причины старения и смерти человека
Cейчас по телепрограмме "SCI"(в русском переводе)посмотрел увлекательный научный фильм об исследовании в последние годы учёными генетики "голых землекопов"(типа мышей, живущих в норах в Сомали и Эфиопии- в десять раз дольше своих собратьев- мышнй). Фильм, конечно, интереснее сухой научной статьи и приведены опыты исследователей и перспективы по разработке новых лекарств от предотвращения инфаркта и др. грозных заболеваний- и до продления жизни.
Но пересказ фильма- дело долгое, привожу статью из интернета, а желающие могут поискать фильм- скорее всего имеющийся в интернете и в телепрогаммах .
ИЗ ИНТЕРНЕТА
.................
Голый землекоп расскажет в чем причины старения и смерти человека
masterok
February 6th, 2018
Мы стареем не просто так, а в результате специальной биологической программы. Но в мире есть африканский голый землекоп, похожее на мышь и неспособное состариться животное.
Ученые выяснили, почему люди стареют, а землекопы — нет. Мы уже выясняли с вами, что он может пролезть Голый сквозь бетон, но оказывается он еще и "бессмертный"?
Вот что пишет про это Jared Sluyter:
Жизнь отдельного индивидуума, отдельной особи какого-то биологического вида, — штука очень ценная, но есть вещи и поважнее. А именно — сам вид. То есть, на самом деле, полный набор генов (это называется геном), который содержится в каждой особи этого вида и, собственно, определяет, что она такое.
Более правильно рассматривать любые живые существа просто как временное вместилище для генов, которые они получили от своих родителей и передадут своим детям. Впервые, в явном виде подобную идею сформулировал, наверное, Ричард Докинз в своей знаменитой книге ?Эгоистичный ген?.
Как правило, интересы генома и его временного носителя (живого существа) совпадают. Но иногда — нет. И тогда моментально выясняется кто в доме хозяин — конечно же геном.
Если геному вида угрожает опасность или просто виду нужно развиваться, то носителем можно смело пожертвовать — следующие поколения ?новых нарожают?.
В результате, я уверен, что геномы большинства (если не всех) живых существ содержат специальные вредные программы. От которых самим существам ничего хорошего не бывает, но которые нужны для развития вида. В первую очередь, программы смерти, обеспечивающие смену поколений и, соответственно, эволюцию. Причем иногда они устроены ?быстрым? способом — например у однолетних растений, которые погибают, убиваемые собственными семенами после их созревания, а иногда — ?медленным?. И самая противная программа медленного самоубийства — это программа старения. Которая заставляет многие виды, в том числе и нас с вами, ?портиться? с возрастом и, в конце концов, — умирать.
То, что мы стареем не просто так, а в результате деятельности специальной биологической программы — вещь не очевидная и требует доказательства. Я попробовал построить его ?от противного?, продемонстрировав вам пример животного, которое программу старения себе отключило. Потому что ему больше не нужно так уж сильно ускорять собственную эволюцию — он и так хорош! Это, как и мы с вами, млекопитающее, довольно близкий родственник обычной мыши — африканский грызун голый землекоп! Если мышь живет 2;3 года, успевает за это время полностью состариться и умирает от старости, то землекоп живет более 30 лет и, если у него иногда и проявляются какие-то признаки старения, то они, как правило, не смертельны. Большинство биологов сходятся во мнении, что голый землекоп — это нестареющее животное (ну, или если выражаться более научно — животное с пренебрежимым старением).
И вот в нашем сериале пришло время ответить на главный ?вопрос про землекопов?: как он это сделал? Как он отключил свое старение??!
Еше пару лет назад мне было бы нечего сказать на эту тему. Но в 2017 году, в одном из самых престижных научных журналов в мире ?Physiological reviews? мы сумели опубликовать теоретическую работу, объясняющую феномен нестарения голого землекопа. В конце 2017 вышла ее версия на русском.
Все началось, как всегда, с митохондрий. Это такие маленькие электростанции, которые есть в каждой клетке и с помощью которых мы дышим. Надеюсь, что о них будет отдельная серия нашего сериала. Изучение митохондрий — главная специальность академика Владимира Петровича Скулачева. Собственно, в его лаборатории в конце 60-х годов было выяснено, как они работают. Последние лет 20 академик, помимо митохондрий, интересуется проблемами старения и, конечно же, предпринял титанические усилия, чтобы провести эксперимент с митохондриями голого землекопа. Должен заметить, что митохондрии очень сильно связаны со старением, но об этом — в следующих сериях.
Исследования митохондрий голого землекопа увенчались успехом. В институте при Берлинском зоопарке проводили эксперименты на землекопах, специально приехавшему для этого из Москвы сотруднику Владимира Скулачева — известному биологу Михаилу Высоких — удалось получить образец ткани землекопа и померить различные параметры работы митохондрий в этой ткани. Ничего особо интересного в них не оказалось, кроме немного странной кривой, показывающей скорость поглощения кислорода митохондриями (они же дышат) в определенных условиях.
Вернувшись в Москву Михаил показал эту кривую руководителю, которому она тоже что-то напомнила, но что именно — они вспомнить не смогли. Так биологи и ломали себе головы, пока не показали график еще одному коллеге, заведующему лаборатории биоэнергетики клетки Борису Черняку, который известен тем, что никогда ничего не забывает (ну, во всяком случае, если это связано с митохондриями, дыханием и живыми клетками). Он посмотрел и тут же сказал — точно такую же кривую можно получить, регистрируя дыхание митохондрий новорожденных крысят!
И вот тут у Владимира Петровича возникла одна идея. Захватившая его настолько, что он собрался и поехал в Берлин, чтобы лично посмотреть на голого землекопа.
Что же он обнаружил? Что он (землекоп) — голый. И знаете, на кого он похож из-за этого?
Смотрите на фотографии запечатлен голый землекоп. А рядом — вовсе не землекопы. Это новорожденные крысята. Видите, насколько они похожи? Через несколько дней крысята повзрослеют, оденутся шерсткой и превратятся в нормальных крыс. А землекопы — нет. Он так на всю жизнь и останется как бы новорожденным.
Дальнейшее разбирательство показало, что у землекопов есть более 40 признаков такой ?новорожденности? или ?детскости? по сравнению с крысами. Вот некоторые из них:
Маленький вес по сравнению с другими видами семейства.
Отсутствие шерсти (она всегда есть у грызунов).
Отсутствие ушных раковин.
Ограниченные возможности для поддержания постоянной температуры тела (как у новорожденных млекопитающих).
Высокие когнитивные способности (любопытство).
Низкая восприимчивость к боли.
Способность нейронов к регенерации и увеличение срока жизни нейронов.
Отсутствие снижения с возрастом уровня инсулин-подобного ростового фактора 2 (IGF2).
Отсутствие снижения с возрастом уровней супероксиддисмутаз 1 и 2, а также каталазы.
