MEDDAILY.INFO
медицинская энциклопедия
ГлавнаяКарта сайта Контакты
 

Биология старения. Общий асепкт

Понятие «старение» имеет широкое хождение и распространяется на живые и неживые объекты, продукты интеллектуальной деятельности, космические тела. Мы одинаково легко относим прилагательное «старый» к горам и лошади, информации и человеку, дому, книге, звезде. Во всех перечисленных примерах формальные основания для соответствующей оценки совпадают. Старость представляет собой состояние отдельных внутренне структурированных предметов или явлений, появившихся (народившихся) в известный момент и требующих для своего достижения времени.

Сопоставляя понятия «старость» и «старение», уточним еще раз, что первое относится к результату, а второе - к совокупности изменений (т. е. процессу), приводящих к этому результату. Старое, в сравнении с молодым, характеризуется изменениями первоначальной структуры и внешних связей в целом деструктивно-дезорганизационного порядка, что сопровождается для предмета или явления снижением функциональных показателей, безвозвратной утратой перспективы сохранить себя в первоначальном качестве, а также приближением к моменту прекращения существования.

Тем не менее старение живых объектов представляет собой специфический феномен.


Специфика обусловливается тем, что живые формы, в отличие от неживых объектов (которые формально тоже стареют), существуют благодаря наличию, закономерному периодическому воспроизведению и передаче в ряду поколений отобранной по критерию биологической целесообразности информации. На основе указанной информации в каждом поколении заново формируются пространственно обособленные структуры (клетки, особи), наделенные характерным свойством путем взаимодействия с окружающей средой получать извне энергию и вещества, необходимые для поддержания своей организации и самовоспроизведения в ряду поколений. Процесс эволюции обеспечивает достаточное разнообразие названных структур, что является гарантией сохранения жизни, несмотря на изменчивость внешних условий от территории к территории и во времени.

Важное обстоятельство, специфически характеризующее именно мир земной жизни, заключается в том, что биологические объекты (клетки и организмы) представляют собой строящиеся в соответствии с описанной выше биологической информацией дискретные, наделенные определенной структурой, энергетически и вещественно открытые самоорганизующиеся и самосохраняющие внутреннюю организацию конструкции.


Свойства самоорганизации и самосохранения объясняются принадлежностью их к категории неравновесных диссипативных систем. Особенность последних состоит в способности «прокачивать» через себя энергию из внешних источников. Часть этой энергии, ассимилируясь, используется для воссоздания в соответствии с имеющейся информацией, поддержания на протяжении индивидуальной жизни и передачи в ряду поколений собственной структуры. Энергия, не идущая на указанные нужды, возвращается системой вовне и рассеивается в пространстве.

Благодаря «прокачке» энергии и вещества, диссипативные системы характеризуются качеством самоподдержания собственной организации путем самообновления и самовосстановления. В основе самообновления лежит феномен самовоспроизведения, отчетливо проявляющийся в живой природе на макромолекулярном (репликация ДНК, матричный синтез белка), субклеточном (новообразование митохондрий путем деления, самосборка микротрубочек, рост мембран), клеточном (митоз) и организменном (мейоз, оплодотворение) уровнях.

По мере индивидуального существования диссипативной системы эффективность упорядоченной «прокачки» энергии или, говоря по другому, интенсивность диссипативной функции снижается, что понижает ее (системы) способность к самосохранению. Причины такого снижения объективны и их несколько. Так, с течением времени в нарастающем режиме утрачивается или искажается информация, определяющая структурно-функциональные параметры биологического объекта, от которых зависит эффективность его вещественно-энергетического взаимодействия с окружающей средой и, следовательно, жизнеспособность.

Важным представляется также то, что жизнь представлена совокупностью отграниченных в пространстве (дискретных) единиц - клеток, особей. В силу своей дискретности каждая такая единица является лишь частично открытой системой, уровень «проточности» которой ограничен. Действительно, и об этом говорит опыт биохимии, из практически бесконечного разнообразия веществ, поступающих в организм из окружающей среды, далеко не все могут быть им в ходе метаболизма доведены до состояния, допускающего свободное выведение. Ряд продуктов задерживается в клетках или межклеточном веществе в виде шлаков и балластных веществ. В силу последнего не удается достичь требуемой полноты самообновления и самовосстановления, что провоцирует функциональную несостоятельность. Белковые и другие молекулы изменяются с частичной или полной утратой функции вследствие тепловых колебаний или действия химических агентов, в том числе тех, которые закономерно образуются в процессе внутриклеточного метаболизма, например свободных радикалов (активных форм кислорода).

