ГИПОТЕЗЫ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ ПОДГОТОВИЛА СТУДЕНТКА Л102 СМИРНОВА МАРИЯ АНДРЕЕВНА ПРЕПОДАВАТЕЛЬ ПАНФИЛОВ АЛЕКСЕЙ БОРИСОВИЧ Старение– многоэтапный процесс, включающий влияние факторов внешней и внутренней среды. Старение- общебиологическая закономерность «увядания» организма, свойственная всем живым существам. Старость — естественный этап онтогенеза, заканчивающийся смертью. Старость – следствие старения. • Геронтология – наука о старости, изучающая основные закономерности старения на всех уровнях организации от молекулярного до организменного. • Геронтология знает не менее 500 гипотез, объясняющих и 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 жизнедеятельности, токсичностью продуктов, образуемых под действием микрофлоры толстого кишечника. • Гиппократ и Аристотель считали, что старение - это результат постепенного расходования «прирожденного тепла» («природного жара»). • В эпоху средневековья и позже старение объясняли потерей «жизненной силы» («жизненной энергии»), «жизненной раздражимости», «творческой энергии», в сущности, это были те же представления о «природном жаре», но измененные в соответствии с эпохой. • Рубнер считал, что причина старения - это медленное снижение обменных процессов в протоплазме и поэтому угасание жизненной энергии. • Бючли - это результат израсходования какого-то неизвестного жизненного фермента. • Лёб - постепенная утрата определенных химических веществ. • Парацельс - впервые высказал мысль, что причина старения это интоксикация. • Мечников - в «Этюдах оптимизма» - причина старения это аутоинтоксикация - есть отравления продуктами жизнедеятельности кишечной микрофлоры. • Согласно более новым гипотезам - старение является следствием накопления вредных продуктов обмена веществ в клетках. Так, например, лауреат Нобелевской премии Алексис Каррель считал, что все клетки потенциально бессмертны, и что старение и смерть обусловлены изменениями в химическом составе жидкостей организма, которые проявляются вследствие неполного удаления побочных продуктов обмена. • А. Каррель и Лекомт де Нойи - изучали заживление экспериментальных повреждений кожи в зависимости от возраста • Нагорный - старение является результатом нарушения самообновления поврежденных клеток. • Мюльман - старение происходит из-за пигментной атрофии нервных клеток в результате накопления липофусцина («старческого фермента»), вредного продукта обмена веществ. Но позже было показано, что липофусцин может быть и полезным, нужным для жизнедеятельности клеток. А накопление его обусловлено, скорее всего, ослаблением способности стареющих клеток расходовать его. • Павлов - причина старения - функциональные нарушения высшей нервной деятельности. • Броун-Секар (71 г.) - старение как результат первичной инволюции и гормональной недостаточности половых желез. Др. железы, особенно гипофиз тоже играют роль при старении. • Пархон - старение - это дистрофический процесс, возникающий за счет гормональных нарушений. • В XX в. вновь стала популярной «космическая теория», но теперь вместо влияния небесных тел и светил (т.е. старение - это воздействие положения планет на человека) стали говорить о вредном влиянии частиц космической пыли, радиации, ионных ветров и др. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГИПОТЕЗ СТАРЕНИЯ • Гипотезы, представляющие научную ценность в наши дни, соответствуют одному из двух главных направлений: • «Стохастические» гипотезы • «Программные» гипотезы «СТОХАСТИЧЕСКИЕ» ГИПОТЕЗЫ • Некоторые авторы рассматривают старение как стохастический процесс возрастного накопления «ошибок», неизбежно случающихся в ходе обычных процессов жизнедеятельности, а также повреждений биологических механизмов под действием внутренних или внешних факторов. Стохастичность обусловливается 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). «ПРОГРАММНЫЕ» ГИПОТЕЗЫ • Второе направление представлено генетическими или программными гипотезами, согласно которым процесс старения находится под прямым генетическим контролем. Указанный контроль, согласно одним взглядам, осуществляется с помощью специальных генов. По другим взглядам, он связан с наличием специальных генетических программ. • Генетические программы, в том числе и индивидуального развития, являются всегда результатом эволюции, закрепляемым в генофонде вида вследствие естественного отбора. ОСНОВНЫЕ ГИПОТЕЗЫ СТАРЕНИЯ • Генно-регуляторная гипотеза • Нейроэндокринные гипотезы • Молекулярно-генетические гипотезы • Гипотеза «старения по ошибке» и катастрофы накопления неисправленных ошибок в ДНК • Теория старения в результате накопления мутаций (или соматическая мутационная теория старения) • Теория «клеточного мусора» • Теория «старения от поперечных сшивок» • Гипотеза аутоиммунного старения ГЕННО-РЕГУЛЯТОРНАЯ ГИПОТЕЗА • Согласно этой концепции первичные изменения происходят в регуляторных генах - наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения тех генов, от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. • Установлено, что первичные механизмы старения связаны с нарушением генной регуляции. Ее изменения ведут к сдвигу соотношения синтеза разных белков, снижению потенциальных возможностей белоксинтетических систем. Это ограничивает пластическое обеспечение клетки и, в конце концов, ее приспособительных возможностей. Чрезвычайно важно то, что изменение генной регуляции может привести к активации репрессированных, ранее «молчавших» генов. НЕЙРОЭНДОКРИННЫЕ ГИПОТЕЗЫ • С самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие механизмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейроэндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлением о первичном значении изменений деятельности той или иной конкретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно половых желез и т.д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а изменяется вся нейроэндокринная ситуация организма. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ГИПОТЕЗЫ • Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. • В первом случае возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором - как случайные. • Таким образом, старение может являться запрограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. ГИПОТЕЗА «СТАРЕНИЯ ПО ОШИБКЕ» И КАТАСТРОФЫ НАКОПЛЕНИЯ НЕИСПРАВЛЕННЫХ ОШИБОК В ДНК • Была впервые предложена Л. Оргелем (1963). • Она основывается на предположении, что основной 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). • Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК. ТЕОРИЯ СТАРЕНИЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ НАКОПЛЕНИЯ МУТАЦИЙ • Впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом, который пришел к этому выводу, наблюдая за действием радиации на людей и животных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения людей и животных ТЕОРИЯ «КЛЕТОЧНОГО МУСОРА» • Старение происходит с накоплением балластных веществ, образующихся как побочный продукт нормальной клеточной деятельности. К ним относится липофусцин и молекулярные соединения, называемые свободными радикалами. • Бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их определяющим фактором биологического старения. Один из способов борьбы со старением, в котором пошиты свободные радикалы - применение так называемых антиоксидантов. ТЕОРИЯ «СТАРЕНИЯ ОТ ПОПЕРЕЧНЫХ СШИВОК» • Юхан Бьёркстен предположил, что старение живых организмов обусловлено случайным образованием «сшивания» мостиков между молекулами белков, которые репарирующие ферменты клетки уже не в состоянии разорвать. • Далее Бьёркстен определил, что имеется еще один тип сшивок - в молекулах ДНК. По его мысли между двумя цепочками поперечные сшивки не могут быть разрушены нормальными репарационными системами клетки. Этот неустранимый «мостик» мешает синтезу РНК и ДНК, что, в свою очередь, нарушает процесс образования жизненно необходимых белков, которые должна производить РНК. • Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК в процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток. ГИПОТЕЗА АУТОИММУННОГО СТАРЕНИЯ • При старении функция иммунной системы снижена, она теряет свою эффективность в выполнении ряда специфических задач. С этим связано повышение восприимчивости организма к ряду заболеваний, особенно к так называемым аутоиммунным болезням. У пожилых людей процент различных аутоантител, вырабатывающихся против собственных белков, значительно повышен. В период от 40 до 80 лет он может увеличиваться в 6-8 раз. Все это ведет к саморазрушению и старению организма, его «иммунологическому разрушению».