А также еще несколько десятков внешних, физиологических и биохимических признаков.
То есть получается, что землекоп остановил программу своего индивидуального развития на стадии новорожденного грызуна. Подобное явление было описано раньше для, например, земноводных, и оно называется неотения.
Справедливости ради надо сказать, что Владимир Скулачев не первым обратил внимание на то, что землекоп это неотеническое животное. До него это подметили Ричард Александер в 1991 году и некоторые другие ученые. Но они совершенно не связывали этот феномен с долгожительством (Александер про продолжительность жизни этих животных просто не знал).
Застрять в детстве
Академик Скулачев сформулировал очень простую идею: если землекоп остановился на стадии детеныша, то его программа индивидуального развития просто не доходит до того места, когда пора запускать старение. Дети же не стареют! Тем самым у нас получается самое главное доказательство: старение — это часть программы развития и жизни организма. Такая же как рождение, рост, созревание. И если вся эта программа остановлена, то и старение — тоже!
Вот что произошло с землекопами. Если бы это случилось с обычным видом, то он бы очень скоро исчез, потому что в отсутствие старения его эволюция сильно замедлилась бы. А землекопа спасла его эусоциальность. Жизнь в ?режиме муравейника? оказалась настолько более устойчивой, что он смог позволить себе отключение старения, как эволюционного инструмента.
И, похоже, в эволюции самого интересного для нас вида биологических существ — Homo sapiens — началась точно такая же история, которая произошла с голым землекопом. Вы никогда не обращали внимание на то, что люди больше всего похожи на… детенышей обезьян?
Возможно ли продлить жизнь и оставаться молодым надолго? Все реально, говорят ученые, ведь за пятьсот лет продолжительность жизни людей возросла почти втрое. И все-таки, почему мы стареем?
Что такое старение?
Старением принято называть биологический процесс постепенного снижения или полного отключения жизненных функций организма. Из-за старения, организм хуже приспосабливается к окружающей среде, снижается способность к регенерации тканей, приобретаются болезни и расстройства обмена веществ.
Внешним результатом старения становятся дряблость мышц, появление морщин, седина в волосах.
Конечно, можно сделать пластику, пользоваться гримом и иметь хорошего врача, но возраст не обмануть. Однако, нужно знать – все стареют неодинаково, и в этом заслуга самого человека. Есть мужчины и женщины в пятьдесят выглядящие шикарно, а есть сорокалетние, которым на вид дают ?далеко за пятьдесят?.
Теории и гипотезы старения
Точной причины, почему мы стареем, не знает никто, а отсюда рождаются гипотезы и домыслы – более или менее подтвержденные научными данными. Каждая из них имеет сторонников, но, скорее всего, истинные причины будут в слиянии теорий.
Прежде всего, стареет организм из-за того, что каждая клетка организма имеет свою программу - как и сколько раз ей поделиться, замещая ?старичков? на ?новобранцев?. У каждой из клеток в среднем эти замены происходят около семидесяти раз.
Как скоро эти семьдесят раз у каждой из клеток произойдут – зависит от организма и обмена веществ, от вашего отношения к своему телу. Если вы не следите за здоровьем, неважно питаетесь и подвергаетесь воздействию вредных факторов среды, клеткам тела приходится обновляться чаще, ресурс их исчерпывается быстрее.
Например, кожа стареет гораздо быстрее от частого и сильного загара, когда приобретается шоколадный оттенок, и особенно при загаре резком и с ожогами.
Другой причиной старения считают запуск программы самоуничтожения клеток из-за активного их повреждения факторами внешней среды и внутренними нарушениями. Поврежденная клетка потенциально опасна для организма перерождением в опухолевую, поэтому, малейшие дефекты клеток – это старт к запуску ?системы очистки?, причем порой это проводится очень резкими мерами, с захватом всех соседних клеток и отмиранием целых участков в тканях или органах.
По такому принципу происходит повреждение печени при неумеренных возлияниях, поражение бронхов и легких при курении, поражение сосудов при атеросклерозе. Подобный же принцип гибели клеток срабатывает при инфарктах или инсультах – это отмирание нежизнеспособных клеток.
А может дело в генах?
Генная теория старения сегодня приобретает популярность среди научного мира, она многое бы объяснила – и запуск определенного количества делений, и гибель клеток при повреждении и даже изменение обмена веществ с возрастом.
Если удастся выделить ген старения, теперь, когда мы умеем комбинировать и менять гены, можно отменить старость. Правда отмена смерти грозит за несколько лет перенаселением планеты и ее гибелью. Но ведь никто не хочет умирать!
Почему мы стареем?
Пока генов не найдено, мы предлагаем рассмотреть причины, которые приближают знакомство с ней. Большую часть из них создаем мы сами.
Посмотрите внимательно на вашу жизнь – это череда стрессов с перенапряжением нервной системы, проблемы дома и на работе, дети с уроками и синяками, разбитыми коленками – все это прибавляет нам седых волос. Стрессы подрывают иммунитет и здоровье, нарушают сон – а хронический недосып существенно сокращает длительность жизни. Поэтому – хотите жить долго, научитесь правильно отдыхать и расслабляться.
Другими причинами преждевременного старения являются снижение двигательной активности и лишние килограммы. Они откладывают жир в области сердца и сосудов, жиром оплывают почки и кишечник – прибавит ли это вам здоровья и долгих лет? Пора, наверное, пересмотреть свои пищевые пристрастия, есть поменьше, сесть на диету, чаще ходить пешком и заниматься спортом.
Вредными пристрастиями, сокращающими нашу и без того короткую жизнь, являются также сигареты и алкоголь, даже некрепкий. Считается, что от одной сигареты жизнь становится короче на восемь минут. Посчитайте, сколько времени от своей жизни вы уже пустили на дым? А принятие более одного бокала сухого вина в сутки – это минус 24 часа вашей жизни и минус тысяча печеночных клеток, стоит ли сомнительное удовольствие вашего здоровья?
Еще одним ?убийцей? вашего организма является… сахар, этот сладкий кристаллический порошок вредит не меньше сигарет. Ведь мы потребляем его гораздо больше, чем это требуется физиологически. Однако, заменять его на подсластители не стоит – они еще вреднее.
Конечно, влияет и солнечная радиация, ультрафиолетовые лучи, загрязненный воздух и тяжелые металлы в нем и воде, однако, все это влияние ничтожно мало в сравнении с нашими собственными ?экспериментами? над организмом. Необходимо задуматься – большинство причин старения зависит в основном только от нас.
Изредка встречаются люди, к которым неприменимы обычные законы и правила — они могут обходиться без сна, не заражаются опасными инфекциями во время самых страшных эпидемий. Однако нет человека, который неподвластен старению. Все живое стареет, разрушается и погибает. И даже неживая природа: здания, камни, мосты и дороги — тоже постепенно ветшают и приходят в негодность. Очевидно, что старение — это некий обязательный процесс, общий для живой и неживой природы.
Немецкий физик Р. Клаузис в 1865 году впервые пролил свет на глубинные причины этого явления. Он постулировал, что в природе все процессы протекают асимметрично, однонаправ ленно. Разрушение происходит само собой, а созидание требует затраты энергии. За счет этого в мире постоянно происходит нарастание энтропии — обесценивание энергии и увеличение хаоса. Этот фундаментальный закон естествознания называется также вторым началом термодинамики. Согласно ему, для создания и существования любой структуры необходим приток энергии извне, поскольку сама по себе энергия имеет тенденцию рассеиваться в пространстве (этот процесс более вероятен, чем создание упорядоченных структур). Живые организмы относятся к открытым термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в органические и неорганические соединения, животные организмы разлагают эти соединения и таким образом обеспечивают себя энергией. При этом живые существа находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, постепенно отдают или рассеивают энергию, поставляя энтропию в мировое пространство.
Оказалось, однако, что существование живых организмов не полностью исчерпывается вторым началом термодинамики. Закономерности их развития объясняет третий закон термодинамики, обоснованный выдающимся бельгийским ученым И. Пригожиным, выходцем из России: избыток свободной энергии, поглощенный открытой системой, может приводить к самоусложнению системы. Существует определенный уровень сложности, находясь ниже которого система не может воспроизводить себе подобных.
Живые организмы в каком-то смысле противостоят нарастанию энтропии и хаоса во Вселенной, образуя все более сложные структуры и накапливая информацию. Этот процесс противоположен процессу старения. Такая борьба с энтропией возможна, по-видимому, благодаря существованию неустаревающей генетической программы, которая многократно переписыва ется и передается следующим поколениям. Живой организм можно сравнить с книгой, которая постоянно переиздается. Бумага, на которой написана книга, может износиться и истлеть, но содержание ее вечно.
Бессмертные бактерии
Когда мы говорили о том, что все живое подвержено старению, то допустили неточность: есть ситуации, к которым это правило неприменимо. Например, что происходит, когда живая клетка или бактерия в процессе размножения делится пополам? Она дает начало двум другим клеткам, которые в свою очередь снова делятся, и так до бесконечности. Клетка, давшая начало всем остальным, не успела состариться, фактически она осталась бессмертной. Вопрос о старении у одноклеточных организмов и непрерывно делящихся клеток, например половых или опухолевых, остается открытым. А. Вейсман в конце ХIХ века создал теорию, которая постулировала бессмертие бактерий и отсутствие у них старения. многие ученые согласны с ней и сегодня, другие же подвергают ее сомнению. Доказательств хватает у тех и других.
А как обстоит дело с многоклеточными организмами? Ведь у них большая часть клеток не может постоянно делиться, они должны выполнять какие-то другие задачи — обеспечивать движение, питание, регуляцию внутренних процессов. Это противоречие между необходимостью специализации клеток и сохранением их бессмертия природа разрешила путем разделения клеток на два типа. Соматические клетки поддерживают жизненные процессы в организме, а половые клетки делятся, обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и умирают, половые же практически вечны. Существование огромных и сложных многоклеточных организмов, содержащих триллионы соматических клеток, в сущности направлено к тому, чтобы обеспечить бессмертие половых клеток.
Как же происходит старение соматических клеток? Американский исследователь Л. Хейфлик установил, что существуют механизмы, ограничивающие число делений: в среднем каждая соматическая клетка способна не более чем на 50 делений, а затем стареет и погибает. Постепенное старение целого организма обусловлено тем, что все его соматические клетки исчерпали отпущенное на их долю число делений. После этого клетки стареют, разрушаются и погибают.
Если соматические клетки нарушают этот закон, они делятся непрерывно, многократно воспроизводя свои новые копии. Ни к чему хорошему это не приводит — ведь именно так появляется в организме опухоль. Клетки становятся “бессмертными”, но это мнимое бессмертие в конечном счете покупается ценой гибели всего организма.
От мыши до слона
Проблема старения напрямую связана с вопросом о разной продолжительности жизни у разных организмов. Немецкий физиолог М. Рубнер в 1908 году первым обратил внимание ученых на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака — 20 лет, лошадь — 46, слон — 70. Рубнер объяснил это разной интенсивностью обмена веществ.
Суммарная затрата энергии у разных млекопитающих в течение жизни примерно одинакова — 200 ккал на 1 грамм массы. По мнению Рубнера, каждый вид способен переработать лишь определенное количество энергии — исчерпав ее, он погибает. Интенсивность обмена веществ и общее потребление кислорода зависят от размеров животного и площади поверхности тела. Масса возрастает пропорцио нально линейным размерам тела, взятым в кубе, а площадь — в квадрате. Слону для поддержания своей температуры тела необходимо гораздо меньше энергии, чем такому же по весу количеству мышей — общая поверхность тела всех этих мышей будет значительно больше, чем у слона. Поэтому слон может себе “позволить” гораздо более низкий уровень обмена веществ, чем мышь. Этот высокий расход энергии у мыши и приводит к тому, что она быстрее исчерпывает отведенные на ее долю энергетические запасы, чем слон, и срок ее жизни намного короче.
Таким образом, существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ у животного и продолжительностью его жизни. Малая масса тела и высокий обмен веществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Эта закономерность была названа энергетическим правилом поверхности Рубнера.
Несмотря на убедительную простоту открытого Рубнером правила, многие ученые не согласились с ним. Они усомнились в том, что правило объясняет причины старения всех живых организмов — из него существует немало исключений. Например, человек не подчиняется этому закону: суммарная затрата энергии у него очень высокая, а продолжительность жизни в четыре раза больше, чем должна бы быть при таком обмене. С чем же это связано? Причина стала ясна лишь совсем недавно.
С кислородом нужно обращаться осторожно
Есть еще один фактор, определяющий продолжительность жизни, — это парциальное давление кислорода. Концентрация кислорода в воздухе составляет 20,8 процента. Уменьшение или увеличение этой цифры возможно только в узких рамках, иначе живые организмы погибают. То, что нехватка кислорода губительна для живого, хорошо известно. А вот об опасности его избытка осведомлены немногие. Чистый кислород убивает лабораторных животных в течение нескольких дней, а при давлении 2—5 атмосфер этот срок сокращается до часов и минут. Так что этот газ не только необходим для жизни, он может быть и страшным универсальным ядом, убивающим все живое. Многие ученые считают, что атмосфера Земли в ранний период ее развития не содержала кислорода, и именно это обстоятельство способствовало возникновению жизни на нашей планете. По приблизительным оценкам специалистов, насыщенная кислородом атмосфера Земли образовалась около 1,4 миллиарда лет назад в результате жизнедеятельности примитивных организмов, способных к фотосинтезу. Они поглощали солнечную энергию и углекислый газ и выделяли кислород. Их существование и создало предпосылки для возникновения других видов живых организмов — потребляющих кислород для дыхания. Однако живым существам нужно было позаботиться о том, чтобы нейтрализовать токсичность этого вещества.
Сама по себе молекула кислорода и продукт ее полного восстановления водородом — вода — не токсичны. Однако восстановление кислорода протекает таким образом, что почти на всех ступеньках процесса образуются продукты, повреждающие клетки: супероксидный анион-радикал, перекись водорода и гидроксильный радикал. Их называют активными формами кислорода. Организмы, использующие кислород для дыхания, с помощью ферментов и белковых катализаторов предотвращают выработку этих веществ или снижают их вредное действие на клетки.
Американские биохимики Дж. Мак Корд и И. Фридович в 1969 году обнаружили, что основную роль в такой защите играет фермент супероксиддисмутаза. Этот фермент превращает супероксидные анион-радикалы в более безобидную перекись водорода и в молекулярный кислород. Перекись водорода тут же разрушается другими ферментами — каталазой и пероксидазами.
Открытие механизма обезвреживания активных форм кислорода дало ключ другим исследователям к пониманию проблем радиобиологии, онкологии, иммунологии и геронтологии. Английский исследователь Д. Харман выдвинул так называемую свободнорадикальную теорию старения. Он предположил, что возрастные изменения в клетках обусловлены накоплением в них повреждений, вызываемых свободными радикалами — осколками молекул, которые имеют неспаренный электрон и в силу этого обладают повышенной химической активностью. Такие свободные радикалы могут образовываться в клетках под действием радиации, некоторых химических реакций и перепадов температуры. Но главным источником свободных радикалов в организме является восстановление молекулы кислорода. Поэтому можно сказать, что старение в целом — это следствие разрушительного, ядовитого действия кислорода на организм, которое постепенно нарастает с возрастом.
Биохимия старения
После того как стало ясно, что супероксиддисмутаза играет роль “фермента антистарения” в клетке, исследователи задались вопросом: не является ли активность этого фермента ключевой причиной возрастных изменений и различий в продолжительности жизни? Следовало ожидать, что с возрастом активность фермента падает, а разрушительное влияние кислорода увеличивается. Оказалось, однако, что активность супероксиддисмутазы в большинстве случаев меняется с возрастом весьма незначительно.
Накопление возрастных изменений в клетках зависит от соотношения двух процессов: образования свободных радикалов и их обезвреживания. “Фабриками” свободных радикалов служат маленькие продолговатые тельца внутри клетки — митохондрии, ее энергетические станции. Эти структуры Д. Харман назвал молекулярными часами клетки: чем быстрее идет в них выработка радикалов, тем быстрее крутятся стрелки на часах и тем меньше времени остается жить клетке. У видов с низкой продолжительностью жизни митохондрии работают очень активно, больше образуется радикалов и быстрее накапливаются повреждения структур клетки, приводя к ее преждевременному старению. Например, у комнатной мухи митохондрии вырабатывают радикалы в 24 раза интенсивнее, чем у коровы. Исследователи провели опыт: комнатных мух содержали в атмосфере чистого кислорода (это значительно ускоряет старение) и наблюдали, что происходит с митохондриями. Система защиты от активных форм кислорода работает достаточно надежно, но через нее все же постоянно проскальзывают отдельные радикалы, которые не успели вступить во взаимодействие с антиокислительными ферментами. Причиной такой неполадки служит, по-видимому, второй закон термодинамики, который исключает стопроцентную эффективность энергетических процессов. Возникнув в клетке, радикалы повреждают ее внутренние структуры, а также оболочки самих митохондрий, что усиливает утечку. В результате становится все больше и больше активных форм кислорода, и они постепенно разрушают клетку. Происходит то, что мы называем старением.
Скорость “поставки” радикалов в клетку увеличивается и в разных органах млекопитающих по мере старения организма. Количество свободных радикалов, образующихся в клетке, по-видимому, тем больше, чем выше уровень потребления кислорода, или интенсивность обмена веществ. Американский геронтолог Р. Катлер и его сотрудники показали, что продолжительность жизни животных и человека определяется соотношением активности супероксиддисмутазы к интенсивности обмена веществ. Стало ясно, почему у некоторых видов с высоким уровнем затраты энергии, в том числе и у человека, продолжительность жизни не укладывается в энергетическое правило поверхности Рубнера. Высокий уровень активности супероксиддисму тазы защищает человека и животных с интенсивным обменом веществ от преждевременного старения.
Ответы на вопросы
Новая теория старения позволила найти объяснение некоторым фактам, хорошо известным геронтологам, но остававшимся непонятыми. Например, почему животные, которых кормили малокалорийной, но сбалансированной пищей, живут дольше, чем те, что питались вдоволь? Ответ напрашивался сам собой — потому что ограниченное питание уменьшает интенсивность обмена и соответственно замедляет накопление повреждений в клетках. Стала ясна и зависимость скорости старения от температуры окружающей среды у животных, не способных регулировать температуру тела. Высокая температура поддерживает у них высокий уровень обмена веществ. Так, плодовая мушка дрозофила при температуре 10 градусов вылупляется из личинки и развивается до взрослого насекомого, стареет и умирает в течение 177 дней, а при температуре 20 градусов — в течение 15 дней. У дождевого червя при повышении температуры его тела с 15 градусов до 30 в 2,5 раза повышается потребление кислорода. При этом на 28 процентов возрастает активность супероксиддисмутазы, но жизнь червя все равно укорачивается.
Большая продолжительность жизни женщин по сравнению с мужчинами (в среднем на 10 лет) оказалась связана с более низкой интенсивностью обмена веществ у прекрасной половины человечества. Феномен долгожительства в горных районах тоже хорошо объясняется меньшей интенсивностью обмена веществ у людей, живущих в разреженном воздухе: содержание кислорода там меньше, чем на равнине.
Оказалось, что разный срок отпущен и клеткам внутри одного человеческого организма: чем больше в клетках супероксиддисмутазы, тем меньше степень повреждения клетки активными формами кислорода, тем дольше живут клетки. Поэтому некоторые клетки крови, например, живут несколько часов, другие — несколько лет.
Удалось объяснить и любопытное явление, которое достаточно давно обнаружили исследователи: изменения организма при естественном старении похожи на действие ионизирующей радиации. Причина стала очевидной: ведь при воздействии радиации происходит разложение воды с образованием активных форм кислорода, которые начинают повреждать клетки.
Все это позволило выработать стратегию поиска средств против старения. Например, удалось увеличить в полтора раза жизнь лабораторных животных, вводя в их рацион сильные антиоксиданты. Особенно эффективно должны действовать антиоксиданты типа супероксиддисмутазы, являющиеся ферментами. Введение в организм животных супероксиддисмутазы защищало их от токсического действия кислорода и увеличивало продолжительность их жизни. Это дает надежду, что антиоксиданты могут быть использованы и в борьбе против старения человека. Возможно, через некоторое время пожилые люди будут принимать их так же, как витамины, чтобы улучшить свое самочувствие и замедлить процессы старения.
Но пересказ фильма- дело долгое, привожу статью из интернета, а желающие могут поискать фильм- скорее всего имеющийся в интернете и в телепрогаммах .
ИЗ ИНТЕРНЕТА
.................
Голый землекоп расскажет в чем причины старения и смерти человека
masterok
February 6th, 2018
Мы стареем не просто так, а в результате специальной биологической программы. Но в мире есть африканский голый землекоп, похожее на мышь и неспособное состариться животное.
Ученые выяснили, почему люди стареют, а землекопы — нет. Мы уже выясняли с вами, что он может пролезть Голый сквозь бетон, но оказывается он еще и "бессмертный"?
Вот что пишет про это Jared Sluyter:
Жизнь отдельного индивидуума, отдельной особи какого-то биологического вида, — штука очень ценная, но есть вещи и поважнее. А именно — сам вид. То есть, на самом деле, полный набор генов (это называется геном), который содержится в каждой особи этого вида и, собственно, определяет, что она такое.
Более правильно рассматривать любые живые существа просто как временное вместилище для генов, которые они получили от своих родителей и передадут своим детям. Впервые, в явном виде подобную идею сформулировал, наверное, Ричард Докинз в своей знаменитой книге ?Эгоистичный ген?.
Как правило, интересы генома и его временного носителя (живого существа) совпадают. Но иногда — нет. И тогда моментально выясняется кто в доме хозяин — конечно же геном.
Если геному вида угрожает опасность или просто виду нужно развиваться, то носителем можно смело пожертвовать — следующие поколения ?новых нарожают?.
В результате, я уверен, что геномы большинства (если не всех) живых существ содержат специальные вредные программы. От которых самим существам ничего хорошего не бывает, но которые нужны для развития вида. В первую очередь, программы смерти, обеспечивающие смену поколений и, соответственно, эволюцию. Причем иногда они устроены ?быстрым? способом — например у однолетних растений, которые погибают, убиваемые собственными семенами после их созревания, а иногда — ?медленным?. И самая противная программа медленного самоубийства — это программа старения. Которая заставляет многие виды, в том числе и нас с вами, ?портиться? с возрастом и, в конце концов, — умирать.
То, что мы стареем не просто так, а в результате деятельности специальной биологической программы — вещь не очевидная и требует доказательства. Я попробовал построить его ?от противного?, продемонстрировав вам пример животного, которое программу старения себе отключило. Потому что ему больше не нужно так уж сильно ускорять собственную эволюцию — он и так хорош! Это, как и мы с вами, млекопитающее, довольно близкий родственник обычной мыши — африканский грызун голый землекоп! Если мышь живет 2;3 года, успевает за это время полностью состариться и умирает от старости, то землекоп живет более 30 лет и, если у него иногда и проявляются какие-то признаки старения, то они, как правило, не смертельны. Большинство биологов сходятся во мнении, что голый землекоп — это нестареющее животное (ну, или если выражаться более научно — животное с пренебрежимым старением).
И вот в нашем сериале пришло время ответить на главный ?вопрос про землекопов?: как он это сделал? Как он отключил свое старение??!
Еше пару лет назад мне было бы нечего сказать на эту тему. Но в 2017 году, в одном из самых престижных научных журналов в мире ?Physiological reviews? мы сумели опубликовать теоретическую работу, объясняющую феномен нестарения голого землекопа. В конце 2017 вышла ее версия на русском.
Все началось, как всегда, с митохондрий. Это такие маленькие электростанции, которые есть в каждой клетке и с помощью которых мы дышим. Надеюсь, что о них будет отдельная серия нашего сериала. Изучение митохондрий — главная специальность академика Владимира Петровича Скулачева. Собственно, в его лаборатории в конце 60-х годов было выяснено, как они работают. Последние лет 20 академик, помимо митохондрий, интересуется проблемами старения и, конечно же, предпринял титанические усилия, чтобы провести эксперимент с митохондриями голого землекопа. Должен заметить, что митохондрии очень сильно связаны со старением, но об этом — в следующих сериях.
Исследования митохондрий голого землекопа увенчались успехом. В институте при Берлинском зоопарке проводили эксперименты на землекопах, специально приехавшему для этого из Москвы сотруднику Владимира Скулачева — известному биологу Михаилу Высоких — удалось получить образец ткани землекопа и померить различные параметры работы митохондрий в этой ткани. Ничего особо интересного в них не оказалось, кроме немного странной кривой, показывающей скорость поглощения кислорода митохондриями (они же дышат) в определенных условиях.
Вернувшись в Москву Михаил показал эту кривую руководителю, которому она тоже что-то напомнила, но что именно — они вспомнить не смогли. Так биологи и ломали себе головы, пока не показали график еще одному коллеге, заведующему лаборатории биоэнергетики клетки Борису Черняку, который известен тем, что никогда ничего не забывает (ну, во всяком случае, если это связано с митохондриями, дыханием и живыми клетками). Он посмотрел и тут же сказал — точно такую же кривую можно получить, регистрируя дыхание митохондрий новорожденных крысят!
И вот тут у Владимира Петровича возникла одна идея. Захватившая его настолько, что он собрался и поехал в Берлин, чтобы лично посмотреть на голого землекопа.
Что же он обнаружил? Что он (землекоп) — голый. И знаете, на кого он похож из-за этого?
Смотрите на фотографии запечатлен голый землекоп. А рядом — вовсе не землекопы. Это новорожденные крысята. Видите, насколько они похожи? Через несколько дней крысята повзрослеют, оденутся шерсткой и превратятся в нормальных крыс. А землекопы — нет. Он так на всю жизнь и останется как бы новорожденным.
Дальнейшее разбирательство показало, что у землекопов есть более 40 признаков такой ?новорожденности? или ?детскости? по сравнению с крысами. Вот некоторые из них:
Маленький вес по сравнению с другими видами семейства.
Отсутствие шерсти (она всегда есть у грызунов).
Отсутствие ушных раковин.
Ограниченные возможности для поддержания постоянной температуры тела (как у новорожденных млекопитающих).
Высокие когнитивные способности (любопытство).
Низкая восприимчивость к боли.
Способность нейронов к регенерации и увеличение срока жизни нейронов.
Отсутствие снижения с возрастом уровня инсулин-подобного ростового фактора 2 (IGF2).
Отсутствие снижения с возрастом уровней супероксиддисмутаз 1 и 2, а также каталазы.
А также еще несколько десятков внешних, физиологических и биохимических признаков.
То есть получается, что землекоп остановил программу своего индивидуального развития на стадии новорожденного грызуна. Подобное явление было описано раньше для, например, земноводных, и оно называется неотения.
Справедливости ради надо сказать, что Владимир Скулачев не первым обратил внимание на то, что землекоп это неотеническое животное. До него это подметили Ричард Александер в 1991 году и некоторые другие ученые. Но они совершенно не связывали этот феномен с долгожительством (Александер про продолжительность жизни этих животных просто не знал).
Застрять в детстве
Академик Скулачев сформулировал очень простую идею: если землекоп остановился на стадии детеныша, то его программа индивидуального развития просто не доходит до того места, когда пора запускать старение. Дети же не стареют! Тем самым у нас получается самое главное доказательство: старение — это часть программы развития и жизни организма. Такая же как рождение, рост, созревание. И если вся эта программа остановлена, то и старение — тоже!
Вот что произошло с землекопами. Если бы это случилось с обычным видом, то он бы очень скоро исчез, потому что в отсутствие старения его эволюция сильно замедлилась бы. А землекопа спасла его эусоциальность. Жизнь в ?режиме муравейника? оказалась настолько более устойчивой, что он смог позволить себе отключение старения, как эволюционного инструмента.
И, похоже, в эволюции самого интересного для нас вида биологических существ — Homo sapiens — началась точно такая же история, которая произошла с голым землекопом. Вы никогда не обращали внимание на то, что люди больше всего похожи на… детенышей обезьян?
Возможно ли продлить жизнь и оставаться молодым надолго? Все реально, говорят ученые, ведь за пятьсот лет продолжительность жизни людей возросла почти втрое. И все-таки, почему мы стареем?
Что такое старение?
Старением принято называть биологический процесс постепенного снижения или полного отключения жизненных функций организма. Из-за старения, организм хуже приспосабливается к окружающей среде, снижается способность к регенерации тканей, приобретаются болезни и расстройства обмена веществ.
Внешним результатом старения становятся дряблость мышц, появление морщин, седина в волосах.
Конечно, можно сделать пластику, пользоваться гримом и иметь хорошего врача, но возраст не обмануть. Однако, нужно знать – все стареют неодинаково, и в этом заслуга самого человека. Есть мужчины и женщины в пятьдесят выглядящие шикарно, а есть сорокалетние, которым на вид дают ?далеко за пятьдесят?.
Теории и гипотезы старения
Точной причины, почему мы стареем, не знает никто, а отсюда рождаются гипотезы и домыслы – более или менее подтвержденные научными данными. Каждая из них имеет сторонников, но, скорее всего, истинные причины будут в слиянии теорий.
Прежде всего, стареет организм из-за того, что каждая клетка организма имеет свою программу - как и сколько раз ей поделиться, замещая ?старичков? на ?новобранцев?. У каждой из клеток в среднем эти замены происходят около семидесяти раз.
Как скоро эти семьдесят раз у каждой из клеток произойдут – зависит от организма и обмена веществ, от вашего отношения к своему телу. Если вы не следите за здоровьем, неважно питаетесь и подвергаетесь воздействию вредных факторов среды, клеткам тела приходится обновляться чаще, ресурс их исчерпывается быстрее.
Например, кожа стареет гораздо быстрее от частого и сильного загара, когда приобретается шоколадный оттенок, и особенно при загаре резком и с ожогами.
Другой причиной старения считают запуск программы самоуничтожения клеток из-за активного их повреждения факторами внешней среды и внутренними нарушениями. Поврежденная клетка потенциально опасна для организма перерождением в опухолевую, поэтому, малейшие дефекты клеток – это старт к запуску ?системы очистки?, причем порой это проводится очень резкими мерами, с захватом всех соседних клеток и отмиранием целых участков в тканях или органах.
По такому принципу происходит повреждение печени при неумеренных возлияниях, поражение бронхов и легких при курении, поражение сосудов при атеросклерозе. Подобный же принцип гибели клеток срабатывает при инфарктах или инсультах – это отмирание нежизнеспособных клеток.
А может дело в генах?
Генная теория старения сегодня приобретает популярность среди научного мира, она многое бы объяснила – и запуск определенного количества делений, и гибель клеток при повреждении и даже изменение обмена веществ с возрастом.
Если удастся выделить ген старения, теперь, когда мы умеем комбинировать и менять гены, можно отменить старость. Правда отмена смерти грозит за несколько лет перенаселением планеты и ее гибелью. Но ведь никто не хочет умирать!
Почему мы стареем?
Пока генов не найдено, мы предлагаем рассмотреть причины, которые приближают знакомство с ней. Большую часть из них создаем мы сами.
Посмотрите внимательно на вашу жизнь – это череда стрессов с перенапряжением нервной системы, проблемы дома и на работе, дети с уроками и синяками, разбитыми коленками – все это прибавляет нам седых волос. Стрессы подрывают иммунитет и здоровье, нарушают сон – а хронический недосып существенно сокращает длительность жизни. Поэтому – хотите жить долго, научитесь правильно отдыхать и расслабляться.
Другими причинами преждевременного старения являются снижение двигательной активности и лишние килограммы. Они откладывают жир в области сердца и сосудов, жиром оплывают почки и кишечник – прибавит ли это вам здоровья и долгих лет? Пора, наверное, пересмотреть свои пищевые пристрастия, есть поменьше, сесть на диету, чаще ходить пешком и заниматься спортом.
Вредными пристрастиями, сокращающими нашу и без того короткую жизнь, являются также сигареты и алкоголь, даже некрепкий. Считается, что от одной сигареты жизнь становится короче на восемь минут. Посчитайте, сколько времени от своей жизни вы уже пустили на дым? А принятие более одного бокала сухого вина в сутки – это минус 24 часа вашей жизни и минус тысяча печеночных клеток, стоит ли сомнительное удовольствие вашего здоровья?
Еще одним ?убийцей? вашего организма является… сахар, этот сладкий кристаллический порошок вредит не меньше сигарет. Ведь мы потребляем его гораздо больше, чем это требуется физиологически. Однако, заменять его на подсластители не стоит – они еще вреднее.
Конечно, влияет и солнечная радиация, ультрафиолетовые лучи, загрязненный воздух и тяжелые металлы в нем и воде, однако, все это влияние ничтожно мало в сравнении с нашими собственными ?экспериментами? над организмом. Необходимо задуматься – большинство причин старения зависит в основном только от нас.
Изредка встречаются люди, к которым неприменимы обычные законы и правила — они могут обходиться без сна, не заражаются опасными инфекциями во время самых страшных эпидемий. Однако нет человека, который неподвластен старению. Все живое стареет, разрушается и погибает. И даже неживая природа: здания, камни, мосты и дороги — тоже постепенно ветшают и приходят в негодность. Очевидно, что старение — это некий обязательный процесс, общий для живой и неживой природы.
Немецкий физик Р. Клаузис в 1865 году впервые пролил свет на глубинные причины этого явления. Он постулировал, что в природе все процессы протекают асимметрично, однонаправ ленно. Разрушение происходит само собой, а созидание требует затраты энергии. За счет этого в мире постоянно происходит нарастание энтропии — обесценивание энергии и увеличение хаоса. Этот фундаментальный закон естествознания называется также вторым началом термодинамики. Согласно ему, для создания и существования любой структуры необходим приток энергии извне, поскольку сама по себе энергия имеет тенденцию рассеиваться в пространстве (этот процесс более вероятен, чем создание упорядоченных структур). Живые организмы относятся к открытым термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию и преобразуют ее в органические и неорганические соединения, животные организмы разлагают эти соединения и таким образом обеспечивают себя энергией. При этом живые существа находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, постепенно отдают или рассеивают энергию, поставляя энтропию в мировое пространство.
Оказалось, однако, что существование живых организмов не полностью исчерпывается вторым началом термодинамики. Закономерности их развития объясняет третий закон термодинамики, обоснованный выдающимся бельгийским ученым И. Пригожиным, выходцем из России: избыток свободной энергии, поглощенный открытой системой, может приводить к самоусложнению системы. Существует определенный уровень сложности, находясь ниже которого система не может воспроизводить себе подобных.
Живые организмы в каком-то смысле противостоят нарастанию энтропии и хаоса во Вселенной, образуя все более сложные структуры и накапливая информацию. Этот процесс противоположен процессу старения. Такая борьба с энтропией возможна, по-видимому, благодаря существованию неустаревающей генетической программы, которая многократно переписыва ется и передается следующим поколениям. Живой организм можно сравнить с книгой, которая постоянно переиздается. Бумага, на которой написана книга, может износиться и истлеть, но содержание ее вечно.
Бессмертные бактерии
Когда мы говорили о том, что все живое подвержено старению, то допустили неточность: есть ситуации, к которым это правило неприменимо. Например, что происходит, когда живая клетка или бактерия в процессе размножения делится пополам? Она дает начало двум другим клеткам, которые в свою очередь снова делятся, и так до бесконечности. Клетка, давшая начало всем остальным, не успела состариться, фактически она осталась бессмертной. Вопрос о старении у одноклеточных организмов и непрерывно делящихся клеток, например половых или опухолевых, остается открытым. А. Вейсман в конце ХIХ века создал теорию, которая постулировала бессмертие бактерий и отсутствие у них старения. многие ученые согласны с ней и сегодня, другие же подвергают ее сомнению. Доказательств хватает у тех и других.
А как обстоит дело с многоклеточными организмами? Ведь у них большая часть клеток не может постоянно делиться, они должны выполнять какие-то другие задачи — обеспечивать движение, питание, регуляцию внутренних процессов. Это противоречие между необходимостью специализации клеток и сохранением их бессмертия природа разрешила путем разделения клеток на два типа. Соматические клетки поддерживают жизненные процессы в организме, а половые клетки делятся, обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и умирают, половые же практически вечны. Существование огромных и сложных многоклеточных организмов, содержащих триллионы соматических клеток, в сущности направлено к тому, чтобы обеспечить бессмертие половых клеток.
Как же происходит старение соматических клеток? Американский исследователь Л. Хейфлик установил, что существуют механизмы, ограничивающие число делений: в среднем каждая соматическая клетка способна не более чем на 50 делений, а затем стареет и погибает. Постепенное старение целого организма обусловлено тем, что все его соматические клетки исчерпали отпущенное на их долю число делений. После этого клетки стареют, разрушаются и погибают.
Если соматические клетки нарушают этот закон, они делятся непрерывно, многократно воспроизводя свои новые копии. Ни к чему хорошему это не приводит — ведь именно так появляется в организме опухоль. Клетки становятся “бессмертными”, но это мнимое бессмертие в конечном счете покупается ценой гибели всего организма.
От мыши до слона
Проблема старения напрямую связана с вопросом о разной продолжительности жизни у разных организмов. Немецкий физиолог М. Рубнер в 1908 году первым обратил внимание ученых на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака — 20 лет, лошадь — 46, слон — 70. Рубнер объяснил это разной интенсивностью обмена веществ.
Суммарная затрата энергии у разных млекопитающих в течение жизни примерно одинакова — 200 ккал на 1 грамм массы. По мнению Рубнера, каждый вид способен переработать лишь определенное количество энергии — исчерпав ее, он погибает. Интенсивность обмена веществ и общее потребление кислорода зависят от размеров животного и площади поверхности тела. Масса возрастает пропорцио нально линейным размерам тела, взятым в кубе, а площадь — в квадрате. Слону для поддержания своей температуры тела необходимо гораздо меньше энергии, чем такому же по весу количеству мышей — общая поверхность тела всех этих мышей будет значительно больше, чем у слона. Поэтому слон может себе “позволить” гораздо более низкий уровень обмена веществ, чем мышь. Этот высокий расход энергии у мыши и приводит к тому, что она быстрее исчерпывает отведенные на ее долю энергетические запасы, чем слон, и срок ее жизни намного короче.
Таким образом, существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ у животного и продолжительностью его жизни. Малая масса тела и высокий обмен веществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Эта закономерность была названа энергетическим правилом поверхности Рубнера.
Несмотря на убедительную простоту открытого Рубнером правила, многие ученые не согласились с ним. Они усомнились в том, что правило объясняет причины старения всех живых организмов — из него существует немало исключений. Например, человек не подчиняется этому закону: суммарная затрата энергии у него очень высокая, а продолжительность жизни в четыре раза больше, чем должна бы быть при таком обмене. С чем же это связано? Причина стала ясна лишь совсем недавно.
С кислородом нужно обращаться осторожно
Есть еще один фактор, определяющий продолжительность жизни, — это парциальное давление кислорода. Концентрация кислорода в воздухе составляет 20,8 процента. Уменьшение или увеличение этой цифры возможно только в узких рамках, иначе живые организмы погибают. То, что нехватка кислорода губительна для живого, хорошо известно. А вот об опасности его избытка осведомлены немногие. Чистый кислород убивает лабораторных животных в течение нескольких дней, а при давлении 2—5 атмосфер этот срок сокращается до часов и минут. Так что этот газ не только необходим для жизни, он может быть и страшным универсальным ядом, убивающим все живое. Многие ученые считают, что атмосфера Земли в ранний период ее развития не содержала кислорода, и именно это обстоятельство способствовало возникновению жизни на нашей планете. По приблизительным оценкам специалистов, насыщенная кислородом атмосфера Земли образовалась около 1,4 миллиарда лет назад в результате жизнедеятельности примитивных организмов, способных к фотосинтезу. Они поглощали солнечную энергию и углекислый газ и выделяли кислород. Их существование и создало предпосылки для возникновения других видов живых организмов — потребляющих кислород для дыхания. Однако живым существам нужно было позаботиться о том, чтобы нейтрализовать токсичность этого вещества.
Сама по себе молекула кислорода и продукт ее полного восстановления водородом — вода — не токсичны. Однако восстановление кислорода протекает таким образом, что почти на всех ступеньках процесса образуются продукты, повреждающие клетки: супероксидный анион-радикал, перекись водорода и гидроксильный радикал. Их называют активными формами кислорода. Организмы, использующие кислород для дыхания, с помощью ферментов и белковых катализаторов предотвращают выработку этих веществ или снижают их вредное действие на клетки.
Американские биохимики Дж. Мак Корд и И. Фридович в 1969 году обнаружили, что основную роль в такой защите играет фермент супероксиддисмутаза. Этот фермент превращает супероксидные анион-радикалы в более безобидную перекись водорода и в молекулярный кислород. Перекись водорода тут же разрушается другими ферментами — каталазой и пероксидазами.
Открытие механизма обезвреживания активных форм кислорода дало ключ другим исследователям к пониманию проблем радиобиологии, онкологии, иммунологии и геронтологии. Английский исследователь Д. Харман выдвинул так называемую свободнорадикальную теорию старения. Он предположил, что возрастные изменения в клетках обусловлены накоплением в них повреждений, вызываемых свободными радикалами — осколками молекул, которые имеют неспаренный электрон и в силу этого обладают повышенной химической активностью. Такие свободные радикалы могут образовываться в клетках под действием радиации, некоторых химических реакций и перепадов температуры. Но главным источником свободных радикалов в организме является восстановление молекулы кислорода. Поэтому можно сказать, что старение в целом — это следствие разрушительного, ядовитого действия кислорода на организм, которое постепенно нарастает с возрастом.
Биохимия старения
После того как стало ясно, что супероксиддисмутаза играет роль “фермента антистарения” в клетке, исследователи задались вопросом: не является ли активность этого фермента ключевой причиной возрастных изменений и различий в продолжительности жизни? Следовало ожидать, что с возрастом активность фермента падает, а разрушительное влияние кислорода увеличивается. Оказалось, однако, что активность супероксиддисмутазы в большинстве случаев меняется с возрастом весьма незначительно.
Накопление возрастных изменений в клетках зависит от соотношения двух процессов: образования свободных радикалов и их обезвреживания. “Фабриками” свободных радикалов служат маленькие продолговатые тельца внутри клетки — митохондрии, ее энергетические станции. Эти структуры Д. Харман назвал молекулярными часами клетки: чем быстрее идет в них выработка радикалов, тем быстрее крутятся стрелки на часах и тем меньше времени остается жить клетке. У видов с низкой продолжительностью жизни митохондрии работают очень активно, больше образуется радикалов и быстрее накапливаются повреждения структур клетки, приводя к ее преждевременному старению. Например, у комнатной мухи митохондрии вырабатывают радикалы в 24 раза интенсивнее, чем у коровы. Исследователи провели опыт: комнатных мух содержали в атмосфере чистого кислорода (это значительно ускоряет старение) и наблюдали, что происходит с митохондриями. Система защиты от активных форм кислорода работает достаточно надежно, но через нее все же постоянно проскальзывают отдельные радикалы, которые не успели вступить во взаимодействие с антиокислительными ферментами. Причиной такой неполадки служит, по-видимому, второй закон термодинамики, который исключает стопроцентную эффективность энергетических процессов. Возникнув в клетке, радикалы повреждают ее внутренние структуры, а также оболочки самих митохондрий, что усиливает утечку. В результате становится все больше и больше активных форм кислорода, и они постепенно разрушают клетку. Происходит то, что мы называем старением.
Скорость “поставки” радикалов в клетку увеличивается и в разных органах млекопитающих по мере старения организма. Количество свободных радикалов, образующихся в клетке, по-видимому, тем больше, чем выше уровень потребления кислорода, или интенсивность обмена веществ. Американский геронтолог Р. Катлер и его сотрудники показали, что продолжительность жизни животных и человека определяется соотношением активности супероксиддисмутазы к интенсивности обмена веществ. Стало ясно, почему у некоторых видов с высоким уровнем затраты энергии, в том числе и у человека, продолжительность жизни не укладывается в энергетическое правило поверхности Рубнера. Высокий уровень активности супероксиддисму тазы защищает человека и животных с интенсивным обменом веществ от преждевременного старения.
Ответы на вопросы
Новая теория старения позволила найти объяснение некоторым фактам, хорошо известным геронтологам, но остававшимся непонятыми. Например, почему животные, которых кормили малокалорийной, но сбалансированной пищей, живут дольше, чем те, что питались вдоволь? Ответ напрашивался сам собой — потому что ограниченное питание уменьшает интенсивность обмена и соответственно замедляет накопление повреждений в клетках. Стала ясна и зависимость скорости старения от температуры окружающей среды у животных, не способных регулировать температуру тела. Высокая температура поддерживает у них высокий уровень обмена веществ. Так, плодовая мушка дрозофила при температуре 10 градусов вылупляется из личинки и развивается до взрослого насекомого, стареет и умирает в течение 177 дней, а при температуре 20 градусов — в течение 15 дней. У дождевого червя при повышении температуры его тела с 15 градусов до 30 в 2,5 раза повышается потребление кислорода. При этом на 28 процентов возрастает активность супероксиддисмутазы, но жизнь червя все равно укорачивается.
Большая продолжительность жизни женщин по сравнению с мужчинами (в среднем на 10 лет) оказалась связана с более низкой интенсивностью обмена веществ у прекрасной половины человечества. Феномен долгожительства в горных районах тоже хорошо объясняется меньшей интенсивностью обмена веществ у людей, живущих в разреженном воздухе: содержание кислорода там меньше, чем на равнине.
Оказалось, что разный срок отпущен и клеткам внутри одного человеческого организма: чем больше в клетках супероксиддисмутазы, тем меньше степень повреждения клетки активными формами кислорода, тем дольше живут клетки. Поэтому некоторые клетки крови, например, живут несколько часов, другие — несколько лет.
Удалось объяснить и любопытное явление, которое достаточно давно обнаружили исследователи: изменения организма при естественном старении похожи на действие ионизирующей радиации. Причина стала очевидной: ведь при воздействии радиации происходит разложение воды с образованием активных форм кислорода, которые начинают повреждать клетки.
Все это позволило выработать стратегию поиска средств против старения. Например, удалось увеличить в полтора раза жизнь лабораторных животных, вводя в их рацион сильные антиоксиданты. Особенно эффективно должны действовать антиоксиданты типа супероксиддисмутазы, являющиеся ферментами. Введение в организм животных супероксиддисмутазы защищало их от токсического действия кислорода и увеличивало продолжительность их жизни. Это дает надежду, что антиоксиданты могут быть использованы и в борьбе против старения человека. Возможно, через некоторое время пожилые люди будут принимать их так же, как витамины, чтобы улучшить свое самочувствие и замедлить процессы старения.
Метки:
