Ученые: основные механизмы старения человека

Ученые выявили механизм старения

Сейчас люди живут дольше, в среднем на 40 лет больше,чем пару веков назад. Это поднимает вопрос о том, как наше качество жизни можно сохранить в старости. Ученые обнаружили, что только около 25 процентов вариаций в долговечности человека обусловлены генетическими факторами – это означает, что другие элементы (тренировки, режим питания) играют большую роль в процессах старения.

Ученые выявили механизм старения

Кожа – самый большой орган тела (около двух квадратных метров) и составляет около 16% нашего веса. Старение начинается именно с него. Итак, почему мы пренебрегаем ею? Ведь кроме нашего пренебрежения, экологические факторы могут оказывать пагубное воздействие на организм и ускорять процесс старения. Они побуждают преждевременное старение, гиперпигментацию, воспалительные реакции, такие как экзема и даже вызывают прыщи.

Ученые говорят, что значительные 80% старения связаны с УФ-излучением. Помимо этого, экологические факторы (ионизирующее и инфракрасное излучение, усиленное тепло, загрязнение воздуха и бытовые чистящие средства, различные пластмассы и тяжелые металлы, ароматизаторы, косметика и пестициды, гербициды и диоксины, фталаты и хлор) отвечают за ускорение механизма старения.

Эти элементы влияют на кожу с помощью различных механизмов. Например, они могут ускорить процесс внутреннего старения. Так как это влияет на клетки кожи в каждом слое, может спровоцировать обновление кожи, оставив ее более тонкой, сухой, с мелкими морщинами. Существуют сильные научные данные, подтверждающие влияние факторов окружающей среды (солнечная радиация, курение и загрязнение воздуха) на процесс старения.

Ваша кожа, как внешний барьер, находится в прямом контакте с различными загрязнителями воздуха. В результате взаимодействия сообщалось о воздействии твердых частиц и появлении заметных признаков старения кожи (пятна пигментации и морщины). Механизм, с помощью которого окружающая среда оказывает вредное воздействие, заключается в образовании реакционноспособных видов кислорода, повреждающих коллаген. Кроме того, частицы служат носителями для органических химических веществ и металлов, которые затем депонируются в жизненно важных органах (митохондриях) клеток кожи, что приводит к старению кожи при повреждении митохондрий.

Предрасположенность к раннему старению

У некоторых восприимчивых индивидуумов с геном CYP1B1 высокая подверженность экологическим ксеноэстрогенам может привести к повышению регуляции ферментов биосинтеза меланина и вызвать гиперпигментацию и мелизму. Те, у кого нулевая активность гена GSTM1, обладают низкой способностью к детоксикации и не способны детоксифицировать растворители, эпоксиды, тяжелые металлы и гербициды. Следовательно, у них может быстрее развиться преждевременное старение кожи. Эти пациенты получат большую пользу от добавок, увеличивающих производство глутатиона.

Если вы находитесь в постоянном состоянии стресса, старение наступает быстрее. Тем не менее, растущее присутствие токсинов в окружающей среде увеличивает необходимость более специфического предотвращения их вредного воздействия – об этом предупреждают ученые. Это еще раз доказывает, что использование генетических особенностей для создания персонализированного режима питания и ухода за кожей является эффективным методом. Ключом к здоровой коже считается принятие индивидуального медицинского подхода, в котором применяются планы питания, добавки и средства по уходу за кожей, соответствующие потребностям каждого человека.

Помимо очевидного, существует внутренняя структурная разница между мужским и женским старением. Стимуляция андрогена (тестостерона) вызывает увеличение толщины кожи, что объясняет, почему у мужчины примерно на 25% кожа толще, чем у женщины. Кроме того, текстура кожи мужчины более жесткая. Паскаль Пьедимонте (Pascal Piedimonte), международный менеджер по обучению из головного офиса Bioderma в Лионе из Франции, предполагает, что внутренние различия делают кожу человека физиологически более устойчивой. Однако это не означает, что мужчины должны отказаться от режима по уходу за кожей. Жизненно важны хороший уход за лицом, увлажняющий крем и крем для глаз.

Старение начинается с кожи, а продолжается с мышц

Чтобы лучше понять связь между спортом и старением, биомедицинский исследователь Стивен Харридж из Королевского колледжа в Лондоне и его коллеги посмотрели, изменились ли характеристики скелетных мышц от самого процесса старения или с помощью последствий выбора образа жизни, которые сильно связаны с преждевременным старением (например, тенденция принимать более сидячий образ жизни). Из-за последнего, нынешнее восприятие структуры мышц и возраста происходит у людей, чья физическая активность низкая. У этих индивидуумов был выявлен ряд характеристик «типичных» мышц старшего возраста, таких как изменения мышечных волокон.

Харридж и его группа набрали 125 мужчин и женщин велосипедистов в возрасте 55-79 лет, которые регулярно ездили на велосипеде в течение примерно 26 лет. Ученые предсказали, что поскольку у этих спортсменов на данный момент такой же высокий уровень физической активности, любые изменения в их мышцах по мере старения не могут быть объяснены бездействием, а скорее неотъемлемым естественным процессом.

Биопсии были взяты из больших мышц на стороне бедра, которые мы используем во время езды на велосипеде – vastus lateralis. Часть материала разрезали на тонкие срезы, чтобы структуру оценить под микроскопом, а часть ее была переработана в жидкость, для расчетов содержание белка.

Чтобы исследовать, как структура мышц отличается между велосипедистами в возрасте 55 – 79 лет, Харриджу понадобился набор легко измеримых ясных свойств мышц: капилляры, мышечное волокно и митохондрии, высокоспециализированные структуры в наших клетках, которые используют кислород для производства энергии. Капилляры снабжают мышцы кровью – это необходимо работы энергии в мышцах. Упражнение на выносливость улучшает доставку кислорода за счет увеличения количества капилляров, которые его снабжают. Когда их количество в биопсии мышц было оценено, Харридж и его коллеги выяснили, что между возрастом женщин-велосипедистов и капиллярной плотностью не было никакой связи. Отмечено лишь снижение плотности веществ с увеличением возраста у мужчин велосипедистов. Этот вывод, опубликованный недавно в журнале Aging Cell, стал одним из самых важных в исследовании, поскольку он может доказать, что на изменение влияет процесс старения, а не из-за взаимодействия между данным явлением и бездействием (отсутствием спорта).