В многоклеточном организме для типов клеток, выполняющих высокоспециализированные функции, дифференцировка сопряжена с утратой способности к делению (стабильные клеточные популяции). В итоге часть элементов, строящих организм, выпадает из категории самовоспроизводящихся. Именно в них накапливаются балластные вещества, что ведет к снижению функционального потенциала клеток. К таковым относится, в частности, липофусцин (пигмент изнашивания или старения), скопления которого в нервных клетках, нарастающие с возрастом, убедительно иллюстрируют относительность открытости нейрона как системы.

Даже в растущих и обновляющихся клеточных популяциях, в которых митотическое деление клеток реально, функциональная специализация, общеорганизменные регуляторные влияния и некомпенсируемые энтропийные (дезорганизующие) процессы приводят к замедлению и/или затуханию с возрастом ми-тотической активности. Описанная ситуация, отвечающая представлению о противоречии между клеточной пролиферацией и дифферен-цировкой, зафиксирована в известном постулате классической геронтологии, что старение и сопутствующая ему смерть являются платой за клеточную дифференцировку. На самом деле мы видим еще один пример ограничения самообновления, теперь на клеточно-популяционном уровне. Приведенные примеры убеждают в неизбежности роста в организме количества отклонений от первоначальной эволюционно выверенной структуры, ошибок и поломок, причем на всех уровнях структурно-функциональной организации.

В живой природе действуют удивительные механизмы, когда накопление ошибок является необходимым элементом стратегии сохранения и развития жизни. В этом отношении показательны генные мутации. Хотя среди них встречаются и с благоприятными для жизнедеятельности клетки или организма последствиями, подавляющее их большинство отличается неблагоприятным действием. Последнее корректируется естественным отбором, устраняющим функционально дефектные гены.

Эффективность действия отбора, однако, относительна. Примером тому служит, в частности, активное благодаря селективным преимуществам гетерозигот массовое сохранение в гено(аллело) фондах популяций безусловно вредных рецессивных аллелей. Причем оно имеет реальный биологический смысл, коль скоро служит задаче формирования резерва наследственной изменчивости, обусловливающего эволюционные и экологические перспективы жизни. Здесь мы встречаемся с объективно существующим и в принципе неразрешимым противоречием между«интересами» отдельно взятого организма и жизни как феномена планетарного масштаба. С одной стороны, неизбежное для частично открытых и отграниченных систем накопление во времени ошибок и поломок (рост энтропии) снижает жизнеспособность, с другой - создается разнообразие биологической информации, структур и функций, что составляет предпосылку для работы естественного отбора как фактора сохранения, продолжения и распространения жизни.

Состояние необходимого и приемлемого для сохранения и развития жизни равновесия, установившегося в эволюции, характеризует ситуацию в клеточной биоэнергетике. Переход к более эффективному кислородному пути энергообеспечения функций создал механизм, работе которого сопутствует образование агрессивных по отношению к биополимерам и внутриклеточным структурам свободноради-кальных продуктов (активных форм кислорода). Понятно, что параллельно освоению организмами указанного механизма в ходе исторического развития оформился ряд механизмов с задачей нейтрализации (уничтожения) названных продуктов.

Вместе с тем это уничтожение не может быть полным. Свободнорадикальные соединения необходимы клеткам, так как они выполняют функции сигнальных молекул, активирующих экспрессию, в частности, генов ингибиторов клеточной пролиферации, апоптотических протеолитических ферментов. Разбалансировка разнонаправленных (в первом случае - негативного, во втором - позитивного) процессов, например, с возрастом, также как и накопление ошибок в молекулах ДНК в предыдущем примере, таит опасность развития процессов с преобладанием деструктивно-дезорганизационной составляющей.

С учетом приведенных рассуждений старение как дезорганизационно-дезадаптивный феномен можно и должно воспринимать как неизбежное изменение отдельно взятого организма, заложенное в его структуре изначально, своего рода функцию времени в процессе существования биологической конструкции. Конечно, при этом не следует забывать, что эта конструкция живет в определенном окружении, что накладывает свой отпечаток, в частности, на скорость соответствующих изменений и/или время их проявления.Вплоть до настоящего времени главенствующее положение в медицине в идеологическом плане занимает организмоцентризм. В этом смысле биологические явления макромолеку-лярного, субклеточного, клеточного и тканевого уровней, связанные со старением, воспринимаются прежде всего через их вклад в возрастное снижение жизнеспособности особи. Периодически, тому или иному из них приписывается роль триггера (ведущего элемента, первопричины) процесса старения, что, как правило, означает рождение очередной гипотезы (или теории) старения.

Хотя процесс старения связывается большинством современников с преобразованиями на молекулярном и клеточном уровнях, старость как состояние, согласно распространенной точке зрения, имеет в своей основе падение эффективности регуляторно-интегративных систем - эндокринной, нервной, иммунной. Прогрессирующие с возрастом проявления дисрегуляторного плана также могут быть выведены из закономерностей временной динамики частично открытых структурированных диссипативных систем. Они, напомним, включают нарушение полноты самовосстановления и, следовательно, невозможность самоподдержания на требуемом уровне структурно-функциональных параметров, в данном случае регуляторно-интегративных систем.

В указанном отношении показателен пример с трансплантацией в мозг взрослых особей эмбриональных закладок нервных структур. При соблюдении известных условий операции такого рода приводят к появлению в головном мозге реципиента дополнительного ядра, нейроны которого дифференцируются в требуемом направлении и продуцируют необходимое биологически активное вещество. Проблема, однако, состоит в том, что отростки нервных клеток трансплантата, в принципе сохраняя в достаточном объеме ростовые потенции, но, не встречая свойственных эмбриональному периоду ориентиров и «инструкций», устанавливают неспецифические связи. В итоге - отсутствие ожидаемого результата вследствие невозможности воссоздания (воспроизведения) требуемой структуры надклеточного порядка - специфических нервных связей.Не следует думать, что стареющий организм характеризуется изменениями исключительно деструктивно-дезорганизационного плана.

В процессе возрастной перестройки, причем столь же закономерным образом и тоже на различных уровнях структурно-функциональной организации, происходит мобилизация компенсаторно-восстановительных механизмов, использование резервных возможностей и факторов повышения устойчивости жизнедеятельности. К явлениям такого рода относятся дублирование в геноме генов, обслуживающих общеклеточные жизненно важные функции (сайты рибосомных и транспортных РНК, гистонов), гипертрофия, сочетающаяся иногда с гиперплазией паренхиматозных клеток внутренних органов (почка, печень, нервная система) на фоне уменьшения, в том числе связанного с возрастом, количества клеток определенной популяции, гиперарборизация (разрастание взамен утрачиваемых) нервных терминалей и повышение чувствительности рецепторов клеточных элементов органов-мишеней в случае их частичной возрастной денервации или понижения содержания гормона (сигнальной молекулы) в крови. Описанные картины, будучи типичными для возрастного процесса, являются обязательной составляющей биологического паспорта старения. Закономерное присутствие в картине старения регенераторно-компенсаторных изменений, имеющих продуктивный характер и, следовательно, негэнтропийную направленность, не противоречит оценке возрастных преобразований в их суммарном выражении как деструктивных, отражающих природный закон нарастания со временем энтропии.

Живые объекты представляют собой организованные системы, которым свойственны процессы регуляции и управления. Благодаря последним возможно перераспределение в пределах организма энергии и веществ, результатом чего является восстановление (сохранение, поддержание) упорядоченности и интенсификация функций избранных структур на фоне в целом деструктивно-дезинтеграционного возрастного процесса.

Существование отдельно взятого организма включает в качестве необходимой компоненты возрастные изменения, происходящие с разной скоростью, но практически одновременно на различных структурных уровнях и приобретающие на определенной стадии онтогенеза признаки старения в биомедицинском значении этого термина. Неизбежность старческой перестройки организма определяется самим ходом процессов жизнедеятельности, что связано с принадлежностью живых форм к категории дискретных, частично открытых неравновесных диссипативных систем.

Биологический смысл такой перестройки заключается в том, что она вызывает прогрессивное снижение адаптивных и гомеостатических возможностей и, как следствие, повышение вероятности смерти, делая ее по достижении известного уровня биологической организации обязательным атрибутом индивидуального развития. В области жизни конечность существования отдельно взятых организмов, их размножение, смена поколений и естественный отбор означают реальность процесса эволюции. Можно сказать, что ценой смерти организмов, неизбежность которой обеспечивается в конечном итоге процессом старения, достигается сохранение жизни как таковой.

Предпосылки, природа, главные факторы старения в их наиболее общем виде детально проанализированы в монографии В.И. Донцова, В.Н. Крутько и А.А. Подколзина. Авторы, указывая на эквифинальность возрастных изменений организма, выделяют ряд обязательных составляющих механизма старения, выводя их из универсальных свойств отграниченных от окружающей среды и неполностью открытых диссипативных систем. В силу названных свойств отдельно взятый организм не способен обеспечить внутри себя необходимый уровень самообновления и, таким образом, бессрочно противостоять проявлениям второго закона термодинамики. Цели устранения или нейтрализации деструктивно-дезинтеграционных результатов энтропийных процессов в их приложении к отдельно взятой особи не служит и процесс исторического развития живой природы. Напротив, в соответствии с генеральной стратегией жизни благодаря действию элементарных эволюционных факторов в популяциях создается и поддерживается должная степень генотипического и фенотипического разнообразия с появлением на исторической арене все новых вариантов.

Сохранение бесконечно долго какой-либо одной или ограниченного круга разновидностей организмов указанной стратегией не предусматривается. К главным составляющим механизма старения цитируемыеавторы относят «загрязнение системы» (клетки или организма), обусловленное ограниченной открытостью, «исчерпание необновляемого», связанное с утратой или ограничением самовоспроизводимости структур в силу, например, их дифференцировки и гибели необновляющихся элементов, «недостаточность отбора», приводящая к «избыточному» разнообразию из-за лимитированной «выбраковки» по критерию приспособленности и вследствие этого к снижению жизнеспособности, «ухудшение регуляции», приводящее к рассогласованию процессов на разных уровнях структурно-функциональной организации и, как итог, к ограничению самообновления.

Выделяемые составляющие механизма старения взаимодействуют друг с другом, причем в зависимости от вида или особенностей индивидуального развития организма возможна смена приоритетов. На основании проведенного анализа делается вывод о том, что стратегическое направление противодействия старению связано с повышением открытости организма в энергетическом и вещественном плане. Частные методы противодействия возрастному процессу имеют задачей минимизировать или скомпенсировать изменения, соответствующие каждой из названных четырех составляющих механизма старения.

Взгляд на старение как на феномен, отражающий некоторые общие свойства природных отграниченных неравновесных диссипативных структур, для которых прогрессирующее падение диссипативной функции и, следовательно, снижение эффективности использования энергопотока для поддержания собственной организации есть правило, дает удовлетворительное объяснение многим характерным чертам возрастного процесса, неоднократно отмечавшимся классиками геронтологии. Речь идет, в частности, о том, что регистрируемые глазом и приборами проявления старения обнаруживаются в одно и то же время на всех главных структурно-функциональных уровнях - молекулярном, клеточном, тканевом, органном, функциональных систем и аппаратов, организменном. Это объясняет, почему до сих пор исследователям не удалось локализовать наиболее ранние, первичные изменения, с которых начинается старение.

Вместе с тем отмечается гетерохронность в появлении, скорости нарастания и степени выраженности возрастных измененийот структуры к структуре и от особи к особи. Еще один типичный признак - полиморфность старческих проявлений, среди которых наблюдаются как регрессивно-деструктивные, так и продуктивные в морфофункциональном отношении изменения. Характерным является также нарастание во времени объема первых в сравнении со вторыми. Присутствие в одном процессе перечисленных выше черт при эк-вифинальности конечного результата (неизбежность наступления старости в том или ином календарном возрасте) вполне отвечает характеру временной динамики диссипативных систем, отражающему сочетание энтропийных и анти(нег)энтропийных эффектов.

Отношение к старению живых форм как к закономерному явлению, вытекающему из модуса временной динамики диссипативных систем, соответствует наиболее общему взгляду на рассматриваемый феномен. Научно-практический подход к проблеме возрастной динамики организма человека, в ходе реализации которого оформились две принципиальных и неразрывно связанных области интересов исследователей и врачей - геронтология и гериатрия, требует дополнения общих представлений о старении конкретными материалами, характеризующими названный процесс по уровням структурно-функциональной организации, главным движущим силам, факторам регуляции скорости. В этом отношении полезен анализ феномена старения в его связи с эволюционным процессом.



Новые статьи

» Стронгилоидоз
Стронгилоидоз
Стронгилоидоз - хронически протекающий геогельминтоз с преимущественным поражением ЖКТ и общими аллергическими проявлениями. Основной источник заражения стронгилоидозом - больной человек. Некоторые... перейти
» Трихинеллез
Трихинеллез
Трихинеллез у человека - это острый зооноз с природной очаговостью, протекающий с лихорадкой, мышечными болями, отеком лица, кожными высыпаниями, высокой эозинофилией, а при тяжелом т... перейти
» Энтеробиоз
Энтеробиоз
Энтеробиоз - кишечный гельминтоз, вызываемый мелкой нематодой Enterobius vermicularis, со стертым и невыраженным течением, наиболее распространенный признак которого - перианальный зуд, возникающий на... перейти
» Аскаридоз
Аскаридоз
Аскаридоз - кишечный гельминтоз, вызываемый нематодой Ascaris lumbricoides, протекающий с поражением ЖКТ, интоксикацией, аллергическими реакциями. Аскаридоз - один из самых распространенных гельмин... перейти
» Альвеококкоз
Альвеококкоз
Альвеококкоз (Alveococcosis) - зоонозный биогельминтоз, вызываемый личиночной стадией цепней Echinococcus multilocularis, с хроническим прогрессирующим течением, развитием в печени и других органах мн... перейти
» Эхинококкоз
Эхинококкоз
Эхинококкоз (Echinococcosis) - зоонозный биогельминтоз, вызываемый личиночной стадией цепня Echinococcus granulosus, характеризуемый хроническим течением и развитием преимущественно в печени, реже в л... перейти