Биохимия старения
Шрифт:
В начале нашего столетия основной причиной смерти людей считали инфекционные заболевания. Это были болезни дыхательных путей, туберкулез и желудочные инфекции (заболевания перечислены в порядке значимости). Таким инфекционным заболеваниям человек был подвержен в любом возрасте. С открытием антибиотиков и появлением других достижений медицинской науки эти болезни стали более или менее контролируемыми, особенно в развитых странах. Это привело к значительному увеличению средней продолжительности жизни человека — от 40 до 70 лет (рис. 1.3). Однако контроль за инфекционными болезнями не создает у человека иммунитета к старению и смерти. В последние два десятилетия основными причинами смерти людей являются заболевания сердечно-сосудистой системы, рак и сосудистые заболевания мозга (рис. 1.4). Эти болезни, по-видимому, имеют внутренние причины и называются "болезнями старческого возраста". В настоящее время инфекционные болезни практически не влияют
Рис. 1.3. Ожидаемая продолжительность жизни в разных странах — число доживающих (ось ординат) до определенного возраста (ось абсцисс) на 100000 мужчин [1, 3]:
1 — Индия (1921–1930); 2 — Мексика (1930); 3 — Япония (1926–1930); 4 — США (1900–1902); 5 — Италия (1930–1932); 6 — США (1929–1931); 7 — США (1939–1941); 8 — Новая Зеландия (1934–1938); 9 — США (1949–1951); 10 — США (1969)
Рис. 1.4. Основные причины смерти людей в США в 1967 г. по сравнению с 1900 г. [2]
Быстрое и успешное развитие биологических и медицинских наук позволяет надеяться, что человек достигнет своей максимальной продолжительности жизни — около 100 лет. В развитых странах около 15 % населения имеют возраст более 60 лет. К 2000 году доля таких людей возрастет до 20 %; это означает, что каждый пятый человек будет старше 60 лет. Женщины составляют около 65 % той части населения, возраст которой превышает 60 лет. В развивающихся странах из-за недостатков в системе охраны здоровья, отсутствия контроля за инфекционными заболеваниями, неправильного питания и недоедания средняя продолжительность жизни остается на уровне 50 лет и только около 5 % населения имеют возраст более 60 лет. С улучшением медицинского и других видов обслуживания этот процент увеличится. На рис. 1.5 показана возрастная структура населения в Швеции и Индии. В Швеции людей в возрасте 60–64 лет столько же, сколько в возрасте 30–34 лет. В Индии же, как и в других развивающихся странах, число людей 60–64 лет гораздо меньше, чем 30-34-летних. Ожидается, что в результате успехов медицинского обслуживания и контроля за рождаемостью в развивающихся странах в недалеком будущем скорость роста населения уменьшится до нуля и возрастная структура населения станет близкой к структуре в Швеции и других развитых странах.
Рис. 1.5. Возрастная структура населения в Индии (А) и Швеции (Б) [4]
Одним из результатов прогресса биологических и медицинских наук является быстрый рост числа людей в возрасте старше 60 лет, которые более подвержены болезням, физически менее способны выполнять работу и нуждаются в уходе. Хотя за последнее столетие интерес биологов к проблемам развития, путям деления оплодотворенного яйца, дифференцировке и формированию органов и в конце концов к тому, как организм достигает половой зрелости, был велик, до 50-х годов старение и следующая за ним смерть рассматривались как неизбежный процесс и не привлекали серьезного внимания ученых. Кроме того, старых организмов любого вида мало, и это также ограничивало масштабы исследований в этой области. Однако в последние два десятилетия быстрый рост числа старых людей и связанные с ним проблемы стимулировали и сделали необходимыми исследования процесса старения, которые привлекли внимание правительств разных стран к серьезности этих проблем.
Наука, изучающая различные проблемы старения, называется геронтологией (geron — старый человек). Она имеет три аспекта.
Биологический
В этом разделе геронтологии рассматриваются фундаментальные аспекты старения. Исследователи, работающие в этой области, изучают молекулярные, биохимические, биофизические, физиологические и структурные изменения, происходящие в организме после достижения половой зрелости, и ставят цель — найти причины старения. Это может в конечном счете помочь разработать средства, с помощью которых можно было бы если не предотвратить старение вообще, то отодвинуть, отсрочить момент наступления старческого возраста.
Клинический
Это направление включает изучение болезней "старческого возраста", таких, как сердечно-сосудистые,
сосудистые заболевания мозга, рак, артрит, ревматизм, аутоиммунные болезни, и разработку методов их лечения. Оно называется гериатрией, и в него вовлечены главным образом исследователи, имеющие медицинское образование.Социально-психологический
Это направление имеет дело с социальными и психологическими проблемами старых и удалившихся от дел людей. Работающие в этой области заботятся о благополучии людей, о том, как обеспечить физическую и умственную занятость и сделать счастливыми стариков в оставшийся период их жизни.
Исследования биологических аспектов старения, целью которых является отыскание причин старения, — это чрезвычайно сложная проблема. В них необходимо использование данных разных дисциплин — биологии, физиологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии, химии и физики, т. е. это идеальная область для сотрудничества и междисциплинарных работ. Эти работы имеют чрезвычайно важное теоретическое и прикладное значение. При изучении проблем старения могут быть решены три важные задачи.
1. Старение — явление универсальное, и выяснение его причин было бы фундаментальным открытием. Эта проблема чрезвычайно сложна, так же как проблема развития — еще одного универсального явления. По ряду важных вопросов биологи приходят к различным выводам. Почему у всех организмов после достижения половой зрелости происходит нарушение функций? Почему все члены одного и того же вида имеют более или менее фиксированную продолжительность жизни? Почему крысы живут три года, слон — 70 лет, а человек — 100 лет? В каком возрасте после наступления половой зрелости начинается процесс старения? Существует ли триггер, "запускающий" процесс старения? Если да, то каким образом это происходит? Запрограммирован ли этот процесс, как запрограммировано развитие? Вот те вопросы, которые привели любознательных биологов к конфронтации и на которые необходимо ответить.
2. Ответы на поставленные выше вопросы могут помочь созданию научных методов, с помощью которых удалось бы отсрочить или предотвратить начало процесса старения, т. е. проконтролировать процесс старения. Это способствовало бы увеличению периода активной и энергичной жизни с 20–40 лет до, скажем, 20–60 лет или более, а также значительному удлинению периода плодотворной деятельности людей, причем немаловажную роль играет то, что при этом они получали бы моральное удовлетворение. Нужно не просто увеличить число проживаемых лет, а обеспечить людям лучшее здоровье. Другими словами, необходимо "добавить больше жизни к годам, а не больше лет к жизни" ("add life into years and not years into life"), как звучит девиз Американской ассоциации геронтологов. Существует древнегреческая легенда, в которой рассказывается" как Титон попросил и получил бессмертие. Однако он забыл попросить избавить его от старости и поэтому не умирал, но со временем все больше и больше дряхлел.
Продление активного периода жизни автоматически означало бы увеличение средней продолжительности жизни. При этом каждый индивидуум мог бы иметь надежду прожить максимальный срок — около 100 лет, с более коротким периодом старения. Смерть организма наступит в какой-то момент даже в том случае, если все болезни старческого возраста будут взяты под контроль, так как живая система, как и любая другая, подчиняется законам природы. С течением времени она стремится к более вероятному и равновесному состоянию с большей энтропией, и в результате этого происходит постепенное разрушение и смерть. Можно надеяться, что после того, как будут найдены причины старения, период старости, который сейчас занимает примерно 10 лет после 60, станет короче, даже если средняя продолжительность жизни благодаря контролю за процессом старения подойдет к 100 годам.
3. Ожидают также, что с увеличением периода активной жизни отодвинется срок появления старческих болезней, таких, как сердечно-сосудистые заболевания и сосудистые заболевания мозга, рак, артрит и т. д., которыми заболевают обычно в возрасте 40–50 лет, когда человек находится в расцвете своей деятельности. Такой сдвиг имел бы огромное значение, так как общество использовало бы опыт этих людей в течение более длительного периода времени. На решение проблем, связанных с перечисленными заболеваниями, тратится сейчас много средств и времени. Например, Национальный институт здоровья в США в 1973 г. израсходовал на исследования в области рака около 2 долл. на человека, а на геронтологические исследования — только 2 цента. Если же будут найдены способы продлить период зрелости, время наступления болезней будет отодвинуто и, таким образом, будут сэкономлены большие средства.
За последние два десятилетия число ученых, занимающихся исследованиями в области старения, сильно возросло. Для объяснения процесса старения было предложено несколько теорий и моделей, которые можно разделить на две категории.
Первая категория — это теории, которые объясняют старение, основываясь на изменениях, происходящих на уровне генома. Эти теории, следовательно, предполагают, что старение происходит из-за изменений в первичных центрах организма, т. е. в генах.
Ко второй категории относятся теории, согласно которым старение происходит из-за изменений во вторичных продуктах, детерминируемых генами, — в ферментах, коллагене, гормонах — и из-за разрушения различных клеточных структур, например мембран, лизосом, митохондрий, или из-за таких изменений, как изменение гомеостаза и механизмов защиты. Очевидно, что эти изменения по своей природе вторичны, так как любое изменение в структуре или регуляции должно иметь первоначальную причину в изменении функции генома, ответственного за синтез различных компонентов.