Спорт – за или против старения

В отличие от плотности капилляров, эффект старения и состав мышечных волокон не был так тесно связан. Скелетная мышца состоит из двух широких типов волокон: тип I, которые медленно сокращаются и позволяют нам выполнять выносливость (работа на дальних дистанциях), быстрые подергивания (тип II), которые быстро сокращаются, устают и используются для силовых нагрузок. Старая мышца склонна к тенденции иметь меньшие мышечные волокна второго типа – отчасти объясняя, почему пожилым людям трудно совершать быстрые внезапные движения.

Основная характеристика мышц I типа заключается в том, что она использует кислород, и поэтому неудивительно, что у более молодых мужчин и женщин-велосипедистов, участвовавших в этом исследовании, было больше волокон I типа по сравнению с волокнами типа II.

Харридж и его коллеги обнаружили, что это соотношение волокон типа I и типа II оставалось таким же, как у велосипедистов в зрелом возрасте. Ученые выяснили: митохондрии, которые лучше работают у младших мастеров-спортсменов, также не изменялись с возрастом среди участников исследования. Данные показывают, что использование наших мышц для тренировки в старости не позволяет им ухудшаться и сохраняет свою функцию. Однако для Харриджа и его команды остался один важный вопрос: как эти свойства действительно связаны с физиологическими функциями, которые позволяют нам выполнять физические упражнения в данном случае на велосипеде.

В 2015 году Харридж и его лаборатория провели еще один анализ в той же группе велосипедистов, которая фокусировалась исключительно на физиологических функциях, на тех физических механизмах, связанных с выносливостью мышц, и не обнаружили сильных взаимосвязей между ними.

Упражнение на выносливость зависит от аэробного метаболизма – того, как организм вырабатывает энергию, сжигая углеводы, белки и жиры в присутствии кислорода, которые могут быть измерены VO2max – максимальное количество кислорода, что человек использует во время интенсивных физических упражнений. Еще в 2015 году ученые измерили VO2max во время непрерывного прогрессивного теста на велоэргометр. Харридж и его группа обнаружили, что чем больше доля волокон типа I и типа II у участников, тем лучше их VO2max. Вещество линейно увеличивается с капиллярной плотностью у мужчин. Как видим, спорт все же помогает оттянуть механизм старения, но в определенном возрасте даже физическая нагрузка не предотвратит естественный процесс.

Теории старения человека

На протяжении всей истории человеческой цивилизации люди мечтали о бессмертии и вечной молодости. В каждой религии потусторонние разумные существа, которые бессмертны и не подвержены старению. И только люди по причине несовершенства, дряхлеют и умирают. Лучшие умы человечества искали истинные причины старения и лекарства от него. Однако тысячелетия поисков так и не принесли результата. Может быть, современная наука хоть на йоту подошла ближе к ответу, что играет основную роль в процессе старения человека?

Причины старения с точки зрения современной науки

Власть имущие во все времена поощряли работу тех ученых, кто брался за борьбу со старением, ведь любой властитель, чья жизнь клонится к закату, не пожалеет ничего за возможность наслаждаться властью и богатством бесконечно долго. Поэтому база знаний по этой проблематике накоплена достаточно большая. И что же на данный момент удалось узнать о старении? Разработаны теории старения, объясняющие, почему, человек со временем дряхлеет и они разделены на группы:

Молекулярно-генетическая группа

1. Теломерная;
2. Элевационная;
3. Адоптационно-регуляторная;
4. Перекрестных сшивок.

Схоластическая (вероятностная) группа:

1. Влияния свободных радикалов;
2. Радиационная;
3. Апоптоза;
4. Редусомная (автор Оловников);
5. Соматических мутаций;
6. Нейрогенная;
7. Программированного старения;
8. Медавара и Захера.

Молекулярно-генетическая теломерная теория

Это одна из наиболее популярных теорий старения (материал из Wikipedia), и она выдвинута герантологом из США Л. Хейфликом в далеком 1961 году. Он смог экспериментально доказать, что клетки человеческого организма имеют ограниченную способность к делению (в частности, фибробласты способны это сделать не более 50 – 60 раз).

Пример движения молекул.

Однако объяснения этому явлению ученый найти не смог. Его причины были выявлены десять лет спустя, биохимиком А. Н. Оловниковым, который обнаружил на концах каждой ДНК специфические участки – теломеры, укорачивающиеся после каждого деления хромосомы. Когда лимит делений исчерпывается, клетка претерпевает определенные дегенеративные изменения, постепенно приводящие ее к гибели.

Нейрогенная теория

Основоположником данной теории выступил знаменитый академик Павлов И. П. Приверженцы нейрогенной теории считают главной причиной старения человеческого организма функциональные расстройства работы ЦНС.

Геронтологи из Франции, придерживающиеся той же точки зрения, первопричину проблемы видят в уменьшении когнитивных возможностей человеческого головного мозга.
Представители ученого мира Соединенных Штатов связывают постепенное изменение работы организма человека с накоплением шлака в пространствах между клетками головного мозга.

Влияние свободных радикалов

Суть теории заключается в отрицательном влиянии на человека химических частиц, на внешних орбитах которых располагаются неспаренные электроны, благодаря которым они очень активно вступают в реакции с окружающими молекулами.

Теория отрицательного воздействия свободных радикалов.

В организме радикалы могут образоваться:

• как обычный промежуточный продукт в течение нормального обмена веществ;
• под действием мощного источника ионизирующего облучения (радиации).

Подтверждение данной теории старения удалось получить также во время проведения эксперимента с человеческими клетками – фибробластами.

Исследуемый образец	Продолжительность жизни
Человеческие фибробласты, прошедшие 45 генераций, контрольный образец	65 генераций
Человеческие фибробласты, прошедшие 45 генераций, к культуре которых был добавлен витамин Е	Более 100 генераций

Таким образом, было доказано участие в процессе старения свободных радикалов. Эксперименты по связыванию свободных радикалов, проводимые с целью подтверждения или опровержения данной теории, принесли интересные результаты.

Мушки-дрозофилы и мыши, получавшие в пищу большие дозы витамина Е, способного дезактивировать свободные радикалы, жили ощутимо дольше существ из контрольной группы.

Механика старения

Теоретическое обоснование изменений, происходящих в человеческом организме с возрастом, понятно, а каковы механизмы старения? Они подразделяются на две основные группы:

1. физиологические механизмы;
2. иммунологические механизмы.

Обе группы являются результатом постепенного износа человеческого организма, но проявляются на разных уровнях организации.

Физиологические механизмы

Возраст не щадит любые ткани человеческого организма, в том числе и нервную, которая меняется комплексно на всех уровнях своего существования:

1. структурном;
2. биохимическом;
3. функциональном.

Физиологические механизмы старения на структурном уровне проявляются потерей большого числа нервных клеток спинного мозга, мозжечка и базальных ганглий. Головной мозг при этом страдает гораздо меньше.

Что касается биохимических изменений, то они особенно заметны на примере гипоталамуса. В нем постепенно падает содержание ДОФА-декарбоксилазы и норадреналина, а ацетилхолинэстеразы и моноаминооксидазы, напротив, растет.

Меняются некоторые другие показатели:

• снижается содержание воды в тканях мозга;
• меняется соотношение различных видов липидов;
• усиливаются свободно радикальные процессы;
• растет количество ДНК-мутаций;
• падает скорость синтеза белков.

Следствие всего этого – функциональные расстройства организма:

• заторможенность двигательных реакций;
• замедление запоминания новой информации;
• расстройство фазы глубокого сна;
• изменение осанки;
• гипотония;
• проблемы с регуляцией температуры тела;
• недержание мочи;
• расстройства работы ЖКТ.

С возрастом становится более активной симпатическая система, что оказывает определенное влияния на познавательную функцию.

Иммунологические механизмы

Связь системы кроветворения и иммунитета очень тесна. Обе они защищают организм от заражения инфекциями и развития опухолей. С возрастом не падает гемопоэз, не меняется размер селезенки и лимфатических узлов.

Иммунологические механизмы старения заключаются в:

• сужении резерва систем;
• замедлении их реакции на стрессовые ситуации.

С возрастом снижается обмен цинка, от которого во многом зависит иммунокомпетенция. Улучшить ее параметры можно, принимая препараты, содержащие соли этого металла.

Изменения в человеческом организме в процессе старения

С научной точки зрения, старение является физиологическим процессом, который сопровождается определенными изменениями:

• падает скорость обмена веществ;
• снижается потребление кислорода и выделение углекислого газа;
• уменьшается содержание воды, ионов магния, фосфора и калия в клетках тела;
• растет концентрация ионов хлора, натрия и кальция;
• соли кальция откладываются на сосудистых стенках, нарушая их нормальное функционирование;
• сердце слабеет, — снижаются как минутный, так и ударный объем;
• почки склерозируются, по причине чего падает диурез;
• еда усваивается все хуже из-за снижения продукции пищеварительных ферментов;
• ослабевает и выпадает функция размножения;
• ослабевает иммунитет.

Все эти инволютивные изменения на любом уровне могут происходить по трем типам:

С точки зрения сохранения вечной молодости, интересно рассмотрение последнего пункта. В процессе замедленного старения инволютивно-возрастные изменения организма значительно замедляются, порождая феномен долголетия. Над разгадкой его причине работают лучшие ученые умы человечества.

Можно ли не стареть вообще?

Несмотря на все старания ученых и на то, что известные ныне теории старения охватывают широкий спектр причин, ведущих к инволюции и смерти человека, действенного рецепта вечной молодости так и не было создано. Существуют нестареющие люди, которым удалось остановить этот процесс.

Что нужно делать чтобы отсрочить начало процесса старения и замедлить этот процесс? Сохранить молодость немного дольше, чем большинство окружающих возможно, но для этого следует прилагать усилия с самого раннего возраста.

Вот ряд основных рекомендаций, придерживаясь которых можно отсрочить наступление старости и продлить полноценную жизнь:

• употребление чистой пищи без химических добавок любого вида;
• обильное питье;
• умеренные регулярные физические нагрузки;
• употребление в пищу большого количества рыбы или рыбьего жира, содержащего природный антиоксидант – витамин Е;
• сбалансированное питание с большим количеством сырых овощей и фруктов;
• строгий режим сна и бодрствования;
• спокойные доброжелательные отношения со всеми окружающими;
• своевременное лечение любых заболеваний;
• регулярные полные медосмотры;
• регулярная коррекция иммунитета;
• после наступления климакса – коррекция гормонального фона.

Выполняя перечисленные выше рекомендации можно существенно продлить молодость и жизнь вообще. Что касается более радикальных методик, то хирургия уже имеет опыт пересадки головного мозга животных в другое тело.

Животные оставались живы непродолжительное время, а их организмы не могли полноценно функционировать, однако, первые шаги сделаны! Значит, не за порогом то время, когда мозги достаточно богатых клиентов смогут пересаживать в более молоды тела. Но выиграет ли от этого общество в целом – большой вопрос!

Генетические механизмы старения

Общее

Старение – универсальный и закономерный процесс, характеризующийся постепенностью, неравномерностью неуклонным прогрессированием, неизбежно затрагивающим в той или иной степени все уровни биологической организации.

Физиологическое старение–естественный процесс старения, без отклонения от изменений характерных для данного возраста.

Преждевременное старение –частичное или общее ускорение темпа старения, приводящий к опережению среднего уровня старения в своей возрастной группе.

Нужно заметить, что старение как нормальный физиологический процесс, всегда сопровождается заболеваниями, которые свойственны старым людям (болезни старости).

ПС является наиболее частой формой старения человека. Играет первостепенную роль в преждевременной потере творческой активности, снижении качества жизни, ранней инвалидизации и смертности, является главным препятствием достижения массового долголетия.

К факторам риска ПС относятся:

· длительные и часто повторяющиеся нервные переживания (стрессы)

· вредные привычки различные интоксикации

Теории старения

Теория И.И. Мечникова. Он считал, что старение – процесс патологический. В основе лежит отравление нервных клеток кишечными ядами (индол, крезол, фенол, скатол), которые образуются в толстом кишечнике в результате гнилостного брожения. Для предотвращения процесса старения он предлагал употребление молочнокислых продуктов (антагонистов гнилостной микрофлоры) и укорочение толстого кишечника.

Теория М.К. Петровой (ученица И.П. Павлова). Процесс старения тесно связан с состоянием центральной нервной системы. В эксперименте с собаками автор показала, что стрессовые ситуации (пожар, наводнение) приводят к сокращению продолжительности жизни подопытных животных.

Теория чешского ученого Ружичка. Старение связано с изнашиванием коллоидных систем клеток. С возрастом коллоидные частицы цитоплазмы укрупняются за счет слипания и переходят из гидрофильных в гидрофобные. Цитоплазма теряет воду – нарушаются обменные процессы.

Теория академика А.А. Богомольца. По его мнению, в основе старения лежит изнашивание соединительной ткани, которая обеспечивает физиологическую активность организма. В результате нарушается питание, теряется вода, снижается тургор тканей.

Гипотеза «накопления ошибок». С возрастом при репликации ДНК растет число ошибок в генетическом коде, что ведет к накоплению чужеродных белков. С увеличением возраста их количество увеличивается до такой степени, что они нарушают обмен веществ.

Аутоиммунная теория. Основными компонентами иммунных реакций являются Т- и В-лимфоциты, обеспечивающие клеточный и гуморальный иммунитет. С возрастом Т- и -лимфоциты начинают хуже выполнять свои функции и, кроме того, теряют способность узнавать клетки собственного организма, начиная вырабатывать против них антитела. В результате происходит реакция «антиген – антитело». Существуют заболевания, имеющие аутоиммунную природу: ревматизм, гломерулонефрит и др.

Адаптационно-регуляторная теория В.В. Фролькиса. В отличие от предыдущих авторов, В.В. Фролькис рассматривает старение как сложный, многофакторный, внутренне противоречивый процесс. Старение характеризуется, с одной стороны, угнетением обмена веществ, а с другой – адаптацией организма к изменяющимся условиям существования.

Механизмы

На сегодняшний день ни одна из перечисленных теорий в отдельности не объясняет множество изменения у лиц пожилого возраста. Однако они в совокупности не противоречат современному научному взгляду на процесс старения, который в той или иной степени объединяет эти теории в общую.

К основным механизмам старения относят генетические изменения (спонтанные и запрограммированные) и изменения в структурах органов и общих регуляторных системах (тут стоит сказать, что они могут быть обусловлены и генетическими изменениями, и другими причинами).

Генетические механизмы старения

ДНК-дезоксирибонуклеиновая кислота. Она содержится в ядре всех ядросодержащих клеток нашего организма и в митохондриях и является источником «информации», которая реализуется посредством таких процессов как транскрипция и трансляция. От материнской клетки к дочерней информация передается благодаря процессу репликации.

Репликация представляет собой процесс- при котором ДНК удваивается. Это происходит при разделении двуцепочечной структуры и построению по принципу комплиментарности второй цепи из азотистых оснований. И дальше одна копия ДНК отходит к одной клетке, другая ко второй. Этот процесс обуславливает постоянство набора хромосом в клетках организма. Стоит понимать, что по мере построения цепей, могут возникать, как случайные ошибки, связанные с неправильной работой ферментов репликации, так и вызванные вредными факторами.

Такие ошибки называют мутациями. Мутации бывают различных типов. Бывают мутации-которые в конечном счете не изменяют структуру кодируемого геном белка- безвредные, а бывают, которые полностью нарушают его, структуру- а значит и функцию.

Для устранения таких ошибок в организме человека существует специальная система репарации (исправления) ДНК. По мере дальнейшего объяснения мы затронем основные факторы вызывающие мутации и ферменты репарации, исправляющие эти ошибки.

Как мы уже говорили, генетические причины старения делят на два типа: спонтанные (связанные с действием внешних факторов) и запрограммированные (изменения, связанные с нормальными процессами в ДНК).

Спонтанные

Прежде всего к спонтанным генетическим факторам относятся различные активные вещества и влияния, способные изменять структуру ДНК. К таким веществам относятся АФК (активные формы кислорода), электромагнитное и радиоактивное излучение, ультрафиолетовое излучение, локальные всплески энергии.

Остановимся на некоторых из них и обсудим детальнее.

1. Действие УФО вызывает мутации типа пиримидиновых димеров, в дальнейшем такие мутации в нужные моменты во время репликации не позволяют двуцепочечной ДНК разойтись для комплементарной постройки 2 двучепочечных структур.

В нормальной клетке существует специальный фермент фотолиаза, устраняющий такие мутации. Так же от УФО нас защищает кожа, а именно пигментные клетки.

Из вышесказанного следует, что нарушение защитных свойств кожи, а также нарушение работы фотолиазы вследствие изменения структуры фермента к примеру, может привести к частому появлению такого вида мутаций и их накоплению.

2. Действие свободных радикалов по оценкам ученых играет важную роль в старении организма. Свободные радикалы — это любые молекулы или атомы, содержащие один или несколько неспаренных электронов на внешнем электронном уровне. В силу своей природы свободные радикалы являются очень реакционноспособными и, образуясь в клетке в результате каких-либо биологических процессов, могут приводить к повреждению биологических молекул (белков, липидов, нуклеиновых и других).

Свободные радикалы вырабатываются, как и при нормальных физиологических процессах так и при патологических. Так к примеру, они выделяются в большом количестве при воспалительных и иммунных реакция помогая разрушать мембраны чужеродных клеток.

Кроме этого источником свободных радикалов являются митохондрии, они вырабатывают в ходе работы дыхательной цепи.

Именно по этой причине наибольшему влиянию СР подвержены митохондрии и в частности митохондриальные ДНК (а в меньшей мере ядерное ДНК)..

Кроме этого СР действуя на стенки митохондрий разрушают их , вызывая выделение из них специальных ферментов таких как цитохром с который инициирует влетке процесс апоптоза, программируемой клеточной гибели. Не сложно представить себе, что будет происходить при долговременном повышении количества свободных радикалов в тканях.

Но организм и на это имеет защитный механизм.

Существует специальный антиоксидантный комплекс ферментов, инактивирующих действие свободных радикалов. Основным ферментом этой системы является супероксиддисмутаза, регулирующий уровень окисленных форм молекул в клетках, однако по мере старения его концентрация падает, чем и обусловлено повышение свободно радикальных процессов к старости. Так же неправильная работа фермента, может привести к преждевременному старению, как и нарушение работы любого фермента ответственного за репарацию ДНК.

Уровень СОД в крови у разных людей различен, и, важно, что чем выше его постоянный уровень у человека, тем медленнее происходят у него старческие изменения.

В настоящее время существуют специальные анализы, таким, например, является тест на активность супероксиддисмутазы, позволяющий оценить влияние свободных радикалов на структуры клеток организма. Недостаток данного фермента регулируется введением антиоксидантов – веществ, инактивирующих разрушающее действие свободных радикалов.

К антиоксидантам относятся:

– ферменты: суперкосиддисмутаза, пероксидазы, церулоплазмин.

– пептиды и амины: мелатонин, эндорфины

– витамины и провитамины: витамин А, витамин Е (а-токоферол), витамин К, аскорбиновая кислота

-микроэлементы: селен, цинк, кобальт, марганец.

Обычно применяется сразу несколько видов антиоксидантов, в отдельности каждый из них не меняет общую картину оксидантной нагрузки.

Кроме введения данных антиоксидантов в организм также применяется немедикаментозное воздействие на организм, обеспечивающее мобилизацию внутренних антиоксидантных механизмов. Это направление включает избавление от вредных привычек, здоровый образ жизни, умеренные физические упражнения, массаж, физиотерапевтическое воздействие.

Антиоксиданты являются составной частью любой программы профилактики старения.

Запрограммированные

3. Теломеры – концевые участки ДНК. Имеет повторяющаяся последовательность TTAGGG. Их функция заключается в том, чтобы защищать хромосомы от слипания друг с другом, от повреждений и по некоторым данным они так же участвуют в регуляции клеточного деления.
Как уже было сказано теломеры повторяются, клетки нашего организме имеют в среднем около 60 таких повторов, и при каждом деления удаляется одна теломеры. При остатке около 13 теломер, хромосомы начинают соединяться с друг другом одновременно повреждая и нарушая свою нормальную структуру. Количество допустимых делений клетки без повреждения структуры ДНК называют лимитом Хейфлика в честь Ученого первого наблюдавшего за этим процессом в 1961 году.

Способность к восстановлению теломер обусловлена наличием фермента теломеразы, которая способна обратно синтезировать теломеры и встраивать их в цепи. В большинстве клеток нашего организма теломераза неактивна.

Активация теломеразы происходит в опухолевых клетках. Однако в некоторых клетках нашего организма так же теломераза активна, это стволовые клетки, постоянно нуждающиеся в непрерывном делении.

Это является одним из механизмов приобретения «бессмертия» клетками опухоли.

Метилирование ДНК- процесс присоединения метильной группы ко всем остаткам аденина в последовательности –GATC-. Количество метилированных оснований в ДНК примерно 1-8%. Наличие метильных групп в цепях ДНК необходимо для формирования структуры хромосом, а также они участвуют в регуляции транскрипции генов. В течении некоторого времени в молекуле ДНК последовательности –GATC- метилированны только в матричной цепи, но не в новой. Это различие используется специальным ферментативным комплексом для исправления ошибок, которые могут возникнуть при репликации. Метильные группы являются местом присоединения репарационных ферментов и помогают исправлять найденные ошибки.

Кроме того, метилирование ДНК имеет важное значение как регулятор экспрессии генов. По мере старения Метилирование нужных участков нарушается, возникает гиперметилирование генов, с дальнейшим нарушением их функций. Такой процесс называется «эпигенетическим дрейфом».

4. В репарации ДНК участвует множество других ферментов, нарушение работы которых приводит к преждевременному старению, и повышенному риску возникновения болезней. Причин таких нарушений много, от банального недостатка количества ферментов по отношению к количеству ошибок, до мутаций в генах, кодирующих ферменты репарации.

Изменения в органах

Процесс старения всегда сопровождается изменением морфологии и функций всех систем органов человеческого организма. Это не только внешние признаки, но и физиологические, анатомические, психологические проявление, влияющие на работоспособность, психическое состояние и способность к приспособлению к условиям внешней среды. Все это обусловлено совокупностью множества факторов, среди которых сложно выделить решающий.

Необходимость поддержания постоянства внутренней среды, а также способность различных тканей принимать участие в осуществлении нормальных функций организма требует связи между клетками. Эта связь осуществляется 5 различными системами:

1. Нервная система осуществляет свои функции через комплекс электрических и нейромедиаторных сигналов и рефлекторных дуг.

2. Эндокринная система включает в себя разные железы, синтезирующие и секретирующие гормоны, которые поступают в кровь, а затем оказывают свой физиологический эффект в периферических органах.

3. Паракринная и аутокринная системы синтезируют и секретируют вещества в межклеточное пространство. Эти вещества могут изменять функции клеток без попадания в кровоток.

4. Иммунная система мониторит внутреннюю среду и является посредником ответа организм как на внешние факторы (вирусы, бактерии), так и внутренние факторы (неопластические).

5. Система соединительной тканиосуществляет жизнеобеспечение всех органов и систем в организме, активно участвует в поддержании постоянства внутренней среды, механической и биологической защите, трофических процессах, накоплении веществ, транспортных и пластических процессах.

Все эти системы работают в тесном взаимодействии с друг другом.

Основные теории старения

Выдвинуто более 300 теорий о гипотез о старении, но большинство из них носит исторический интерес. Наиболее известны из них следующие.

Эндокринная теория.

Французский физиолог Ш. Броун-Секар (1818-1894) еще в конце прошлого века развил учение о том, что в процессе старения главенствующая роль принадлежит половым железам. К такому выводу он пришел на основании экспериментов, показавших, что жизненный тонус стареющих организмов повышается после инъекции вытяжек из семенников.

Сторонники эндокринной теории в 20-х годах 20 века проводили даже специальные операции “омоложения”. С.А. Воронов пересаживал семенники от молодых животных старым; человеку он пересаживал семенники обезьян. Подобные операции только временно стимулировали жизнедеятельность организма, старческие признаки быстро появлялись. Старость – процесс необратимый, а половые гормоны, стимулируя жизнедеятельность постаревшего организма, нарушали его физиологические функции, заставляли выполнять непосильную нагрузку, что ухудшало условия существования организма и ускоряло наступление смерти.

Авторы других эндокринных теорий главной причиной старости считают падение секреторной деятельности то гипофиза, то надпочечников, то щитовидной железы. Однако эти теории не могут объяснить старение, т.к. старческие изменения происходят не только в эндокринных органах, но и во всем организме.

Теория “ортобиоза” И. И .Мечникова.

Согласно микробиологической теории И. И. Мечникова старость можно подразделять на физиологическую и патологическую. И. И. Мечников сделал вывод, что старость у людей обычно наступает преждевременно, т.е. является патологической. По представлению И. И. Мечникова в организме прежде всего страдают нервные клетки под влиянием интоксикации. Главным источником интоксикации он считал толстый кишечник, в котором развиваются гнилостные процессы. Для прекращения этих процессов он предложил употреблять в пищу кислое молоко, которое создавало бы неблагоприятную среду для гнилостных бактерий, и они заменились бы полезной для организма бактериальной флорой кишечника. И. И. Мечников считал, что продолжительность жизни зависит от соблюдения ряда условий, которые он объединил в учение о нормальной жизни и назвал ортобиозом (греч. orthos – правильный, bios – жизнь ). В основе ортобироза лежит соблюдение правил гигиены, трудолюбивой умеренной жизни, чуждой излишеств.

Несмотря на ряд положительных сторон, теория И. И. Мечникова не раскрывала сущности явления старения, а выяснила лишь некоторые причины старения. Так более поздними исследователями было подтверждено, что систематическая интоксикация нервных клеток исходит не только от кишечника, но и вызывается продуктами азотистого обмена всего организма.

Теория жизненного темпа.

Мысль о том, что высокий темп жизни сокращает ее длительность не лишена привлекательности. Но доказательств для такого заключения еще не достаточно, одни экспериментальные данные на животных указывают на то, что с повышением темпа жизни, например, при повышении температуры, при продолжительности нервного напряжения, повышается интенсивность обмена, которая обратно-пропорциональна продолжительности жизни.

И.П. Павлов в своих экспериментах на животных показал, что нервные нагрузки вызывают преждевременное старение. Он создал учение об охранительном торможении – нормальном физиологическом механизме. Теория И.П. Павлова о роли ЦНС получила широкое распространение в 30-е годы. Она имеет непосредственное отношение к проблеме старения и долголетия. Но эта теория до сих пор вызывает дискуссии и побуждает вновь проводить эксперименты на животных, так как другие опыты на животных это не подтверждают.

Теория соматических мутаций.

В начале 1960-х годов появилась теория, которая породила больше экспериментальных исследований, чем какая-либо другая. Это теория соматических мутаций. Ее создатель английский генетик Сцилард (1959). Согласно этой теории для всех организмов существует одна первопричина старения. Она состоит в том, что старение обусловлено накоплением мутаций в обычных соматических клетках тела. В этой теории обращается внимание на то, что существенны в первую очередь мутации, происходящие в неделящихся, не обновляющихся клетках (нейроны, эритроциты, мышечные волокна). Менее важны мутации в клетках активно пролифирирующих тканей, таких, как эпидермис.

Теория соматических мутаций возникла из наблюдений, что воздействие ионизирующей радиации – это очень мощный мутагенный фактор и служит самым эффективным способом сокращения жизни подопытных животных. Но вопрос о точном соотношении между дозой облучения и степенью сокращения жизни не вполне ясен, поэтому теория соматических мутаций теперь уже не так популярна, как раньше.

Аутоиммунная теория старения.

Суть этой теории заключается в том, что с возрастом наблюдается снижение эффективности иммунной системы. Предполагается, что с возрастом иммунная система становится неэффективной и возрастает вероятность взаимодействия иммунокомпетентных клеток с компонентами собственного организма. Самый важный факт – это повышение уровня антител к крови нормальных, здоровых людей при старении. Антител именно против своих тканей, а количество антител против наружной инфекции снижается.

Теория возрастных изменений соединительной ткани.

Сформулирована в 30-е годы XX века А.А. Богомольцем (1881 – 1946). Автор этой теории считал, что физиологическую активность организма обеспечивает соединительная ткань (костная ткань, хрящевая, сухожилия, связки и волокнистая соединительная ткань), и что изменения коллоидного состояния клеток, потеря их тургора и т.д. определяют возрастные изменения организмов. Современные данные указывают на значение накопления кальция в соединительных тканях, т.к. он способствует потери ее упругости, а также уплотнению сосудов.

Теория свободных радикалов.

Свободными радикалами называют химические частицы, имеющие неспаренные электроны на внешней орбите. Этот неспаренный электрон делает их чрезвычайно реакционными. Они образуются в качестве постоянных промежуточных продуктов нормального метаболизма, например, при окислительных процессах в митохондриях. Свободные радикалы могут вызывать значительные повреждения, т.к. они взаимодействуют с такими важными молекулами, как ДНК белки, липиды.

Свободные радикалы могут взаимодействовать с белками и ДНК и создавать в них внутри- или межмолекулярные поперечные сшивки. Особенно чувствительны к свободно-радикальным повреждениям внутриклеточные мембраны, т.к. они содержат в большом количестве ненасыщенные жирные кислоты. Свободные радикалы вызывают пероксидацию последних, и это может влиять на функционирование мембран. Конечным продуктом повреждения мембран является липофусцин – вещество, которое не может полностью метаболизироваться клетками

Если возрастные повреждения связаны с повреждением мембран и других компонентов клетки свободными радикалами, то можно ожидать увеличения жизни клеток и животных под влиянием веществ, взаимодействующих с такими радикалами. Некоторые данные подтверждают это предположение. Так добавление витамина Е в корм мышей или дрозофилы в некоторых случаях приводило к продлению жизни.

Покер и Смит (1974) нашли, что добавление витамина Е к культуре фибробластов, которая прошла 45 генераций и в нормальных условиях погибает после 65 генераций, удлиняет ее жизнь до 100 и более генераций.

Таким образом, эти опыты действительно позволяют предположить, что определенную роль в гибели фибробластов играет повреждение мембран и, значит, свободно-радикальные реакции могут быть одной из причин старения клеток.

Гипотеза о катастрофе ошибок.

В 1940 году А.В. Нагорный выдвинул теорию согласно которой старение – это результат затухающего самообновления белков.

В 1963 году Оргель также выдвинул мысль, что одним из факторов, способствующих старению клеток, может быть прогрессирующее снижение точности белкового синтеза. Он указал на неизбежность метаболических ошибок и на то, что в конце концов в клетке может накопиться так много дефектных молекул, что она уже не может нормально функционировать.

Проверка теории ошибок дала неоднозначные результаты.

Многие исследователи, включая самого Оргеля отдают сейчас предпочтение более обобщенным теориям о роли ошибок в старении. Погрешности при синтезе белка -это возможно, лишь частичный случай молекулярных повреждений, которые могут порождать дальнейшие ошибки. Мутации в ядерной или митохондриальной ДНК, повреждение мембран свободными радикалами, усиление связи ДНК клеток, образование поперечных сшивок в нуклеопротеидах и т.д. – все эти явления могут таким же образом приводить к катастрофическому накоплению ошибок и дефектов.

Теория апоптоза объясняет старение организмов запрограммированной гибелью клеток: гибелью клеток, выполняющих свою функцию, и клеток с поврежденным геномом. При апоптозе цитоплазма клеток уплотняется, конденсируется хроматин, фрагментируется ДНК. На заключительных этапах апоптоза клетки распадаются на части, фагоцитируемые макрофагами и гранулоцитами. Так активация при апоптозе Fas/Apa – 1 приводит к гибели лимфоидных клеток, экспрессирующих этот рецептор. В клетках с поврежденной ДНК апоптозу предшествует экспрессия протоонкогенов fas, myc и p53.

Известна также гипотеза, в соответствии с которой старение является результатом изменения митохондриального метаболизма с последующим нарушением функций ферментов.

Ряд исследователей придают большое значение освобождающимся после распада лизосом гидролазам, которые разрушают клетки.

Как видно из всего сказанного, относительно причины или причин старения единого мнения не существует. Есть много различных идей о том, как и почему организм стареет, но нет такой теории, которая могла бы объяснить все известные факты. И все же, хотя единой теории старения еще не создано, причина старения связана с возрастными изменениями в течение всей жизни на всех уровнях организации. Можно лишь предположить, что старение связано с накоплением повреждений и что на скорость этого накопления могут влиять как генетические факторы, так и факторы окружающей среды.

Согласно программным гипотезам старение определено генетически. Эти гипотезы основываются на том, что в организме функционируют своеобразные “часы”, в соответствии с которыми осуществляются своеобразные изменения, механизм которых не совсем ясен.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Почему мы стареем (современные теории старения)

Содержание компаса

Почему мы стареем (современные теории старения)

Еще в XIX в. немецкий биолог Август Вейсман высказал гипотезу о наличии некого механизма старения у животных, за что был осмеян коллегами. Тем не менее в науке постепенно накапливались факты, скорее подтверждающие эту теорию Вейсмана.

Исследования теорий старения должны стать одним из направлений национальной программы увеличения продолжительности жизни населения России. Поэтому так важно добиться государственного финансирования этих исследований.

Теории старения объясняют причины и механизмы старения. Механизмы старения проявляются в сотнях типах изменений на всех уровнях – от молекулярного до физиологического. Старение – это комплекс процессов, каждый из которых снижает сопротивляемость организма. В совокупности эти процессы могут усиливать влияние друг друга на человеческий организм.

Единой теории старения сегодня не существует

Ученые-геронтологи сходятся в том, что старение обусловлено многими причинами. Большинство современных теорий старения базируются на изучении отдельных процессов, происходящих при старении организма.

Свободно-радикальная теория старения

Она практически одновременно была выдвинута Дэнхеном Харманом в 1956 году и Николаем Эмануэлем в 1958 году. Эта теория объясняет не только механизм старения, но и широкий круг связанных с ним патологических процессов (сердечно-сосудистых заболеваний, возрастной иммунодепрессии, дисфункции мозга, катаракты, рака и некоторых других).
В ходе жизнедеятельности каждой клетки через неё проходит огромное количество кислорода. Он используется для клеточного дыхания, дающего клетке энергию. Но небольшая доля кислорода при этом уходит в паразитные соединения, обладающие огромной реакционной способностью. Их называют АФК – активные формы кислорода (хотя в их составе бывает и не только кислород). Примерами таких веществ могут служить всем хорошо известные перекись водорода и озон. Эти два вещества, однако, относительно малоактивны и могут существовать долго. Другие же АФК несравненно агрессивней. В организме они живут лишь тысячные доли секунды. А потом вступают в реакцию с другими молекулами, повреждая их. Они атакуют белки, липиды клеточных мембран, ДНК.
В результате атак со стороны АФК повреждаются митохондрии. Накопление этих повреждений и является сутью старения.
Митохондрии – своеобразные энергетические станции внутри клетки. Они обеспечивают процесс клеточного дыхания, в результате которого выделяется энергия.
Подсчитано, что за 70 лет жизни человека организм производит около тонны радикалов кислорода. И только 2-5% вдыхаемого с воздухом кислорода превращается в его токсические радикалы. Подавляющее большинство из них нейтрализуется ферментами еще до того, как успеют повредить те или иные компоненты клетки. На сегодня уже доказано, что здоровый организм обладает собственной мощнейшей системой антиоксидантной защиты. Однако если эта система повреждена, как у престарелых людей, не может быть сомнения, что АФК играют заметную роль в процессе старения.
Современная фармакология уже разработала антиоксиданты – препараты, которые защищают организм от действия свободных радикалов.

Теория

Этот механизм старения немного похож на воздействие свободных радикалов. Только роль агрессивных веществ здесь играют сахара, в первую очередь – всегда присутствующая в организме глюкоза. Сахара могут вступать в химическую реакцию с различными белками. При этом, естественно, функции этих белков могут нарушаться. Но что гораздо хуже, молекулы сахаров, соединяясь с белками, обладают способностью молекулы белков между собой. Из-за этого клетки начинают хуже работать. В них накапливается клеточный мусор.
Одно из проявлений такой сшивки белков – потеря тканями эластичности. Внешне наиболее заметным оказывается появление на коже морщин. Но гораздо больший вред приносит потеря эластичности кровеносных сосудов и лёгких.
В принципе, у клеток есть механизмы для разрушения подобных сшивок. Но этот процесс требует от организма очень больших энергозатрат.
Сегодня уже существуют лекарственные препараты, которые разбивают внутренние сшивки и превращают их в питательные вещества для клетки.

Теория апоптоза

Один из крупнейших современных биохимиков, академик Владимир Скулачев выдвинул свою гипотезу старения, обновив теорию Августа Вейсмана о запрограммированной смерти.
Скулачев считает, что старение – это нестолько накопление поломок в организме, ведущих к смерти, сколько запускаемая программа апоптоза (самоубийства клеток), которую в принципе можно отменить.
По мнению академика, клетки по многим причинам. Одна из основных – появление клеток. Клетки в организме к определенному органу и существуют только в соответствующем биохимическом окружении. И если вдруг какая-либо клетка случайно попадает в орган или ткань, то она быстро . Или другой пример – развитие человеческого эмбриона. На определенной стадии у него появляется хвост, который потом исчезает. Клетки хвоста тоже .
Апоптирующая клетка отмирает очень аккуратно: она как бы сама себя разбирает на части, которые соседние клетки впоследствии используют в качестве строительного материала. Этим апоптоз отличается от травматической гибели клеток – некроза, когда разрывается клеточная мембрана и содержимое клетки выплескивается наружу.

Последовательность структурных изменений при апоптозе (справа) и некрозе (слева):

1 – нормальная клетка;
2 – начало апоптоза;
3 – фрагментация апоптотической клетки;
4 – процесс активного захватывания апоптотических телец окружающими клетками;

5 – гибель внутриклеточных структур при некрозе;
6 – разрушение клеточной мембраны.

По мнению академика Скулачева, апоптоз нужен организму еще и для . Клетка, зараженная вирусом, тоже получает биохимический сигнал о самоуничтожении.
Скулачев называет это биологии – лучше умереть, чем ошибиться. А на научном языке формулируется следующим образом: во всех живых системах, начиная с внутриклеточных органелл до организма, существует система самоликвидации.

Теломерная теория старения

В 1961 году Леонард Хейфлик обнаружил замечательный эффект. Он экспериментально установил, что соматические (телесные) клетки могут делиться только ограниченное число раз. Как будто в клетках существует своего рода молекулярный счетчик. Он фиксирует, сколько делений уже сделано. И не дает клетке делиться сверх определенного предела. Хейфлик установил, что фибробласты (основная клеточная форма соединительной ткани организма) клеток кожи делятся примерно 50 плюс-минус 10 раз, после чего останавливаются.
Пойдя еще дальше, он взял клеточные культуры, которые были заморожены после того, как клетки разделились 25 раз. Оттаяв, эти клетки продолжили делиться, пока не достигли предела в 50 делений, а затем все же погибли.
Почему это происходит? Российский ученый Алексей Оловников в 1971 году предположил, что ограниченное количество делений клетки связано с механизмом удвоения ДНК. Он устроен так, что концы линейных хромосом (теломеры) с каждым делением укорачиваются. Поэтому после некоторого количества делений (около 50) клетка больше делиться не может.
Было выяснено, что длина теломер (концевых участков) хромосом зависит от возраста человека. Чем старше человек, тем средняя длина теломер меньше. Таким образом, при каждом делении клетки ее ДНК укорачивается, что служит числа делений и, соответственно, продолжительности жизни.

Элевационная теория старения

Выдвинута и обоснована в начале 50-х годов прошлого века ленинградским ученым Владимиром Дильманом. Согласно этой теории, механизм старения начинает свою работу с постоянного возрастания порога чувствительности гипоталамуса к уровню гормонов в крови. В итоге увеличивается концентрация циркулирующих гормонов. Как результат, возникают различные формы патологических состояний, в том числе характерные для старческого возраста: ожирение, диабет, атеросклероз, канкриофилия, депрессия, метаболическая имуннодепрессия, гипертония, гиперадаптоз, автоиммунные заболевания и климакс. Эти болезни ведут к старению и в конечном итоге к смерти.
Другими словами, в организме, существуют большие биологические часы, которые отсчитают отпущенное ему время жизни от рождения до смерти. Эти часы в определенный момент запускают деструктивные процессы в организме, которые принято называть старением.

_____________________________________________________________

Размещенный выше материал подготовлен на основе книги Михаила Батина , вышедшей в 2007 году.

Советую приобрести и почитать

Книга на Озон.ру

Книга

Автор: Михаил Батин

Цена: 54.00 руб.

Вес: 180 г

Аннотация (развернуть)

Эта книга – о дерзких мечтах, научном поиске и большой любви. Лучшие ученые в течение тысячелетий пытались понять причины старения человеческого организма. И лишь в 21 веке наука приблизилась к разгадке этой тайны, способной изменить будущее человечества.

Научно-популярное издание для широкого круга читателей.

Формат: 26,5 см x 29 см.

Эта книга – о дерзких мечтах, научном поиске и большой любви. Лучшие ученые в течение тысячелетий пытались понять причины старения человеческого организма. И лишь в 21 веке наука приблизилась к разгадке этой тайны, способной изменить будущее человечества.

Читать еще:  Витамины для памяти и мозга: детям и взрослым