Новоселов В., Донцов В., Крутько В.

Основы геронтологии

© Новоселов В.М., Донцов В.И., Крутько В.Н., текст, 2024

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2024

* * *

Предисловие

Население планеты быстро постарело в течение ХХ века, и этот процесс продолжает набирать неумолимый ход. Этот глобальный процесс (количество людей старше 60 лет к 2050 году увеличится не менее чем в 3 раза и достигнет 2 млрд человек, когорта лиц старше 85 лет увеличится за тот же период в 4 раза, а количество долгожителей старше 100 лет – в 7 раз) ведет к существенным последствиям:

• увеличению соотношения числа людей, которые уже в силу возраста не могут участвовать в общественном производстве, и количества работающих;

• росту количества людей, имеющих возраст-ассоциированные заболевания, механизмы формирования которых встроены в механизмы старения, по сравнению с когортами практически здоровых лиц;

• увеличению количества людей, требующих постоянной медицинской и социальной помощи по сравнению с теми, кто может и должен оказывать эту самую помощь.

Во всем мире закономерно и значительно увеличатся затраты на диагностику и лечение возрастзависимой патологии, основной причины заболеваемости, болезненности, инвалидизации и смертности в подавляющем большинстве стран мира. Увеличение числа пациентов пожилого и старческого возраста с грузом хронических заболеваний, снижение работоспособности, как физической, так и когнитивной активности, нарушение социальной адаптации, повышение зависимости от постоянной помощи – все это требует особого внимания со стороны нашего государства, его институтов и всего научного общества.

Направленность усилий на активную и полноценную жизнь стареющего населения также является достойной и своевременной задачей для большого клинического сообщества нашей страны. Поэтому необходимы глубокие знания науки о старении (фундаментальной геронтологии) всем современным врачам и ученым. Данная книга, которую авторы, известные геронтологи нашей страны В. М. Новоселов, В. М. Донцов, В. Н. Крутько, позиционируют именно как учебник, посвящена основам геронтологии, она будет полезна студентам высшей медицинской школы, врачам различных специальностей, а также всем, кто хочет правильно выстроить понимание знаний о процессах старения.

Юрий Владимирович Конев,

врач-гериатр, доктор медицинских наук,

профессор кафедры поликлинической терапии

Московского государственного медико-стоматологического университета

Основные термины и сокращения

Активное долголетие – сохранение физической и психической работоспособности у людей пожилого и старческого возраста. Часто можно услышать об успешном старении, когда человек сохраняет здоровье и максимальную независимость от помощи в самом преклонном возрасте. Считать ли это нормой, когда мы видим, что подавляющее большинство людей по мере старения приобретают возрастзависимые заболевания, функциональные дефициты и зависимость от постоянной помощи, – сегодня острый вопрос фундаментальной геронтологии.

Антивозрастная медицина – новое и активно развивающееся направление в медицине, ставящее целью продление здоровой жизни людей, уменьшение груза возрастзависимых заболеваний и функциональных ограничений, снижение зависимости от медицинской и социальной помощи в старших возрастах.

Биологический возраст (БВ) – суммарный сохранившийся на данный возраст функциональный ресурс органов и систем. Рассчитывается в годах, соответствующих уровню возрастных среднестатистических показателей для данной возрастной когорты.

Биомаркер старения (БМ) – показатели старения, закономерно и значительно изменяющиеся с возрастом для всех представителей вида (без исключения) и имеющие малый межиндивидуальный разброс.

Возрастзависимые заболевания (ВЗЗ) или возраст-ассоциированные заболевания и синдромы, их часто еще называют возрастными болезнями, – это заболевания и состояния, проявления и тяжесть течения которых имеет тесную зависимость от возраста человека. Список довольно большой, наиболее частые: сердечно-сосудистые заболевания, диабет 2-го типа, нейродегенеративные заболевания – болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, – онкозаболевания, остеопороз и его клинические последствия – переломы, саркопения, динапения, синдром старческой хрупкости (старческой астении).

Геронтология – наука о старении, раздел биологии и медицины, изучающий закономерности старения организма, в т. ч. организма человека. Термин введен российским ученым, нобелевским лауреатом И. И. Мечниковым в 1903 году. Геронтология имеет максимально междисциплинарный подход, фундаментальный характер, но самое прикладное значение.

Геропротекторы (ГП) – средства и методы воздействия, увеличивающие ПЖ и ее здоровой составляющей, снижающие скорость и/или проявления процессов старения, увеличивающие МПЖ.

Долгожительство – период жизни в возрасте 90 лет и старше.

Жизнеспособность – устойчивость организма как к внешним, так и к внутренним повреждающим факторам.

Интенсивность смертности. Так как вероятность смерти всегда меньше 1 (100 %), используют не ограниченный сверху показатель интенсивности смертности как отношение числа доживших до предыдущего периода к дожившим до следующего оцениваемого периода (с периодом 1 год, 5 или 10 лет).

Максимальная продолжительность жизни (МПЖ) – возраст максимального дожития для особей данного вида. Считается, что можно МПЖ определять как зарегистрированную рекордную ПЖ в истории человечества. Но практически ввиду высокой сомнительности данных как об этом рекорде, так и о других рекордах (например, кавказское долголетие имело примеры дожития свыше 160 лет) лучше, видимо, определять как возраст вымирания стандартной когорты (100 000 человек). Также можно предложить использовать в качестве МПЖ возраст дожития до определенного процента от начальной когорты, например, до 1 % или 0,1 %.

Медиана ПЖ – возраст дожития 50 % родившихся.

Механизмы старения – конкретные проявления действия причины в конкретных условиях существования вида, они различны для разных клеток и тканей организма.

Общий закон старения. Снижение жизнеспособности (как и повышение вероятности гибели) с возрастом описывается формулой Гомперца (зависимость выведена в 1825 году), которая позднее была дополнена коэффициентом Мейкема. Этот коэффициент учитывает внешнюю или фоновую смертность, не зависящую от процесса старения.

Ожидаемая продолжительность предстоящей жизни (ОПЖ) – вероятностный показатель или прогнозируемое число лет, которое в среднем предстоит прожить человеку из когорты людей, доживших до определенного возраста, при условии, что уровни смертности во всех возрастах в будущем останутся такими же, как в рассматриваемом году.

Постарение населения – повышение доли старших возрастных групп в популяции, причинами которого являются два процесса: снижение рождаемости и рост продолжительности жизни.

Прогерии – это крайне редкая и одновременно неоднородная группа синдромов ускоренного старения: аутосомно-доминантное расстройство, синдром Хатчинсона-Гилфорда (или детская прогерия) и синдром Вернера (о нем часто говорят как о прогерии взрослых).

Скорость старения – скорость повышения интенсивности смертности с возрастом. Видовой признак, как и продолжительность жизни (ПЖ). Количественно вычисляется по коэффициентам формулы Гомперца, наклону кривой интенсивности смертности (в полулогарифмических координатах экспонента превращается в линейность) и по приращению интенсивности смертности (разница соседних значений интенсивности смертности). График скорости старения представляет собой прямую (в полулогарифмическом масштабе) с периода окончания роста и развития (15–20 лет) до возраста долгожительства (90–95 лет). После границ этого возраста снижается скорость старения или появляется большое количество недостоверных данных с завышенными возрастами, что, судя по большому количеству разоблаченных долгожителей, более вероятно.

Смертность – результат уязвимости организмов от внешних и внутренних повреждающих факторов. Характеризуется вероятностью смерти для данного возраста и показателем интенсивности смертности.

Старение – механизмы и процессы, ведущие к снижению жизнеспособности с возрастом, проявляющиеся повышением уязвимости организма и риска его гибели от любых причин.

Стохастические процессы – вероятностные, случайные процессы, не имеющие в геронтологии конкретных и точно оформленных механизмов, как и точной причины.

Функциональный БВ (ФБВ) – показатели БВ, измеряемые по состоянию функций организма, могут существенно изменяться в ходе тренировок (сила кисти, скорость бега и ходьбы, жизненная емкость легких, когнитивные способности и пр.).

Энтропия. Несмотря на то, что термин имеет множество значений, в геронтологии – это мера неупорядоченности структурных элементов системы, которые противостоят принципам этой организации. Часть геронтологов признает закономерное повышение энтропии в онтогенезе как основную причину старения организма.

Наука о старении

Определение геронтологии

Геронтология (от греч. γέρον, γέροντος – «старец» и logos – «учение») – раздел биологии и медицины, изучающий закономерности старения живых организмов – биологические, физиологические, генетические. В центре внимания этой науки – изучение старения вида Homo sapiens, у которого также изучают психологические, социальные, культурные, экономические стороны процесса старения. Само определение термина «старение» носит крайне разнородный характер, в него часто пытаются включить причины, механизмы, проявления и эволюционную значимость феномена. Термин фактически не имеет границ, а сам он возник задолго до научного изучения феномена старения.

Гносеология – наука о сущности и методах познания – указывает, что в определении любого понятия, явления прежде всего должна отражаться его сущность. Сущность проявлений старения как разрушительного процесса была известна с древности и определялась философами как «утрата жизненной силы» или «энтелехии» Аристотеля. В настоящее время необходимым и достаточным определением старения служит снижение общей жизнеспособности организма с возрастом. Жизнеспособность – это устойчивость организма к внешним и внутренним повреждающим факторам, уровень сохранения функций органов и систем организма для определенного возраста. Можно сказать, что жизнеспособность – это адаптационные возможности организма конкретного возраста в процессе его индивидуального развития. Отсюда следует вывод, что старение есть онтогенетический процесс, под которым понимается индивидуальное развитие организма от зачатия до окончания его жизни.

Причина старения любых сложных систем известна как 2-й закон термодинамики: со временем энтропия (мера хаоса) любой системы только повышается, на смену порядку приходит хаос и последующий распад системы. Живые системы самовосстанавливаются, поглощая энергию и вещества из внешней среды. За счет метаболизма, клеточного деления и регенерации осуществляется восстановление молекул, сложных структур органов и тканей. Таким образом, причина старения живых систем (организмов) – недостаточная степень самообновления. Часть клеток не делится (нервные клетки), не происходит полная репарация и регенерация всех повреждений. Есть организмы, у которых обновляются все структуры – они не стареют (например, малоподвижный полип гидра), и с возрастом вероятность их гибели не растет. Стоит обратить внимание, что это не означает, что гидры не погибают, вернее всего сказать так: их гибель зависит не от их возраста, а от других факторов внешней среды.

Из сущности явления обычно можно вывести и его количественное исчисление: так, учитывая количественное снижение уровня физиологических функций с возрастом, можно количественно измерять скорость старения (БВ). Так как снижение жизнеспособности означает повышение уязвимости, то для популяции вероятность смерти в определенном возрасте служит количественным показателем скорости старения для этого возраста.

Содержанием процесса старения являются конкретные структурные изменения на всех уровнях организма, от молекулярного до органного и системного. Это же отражается на ухудшении всех функций организма.

Таким образом, можно дать определение старения – это естественный процесс снижения общей жизнеспособности организма с его возрастом, проявляющийся повышением уровня его уязвимости.

В геронтологии соединились самые разные научные подходы и научные дисциплины. Это одно из самых междисциплинарных знаний, которое включает следующие фундаментальные дисциплины: общую биологию, молекулярную биологию, эволюционную биологию, генетику, биохимию, физиологию, патофизиологию, гистологию, демографию и социологию, психологию и гериатрию, а также формирующиеся в настоящий момент антивозрастную медицину и фармакологию.

К изучению проблемы старения и расширения границ видовой продолжительности жизни человека традиционно примыкает множество самых различных как научных, так и паранаучных направлений (например, биохакинг).

История развития геронтологии

История вопроса создания любой науки, особенно такой молодой, но одновременно уходящей корнями в древность, как геронтология, очень важна, ведь именно она позволяет не только посмотреть назад и оценить, как далеко мы ушли от поисков философского камня, сколько понять траекторию движения в будущее.

В истории геронтологии можно выделить три этапа.

Первый (донаучный) этап длился с момента осознания человеком своего старения и желания продлить свою жизнь до начала появления первых научных работ ХIX века, которые мы упоминаем и сегодня.

Основой современных научных воззрений на сущность жизни и бытия вообще является учение о развитии, изменении, эволюции, прогрессе всего сущего, что, впрочем, было известно еще в глубокой древности: «Все находится в движении, все течет, нет отдыха и покоя» (Гераклит Эфесский, 480 год до н. э.). Но почему, наряду с несомненным прогрессом и усложнением жизни в целом, мы всюду встречаемся и с его противоположностью – старением? Интерес к общим теориям старения отражает именно этот глубинный взгляд на фундаментальные основы бытия.

Гиппократ (около 460 года до н. э. – около 370 года до н. э.), заложивший основы медицины именно как науки, имя которого связано с медицинскими трактатами, известными нам как «Гиппократовский корпус», уже указывал на болезни старости. Это говорит о том, что и в древности люди доживали до преклонного возраста. В трудах выдающегося римского врача Галена (129 год – около 216 года н. э.) также есть вопросы, которые мы сегодня можем с уверенностью отнести к гносеологии геронтологического знания. Гален рассматривал процесс старения как естественный процесс, продолжающийся всю жизнь человека; он указывал, что путь к старости индивидуален, а здоровье с юности – основа крепкого здоровья в старости.

Гален считал, что профилактика болезней, ходьба, умеренный бег и простая диета – основа здоровой старости. Он уверенно полагал, что в организме происходят постепенные процессы разрушения за счет внутренних проблем и что причины этого разрушения присутствуют в организме с самого начала. Стоит обратить внимание на то, что этот римский врач приводит два случая долголетия: доктора Антиоха, который все еще практиковал после восьмидесяти лет, и Телефуса, который дожил до 100 лет с хорошим качеством жизни (эти и другие подобные примеры доказанного дожития до возраста старости и даже долголетия разбивают любые представления о том, что раньше люди долго не жили; вероятно, по данному вопросу стоит всегда давать более подробные пояснения). Гален отмечает, что их достижения в ПЖ иллюстрируют успех принципов, которые он изложил в своих трудах. Одновременно он посмеивался над теми, кто утверждал, что может продлить жизнь на неопределенный срок. Смерть, подчеркивал Гален, неизбежна, поскольку «тело само по себе ухудшается», но жизнь все-таки может быть продлена.

Позднее, в IX веке, трактат Галена о гигиене был переведен Хунайном ибн Исхаком на арабский язык. Основные принципы в отношении ухода за престарелыми людьми опубликовал и Авиценна в 1025 году в своем «Каноне медицины».

Позднее, уже в 1489 году, появилась «Gerontocomia» итальянского анатома Zerbi, в 1536 году появляется монография Van Stromer. Философ Bacon (Фрэнсис Бэкон, 1561–1626) также уделял внимание вопросам старости. Затем были труды Floyer (1725), Fisher (1754, 1760, 1762), Seiler (1799), Meckel (1800), Philites (1808), Canstant (1836), Durant-Fardel (1854), Charcot (1874).

Одним из древнейших объяснений главной причины старения как явления, присущего живым организмам, явилось учение о «жизненной силе (тепле)» («энтелехия» Аристотеля), которая имеет тенденцию только растрачиваться со временем, не обновляясь, для любого родившегося организма.

По Бюргеру, эта «энтелехия» проявляется в виде двух зачатков – жизни и смерти. Эти представления послужили основой развития всего комплекса теорий «изнашивания» организма – от Мопа (1888) и Гертвига (1914), считавших, что «организм изнашивается, как машина», до современных теорий изнашивания, искавших конкретный материальный субстрат такого «изнашивания» – изнашивание уникальных клеток, генов и пр.

Нельзя не видеть преемственности между термином «жизненная сила» и терминами «жизнеспособность» и «жизненность», являющимися главными для медицины, биологии и геронтологии. Аналогичным образом двойственная «энтелехия» соответствует антагонистичности катаболизма и анаболизма, или противоположности системного процесса разрушительного старения и противостоящего ему комплекса приспособлений и повышения жизненности организма – «витаукта» (В. В. Фролькис, 1975).

Начало второго, научного, этапа определяется тем, что появляется метод количественной оценки процесса старения, т. е. у человечества появляется его цифровое обозначение. Известно, что там, где появляется цифровизация, и начинается любая наука. Интересно, что именно общая идея спонтанной утраты «жизнеспособности» является в настоящее время краеугольным камнем всей научной геронтологии. Эта идея была, в частности, положена в основу знаменитой формулы Б. Гомперца (1825), наиболее точно описывающей смертность человека и, видимо, большинства других организмов. Являясь специалистом по страхованию жизни, Гомперц теоретически вывел необходимую для его занятий формулу смертности; экспоненциальное повышение смертности с возрастом, что является наиболее общим свойством старения до настоящего времени, и лежит в основе определения термина старения как процесса, сопровождающегося повышением смертности с возрастом.

Б. Гомперц же отмечал сходство кривых изменения смертности и энтропии, а А. Комфорт в своей знаменитой, ставшей классической «Биологии старения» (1967) прямо пишет о том, что загадочная «энтелехия» и «жизненность» на современном уровне понимания могут быть сведены к достаточно конкретному, хотя и не вещественному субстрату: «В настоящее время представляется вполне вероятным, что информация, содержащаяся в клетках, и есть та самая “биологическая энергия”, существование которой предполагалось ранее и о которой думали, что она растрачивается с возрастом».

Большая серия работ по омоложению была выполнена на многоклеточных животных, обладающих хорошей способностью к регенерации утраченных частей тела. Так, в опытах Коршельта (1925) периодическое отрезание части тела у планарий приводило к регенерации утраченных частей и к 20-кратному продлению жизни. Еще бóльшие успехи были достигнуты в опытах на одноклеточных животных. Например, Гартман (1928) посредством 130 периодических ампутаций тела амебы сдерживал ее от деления и таким образом продлил жизнь в 65 раз.

Многими исследователями было показано, что целый ряд нарушений обмена веществ и функций органов и систем в стареющем организме являются обратимыми, что открыло путь для исследований по биостимуляции как отдельному направлению в геронтологии. Некоторые препараты клеточной и тканевой терапии, а также цитотоксические сыворотки, относящиеся к группе биологических стимуляторов, обладают высокой активностью и способностью замедлять процессы старения, активируя функции тканей. С целью активации элементов соединительной ткани и иммунной системы академик А. А. Богомолец в 1938 году разработал и внедрил в практику медицины антиретикулярную цитотоксическую сыворотку, которую успешно используют для замедления процессов старения. Академик В. П. Филатов предложил метод получения из животных и растительных тканей препаратов тканевой терапии, или неспецифических биостимуляторов.

Тесно примыкают к работам по биостимуляции исследования по влиянию стресса на старение. Разрабатывались целые теории, рассматривающие старение как «хронический стресс». Однако большее значение, видимо, имеет направление по изучению механизмов адаптации, когда стресс является только одним из этапов процесса адаптации в целом.

На важную роль иммунной системы в старении обращали внимание давно, в частности, великий русский иммунолог и биолог старения И. И. Мечников, но все попытки создать иммунные теории старения и даже выяснить конкретные механизмы влияния иммунитета на старение до последних лет оказывались несостоятельными.

Российский врач Иоганн фон Фишер (1685–1772), лейб-медик и главный директор медицинской канцелярии в Санкт-Петербурге, в своих книгах уделял внимание вопросам старости. Достойна упоминания деятельность и князя Парфения Николаевича Енгалычева (1769–1829), который написал монографию «О продолжении человеческой жизни, или Средство, как достигнуть можно здоровой, веселой и глубокой старости», эта книга пользовалась популярностью и неоднократно переиздавалась, впервые вышла в Москве в 1802 году.

Стоит подчеркнуть, что это были другие времена, когда даже названия болезней были другие, а врачи выделяли до 300 видов горячек и лихорадок. Это были времена, когда все было другое: не только названия болезней, но и сами болезни были другими, другие люди, другие врачи и, наконец, даже другой язык, например, респираторные заболевания описывались под различными названиями: «морового поветрия», «повальной болезни», «заразной горячки» и «катаральной лихорадки». Часто эпидемии гриппа, да и любые другие, шли в разделе общественного уклада как очередная Божья кара.

XVIII–XIX века были славным временем, когда Россия принимала множество иностранных медиков, которые становились истинно русскими не только врачами, но гражданами нашей страны. Ф. О. Рускони, С. И. Швенсон, И. П. Франк и, конечно, Яков Васильевич Виллие (1768–1854). Это имя – псевдоним, данное ему при рождении имя – Джеймс Уайлли. Последний приехал в Россию из Шотландии в конце 1790-х годов, начав службу с полкового врача, и не только тридцать лет возглавлял ВМА, был директором Медицинского департамента Военного министерства, но и участвовал в 50 сражениях.

До революции 1917 года изучением старения, тем, что сегодня называют геронтологией, в Российской империи занимались Н. А. Холодковский, И. Р. Тарханов, В. В. Завьялов, С. И. Метальников, Н. А. Белов и даже сам Д. И. Менделеев. После событий 1917-го изучение старения в нашей стране связано с именами А. А. Богомольца, М. С. Мильмана, И. И. Шмальгаузена и З. Г. Френкеля.

Современный этап развития геронтологии часто связывают с именем русского ученого И. И. Мечникова. Именно он концентрированно подал свою мысль, что у данной науки именно практические задачи – сделать так, чтобы человек жил дольше в состоянии здоровья. В моей библиотеке, в которой много дореволюционных изданий, есть его мировоззренческая книга «Этюды о природе человека», изданная в Москве в сентябре 1908 года, и это уже третье издание, что говорит о высокой популярности ученого и его идей в Российской империи до Первой мировой войны.

Опыты русского биолога Порфирия Ивановича Бахметьева (1860–1913) по изучению анабиоза при охлаждении рукокрылых вызвали огромный интерес в 1901 году именно в связи с возможным поиском путей долголетия для людей.

Начавшаяся более века назад Гражданская война в России (1918–1923), истоком которой был Октябрьский переворот 1917-го на исходе Великой войны (так в Европе называют Первую мировую), привела не только к бесчисленным жертвам народов нашей страны (оценки доходят до 22–25 млн человек), но и к эмиграции бесчисленного количества ученых и врачей, имен которых мы даже не знаем, но которые могли бы служить стране еще много и много лет. Среди них был и геронтолог В. Г. Коренчевский (1880–1959). Именно он позднее создал «Клуб изучения старения», который впоследствии назывался «Британским обществом по изучению старения». Владимир Георгиевич также стал основателем Международной геронтологической ассоциации.

В 1924 году в СССР издали книгу профессора Н. А. Белова, заведующего физиологической лабораторией Государственного института мозга и психической деятельности в Петрограде, «Физиология типов» (издательство «Красная книга») под редакцией выдающегося невролога и нейрофизиолога всех времен и народов академика В. М. Бехтерева (1857–1927) и с его предисловием. Тут речь шла именно о тех закономерностях, которых не хватает современной науке о старении, – о роли конституции (соматотипов) в оформлении клинической картины старости.

В нашей стране бурное развитие геронтологии, в том числе и экспериментальной геронтологии человека, закономерно началось именно в 1920-х, в период, когда не только в политической и общественной жизни зарождались новые идеи, но и в науке, и в медицине было заметно значимое ускорение. Возможно, что и сама революция была следствием ускорения и смещения информационного поля Земли.

Революционер-большевик, но не ленинского и не сталинского толка, причем с дипломом врача (до 1917 года в дипломах писали «лекарь»), А. А. Богданов (1873–1928) написал свою «Тектологию» (1913–1917), монографию, современную и сегодня с точки зрения методологии геронтологического знания: о механизмах дезорганизации, о регулирующих механизмах, о подвижном равновесии, о количественной и структурной устойчивости. Именно Богданов занимался переливанием крови с целью не только изучения довольно распространенной в те годы идеи «физиологического коллективизма», но и фактически это можно понимать как попытку повлиять на старение.

Именно этот теоретик-философ и геронтолог создал первый в мире институт переливания крови, который мы сегодня знаем как Национальный медицинский исследовательский центр гематологии МЗ РФ. И хотя его задачи были более широкими, чем они существуют в современном оформлении, тем не менее это выдающийся шаг в истории медицины и геронтологии России.

Быстро и комплексно решить проблему старения и «социалистической изношенности» (было и такое понятие), которая была присуща партийным работникам, предлагали взаимные переливания крови между молодыми и стариками (стоит упомянуть, что слово «старик» сегодня имеет несколько другое значение, тут, вероятно, речь шла о людях, которых мы сегодня называем пожилыми, и даже о людях зрелого возраста). С одной стороны, акцент в данных операциях делался на омоложении старых большевиков, с другой – молодежь вместе с кровью приобретала бы идейный опыт старших. В этом контексте показательной являлась особая категория пациентов, состоявшая из ветеранов партии: М. И. Ульяновой (1878–1937), В. А. Базарова (1874–1939), А. М. Стопани (1871–1932), Н. И. Кучменко (1878–1939), И. В. Цивцивадзе (1881–1941), В. Ф. Плетнева (1886–1942). В категорию «молодых» входили студенты и комсомольцы, одним из которых был сын А. А. Богданова А. А. Малиновский (1909–1996), один из членов секции геронтологии МОИП при МГУ. Предполагалось, что в итоге ветераны партии передают свою «голубую кровь» подрастающему поколению, связывая молодежь «кровными узами» с проверенными борцами за истинный коллективизм.

В 1928 году в статье об умершем директоре института его друг, соратник и ученик А. А. Богомолец утверждал, что «основная идея А. А. Богданова получила… полное подтверждение в результатах исследованиий, проведенных им и его сотрудниками», что «стимулирующиий эффект переливания крови» экспериментально доказан. На этом фактически московский период в советской геронтологии заканчивается и начинается украинский этап: сам ученый, которого можно по основному научному интересу назвать геронтологом, переезжает в Киев, где создает Институт экспериментальной биологии и патологии Наркомздрава УССР и Институт физиологии. В 1930 году А. А. Богомолец был избран президентом Академии наук Украинской ССР. В 1938 году ученый, уделявший в процессах старения большое внимание роли именно соединительной ткани, издает книгу «Продление жизни», по его инициативе проходит первая конференция по изучению механизмов старения и проведению профилактических мероприятий.

Как вспоминал американский геронтолог Денхам Харман (1916–2014), старением он впервые заинтересовался в декабре 1946 года, когда его жена Хелен показала ему статью «Завтра ты сможешь помолодеть» в Ladies' Home Journal. Автор статьи, научный обозреватель газеты New York Times, с восторгом рассказывал о работах советского ученого А. А. Богомольца и его антиретикулярной цитотоксической сыворотке. Английский перевод книги А. А. Богомольца «Продление жизни» (1938) был в тот год издан в Нью-Йорке. Много позднее, в 1970 году, именно Харман стал одним из основателей Американской ассоциации антистарения (AGE). Он же был тем, кто первым сформулировал концепцию о роли свободных радикалов в процессах старения, при атеросклерозе и в развитии болезни Альцгеймера.

В те же годы советский ученый Николай Маркович Эмануэль, независимо от американцев, выдвинул гипотезу о том, что свободные радикалы могут играть роль в онкогенезе и росте опухолей. Николай Маркович и его сотрудники в Институте химической физики АН СССР первыми в СССР успешно применили ингибиторы свободнорадикальных реакций для замедления старения экспериментальных животных.

В 1957 году ученые, понимающие важность изучения старения, В. В. Алпатов, И. А. Аршавский, Ж. А. Медведев и Л. В. Комаров организуют секцию геронтологии МОИП при МГУ. До Октябрьского переворота это сообщество исследователей и ученых разных направлений называлось Императорским натуралистическим обществом при Императорском Московском университете (ИМУ), оно было создано в 1805 году. Первые результаты работы секции отражены в материалах двух Всесоюзных совещаний МОИП 1959 и 1960 годов: «Проблемы долголетия» (МОИП, 1962) и «Проблемы старения и долголетия» (Труды членов секции геронтологии МОИП, 1966). Секцию геронтологии МОИП по праву можно считать национальным достоянием России, это уникальный феномен в развитии отечественной геронтологической мысли.

В том же 1957 году создается Ленинградское научное общество геронтологов и гериатров, а следующем, 1958 году в СССР создается Институт геронтологии и экспериментальной патологии АМН СССР, ныне это Институт геронтологии им. Д. Ф. Чеботарева Национальной АМН Украины. Советский период этого НИИ тесно связан с именами В. В. Фролькиса и Д. Ф. Чеботарева. В 1963 году учреждено Всесоюзное научно-медицинское сообщество геронтологов и гериатров.

В начале 1970-х годов окончательно формируется ленинградская школа геронтологии (И. И. Лихниц-кая, Э. С. Пушкова, Т. В. Карсаевская, В. М. Дильман, В. Н. Анисимов, Р. Ш. Бахтияров). В 1972 году Л. В. Комаров организует секцию «Биологии старения» при Научном совете АН СССР «Физиология», создает Международную ассоциацию «Искусственное увеличение видовой продолжительности жизни» и журнал Rejuvenation («Омоложение»). В 1972 году проходит Всесоюзный съезд по геронтологии. Затем будет еще три съезда: в 1976, 1982 и 1988 годах.

В 1971 году член секции геронтологии МОИП при МГУ биолог А. М. Оловников выдвигает гипотезу концевой недорепликации (маргинотомии). При этом он выдвигает ряд постулатов, пять из которых были успешно подтверждены (за разработку и подтверждение этой гипотезы в 2009 году была вручена Нобелевская премия трем американским исследователям). Сегодня, когда теория о сокращении теломер при старении клеток хорошо известна любому, кто интересуется темой, должен сказать, что в наши дни сам Алексей Матвеевич не считает, что именно этот процесс лежит в основе старения целостного организма.

В 1975 году в НИИ химической физики АН СССР организуется лаборатория количественной геронтологии под руководством Т. Л. Наджаряна. В том же году начинаются семинары по фундаментальным проблемам геронтологии. В 1984 году в Москве начинают печататься сборники ВИНИТИ по биологии старения. Их будет издано три: в 1984 году – по биологическим проблемам старения, в 1986 году – по замедлению старения, сборник 1987 года посвящен популяционной геронтологии. ВИНИТИ также по подписке начинает выпускать реферативный сборник «Биология старения», который выглядел как отдельные карточки на плотной, почти картонной бумаге, где каждая была посвящена одной из статей по геронтологии или гериатрии. Подавляющее число карточек были переводами резюме статей из англоязычных журналов.

В 1986 году в Ленинграде открывается первая в СССР кафедра гериатрии (сегодня это кафедра гериатрии в Северо-Западном государственном медицинском университете им. И. И. Мечникова).

К концу 1980-х годов заканчивается второй этап развития геронтологии и начинается следующий, третий, этап. Он характеризуется тем, что научная проблема изучения старения как феномена становится общемировой проблемой старения (постарения) населения; человечество начинает замечать геронтологию как науку, задачей которой становится борьба за здоровье и долголетие пожилых людей, которых становится все больше. Одновременно произошло формирование геронтологических научных школ. Например, в СССР окончательно сформировались пять школ советской геронтологии, каждая со своим, отличающимся от других лицом: киевская, московская, ленинградская, харьковская и минская. На данном этапе ученые начинают пытаться систематизировать научные знания, гипотезы и теории старения.

Социально-политические сдвиги и последующий распад СССР нанесли советским школам геронтологии жесточайший и непоправимый удар – молодежь уезжает, ученые берутся за любую работу, чтобы не только получить финансирование, но и физически выжить. Конечно, остановились все исследования по изучению старения, разорвалась связь научных поколений.

В 1992 году в Санкт-Петербурге организуется Институт биорегуляции и геронтологии. В этом же году к. м. н. Любовь Давидовна Иткина выступает инициатором создания Московской ассоциации «Геронтология и гериатрия». В 1994 году образуется Геронтологическое общество (председатель – профессор В. Н. Анисимов), которое в 1995 году получает статус при РАМН, а в МЗ РФ вводится новая специальность врача-гериатра.

В 1996 году в Самаре организованы НИИ «Международный центр по проблемам пожилых» и первая в стране додипломная кафедра гериатрии. А в следующем, 1997 году, в соответствии с приказом Министерства здравоохранения Российской Федерации № 55, сформирован Научно-исследовательский институт геронтологии Минздрава России (в наши дни это Российский геронтологический научно-клинический центр). В этом же году геронтологическое общество при РАН становится членом Международной ассоциации геронтологии и гериатрии, созданной покинувшим Россию с отступающими войсками добровольческих армий за три четверти века до этого В. Г. Коренчевским.

В 1999 году в Самаре состоялся Первый Российский съезд геронтологов и гериатров. По инициативе Геронтологического общества при РАН вводится научная специальность 14.00.53 – «геронтология и гериатрия». Также организованы два диссертационных совета в Москве и Санкт-Петербурге, затем – в Новосибирске.

По приглашению Программы старения ООН российские ученые участвовали в подготовке Программы исследований по старению в XXI веке, которая легла в основу международного плана действий по старению, принятого на II Всемирной ассамблее по старению в Мадриде в 2002 году, и Программы исследований старения в Европе.

После развала СССР в России осталось две геронтологических школы, московская и питерская, каждая со своим неповторимым лицом. Однако сформированы и продолжают формироваться вокруг своих лидеров новые интересные школы в Новосибирске и Екатеринбурге, в Сыктывкаре и Петрозаводске.

Ежегодно с момента основания в 1957 году и по нынешнее время издается сборник трудов секции геронтологии МОИП при МГУ, сама секция за время своего существования на конец 2023 года провела 520 заседаний. Издаются журналы «Успехи геронтологии» и «Клиническая геронтология», в 2020 году начал издаваться «Российский журнал гериатрической медицины», что показывает рост интереса врачебного сообщества к темам клинического оформления старости.

В информационном поле на третьем, современном, этапе развития геронтологии произошло то, что и должно было закономерно произойти: клиническое сообщество и отдельные врачи все больше внимания обращают на фундаментальную геронтологию, а биологи – на клиническую патологию старости. Это характерная особенность современного этапа развития геронтологии.

Определение старения

Определение глобального явления старения было известно с глубокой древности – старение как снижение жизненной силы с возрастом. Современное общее определение старения как снижения общей жизнеспособности с возрастом фактически мало чем отличается от этого. В наиболее общем виде жизнеспособность – это поддержание структуры и функций сложной биологической системы (организма) во времени. Самопроизвольное направление изменения информации со временем тесно связано в глобальном смысле с законом нарастания энтропии.

Энтропия и информация связаны между собой через понятие вероятности: «естественная» вероятность направления (био)химических (и любых) событий во времени ведет к достижению хаоса как наиболее вероятного события (уже неизменяемого), что известно как 2-й закон термодинамики в физике (хотя имеет более общий смысл – как самопроизвольная деградация любых сложных систем). Общий механизм такого пути (глобальный механизм действия энтропии) – случайные (стохастические), вероятностные процессы, направляемые в сторону деградации законом повышения энтропии систем.

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): «Есть много теорий, призванных объяснить характер старения, и существуют разные системы их классификации. Однако все теории старения можно разделить на две принципиально различные категории: стохастические теории старения (пассивное накопление случайных ошибок или “износ” тела) и теории запрограммированного старения (старение как активный и неслучайный процесс)».

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. «Наука не только не имеет никакого средства против старости, но она даже почти ничего не знает относительно этого периода жизни человека и животных».

3. Энергетическая гипотеза Макса Рубнера (1908), которая декларировала, что каждый организм способен переработать в течение жизни строго определенное количество энергии с учетом веса тела.

4. Учение о тектологии А. А. Богданова (Малиновского). Он утверждал, что в организме действуют две противоположные тенденции: повышение устойчивости вследствие интеграционных процессов, стремление к равновесию и понижение устойчивости, вызванное появлением «системных противоречий».

5. Гипотеза лидера советских эволюционных морфологов и эмбриологов И. И. Шмальгаузена, рассматривающая старение в эволюционном аспекте.

6. Гипотеза накопления мутаций. Была впервые выдвинута в 1954 году физиком Лео Сцилардом, который, наблюдая за действием радиации, пришел к выводу, что она ускоряет процессы старения.

7. Свободнорадикальная теория старения Д. Хармана.

8. Теория катастрофы ошибок Л. Оргела.

9. Иммунологическая гипотеза Р. Уолфорда.

10. J. Bjorksten рассматривал перекрестные сшивки как основу возрастных изменений. Автор утверждает, что в организме присутствует достаточное количество потенциальных сшивающих агентов, которые и делают процессы старения неизбежными.

11. Гипотеза накопления мутаций, предложенная П. Медаваром, дает оценку феномену старения как побочному итогу процесса естественного отбора. Вероятность размножения индивидуума зависит от его возраста, достигая пика сразу после наступления половой зрелости, после чего она уменьшается в связи с увеличением вероятности смерти как от внешних, так и от внутренних причин. Вредные мутации, которые проявляются поздно в жизни, в возрасте, до которого большая часть популяции не доживает, будут испытывать значительно меньшее эволюционное давление, потому что их носители уже передали свои гены следующему поколению и уменьшение числа наследников из-за этих мутаций незначительно.

12. Теория ограничения клеточного старения Л. Хейфлика объясняет старение организма снижением пролиферативного потенциала клеток.

13. Теломерная гипотеза А. М. Оловникова или теория маргинотомии – отсчета клеточных делений и старения вследствие недорепликации последовательностей ДНК теломерных участков на концах хромосом. Гипотеза подтверждена, лежит в основе большого направления в биологической науке и только уже поэтому может считаться теорией.

14. Гипотеза свободнорадикального редокс-таймера В. К. Кольтовера – это концепция детерминированной надежности биосистем, согласно которой основной причиной старения служит генетически запрограммированный дефицит надежности функциональных элементов всех уровней организации.

15. Термодинамическая гипотеза старения А. И. Зотина.

16. Эпигенетические гипотезы старения.

17. Элевационная теория В. М. Дильмана о первичности гипоталамической регуляции онтогенеза и ординарном формировании возрастзависимой патологии. Иногда о ней говорят как о нейроэндокринной теории Дильмана, в которой организация развития и старения обеспечивается центральным регуляторным пейсмейкером. Подтверждена бесконечным множеством работ и клинической практикой и, без сомнения, является одной из самых узнаваемых теорий старения.

18. Гипотеза М. В. Благосклонного продолжает и развивает теорию В. М. Дильмана в рамках парадигмы «старение – продолжение процесса развития». Автор утверждает, что первопричина старения – не в накоплении молекулярных повреждений, а итог неадекватной активации сигнальных путей, первичной в отношении которых является гиперфункция гипоталамических центров.

19. Гипотеза феноптоза В. П. Скулачева, который считал, что старение организма есть особая биологическая функция, а не результат поломки сложной живой системы.

20. Теория ограниченной пролиферации А. Н. Хохлова.

21. Гипотеза антагонистической плейотропии Дж. Вильямса, согласно которой старение способствует выживанию в раннем возрасте, например, ограничивая развитие онкозаболеваний, но в конечном итоге ограничивая продолжительность жизни по мере накопления дисфункциональных стареющих клеток.

22. Гипотеза одноразовой (расходной) сомы Т. Кирквуда и Р. Холлидея была предложена в попытке создать основу для объяснения вариаций продолжительности жизни и старения у животных различных видов. Гипотеза предполагает, что организмы тратят силы на жизнеобеспечение и репарацию своей сомы в соответствии со своими ожиданиями относительно будущей продолжительности жизни и возможностей для размножения. У разных видов существует необходимость поддерживать свою сому на протяжении разных промежутков времени.

23. Адаптационно-регуляторная гипотеза В. В. Фролькиса.

24. Новая иммунная теория В. И. Донцова: регуляция клеточного роста и деления в целостном организме представляет собой центральный механизм роста, развития и старения организма. Морфологическим субстратом главного механизма старения могут являться регуляторные центры гипоталамуса. Случайная по своей природе скорость гибели стимулирующих клеточных популяций в регуляторных центрах может определять скорость старения.

25. Термодинамическая теория Г. П. Гладышева на основе положения о свободной энергии Гиббса – теория биологической эволюции и старения живых существ. Автор полагает, что второго начала термодинамики в формулировке Р. Клаузиуса и Дж. У. Гиббса, закона временных иерархий, принципа стабильности вещества и ряда их хорошо известных положений вполне достаточно для выявления «движущих сил» развития и старения живых организмов.

26. Редусомная (она же редумерная) гипотеза А. М. Оловникова. Редусомы – это гипотетические перихромосомные частицы, возникающие при дифференцировках в ходе морфогенетического развития организма. Покрытая белками линейная молекула ДНК редусомы – это копия сегмента хромосомной ДНК. Редусомы расположены преимущественно в субтеломерных регионах хромосом. Подобно теломерной ДНК, линейная ДНК редусомы с течением времени укорачивается. Укорачивание молекул редусомной ДНК меняет с возрастом уровень экспрессии различных хромосомных генов и благодаря этому служит ключевым средством измерения биологического времени в онтогенезе и процесса старения как его части. До настоящего времени не является подтвержденной.

27. Теория системной эндотоксинемии и эндотоксиновой агрессии М. Ю. Яковлева, который рассматривает воспаление и старение как звенья одной цепи в системе иммунного ответа.

28. Метрономная гипотеза А. М. Оловникова, предполагающая в итоге первичность нейрогенных механизмов старения. Сама гипотетическая система состоит из серии компонентов: вентрикулярной системы мозга, самой планеты как участницы генерации метрономных сигналов и темпоральной ДНК как субстрата, эпигенетически маркируемого для учета истекшего времени онтогенеза. Метрономный эффект возникает благодаря наложению двух процессов: пристеночного однонаправленного потока спинномозговой жидкости и осцилляций в движениях планеты. Гидродинамические удары метронома трансформируются в нервные импульсы, которые инициируют акты эпигенетической модификации Т-ДНК в нейронах, меняя содержание факторов, экспрессируемых этой ДНК для иннервируемых мишеней организма. На эти эпигенетические акты могут также влиять факторы, способные модулировать метаболизм и темп модификаций хроматина. Гипотеза не подтверждена.

29. Парадигма отсутствия каких-либо специализированных механизмов старения доктора В. М. Новоселова предполагает существование только механизмов жизнеобеспечения. Из этого следует вывод, что все как физиологические, так и патологические механизмы организации онтогенеза участвуют в механизмах старения на всех уровнях от субклеточного до целостного организма и даже общества. Само старение – это проявление сужения окна адаптационных возможностей во времени после завершения этапа формирования организма.

30. Информационная концепция Д. Синклера.

31. Вирусная гипотеза П. Лидского.

32. Обобщенные (синтетические, синкретические) теории старения – частое явление в развитии научной мысли в геронтологии. Можно даже ввести термин «современный геронтологический синкретизм».

При глубоком обсуждении гипотез старения часто выясняется, что авторы, по сути, говорят не о старении, а о продолжительности жизни видов и о том, какие механизмы участвуют в ее обеспечении.

Теории и гипотезы стохастической природы старения

К группе стохастических теорий можно отнести теории накопления мутаций Сциларда и модели катастрофы ошибок Оргеля. В этих теориях было объяснено возрастное экспоненциальное увеличение смертности, которое соответствует экспоненциальным накоплениям мутаций вследствие повреждений в генах систем репликации и репарации ДНК.

Механизмами стохастических повреждений часто называют сшивки макромолекул, гликирование, повреждение свободными радикалами и т. д., что рассматривается как накопление ошибок, снижающих функциональную активность клеток. Среди таких теорий наиболее известна свободнорадикальная теория Хармана. Свободные радикалы и связанные с ними окислители, в основном образующиеся в митохондриях, являются, согласно этой и целой группе теорий, главными в индукции и ускорении как процесса старения, так и возрастзависимых патологий. Однако высокие дозы антиоксидантов как в экспериментах, так и в клинике, которые должны были бы оказывать благотворный эффект на старение, по факту не оказывают такого воздействия ни на процесс самого старения, ни на возрастные заболевания. Вместо этого была выявлена роль активных форм кислорода (АФК) в качестве внутриклеточных регуляторов. Теория свободных радикалов сыграла важную роль в науке о старении, но к настоящему времени основные ее постулаты не подтверждены.

Повреждение клеток может происходить как из-за внешних влияний, так и из-за внутренних метаболитов, которые нестабильны и реактивны, и, следовательно, склонны вызывать различные неферментативные повреждения. Накопление самопроизвольно полимеризующихся веществ и случайные модификации в длительно существующих структурах рассматриваются как достаточная причина процесса старения во многих теориях.

Среди теорий, которые пытаются объяснить старение с эволюционной точки зрения, центральными являются две: антагонистическая теория плейотропии (Williams, 1957) и теория одноразовой сомы (Kirkwood, 1977). Эти стохастические теории основаны на теории накопления мутаций, согласно которой экспрессия вредных мутаций опасна в основном после определенного возраста (Medawar, 1952). Медавар предположил, что сила естественного отбора в дикой природе падает с увеличением хронологического возраста. В результате естественный отбор теряет эволюционную способность устранять такую индивидуально неблагоприятную черту, как старение. Однако экологические наблюдения показывают, что, с одной стороны, до старости в естественных условиях практически не доживает никто в популяции; с другой стороны, с возрастом вероятность смерти даже снижается ввиду накопления практических навыков выживания или просто ввиду увеличения массы (например, у крокодилов и аллигаторов гибель в первые годы жизни несравнимо выше, чем у взрослых).

Развивая идею Медавара, что эволюционный эффект старения невелик, Уильямс выдвинул эволюционное объяснение происхождения этого процесса в виде гипотезы антагонистической плейотропии старения (Williams, 1957). Плейотропия означает, что один ген может контролировать более одного признака. Теория утверждает, что плейотропные аллели, которые хороши для молодого организма и поэтому могут распространяться по популяциям, могут быть плохими для старых организмов, инициируя их старение. Теория антагонистической плейотропии не объясняет, однако, почему симптомы старения очень похожи у разных видов, имеющих как очень разную продолжительность жизни, так и разную физиологию.

Теория одноразовой сомы Кирквуда утверждает, что взрослый организм снижает соматические процессы, направляя ресурсы в увеличение репродуктивных усилий. Длительность жизни эволюционно регулируется через равновесие между функциями восстановления и скоростью накопления повреждений (Kirkwood, 1977, 2016). Как и другие теории метаболического компромисса, теория Кирквуда предсказывает обратную корреляцию между плодовитостью и продолжительностью жизни. Но такой связи не наблюдалось ни у человека, ни у многих животных.

По мнению Хейфлика, стохастические события определяют старение как живой, так и неживой материи благодаря второму закону термодинамики (Hayflick, 2016). Однако прямое применение этого принципа игнорирует саму сущность жизни – процессы самовосстановления, что при полноценности их позволяет некоторым видам не подвергаться старению (всем известный пример гидры: ее смертность не зависит от возраста).

Теории запрограммированного старения

Успехи биологии развития, достигнутые на рубеже XIX и XX веков, несомненно, оказали влияние на исследователей старения: поскольку организм развивается по программе, казалось рациональным предположить, что и старение тоже должно иметь программу.

Уоллес, один из первооткрывателей эволюции путем естественного отбора, предположил, что старение запрограммировано; он выдвинул предположение, что долголетие, превышающее возраст потомства, невыгодно для вида: «Родители, произведя достаточное количество потомков, становятся помехой для этих потомков, конкурируя с ними за пищу. Естественный отбор выбраковывает родителей и во многих случаях дает преимущества тем расам, представители которых умирают почти сразу же после того, как произвели потомство».

Майнот искал причину старения в прекращении роста и дифференциации. Вейсман предположил, что такая программа может иметь эволюционную цель: высвободить ресурсы для потомства, несущего новые полезные черты (Weismann, 1882), а также предложил цитологическую причину, которая ограничила бы продолжительность жизни: существование пределов деления клеток. В настоящее время это предположение известно как предел Хейфлика, который связан с укорочением теломер. Следует отметить, что мыши, получавшие теломеразу, как в 1 год, так и в 2-летнем возрасте имели увеличение продолжительности жизни на 24 и 13 % соответственно; этого, однако, мало для объяснения всего процесса старения.

В теории феноптоза, которая развивает теории Вейсмана, Скулачев предполагал, что биологической причиной старения и смерти является запуск программы саморазрушения организма (феноптоза). Это, как и все теории старения, требует существования таймера – «часов возраста». Интересно, что стохастические события (например, действие активных форм кислорода, гибель митохондрий, прогрессирующее гликирование) были предложены в качестве механизма функционирования таймера, контролирующего запрограммированное старение. Кольтовер предложил свободнорадикальный редокс-таймер, который контролирует продолжительность жизни (Koltover, 2017).

В процессе старения существенную роль играют гормоны, которые важны для самого процесса развития организма. Хертог рассматривал старение как синдром множественной гормональной недостаточности, так как многие заболевания старения (в том числе и сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, остеопороз, деменция и пр.) аналогичны последствиям дефицита гормонов, а большинство признаков старения (формирование избытка свободных радикалов, гликирование, сшивающие белки, накопление «отходов» метаболизма, иммунодефицит и т. д.) могут быть вызваны недостатками многих гормонов (Hertoghe, 2005).

В элевационной теории Дильмана (Dilman, 1971; 1992) старение рассматривается как продолжение программы развития. Дильман постулировал, что старение основано на постепенном повышении гипоталамического порога вследствие снижения чувствительности гипоталамуса к тормозящим сигналам обратной связи со стороны периферических гормонов. Постепенное снижение такой чувствительности гипоталамуса необходимо для развития, и тот же процесс затем приводит к гиперфункции гипоталамуса, провоцируя как старение, так и болезни старости, в том числе климакс и сопровождающие его расстройства.

Согласно М. Благосклонному, старение не программируется, а является продолжением программы развития, которая сохраняется в дальнейшем и становится гиперфункциональной и бесцельной псевдопрограммой (Благосклонный, 2013). Снижение сигнала со стороны mTOR продлевает продолжительность жизни грызунов и снижает начало старения, но не меняет форму кривой смертности. Важно, что стабильность формы кривых выживания лучше интерпретируется как проявление программы, а не как результат стохастических событий.

Иммунная система часто рассматривается как часть нейроэндокринноиммунной оси. Согласно теории воспаления, дисбаланс между про- и противовоспалительными путями в иммунной системе является движущей силой ряда возрастных заболеваний (Fulop et al., 2018). Поскольку дисбаланс имеет черты системного процесса, теорию можно отнести к теориям программируемого старения.

В теломеразной теории клеточного старения (Оловников, 1971) впервые была сформулирована проблема недостаточной репликации конца ДНК, или маргинотомии; было предсказано укорочение теломер при репликации клеток и интерпретация предела удвоения клеток, или предела Хейфлика; показано, что зародышевые и раковые клетки экспрессируют специальную форму ДНК-полимеразы, компенсирующую укорочение теломер; также кольцевая форма бактериального генома объяснена как способ защиты генома от недорепликации конца ДНК. Теория затем была подтверждена, за что три американских ученых получили Нобелевскую премию.

К этому классу теорий относится и демографическая теория старения, целью которой является объяснение происхождения старения в эволюции как запрограммированного процесса демографического гомеостаза (Mitteldorf, 2016) для того, чтобы нивелировать смертность, избегая перенаселения и, следовательно, вымирания. Демографическая теория старения утверждает, что старение – это групповая адаптация.

Все теории старения плохо объясняют огромные различия в продолжительности жизни различных видов, даже близкородственных.

Огромные различия в продолжительности жизни характерны для различных видов морских ежей (от 4 лет до более чем 100 лет); кроме того, они имеют долгоживущие клетки и низкий уровень клеточного деления. Исходя из сходства их метаболизма, такие различия в продолжительности жизни трудно объяснить в рамках стохастического старения.

У млекопитающих продолжительность жизни также отличается более чем в 100 раз. Многие птицы с их повышенной скоростью метаболизма живут дольше, чем млекопитающие аналогичного размера. Все эти факты вряд ли совместимы с предполагаемой ключевой ролью побочных продуктов метаболизма в происхождении старения.

Что касается причин появления стареющих клеток в организме, то рассматриваются 3 программы старения клеток: реплицирующее, стресс-индуцированное и программируемое в процессе развития старение. Является ли появление стареющих клеток только результатом событий внутри них самих? Или они тоже могут появиться как вторичная реакция на запрограммированные воздействия стареющего организма?

Среди генов при увеличении продолжительности жизни не было обнаружено никаких мутаций, которые могли бы отменить старение. «Непрограммисты» выдвигают этот факт в качестве главного возражения против теорий запрограммированного старения. Триплоидные мухи-дрозофилы живут не дольше диплоидных. Диплоидные и гаплоидные самцы ос имеют одинаковый срок жизни.

Еще один аргумент в дискуссиях о происхождении старения – это существование эпигенетических часов. Возрастзависимые изменения метилирования ДНК в неслучайных участках генома демонстрируют линейное увеличение на протяжении всей жизни и используются в теориях об эпигенетических часах, которые могут указывать на хронологический возраст у различных видов. В настоящее время этот механизм является, видимо, наиболее точным для предсказания биологического возраста; при этом важны изменения некоторых генов, вернее, групп генов, что также интересно и перспективно для исследований.

Еще одной фундаментальной ошибкой некоторых критиков идеи запрограммированного старения является их вера в то, что старение требует наличия генов, ответственных за процессы разрушения. Никаких уникальных генов специально для старения обнаружено не было. По крайней мере, в случае теории развития и старения такие гены не нужны: если одни и те же генетические факторы используются для развития и старения, мутации, устраняющие старение, не могут сохраняться в эволюции. Такие мутации уничтожили бы само развитие.

Сторонники стохастического старения более пессимистичны в отношении надежды на значительное замедление старения по сравнению с «программистами», поскольку лавину случайных ошибок труднее обуздать, чем саму программу.

Сторонники накопительных теорий старения игнорируют тот факт, что все попытки и многочисленные техники «очистки» организма, практикуемые поборниками здорового образа жизни, мало влияют на ПЖ, как и исследование таких средств в эксперименте.

Основной закон старения

Первая математическая модель старения была создана почти 200 лет тому назад Б. Гомперцем (B. Gompertz, 1825) и до сих пор наиболее точно описывает возрастную динамику смертности человека и, видимо, большинства других организмов. Являясь специалистом по страхованию жизни, Гомперц вывел практически необходимую для его профессии закономерность повышения интенсивности смертности с возрастом по экспоненте, что до настоящего времени является наиболее общим и важным количественным проявлением старения как такового.

Смертность как «количественную характеристику неспособности противостоять разрушению» в настоящее время можно рассматривать как величину, обратную жизнеспособности – способности противостоять всей совокупности разрушительных процессов. Для получения основной формулы старения достаточно простого предположения о стохастичности процессов старения, о том, что жизнеспособность во времени снижается пропорционально ей самой в каждый момент времени:

dХ/d t = –k Х,

где k – коэффициент, Х – жизнеспособность, t – время.

Основной закон старения утверждает: жизнеспособность снижается с возрастом по экспоненте.

Рассматривая смертность (μ) как обратную жизнеспособности величину (μ = 1/X), из предыдущей формулы получают основную формулу старения Гомперца-Мейкема – с возрастом общая смертность растет экспоненциально:

μ = Ro exp (k t) + A,

где Ro – начальный уровень смертности, k – скорость нарастания смертности, A – коэффициент, характеризующий вклад в смертность внешних влияний, эффект которых слабо зависит от возраста.

Такое неспецифическое повышение уязвимости организма с возрастом мы называем старением как таковым. Так как изменение смертности с возрастом идет по экспоненте, то экспоненциальное увеличение общей уязвимости (смертности) является основным законом старения.

Сам подход к написанию формулы в настоящее время теоретически понятен: это элементарное дифференциальное уравнение, описывающее, например, радиоактивный распад в физике и иные простые вероятностные процессы. Это принципиально вероятностные (стохастические) закономерности, связанные с конечной устойчивостью любых отграниченных от внешней среды элементов; тогда сложный организм, состоящий из таких элементарных единиц, может со временем их только утрачивать.

Сам Гомперц отмечал сходство кривых изменения смертности и энтропии, а В. Перкс (1932) прямо писал, что «неспособность противостоять разрушению имеет ту же природу, что и рассеяние энергии» (то есть старение эквивалентно увеличению энтропии, которая служит мерой неупорядоченности любой системы). Ведущий геронтолог А. Комфорт (1967) писал, что жизнеспособность может быть сведена к достаточно конкретному, хотя и невещественному субстрату – информации в клетках, которая как раз «и есть биологическая энергия».

Таким образом, содержательная интерпретация понятия «жизнеспособность» с самого начала сводилась и сводится в настоящее время не столько к вещественному наполнению, сколько к информационному содержанию общей жизнеспособности, как это трактуется в настоящее время.

Вид кривых выживаемости, смертности и дожития, соответствующий представленным выше формулам, соответствует реальным кривым выживаемости как различных популяций человека, так и ряда других видов. Однако формула Гомперца-Мейкема описывает только среднюю часть кривой интенсивности смертности, тогда как начальная часть кривой (процессы роста и развития – до 15–20 лет) и конечная часть (старше 90–95 лет) не могут быть учтены по ряду причин (в частности, на сегодня среди супердолгожителей – лиц старше 110 лет – есть люди с завышенным возрастом в паспорте).

Глобальной причиной старения является дискретность существования жизни в виде индивидуальных форм – живых организмов, их принципиальная ограниченность пределов адаптации видовых механизмов гомеостаза. Количественная и качественная бесконечность изменяющихся влияний среды на дискретный организм лишь частично может компенсироваться гомеостазом, что приводит к накоплению некомпенсированных повреждений – это наиболее общий механизм старения.

Интересны некоторые очевидные и экспериментально и демографически подтверждаемые выводы, однако иногда звучащие парадоксально. Так, из вышесказанного очевидно, что наибольшее абсолютное снижение жизнеспособности можно наблюдать в раннем возрасте. Это означает, что профилактика старения должна начинаться в самых ранних возрастах. Это подтверждает факторный анализ: внешние влияния на смертность важны для молодого возраста, а для пожилых важен сам процесс старения, вносящий основной вклад в показатели смертности.

В то же время в старости даже небольшие абсолютные изменения жизнеспособности ведут к выраженным изменениям смертности, поэтому в старших возрастах удобно изучать влияния адаптогенов и биостимуляторов, хотя малый жизненный ресурс может и не приводить при этом к значимому повышению длительности жизни в целом.

Количественное вычисление скорости старения человека проводят методами демографии, что рассмотрено в специальном разделе ниже.

Другим подходом к количественной оценке старения, основанным на том же определении – снижении с возрастом общей жизнеспособности, – является рассмотрение общей жизнеспособности системы как интеграла жизнеспособности ее частей, что в применении к организму означает: общая жизнеспособность организма складывается из сохранения жизнеспособности (функционального ресурса) основных его органов и систем:

Х(t) = S k1 · х1 + k2 · х2 +….+ kn · хn,

где k – коэффициент, x1… n – жизнеспособность органов и систем (их остаточный функциональный ресурс для данного возраста), Х(t) – общая жизнеспособность в возрасте (t).

На этом основано количественное определение индивидуального старения (точечное измерение) как показателя биологического возраста.

Биологический возраст можно рассматривать как степень снижения с возрастом физиологических функций организма. Его можно измерять в годах и сравнивать с календарным возрастом.

В основе количественного измерения индивидуального биологического возраста лежит сравнение уровня наличных физиологических функций со средними возрастными стандартами для данного возраста.

Основные механизмы старения

Существующие гипотезы и теории старения акцентируются на нескольких сотнях конкретных механизмов старения. Однако внимательный анализ этих механизмов, как и рассмотрение самого феномена старения, позволяют сгруппировать данные механизмы в небольшое число классов – общих механизмов старения. В итоге они могут быть теоретически сведены к стохастическому и регуляторному типам старения, при этом для биологических систем стохастический тип проявляется как вероятностная гибель необновляющихся элементов, а также как «загрязнение» системы внешними и внутренними факторами (накопительный механизм старения).

Полностью сформировавшийся организм имеет обычно множество необновляющихся элементов на всех его иерархических уровнях. Потеря этих элементов с возрастом носит вероятностный характер и поэтому в простейшем случае описывается той же по виду формулой, что и потеря общей жизнеспособности, как показано выше:

dX/dt = k · X,

где Х – количество необновляющихся элементов организма.

Графики общего старения (смертности) по Гомперцу и графики смертности, связанной со снижением жизнеспособности за счет потери необновляющихся элементов, таким образом, совпадают и для обратной величины – смертности, представляют собой экспоненциальное нарастание смертности организма с возрастом.

Сформировавшийся организм имеет множество необновляющихся элементов на всех уровнях:

• уникальные гены;

• неделящиеся клетки (например, нервные, в том числе вегетативных центров управления);

• нерегенерирующиеся структуры органов (альвеолы, нефроны и пр.);

• сами органы (например, мозг).

Известно, что потеря альвеол, как и нефронов, с возрастом достигает 50 %, как и нервных клеток в гипоталамических регуляторных центрах (что связывает данный стохастический механизм с регуляторным механизмом старения).

В природе стохастический механизм старения реализован в полной мере у постмитотических животных (например, у дрозофил), у которых существуют практически только необновляющиеся структурные единицы: все клетки у них постмитотические, и количество данных клеток с возрастом сокращается экспоненциально, как и интенсивность смертности, – строго по формуле Гомперца. В противоположность этому вероятность гибели полностью обновляющихся всех структур у гидры не увеличивается с возрастом, а продолжительность ее жизни четко не определена (смертность носит сезонный характер).

Гибель элементов организма является крайним выражением механизма стохастического повреждения структур, который, в общем виде, приводит к изменениям элементов любой системы, снижая их функции, повышая вероятность гибели и снижая жизнеспособность всего организма.

С возрастом отдельные структуры в организме могут не только гибнуть, но и изменяться за счет накапливающихся микро- и макроповреждений или изменять структуру и функцию адаптационно. За счет неидеальности механизмов отбора и самообновления таких структур в организме они накапливаются с возрастом (увеличение числа старых недееспособных клеток во всех органах и тканях, дистрофия, накопление мутаций в геноме, накопление склеротических элементов в тканях и т. п.); функции таких структур обычно снижаются.

Главную роль в устранении повреждений играет механизм клеточного деления, поэтому снижение скорости этого процесса с возрастом проявляется морфологически в виде самых разнообразных изменений тканей: изменение форм и размеров субъединиц, атрофия, гипертрофия функциональной ткани, замещение на нефункциональные соединительнотканные элементы и пр.

Это является основой наблюдаемого с возрастом повышения морфологического (и функционального) разнообразия на уровне тканей и снижения их функций – гетерохронность (разновременность процессов старения для разных тканей и органов) и гетеротопность (различия процессов старения в различных системах организма) старения.

Данный механизм лежит в основе такого типичного для старения явления, как атрофия тканей, состоящих из постоянно самообновляющихся клеток (например, клеток кожи), если скорость клеточного деления таких тканей снижается.

Кроме того, снижение скорости клеточного деления снижает и скорость обновления внутриклеточных структур, вызывая старение самой клетки (стационарное старение клеток, четко наблюдаемое при культивировании клеток).

Старение клеток и субклеточных структур

Морфологические изменения клеток при старении

Судьба различных клеток при старении организма существенно отличается. Если одни клетки (эпидермис, слизистые оболочки и пр.) в течение нескольких дней заменяются на новые, то другие живут в течение месяцев (клетки печени, других внутренних органов, эритроциты и пр.) или даже в течение всей жизни (клетки нервной системы). Поэтому процессы старения проявляются в разных клетках по-разному. Для длительно существующих нервных клеток типичным, например, является механизм старения по типу «метаболического засорения» – накопления липофусцина, – тогда как снижение скорости самообновления клеток кожи ведет к выраженным структурным изменениям их по типу дистрофического. Длительно живущие необновляющиеся клетки гибнут со временем по стохастическим законам, и общее их число в ткани снижается.

Важнейшим является также изменение цитоархитектоники органов и тканей, которые состоят из таких клеток. Например, естественное снижение скорости клеточного самообновления в коже при наличии естественно идущих процессов дифференцировки кератиноцитов и отшелушивания клеток ведут к таким типичным макропроявлениям старения кожи, как огрубление ее, снижение эластичности, утончение и пр.

На примере старения кожи четко видно ведущее значение регуляторных механизмов: скорость клеточного роста есть регуляторный феномен, и можно повысить скорость клеточного самообновления в течение часов, например, в ходе регенерации, когда процессы клеточного деления ускоряются многократно.

Типичными являются для старения клеток общие принципы старения: неравномерность старения разных типов клеток и формируемых ими структур или даже темпа и выраженности старения одного функционально-структурного комплекса, по сравнению с другим таким же (гетеротопность и гетерохронность старения).

Конкретные проявления старения, например нейрона и гепатоцита, различны, однако существуют и вполне определенные общие черты, общность которых лучше выявляется при анализе на более высоком уровне обобщения. Типичным является и избыточное развитие и огрубление соединительной ткани во многих тканях, замена ею паренхиматозных элементов. Наблюдаются явления атрофии и дистрофии различных клеток. Уменьшение количества паренхиматозных клеток компенсируется активированием функций и гипертрофическими процессами для оставшихся клеток.

При старении увеличивается число ядер в клетке (явление полиплоидии), причем ядерная мембрана образует многочисленные складки для увеличения площади соприкосновения с цитоплазмой, расширяются ядерные поры, появляются ядерные включения (обычно функционально неактивные).

Изменяется плотность цитоплазматического матрикса клетки, как с просветлением, так и с огрублением его участков, с очагами деструкции и некробиоза.

В белоксинтезирующем аппарате отмечается расширение цистерн гранулярной и гладкой эндоплазматической сети, уменьшается количество рибосом на мембранах. Отмечают редукцию и уменьшение площади комплекса Гольджи, застойные явления в нем.

Достаточно постоянным признаком старения клетки является повышение количества первичных лизосом, в них увеличивается количество недопереваренных субстанций, снижается стабильность лизосомальных мембран.

Наружная клеточная мембрана также значимо изменяется: отмечаются очаговые уплотнения и утолщения, снижается интенсивность микропиноцитоза, количество микроворсинок, микровыростов. Изменяется количество и функция щелевидных контактов клеток и соединяющего клетки межклеточного вещества. Качественно меняется реакция клетки на внешние возбудители прежде всего за счет значительного изменения числа рецепторов на ее поверхности.

Количество их и сродство с разными биоактивными веществами изменяется для разных клеток по-разному. Изменения соотношения рецепторов к разным биоактивным веществам переводят клетку на иной тип функционирования. Эти изменения отражают также и компенсаторные реакции в ответ на изменение количества циркулирующих гормонов.

