового, вуглеводного і мінерального обмінів, на нейроендокринну регуляцію. Однак чітко вказати механізми впливу обмеження раціону на тривалість життя на сьогодні неможливо; очевидно, що ці механізми дуже багатогранні. В розвинутих країнах світу приділяється велика увага виробництву здорової їжі. Наприклад, у США щорічно виробляється харчових продуктів, які сприяють укріпленню здоров'я і збільшенню тривалості життя, на суму 3 млрд. $. Різні підприємства, компанії, фірми виробляють сотні харчових добавок і медичних засобів, які на їх думку "сприяють підвищенню здоров'я, інтелекту і тривалості життя".

Третій напрямок – використання гормонів та інших біологічно активних речовин. Ще в 1889 році Броун-Секар повідомив про омолоджуючу дію витяжок із сім'яників. В 72‑річному віці він зробив сам собі 8 ін'єкцій із настойки сім'яних залоз. У своєму щоденнику він записав: "На подив моїх асистентів, я можу тепер працювати годинами, не відчуваючи необхідності присісти. Без всяких труднощів і не думаючи про це, я можу підніматись сходами майже бігом, що я часто робив до 60‑річного віку". На основі цих та подібних досліджень виникла теорія, що старіння пов'язане з віковою інактивацією статевих залоз. Потім стало зрозуміло, що "омолоджуючий" ефект від цих маніпуляцій короткочасний. Однак роботи в цьому напрямкові продовжувались і на роль залози, пов'язаної зі старінням предендували гіпофіз, гіпоталамус, епіфіз. Сьогодні омолоджуючий ефект намагаються отримати, використовуючи екстракти ембріональних тканин.

Однак не дивлячись на невдачі і деяку курйозність результатів таких досліджень, безсумнівним є той факт, що у ряду видів старіння і смерть можуть дійсно викликатись певними гормонами. Так, у прохідних лососевих риб одразу після нересту різко зростає концентрація гідрокортизону, що веде до швидкої деградації цих тварин і їх загибелі. У шовкової молі таку дію мають гормони екдізон та еклозин. Проте невідомо, чи є подібні механізми в тих тварин, у яких немає швидкої запрограмованої смерті.

Модулятори активності генів та конструювання нестаріючого геному: Ряд теорій старіння пов'язують цей процес з віковими змінами в генетичному матеріалі клітин. І якщо це справді так, то загальмувавши експресію так званих "генів старіння" і відвертаючи гальмування інших генів, в яких цей процес мав би закономірно розвинутись з віком, можна продовжити тривалість життя і навіть взагалі створити так званий "нестаріючий генотип" (такий, що процеси старіння в ньому не розвиваються). Це порівняно молодий напрямок, але дещо цікаве в цьому плані вже зроблено.

У гриба аскоміцета Podospora anserina тривалість життя ≈25 днів. В ході старіння у нього відбувається дезінтеграція кільцевої молекули мітохондріальної ДНК. Невеликі її фрагменти у вигляді плазмідоподібних структур виходять у цитозоль, ампліфікуються тут і знову вбудовуються в мітохондріальний або ядергий геном. Причому якщо такі "плазміди" ввести в клітини молодого гриба, то в ньому швидко розвиваються процеси старіння і настає смерть. Було показано, що якщо загальмувати ці молекулярно-біологічні перетворення рядом чинників, то тривалість життя гриба значно подовжується.

Інші менш розроблені напрямки:

1) вживання антиоксидантів (виходячи з теорії, що в основі старіння лежать пошкоджуючі впливи вільних радикалів, які утворюються в результаті окисно-відновних реакцій, які відбуваються в організмі за участю O₂);

2) ентеросорбція (виведення шкідливих хімічних сполук екзогенного та ендогенного (внаслідок, наприклад, аутоінтоксикації) походження за допомогою сорбентів; сьогодні йде розробка вибіркових сорбентів, здатних виводити лише певні групи хімічних сполук);

3) використання ревіталізаторів (речовин, здатних частково або повністю відновлювати певні функції).

Питання для самоперевірки та контролю засвоєння знань

1. Дайте визначення поняттю "старіння".

2. Що таке гетерохронність, гетеротопність, гетерокінетичність та гетерокатефтентність процесів старіння?

3. Індивідуальні, групові та територіальні особливості процесів старіння.

4. Що таке нормальне (фізіологічне) та патологічне старіння?

5. Що таке нормальне, передчасне та сповільнене старіння?

6. На які етапи можна поділити постембріональний онтогенез людини?

7. Основні тенденції морфологічних та фізіологічних змін органів та систем органів під час старіння організму.

8. Які системи органів піддаються найбільшим змінам при старінні організму людини?

9. Який існує взаємозв'язок між здатністю клітини до поділу, її диференціацією (спеціалізацією) і її старінням?

10. Перерахуйте основні варіанти старіння клітин у складі багатоклітинного організму.

11. Опишіть основні зміни ядра та генетичного матеріалу клітини при її старінні?

12. Які зміни відбуваються у цитоплазмі клітини при її старінні?

13. Які існують механізми вітаукта (антистаріння)?

14. Що таке біологічний і хронологічний вік? Як визначити біологічний вік?

15. Які основні групи теорій старіння можна виділити?

16. Що вважається видовою тривалістю життя?

17. Перерахуйте основні експериментальні способи продовження тривалості життя.

Література:

1. Альперович В. Социальная геронтология.– Ростов на Дону: Феникс, 1997.

2. Афанасьев Ю.И., Кузнецов С.Л., Юрина Н.А. Гистология, цитология и эмбриология.– М.: Медицина, 2004.

3. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения.– СПб.: Наука, 2003.- 468 с.

4. Биология старения. / Под ред. В.В. Фролькиса и др.– Л.: Наука, 1982.– 616 с.

5. Войтенко В.П. Старение и продолжительность жизни. К., 1987.– 47 с.

6. Яцемирская Р. С. Социальная геронтология: Лекции.– М.: Академический Проект, 2006.– 317 с.

7. Фролькис В.В., Мурадян Х.К. Старение, эволюция и продление жизни.– К.: Наукова думка, 1992.

8. Варенюк І.М. Біологія постембріонального розвитку. Курс лекцій. – Київ, 2009. – 157с.

Поиск по сайту: