Виталий Донцов – Карманный справочник врача. Основы геронтологии (страница 5)
Известно, что противостоять повышению энтропии, хаосу, можно лишь внешним притоком энергии, и этот поток есть метаболизм, который составляет саму основу жизни как биологической формы существования материи.
Энтропия и внешняя энергия – две противостоящие силы, ответственные как за разрушение, так и за самоорганизацию и изменение отдельных, как простых, так и самых сложных, систем, в том числе живых организмов. Важно понимать, что реально в любой сложной системе протекает множество процессов.
В общем виде: процессы в любой системе направляются законом повышения энтропии в сторону разрушения в ходе естественно происходящих процессов, что ведет к увеличению хаоса и снижению порядка в системе.
Единственная возможность противостоять процессам накопления энтропии – внешняя энергия. Внешняя энергия необходима для получения порядка из хаоса, но она действует в конкретных условиях, по конкретному плану – на основе информации биологических систем и путем самокопирования имеющихся биомолекул и биоструктур в ходе обмена веществ, клеточного деления и регенерации тканей и органов. Энтропия искажает и этот процесс, приводя к ошибкам. Ошибки (само)восстановления системы контролируются отбором: внешним и внутренним (иммунной системой и др.). Итогом является постоянный динамический процесс, обеспечивающий не столько постоянную сохранность системы, сколько ее динамическое равновесие и при необходимости эволюцию.
Практически внутри организма невозможно достичь бесконечной эволюции и усложнения, как это имеет место для видов и всей биосферы. Кроме того, ввиду самого существования организма как отдельной системы организм принципиально смертен, и отбор и эволюция не имеют достаточно времени и необходимости (как и возможности) для формирования нестареющего организма, в котором внутри него полностью компенсируются все ошибки и происходит полноценная эволюция и дальнейшее бесконечное развитие. Наиболее важным общим положением является то, что само существование системы – это не стационарность и неизменность, а динамический процесс, находящийся в равновесии с внешней средой.
Известное снижение с возрастом общего метаболизма, снижение реактивности и устойчивости организма однозначно можно интерпретировать как снижение «открытости» системы и ее обновляемости, а также изменение связей с внешней средой.
На биохимическом уровне увеличение энтропии проявляется снижением упорядоченности метаболизма, снижением уровня обмена макромолекул (репарации ДНК в первую очередь), накоплением «ошибок» (в том числе мутаций), снижением количества митохондрий и т. п. Снижение «активной протоплазмы» можно четко измерять как степень склероза и накопления кальция в тканях, как снижение дыхания тканей и уровня синтеза белка и ДНК, а также по содержанию общей и внутриклеточной воды, по степени гидратации молекул и пр.
Таким образом, общие представления об энтропии как очень абстрактном показателе прямо выливаются в целый ряд проявлений, смысл возрастных изменений которых можно четко понять с учетом теоретических представлений о сущности, смысле и общей причине феномена старения.
«Ремонт» любой системы возможен и реально происходит единственно возможным способом – путем замены старых структур новыми. У живых организмов обновляются все уровни их организации: на уровне молекул (метаболизм); на внутриклеточном уровне – субклеточные структуры; на уровне клеточных популяций – деление клеток; на уровне надклеточных популяций (нефроны, альвеолы и пр.); на уровне регенерации органов и тканей (хвост у аксолотля и пр.).
Чем выше уровень структуры и уровень организации, тем меньше оказывается возможность полного восстановления.
Существуют полностью не обновляющиеся (кроме метаболизма) организмы, например, дрозофилы, которые, являясь постмитотическими организмами, не имеют делящихся клеток, срок жизни для них детерминирован и очень мал, старение как процесс выражено и происходит целиком по стохастическому типу – случайная гибель клеток и надклеточных структур.
В противоположность этому существуют полностью обновляющиеся организмы: гидры не имеют необновляющихся клеток и структур, их старение не выражено и продолжительность жизни не детерминирована.
Типы гипотез и теорий старения
Существует множество теорий, направленных на объяснение природы старения, и существуют различные системы их классификации. Наиболее признано деление теорий старения на стохастические и регуляторные, к ним часто добавляют накопительные теории старения (которые, в целом, можно свести к стохастическим).
Вот как об этом написал известный советский и российский биогеронтолог А. М. Оловников (1936–2022):
Также есть абстрактные теории, не затрагивающие конкретных механизмов старения (эволюционная теория Вейсмана и пр.), и множество частных теорий старения, рассматривающих отдельные механизмы как причину старения. Часто теории старения, по сути, не о старении, а о формировании продолжительности жизни вида.
Стохастические теории старения обращают внимание на увеличение с возрастом числа поврежденных элементов организма – хроматина и генов, белков, митохондрий, клеток, тканевых структур – и снижение их числа, если эти элементы не регенерируются: нервные клетки, нефроны, альвеолы и пр.
Основным недостатком стохастических теорий является игнорирование ими большого числа воспроизводящихся элементов: метаболизм для молекул, деление для клеток, регенерация для органов и тканей, старение которых часто выражено даже в большей мере, чем необновляющихся клеток и тканей. Также часто такие теории главное внимание уделяют одному отдельному механизму реализации повреждений (хотя сам стохастический механизм предполагает наличие самых разнообразных повреждающих влияний). Так, наиболее признанная и типичная свободнорадикальная теория повреждений не подтвердилась на практике: эффект антиоксидантов на продолжительность жизни в эксперименте отсутствовал, а малые дозы облучения даже снижали число спонтанных мутаций с возрастом.
Регуляторные теории старения опираются на окончание процессов роста и развития как запрограммированные процессы, например, включение и выключение полового цикла. Однако поиск «часов старения» оказался безрезультатным, а влияния изменений длительности полового процесса, как и размеров организма, на скорость старения не обнаружилось. Тем не менее ряд процессов, типичных для старения, несомненно, носят регуляторный характер: включение и выключение полового цикла и изменение фона половых гормонов, прекращение роста и снижение гормона роста в крови, атрофия с возрастом эпифиза и тимуса со снижением уровня иммунитета, снижение с возрастом факторов роста крови и скорости самообновления клеток кожи и слизистых и ряд других процессов.
Накопительные теории подчеркивают роль «загрязнения» с возрастом клеток, органелл и тканей тяжелыми металлами и продуктами метаболизма (например, липофусцин в старости может занимать до ¾ объема нервных клеток, а снижение его центрофеноксином стимулирует мозговые функции). Однако эффекты «очистки» организма излюбленными и многочисленными средствами поклонников здорового образа жизни практически не влияют на старение и продолжительность жизни. Видимо, доля таких процессов в собственно старении составляет не более 5–7 % – на столько изменяется биовозраст и длительность жизни при регулярном приеме энтеросорбентов.
Ряд теорий носит более абстрактный характер, отвечая скорее на вопрос, «почему существует старение», чем «как оно происходит». Так, Вейсман предполагает, что эволюция «создала» старение, чтобы «дать дорогу молодым», что явно имеет идеалистический смысл и игнорирует тот факт, что эволюция не имеет цели и до старости фактически в природных условиях никто не доживает.
Основные гипотезы и теории старения
Точно подсчитать все гипотезы и теории о механизмах старения вряд ли возможно. Да и как провести их учет, ведь сам процесс умножения этих гипотез кажется бесконечным.
Вот список основных теорий и гипотез, которые выстроены в хронологическом порядке их опубликования с конца XIX века по настоящее время (в основном).
1. Теории запрограммированной смерти и зародышевой плазмы Августа Вейсмана.
2. Гипотеза бактериальной аутоинтоксикации организма Ильи Ильича Мечникова, который считал старение человека результатом прямой интоксикации организма продуктами жизнедеятельности бактерий кишечника. На наш взгляд, Илья Ильич еще в 1903 году просто и концентрированно подал идею, что наука о старении и тема длительности жизни человека – интересная задача именно с точки зрения практической составляющей. «
3. Энергетическая гипотеза Макса Рубнера (1908), которая декларировала, что каждый организм способен переработать в течение жизни строго определенное количество энергии с учетом веса тела.