Особое значение принадлежит изменению числа клеток, числа рецепторов и их аффинности для нейронов регуляторных вегетативных центров, управляющих развитием: отмечены выраженные возрастные изменения для центров регуляции роста и полового развития при относительной устойчивости других областей мозга.

Мембранный потенциал является важнейшим общим показателем функциональной активности клетки. Он практически не изменяется в мышечных волокнах, гепатоцитах, мотонейронах спинного мозга, но растет для кардиоцитов, гладкомышечных клеток сосудов и ряда других клеток. В пределах одной и той же клеточной популяции отмечаются выраженные различия в величине мембранного потенциала. По-разному изменяется также электровозбудимость различных типов клеток.

Изменяется электрическая активность клеток: удлиняется скрытый период включения моторной единицы, для групп клеток отмечается большое количество потенциалов малой силы. Значимо уменьшается количество воды в тканях, количество внутриклеточных ионов калия с неизменным или даже повышенным содержанием ионов натрия (в некоторых клетках, наоборот, происходит накопление внутриклеточного калия).

Мембранная активность К-Na-АТФазы падает, снижается содержание молекул – энергоносителей (АТФ и креатинфосфата), изменяется сопряжение окислительного фосфорилирования и окисления; в этих условиях росту внутриклеточного гликолиза отводят компенсаторную роль.

На фоне зачастую нормальной величины поляризации – статического параметра – отмечается изменение динамической величины – реполяризации после различных воздействий на клетку. Температурный коэффициент и энергия активации процессов, определяющих реполяризацию у старых животных, в 2 раза выше, что указывает на увеличение доли неферментативных реакций в развитии реполяризации.

Снижение лабильности – одна из главных характеристик проявления старения на клеточном уровне. На ЭЭГ в фоновой кривой отмечается смещение спектра основных ритмов в сторону более медленного диапазона, появляется больше медленных волн; происходит также снижение частоты токов действия для моторных единиц мышц, урежение частоты импульсации в афферентных и эфферентных нервах. Падает лабильность вегетативных ганглиев и блуждающего нерва, повышается значимость гуморальных систем регуляции в противовес нервным.

В области синапса частота и амплитуда миниатюрных потенциалов не изменяется, однако изменяется реактивность к блокаторам и агонистам, влияющим на синаптическое проведение импульса. Снижается синтез ацетилхолина, снижается синтез и обратный захват норадреналина, компенсаторно повышается чувствительность постсинаптической мембраны к этим медиаторам; снижается количество синапсов.

Что касается врожденной запрограммированной способности к ограниченному числу делений («феномен Хейфлика»), то представления об этом оставлены уже самим автором. Видимо, этот феномен сводится к частным случаям дифференцировки некоторых типов клеток в искусственных условиях и не имеет существенного значения для старения в целостном организме.

Роль митохондрий в старении клетки

Один из важных и постоянных признаков клетки при старении – изменение митохондрий: просветление матрикса, расширение межкристных промежутков, резкое набухание митохондрий, разрушение их внутренней мембраны с миелинизацией, повреждение наружной мембраны. Объем митохондрий в клетке повышается при снижении площади мембран в каждой отдельной митохондрии. Предполагают возможную роль митохондриальной дисфункции в процессе старения.

Митохондрии находятся под двойным генетическим контролем: со стороны ядерной и митохондриальной ДНК (яДНК и мтДНК). Особенностями митохондриальной генетики являются материнская (неменделевская) наследственность, полиплоидия (до 10 молекул мтДНК на органеллу, тысячи – на клетку), высокая скорость мутирования (на порядок выше, чем яДНК: мтДНК 2 индивидуумов часто различаются на 10–70 пар нуклеотидов), а также не ассоциированная с клеточным циклом репликация и репликативная сегрегация при клеточном делении.

К особенностям митохондриального генома относятся ковалентно замкнутая кольцевая форма молекулы мтДНК, ее небольшие размеры (~16 тысяч пар нуклеотидов), 37 кодируемых ею генов (13 полипептидов – субъединиц комплексов окислительного фосфорилирования, 2 рРНК и 22 тРНК), собственный генетический код, отличный от универсального, зависимость экспрессии от экспрессии ядерного генома. Большинство эволюционно зафиксированных мутаций мтДНК, в первую очередь однонуклеотидные замены (SNP), создают нейтральные полиморфизмы, сегрегирующие и накапливающиеся в популяциях по материнской линии. Эти полиморфизмы распределяются на гаплогруппы и связанные с ними гаплотипы. Вариабельность последовательностей мтДНК явилась инструментом реконструкции эволюции человека.

Установлена корреляция принадлежности индивидуумов к определенной гаплогруппе с риском развития ассоциированных с возрастом дегенеративных заболеваний. В онтогенезе происходит накопление соматических мутаций (замена оснований, делеции) и других повреждений (модификация оснований, сшивки) мтДНК. Некоторые мутантные молекулы могут амплифицироваться с большей скоростью, чем «дикие» молекулы мтДНК, постепенно замещая последние (гомоплазмия мутантных мтДНК). В быстро делящихся клетках этот механизм может лежать в основе развития опухолей.

Накопление с возрастом поврежденных молекул мтДНК вызывает энергетическую недостаточность прежде всего самих митохондрий. Вследствие этого молекулы мтДНК могут покидать органеллу через открывшуюся пору переменной проницаемости, промотируя мутагенез ДНК ядра. При достижении некоторого порога энергетической недостаточности клетки (для разных типов клеток его величина различна) происходит митохондриальная индукция гибели клеток (апоптотическая или некротическая) и, как следствие, функциональная недостаточность органов и тканей, лежащая в основе дистрофических болезней, ассоциированных со старением.

По мнению многих ученых, накопление мутаций мтДНК как результат нормального функционирования митохондрий может лежать в основе старения и связанных с ним заболеваний.

Исследования генерации активных форм кислорода (свободных радикалов) митохондриями проводятся еще со времени работ Чанса, однако до настоящего времени неясно, имеет ли место повышение с возрастом продукции свободных радикалов митохондриями и какое это имеет значение для старения. Ясно, однако, что в условиях гипоксии старые митохондрии оказываются способными генерировать свободные радикалы значимо выше, чем молодые, что, учитывая механизм возрастной гипоксии как типичный для процессов старения тканей, позволяет говорить о значимости этого явления для старения в целом.

Оксидативный клеточный стресс представляется типичным возрастным синдромом, а влияния на него – перспективным направлением профилактических влияний.

В процессе старения митохондрий наблюдаются снижение их респираторной функции и мутации митохондриальной ДНК, что связывают с развитием возрастного оксидативного клеточного стресса и нарушениями генной экспрессии, хотя отмечено, что мутации митохондриальной ДНК могут и не приводить к увеличению продукции активных форм кислорода в клетке.

Набухание митохондрий в клетках обычно ведет к выходу в цитоплазму цитохрома С, что запускает процессы апоптоза и связывает процессы старения и активной гибели клеток; часто старые клетки оказываются устойчивыми к апоптозу, что наряду с ухудшением их функций может вести к неблагоприятным результатам для целостного организма, так как выбраковывание таких клеток задерживается в старости. Тем не менее некоторые авторы рассматривают запрограммированную клеточную смерть – апоптоз – как мишень для борьбы со старением.

Многие клетки старых тканей находятся в состоянии различной степени дегенерации: вакуолизации, нейрофагии, гиалиновой дегенерации, гидропического набухания, вакуолизации и сморщивания, частичного растворения клеток с возрастом.

Наружная клеточная мембрана клеток также значимо изменяется: отмечаются очаговые уплотнения и утолщения, снижается интенсивность микропиноцитоза, количество микроворсинок, микровыростов. Изменяется количество и функция щелевидных контактов клеток и соединяющего клетки межклеточного вещества.

Качественно меняется реакция клетки на внешние возбудители прежде всего за счет значительного изменения числа рецепторов на ее поверхности.

В нервной ткани развивается простая и пигментная атрофия ганглиозных клеток, липофусциновая блокада пирамидальных клеток, хроматолиз двигательных нейронов и клеток Пуркинье, а также пирамидных клеток коры мозга.

Роль лизосом в старении клеток

Лизосомы – совершенно необходимый компонент клетки, участвующий в ее питании и обновлении. Один из признаков лизосом – наличие в них ряда ферментов (кислых гидролаз, всего их около 40), способных расщеплять белки, углеводы, липиды и нуклеиновые кислоты. К числу ферментов лизосом относятся катепсины (тканевые протеазы), кислая рибонуклеаза, фосфолипаза и др. Кроме того, в лизосомах присутствуют ферменты, которые способны отщеплять от органических молекул сульфатные (cульфатазы) или фосфатные (кислая фосфатаза) группы.

Для лизосом характерна кислая реакция внутренней среды. Обычно рН в лизосомах составляет около 4,5–5 (концентрация протонов на два порядка выше, чем в цитоплазме). Это обеспечивается активным транспортом протонов, который осуществляет встроенный в мембраны лизосом белок-насос – протонная АТФаза; в старости рН повышается до 6,0.

Высокая активность кислой фосфатазы ранее использовалась как один из маркеров лизосом. В настоящее время более надежным маркером считается присутствие специфических мембранных гликопротеидов – LAMP1 и LAMP2. Они присутствуют на мембране лизосом и поздних эндосом, но отсутствуют на мембранах других компартментов клетки.

Достаточно постоянным признаком старения клетки является повышение количества первичных лизосом, в них увеличивается количество недопереваренных субстанций, липофусцина, снижается стабильность лизосомальных мембран. Липофусцин формируется в лизосомах из продуктов пероксидации липидов, ионов железа и перекрестно сшитых белковых агрегатов. Типичным считают повышение проницаемости мембран лизосом и аутолиз клеток.

Старые клетки часто характеризуют по экспрессии β-галактозидазы, активной при рН = 6, лизосомальная гидролаза в норме активна при рН = 4. В качестве теста биологического возраста, видимо, может служить кислая фосфатаза печени, положительно коррелирующая с возрастом у мышей, а также отношение МДГ/ЛДГ в печени и почках мышей и крыс.

Апоптоз клеток

Накопление в тканях с возрастом старых клеток, возможно, является результатом появления резистентных к апоптозу стареющих клеток, которые аккумулируют множественные повреждения, приводящие в конечном счете к неоплазии, нейродегенеративным процессам и инфаркту миокарда. Как считают, это связано с развитием в старости репрессии генов G_1-фазы, увеличением экспрессии гена анти-апоптоза bcl2 и отсутствием протеолиза, что является «тройным замком», предотвращающим апоптотическую гибель стареющих фибробластов, как считает ряд авторов.

Апоптоз представляет собой запрограммированную гибель клетки и носит активный специфический характер, отличающийся от пассивного процесса некроза тканей: зависит от синтеза ДНК и РНК, ионов кальция и активных форм кислорода (АФК), сопровождается пикнозом ядра и фрагментацией ДНК специфическими ферментами, для него характерна ранняя потеря потенциала мембран митохондрий и появление фосфатидилсерина на мембране клеток, что индуцирует их активный фагоцитоз, а также отсутствие рубца на месте апоптоза. Этот набор признаков может различаться в зависимости от конкретного механизма апоптоза.

Апоптоз может происходить как запрограммированно (обычно на различных этапах эмбриогенеза), так и индуцироваться Fas-рецепторами мембраны, фактором некроза опухоли, внешними АФК и внутренним повышением Н_2О_2, повышающими цАМФ клетки факторами, активацией аденозиновых рецепторов, повышением кальция цитоплазмы (иономицином – А23187) и любым длительным повышением кальция цитоплазмы, что ведет к деэнергизации митохондрий.

Цитохром С-зависимый путь апоптоза является, видимо, отдельным путем как реакцией на появление митохондриального цитохрома C в цитоплазме клеток; набухание митохондрий приводит к открытию митохондриальной поры с выходом индуцирующего апоптоз белка.

Любое повышение фосфатидилсерина на клетке ведет к ее фагоцитозу. Повреждения ДНК в ходе мутагенеза, ионизирующего облучения, стресса, возможно, и в ходе старения также могут запускать апоптоз.

Главный путь проапоптических эффектов – белок р53, он осуществляет динамический баланс (с участием белка р26 и др.) основных механизмов повреждения и репарации клетки: повреждение ДНК – репарация ДНК – запуск апоптоза. Белок Bcl2 (баланс bcl2/bax), видимо, главный антиапоптический путь: этот белок входит в структуры ядра, митохондрий, саркоплазматического ретикулума, снижает выход ионов кальция из последнего, а также осуществляет иные не совсем ясные по механизму антиапоптические эффекты.

Снижение самообновления (деления) клеток в старости

Пролиферативная активность большинства клеточных популяций в организме снижается с возрастом, что проявляется в снижении митотического индекса, скорости синтеза ДНК, снижении ответа на пролиферативные стимулы (снижение потенциала клеточного роста), удлинении клеточного цикла и увеличении времени самообновления тканей. Так, пролиферативная активность клеток кожи 70-летних людей в 10 раз ниже, чем 20-летних, снижается также минимум в 2 раза количество стволовых клеток в коже.

Резкое снижение с возрастом факторов роста в крови указывает на то, что снижение клеточного роста с возрастом – регуляторный феномен.

Выявление факторов роста тканей и активаторов Т-лимфоцитов – регуляторов роста соматических тканей – представляется наиболее важным направлением профилактики старения и биоактивации практически в любом возрасте.

Соматические клетки высших эукариот, как правило, имеют ограниченную способность к пролиферации. Постепенное снижение скорости пролиферации клеток in vitro, приводящее в конечном счете к ее остановке, называют клеточным или репликативным (стационарным) старением. Ограниченность пролиферативной активности клеток была впервые показана более 40 лет назад L. Hayflick (1965) и оформлена как одна из теорий старения.

Старые клетки претерпевают характерные изменения в морфологии: становятся более крупными, плоскими и гранулированными. Эти клетки часто характеризуют по экспрессии бета-галактозидазы, активной при рН = 6 (лизосомальная гидролаза, в норме активна при рН = 4).

Более специфические биологические маркеры для определения репликативного старения разделяют на несколько категорий:

• компоненты сигнальных путей, которые индуцируют и поддерживают состояние старения (индукция ингибиторов циклин-зависимых киназ р16 и р21);

• маркеры генотоксического стресса (очаги повреждения ДНК и их колокализация с теломерами);

• появление характерного, ассоциированного со старением факультативного гетерохроматина;

• секреция определенных воспалительных цитокинов и факторов, модифицирующих ткань.

Стареющие клетки, как правило, сохраняют жизнеспособность и метаболическую активность в культуре в течение длительного времени. Считают, что состояние пролиферативного (репликативного) старения характеризуется необратимой утратой клетками, израсходовавшими пролиферативный потенциал, способности синтезировать ДНК в ответ на стимуляцию сывороткой или факторами роста, однако многие гены, связанные с пролиферацией, остаются в них способными к индукции митогенами. Блок пролиферации в этом случае может быть вызван либо отсутствием факторов, инициирующих вступление в S-период клеточного цикла, либо наличием в стареющих клетках ингибиторов пролиферации.

При пролиферативном старении отмечают отсутствие экспрессии некоторых генов, обеспечивающих выход клеток из состояния покоя. В стареющих клетках подавлена экспрессия циклинов, инсулиноподобного фактора роста (IGF-1) и некоторых других факторов роста.

Детерминированность процесса клеточного старения предполагает наличие специального молекулярного механизма, позволяющего клетке «отсчитывать» число пройденных удвоений. ДНК является единственной макромолекулой, обладающей достаточной стабильностью, чтобы служить базой такого механизма. Основой функционирования «молекулярных часов» считают изменения ДНК, сопряженные с процессом ее репликации: метилирование ДНК (определенных локусов) или потеря части ДНК в результате ее неполной репликации.

В последнее время роль «молекулярных часов» многие отводят теломерам линейных хромосом эукариотических клеток. Хромосомы позвоночных оканчиваются последовательностью ТТАGGG, повторенной в теломерах сотни и тысячи раз. Соматические клетки теряют от 50 до 200 нуклеотидов при каждом клеточном делении в результате неполной репликации концов хромосом из-за особенностей молекулярного механизма репликативного синтеза ДНК (А. М. Оловников, 1972, 2007). Отстающая цепь репликативной вилки в синтезе ДНК не может синтезироваться до 5'-конца в отсутствие рибопраймера, который, в свою очередь, не образуется непосредственно на концевом фрагменте. Потери концевой ДНК делают невозможной бесконечную пролиферацию.

В противоположность соматическим смертным клеткам, то есть клеткам, обладающим пределом размножения in vitro, большинство иммортальных клеток, обладающих способностью к бесконечной пролиферации, содержит теломеразу – фермент, достраивающий свободные 3'-концы хромосом короткими повторяющимися последовательностями (в случае позвоночных – TTAGGG). В репликативном старении существуют две фазы: так называемый «ранний кризис» (связан с активацией р53 и/или ингибиторов Cdk, возможно, в ответ на укорочение теломер до какого-то критического размера или какие-то другие сигналы) и так называемая «генетическая катастрофа» (очевидно, обусловлена полной дисфункцией теломер и слипанием хромосом). Оказалось, что при инактивации р53 (что характерно для большинства различных новообразований) «ранний кризис», несмотря на «нокаут» в эксперименте теломеразы и укорочение теломер, не наблюдается.

Активизация теломеразы обнаружена в стимулированных митогенами лимфоцитах, а также в пролиферативных зонах волосяных фолликулов и кишечных крипт.

Способность клеток и организмов реагировать на внешние стимуляторы постепенно уменьшается по мере старения. Наиболее вероятно, что основой изменения клеточной реакции на внешние воздействия по мере старения являются метаболические нарушения макромолекулярного синтеза.

Широко используемыми митогенами при изучении возрастных изменений клеточного ответа являются сыворотка, гормоны и факторы роста, такие как EGF, FGF, PDGF, инсулин и инсулиноподобный фактор роста (IGF-1), глюкокортикоиды.

Культуры клеток, полученные из тканей, взятых у пациентов, имеющих синдромы преждевременного старения, прогерии, – синдром Вернера и синдром Хатчинсона-Гилфорда – дают обычно значительно более низкий ответ на стимуляцию инсулином, FGF, PDGF и сывороткой, чем клетки здоровых людей.

Факторы роста и гормоны оказывают совместное действие, вызывая аддитивный эффект в «молодых» клетках, но не вызывают его в «старых». Показано, что синергичные эффекты дексаметазона и EGF или IGF-1, инсулина и гидрокортизона сильно снижены или отсутствуют в стареющих фибробластах, серийно пассируемых в культуре. Способность EGF, инсулина, IGF и сыворотки стимулировать синтез белка в культивируемых фибробластах также снижается по мере пассирования клеток. Индуцированный сывороткой уровень фактора элонгации-2 значительно ниже в «старой» культуре фибробластов человека, чем в «молодой». Экспрессия ассоциированного с пролиферацией ядерного антигена K-67 не индуцируется в «старых» фибробластах человека в ответ на действие PDGF, хотя она ярко выражена в «молодых». Белок Rb не фосфорилируется в «старых» фибробластах после стимуляции сывороткой, хотя фосфорилируется в «молодых» клетках.

Таким образом, не вызывает сомнения снижение чувствительности клеток к факторам роста по мере старения. Способность стареющих фибробластов к экспрессии мРНК генов, зависящих от клеточного цикла, таких как гены гистонов, орнитиндекарбоксилазы, тимидинкиназы, бета-актина, и протоонкогенов c-myc и c-ras остается неизменной, однако клетки при этом не могут вступать в S-фазу клеточного цикла. В то же время отмечено снижение активности белка орнитиндекарбоксилазы и отсутствие экспрессии c-fos при стимуляции стареющих фибробластов сывороткой.

Контроль репликативного старения – важный механизм антиопухолевой активности регуляторного белка p53. Фибробласты из p53-нокаутных мышей не стареют в культуре, продолжая неограниченно пролиферировать. При выведении иммортализованных стабильных клеточных линий p53 часто специально инактивируют, экспрессируя онкобелки ДНК-содержащих вирусов. Необратимая остановка пролиферации старых клеток сопровождается p53-зависимой транскрипционной активацией генов-мишеней p53. Активация p53 в старых клетках, по-видимому, происходит в ответ на хромосомные разрывы, ассоциированные с укорочением теломер в стареющих клетках.

Инактивация р53 способна задерживать, хотя и не отменять, репликативное старение в человеческих клетках. В старых клетках р53 мРНК и уровни белка по большому счету не изменяются, но р53 становится фосфорилированным и его активность как транскрипционного фактора повышается в процессе старения.

Одной из мишеней р53 является ингибитор циклин-зависимых киназ, белок р21. Экспрессия р21 повышается в процессе репликативного старения, и его активация зависит от сигналов, инициируемых укорочением теломер, поскольку экспрессия TERT блокирует эту активацию. Было обнаружено, что экспрессия р21 в течение репликативного старения регулируется двумя механизмами: р53-зависимым и 53-независимым. Гиперэкспрессия р21 индуцирует остановку клеточного роста в некоторых клетках, тогда как делеция р21 может отсрочить связанную со старением остановку клеточного роста. Совместно эти исследования говорят о том, что функции р53 в старении заключаются, по крайней мере частично, в индукции р21.

Ингибирование р53 и pRb дает возможность клеткам достигать более 50 делений. Эти результаты привели к развитию концепции, что существуют два пути, ответственных за индукцию старения клеток, и они действуют параллельно друг другу.

Белок pRb является центральным регулятором прохождения клеточного цикла. Гиперфосфорилированный pRb позволяет проходить клеточный цикл, тогда как гипофосфорилированный pRb предотвращает его прохождение; pRb преимущественно действует через инактивацию E2F семейства факторов транскрипции, ответственных за транскрипцию нескольких генов, вовлеченных в G_1/S-переход и синтез ДНК. Фосфорилирование pRb зависит от циклин-зависимых киназ (CDK), которые управляют прохождением через разные фазы клеточного цикла. Инактивация G_1 CDK, ответственных за фосфорилирование pRb, предотвращает переход из G_1-фазы в S-фазу и блокирует клеточный цикл, индуцируя в том числе репликативное старение. Ингибиторы циклин-зависимых киназ (CDKI) ингибируют активность CDK; CDKI р16 нарушает и ингибирует активности CDK4 и CDK6, таким образом предотвращая прохождение клеточного цикла.

Экспрессия белка р16 увеличивается в некоторых старых человеческих фибробластах, и его индукция не всегда связана с укорочением теломер. Экспрессия р16 повышается после запуска старения в клетках, в отличие от быстрого увеличения экспрессии р21 в клетках, только входящих в состояние репликативного старения. Старая популяция человеческих клеток в культуре представляет собой некую мозаику, в которой некоторые клетки экспрессируют р16, тогда как другие экспрессируют р21. При этом индукция р16 не отменяется смещением экспрессии TERT, а функциональная инактивация р16 не предотвращает репликативное старение в человеческих фибробластах, что говорит о том, что р16 не связан с репликативным старением, опосредованным укорочением теломер. В ответ на укорочение теломер активация р21 может приводить к ингибированию фосфорилирования pRb, что выстраивает р53-р21 и pRb в один общий процесс.

Существуют примеры, что инактивация либо р53, либо pRb может существенно задерживать начало старения, подтверждая линейность пути р53-pRb. В других примерах необходимо ингибировать оба белка: и р53, и pRb, чтобы предотвратить начало репликативного старения в человеческих клетках, что говорит о наличии двух параллельных путей. Путь р53-р21-pRb преимущественно ответственен за старение, индуцированное укорочением теломер; путь р16-pRb, видимо, опосредует преждевременное старение, индуцированное стрессом. Вероятно, р53 и pRb-p16 пути работают совместно для остановки пролиферации клеток.

Возможно, существуют принципиальные молекулярные различия между обратимой остановкой в клеточном цикле и необратимой блокировкой, наступающей при старении, хотя эти различия пока полностью не выявлены.

Стволовые клетки при старении

Показано, что эмбриональные ткани являются источником уникальных по своим свойствам стволовых клеток (СК), обладающих высоким потенциалом к росту и дифференцировке. При попадании во взрослый организм эмбриональные стволовые клетки способны оказать глубокое влияние на все его органы и ткани. Трансплантация СК в последние годы прочно вошла в арсенал современных экспериментальных клинических подходов к лечению целого ряда наследственных и приобретенных заболеваний. Кроветворные СК используются для восстановления кроветворения у пациентов с онкологическими и гематологическими заболеваниями, инсультом, при травмах головного и спинного мозга, нейродегенеративных заболеваниях.

В эмбриогенезе человека и млекопитающих образование нескольких сотен вариантов специализированных клеток происходит из пула зародышевых листков (экто-, энто- и мезодермы), а также из эмбриональной мезенхимы.

Термин «стволовая клетка» определяет популяцию тканевых или циркулирующих в крови низкодифференцированных клеток-предшественников, обладающих неограниченной способностью к самообновлению и дифференцировке в клеточные компоненты различных тканей.

Терминология и классификация стволовых клеток в настоящее время находится в стадии становления. Наиболее важна классификация СК по источнику их выделения.

1. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) – внутриклеточная масса раннего эмбриона (на этапе бластоцисты – 4–7-й день развития).

2. Фетальные стволовые клетки (ФСК) – клетки зародыша на 9–12-й неделе развития, выделенные из абортивного материала.

3. Стволовые клетки взрослого организма:

гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) – мультипотентные стволовые клетки, дающие начало всем клеткам крови – эритроцитам, В-лимфоцитам, Т-лимфоцитам, нейтрофилам, базофилам, эозинофилам, моноцитам, макрофагам и тромбоцитам. Кроме костного мозга, ГКС обнаружены в системном кровотоке и скелетных мышцах;

мезенхимальные стволовые клетки (МСК) – мультипотентные региональные стволовые клетки, содержащиеся во всех мезенхимальных тканях (главным образом в костном мозге), способные к дифференцировке в различные типы мезенхимальных тканей, а также других зародышевых слоев;

стромальные стволовые клетки (ССК) – мультипотентные стволовые клетки взрослого организма, образующие строму костного мозга (поддерживающую гемопоэз), имеющие мезенхимальное происхождение;

тканеспецифичные стволовые клетки (ТСК) располагаются в различных видах тканей и в первую очередь отвечают за обновление их клеточной популяции, первыми активируются при повреждении. Классическим считалось мнение, что тканеспецифичные СК обладают более низкой потентностью, чем стромальные СК костного мозга. Однако последние исследования показывают высокую пластичность ТСК (способность к дедифференцировке и дифференцировке в другие типы клеток).

В настоящее время в результате исследований, показывающих возможность их обратной трансформации в МСК, все большее внимание привлекают фибробласты.

Согласно современным данным, практически все ткани организма содержат то или иное количество СК. Тем не менее практическое значение для выделения СК с целью их последующего клинического применения имеют лишь ткани, содержащие реальные количества клеток-предшественников. К ним можно отнести костный мозг, жировую ткань, кровь и строму пуповины/плаценты.

Еще задолго от открытия СК было отмечено уменьшение с возрастом способности к регенерации у высших животных и человека и замедление репаративных процессов. Этот феномен связывают как с уменьшением количества стволовых клеток, так и с уменьшением реактивности организма на повреждающие воздействия.

С увеличением возраста количество СК в организме уменьшается, как и число ооцитов в яичниках женщины. В отношении связи количества прогениторных клеток ситуация неоднозначна.

Предложена модель истощения пула клеток-предшественников как ключевого момента в снижении способности старого организма к восстановлению. Однако было показано, что количество эндотелиальных клеток-предшественников не изменяется с возрастом, а ключевым моментом является зависимое от возраста и протеасомной активности снижение стабильности индуцируемого гипоксией фактора-1-альфа.

Широко используется перенос стволовых клеток (обычно их источником служит костный мозг) для исследования их функции у реципиентов, в том числе в комбинациях молодой донор – старый реципиент и старый донор – молодой реципиент.

Колониеобразующие единицы при переносе от молодых мышей к старым воспроизводятся меньше в числе и размерах у старых животных, но достаточно активны при трансплантации костного мозга (источник КОЕ) от старых животных к молодым.

В целом для стволовых клеток при старении отмечены следующие закономерности: гибель покоящихся стволовых клеток, истощение клона пролиферирующих СК, снижение числа СК в костном мозге, снижение числа СК в крови (снижение рециркулирующих СК, репопулирующих ткани), снижение факторов роста микроокружения. Функция самих СК с возрастом, по-видимому, меняется мало.

Активация мобилизации стволовых клеток из депо, повышение их числа в крови, активация их функции в тканях – одно из современных перспективных направлений в профилактике процессов старения.

Старение ядра клетки

Мутации в ядрах клеток

Изменениям ядра придают важное значение в диагностике и проявлении старения. Изменяется активность хроматина, накапливаются повреждения (мутации), снижается активность репарационных ферментов.

Основной причиной образования свободных радикалов в биологических жидкостях называют естественный радиационный фон. До настоящего времени фактически единственным признанным экспериментальным методом искусственной индукции ускоренного старения является облучение. Кривые повышения смертности при облучении очень схожи с ускоренным старением. При этом оказалось, что достаточно облучать голову, то есть важны регуляторные механизмы вегетативного мозга, а не обновляющиеся путем деления соматические клетки остальных тканей организма. Небольшие дозы облучения, с другой стороны, могут продлевать жизнь и снижать уровень естественных мутаций, нарастающих с возрастом в соматических клетках (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость количества полихроматофильных эритроцитов с микроядрами в клетках костного мозга облученных (1) и необлученных (2) мышей от возраста. По горизонтали – время после облучения в месяцах, по вертикали – процент клеток (приводится по Балакину с соавт., 2001)

Последние данные связаны, видимо, с индукцией слабыми дозами облучения процессов репарации ДНК, которые превалируют над процессами естественного повреждения ДНК клеток в обычных условиях. Малые дозы облучения способны также активировать иммунные процессы за счет снижения активности более лабильных Т-супрессоров, ингибирующих в норме иммунный ответ.

Наиболее интересным фактом из многообразных исследований по связи свободнорадикальных процессов с процессом старения являются комплексные итоговые расчеты, показывающие, что продолжительность жизни самых разных видов хорошо коррелирует с соотношением процессов синтеза свободных радикалов (оцениваются по удельному потреблению кислорода тканями на единицу массы ткани) и процессами защиты от них (оцениваются по удельной активности супероксидидисмутазы – СОД – на единицу массы ткани). Интересно, что важна, прежде всего, активность СОД – фермента, инактивирующего первые реакционные молекулы, возникающие при облучении. В данный механизм естественным образом укладываются другие соотношения по связи ПЖ с интенсивностью тканевого дыхания, активностью антиоксидантных механизмов, уровнем ТБК-активных веществ в тканях и пр., которые никогда не давали хороших корреляций для разных видов. Интересно, что данное отношение работает даже для птиц (известное исключение из большинства других формул отношения ПЖ вида и тех или иных морфофункциональных характеристик организма).

В последнее время значительный интерес проявляется у геронтологов к специфическим генным белкам – сиртуинам. Они найдены в клетках практически всех организмов, от бактерий до млекопитающих. Эти белки представляют собой ферменты, участвующие в процессе упаковки молекулы ДНК в белки-гистоны. Сиртуины препятствуют распаковке «ненужных» генов, а также участвуют в репарации ДНК. Показано, что избыток сиртуинов в клетках дрожжей препятствует их старению. У мышей, генетически предрасположенных к развитию лимфомы, введение сиртуинов или стимуляция генов сиртуинов увеличивает их выживаемость на 25–45 %. Стимуляция генов сиртуинов происходит, в частности, антиоксидантом ресвератролом (который содержится в красном вине и которому приписывают геропротекторный эффект).

С возрастом увеличивается число ядер в клетке – полиплоидия, причем ядерная мембрана образует многочисленные складки для увеличения площади соприкосновения с цитоплазмой, расширяются ядерные поры, появляются ядерные включения (обычно функционально неактивные).

Изменения хроматина при старении

Изменениям хроматина в процессе старения придавали важное значение. Типичными возрастными изменениями хроматина являются:

• увеличение температуры плавления, что отражает увеличение числа химических сшивок молекулы ДНК;

• снижение экстрагируемости хромосомных белков (вследствие той же причины);

• снижение степени ковалентных модификаций белков и влияния способности различных агентов модифицировать эти белки, что снижает управляемость геномом;

• уменьшение транскрипционной активности – синтеза РНК на активных участках ДНК и пр.

При облучении мышей разного возраста репаративный синтез изменяется в 2–3 раза, при этом дело, видимо, не в снижении активности ферментов репарации ДНК, поврежденной радиацией, а в степени доступности для ферментов этих повреждений ДНК в составе хроматина клеток.

Известно большое число различных механизмов репарации ДНК. Радиационная повреждаемость ДНК стволовых клеток кишечного эпителия мышей разных линий и возраста примерно одинакова, однако скорость репарации этих повреждений с возрастом снижается. Способность диплоидных фибробластов человека к репарации индуцированных излучением однонитевых разрывов ДНК достоверно снижается с увеличением возраста донора. Показано также влияние возраста донора на интенсивность внепланового синтеза ДНК в клетках человека, подвергнутых in vitro УФ-облучению: найдена отрицательная корреляция между возрастом и величиной репарационного синтеза ДНК в лейкоцитах периферической крови здоровых субъектов 13–94 лет при сильных индивидуальных колебаниях. Было обнаружено также ослабление в старости индуцированного УФ-светом репаративного синтеза в лимфоцитах человека.

Двунитевые разрывы ДНК относятся к наиболее тяжелым повреждениям генома. Они являются молекулярным субстратом формирования различного вида структурных мутаций генов, аберраций хромосом, участвуют в инициации клеточной трансформации; они образуются при действии ионизирующих излучений, различных химических мутагенов и канцерогенов.

С возрастом в соматических клетках накапливаются не только мутации, но и хромосомные перестройки. С увеличением возраста не отмечено изменений стехиометрии большинства гистонов, однако имеются сообщения об изменениях строения подвида гистона H1. Ацетилирование гистонов, которое, предположительно, изменяет взаимодействие гистон-ДНК и делает ДНК более доступной для разного рода воздействий, снижается по мере старения на 30–70 %.

Метилирование генома и возраст

Некоторые авторы подчеркивают значимость определенных процессов в хроматине, важных для старения, например, изменения степени метилирования генома.

По-видимому, метилирование ДНК препятствует взаимодействию регуляторных белков (факторов транскрипции) с промотором. Метилирование ДНК способствует привлечению к району промотора белков, подавляющих транскрипцию.

До 5 % всех остатков цитозина в ДНК млекопитающих метилировано по 5'-позиции с образованием 5-метилцитозина (5-мЦ). Это единственное постоянно модифицированное основание в ДНК высших эукариот. Метилирование происходит в обеих нитях ДНК симметрично, и остатки 5-мЦ всегда сопровождаются остатками гуанина со стороны 3'-конца.

Метилирование ДНК вовлечено в регуляцию активности генов. Изменения в метилировании, в частности деметилирование динуклеотидов у позвоночных, связаны с изменением уровня транскрипции. Возрастное деметилирование ДНК впервые описано в 1973 году Ванюшиным, когда была обнаружена разница в степени деметилирования в тканях крыс: в ткани мозга по сравнению с печенью оно было выше. В дальнейшем было показано возрастное снижение количества 5-мЦ в легких и культурах фибробластов кожи, для последних отмечена связь деметилирования со снижением возможности к росту в культуре. Было высказано предположение, что возрастное деметилирование предрасполагает клетки к опухолевой трансформации.

В настоящее время показано, что биологический возраст хорошо коррелирует с уровнем метилирования, но только для определенных участков генома. Не удалось связать продолжительность жизни организма с количеством повторяющихся или уникальных генов.

8-Окси-2'-дезоксигуанозин (8-одГ) является наиболее распространенным окислительным продуктом повреждения ДНК. Количество его при старении in vivo и in vitro непрерывно увеличивается как в ядерной, так и в митохондриальной ДНК (в последней – с гораздо более высокой скоростью), поэтому многие геронтологи, особенно стоящие на позициях свободнорадикальной теории старения, считают его одним из лучших молекулярных биомаркеров старения.

Электрокинетические свойства ядер

Трансмембранный потенциал ядер зарегистрирован в клетках различных организмов, он сохраняется в изолированных, выделенных из клеток ядрах. Электрокинетические свойства ядер, изолированных из клеток, в ряде случаев отражают изменения в активности синтетических процессов в клетках. Величина отрицательного мембранного потенциала ядра составляет порядка 43 В (клетки линии Hela) и изменяется в ходе клеточного цикла, омическое сопротивление мембраны ядра – порядка 1 Ом · см². В ходе индукции клеточного деления (например, при регенерации печени) электрокинетическая активность ядер значительно и рано возрастает, что зависит от синтеза РНК в клетках.

Электрокинетические свойства ядер и внутриядерных структур в живых клетках характеризуются с помощью показателей электроотрицательности ядер и хроматина, которые изменяются при изменении активности клеток и состояния организма и чувствительны к действию повреждающих факторов. Результаты исследований с помощью метода внутриклеточного микроэлектрофореза имеют также прикладное значение и находят применение в различных областях медицины при изучении утомляемости, выносливости человека в экстремальных условиях, неспецифических реакций организма на различные заболевания.

Исследования более 3000 доноров позволили определить зависимость величины электрокинетической активности ядер от возраста донора (Шахбазов и др., 1986). На рисунке 2 показано изменение данного показателя для клеток буккального эпителия в зависимости от возраста.

Видно, что с возрастом эта величина выраженно снижается, впрочем, график имеет заметный максимум в среднем возрасте, для более ранних возрастов эта величина более низкая. Последнее не позволяет напрямую связать электрический потенциал ядер с возрастом, однако снижение его при различной патологии и повышение при выздоровлении и улучшении общего и физического состояния позволяют говорить о нем как о важной и простой для регистрации величине, в т. ч. для определения биовозраста.

Данный феномен отмечен для большинства типов клеток и видов животных, поэтому он может быть использован и у лабораторных животных при исследовании процессов старения.

Рис. 2. Изменение количества электроотрицательных ядер (%) с возрастом (Шахбазов и др., 1990)

Изменяется и собственно электрическая активность клеток: удлиняется скрытый период включения моторной единицы, для групп клеток отмечается большое количество потенциалов малой силы. Значимо уменьшается количество воды в тканях, количество внутриклеточных ионов калия с неизменным или даже повышенным содержанием ионов натрия (в некоторых клетках, наоборот, происходит накопление внутриклеточного калия), падает мембранная активность К-Na-АТФазы, снижается содержание молекул – энергоносителей (АТФ и КФ – креатинфосфата), изменяется сопряжение окислительного фосфорилирования и окисления; в этих условиях растет компенсаторно внутриклеточный гликолиз, что приводит к накоплению кислых продуктов метаболизма и закислению внутренней среды клеток.

Резюме

Основными изменениями клеток при старении являются:

• регуляторное замедление скорости их деления ввиду снижения факторов роста (стационарное старение) и изменения микроокружения. Необновляющиеся (нервные и пр.) клетки с возрастом гибнут по стохастическому механизму и число их в тканях необратимо снижается. Снижение скорости клеточного деления проявляется как G_1/S-блок деления клеток;

• наряду с процессами дегенерации (вакуолизация, нейрофагия, гиалиновая дегенерация, гидропическое набухание, вакуолизация и сморщивание, лизис и гиалиноз клеток с возрастом) происходит компенсаторная гиперплазия оставшихся клеток. Степень изменения клеток при старении даже одного типа различна;

• типичными являются атрофия капиллярного русла и развитие соединительной ткани, что приводит к тканевой гипоксии и дистрофии с возрастным склерозом ткани;

• типичны также отложения не до конца метаболизированных продуктов – липофусцина – в цитоплазме нервных клеток, конкреций в лизосомах и пероксисомах (метаболическое засорение клеток);

• изменяется функциональная активность (снижение лабильности и торпидность ответа, увеличение времени восстановительных процессов) клеток и их чувствительность к гормонам, число рецепторов к которым снижается;

• снижается чувствительность к апопотозу, что приводит к накоплению старых клеток. Некоторые клетки имеют врожденную запрограммированность способности к ограниченному числу делений («феномен Хейфлика»), в основе которой лежит механизм дефицита фермента теломеразы;

• число стволовых клеток, видимо, меняется мало и сохраняются их свойства, но снижается их циркуляция в крови и активность в тканях;

• изменения хроматина клеток отражают снижение скорости пролиферации и самообновления, репарации ошибок метаболизма: увеличивается ригидность хроматина и состав гистоновых/негистоновых белков, повышается выключающее гены метилирование ДНК, снижается активность ферментов репарации ДНК, накапливаются мутации и разрывы молекулы ДНК;

• увеличивается в крови содержание 8-Окси-2'-дезоксигуанозина (8-одГ) – наиболее важного для диагностики окислительного продукта повреждения ДНК;

• закономерное снижение электрокинетических свойств ядер клеток используют для диагностики биологического возраста.

Биохимия старения

Белковый обмен и ферменты при старении

Синтез белков разного типа мало изменяется с возрастом или часто меняется циклически в процессе всего онтогенеза, отражая в большинстве случаев изменения процессов центральной регуляции. Снижение протеолиза белков, часто отмечаемое в старости, наряду со снижением их синтеза, видимо, также является регуляторно-компенсаторным феноменом.

Были изучены разные аспекты функционирования ферментов как функции возраста: активность, изомеры, индукция, кинетические параметры и пр. Для многих ферментов никаких изменений не отмечено. Не выявлено никаких специфических закономерностей в изменении ферментов определенных классов, одного и того же органа или клеточной органеллы.

Часто наблюдаемые изменения в составе изоферментов отражают переключения с возрастом в работе генов: в старости работают часто другие гены, синтезирующие другие изоформы данного фермента. Сдвиг к Н4-ЛДГ в мозге, сердце и скелетных мышцах, отмеченный для крыс в старости, может сделать эти ткани более аэробными.

Измерение индукции ферментов, особенно стероидными гормонами, указывает, что в целом в старости степень индукции снижается. Снижение индукции ацетилхолинэстеразы эстрадиолом в старости происходит, скорее всего, за счет уменьшения уровня специфических для этого гормона рецепторов в ткани. Стимулирование регенерации, например печени, восстанавливает число таких рецепторов. Кинетические параметры ферментов (молекулярная масса, электрофоретическая подвижность, Км и др.) в большинстве случаев одинаковы для молодых и старых организмов. Однако удельная активность ферментов в пересчете на очищенный фермент часто снижается в старости, а их термочувствительность возрастает.

Характерное проявление общих принципов старения для «старения молекулы» – это снижение специфических функций и снижение степени резистентности к условиям внешней среды.

В целом большинство авторов резюмируют, что изменения уровня ферментов с возрастом являются вторичными, отражающими регуляторные изменения в организме.

Синтез белка, видимо, значимо снижается с возрастом – срезы печени старых крыс синтезируют почти вдвое меньше белка, в сравнении с молодыми, в основном за счет снижения альбуминовой фракции при повышении синтеза глобулинов. Снижение альбумин/глобулинового коэффициента – один из немногих надежных показателей биологического возраста.

C возрастом может изменяться количество SН-групп в макромолекулах. Это активные группы, и снижение их количества отражается на функции ферментов, детоксицирующих свойствах организма и пр.; их количество можно определить в крови, например, методом йодометрического титрования.

Изменения белков при старении

Коллаген, эластин и соединительная ткань. Изменению коллагена с возрастом издавна придавали важное значение ввиду того, что он является основой соединительной ткани, играющей важную роль как в питании клеток, так и в строении механического каркаса, например для сосудов.

Возрастной артериосклероз определяется именно изменениями состояния соединительной ткани, определяющими снижение растяжимости сосудов.

Изменяется растворимость коллагена, устойчивость к механическому разрыву, к модификации ферментами и способность к обновлению. Обычно считают, что это результат изменений ферментов, структурно модифицирующих коллаген. Однако для короткоживущих видов, например мышей, ввиду длительной естественной обновляемости коллагена (сотни дней), прямые возрастные физико-химические изменения его являются удобной моделью изучения непосредственно химических причин старения молекул, а также удобным показателем определения биовозраста животных. Для человека, живущего в 30–40 раз дольше, эти чисто физико-химические явления старения коллагена носят второстепенный характер.

Основными причинами физико-химического старения коллагена являются неконтролируемые химические реакции, температурно-индуцируемые нарушения структуры и естественным образом возникающие свободные радикалы, и перекрестно-связывающие химические агенты, в частности, ионы тяжелых металлов (последние, видимо, важны в первую очередь для возрастзависимых перекрестных сшивок ДНК).

Альбумин и глобулин крови. Изменения А/Г-коэффициента с возрастом отражают как снижение метаболизма белка (альбумина печенью), так и повышение аутоиммунных реакций. Формула регрессии:

для крыс – А/Г = 0,754 – 0,014 · возраст (мес.);

для человека – А/Г =1,748 – 0,0105 · возраст (лет).

Рис. 3. Возрастные изменения коэффициента альбумин/глобулины в крови крыс

Углеводный обмен при старении

Потребность и использование углеводов с возрастом снижается (наряду с повышением потребности в витаминах и микроэлементах).

Уменьшаются запасы гликогена в мышцах и печени. Изменяется гормональное обеспечение процессов утилизации глюкозы с повышением контраинсулярных влияний и развитием относительной недостаточности инсулинозависимых процессов. Повышается активность глюконеогенеза в тканях с повышенным уровнем утилизации лактата.

Типичной является недостаточность лактозы в желудочно-кишечном тракте, определяющая плохую переносимость молока в старости.

Типично повышение содержания глюкозы в крови и ухудшение показателей теста с сахарной нагрузкой (в клинике в качестве нагрузки используется оральный глюкозотолерантный тест).

Обмен липидов при старении

Типично повышение с возрастом содержания жира в организме и его избирательное накопление в определенных областях тела, что во многом определяется регуляторными изменениями, прежде всего, для половых гормонов.

Содержание холестерина в крови растет с 20–30 лет до 60 (у мужчин) и 70 (у женщин) лет. Распад липидов выраженно снижается с возрастом, синтез липидов снижается медленнее.

Повышение с возрастом уровня триглицеридов происходит, видимо, за счет снижения активности липопротеидлипазы – ключевого фермента липидного обмена; последнее также приводит к снижению антиатерогенных липопротеидов низкой и очень низкой плотности, стабилизирующих жиры крови.

Жирные кислоты в крови, один из существеннейших источников энергии для интенсивно работающих тканей (сердечная мышца, скелетные мышцы, печень), изменяются мало с возрастом или их уровень несколько повышается за счет снижения интенсивности окисления кислот при сохранении уровня их синтеза.

В качестве тестов на старение предлагается использовать измерение флюоресценции липидных экстрактов тканей: показано линейное и интенсивное увеличение с возрастом флюоресценции экстрактов сердца и семенников у мышей в связи с накоплением перекисей липидов при старении.

Накопление липофусцина происходит во многих тканях, в особенности в необновляющихся делением нервных клетках, в сердце также накапливается до 0,3 % объема за 10 лет.

Энергетический обмен при старении

Способность генерировать и утилизировать энергию – ключевое явление для организма. Часто можно услышать, что снижение основного обмена с возрастом – эквивалент снижения жизненности в целом.

Большинство авторов отмечают снижение поглощения кислорода тканями с возрастом, особенно сердечной мышцей, как для эндогенного дыхания, так и в присутствии субстрата (кроме сукцината, при использовании которого потребление кислорода тканями старого сердца такое же, как и молодого).

Содержание различных метаболитов цикла Кребса меняется разнонаправленно для разных органов. Отмечается падение активности сукцинатдегидрогеназы.

Количество пиридиновых коферментов в старости растет на 10–30 % в основном за счет их восстановленных форм (НАД×2Н и НАДФ×2Н), что отражает нарушения в самом начале цепи дыхания митохондрий. Содержание этих коферментов растет в цитоплазме и снижается в митохондриях. В пересчете на единицу белка митохондрий активность цитохромоксидазной системы митохондрий растет, и увеличивается сопряженность процессов дыхания с фосфорилированием, однако в пересчете на единицу белка ткани она падает.

Существенное изменение параметров внешнего дыхания, гемодинамики и развитие тканевой гипоксии также вносят свой вклад в изменение энергообмена тканей с возрастом. Отмечено повышение мощности лактат-формирующих и утилизирующих процессов в тканях, а также утилизации аминокислот в реакциях глюконеогенеза, хотя данные об изменениях процессов гликолиза с возрастом противоречивы. Отмечают повышение в печени в 2 раза активности лимитирующего гликолиз фермента – гексокиназы.

При старении закономерно отмечают снижение концентрации главных поставщиков энергии – АТФ и креатинфосфата – в тканях при выраженном снижении скорости их обновления. АТФазная активность некоторых тканей, однако, повышается. О напряженности энергообмена судят по соотношению моно-, ди- и трифосфатов (энергетический заряд Аткинса). Снижение его с 0,85 до 0,53 в сердце и других тканях в старости говорит об активировании энергосинтезирующих процессов при снижении энергопотребляющих, то есть о диспропорции и напряженности энергообмена в старости.

Во многих случаях источником энергии для ферментов является восстановленный никотинаминадениндинуклеотид (НАД · Н), имеющий максимум поглощения при 340 нм, в отличие от НАД, имеющего максимум поглощения при 260 нм, при коэффициенте молярного поглощения НАД (НАДФ) при 340 нм равного 6,22 · 10^3 М–1 см–1. Это позволяет рассчитывать количественно потребление НАД · Н в мкМ по отношению снижения флюоресценции при 340 нм (умножив на объем в мл реакционной смеси и разделив на 6,22).

Для общей оценки энергетики клетки предложен индекс активации митохондрий в живых клетках: отношение флюоресценции ФАД к НАД · Н при 365 нм длины волны возбуждения флюоресценции:

Коэф. активности митохондрий = (F_530 – 0,5 · F_465) / F465.

Таким образом, с возрастом происходят разнонаправленные изменения в клеточном обмене и внутриклеточных компонентах, отражающие как общее затухание обмена веществ и функции клетки, так и компенсаторные процессы. Главной причиной возрастных изменений клеток является затухание их клеточного самообновления – деления, что является регуляторным феноменом и поэтому теоретически может быть восстановлено внешними регуляторными влияниями, в том числе фармакологическими средствами.

Рис. 4. Влияние ограничения питания на длительность жизни мышей (по Кишкун, 2008)

Влияние на обмен путем ограничения питания – наиболее известный метод повышения длительности жизни большинства модельных животных, включая мышей и крыс. Видимо, речь идет о влиянии на скорость роста и развития, однако у грызунов при таком ограничении наблюдается также обычно снижение температуры тела. Наиболее эффективно снижение в питании белков, а из них – триптофана, что может указывать на участие в процессе нейромедиаторов – производных триптофана. Известно, что ДОФА и серотонин противоположно регулируют иммунный ответ, а возможно, и другие функции, в том числе теплопродукцию и пр.

На рисунке 4 показано влияние различных режимов голодания на длительность жизни мышей.

Свободные радикалы и старение организма

Среди групп факторов, играющих важную роль в старении, безусловно, существенное значение имеет механизм повреждения биомолекул разнообразными внешними влияниями.

Среди таких влияний одним из наиболее значимых факторов считают окислительный метаболизм – выяснилось, что его интенсивность обратно пропорциональна продолжительности жизни для многих далеко отстоящих друг от друга видов, хотя некоторые исследователи отмечают, что это соблюдается достаточно хорошо только для относительного (на единицу массы) значения его, причем в пересчете на единицу активности супероксиддисмутазы – ключевого фермента антиоксидантной защиты организма. Эти факты послужили основой для создания свободнорадикальной теории старения.

Основное положение свободнорадикальной теории старения сформулировал в 1954 году D. Harman, предположивший, что универсальной причиной старения служит свободнорадикальное окисление липидов, жиров и белков всех организмов кислородом воздуха. В дальнейшем было выполнено значительное число разнообразных работ в этой области, но каких-либо однозначно интерпретируемых результатов получено не было. Так, митохондрии (основной потребитель кислорода клеток) старых животных не отличались значимо от таковых у молодых по генерации супероксидного радикала, хотя отмечена структурная и функциональная неоднородность митохондрий старых животных, приводящая к значительным разбросам в результатах исследований, и тенденция к повышению генерации активных форм кислорода (АФК) митохондриями старых животных, но только в условиях ишемии тканей (которая достаточно обычна для старения).

Аналогично, микросомы – другой значимый источник супероксидных радикалов – в старости генерируют в 2 раза меньшие количества АФК, снижение же активности супероксиддисмутазы (СОД) цитоплазмы происходит всего на 40 %, что явно компенсирует эти изменения. В отдельных случаях активность СОД тканей может даже повышаться с возрастом.

Активность СОД мозга долгоживущих мышей оказывается выше, чем для короткоживущих линий. Генетически измененные дрозофилы с повышенной активностью СОД живут дольше нормальных мух. Ингибиторы свободнорадикальных механизмов увеличивают на 20–30 % длительность жизни мышей. Для людей, однако, можно видеть противоположное: синдром Дауна с укорочением продолжительности жизни вдвое сопровождается ростом активности СОД тканей.

Фармакокоррекция системы антиоксидантной защиты организма также малодостоверна: активность обычных ферментов (СОД, каталаза, пероксидаза) очень высока и специфична, поэтому способы фармакологического «тушения» антиоксидантов, видимо, малоэффективны в принципе. Более эффективны непрямые методы, например, нормализация функции митохондрий, где эффективны гипоксическое воздействие, окись азота, кортикостероиды, тиреоидные гормоны.

В то же время с возрастом, безусловно, повышается содержание в тканях человека и животных продуктов окислительного повреждения макромолекул, в том числе ДНК. Впрочем, это может лишь указывать на снижение скорости метаболизма для организма в целом.

Возможно, АФК стимулируют и апоптоз – программируемую гибель клеток путем раскрытия каналов мембраны для белка, находящегося в межмембранном пространстве митохондрий и запускающего этот процесс.

В сыворотке старых крыс существенно повышалось содержание продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и белков при снижении активности СОД и общей антиокислительной активности сыворотки крови.

Отмечены данные о существенном снижении в сыворотке крови пожилых и старых лиц (60–97 лет) уровня глутатиона и повышении продуктов перекисного окисления липидов. Возможно, накопление продуктов перекисного окисления липидов в мозгу играет роль и в патогенезе возрастной патологии мозга, включая болезнь Альцгеймера. Эти изменения идут на фоне существенного снижения с возрастом генерации АФК в тканях старых животных и человека.

Общий анализ данных об участии АФК в процессах старения и сопровождающих старение заболеваниях позволяет ряду авторов утверждать, что повреждение под действием АФК макромолекул приводит к мутациям, нестабильности генома в целом и развитию ряда возрастных патологий: рак, сердечно-сосудистые заболевания, возрастная иммунодепрессия, дисфункция мозга, катаракта и др. Конкретный механизм индукции старения свободными радикалами малопонятен. Предполагают, что АФК повреждают хроматин, ДНК, мембраны, коллаген, изменяют регуляцию внутриклеточного кальция, активируют апоптоз и пр.

Данные на трансгенных дрозофилах с дополнительными копиями гена СОД и каталазы показали увеличение средней и максимальной продолжительности их жизни; трансгенные мыши с избыточной экспрессией СОД, каталазы и глутатионпероксидазы обладали повышенной резистентностью к оксидативному стрессу, при снижении же активности этих генов мыши имели признаки преждевременного старения. В то же время назначение антиоксидантов для повышения продолжительности жизни мышей оказалось оправданным лишь при снижении у них активности антиоксидантных ферментов, тогда как при повышении их активности продолжительность жизни даже снижалась.

В процессах оксидативного стресса может принимать участие церамид – компонент мембранных структур клетки и участник различных внутриклеточных сигнальных путей. Содержание церамида увеличивается в клетках в ответ на действие самых различных экстраклеточных сигналов в разных физиологических и патофизиологических ситуациях; роль липида в процессах роста, дифференцировки и гибели клеток при действии различных стрессорных факторов является доказанной. Уровень церамида резко увеличивается в различных клетках при действии γ-облучения и ряда токсических веществ, что предшествует апоптозу, некрозу или развитию воспалительной реакции. Повышение способности клеток и тканей образовывать и накапливать церамид наблюдается при атеросклерозе, диабете и нейродегенеративных заболеваниях, наиболее часто возникающих в пожилом возрасте. Экзогенный церамид, добавленный в культуральную среду молодых клеток, способствует формированию фенотипа старой клетки. Церамид вызывает экспрессию маркера старения клеток – β-галактозидазы, индуцирует дефосфорилирование pRb и его активацию, ингибирует регулятор клеточного цикла Cdk2, увеличивает концентрацию ингибиторов Cdk: p21/Sdi p27/Kip1 и индуцирует остановку клеточного цикла и морфологические изменения, характерные для старой клетки. Уровень церамида в клетках и тканях существенно увеличивается в условиях нормального старения организма животных и человека в печени, гиппокампе, коре больших полушарий, мышечной ткани и поджелудочной железе. Основной причиной является активация сфингомиелиназ на фоне подавления способности клеток метаболизировать церамид в старости. Подавление под действием α-токоферола в старых клетках печени активности сфингомиелиназ, приводящее к снижению массы церамида, сопровождается увеличением чувствительности клеток к действию тироксина и инсулина: моделируя пищевой статус организма старых животных либо состав среды культивирования клеток, можно направленно воздействовать на определенные звенья обмена сфинголипидов, снижать базальный уровень церамидов и реконструировать ответ клеток на действие гормонального стимула, измененный в старых тканях.

В процессе формирования оксидативного стресса образуются также цитотоксические карбонильные соединения, в том числе альдегиды. Альдегиды являются относительно стабильными метаболитами, которые обладают способностью взаимодействовать с белками и нуклеиновыми кислотами, изменяя при этом их функциональные свойства. В утилизации альдегидов принимают участие альдегиддегидрогеназа, альдегидредуктаза и глутатион-S-трансфераза, однако основной путь их катаболизма – это конъюгация с глутатионом. Процессы утилизации эндогенных альдегидов имеют тканевую и возрастную специфичность. Их состояние оказывает модулирующее воздействие на характер реализации повреждающего действия свободных радикалов на клетки. Адекватная стимуляция процессов утилизации эндогенных альдегидов в условиях усиления радикалообразования может лежать в основе повышения резистентности клеток к повреждающему действию оксидативного стресса. При старении интенсивность утилизации альдегидов снижается, что может выступать в роли одного из факторов возникновения возрастной патологии.

В печени активность НАДН-зависимой АР и ГТ в 68 и в 36 раз соответственно выше, чем в миокарде. При старении в печени происходит понижение активности НАДН-зависимой АР и АЛДГ на 36 %, по сравнению с их величиной у взрослых животных. Активность НАДФН-зависимой АР и ГТ существенно не изменяется. Аналогичная ситуация наблюдается и в миокарде: у старых крыс активность НАДН-зависимой АР и АЛДГ понижается на 35 и 45 % соответственно по сравнению с их величиной у взрослых животных.

Хотя в наших клетках синтезируются различные альдегиды, большая доля приходится на 4-гидрокси–2,3-ноненаль, который образуется из линолевой кислоты. Именно это вещество часто называют «запахом старости».

Понижение активности ферментов катаболизма альдегидов выступает в качестве одного из факторов возрастания чувствительности тканей внутренних органов к оксидативному стрессу, в большей мере это касается миокарда, что предопределяет особое место заболеваний сердечно-сосудистой системы в возрастной патологии.

Рис. 5. Связь максимальной продолжительности жизни и соотношения активность СОД/удельная продукция свободных радикалов – интенсивность основного обмена (ИОО) – (по данным литературы). Точки соответствуют в порядке повышения величин МПЖ видам: домовая мышь, оленья мышь, тупайя, беличья обезьяна, галаго толстохвостый, тамарин, лемур, зеленая мартышка, макака-резус, павиан анибус, горилла, шимпанзе, человек

Все большее внимание геронтологов привлекают и физиологические эффекты АФК. Так, кислороду и АФК придают важное значение в процессах эволюции и видообразования, у целого ряда клеток АФК вызывают повышение клеточного деления, причем это регуляторный эффект, реализуемый через специфические белки (NF-kB, c-Jun, p21, p44MAPK, c-fos). Достаточно изучен процесс регуляции АФК сосудистого тонуса. Общеизвестен механизм «дыхательного взрыва» фагоцитов: компонент неспецифической иммунной защиты организма.

Продуктам перекисного окисления липидов (ПОЛ) придают важное значение в процессах нормального обновления клеток и клеточных мембран – в поддержании структурного гомеостаза.

Действие внешних прооксидантов, повышенное потребление кислорода, загрязнение воздуха, воды и продуктов, недостаток естественных антиоксидантов (витамины Е, К, А, селен и пр.), врожденная недостаточность ферментов антиокосидантной защиты и другие состояния могут приводить к напряжению системы антиоксидантной защиты организма и вызывать оксидативный стресс, проявляющийся на молекулярном, клеточном и организменном уровне; он, видимо, является патогенетическим моментом в развитии воспалительных, бронхолегочных и сердечно-сосудистых заболеваний.

Резюме

Снижение основного обмена на 15–20 % – характерная черта старения. Отмечают снижение концентрации главных поставщиков энергии – АТФ и креатинфосфата – в тканях при выраженном снижении скорости их обновления. О напряженности энергообмена судят по соотношению моно-, ди- и трифосфатов (энергетический заряд Аткинса – снижение его с 0,85 до 0,53 в сердце и других тканях). Митохондрии в состоянии ишемии продуцируют свободные радикалы, повреждающие составляющие клетки структуры. В сыворотке существенно повышается содержание продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и белков при снижении активности СОД и общей антиокислительной активности сыворотки крови, а также снижается уровень глутатиона. В процессе формирования оксидативного стресса участвуют также альдегиды и церамид.

Снижается синтез альбуминов с повышением синтеза глобулинов (снижается А/Г-индекс). Изменяется количество активных – SН-групп в макромолекулах. Коллаген и эластин становятся ригидными (увеличение числа поперечных сшивок). Для углеводного обмена типично снижение толерантности к глюкозе (предиабет пожилых) и частая непереносимость лактозы молока (отсутствие синтеза фермента лактазы).

Содержание холестерина в крови растет с 20–30 лет до 60 (у мужчин) и 70 (у женщин) лет. Повышение с возрастом уровня триглицеридов происходит, видимо, за счет снижения активности липопротеидлипазы – ключевого фермента липидного обмена; последнее также приводит к снижению антиатерогенных липопротеидов низкой и очень низкой плотности, стабилизирующих жиры крови, что является одной из основ патоморфоза атеросклероза.

Генетика старения и долголетия

Направления в генетике старения

Продолжительность жизни является видовым признаком, что дает основание для применения генетических методов изучения старения. Классические методы – исследование наследуемости долгожительства и врожденные прогерии. Современные методы основаны на методах генной инженерии и направлены на:

• выяснение основной группы генов и их аллелей, определяющих старение и долгожительство;

• выяснение генов наследуемости преждевременного старения;

• генные модели старения;

• выявление генов клеточного старения;

• изучение генов, которые могут быть биомаркерами старения (изменение экспрессии генов с возрастом);

• изучение генов естественного полиморфизма продолжительности жизни внутри вида;

• новое направление – изучение видоспецифических генов долголетия.

Генные модели старения

Современные исследования генетики долгожительства и старения опираются прежде всего на анализ генных мутаций у модельных организмов.

В 1980 году впервые были обнаружены мутации, увеличивающие длительность жизни, на примере нематоды С. elegans (ген age-1, кодирующий фосфоинозитол-3-киназный каскад).

У дрожжей были обнаружены гены долголетия, интересные тем, что они консервативны в эволюции и обнаруживаются и у человека. В 1988 году был открыт первый ген, влияющий на ПЖ у дрозофилы, а в 1989 году показано увеличение длительности жизни при мутации в гене р66 у мышей.

В настоящее время обнаружено более 100 генов, мутации в которых увеличивают длительность жизни, причем многие из них – консервативные в эволюции, что означает кодирование высоко значимых для выживания и фундаментальных для жизни в целом функций.

Анализ генов, однако, дает неоднозначные результаты в интерпретации. Так, во многих случаях снижение скорости роста повышает длительность жизни. Эти данные касаются прежде всего простых организмов, что, видимо, означает связь долгожительства с программами регуляции роста и развития, полового процесса и размножения.

Снижают длительность жизни мутации, понижающие активность генов-эффекторов и генов – регуляторов стресса и адаптации; активация их способствует долголетию.

В целом на продолжительность жизни влияют гены, ответственные за самые различные процессы жизнеобеспечения; это гены, кодирующие:

• ГТФ-связывающие белки и ассоциированные рецепторы мембраны, регулирующие метаболизм и проведение сигналов в клетку;

• митохондриальные белки;

• деацетилазу гистонов, регулирующую активность генома;

• серин/треониновые протеинкиназы, фосфоинозитол-киназу, фосфатазу PTEN, протеинкиназу TOR и рецепторы инсулина (контролирующие рост и деление клеток и проведение сигналов в клетку);

• регуляторы экспрессии антистрессорных белков;

• гены – регуляторы апоптоза клеток;

• гены репарации ДНК и некоторые другие.

Видимо, значительную роль играет и вид животных. Так, у дрозофил дополнительные гены (у трансгенных животных) СОД (центральный фермент антиоксидативной системы) значительно повышают ПЖ, но у мышей выключение генов данного типа не вызывает преждевременного старения.

Видимо, у постмитотических животных, у которых клетки не делятся, сохранность их количества важна для ПЖ, а у мышей, у которых большинство тканей самообновляется клеточным делением, механизм повреждения клеток не играет определяющей роли в старении и ПЖ.

Пример генетически ускоренного старения обычно ассоциируют у мышей с геном Klotho, мутация которого вызывает проявления ускоренного старения: укорочение ПЖ, гипокинезию, бесплодие, артериосклероз, облысение, атрофию кожи и тимуса, снижение числа клеток гипофиза, продуцирующих гормон роста; этот ген кодирует мембранный белок типа бета-гликозидазы. Сокращение ПЖ, возможно за счет нарастания частоты спонтанных опухолей, наблюдали у мышей с выключенным геном р53 (центральным геном для апоптоза и регуляции клеточного деления).

В 1985 году была открыта теломераза – фермент, который достраивал укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие (неограниченный рост клеток в культуре).

Соматические клетки эукариотов, имеющие линейные хромосомы, лишены теломеразной активности. Их теломеры укорачиваются как в процессе онтогенеза и старения in vivo, так и при культивировании in vitro. Клетки больных синдромом преждевременного старения Хатчинсона-Гилфорда и синдромом Дауна имеют укороченные теломеры, однако клетки мыши, живущей в 100 раз меньше человека, имеют в несколько раз бóльшие размеры теломер.

Исходя из этих наблюдений, рядом авторов предлагается фармакологическая коррекция продуктов генов старения и долгожительства. Так, стимулятор сиртуинов ресвератрол увеличивает ПЖ на ряде модельных организмов; рапамицин, подавляя TOR, подавляет некоторые возрастзависимые изменения у человека; ингибитор рецепторов, связанных с G-белками, повышает ПЖ у дрозофил и оказывает другие эффекты.

Исследование долгожительства

Классические данные по генетике долгожительства основаны на оценке продолжительности жизни у детей и родителей и анализе феномена долгожительства. Наиболее смелые оценки, однако, дают лишь 2–3-кратную вероятность дожить до 90–100 лет для кровных родственников 100-летних родителей. Имеющие обоих родителей, доживших до 80 лет, получают дополнительно порядка 5 лет ПЖ, по сравнению с теми, кто имеет родителей, доживших до 60 лет. Наличие одного родителя-долгожителя дает значительно меньшую вероятность долгожительства у детей. У монозиготных близнецов ПЖ различается обычно не более чем на 3 года.

Вклад генетической компоненты в изменчивость по продолжительности жизни оценивают в 0,13–0,44 у дрозофил, 0,20–0,30 – у нематод и 0,21–0,36 – у мышей.

На примере 100-летних людей предполагают важную роль у них сочетания нескольких генов долголетия, из которых наиболее важны гены, кодирующие инсулиноподобный фактор роста, цитокины, ферменты антиоксидантной системы, метаболизм липидов (для долгожителей характерно большое количество липопротеинов высокой плотности); у 100-летних сохраняется чувствительность к инсулину и высокая резистентность к оксидативному стрессу. Важную роль отводят центральному гену апоптоза bcl-2, блокирующему программируемую смерть клетки (апоптоз), в том числе от оксидативного стресса.

Schachter и соавт. предложили классификацию генов долголетия и старения у человека:

1) гены, гомологичные генам, определяющим долгожительство у животных других видов;

2) гены, участвующие в поддержании клеточного равновесия тканей и репарации повреждений;

3) гены, ответственные за развитие возраст-ассоциированных заболеваний, тесно связанных со старением.

Видимо, наличием генетически различающихся по вероятной ПЖ групп объясняется и обнаруживаемая бимодальность кривых смертности около 60–70 лет, сменяющаяся на одномодальность в более поздних возрастах. Последнее делает популяционную геронтологию методом исследования генетики старения и долгожительства.

В целом для человека генетическая предрасположенность к долголетию играет, видимо, незначительную роль, исключая явно выраженные случаи прогерий.

Прогерии: наследственное ускоренное старение

Синдромы прогерий являются клиническими моделями ускоренного старения человека, изучение которых позволяет ответить на ряд фундаментальных вопросов о сущности и механизмах старения, соотношении старения отдельных органов и систем и целостного организма, роли процессов роста и развития и наличии отдельного механизма старения и его регуляции.

Прогерии, конечно, не болезни повсеместной и привычной для нашего глаза старости, но их можно признать одной из самых интересных клинических моделей для изучения методов продления жизни и улучшения ее качества.

Преждевременное старение у человека известно как прогерии, которые могут носить частный характер или затрагивать весь организм, начинаться с рождения – натогерии – или проявляться в среднем возрасте (синдром Вернера).

Разнообразие частичных прогерий огромно, в то же время достаточно четко выявляются некоторые общие их механизмы:

• нарушение репарации и репликации ДНК;

• генетическая нестабильность;

• нарушение свойств теломер, хроматина и ядра клетки; нарушение экспрессии генов;

• репликативное старение клетки;

• повышенная чувствительность клеток к апоптозу;

• элиминация и нарушения активности стволовых клеток.

Ускоренное укорочение теломер при прогериях, обусловливая репликативное старение дифференцированных соматических клеток и дисфункцию стволовых клеток, вызывает симптомы, во многом напоминающие нормальное старение. При этих синдромах формируется клиническая картина старости на много лет раньше, чем у прочих людей.

Синдром Хатчинсона-Гилфорда, или детская прогерия, – крайне редкое заболевание (менее 1,5 на миллион населения). Мутация, вызывающая ее, не наследуется, всегда возникает de novo, так как носители погибают до репродуктивного возраста. Дети шестилетнего возраста при синдроме Хатчинсона-Гилфорда выглядят как уже пожилые люди и погибают от атеросклероза в 12–15 лет. Характерны нарушения роста, липоатрофия, нарушения костеобразования, полная потеря волос, пятнистая гипопигментация кожи, характерны низкий рост, маленький клювообразный нос, срезанный подбородок.

Заболевание связано с дефектом гена структурного белка ядерной оболочки ламина А, что проявляется дисморфизмом поверхности ядра, увеличением повреждений ДНК, снижением экспрессии ряда ядерных белков; происходит снижение гетерохроматин-специфичного триметилирования в гистоне H3.

У пациентов с детской прогерией внешний вид очень характерен: большая голова, лобные бугры выступают над маленьким заостренным «птичьим» лицом с клювовидным носом, нижняя челюсть недоразвита; наблюдаются также атрофия мышц, дистрофические процессы в зубах, волосах и ногтях; отмечаются изменения костно-суставного аппарата, миокарда, гипоплазия половых органов, нарушение жирового обмена веществ, помутнение хрусталика, атеросклероз.

Прогерия взрослых имеет аутосомно-рецессивный тип наследования. Предполагается связь с нарушением репарации ДНК и обмена соединительной ткани.

Гистологическая картина включает уплощение эпидермиса, гомогенизацию и склероз соединительной ткани, атрофию подкожной клетчатки с замещением ее соединительной тканью. Отмечаются замедленный рост, симптомы гипогонадизма (при раннем развитии заболевания).

Обычно на третьем десятилетии жизни седеют и выпадают волосы, развивается катаракта, истончается кожа и атрофируется подкожная клетчатка на лице и конечностях, появляются очаги склеродермоподобного уплотнения, нарушения пигментации, гиперкератоз в местах давления, хронические трофические язвы. Обычно наблюдается остеопороз, кальцификация мягких тканей, часто наблюдается сахарный диабет, возможны злокачественные новообразования.

Лечение симптоматическое, в основном направлено на профилактику атеросклеротических осложнений, устранение сахарного диабета, трофических язв. Прогноз для выздоровления неблагоприятный; большинство больных погибает от атеросклеротических осложнений и злокачественных новообразований. Профилактика не разработана.

Синдром Вернера – наиболее частая и известная форма прогерии. Это аутосомно-рецессивное заболевание характеризуется преждевременным старением кожи, сосудистой и репродуктивной системы, костей, причем до полового созревания пациенты развиваются нормально.

Симптомы старения начинаются в ранней зрелости, но уже в молодом возрасте часто развивается катаракта, склеродермальные и дегенеративные сосудистые изменения, диабет и атеросклероз, остеопороз. Больные преждевременно погибают чаще от сердечно-сосудистой патологии. Средняя продолжительность жизни при данном заболевании – 40–50 лет.

При синдроме Вернера аутосомно-рецессивная мутация в гене WRN, находящемся на хромосоме 8, приводит к нарушению функции особой геликазы. Геликазы расплетают двухцепочечную ДНК, что является необходимым условием для большинства молекулярно-генетических процессов, таких как синтез копий ДНК, а также транскрипция РНК и репарация ДНК.

Линии «животных» и продолжительность жизни

Различия в ПЖ у различных линий мышей давно используются для целей геронтологии и биологии старения. Так, наличие короткоживущих линий позволяет экономить время при исследовании средств профилактики старения.

Однако не следует забывать, что это искусственно выведенные линии животных. Поэтому во многих случаях полученное продление жизни на короткоживущих линиях не воспроизводится на долгоживущих животных. Происходит, скорее, компенсация нарушений функций у короткоживущих линий, а также профилактика ряда типичных для линии заболеваний. Так, линия мышей AKR характеризуется очень высокой вероятностью развития опухолей с возрастом, и антиопухолевая терапия сама по себе будет способствовать увеличению ПЖ у них. Последний пример очень характерен, так как частота опухолей, воспалений и некоторых других патологий у мышей с возрастом может быть очень велика, и их профилактика, сама по себе не имеющая отношения к фундаментальным процессам старения, будет продлевать жизнь животным, что часто трактуется как наличие у испытуемого средства геропрофилактического эффекта.

Мутантные мыши часто используются для исследования старения и испытания средств профилактики старения, из которых наиболее интересны следующие.

Карликовые мыши Эймса (долгоживущие) являются гомозиготами аутосомно-рецессивной точечной мутации гена Prophet pit-1 и живут на 50–65 % дольше дикого типа. Это одна из первых и немногих моделей, указывающая на возможность значительно продлевать жизнь организма при генной мутации.

У мышей имеет место замедление развития, гипопитуитаризм, снижен IGF-1 фактор роста и температуры тела, имеет место иммунодепрессия. Повышение активности каталазы увеличивает стрессоустойчивость. Частота опухолей одинакова с диким типом.

Значительное продление жизни отмечено также у ряда других мутантных по гену гормона роста мышей (GHR-/-). В то же время у мышей GHR+/+ с дополнительными копиями гена гормона роста рост ускорен, а продолжительность жизни снижена до 2 раз.

Все эти наблюдения можно интерпретировать прежде всего как результат влияния на рост и развитие, что вторично отражается и на всем периоде жизни. Косвенно это указывает на запрограммированность старения как части жизненного цикла, какими бы конкретными механизмами это непосредственно ни обусловливалось.

Мыши с ускоренным старением (SAM). Известная линия мышей (SAM – senescence accelerated mouse) на основе линии AKR.

Сублиния SAMP живет 12–15 месяцев, а сублиния SAMR устойчива к преждевременному старению.

Интересно, что мыши SAMP нормально оканчивают развитие в 4 месяца, но затем у них быстро развиваются многие признаки старения: потеря волос, кожные изъязвления, уменьшение подвижности, ухудшение памяти, дезориентация, атрофия легких, повреждения сердца, катаракта, увеличение продукции свободных радикалов во всех органах.

Активность СОД в 2 раза меньше нормы, повышена частота хромосомных аберраций и микроядрышек. Частота опухолей изменена мало.

Мыши с генетическим ожирением. Мыши ob/ob имеют существенно укороченную ПЖ и повышенную скорость старения коллагена хвоста, а также снижение тимусзависимого иммунитета.

У них повышена частота опухолей, холестерин в крови и артериальное давление.

Мыши с мутацией гена Klotho. Еще одна известная линия мышей с ускоренным старением, укорочением ПЖ, снижением массы тела, бесплодием, атеросклерозом, остеопорозом, атрофией кожи и тимуса, эмфиземой легких.

Сахар в крови у них снижен, как и уровень инсулина, СТГ, ФСГ и ЛГ. Старческий фенотип у этих мышей проявляется раньше, чем у мышей SAMP.

Нокаут генов и трансгенные мыши. В основе метода лежит явление гомологичной рекомбинации: обмена соответствующими участками между парами гомологичных хромосом. Марио Капекки и Оливер Смитис независимо друг от друга изобрели способ выключения (нокаутирования) генов за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, имеющих определенную последовательность нуклеотидов, соответствующую участку одного из генов, но некоторым образом видоизмененную. Такие фрагменты вводят в выращиваемые в культуре клетки обычно методом электропорации. За счет рекомбинации в некоторых клетках культуры введенная последовательность внедряется в хромосому на место нормальной, что приводит к изменению или отмене синтеза определенного белка. Добавив другой ген, не свойственный мышиным клеткам и делающий их устойчивыми к действию, например, антибиотика, рекомбинантные клетки можно легко отделить от остальных, получив культуру только рекомбинантных клеток.

Применение метода нокаута генов стало особенно актуальным в последние годы, после завершения секвенирования (прочтения последовательности) полных геномов человека и мыши, а также ряда других видов животных. Последовательно нокаутируя различные гены в пределах мышиного генома, исследователи выясняют функции каждого из них. Учитывая, что у человека и мыши очень многие гены сходны и выполняют одни и те же функции, «нокаутные» мыши предоставляют исследователям богатый материал для изучения роли генов в нормальном развитии и жизни человеческого организма и в патологических процессах.

В последние годы бурно развиваются исследования влияния мутаций в геноме мышей на продолжительность их жизни.

Факторы роста. Особые белки, участвующие в межклеточной сигнализации и называемые факторами роста (growth factors – GF), запускают внутриклеточные каскады фосфорилирования различных белков через активацию особых клеточных ферментов – протеинкиназ.

Наиболее изучен и, видимо, важен, инсулиноподобный фактор роста (IGF-1), связывание которого с рецептором инсулина/IGF-1 на клетке активирует на внутренней мембране ее фосфоинозитол-3-киназу, что приводит к образованию низкомолекулярного посредника – фосфоинозитид-3,4,5-трифосфата, который связывается с другой киназой (3-фосфоинозитид-зависимая киназа 1 или PDK-1) и активирует (фосфорилирует) киназы Akt/PKB и SGK-1, что позволяет протекать нормальным ростовым процессам в клетке. Параллельно выключаются факторы стрессоустойчивости, такие как транскрипционный фактор FOXO. То есть наравне с нормальным ростом клетки при благоприятных условиях питания снижается стрессоустойчивость, что ускоряет старение.

Мутации генов перечисленных киназ, или сверхэкспрессия фосфатазы PTEN, блокирующей каскад этих киназ, продлевают жизнь модельным животным. При этом у мутантных животных снижаются размеры тела и скорость метаболизма.

Еще одно семейство киназ – TOR, высококонсервативное от дрожжей до человека; оно участвует в регуляции многих клеточных процессов в присутствии достаточного количества питательных веществ: роста клетки, автофагии, биогенеза рибосом, трансляции, метаболизма углеводов и аминокислот, стресс-ответа.

Выключение функции компонентов TOR-каскада фосфорилирования продлевает жизнь модельным животным – нематодам и дрозофилам, – что может быть связано с переключением программы развития и роста на программу поддержания жизнеспособности в условиях стресса, как и в случае с вышеописанным инсулин/IGF-1-сигналингом.

Стресс-индуцируемые протеинкиназы (JNK, MST-1). JNK- и MST-1-зависимые каскады фосфорилирования выполняют эволюционно-консервативную (у нематод, дрозофил, млекопитающих) функцию регуляции различных форм устойчивости к стрессам через активацию транскрипционных факторов FOXO и HSF-1. В результате сверхактивации JNK обычно наблюдается увеличение продолжительности жизни.

Деацетилазы белков (Sir2/SIRT1, Rpd3/HDAC). Деацетилазы семейства Sir2/ SIRT1 (сиртуины) в ответ на стрессовые воздействия подавляют проапоптозную функцию транскрипционных факторов р53 и FOXO, а также репрессируют гены, контролирующие участие эндоплазматической сети в стресс-ответе, способствуя выживаемости клетки и увеличению продолжительности жизни. Другая деацетилаза, Rpd3/HDAC, напротив, способствует старению, а мутация ее гена, выключающая ее активность, продлевает жизнь.

Транскрипционные факторы, обеспечивающие устойчивость к стрессам (FOXO, HSF-1). Группа белков FOXO играет важную роль в ответе на различные виды стресса и регулирует широкий спектр реакций клетки: изменение метаболизма, дифференцировку, апоптоз и старение. В результате дефосфорилированный транскрипционный фактор FOXO перемещается в ядро, что приводит к остановке роста клетки (через транскрипцию гена р27 – ингибитора циклин-зависимых киназ) и увеличению устойчивости к стрессу, повышая продолжительность жизни организмов.

К FOXO-регулируемым относятся такие гены продолжительности жизни, как гены супероксиддисмутазы и каталазы, аполипопротеина C–III, белков теплового шока и белка репарации GADD45. Сверхактивация генно-инженерными методами некоторых из этих генов (супероксиддисмутазы, каталазы и белков теплового шока) способна приводить к увеличению продолжительности жизни модельных животных.

Еще один транскрипционный фактор, HSF-1, индуцируется в ответ на тепловой шок и контролирует гены ответа на стресс, ответственные за увеличение продолжительности жизни, такие как гены малых белков теплового шока. HSF-1 генетически взаимодействует с FOXO, по крайней мере у нематод.

Гормон Klotho. Мутация в гене Klotho приводит к уменьшению, а сверхэкспрессия – к увеличению продолжительности жизни мышей. Кодируемый данным геном пептидный гормон ингибирует эффекты инсулин/IGF-1-пути, увеличивая устойчивость к окислительному стрессу на уровне клетки.

Адапторный белок p66(Shc). У мышей с мутацией в гене p66 наблюдается увеличение продолжительности жизни. В норме этот ген, в ответ на р53-зависимую активацию, увеличивает выработку активных форм кислорода в клетке и вызывает ее апоптоз.

Другие гены долголетия. Помимо вышеперечисленных генов, к долгожительству модельных животных могут приводить:

• сверхэкспрессия генов репарации окисленных белков (метионинредуктазы), генов протеосомы, автофагии,

• а также выключение ряда митохондриальных белков (например, субъединиц белков электронотранспортной цепи) и регуляторов функции рибосом.

В то время как сверхактивация первой группы генов позволяет эффективнее утилизировать внутриклеточный «мусор», накапливающийся в постмитотических клетках с возрастом, ингибирование генов второй группы позволяет замедлить метаболизм, сэкономив энергетические ресурсы.

Естественные полиморфизмы и продолжительность жизни. До сих пор нет четкого ответа на вопрос, полиморфизм каких генов является причиной внутривидового варьирования продолжительности жизни. На эти вопросы позволяет ответить исследовательский подход, получивший название «анализ локусов количественных признаков» (QTL).

Анализ QTL у нематод, дрозофил и мышей привел к обнаружению десятков генов, вовлеченных в естественный полиморфизм ПЖ, и подтвердил участие в естественном полиморфизме ПЖ практически всех известных «геронтогенов». Анализ QTL позволил выявить и ряд новых генов, связанных с долгожительством. У дрозофил с помощью QTL была обнаружена причастность к старению генов дофа-декарбоксилазы (Ddc), а также генов Shuttle craft (stc) и ms(2)35ci. Ген Ddc кодирует фермент, необходимый для выработки дофамина и серотонина в ЦНС и гиподерме. Ген stc, экспрессируемый в мозге и яичниках мух, является гомологом человеческого гена NF-X1, кодирующего транскрипционный фактор РНК полимеразы II.

О гене ms(2)35Ci известно только то, что это рецессивная аллель, в гомозиготе приводящая к стерильности самцов.

Резюме

Продолжительность жизни является видовым признаком, что дает основание для применения генетических методов изучения старения. Классические методы – исследование наследуемости долгожительства и врожденных прогерий. Современные методы основаны на методах генной инженерии и направлены на:

• выяснение основной группы генов, определяющих нормальное старение и долгожительство их аллелей;

• выяснение генов наследуемости преждевременного старения, генных моделей старения;

• выявление генов клеточного старения;

• изучение генов, которые могут быть биомаркерами старения (изменение экспрессии генов с возрастом);

• изучение генов естественного полиморфизма продолжительности жизни внутри вида;

• изучение видоспецифических генов долголетия.

Типичным примером генетически ускоренного старения являются мыши с геном Klotho: мутация мембранного белка типа бета-гликозидазы вызывает проявления ускоренного старения – укорочение жизни, гипокинезию, бесплодие, артериосклероз, облысение, атрофию кожи и тимуса, снижение числа клеток гипофиза, продуцирующих гормон роста.

Исследование долгожительства показало, что имеющие обоих родителей, доживших до 80 лет, получают дополнительно порядка 5 лет ПЖ. Наличие одного родителя-долгожителя дает значительно меньшую вероятность долгожительства у детей. У монозиготных близнецов ПЖ различается в пределах 3 лет.

На примере 90-летних предполагают важную роль сочетания нескольких генов долголетия: кодирующий инсулиноподобный фактор роста, цитокины, ферменты антиоксидантной системы, метаболизм липидов (характерно для долгожителей большое количество липопротеинов высокой плотности). Важную роль отводят центральному гену апоптоза bcl-2, блокирующему программируемую смерть клетки, в т. ч. от оксидативного стресса.

Для частичных прогерий обычно характерно:

• нарушение репарации и репликации ДНК, генетическая нестабильность;

• нарушение свойств теломер, хроматина и ядра клетки;

• нарушение экспрессии генов;

• репликативное старение клетки;

• повышенная чувствительность к апоптозу;

• элиминация стволовых клеток;

• наличие коротких теломер.

В основе современных методов нокаута генов и трансгенных мышей лежит явление гомологичной рекомбинации – обмена соответствующими участками между парами гомологичных хромосом, а также синтез нужных участков генов. На основе этого метода получены данные о роли в естественном и преждевременном старении генов, ответственных за самые различные процессы жизнеобеспечения:

• ГТФ-связывающие белки и ассоциированные рецепторы мембраны, регулирующие метаболизм и проведение сигналов;

• митохондриальные белки;

• деацетилаза гистонов, регулирующая активность генома;

• серин/треониновые протеинкины, фосфоинозитол-киназа, фосфатаза PTEN, протеинкиназа TOR и рецепторы инсулина (контролирующие деление и проведение сигналов в клетку);

• регуляторы экспрессии антистрессорных белков и апоптоза;

• гены репарации ДНК и некоторые другие.

Исследовательский подход, получивший название «анализ локусов количественных признаков» (QTL), на примере нематод, дрозофил и мышей привел к обнаружению десятков генов, вовлеченных в естественный полиморфизм ПЖ и подтвердил участие в естественном полиморфизме ПЖ практически всех известных «геронтогенов».

Физиологические проявления старения

Общие физиологические проявления старения

Старение характеризуется для человека и многих иных живых существ типичными изменениями ряда физиологических показателей организма. Наиболее выраженными и типичными являются следующие:

• снижение скорости проведения нервных импульсов на 15 % от уровня, наблюдаемого в 25–30 лет;

• снижение уровня основного обмена на 20 %;

• снижение содержания внутриклеточной воды – около 25 %;

• снижение сердечного индекса на 30–35 %;

• снижение скорости клубочковой фильтрации на 40–45 %;

• снижение почечного кровотока на 50–55 %;

• снижение максимальной емкости легких на 55–60 %;

• снижение скорости кровотока на 65–70 %;

• снижение числа клеток (в разных органах – на 5–15 %);

• выраженное снижение скорости самообновления органов в результате снижения потенциала клеточного роста (например, в печени движение изотопной метки in vivo замедляется в десятки раз).

Типичным является разновременное начало изменений для разных органов, разная степень выраженности изменений, иногда – разнонаправленность изменений (обычно – как результат развития компенсационных процессов), зачастую выраженное видовое и индивидуальное различие.

Достаточно однородные значения изменений отмечены для некоторых функций, например:

• повышение скорости пульсовой волны как отражение артериосклероза – процесса, связанного с возрастом;

• увеличение частотного порога восприятия звука;

• увеличение расстояния ближнего зрения как отражение снижения аккомодации (ввиду уплотнения хрусталика) и др.

В целом довольно типичны поседение волос, снижение числа желез кожи и слизистых, снижение ЖЕЛ, снижение фильтрации почек и пр.

Для развития старения характерны гетерохронность, гетеротопность, гетерокинетичность и гетерокатефтенность.

Гетерохронность – различие во времени наступления старения отдельных тканей, органов и систем: атрофия вилочковой железы у человека начинается в возрасте 13–15 лет, половых желез – в климактерическом периоде (48–52 лет у женщин), а некоторые функции гипофиза сохраняются на высоком уровне до глубокой старости.

Гетеротопность – неодинаковая выраженность процесса старения в различных органах и структурах одного и того же органа. Так, в нервной системе неодинаково выражены возрастные изменения в разных структурах и даже в пределах одной и той же структуры, например, нейроны в одних извилинах коры головного мозга изменяются более существенно, чем в других.

Гетерокинетичность – развитие возрастных изменений с различной скоростью. В одних тканях они возникают рано, медленно и относительно плавно прогрессируют; в других развиваются позже, но стремительно.

Гетерокатефтенность – разнонаправленность возрастных изменений, связанная, например, с подавлением одних и активизацией других жизненных процессов в стареющем организме.

Процессам старения противостоят приспособительные процессы – так называемые процессы витаукта (В. В. Фролькис):

• повышение процессов гликолиза и увеличение сопряжения процессов окисления и фосфорилирования;

• активация ряда ферментов и биосинтеза ряда белков;

• снижение распада медиаторов и гормонов при снижении их синтеза;

• полиплоидия клеток, гиперплазия аппарата Гольджи и эндоплазматической сети;

• увеличение объема митохондрий при снижении их числа;

• увеличение поверхности клеточной мембраны и гиперплазия самих клеток;

• увеличение числа рабочих капилляров при общем снижении капиллярной сети;

• повышение чувствительности к гуморальным факторам при снижении нервных влияний;

• активация местных регуляторных влияний при снижении общих процессов регуляции и пр.

Таким образом, процесс старения включает сложный комплекс разновременных и разнонаправленных изменений как повреждающей направленности, так и компенсаторных влияний.

Старение сердечно-сосудистой системы

С возрастом закономерно растет артериальное давление (в основном за счет систолического), и повышается среднее динамическое давление крови (в основном за счет снижения эластичности артерий – развития возрастного артериосклероза, предрасполагающего также к атеросклерозу – основной современной патологии пожилых). Изменение давления крови с возрастом характерно для долгоживущих видов и прежде всего для человека.

Венозное давление крови понижается, снижается тонус вен и расширяется венозное русло, что создает застойные тенденции в гемодинамике и способствует тканево-циркуляторной гипоксии.

Типичные возрастные изменения гемодинамики приводят к повышению систолического артериального давления у здоровых людей, однако вопрос о том, что повышение АД является закономерным следствием старения, остается предметом дискуссий и обсуждений.

Для периферического кровообращения характерно постепенное увеличение отношения эластического сопротивления к общему. Увеличение ригидности стенки сосудов частично компенсируется увеличением артериального (и венозного) резервуара крови.

Явления фиброза и гиалинового перерождения свойственны также пре- и посткапиллярам, что ведет к облитерации их просвета. Часто наблюдается также паракапиллярная отечность. Эти явления частично компенсируются развитием капиллярных анастомозов.

С возрастом закономерно снижается частота пульса за счет изменения синусового автоматизма.

На ЭКГ закономерно отмечаются признаки снижения скорости процесса реполяризации и удлиняется электрическая систола сердца, умеренно замедляется атриовентрикулярная проводимость.

Величина сердечного выброса в пожилом возрасте падает (на 1 % в год за счет систолического объема), растет относительная (при снижении абсолютной) потребность миокарда в кислороде.

Минутный объем крови снижается за счет печеночного и почечного кровотока при сохранении сердечного и мозгового. Несколько повышается объем циркулирующей крови за счет остаточного объема крови в полостях сердца и замедляется время полного кругооборота крови.

Нарушается синхронизация волокон сердца при его сокращении, нарушается центральная рефлекторная и условно-рефлекторная регуляция, наступают выраженные и разнонаправленные изменения в активности регуляторных зон гипоталамуса и иных областей мозга.

Чувствительность регуляторных нервных центров к внутрижелудочковому введению адреналина, норадреналина и ацетилхолина при регистрации реакции по повышению артериального давления увеличивается в старости на порядок и более (исследования на кроликах), что способствует затяжному течению гипертензий. При старении закономерно снижается диапазон реактивности сердечно-сосудистой системы на внешние воздействия и гормональные влияния, но растет чувствительность к этим агентам. Нарушаются также рефлексы рецепторов сердца и сосудов (растут пороговые изменения давления, вызывающие прессорные или депрессорные реакции, изменяется состояние пессимума гемодинамического центра и пр.).

Для миокарда в старости характерны прогрессирующий склероз, очаговое снижение трофики с белково-липидной дистрофией, дилатация желудочков сердца, что связано прежде всего с развитием гипоксии на фоне нарушения энергетических процессов, накоплением ионов Na+ и снижением центральных регуляторных влияний на сердце. Ослабляются прямые адренергические влияния на сердце, при введении адреналина развивается энергодинамическая недостаточность.

У пожилых изменяется электромеханическая систола сердца в основном за счет удлинения фазы изометрического сокращения. Фаза быстрого изгнания крови из сердца несколько укорачивается, медленного – удлиняется, сердечный выброс падает.

Изменяется также диастолический период сокращения сердца: удлиняется период изометрического расслабления и фаза быстрого наполнения при относительном укорочении общего периода наполнения.

Рис. 6. Обеднение капиллярного русла с возрастом

Рис. 7. Изменение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типа у человека с возрастом

Рис. 8. Снижение с возрастом реакции (ЧСС) на стандартную физическую нагрузку (10 приседаний)

Изменение скорости распространения пульсовой волны – одна из наиболее выраженных возрастных характеристик, отражающих склерозирование сосудов с возрастом.

Сниженная реактивность сердечно-сосудистой системы проявляется в снижении реакции ЧСС на стандартную физическую нагрузку.

Старение дыхательной системы

Изменение осанки и деформация грудной клетки – характерные внешние признаки старения, связанные с нарушением тонуса мышц и обызвествлением реберных хрящей, что ведет к нарушению внешнего дыхания. В легких отмечается утрата альвеол, растяжение их и утоньшение, снижается эластичность легочной ткани, развивается старческая эмфизема.

С возрастом снижается ЖЕЛ за счет дыхательного объема, резервного объема вдоха и выдоха, но возрастает остаточный объем, физиологическое мертвое пространство.

Дыхание учащается, и минутный объем (МОД) повышается до 200 % от должного; несмотря на это, снижается альвеолярная вентиляция – снижается эффективность внешнего дыхания и коэффициент использования кислорода легких, повышается альвеолярно-артериальный градиент кислорода и другие сходные показатели.

Снижение содержания кислорода в капиллярной сети и тканях характеризует в целом кислородный режим старого организма как менее эффективный и напряженный.

Рис. 9. Возрастные изменения ЖЕЛ у человека

Повышение легочной вентиляции при физической нагрузке у пожилых достигается в основном за счет учащения дыхания, при этом даже при малых нагрузках развивается выраженная гипоксемия. Восстановительный период более растянут, хотя в первые минуты изменения МОД более выражены, чем у молодых. Для регуляторных процессов характерна повышенная чувствительность хеморецепторов к гипоксическим агентам, наряду со значительным снижением рефлексов механорецепторов.

В целом для дыхательной системы, как и для остальных систем организма, типична неадекватно большая реакция на слабые нагрузки и недостаточная мощность для средних и больших нагрузок.

Ниже показано повышение с возрастом концентрации углекислого газа в артериальной крови и альвеолярно-артериальной разницы напряжения кислорода, что указывает на развитие дыхательной недостаточности с возрастом.

Рис. 10. Повышение с возрастом альвеолярно-артериальной разницы напряжения кислорода (по Кишкун, 2008)

Старение костно-мышечной системы и эпителия

В процессе старения утончается многослойный плоский эпителий (за счет шиповатого и зернистого слоя), снижается пролиферативная активность клеток, рост и самообновление эпителия, в базальных клетках увеличивается содержание меланина (типичное для старения потемнение кожи), почти полностью отсутствуют эпидермальные макрофаги (снижение местного иммунитета).

Многослойный плоский эпителий влагалища редуцируется, снижается устойчивость к инфекциям (сенильный вагинит).

В тонком кишечнике уменьшается количество слизеобразующих бокаловидных клеток. Снижение активности пристеночного переваривания ведет к синдрому мальабсорбции, а снижение активности всасывания, в частности витамина В_12, – к мегалоподобной анемии.

Реснитчатый эпителий бронхов уплощается и теряет реснички, местами наблюдается метаплазия в многослойный плоский эпителий.

В железистом эпителии снижается число и функция желез.

Соединительная ткань резко изменяется с возрастом, замещая паренхиматозную. Фибробласты превращаются в фиброциты, снижается скорость самообновления ткани и увеличивается ее жесткость, гиалинизируются коллагеновые волокна, увеличивается содержание оксипролина и оксилизина. Эластические волокна набухают и фрагментируются, откладывается кальций (кальциноз органов).

Гладкая мускулатура сосудов и внутренних органов атрофируется, снижается ее тонус, способствуя развитию грыж и дивертикулов (пищевод). В кишечнике снижается тонус, развивается атония. В желудке гладкомышечные клетки подвергаются жировому перерождению, гомогенизации и вакуолизации.

Изменения поперечнополосатой мускулатуры в старости характеризуются одновременным наличием неизмененных, гипертрофированных и атрофированных волокон.

Рис. 11. Возрастные изменения силы – динамометрия

Рис. 12. Возрастные изменения силы – эргометрия, Вт

Наиболее явные возрастные изменения связаны со старением костно-мышечной системы. С 25 лет доля безжировой массы тела сокращается примерно на 4 % в каждое десятилетие, а после 50-летнего возраста это сокращение доходит до 10 % и сопровождается пропорциональным увеличением доли жировой ткани.

Снижение мышечной массы происходит соразмерно возрастному убыванию силы, что является важнейшим проявлением старения – развитием синдрома саркопении.

Остеопороз

Характерным признаком старения является остеопороз, в результате которого потеря трабекулярной костной массы достигает 60 %, а кортикальной – 35 %. Остеопороз увеличивает риск переломов.

Возрастной остеопороз (ОП) непосредственно связан с окончанием роста и развития и с климактерическим синдромом.

Потеря костной массы составляет после достижения пика, начиная с 30 лет, у мужчин – 0,3–0,5 % в год; у женщин – 0,7–1 % в год, причем в менопаузе потеря увеличивается. Раньше и больше ОП выражен в губчатой кости (позвоночник) как более функциональной ткани, но затем значительные изменения наблюдаются и во всех типах костной ткани. Потеря костной ткани на 80 % определяет ее хрупкость, но важное значение имеет и микроархитектоника – нарушение расположения трабекул кости.

Остеопороз II типа – сенильный ОП – характеризуется истончением трабекулярных пластин, кортекса и увеличением его порозности; развивается линейно у мужчин и ускоренно после менопаузы у женщин.

Механизм развития остеопороза представляет собой:

• снижение количества матрикса, синтезируемого остеобластами; уменьшение числа остеобластов (ОБ) с возрастом;

• отрицательный костный баланс ОБ с остеокластами (ОК);

• увеличение единиц ремоделирования, которые прекращают развитие после фазы реверсии (недостаток ОБ) с образованием лакун резорбции;

• недостаточность числа предшественников ОБ и ОК;

• снижение образования матрикса (изменение микроокружения).

Таким образом, с возрастом снижается ремоделирование кости. У женщин снижение эстрогенов сопровождается вторичным гиперпаратиреоидизмом (реакция на потерю кальция). Снижается ОБ- и ОК-генез с переключением на адипоцитогенез (снижается ИЛ-11 – мощный ингибитор адипоцитогенеза), снижается инсулинозависимый фактор роста и баланс костных морфогенетических белков: КМФ-2/КМФ-4 и ИЛ-1/ИЛ-11.

Для диагностики остеопороза используют:

• тесты на кальций, фосфор, паратгормон – они предназначены для общей оценки состояния минерального обмена и его регуляции;

• тесты на остеокальцин сыворотки и экскрецию ДПИД с мочой – для оценки маркеров костного метаболизма. Важное значение в развитии ОП имеет и возрастной иммунодефицит.

На уровне суставных хрящей наблюдается повышенная плотность субхондральной кости и образование остеофитов с одновременной атрофией волокнисто-хрящевой и синовиальной ткани. В конечном итоге формируется остеоартроз и дегенеративные поражения тазобедренных и коленных суставов, суставов стоп и кистей рук: отмечается неустойчивость и боль в суставах, со временем развивается нарушение равновесия и ограничение двигательной активности.

Дегенеративные костные изменения, связанные со старением, влияют на уровень повреждения шейного отдела позвоночника. У людей моложе по возрасту наиболее мобильными являются сегменты между С4 и С7 позвонками и, как следствие, большинство переломов происходят на этом уровне. У пожилых дегенеративные изменения приводят к ограничению подвижности указанных сегментов, и наиболее мобильной частью шейного отдела становится С1-С2 сегмент.

В нижних отделах позвоночника потеря трабекулярной костной массы, как правило, влечет за собой переломы передней части тела позвонка, при этом задние элементы остаются интактными. Такой тип повреждений редко сопровождается явным неврологическим дефицитом.

Кожа с возрастом атрофируется, теряет влагу и тургор, кровоток в ее сосудах замедляется, уменьшается количество подкожного жира. Вследствие этого кожные покровы становятся более хрупкими и у лежачих больных склонными к трофическим изменениям и пролежням.

Старение системы крови

Изменения крови с возрастом относительно невелики. Вязкость крови обычно не меняется, отмечается некоторое увеличение осмотической стойкости эритроцитов за счет бедности ретикулоцитами вследствие снижения новообразования эритроцитов. Несколько повышается СОЭ, система гемостаза значимо не страдает.

Выраженно страдают органы кроветворения и иммунитета: жировое перерождение костного мозга и атрофия тимуса.

Химический состав крови изменяется мало, но можно отметить уменьшение альбуминов и повышение глобулинов, особенно бета- и гамма-фракций, что связывают с изменением витаминного обмена и нарушениями системы иммунитета, в том числе с развитием аутоиммунных процессов. Соотношение альбумин/глобулины является хорошим показателем биологического возраста.

Содержание ионов Na+ и К+ не меняется, однако снижение экскреции К+ с мочой указывает на развитие некоторого калиевого дефицита и повышение потребности пожилых в калии. В эритроцитах содержание К+ повышается. Содержание ионов Cl– в эритроцитах увеличивается, но сохраняется таким же в крови.

В поздних возрастах повышается содержание ионов Mg2+ в венозной крови при сохранении его в эритроцитах.

Уровень железа в крови снижается в старости, ввиду снижения всасываемости в желудочно-кишечном тракте и снижения трансферрина. Падает также, начиная с 50 лет, содержание кобальта, никеля, цинка и меди – кофакторов кроветворения.

Содержание в крови, морфология эритроцитов и цветной показатель с возрастом не меняются, но возрастает время жизни эритроцитов и снижается число ретикулоцитов. В миелограмме отмечается задержка созревания эритроцитарного ростка на уровне полихроматофильного нормобласта. Снижение активности костного мозга и замещение его жировой тканью – типичная для старости картина.

Лейкоциты также сохраняются с возрастом примерно на том же уровне. В формуле крови отмечается некоторое снижение молодых (палочкоядерных) форм и относительное повышение лимфоцитов и эозинофильных гранулоцитов.

Количество тромбоцитов с возрастом снижается при сохранении способности крови к свертыванию, хотя в системе свертывания наблюдается разнонаправленное изменение факторов: намного повышается содержание фибриногена и факторов свертывания VII и VIII, а также фибриназы и гепарина (хотя у части лиц происходит, наоборот, снижение их содержания), но резко снижается содержание антитромбина II, необходимого для проявления антикоагулянтных свойств гепарина и антитромбина III. Повышению содержания гепарина отводят компенсаторную роль в связи с его антикоагулянтными свойствами, а также профилактическим свойством в отношении тканевой гипоксии и липопросветляющим эффектом на жиры сыворотки крови.

Все это нарушает стабильность системы свертывания, предрасполагая к заболеваниям сердечно-сосудистой системы, смертность от которых в развитых странах вышла на первое место.

Возрастной иммунодефицит – механизм старения и возрастзависимая патология

После формулировки Ф. Бернетом иммунологической теории старения были подробно изучены и обобщены процессы старения иммунной системы, показана несомненная связь функций иммунной системы с процессом старения. Наиболее значимо, видимо, изменяется продукция тимических пептидов с возрастом, которые после 40 лет уже практически не обнаруживаются в периферической крови. Это ведет к прогрессирующей возрастной атрофии тимуса, затуханию процесса появления новых Т-лимфоцитов, способных распознавать новые антигены: снижается количество «наивных» Т-клеток (СD4+ Т-лимфоцитов – с 55 % в 20 лет до 20 % в 80 лет) и повышается число Т-клеток памяти (с 42 % в 20 лет до 80 % в 80 лет).

Одновременно резко снижается экспрессия на поверхности Т-лимфоцитов CD28+ антигена, который является костимулятором пролиферации при активации антигеном лимфоцитов в ходе иммунного ответа. С возрастом снижается общее соотношение лимфоцитов и нейтрофилов, абсолютное содержание СD4+ и СD8+ клеток, как и В-лимфоцитов, тогда как количество NK (естественных киллеров с фенотипом СD16+СD56+СD57+) повышается (функциональная активность последних, однако, несколько снижается).

С возрастом закономерно повышаются аутоиммунные реакции, антитела против ДНК и тироглобулина, иммуноглобулины крови, а также изменяются функции СD4+СD25+ Т-лимфоцитов, регулирующие аутоиммунные реакции, и снижается альбумин/глобулиновый коэффициент.

Закономерно повышается содержание провоспалительных лимфокинов Il-6 и TNF-a, которые стали называть «лимфокинами старения». Повышается содержание колониестимулирующего фактора для макрофагов, онкостатина, фактора стволовых клеток (лиганд c-kit-молекулы, важной для процессов активации и пролиферации лимфоцитов).

Снижается с возрастом содержание в крови IL-2, IL-10, IL-11 и IL-13, а также IL-7, который, видимо, ответственен за атрофию тимуса. С возрастом повышается чувствительность лимфоцитов к апоптозу, снижается способность к активации и пролиферации, а также к полноценной дифференцировке.

Тестостерон и эстрогены также индуцируют атрофию тимуса, видимо, без участия кортикостероидов, что связывает процессы окончания развития организма и его полового созревания с окончанием формирования иммунитета и последующей его инволюцией.

Значительная роль иммунных механизмов в процессе старения и данные об участии лимфоцитов в регуляции процессов роста соматических клеток позволяют думать об участии иммунных механизмов в возрастной дистрофии тканей – главном механизме старения самообновляющихся тканей.

В норме взаимодействие Т-лимфоцитов и макрофагов необходимо для продукции остеокласт-активирующего фактора. Ряд лимфокинов являются известными регуляторами остеогенеза (стимуляторы ОБ-генеза – ИЛ-1, 3, 6, 11, ФНО, ГМ-КСФ; ингибиторы ОБ-генеза – ИЛ-4, 10, 13, 18, интерферон и др.).

Важнейшими факторами регуляции остеогенеза являются:

• продуцируемый мононуклеарами ФНО (продуцируется лимфоцитами) – резорбция кости;

• ГМ-КСФ (регуляция в костном мозге);

• ИЛ-1 – контроль коллагеназы и резорбции кости;

• интерферон (снижение ИЛ-1 и формирования ОБ);

• ИЛ-7 является прямым ингибитором ОК-генеза.

Лимфоциты имеют рецепторы к ПТГ, потенцирующему костную резорбцию и активирующему Т-лимфоциты, как и рецепторы к кальцитонину, причем Т-лимфоциты способны продуцировать ПТГ-подобную активность; у бестимусных мышей и крыс снижена скорость обмена кости, длина позвоночника и бедренной кости; рецепторы к эстрогенам представлены на ОБ, ОК, макрофагах и Т-лимфоцитах.

Старение пищеварительной системы

В системе пищеварения при старении обнаруживаются выраженные альтерационные процессы, в основе которых прежде всего лежит снижение пролиферации и созревания эпителия слизистой желудочно-кишечного тракта. Обычно это комплекс явлений, характеризуемых как атрофия слизистой и ее желез. Сглаживается рельеф слизистой, снижается общее число работающих энтероцитов, резко утолщается базальная мембрана, нарушается нормальное соотношение эпителия и соединительной ткани, развивается дегенерация интрамуральной нервной системы. Снижение барьерных функций слизистой сопровождается повышением инфильтрации ее защитными элементами крови.

Поджелудочная железа снижает свою деятельность с возрастом. Особенно рано развиваются изменения сосудов, затем наблюдается склероз протоков, кистозное перерождение и нарушение передвижения секрета, гибель ацинозных клеток и междольковый фиброз (паренхима железы может атрофироваться на 60–70 %).

Для секреторных процессов при старении типично снижение их функции. Снижается объем желудочного сока и содержание в нем соляной кислоты и пепсина, ослабляются нервно-трофические и регуляторные влияния. Индуцированное выделение соков снижается меньше, чем базальное. Дефицит синтеза гастромукопротеинов приводит к дефициту внутреннего фактора Кастла с симптомами В_12-дефицитной мегалобластной анемии. Снижается также общее количество секрета и содержание всех ферментов поджелудочной железы с развитием диспанкреатизма: наименьшее изменение отмечено для амилазы, наибольшее – для липазы.

Выраженные изменения со стороны мембранного пищеварения, прежде всего гидролиза жиров, ведут к стеаторее; содержание адсорбированной амилазы не изменяется, но градиент ее повышается не с двенадцатиперстной, а с тонкой кишки; снижается также общая скорость движения химуса, что наряду с мышечной атрофией и атонией слизистой ведет к старческим запорам с формированием каловых камней, но иногда развиваются и состояния гиперкинеза кишечника.

Типично также снижение активности лактазы с развитием непереносимости молока. При этом инвертазы сохраняются полностью и сахара усваиваются нормально. Отмечается нарастание возрастного дефицита поступления витаминов и микроэлементов, особенно на фоне развивающегося снижения общей потребности в пище.

Весьма выраженные изменения наступают в микрофлоре кишечника. Снижается число молочнокислых бактерий, кишечной палочки, развивается гнилостная флора. При этом бактерии начинают попадать в зону пристеночного мембранного пищеварения и проходить сквозь стенку кишечника, что ведет к наблюдаемой в старости транзиторной бактериемии.

Старение мочевыделительной системы

Интенсивность возрастной дегенерации почечной паренхимы весьма велика – теряется до 50 % нефронов и более, что сопровождается гипертрофией оставшихся. Гиалиноз и склерозирование, лежащие в основе этих явлений, – возрастзависимые процессы.

Утолщается базальная мембрана клубочков, развивается их дегенерация, что ведет к увеличению доли кровотока через шунты, в обход коры почки.

В артериолах почки наблюдается склонность к гиалинозу. Гистологически в почке отмечают кальцинацию и накопление жира, значительно повышается количество сульфатированных гликозаминогликанов, гидроксипролина.

Клиренсовые пробы, отражающие эффективность функции почки, падают с возрастом значительно, как и средний кровоток и экскреторная функция. Понижается с возрастом также суточный диурез (у долгожителей – наполовину) при сохранности уровня обратной реабсорбции воды в канальцах.

Плотность мочи понижается, падает содержание в ней электролитов, снижается максимальная осмолярность. Концентрационная функция почек в тесте сухоедения обычно не страдает.

Реакция почечной ткани на воздействия характеризуется типично торпидным типом, с удлинением латентного периода и затяжным восстановлением. Роль нервного регуляторного звена с возрастом для почек снижается, а гуморального – повышается.

Рис. 13. Возрастные изменения клиренса почек

Почечные чашечки и лоханки с возрастом теряют эластичность и атрофируются, как и сфинктерные группы, снижается число барорецепторов.

Утолщаются, теряют эластичность и удлиняются мочеточники с нарушением их перистальтики и функции сфинктеров, что ведет к дискинезиям и частым рефлюксам.

Мочевой пузырь изменяется с возрастом мало. Учащенные позывы объясняют снижением его растяжимости и изменением функций сфинктеров и поддерживающего связочного аппарата.

Старение половой системы

Включение и выключение половой функции – важнейшие этапы развития млекопитающих и, видимо, многих иных организмов, отражающие одни из самых существенных моментов в онтогенезе.

Система репродуктивного гомеостаза – достаточно закрытая и автономно функционирующая система организма. В мужском организме с повышением андрогенов при половом созревании начинает функционировать тонический половой центр, что сопровождается постоянным режимом секреции ЛГ/ФСГ-рилизинг-факторов. В женском организме повышение порога чувствительности тонического центра увеличивает уровень эстрогенов в крови, что приводит к включению овариального цикла яичников и влияет на циклический половой центр.

При правильном менструальном цикле за 20 лет суточная экскреция с мочой суммарных гонадотропинов (ЛГ и ФСГ) увеличивается в 4 раза, что, однако, сопровождается снижением с 30 и особенно с 40 лет уровня эстрогенов и появлением неклассических форм эстрогенов. Считают, что постепенное повышение порога гипоталамуса к торможению эстрогенами – причина развития климакса. Возрастная атрофия эпифиза, вероятно, играет важную роль в изменении регуляции гипоталамуса с возрастом.

Нейроэндокринные изменения у женщин в процессе репродуктивного старения типичны. В основе этого процесса лежит прогрессивное снижение числа примордиальных фолликулов в яичниках, предрасполагающее к нарушениям характеристик отдельных менструальных циклов (ановуляция, вариабельность уровня эстрадиола и маточные кровотечения) уже в позднем репродуктивном периоде.

Для лечения и профилактики климакса, постклимактерических неврозов и возрастного остеопороза у женщин, а также профилактики атеросклероза сейчас во всех странах используют введение различных лекарственных форм эстрогенов уже с достаточно ранних возрастов. Восстановление половой функции получено и при использовании Л-ДОФА, влияющей на обмен нейромедиаторов, и прогестерона. В последние годы вновь возник интерес к введению с этой целью гормона эпифиза – мелатонина, – экстрактов эпифиза и пр.

Рис. 14. Изменение содержания эстрадиола с возрастом

У мужчин снижается продукция тестостерона, 17-КС, это начинается уже с возраста около 30 лет, с возрастом снижается и число лейдиговых клеток. Нервные, половые расстройства, склонность к атеросклерозу и другие проявления трактуют как «первичный гипогонадизм». Иногда можно услышать и о мужском климаксе. Закономерно развивается гипертрофия предстательной железы с учащенным мочеиспусканием и возможным опухолевым перерождением.

Содержание эстрогенов у женщин и мужчин с возрастом изменяется реципрокно.

Старение нервной системы

Физиологические изменения мозга характеризуются снижением и замедлением кровотока, уменьшением потребления кислорода, особенно в лобных и височных областях, снижением утилизации глюкозы мозгом. Наибольшее значение имеет уменьшение числа нервных клеток, особенно если это касается регуляторных нервных центров, и изменение их метаболической и электрической активности; типично также накопление липофусцина и признаки дистрофии и деструкции клеток. В нервных клетках с возрастом увеличивается количество амилоидных телец, аргирофильных зерен, нейромеланина и липофусцина.

Работоспособность нервных клеток падает, процессы восстановления отстают, увеличивается реполяризация нейронов после волны возбуждения, удлиняется потенциал действия и снижается лабильность, отмечается развитие гиперполяризации нейронной мембраны.

Исследования обмена нейромедиаторов показывают малую изменчивость общего обмена катехоламинов, серотонина, ацетилхолина и др. при успешном старении. Более разноречивы данные об их изменении в различных нервных центрах. То же касается исследований числа рецепторов к нейромедиаторам. Наиболее интересно, видимо, постоянное снижение с возрастом (у человека – с 30 лет) ДОФА мозга, с чем связывают эффективность у пожилых ингибиторов МАО типа В, оказывающего выраженный омолаживающий эффект за счет влияния на повышение ДОФА мозга. Дофаминовые механизмы участвуют в регуляции иммунитета (стимуляция), составляя с серотониновыми механизмами (ингибирование) противоположный баланс регуляции иммунитета и, видимо, определяя возрастной иммунодефицит.

В целом можно указать на выраженные изменения электрических порогов для ряда нервных центров, регулирующих вегетативные функции и внутрицентральные отношения, что отражает формирование новых регуляторных целостных взаимосвязей, анализ которых следует проводить параллельно с исследованием изменения соответствующих регулируемых функций. У мышей изменения мозга проявляются заторможенностью, снижением поискового рефлекса, движением по кругу, преобладанием в лабиринте одного из направлений (правое-левое).

Спинной мозг с возрастом теряет мотонейроны параллельно с выраженным снижением интенсивности кровотока через него. В клетках отмечается накопление липофусцина, падает активность холинацетилтрансферазы, ацетилхолинэстеразы и АТФ для транспорта Na+ и K+, изменяется электрическая активность нейронов и нервно-рефлекторные взаимоотношения, растет постсинаптическое торможение.

Снижение сухожильных рефлексов нарастает год от года, вплоть до полного их отсутствия в старческих возрастах.

Возрастной остеохондроз приводит к сдавлениям нервных корешков и нарушениям поступления информации от внутренних органов, а также к чувствительным, двигательным и нервно-трофическим нарушениям.

Вегетативная нервная система. Изменение вегетативной нервной системы отражает как нарушения, так и компенсаторные реакции, направленные на восстановление гармоничности метаболического обеспечения организма в каждом возрастном периоде. Морфологически отмечают снижение числа нервных элементов в тканях и их деструктивные изменения. В ганглиях одни нервные клетки сморщиваются и деградируют, другие функционально гипертрофируются.

При оценке вегетативных реакций обычно отмечают рост их латентного и восстановительного периодов при снижении диапазона реакций. Ослабляются эфферентные и нервно-трофические нервные влияния на ткани, взамен растет чувствительность к гуморальным механизмам регуляции.

Отмечаемая недостаточность синтеза ацетилхолина в старости проявляется обычно в условиях стимуляции деятельности ацетилхолиновых систем, причем изменения эти неравномерны для разных органов и тканей. Лимитирование синтеза норадреналина в старости связывают со снижением гидроксилирования дофамина. Снижение уровня норадреналина в крови (до 6 раз) сопровождается некоторым увеличением уровня адреналина, что изменяет характер метаболического и психического ответа на стрессорные реакции. Снижается также интенсивность обратного захвата норадреналина в синапсах и удлиняется время взаимодействия его с рецепторами.

Высшая нервная деятельность. Для старческого периода типично ослабление активности коры полушарий, что снижает четкость реакций на раздражители, и преимущественно стереотипное поведение. Особенно трудно вырабатываются разные виды тормозных рефлексов. По И. П. Павлову, в старости страдает раньше и больше корковое внутреннее торможение. Типично ослабление подвижности нервных процессов, развитие инертности как процессов возбуждения, так и процессов торможения. При этом сохраняется на высоком уровне смысловое понимание, что указывает на превалирование с возрастом второй сигнальной системы.

Считают, что причиной снижения активности коры является ослабление влияния на нее нижележащих нервных структур, прежде всего ретикулярной формации.

ЭЭГ к старости характеризуется уменьшением частот доминирующих ритмов (снижение частоты альфа-ритма) и их амплитуды. Появляется медленно-волновая активность. Нарушается организация всей фоновой активности мозга.

Рис. 15. Возрастные изменения внимания (тест Шульте)

Психическая деятельность. С возрастом снижается эффективность выполнения задач, связанных с гибкостью, интегративностью мышления, творческим подходом, с использованием зрительного анализатора и двигательных реакций, требующих большой скорости выполнения. В то же время сохраняется качество выполнения задач, связанных с опытом и анализом. Стабилен вербальный интеллект. В более позднем возрасте снижается уже общая психическая активность. Личностные качества в старости характеризуются повышенной аффективностью, консерватизмом, немотивированной обидчивостью, эгоцентричностью, ипохондрией, властью воспоминаний, сдвигом к интравертности, что является основой дезадаптации, особенно социальной.

Старение и функция анализаторов

Рис. 16. Возрастные изменения зрения (расстояние ближнего зрения, человек)

Зрение. Известно прогрессирующее изменение аккомодации глаз с возрастом: наблюдается линейное падение на 10 D за 50–60 лет (падение начинается уже с 10-летнего возраста), что связано с уменьшением эластичности хрусталика.

Повышается порог абсолютной световой чувствительности, ухудшается адаптация к темноте вследствие снижения прозрачности хрусталика, снижается острота зрения.

Изменения в ретинограмме связаны прежде всего с изменениями кровообращения глаз, склерозом и дистрофией.

Изменяется цветоощущение с лучшим сохранением восприятия зеленого цвета, отмечаются иные изменения.

Сениальная миопатия век ведет к птозу век.

Слух. Закономерно снижается с возрастом верхний порог различения высоких частот, а также острота слуха для фиксированной частоты, нарастает латентный период вызванных слуховых реакций. В то же время порог различения двух щелчков относительно стабилен для разных возрастов.

Важнейшим является изменение звуковоспринимающего, а не звукопроводящего аппарата. Выраженно изменяются слуховые рецепторы и центральные механизмы слуха, особенно речевое различение и интеграция речи.

Рис. 17. Изменение с возрастом слуха (порог слышимости в Дб при 4000 Гц)

Рис. 18. Изменение с возрастом слуха (порог слышимости, Гц)

Вкус. Вкусовые пороги повышаются с возрастом, особенно для сладкого, но в целом вкус меняется относительно мало.

Обоняние изменяется с возрастом обычно более значительно, уже начиная с периода половой зрелости. При этом слизистая оболочка носа изменяется меньше, чем центральные анализаторы. При профессиональной тренировке (парфюмеры) обоняние может сохраняться длительно на высоком уровне.

Кожная чувствительность отчетливо понижается с возрастом, включая болевые пороги. Особенно снижается вибротактильная чувствительность.

Старение и эндокринная регуляция

Гипоталамо-гипофизарная регуляция. Гипоталамус играет ключевую роль в регуляции вегетативных функций организма. Изменения его различных отделов в процессе старения разнонаправленны и достаточно выражены. Именно изменения в его регуляторных центрах определяют включение и выключение программ полового созревания, роста, инволюции тимуса и, видимо, других изменений.

Влияния гипоталамуса осуществляются через гипофиз, причем эпифиз оказывает тормозящее действие на многие из этих программ. Возможны влияния на гипоталамус более высоких отделов мозга (например, случаи быстрого постарения, индуцированные психической травмой), однако в большинстве случаев функции гипоталамуса в целом и многих его ядер достаточно автономны.

Морфологические исследования показали выраженное снижение числа клеток в некоторых из ядер гипоталамуса при сохранении их в других областях и значительные изменения их функциональной активности и рецепторномедиаторного аппарата.

Типичными проявлениями старения для нейроцитов гипоталамуса являются отложения липофусцина и другие функционально-метаболические изменения, характерные для всех клеток организма в старости и в особенности для нервных клеток. При старении происходит снижение базального уровня секреции нейромедиаторов и ослабление реакции на рефлекторные влияния при относительном усилении реакции на гуморальные раздражители.

Гормоны гипофиза. СТГ. Содержание соматотропин-рилизинг-фактора (а также, видимо, и соматостатина) в гипоталамусе снижается в старости, содержание СТГ в крови тоже снижается, нарушается его суточный биоритм: исчезает ночной пик, снижается концентрация фактора роста IGF-1.

АКТГ. Снижение адаптивных реакций старых животных не в последнюю очередь связано со снижением кортикотропин-высвобождающей активности гипоталамуса. Базальный уровень АКТГ в крови не меняется.

ТТГ. После половой зрелости интенсивность синтеза ТТГ выраженно нарастает и сохраняется длительно на постоянном уровне, достоверно снижаясь только в старости; содержание ТТГ в аденогипофизе снижается, видимо, по принципу обратной отрицательной связи. С возрастом усиливается дейодирующая способность гипофизарной ткани.

Гонадотропины. Большинство исследователей отмечают нарастание содержания гонадотропинов в гипофизе старых животных и человека при неясности относительно чувствительности систем отрицательной обратной связи регуляторных центров. Резкое повышение уровня ФСГ с исчезновением ритмов отмечается при менопаузе у женщин. Менопауза затрагивает систему кальциевого обмена и нервно-психический статус, кроме того, после менопаузы смертность женщин возрастает и частично догоняет смертность мужчин.

В целом изменения в гипоталамусе, определяющие программу роста и развития организма, после исчерпания такой программы могут обусловить и развитие возрастзависимых изменений. Этому способствует фактическое отсутствие влияния естественного отбора на характеристики организмов в поздние сроки жизни в естественных условиях.

Эпифиз ответственен за циркадные ритмы, рост, половую и иммунную функцию, осуществляя регуляторную и сдерживающую роль. При эпифизэктомии ускоряется рост и половое созревание, задерживается инволюция тимуса. Терапия мелатонином в пожилом возрасте достаточно известна и связана со снижением его уровня в старости.

Рис. 19. Изменение содержания мелатонина в крови с возрастом (мужчины, приводится по: Анисимов, 2008). По вертикали – мелатонин крови, пМ/мл, по горизонтали – время суток (часы)

ДГЭА. Изменения ДГЭА, видимо, наиболее выражены с возрастом, что приводит некоторых авторов к заключению о необходимости заместительной терапии.

Рис. 20. Возрастные изменения ДГЭА у человека

Эндокринные железы

Щитовидная железа. Масса данной железы снижается с возрастом. Происходит уменьшение объема фолликулов, высоты тиреоидного эпителия и индекса митозов эпителиальных клеток, уплотняется коллоидная субстанция, разрастается соединительная ткань, замедляется поглощение тканью железы йода.

С возрастом нарушается соотношение йодированных форм гормона, повышается содержание в железе монойодированных форм при снижении ди- и трийодтиронина. В крови повышается связывание тироксина глобулинами и снижается связывание альбуминами, повышается свободный тироксин плазмы при снижении общего содержания гормона. Распад тироксина снижается с возрастом вдвое, но растет количество продуктов дейодирования – йодопротеинов с длительным периодом полураспада в тканях.

Прямые исследования дейодирующей способности тканей старых животных показали ее повышение, параллельное повышению связывающей способности тканей к гормону, но при снижении выведения его из клеток и из организма. Исследование продуктов дейодирования показало у старых животных в печени, почках, мышцах и сердце значительное количество прямого Т3, не выявляющегося в раннем возрасте.

Коэффициент превращения Т4/Т3 в старости растет с 12 до 40 %. Считают, что в старости в щитовидной железе снижается синтез прямого Т3 и растет синтез обратного Т3 при общем снижении активности железы и синтеза как Т4, так и Т3. Содержание Т3 в крови с возрастом снижается.

Повышается чувствительность гипофизарной ткани к ТТГ при снижении объема адаптивной реакции. Повышается и чувствительность гипоталамо-гипофизарной системы к Т4, что во многом определяется активацией в старости дейодирования гормона тканью гипофиза. Диапазон адаптивной реакции также снижается.

Наблюдения клиницистов показывают, что эффективные дозы тироксина для пожилых значительно ниже.

Инсулин. С возрастом четко показано развитие недостаточности системы инсулиновой обеспеченности организма. Причем изменение нагрузочных тестов с глюкозой предложено использовать как общий метод определения вхождения организма в «состояние неспецифической неустойчивости» ко многим факторам внешней среды, включая травмы. То есть инсулиновые механизмы играют важную роль в адаптации и прямо отражаются на уровне смертности.

С возрастом показано увеличение содержания ингибиторов инсулина в крови, возрастание действия контраинсулярных факторов, что снижает биологическую эффективность самого инсулина и приводит к гликемическим сдвигам, выявляемым особенно четко при нагрузочных сахарных пробах.

Активация бета-клеток поджелудочной железы и стимуляция синтеза инсулина истощает функциональные возможности организма. В крови появляются малоактивные формы инсулина – проинсулин, бета-цепь инсулина. Порочный круг замыкается изменениями в липидах крови: повышение бета-липопротеидов и жирных кислот крови еще больше снижает активность инсулина. Все это в конечной стадии является важным патогенетическим фактором в нарушении толерантности к сахарам, прогрессирующей инсулиновой недостаточности, развитии атеросклероза и сахарного диабета пожилых.

Надпочечники. Надпочечники играют важную роль в общей адаптивной реакции организма, в том числе в обеспечении устойчивости к стрессам, поддержании ионного гомеостаза и регуляции иммунитета.

В различных функциональных зонах надпочечников наблюдаются неоднозначные изменения: снижается функция сетчатой зоны (синтез андрогенов) и до глубокой старости не нарушаются функции пучковой зоны (синтез глюкокортикоидов) и клубочковой зоны (синтез минералокортикоидов).

Синтез дигидроэпиандростерона снижается резко и рано, в старости его уровень практически нулевой.

Мозговой слой надпочечников с возрастом становится преобладающим. Повышается концентрация адреналина в крови при снижении норадреналина, увеличивается чувствительность тканей к адреналину по многим параметрам при снижении объема возможностей ответной реакции.

Повышается чувствительность надпочечников к АКТГ, снижается реактивная способность желез, падают потенциальные резервы коры надпочечников, быстрее наступает ее истощение, изменяется чувствительность тканей к действию гормонов надпочечников.

Резюме

Наиболее выраженными и типичными физиологическими изменениями при старении являются следующие:

• снижение скорости проведения нервных импульсов на 15 % от уровня, наблюдаемого в 25–30 лет;

• снижение уровня основного обмена на 20 %;

• снижение содержания внутриклеточной воды – около 25 %;

• снижение сердечного индекса на 30–35 %;

• снижение скорости кровотока на 65–70 %;

• снижение почечного кровотока (по диодрасту) на 50–55 %;

• снижение скорости клубочковой фильтрации на 40–45 %;

• снижение максимальной емкости легких на 55–60 %;

• снижение числа клеток (в разных органах – на 5–15 %);

• повышение скорости пульсовой волны как отражение возрастного артериосклероза и патоморфоза атеросклероза;

• увеличение частотного порога восприятия звука;

• увеличение расстояния ближнего зрения как отражение снижения аккомодации (ввиду уплотнения хрусталика);

• выраженное снижение скорости самообновления органов в результате снижения потенциала клеточного роста (в печени движение изотопной метки замедляется в десятки раз).

Застойные тенденции в гемодинамике способствуют циркуляторной и тканевой гипоксии.

Снижение ЖЕЛ и склероз альвеол и капилляров ведет к развитию возрастной дыхательной недостаточности.

Закономерным следствием процессов дистрофии тканей являются возрастные потери объемов скелетной мускулатуры и снижение мышечной силы (саркопения), а также потеря костной ткани (остеопения).

Окончание полового цикла проявляется у женщин как климакс.

Старение системы крови проявляется железо- и В_12-дефицитной умеренной анемией.

Для пищеварительной системы характерны атрофия слизистой и пищеварительных желез с развитием синдрома мальабсорбции.

Морфологические изменения мочевыводящей системы проявляются мало, в основном изменениями иннервации мочевого пузыря (учащение позывов).

Старение анализаторов проявляется в возрастной дальнозоркости (повышение ригидности хрусталика), снижении прозрачности роговицы; повышается порог слуха – высота распознавания тона снижается с 20 кГц в 20 лет до 7 кГц в 80 лет.

Возрастной иммунодефицит (видимо, регуляторный процесс) снижает устойчивость к инфекциям и регуляторно снижает скорость клеточного роста соматических тканей, ведя к их дистрофии. Наряду со снижением лимфокинов, стимулирующих иммунный ответ (содержание в крови IL-2, IL-10, IL-11 и IL-13, а также IL-7), и снижением активности естественных киллеров (противоопухолевый иммунитет) повышается активность лимфокинов воспаления Il-6 и TNF-a (хроническое воспаление тканей) и развивается аутоиммуноагрессия (снижение активности Т-супрессоров).

С возрастом снижается психическая активность: эффективность выполнения задач, связанных с гибкостью, интегративностью мышления, творческим подходом, с использованием зрительного анализатора и двигательных реакций, требующих большой скорости выполнения. В то же время сохраняется качество выполнения задач, связанных с опытом и анализом.

Физиологические изменения мозга характеризуются снижением и замедлением кровотока, уменьшением потребления кислорода и глюкозы, уменьшением числа нейронов с разрастанием глии, особенно если это касается регуляторных нервных центров, и изменением их метаболической и электрической активности; типичны также накопление липофусцина и признаки дистрофии и деструкции клеток. В нервных клетках с возрастом увеличивается количество амилоидных телец, аргирофильных зерен, нейромеланина и липофусцина. Работоспособность нервных клеток падает, процессы восстановления отстают, увеличивается реполяризация нейронов после волны возбуждения, удлиняется потенциал действия и снижается лабильность, отмечается развитие гиперполяризации нейронной мембраны.

Исследования обмена нейромедиаторов показывают малую изменчивость общего обмена катехоламинов, серотонина, ацетилхолина и др.

Выражены изменения электрических порогов для ряда нервных центров, регулирующих вегетативные функции. Спинной мозг с возрастом теряет мотонейроны параллельно с выраженным снижением интенсивности кровотока через него. Снижение сухожильных рефлексов нарастает год от года, вплоть до полного их отсутствия в старческих возрастах.

ЭЭГ к старости характеризуется уменьшением частот доминирующих ритмов (снижение частоты альфа-ритма) и их амплитуды.

Закономерны с возрастом атрофия эпифиза и тимуса, гибель клеток в регуляторных центрах гипоталамуса. Для щитовидной железы характерны застойные явления и дистиреоз.

Надпочечники: снижается функция сетчатой зоны (синтез андрогенов), и до глубокой старости не нарушаются функции пучковой зоны (синтез глюкокортикоидов) и клубочковой зоны (синтез минералокортикоидов). Синтез дигидроэпиандростерона снижается резко и рано, в старости его уровень практически нулевой. Мозговой слой надпочечников с возрастом становится преобладающим. Повышается также концентрация адреналина в крови при снижении норадреналина, также увеличивается чувствительность тканей к адреналину по многим параметрам при снижении объема возможностей ответной реакции. Повышается чувствительность надпочечников к АКТГ, снижается реактивная способность желез, падают потенциальные резервы коры надпочечников, быстрее наступает ее истощение, изменяется также чувствительность тканей к действию гормонов надпочечников.

Исследование старения и продолжительности жизни в эксперименте

Простейшие как модели старения

У простейших процессы старения и самообновления – внутренней регенерации – имеют непосредственное отношение к процессам роста и развития, в том числе и к половым процессам.

Известно, что биологическая регенерация тесно связана со способами размножения – половым и бесполым. В цикле развития многих видов беспозвоночных с чередованием поколений (губок, кишечнополостных, червей и др.) бесполые особи постоянно обновляются за счет стволовых клеток (СК) и старение у них отсутствует. После деления полихет и олигохет на фрагменты происходят увеличение числа СК, их миграции и трансдифференцировки в системе СК, и формируются новые особи, которые бывают всегда моложе родительских. Система СК гидроидов образуется из эмбриональных СК – ЭСК, больших I-клеток, которые дают клетки-предшественники (малые i-клетки, нервные, секреторные и др.). Обновление организма осуществляется за счет активации СК нейропептидами, которые секретируются нейросекреторными клетками. С другой стороны, эти пептиды тормозят развитие гонад и половое созревание.

Многие виды гидроидов, червей, немертин, мшанок, асцидий и др. при сезонном похолодании и голодании редуцируются. При этом подавляется половое созревание и образование гамет, разрушаются старые клетки, а новые ткани образуются за счет СК. При полной редукции тела первой разрушается половая система, последними гибнут СК. Электронно-микроскопические исследования показывают сходство в обновлении тканей у молодых и голодающих олигохет, в отличие от интактных взрослых. В опытах с голоданием планарий их ПЖ увеличивалась более чем в 25 раз. Четкие данные по старению одноклеточных можно видеть на примере дрожжей. Старые дрожжевые клетки резко снижают синтез белка (в разы) и увеличивают жировые включения (на порядок).

Обычная амеба является излюбленным простейшим для изучения старения, в частности, для решения вопроса о необходимости деления для полноценного самообновления.

Известны опыты по многократному удалению части цитоплазмы у амебы, что приводит к прекращению деления (так как амеба не успевает дорасти до нужного размера), при этом ПЖ (как период между делениями) многократно возрастает. Такое удаление цитоплазмы является стимулом для усиленного роста и самообновления клетки, хотя, несомненно, деление клетки имеет дополнительные механизмы самообновления, не наблюдающиеся при остановке клеточного деления. Наиболее полноценным оказывается половой процесс – деление с обновлением и «перетасовыванием» генного материала одноклеточных, что дополняется также взаимной конкуренцией клеток между собой на уровне популяции у многоклеточных.

В ходе подготовки к делению простейшие претерпевают выраженные изменения – лизируется ряд внутренних и внешних структур (жгутики и пр.), которые затем возникают заново. Таким образом, деление простейших – сложный процесс многогранного самообновления, в котором и проходит жизнь типичных одноклеточных организмов; простейшие или одноклеточные – вовсе не простые организмы, они имеют сложное строение и циклы развития и тесно связаны в жизни, росте и развитии с внешней средой.

Старение других организмов

Значительные успехи в увеличении ПЖ достигнуты при изучении Caenorhabditis elegans (C. elegans). Это маленькая свободно живущая нематода, ее генóм полностью изучен в 1998 году.

Длина взрослой особи – около 1 мм, тело состоит примерно из 1000 соматических и 1000–2000 половых клеток. Генетический аппарат C. elegans очень простой: в 6 парах гомологичных хромосом содержится, по-видимому, около 3000 жизненно важных генов. Гаплоидный геном содержит 80 млн пар нуклеотидов (в 17 раз больше, чем у E. Coli, и в 38 раз меньше, чем у человека). С помощью мутационного анализа идентифицировано около 800 генов.

Цикл развития C. elegans – около 9 суток, состоит из 4 личиночных (3–5 дней) и репродуктивной стадий. Установлены гены (daf-1, daf-2, daf-16, age-1), ответственные за замедление развития, метаболизма и увеличение ПЖ. Известно более 50 мутантов с увеличенной ПЖ, но часто с аномалиями развития.

Существование популяций С. еlegans с разной длительностью жизни убедительно демонстрирует, что темп старения находится под генетическим контролем. C помощью химических мутагенов удалось получить червей с большей на 50 % для СПЖ и в 2 раза – для максимальной продолжительностью жизни. Ген аge-1 определяет активацию спермы, он рецессивен и плотно сцеплен с геном fer-15, влияющим на репродукцию, возможно, это один и тот же ген; при этом одной из функций продукта дикого типа гена age-1 может быть усиление репродуктивных свойств, а другой – снижение продолжительности жизни.

Было обнаружено, что мутации в ряде других генов, названных «часовыми генами» (clk-1, 2 и 3), также влияют на продолжительность жизни C. elegans. Генетический анализ червей с мутациями в двухчасовых генах или одном часовом и других генах, увеличивающих продолжительность жизни, выявили червей со специфическими комбинациями мутаций, живущих в пять раз дольше, чем нормальные, с удлинением каждой фазы жизненного цикла. Более того, такие черви реже питались и выделяли продукты жизнедеятельности и медленнее двигались. Функция белков clk до сих пор неизвестна, но они могут действовать как регуляторы старения у нематод. Показано, что группа генов C. elegans, имеющих отношение к контролю продолжительности жизни (age-1, daf-2, daf-23, spe-26, clk-1), является частью общего генетического пути и контролируется геном age-1. Интересно, что ген daf-2 является гомологом рецептора инсулина. Уменьшение активности этого гена приводит к существенному (в 2 раза) увеличению ПЖ. У C. elegans образуется 959 соматических и около 2000 половых клеток (ПК). Удаление у них зрелых ПК или гонад не влияет на старение и ПЖ. Однако при удалении родоначальных ПК, то есть СК, установлено 2-кратное увеличение ПЖ. Объясняют это тем, что половая линия является источником рост-подавляющего сигнала, аналогичного инсулиноподобному фактору 1 (IGF-1) у млекопитающих. Исключение этого фактора, как считают, способствует замедлению развития, старения и увеличению ПЖ. При этом рост взрослой особи продолжается до гигантских размеров. У других видов нематод увеличения ПЖ и/или гигантизма не обнаружено. Известно, что у некоторых видов млекопитающих гонадэктомия в молодости вызывает гигантизм.

Многие виды рыб и млекопитающих живут на севере дольше, чем на юге. Известно много лекарственных средств, существенно замедляющих метаболизм у животных с лабильным обменом (грызуны, гетеротермные зимоспящие и незимоспящие) и продлевающих их жизнь. Мутантные мыши с дефицитом функций гипофиза часто стареют медленнее и живут дольше. Удаление гипофиза у крыс и введение тироксина замедляло старение и вызывало эффекты омоложения животных: улучшалась функция сердечно-сосудистой и иммунной систем, усиливался рост шерсти, крысы выглядели моложе, по данным биохимических и физиологических обследований.

Широко используемой моделью изучения старения простых организмов являются кишечнополостные. Кишечнополостные (Coelenterata) – богатый видами тип примитивных многоклеточных животных с радиальной симметрией тела, часто придающей им сходство с цветком. Это первые животные, у которых появились настоящие ткани, они представляют собой, по сути, мешок, стенка которого состоит из наружного (эктодерма) и внутреннего (эндодерма) слоев.

Кишечнополостные размножаются почкованием, обычно приводящим к образованию колоний. При половом размножении гаметы выходят во внешнюю среду, где происходит их слияние. После этого из образовавшейся зиготы развивается подвижная личинка – планула. Полип или медуза возникают после метаформоза планулы.

Классической моделью в экспериментальной геронтологии является гидра, в частности, в связи с тем, что она состоит из постоянно обновляющихся клеток, – по существу, это постоянный поток клеток, образующихся с одного конца гидры и слущивающихся с другого. Это позволяет им фактически не стареть и существовать без размножения и полового процесса практически неограниченно.

Известны также медузы, способные к ретроградному развитию до эмбриона в условиях недостаточного питания и с последующим восстановлением роста в питательной среде, у которых старение фактически отсутствует, а ПЖ неопределенна.

Мухи дрозофилы являются излюбленной вследствие удобства и изученности биологической моделью для изучения генных процессов и связи ПЖ с процессами роста, развития и влияниями внешней среды. Обычным методом является изучение ПЖ их в различных условиях и при различных влияниях или генных мутациях. Жизненный цикл дрозофилы при 25 ℃ занимает 10 дней, при 18 ℃ – месяц. Как и в случае с C. elеgans, мутанты дрозофилы, имеющие разную продолжительность жизни, были разделены с помощью химического мутагенеза. Среди полученных различных мутантов некоторые имели мутации в гене супероксиддисмутазы (СОД). Гомозиготные мутанты по этому гену развивались нормально, но продолжительность их взрослой жизни сократилась с 60 до 10 дней. Показано, что эти мутанты имеют повышенную чувствительность к веществам, продуцирующим свободные радикалы, и недостаточно активную сперму. С другой стороны, особи с увеличенным числом копий генов СОД и каталазы имели бóльшую среднюю и максимальную продолжительность жизни.

Рис. 21. Влияние на скорость развития и ПЖ температуры.

По горизонтали – температура среды, по вертикали – продолжительность жизни (сутки). Снижение температуры среды тормозит скорость развития и увеличивает тем самым ПЖ (мухи дрозофилы)

Рис. 22. Влияние на скорость развития и ПЖ полового процесса.

По горизонтали – возраст мух дрозофил (сутки), по вертикали – относительное число доживших. Самки мухи дрозофилы доступны постоянно (1) или в разные сроки жизни (линии: 2, 3, 4). Доступность самок сразу же снижает выживаемость самцов

Ускоренное старение у D. melanogaster является результатом не только мутаций в специфических генах, но может также быть результатом изменений в экспрессии эпигенетических факторов. Так, у старых мушек было обнаружено резкое снижение экспрессии белка фактора элонгации EF-1a, предшествующее общему снижению синтеза белков. Когда с помощью генетических манипуляций в генóм мушек были добавлены дополнительные копии гена EF-1a, то это привело к значительному увеличению продолжительности жизни. Интересно, что манипуляции на одном гене, который не обязательно представляет важный механизм старения, вызывают значительные изменения в комплексном механизме трансляции.

Рыбы являются признанной моделью связи старения с ростом: постоянный рост в течение жизни делает старение рыб малозаметным, а ПЖ – малоопределенной. В известной книге Л. П. Сабанеева «Рыбы России» приводится известный случай: гигантская щука императора Фридриха Барбароссы была выловлена через 277 лет после ее окольцевания.

Амфибии, черепахи – модель связи ПЖ с температурой, определяющей скорость их метаболизма, роста и развития. Крокодилы живут, видимо, сотни лет и достигают больших размеров. Процессы соотношения роста и развития, ПЖ, полового процесса, гипобиоза и регенерации, наблюдаемые у одноклеточных, проявляются и у многих пресмыкающихся, у которых несколько раз в году происходит смена рогового покрова (у змей) с последующим обновлением кожи и организма. Многие из них впадают в гипобиоз летом во время засухи и зимой. При этом происходит замедление половой функции, метаболизма, старения, редукция органов и тканей, а после гипобиоза – обновление организма за счет СК, что позволяет некоторым видам доживать до 200 лет и более. Так, 35-летние исследования долгоживущих пресноводных черепах (Emydidae) показали, что их ПЖ 75–125 лет коррелирует с периодом полового созревания. Замедление развития и полового созревания в молодости существенно продлевало их жизнь.

Рост, развитие и продолжительность жизни

Видовое разнообразие

Связь процессов роста, развития, старения и ПЖ известна давно, так как старение биологами и геронтологами рассматривается как этап онтогенеза, результат окончания программ роста и развития.

В целом можно заключить, что продолжительность периодов роста, развития и ПЖ животных колеблется в очень широких пределах. Коловратки завершают полный жизненный цикл от яйца до смерти за 50–60 часов, а некоторые из пресмыкающихся живут более ста лет (возможно, могут достичь 200–300 лет и более). Величина животных и связанные с этим зародышевая жизнь, период роста и время достижения половой зрелости обычно пропорциональны их ПЖ. Но существует и такой факт: некоторые мелкие животные живут значительно дольше более крупных.

Бюффон определяет ПЖ как 6–7-кратный период роста. Но уже Вейсман приводит пример лошади, полная зрелость которой достигается в 3 года, а живет она в 10–15 раз дольше (тогда как ПЖ овцы´ только втрое превышает период ее роста).

Все лошади страдают от механического старения зубов, ограничивающего продолжительность их жизни. Как и в случае с собаками, карликовые или миниатюрные лошади живут дольше. Сообщается, что исландская миниатюрная лошадь по имени Тюль прожила 57 лет (Ричард Миллер, личное сообщение). Свидетели говорят о лошади по имени Старый Билли, которая прожила 62 года в Англии, но эта запись не подтверждена.

Попугаи, отличающиеся большой долговечностью, в то же время растут очень быстро. Они оперяются и способны размножаться уже в 1–2 года, зародышевая жизнь длится менее месяца. У домашнего гуся при зародышевой жизни в 1 месяц и коротком периоде роста ПЖ достигает десятков лет (ПЖ в сотни раз дольше периода роста). При установленных фактах ПЖ попугаев порядка 100 лет (попугай Чарли У. Черчилля) ПЖ их в 1000 раз больше периода половой зрелости.

В целом в эволюции ПЖ животных (данные по продолжительности жизни видов можно увидеть в международной базе www.anage.com) должна обеспечить размножение и воспитание потомства. Но при общем обратном соотношении плодовитости и ПЖ имеется множество исключений: многие виды попугаев несут 2–3 раза в год по 5–10 яиц, утки и гуси также и плодовиты, и долговечны. Эволюция «не видит» поздних возрастов за счет большой смертности в более ранних возрастах, поэтому эволюционное давление, направленное на стабилизацию и максимальную адаптацию организмов, не распространяется на старшие возрасты. В то же время старшие возрасты по этой же причине «безразличны» для эволюции (она никак не заинтересована в специальных механизмах «убирания» старшего поколения, как утверждают экологические теории старения).

Таким образом, границы ПЖ животных колеблются в очень широких пределах и прямо не являются жестким эволюционным признаком. Огромные вариации ПЖ указывают на относительно простую возможность повлиять на ПЖ в широких пределах. Схожесть тканевого метаболизма и генетики, например, мыши и человека при почти 100-кратном различии в ПЖ и, главное, сходные морфофункциональные изменения для 1-летней мыши и 100-летнего человека указывают на возможность резкого изменения масштаба клеточного старения. На это же указывают различные прогерии и биология культур клеток.

Процессы роста и развития у разных видов животных состоят из самых различных компонентов. Так, под развитием понимают прежде всего половое созревание, однако даже такое созревание у человека различается на несколько лет, а при патологии может как возникать в раннем детстве, так и надолго задерживаться, при этом процессы роста и ПЖ практически не изменяются. Другими процессами, относящимися к развитию, являются созревание иммунитета и обратное развитие тимуса, эпифиза, собственно, и окончание роста – все эти процессы также могут независимо варьироваться и значительно изменяться в сроках.

Процессы роста связывают напрямую со скоростью самообновления тканей, а не только с массой тела и линейными размерами. Длительный или постоянный рост (гигантские деревья, рыбы, амфибии и т. п.) обычно сопровождается и маловыраженными процессами старения для таких видов, а также фактически нефиксированной длительностью жизни, в противоположность этому четкое ограничение размеров обычно связано с четкими сроками ПЖ, что связывают с «особой формой» ограничения роста, практически с тем, что по достижении максимума массы тела тут же начинают происходить обратные процессы: плато не образуется, и процессы роста тут же переходят в процессы атрофии тканей.

Сам процесс роста оказывается также весьма сложным, связанным на разных возрастных этапах с разными механизмами – ростовыми факторами крови, половыми гормонами, гормоном роста, найдена связь и с иммунными процессами.

Методы воздействия на процессы роста и развития

Наиболее известными и простыми являются методы контроля окружающей среды, обычно это контроль пищевого режима (известен как метод голодания), снижение температуры, изменение светового режима (изменение биоритмов, в том числе характера и продолжительности сна). По существу, это естественные методы, так как к ним организм естественным образом приспособлен в природе.

Метод голодания оказывается наиболее эффективным, так как поступление пищи естественным образом влияет на скорость процессов роста и развития. Существует множество видов голодания и ограничения питания, часто сопровождаемых жестким контролем отдельных компонентов питания.

Изменяя количественный состав в рационе мышей и крыс белков, жиров и углеводов, ученые показали, что играет роль не общая энергетика питания (жиры и углеводы), а белки – основной компонент, необходимый для формирования новых тканей растущего организма, что полностью укладывается в представления об изменении темпов развития как основе влияния на ПЖ, когда старение рассматривается как этап онтогенеза, наступающего после окончания роста и развития. Изменяя аминокислотный состав питания, удалось показать центральную роль в данном методе влияния на ПЖ незаменимых аминокислот и среди них – триптофана, предшественника серотонина, который, с одной стороны, является регулятором биоритмов, сна и зимней спячки (гипобиоза), с другой стороны, является регулятором (отрицательным) иммунитета, а влияния на последний признаются наиболее перспективными среди способов продления жизни в эксперименте, кроме того, иммунитет и процессы роста и развития тесно связаны, в том числе через прямую регуляцию пролиферации и роста тканей.

Гипобиоз как метод влияния на рост, развитие и старение

Одним из естественных методов выраженного влияния на процессы роста и развития у животных является гипобиоз, или зимняя спячка. В состояние гипобиоза впадает большинство беспозвоночных, пресмыкающихся, земноводных, некоторые виды рыб, птиц (козодои), многие виды грызунов, насекомоядных (ежи), рукокрылых, неполнозубых и другие млекопитающие (медведи), в том числе и некоторые приматы (лемуры). В тропических странах в условиях жары (как и на севере в холоде) в состояние гипобиоза впадают многие беспозвоночные, некоторые виды земноводных, пресмыкающихся, рыб и млекопитающих, описаны редкие случаи гипобиоза человека в экстремальных условиях.

Существенные различия в скорости старения наблюдаются у незимоспящих мелких грызунов (полевки, мыши и др.) и насекомоядных (землеройки). Для популяций этих видов характерно чередование весенних и осенних поколений. Животные, родившиеся весной, имеют высокий уровень обмена, быстро растут, созревают, а после интенсивного размножения умирают со всеми признаками старости в возрасте 4–6 месяцев. Поколения, родившиеся к осени, переживают зиму в активном состоянии, периодически впадая в оцепенение во время многократных периодов сна в течение суток. Зимой у них замедляется рост тела и большинства органов за счет снижения темпа деления клеток, а инволюция тимуса замедляется, снижается температура тела и обмен веществ, резко замедляется старение, и период юности продлевается почти на год. После выхода из гипобиоза весной у животных возобновляется рост тела и органов (более чем в 2 раза, в том числе и тимуса), усиливаются функции всех систем и происходит самоактивация организма с признаками омоложения. К осени они стареют так же быстро, как и весенние. Осенние бурозубки живут до 12 месяцев, в 3 раза дольше весенних, сохраняя молодость до 10–11 месяцев. Полевки при благоприятных условиях могут пережить вторую зиму и прожить за счет продления молодости до 3 лет, то есть в 6–7 раз дольше весенних. У осенних бурозубок рост тимуса весной не возобновляется, а в периоды активности зимой обмен и температура несколько выше, чем у грызунов. Видимо, поэтому у них старение протекает более интенсивно.

Эти данные указывают на то, что скорость старения млекопитающих не фиксирована генетически и имеется принципиальная возможность увеличения видового предела жизни в несколько раз за счет продления периода юности и замедления процесса старения в зрелом возрасте.

Характерно, что тимус у зимоспящих обладает способностью к ежегодному самовосстановлению после почти полной инволюции. Этот процесс не зависит от температуры: инволюция тимуса начинается за 3 месяца до вхождения в спячку, а регенерация его наступает спустя некоторое время после пробуждения.

Как показали опыты на ежах, хомяках и сусликах, впадение их в спячку связано с повышением в мозгу серотонина. Уровень его в гипоталамусе возрастал почти в 2 раза. Серотонин резко подавляет деятельность ЦНС, эндокринных и других органов, замедляет теплообразование, что приводит к понижению температуры тела и снижению обмена веществ в 20–40 раз (у сони-полчка – в 73 раза). Снижение метаболизма у зимоспящих возникает еще до спячки, а температура тела становится почти такой же, как у окружающей среды. В норах зимоспящих снижается содержание кислорода, повышается концентрация СО_2 и понижается температура среды. Каждое из этих воздействий способствует впадению животных в спячку. Сурки потребляют кислорода в 42 раза меньше, чем в активном состоянии, а выделяют углекислоты в 75 раз меньше. Это приводит к повышению концентрации углекислоты в крови почти в 2 раза. Температура тела многих зимоспящих в спячке обычно выше 0 ℃ (у некоторых видов животных опускается и ниже нуля), хотя температура мозга всегда выше нуля.

Нейрохимическая концепция спячки млекопитающих предполагает последовательность выключения четырех функциональных уровней ЦНС: стволового, таламического, архи- и неокортикального, в результате снижается активность всей эндокринной системы, однако выделение кортизона из надпочечников не уменьшается. Электрическая активность в ЭЭГ различных областей головного мозга исчезает в следующей последовательности: 1) кора мозга, 2) ретикулярная формация, таламус, 3) лимбическая система (септум, гиппокамп, гипоталамус). Погружение в гипобиоз начинается с понижения температурного порога гипоталамуса (заданное значение температуры для вызова повышения уровня метаболизма), что приводит к снижению температуры тела при охлаждении.

Активация гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы начинается еще до пробуждения животных от спячки и продолжается после пробуждения. Этот период характеризуется высокой митотической активностью глиальных клеток и высокой активностью выделения нейрогормонов. В пробуждении значительную роль пускового механизма, по-видимому, играют катехоламины надпочечников.

Разработано несколько методов получения искусственного гипобиоза животных, несколько отличающегося от естественного, но они основаны на том же принципе – перестройке гормонально-медиаторной активности моноаминовых систем организма и поддержании теплообменного гомеостаза на сниженном уровне при весьма умеренном угнетении ЦНС.

Оксикапнический метод заключается в создании гипобиоза с помощью гипоксических и гиперкапнических (повышенное содержание СО_2) газовых сред. Механизм действия основан на снижении уровня оксигенации крови (до 50 %) и повышении в ней содержания углекислоты, что приводит к уменьшению потребления О_2, стабилизации теплообменного гомеостаза и более экономному потреблению энергии.

Моноаминовый метод заключается в замедлении выхода катехоламинов из депонированного состояния с помощью лекарственных средств, снижающих основной обмен: вещества фенотиазинового ряда, антипиретические средства и ганглиоблокаторы.

Эти модели гипобиоза позволяют получить теплообменный гомеостаз у некоторых видов животных без поражения ЦНС и физиологических функций в течение нескольких суток (тем не менее многие из лабораторных животных не смогут перенести гипобиоза).

Гипобиоз можно вызвать и другим путем. Так, белые лабораторные мыши впадают в оцепенение при ограничении питания и температуре среды 16 ℃, при этом температура их тела снижается до 16 ℃.

В общем, следует отметить, что у многих видов животных гипобиоз достигается трудно и на ограниченное время с помощью комбинированного воздействия фармакологических средств, помещением в газовые среды с повышенным содержанием СО_2, голода и снижения температуры тела.

Примером достижения гипобиоза лабораторных мышей с влиянием на ПЖ, но без наступления сна является работа В. Е. Чернилевского (2008): при достижении гипобиоза у мышей линии CD2F1 с использованием газовой среды и/или резерпина как агента, влияющего на серотониновый обмен (рис. 23).

Гипобиозная мышь выглядит моложе, бодрее и меньше весом (эксперимент председателя секции геронтологии МОИП при МГУ Чернилевского В. Е.).

Рис. 23. Контрольная (слева) и гипобиозная (справа) мыши

Рис. 24. Влияние гипобиоза на ПЖ мышей (там же)

Эффект гипобиоза и влияния на ПЖ достигался во всех случаях: СППЖ составила в контроле – 187 дней и в 1, 2, 3-й группах соответственно – 339, 283 и 329 дней; максимальная ПЖ в контроле – 850 дней и в опыте – 1001, 1084 и 982 дня.

Обращает внимание возможность достижения «гипобиоза без гипобиоза» – без спячки – снижения температуры и метаболизма влиянием на часть регуляторных механизмов, ответственных преимущественно за обновление тканей, контроль роста и развития, задержку старения и повышение продолжительности жизни.

Экспериментальные средства продления жизни

Исследование различных влияний на ПЖ – типичный и перспективный метод экспериментальной геронтологии.

Обычно исследуют одновозрастную популяцию животных (простейших – амебы или нематоды, дрозофилы или млекопитающие – крысы и мыши) на выживаемость. Графики выживания (дожития) – типичные для экспериментов такого рода.

Ранее приведены графики зависимости ПЖ мух дрозофил от температуры среды и от полового цикла.

Так как физиология различных животных различна, наиболее интересны эксперименты на млекопитающих. Ввиду длительности эксперимента на выживание используют короткоживущие виды – крыс и мышей. В то же время такие виды, как правило, резко изменяют физиологию в течение зимы, вплоть до спячки (анабиоза). Еще у мышей и крыс может резко изменяться температура тела, скорость роста и возраст полового созревания, чего нет у человека, и поэтому перенос данных экспериментов на человека может быть затруднителен.

У мышей и крыс, как и у ряда других модельных животных, резкое повышение длительности жизни отмечено при голодании – это наилучший геропротектор. Влияние голодания у мышей и крыс сопровождается снижением температуры тела и метаболизма в целом, задержкой роста и развития, чего нет у человека и чем, видимо, и определяется эффект у животных. Выше приведен типичный пример влияния гипобиоза у мышей на ПЖ. В то же время для человека такое голодание, которое используют у грызунов, скорее снизит ПЖ.

Следует отметить ограничения метода графиков выживаемости. Если для человека развитие демографии делает этот метод идеальным (обычно используют стандартную когорту в 100 000 человек), то для животных приходится использовать гораздо меньшие когорты – часто несколько десятков особей.

При этом конечные точки кривой могут выраженно «гулять», так как гибель последних особей (как и вообще гибель в когорте) – чисто случайный процесс. Таким образом, «максимальная продолжительность жизни» при таких экспериментах оказывается малодостоверной. С другой стороны, влияние на среднюю выживаемость (50 % гибель) не считается достоверным влиянием собственно на старение. Видимо, оптимальным является учет возраста для 80–90 % гибели когорты, при этом должно оставаться еще хотя бы несколько живых особей, что требует наличия в исследуемой и контрольной когортах минимум 30–50 животных.

Так как фактически наиболее интересным для человека является использование геропротекторных влияний в пожилом возрасте, и для экономии времени, можно оценивать влияния антивозрастных средств на старых животных (рис. 25).

Рис. 25. Выживаемость старых мышей при введении альфа-фетопротеина (по Донцов и др., 2016)

Приведен пример влияния альфа-фетопротеина на выживаемость старых мышей (18 месяцев, мыши – самки долгоживущей линии BALB/c). В течение эксперимента естественная гибель животных в контрольной группе составила 47 %, тогда как введение АФП снижало смертность в опытной группе до 17 % (рис. 25), т. е. почти в три раза. Оставшиеся мыши были забиты, и был определен ряд биохимических и физиологических параметров, связанных со старением, – биомаркеров старения, которые также показали омоложение.

В биологии к собственно проблеме старения тесно примыкает целый ряд направлений, среди которых традиционно выделяется учение об обратимости жизненных процессов, возникшее на почве изучения дедифференцировки и регенерации. Речь идет об обратном (в морфологическом смысле) движении процессов развития, или редукции. Опыты Л. Вудрофа по редукции гидры во время голодания и нового развития ее после голодания косвенно подтверждали возможность направленного воздействия на онтогенез. Ярый сторонник этого направления – русский зоолог Е. Шульц – писал о беспредельной способности живого вещества к редукции и омоложению. В исследованиях по редукции тела в опытах на планариях и других многоклеточных животных (1904–1908) Шульц полагал, что при этом происходит обратное развитие организма. Однако в более поздних исследованиях Шакселя, Дриша, Хаксли и других было показано, что это не так.

Большая серия работ по омоложению была выполнена на многоклеточных животных, обладающих хорошей способностью к регенерации утраченных частей тела. Так, в опытах Коршельта (1925) периодическое отрезание части тела у планарий приводило к регенерации утраченных частей и к 20-кратному продлению жизни. Еще бóльшие успехи были достигнуты в опытах на одноклеточных животных. Например, Гартман (1928) посредством 130 периодических ампутаций тела амебы сдерживал ее от деления и таким образом продлил ей жизнь в 65 раз.

Многими исследователями было показано, что целый ряд нарушений обмена веществ и функций органов и систем в стареющем организме являются обратимыми, что открыло путь для исследований по биостимуляции как отдельному направлению в геронтологии. Некоторые препараты клеточной и тканевой терапии, а также цитотоксические сыворотки, относящиеся к группе биологических стимуляторов, обладают высокой активностью и способностью замедлять процессы старения. С целью активации элементов соединительной ткани и иммунной системы академик А. А. Богомолец в 1938 году разработал и внедрил в практику медицины антиретикулярную цитотоксическую сыворотку, которую успешно использовал для замедления процессов старения. Академик В. П. Филатов предложил метод получения из животных и растительных тканей препаратов тканевой терапии, или неспецифических биостимуляторов.

Тесно примыкают к работам по биостимуляции исследования по влиянию стресса на старение. Разрабатывались целые теории, рассматривающие старение как «хронический стресс». Однако большее значение, видимо, здесь имеет направление по изучению механизмов адаптации, когда стресс является только одним из этапов адаптации в целом. В создании полных теорий адаптации важная роль принадлежит отечественным ученым. Так, исследования Л. Х. Гаркави, Е. Б. Квакиной и М. А. Уколовой, признанные открытием, показали возможность длительно поддерживать не стрессорные, а активационные реакции, что сопровождается не только выздоровлением от многих хронических болезней, но и явными признаками омоложения. Механизмы такого воздействия авторы видят в перестройке всей реактивности организма, в том числе в повышении иммунного статуса.

На важную роль иммунной системы в старении обращали внимание давно, в частности, великий русский иммунолог и биолог старения И. И. Мечников, однако все попытки создать иммунные теории старения и даже выяснить конкретные механизмы влияния иммунитета на старение до последних лет оказывались несостоятельными. Это тем более странно, что из экспериментов было давно известно, что именно лимфотропные препараты являются наиболее эффективными геропротекторами и биостимуляторами, а изменения в органах иммунитета (тимус) наиболее демонстративны при старении. В последние годы, однако, отечественными учеными были показаны принципиально новые механизмы влияния иммунотропных клеток в организме. Исследования чл. корр. РАМН А. Г. Бабаевой, удостоенные признания как открытие (перенос лимфоцитами регенерационной информации), показали, что лимфоциты Т-ряда могут прямо влиять на процессы клеточного роста и дифференцировку самых разнообразных клеток. Это послужило основанием выдвинуть новую иммунную теорию старения (В. И. Донцов), которая прямо связывает инволюцию с возрастом системы иммунитета и резкое снижение клеточного самообновления в тканях с делящимися клетками (кожа, слизистые, паренхиматозные органы). Эти исследования позволяют надеяться использовать для профилактики и обращения старения широкий класс иммунофармакологических средств, что эмпирически предлагалось уже давно в качестве многих биоактиваторов, повышающих одновременно и уровень иммунной защиты.

В последние 50 лет в советской и российской геронтологии трудилось большое количество специалистов самых различных областей, в том числе физиков, химиков и др. Отметим далее наиболее важные направления, приведшие к созданию популярных геропрофилактических средств.

Исследования академика Н. М. Эмануэля знаменовали начало разработок по применению антиоксидантов для профилактики старения.

Исследования на клеточных культурах – так же типичное направление изучения старения в настоящее время, как и исследование на генном уровне мутаций и «нокаута» генов.

Теория запрограммированности количества делений для каждой клетки (теория Хейфлика) основывается на выявлении замедления клеточного роста культур фибробластов после 50 пассажей. В дальнейшем, однако, было показано, что это в большей мере культуральный феномен и только для некоторых типов клеток.

Большое значение имеет теория стационарного старения клеток (А. Н. Хохлов, МГУ), которая показывает, что снижение скорости клеточного роста само по себе уже достаточно для проявления признаков старения клеток.

В настоящее время проявляется интерес к следующим ГП, отобранным Институтом изучения старения (NIA) Национального института здравоохранения (NIH) США для мультицентровых исследований в рамках программы «Interventions Testing Program» и перспективных для человека:

• ресвератрол;

• митохондриально-адресованные соединения;

• куркумин;

• экстракт зеленого чая, куркумин;

• рыбий жир;

• глицин и инулин;

• краситель «метиленовая синь»;

• аспирин;

• NFP;

• NDGA;

• 4OHPBN;

• CAPE;

• analapril maleate;

• rapamycin;

• simvastatin;

• oxaloacetic acid;

• medium chain triglyceride oil;

• 17α estradiol, acarbose;

• metformin;

• protandim;

• INT767 FXR/TG5R agonist;

• HBX [2(2hydroxy phenyl)benzoxazole];

• ursolic acid;

• TM5441 – inhibitor of PAI1;

• 17dimethylaminoethylamino17demethoxygeldanamycin hydrochloride (17DMAG);

• mitoQ;

• aminocycline;

• β-guanadino propionic acid (BGPA);

• MIF098;

• nicotinamide riboside;

• canagliflozin – SGLT2 inhibitor;

• candesar tan cilexetil;

• geranylgeranyl acetone;

• hydrogen sulfide – SG100.

Следует отметить, однако, что эти вещества часто были отобраны за счет влияния на возрастзависимые заболевания или при влиянии на экспериментальные модели (низкоорганизованных животных), несравнимые с человеком и вообще с млекопитающими, или по чисто теоретическим представлениям, поэтому в настоящее время их нельзя отнести к ГП человека. Достаточно сказать, что широко пропагандируемый рапамицин показал некоторое повышение МПЖ в эксперименте на старых мышах лишь в 1–2 исследованиях, при этом применяемые параллельно ресвератрол и симвастатин, тоже включенные NIA в программу, не оказали никакого влияния.

Пиколинат хрома является одним из наиболее эффективных ГП у млекопитающих: повышение ПЖ в эксперименте у мышей 36 %. Препарат стимулирует митогенактивируемую киназу p38 и транспортер глюкозы, кроме того, он активирует ядерный фактор Nrf2 и гены семейства FOXO, а также белки инсулинового сигнального пути IGF-1.

N-ацетилцистеин повышает МПЖ и СПЖ мышей обоего пола на 40 %; он является антиоксидантом и активатором регенерации глутатиона.

Показано в эксперименте на мышах повышение ПЖ на 18 % при потреблении пантотеновой кислоты в дозе 300 мг в день.

Эпигаллокатехин галлат, содержащийся в чае, увеличивает ПЖ крыс на 8–12 недель; основной эффект его, как считают, – сигнальный путь фермента АМФ-зависимой протеинкиназы (АМРК); он активирует гены сиртуина, транскрипционного фактора FOXO и антиоксидантные эффекты.

Метопроллол (селективный β1-адреноблокатор) в дозе 30 мг/кг в сутки повышает СПЖ у мышей на 10 %.

Рапамицин (антибиотик группы макролидов, иммуносупрессор и антиопухолевый агент, активатор аутофагии) повышает ПЖ мышей на 25 %.

Эналаприл (ингибитор ангиотензин-превращающего фермента, обладает свойствами АО) при кормлении в возрасте 10–26 месяцев повышает выживаемость крыс к 26-му месяцу на 45 %.

Экстракт гинкго двулопастного повышает ПЖ крыс; он подавляет активность сигнального пути TOR и обладает антиоксидантной активностью.

Карнитин (аминокислота – источник энергии в мышцах) повышал ПЖ мышей на 9 % при применении, начиная с 12 месяцев. Карнитин является антиоксидантом и снижает липопероксидацию в органах и тканях.

Аналогично повышал ПЖ мышей глюкозамин, снижая накопление конечных продуктов глюкозилирования в мышцах, ингибируя гексокиназу и глюкокиназу, препятствуя гликолизу; он также подавляет ген рецептора IGF-1 и фосфорилирование киназы Akt; активирует антиоксидантную защиту.

Нордигидрогваяретовая кислота, ингибитор липоксигеназы и корректор обмена арахидоновой кислоты), в дозе 3,5 мг/кг повышала ПЖ мышей.

Имеются данные о пролонгирующем жизнь крыс действии ряда препаратов, содержащих комплекс витаминов, аминокислот и микроэлементов (декамевит, квадевит, ампевит и оркомин).

Скармливание янтарнокислого натрия крысам с 20-месячного возраста в течение 1,5 лет (300 мг/кг курсами по 10 дней с перерывами в 1 месяц) приводило к увеличению максимальной ПЖ на 12 %.

Добавление к корму мышей предшественника катехоламинов ДОФА (3,4-диоксифенилаланин) в больших дозах (500 мг/кг) увеличивало длительность репродуктивного периода и ПЖ.

Имеются данные о том, что применение ингибитора моноаминооксидазы типа В депренила увеличивает продолжительность жизни мышей, крыс и собак.

Введение долгоживущим мышам Balb/c гормона роста (30 мкг/мышь 2 раза в неделю) с 17-месячного возраста в течение 13 недель уменьшало смертность животных в течение всего периода инъекций с 67 % в контроле до 7 % в подопытной группе.

Синтетический эстроген хлоротрианизен и препарат конъюгированных эстрогенов премарин в сравнительно малых дозах существенно увеличивали выживаемость крыс: к 24-му месяцу опыта в контроле были живы 45 % самцов и 60 % самок, тогда как в группе крыс, получавших хлоротрианизен в дозе 0,05 мг/кг, – 75 и 95 %. Длительное скармливание крысам широко применявшейся в качестве контрацептива комбинации норэтинодрона и этинилэстрадиола (50:1) в малых дозах существенно увеличивало продолжительность их жизни.

По данным Pierpaoli и Maestroni, старые мыши, которым с питьевой водой на ночь давали мелатонин, жили на 20 % дольше контрольных. Эти данные были перепроверены на мышах различных линий, крысах, плодовых мушках и плоских червях, хотя геропротекторный эффект мелатонина не был одинаков или отсутствовал.

Препарат тимуса на 20 % увеличивает среднюю продолжительность жизни мышей и на 2,5 месяца – максимальную ее продолжительность. Синтетический дипептид тимуса тимоген (альфаглутамилтриптофан натрия) обладал отчетливым геропротекторным эффектом и при этом снижал частоту развития спонтанных опухолей у крыс. Аналогично, синтетический дипептид тимуса вилон (LLysLGlu) оказывал геропротекторный эффект в опытах на мышах. Применение вилона повышало физическую активность и выносливость мышей, снижало температуру их тела, увеличивало продолжительность жизни животных и угнетало развитие у них спонтанных опухолей; длительное введение вилона не оказало никакого неблагоприятного влияния.

Начиная с пионерских работ C. McCay в многочисленных исследованиях была установлена способность ограниченной по калорийности диеты сдерживать рост крыс и мышей и увеличивать среднюю и максимальную продолжительность их жизни. Ограничение калорийности питания увеличивало продолжительность жизни также у рыб, амфибий, дафний, насекомых и других беспозвоночных. В исследованиях на приматах (главным образом макаках-резусах) получены первые свидетельства тому, что, по крайней мере, некоторые физиологические эффекты ограниченной по калорийности диеты, наблюдаемые у грызунов, воспроизводятся и у этих обезьян, чего не отмечено для человека.

Среди этих эффектов – уменьшение уровня глюкозы и инсулина в крови, снижение температуры тела, снижение энергозатрат. Установлено, что именно общее снижение потребления калорий, а не какого-либо ингредиента пищи определяет геропротекторный эффект голодания.

В большинстве исследований содержание крыс на низкокалорийном рационе начинали в молодом возрасте, что приводило к замедлению роста животных и задержке полового созревания. Когда их переводили на нормальный рацион, рост возобновлялся, они достигали половой зрелости и умирали в гораздо более позднем возрасте, чем животные, получавшие корм без ограничения; увеличение ПЖ достигалось за счет удлинения ювенильного периода, а не периода зрелости. Ограничение калорийности питания, начатое в зрелом возрасте (с 12–13-го или 17-го месяца жизни), тоже существенно увеличивает среднюю и максимальную ПЖ мышей долгоживущих линий.

За метформином прочно утвердилось представление как о средстве, миметирующем калорийограниченную диету, которая остается наиболее признанным в геронтологии средством продления жизни. Влияние метформина на старение связано, видимо, с влиянием на инсулиноподобные факторы роста и гормоны роста (ГР) и имитацию метформином эффектов голодания. При длительном введении фенформина самкам мышей линии С3Н/Sn средняя ПЖ увеличилась на 21 %, а максимальная – на 26 %, при этом в 4 раза уменьшилась частота спонтанных опухолей. Во всех возрастных группах применение метформина снижало у мышей температуру тела и замедляло возрастное выключение эстрального цикла.

Имеются сведения об успешном использовании в качестве геропротекторов ингибиторов биосинтеза белка, в частности оливомицина. Кроме того, оливомицин обладает свойствами комплексонов, связывая ионы некоторых металлов. Под влиянием препарата на 15 % увеличивалась средняя и на 23 % – максимальная ПЖ, существенно снижалось содержание липидов в сыворотке крови, замедлялось наступление возрастных изменений ряда важных функциональных и структурных показателей.

Показано увеличение ПЖ старых мышей под влиянием альфа-фетопротеина и выраженные изменения ряда параметров биовозраста у мышей и человека при введении иммунорегулятора трансфер-фактора, что объясняется развиваемой новой иммунорегуляторной теорией старения.

Биомаркеры старения у животных

Наравне с изучением влияния на продолжительность жизни исследования скорости старения по биомаркерам – чаще эта тема обозначается как биологический возраст – являются особенно интересными. Наиболее изучены биомаркеры старения у крыс и мышей, для которых могут быть использованы следующие показатели.

Общие физиологические показатели:

• рост (мыши растут всю жизнь);

• длина хвоста (тоже увеличивается всю жизнь);

• вес тела (вначале растет, затем снижается);

• общий вид по показателям в баллах (блеск, цвет и лоск шерсти, наличие старческого горба и блеск глаз);

• подвижность – по числу пересеченных квадратов за 5 мин. в клетке, разделенной на 20 квадратов;

• ориентировочный рефлекс – число стоек за 5 минут.

Физическая сила:

• время в сек. висения на струне, натянутой на высоте 80 см;

• максимальная сила натяжения динамометра (сила хвата лапками за сетку, прикрепленную к динамометру);

• ОВИМ – относительный вес икроножной мышцы (грызунов).

Общая реактивность: по интенсивности обмена веществ – по потреблению кислорода и температуре тела. Уровень кислородного обмена является важнейшим показателем жизнеспособности клеток, органов и тканей и организма в целом, а температура тела отражает интенсивность общего обмена и с возрастом у мышей она снижается на 1,5–2 ℃ и более. Для исследования потребления кислорода мышей помещают в герметически закрытый эксикатор и содержание кислорода мониторируется кислородомером, регистрируется время снижения содержания кислорода на 2 % от исходного с дальнейшим расчетом потребления кислорода на кг массы в час.

Температура тела оценивается в прямой кишке цифровым термометром на глубине 1 см (точность не менее 0,1 ℃).

Морфологические показатели: вес внутренних органов (абсолютный и относительный к массе тела) для оценки возрастной атрофии тканей.

Старение соединительной ткани: по физико-химическим свойствам – способности к набуханию участка хвоста животных в концентрированной серной кислоте (в течение 2 часов, определяется гравиметрически с точностью до 1 мг).

Состояние антиоксидантной системы (АОС) отражает процессы повреждения тканей и составляет сущность свободнорадикальной теории старения; активность антиоксидантных ферментов – каталазы и пероксидазы – и общее содержание продуктов свободнорадикального повреждения – ТБК-активных веществ, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой, и содержание восстановленного и окисленного глутатиона – ВГ и ОГ.

Общая реактивность клеток определяется по осмотической резистентности эритроцитов.

Состояние иммунной системы: относительный вес органов иммунитета (тимуса и селезенки), а также количество циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК) сыворотки крови методом осаждения декстраном 6000 с нефелометрической регистрацией степени помутнения на спектрофотометре (результаты выражаются в у. е., равных оптической плотности).

Сорбция тканью печени красителей: навеску ткани печени 200–500 мг помещают в 5–10 мл 0,01 % нейтрального красного, через 30 мин. фильтруют, экстрагируют краситель 30 мин. в 2 мл спирта и определяют содержание красителя спектрофотометрически, по оптической плотности при 450 нм.

Потенциал клеточного роста: на примере реакции Селье – фармакологически-индуцированная реакция гиперплазии слюнных желез грызунов, реакция резко снижается с возрастом и зависит от определенных популяций Т-лимфоцитов, регулирующих клеточный рост соматических клеток.

Примерные отличия биомаркеров старения на примере мышей долгоживущей линии BALB/c можно видеть ниже в таблице.

Таблица

Показатели старения молодых (3 мес.) и старых (12 мес.) мышей (самки линии BALB/c) в условиях вивария

Резюме

Обычные заболевания могут являться моделями старения тех или иных систем организма, ввиду развития типичных: синдрома мальабсорбции, гиповитаминоза, нарушения функций половых желез и желез внутренней секреции, стресса и др. Простое строение организма и короткий жизненный цикл простейших позволяют исследовать подробно функции и генетику простейших: изучение нематоды C. elegans позволило изменять ПЖ ее в разы. Последовательное отрезание части цитоплазмы у амебы переводит ее в практически неограниченный рост и ПЖ. Гидра обладает исключительной регенерацией всех ее составляющих, что обеспечивает ей отсутствие старения и неограниченную ПЖ. Муха дрозофила – постмитотическое животное, ее клетки не делятся; на ней видна значимость внешних условий: изменение температуры и доступность самцов изменяет ПЖ самок в разы.

Амфибии, черепахи служат моделью связи ПЖ с температурой, определяющей скорость метаболизма и развития.

Ограничение питания, сопровождаемое снижением температуры и метаболизма, является универсальным способом продления жизни и связано с влиянием на рост и развитие.

Типичным подходом в исследованиях ПЖ является изучение графиков выживаемости, что, впрочем, доступно только для короткоживущих видов, а малый доступный объем когорты ведет к тому, что максимальная ПЖ как срок гибели последней особи подвержена большим статистически вероятностным изменениям.

Перспективным направлением является исследование возрастных биомаркеров старения (биовозраст) у животных, каковыми являются: внешний вид (рост, вес, состояние шерсти, блеск глаз, поза, старческий горб), физиологические функции – сила, подвижность, ориентировочный рефлекс, температура тела и потребление кислорода, относительный вес внутренних органов, в т. ч. относительный вес икроножной мышцы (грызунов) – ОВИМ, состояние соединительной ткани, осмотическая резистентность эритроцитов и др.); биохимические параметры – физико-химические свойства соединительной ткани, уровень ТБК-активных веществ крови, соотношение форм окисленного и восстановленного глутатиона, сорбция красителей тканью печени, флюоресценция экстрактов ткани и пр.); иммунологические показатели – вес тимуса и селезенки, лимфоциты крови, уровень иммунных комплексов крови, а также потенциал клеточного роста – степень индуцированных регенерации или роста ткани/органа.

Модели старения на животных – основа исследования как механизмов старения, так и влияний на старение и ПЖ.

Исследования старения человека методами демографии

Использование математических методов оценки старения

Применение математики в биологии имеет свою историю, которая показывает, как возникал интерес к биологии старения у самих математиков и как биологи постепенно приходили к выводу о том, что их дальнейшие серьезные исследования невозможны без использования математических методов.

В середине XVIII века начинает быстро развиваться практика измерения различных биологических объектов. В частности, француз К. Буржела разработал принципы того, как путем измерения определенных показателей экстерьера лошади оценить степень ее пригодности к различным видам использования; одновременно развивается военная антропометрия, с помощью которой проводятся массовые измерения призывников для отбора среди них гвардейцев и сортировки остальных для несения различных видов воинской службы.

В 1825 году английский специалист по страхованию жизни Б. Гомперц впервые предложил выведенную им формулу, характеризующую зависимость смертности от возраста. Позднее оказалось, что эта формула в достаточной мере применима к любым видам животных, а использованный Гомперцем показатель «интенсивность смертности» однозначно связан с вероятностью дожития особи до того или иного возраста. В последующем У. Мейкем добавил в формулу оценки интенсивности смертности с возрастом коэффициент, зависимый от внешних влияний, и формула Гомперца-Мейкема стала применяться до настоящего времени как основной закон старения – повышение интенсивности смертности с возрастом по экспоненте.

Начиная с 1835 года появляются работы бельгийского антрополога А. Кетле, посвященные статистическим исследованиям и математическому анализу физических и психических особенностей людей. Под влиянием работ Кетле английский антрополог Ф. Гальтон применил статистические методы при исследовании наследственности и изменчивости, а также разработал методы корреляционного и регрессионного анализа, являющиеся основой современной математической статистики. Ученик Гальтона английский биолог К. Пирсон еще дальше продвинул математическую статистику. Основываясь именно на потребностях биологической науки, он ввел понятие среднеквадратического отклонения, разработал метод проверки достоверности расхождения между ожидаемыми и реально полученными закономерностями и многие другие методы, нашедшие применение не только в биологии, но и в физике, метеорологии, инженерном деле и т. д. Еще раньше, одновременно с началом деятельности Гальтона, австрийским ботаником-любителем Г. Менделем был совершен поистине научный подвиг – открыты статистические закономерности наследования качественных признаков, на которые сначала не обратили внимания, а затем открыли заново через 40 лет, что составило основу классической генетики.

Замечательный вклад в математическую статистику ознаменовали работы английского генетика Р. Фишера, соединявшего в себе биолога-экспериментатора и математика. Фишер разработал метод дисперсионного анализа и заложил основы методологии математического планирования эксперимента.

В 1926 году российский генетик С. Четвериков, основываясь на методах математической статистики, заложил основы популяционной генетики.

В настоящее время весь мощный аппарат математической статистики и теории вероятностей используется как в экспериментальной геронтологии, так и при построении геронтологических моделей.

Развитие теории сложных систем и применение этой теории к биологическим объектам происходили вполне независимо от развития и применения вероятностно-статистических методов. Первоначальные системные представления об организме не имели под собой никакой математической основы и отличались крайней метафизичностью.

Эти начальные системные представления об организме продолжали изменяться на протяжении всего периода бурного развития описательной биологии. Так, основатель «механики развития» немецкий эмбриолог В. Ру настойчиво продвигал представления о жесткой взаимосвязи и взаимовлиянии всех элементов развивающегося организма, доказывая, что именно эти взаимовлияния являются движущими силами развития.

Закономерности развития предопределили возможность и эффективность его математического описания с помощью теории графов – раздела математики, отдельными задачами которого занимался еще Л. Эйлер в конце ХVIII века. Основная терминология теории графов была разработана лишь к 1936 году в трудах немецкого математика Д. Кёнига, и только после этого началось ее бурное развитие и применение в основном в экономике и организации производства. Для геронтологии перспектива моделирования с помощью теории графов определяется тем, что старение можно полагать естественным этапом онтогенеза, в котором функциональное ослабление одних органов предопределяет функциональное ослабление других, причем так же, как и процесс развития, старение органов и систем происходит неравномерно.

Теорию сложных систем обычно тесно связывают с понятием «кибернетика», обозначающим науку об управлении в технике, обществе и биологии. Ее создали, видимо, в первой половине ХIХ века практически одновременно французский физик А. Ампер, который под кибернетикой подразумевал науку об управлении государством, и польский философ Б. Трентовский, называвший кибернетикой искусство управления народом. Отсутствие необходимого для развития кибернетики математического аппарата предопределило ее долгое забвение, продолжавшееся больше 100 лет. Только в 1948 году американский математик Н. Винер сделал следующий шаг – сформулировал проблему оптимального управления сложными системами, возродив понятие «кибернетика». В биологии основы кибернетики, по существу, были заложены и развиты как теория функциональных систем еще до Н. Винера отечественным ученым – академиком П. К. Анохиным.

В 1868 году английский физик-теоретик Д. Максвелл впервые сформулировал понятие о регуляторе, положив тем самым начало теории автоматического регулирования, которая легла в основу расчета технических управляющих систем и исследования сложных систем в живой и неживой природе. В первой четверти ХХ века в оригинальных работах русского физиолога А. Белова впервые были описаны отрицательные и положительные обратные связи в биологических системах. Эти связи Белов называл соответственно «плюс-минус» – и «плюс-плюс»-взаимодействиями. В дальнейшем выяснилось, что отрицательные обратные связи являются необходимым механизмом стабилизации не только в биологических, но и в любых других системах, а положительные обратные связи – необходимым механизмом развития систем.

В это же время русский врач и философ А. Богданов ввел в науку понятие «уровень организации», рассмотрел связь этого уровня с изменением и усложнением свойств системы, сделал серьезную попытку исследования причин кризисных явлений в системах. Оказалось, что кризисные явления вызваны переходными процессами в системах, причем в течение переходного процесса даже весьма кратковременные изменения в системах могут быть настольно значительными, что вызывают их гибель или приводят к появлению новых систем и признаков.

В конце 20-х годов ХХ века итальянский математик В. Вольтерра создал основы математической теории борьбы за существование, явившейся первым и очень существенным вкладом математики в экологию. В дальнейшем эта теория быстро переросла в более широкую «теорию гибели и размножения», в которой применяются как детерминистские, так и вероятностные модели.

Все эти работы составили предпосылки для создания общей теории систем. Хотя первая основополагающая работа такого рода была опубликована австрийским биологом Л. Берталанфи в 1950 году, можно считать, что создание общей теории систем и сегодня находится в самом начале предстоящего ей трудного пути. Тем не менее многие модели, отображающие отдельные свойства сложных систем, могут формироваться как аналоги моделей технических систем. К таким моделям, в частности, относятся некоторые геронтологические модели, описывающие зависимость вероятности смерти особи от времени, прошедшего с момента ее рождения, средней ожидаемой продолжительности дальнейшей жизни особи от ее возраста и т. п.

Демографические методы оценки скорости старения человека

Анализ возрастной смертности является общепризнанным методом оценки старения на уровне популяций еще со времени исследований Гомперца, показавшего основной закон старения: рост интенсивности смертности с возрастом по экспоненте.

Хотя формула Гомперца (Gompertz, 1825) первоначально была выведена чисто эмпирически, из статистики смертности, в настоящее время она может быть выведена теоретически.

Из общепринятого определения «старение – это снижение общей жизнеспособности с возрастом» и представления о том, что это является самопроизвольным, вероятностным процессом, можно рассматривать снижение жизнеспособности «X» с возрастом как процесс, аналогичный процессу радиоактивного распада, когда количество элементов уменьшается с течением времени и зависит только от их присутствия в данный момент:

dX/dt = -k X,

где k – коэффициент пропорциональности.

Соответственно, для времени «t» количество оставшихся жизнеспособных элементов будет следующим:

Х(t) = Хо ехр(-k t).

В то же время общая уязвимость и в конечном счете общая смертность для популяции будет обратно пропорциональна жизнеспособности:

m = 1/X,

что приводит расчет к известной формуле Гомперца-Мейкема (Gompertz-Makeham) с общепринятыми коэффициентами и поправкой – коэффициентом Мейкема:

m(t) = Ro ехр (k t) + A.

Для оценки скорости старения используют:

• показатель «m-A» (интенсивность смертности без фонового внешнего компонента «A»);

• коэффициент возрастной смертности «k», определяющий скорость нарастания смертности, зависимой от старения;

• коэффициент «Ro», определяющий начальный уровень смертности и характеризующий «начальный уровень старения».

Также можно использовать приращение интенсивности смертности «d(m)», которое нивелирует константу «A»; при этом показатель «d(m)» лучше отражает собственно скорость старения, чем «m-A», так как в последнем случае используется среднее значение коэффициента «A», который в реальности может значительно меняться для различных возрастных периодов.

Идеальным примером графика Гомперца-Мейкема можно считать график для Нидерландов (1950), близкий к прямой, совпадающий с реальной кривой интенсивности смертности «m» для 20–90 лет и с отклонением вниз от расчетной кривой Гомперца-Мейкема для реальной кривой смертности для возрастов долгожителей. До 20 лет процессы роста и развития приводят к сложной кривой интенсивности смертности.

Рис. 26. Изменения интенсивности смертности с возрастом человека. По вертикали – интенсивность смертности (логарифмический масштаб). По горизонтали – возраст доживших. Реальная кривая – жирная линия; расчетная кривая при обработке данных по формуле Гомперца-Мейкема – тонкая линия

Рис. 27. Изменения интенсивности смертности с возрастом для разных стран (1930–1939). Снизу вверх: Австралия (жирная линия), Канада, Франция, Финляндия

В большинстве случаев, однако, имеют место графики интенсивности смертности разной формы для разных стран и разных периодов истории, ввиду различий внешних влияний на смертность (коэффициент «А» формулы Гомперца-Мейкема).

Использование показателей смертности (рис. 29) без внешнего коэффициента «m-A» и использование приращения смертности «d(m)», также убирающего внешние влияния («А») на смертность, показывает, что если для графика общей смертности «m» прямая форма регистрируется для 55–75 лет, то для графиков «m-A» и «d(m)» – для 20–90 лет.

Рис. 28. Изменения показателя ОПЖ для разных стран (1933–2017)

Рис. 29. Изменения различных показателей интенсивности смертности с возрастом, Дания (1930–1939). По вертикали – параметры, логарифмический масштаб. По горизонтали – возраст доживших. Сверху вниз: расчетная и реальная кривые интенсивности смертности (тонкая и жирная линии); разница общей интенсивности смертности и внешней компоненты: «m-А» (средняя линия); приращение интенсивности смертности «d(m)» (нижняя линия)

Отмечаются и другие особенности графика смертности.

Вклад внешнего коэффициента «A» в общую смертность «m» с возрастом резко снижается, так как он не может уже «соперничать» с экспонентой нарастания смертности по причинам высокой смертности от собственно старения; кроме того, типичная «ступенька» в 20–40 лет для общей смертности определяется также во многом константой «А».

Графики «m-A» и «d(m)» параллельны, так как отражают одно и то же – собственно скорость старения, и имеют прямую форму на гораздо большем возрастном периоде, чем график реальной интенсивности смертности «m». Однако параллельность и прямая форма графика присутствует далеко не всегда, и «ступенька» может не нивелироваться константой «А». Колебания графика «d(m)» также могут быть не связаны с изменениями собственно старения, а отражают, видимо, частные особенности изменения общей интенсивности смертности для ряда возрастов.

Для России (2014) график «m-А» показывает инверсию (повышение) общей смертности долгожителей, что обычно для конца ХХ – начала ХХI века, но график «d(m)» показывает снижение, что указывает на сохранение отмечаемого всегда в истории для всех стран феномена замедления старения для возрастов долгожителей.

Исходя из природы показателей, одинаковая скорость старения для «m-A» выражается горизонтальной прямой, как и для графика общей смертности «m», но для графика «d(m)» – это «0», а для снижения скорости старения регистрируются отрицательные значения. Для долгожителей снижается не абсолютная скорость старения, а скорость ее нарастания.

Оценка старения по компонентам формулы Гомперца-Мейкема («A», «Ro» и «k») также имеет свои ограничения. Так, для времен Первой мировой войны график для Италии (1910–1919) показывает «горб» смертности для молодых и средних возрастов, что делает невозможным обычными методами вычисление формулы Гомперца-Мейкема.

Рис. 30. Избирательное влияние внешних условий на смертность в узком диапазоне возрастов, Италия (1910–1919). По горизонтали – возраст доживших; по вертикали – вероятность смерти (за год), сверху вниз – 1910–1919 (жирная кривая), 1900–1909 (тонкая линия) и 1920–1929 (пунктир) годы

Мы видим, что все 3 показателя формулы тесно связаны между собой. На примере Франции (1850–2000) видно, что компоненты «А» и «Ro» фактически дополняют друг друга, реагируя в противофазе один на изменение другого; значительные изменения, в разы, близких значений «Ro» вряд ли означают изменения в разы в ближайшие годы и начального уровня старения – это чисто математический феномен. Аналогичным образом изменяются в противофазе коэффициенты «Ro» и «k» (рис. 31).

Рис. 31. Изменение компонентов формулы Гомперца-Мейкема в истории, Франция (1850–2000) По вертикали – значения параметров, по горизонтали – годы компоненты «A» · 10 и «Ro» · 1000, логарифмический масштаб

Таким образом, показатель «А» может резко различаться для разных возрастов; кроме того, вполне вероятно, что одинаковые влияния оказываются не одинаковыми для лиц разного возраста ввиду того же процесса старения.

График Гомперца в ряде случаев оказывается предпочтительнее, чем график Гомперца-Мейкема, так как его компонент «k» практически не реагирует на внешние влияния. Однако для низких значений «А» (и «Ro»), характерных для современности для всех развитых и большинства развивающихся стран, отмечается повышение «k» для графика Гомперца, чего нет для графика Гомперца-Мейкема; и это также отражает, видимо, математические особенности вычисления компонентов формулы, а не собственно факт ускорения старения для современности.

Кроме того, следует отметить, что прямое абсолютное сравнение компонентов формул Гомперца и Гомперца-Мейкема неправомерно, так как они могут различаться в разы.

Если все компоненты формул отражают средние значения для всего возрастного периода 1–110 лет, то показатель приращения интенсивности смертности «d(m)» реагирует на изменение собственно старения и для настоящего момента, и поэтому является наиболее предпочтительным для оценки собственно скорости старения. На рисунке 32 видно, что графики данного показателя практически совпадают для разных стран и разных исторических периодов для одной и той же страны.

Снижение скорости старения позволяет дожить до более поздних возрастов, что, в свою очередь, позволяет для оценки старения использовать возраст полного вымирания для стандартной когорты (100 000 человек) максимальную продолжительность жизни (МПЖ).

Рис. 32. Приращение интенсивности смертности для разных стран. По вертикали – приращение интенсивности смертности «d(m)», логарифмический масштаб; по горизонтали – возраст доживших. Ирландия, Канада, Португалия, Финляндия (2000)

Резкое повышение средней продолжительности жизни (СПЖ) на протяжении 200 лет (1750–1950) с 35–40 лет до 70–75 лет не сопровождается повышением максимальной продолжительности жизни (МПЖ) в пределах 110 лет для разных стран, не имея тенденции к повышению в течение 200 лет.

Однако с середины ХХ века СПЖ выходит в область долгожителей (возраст более 80 лет). Это резко увеличивает количество доживших до возрастов старости и долголетия для Франции (1850 и 2010) до 80 лет – с 7,8 до 65,6 %; до 100 лет – с 5 до 14,3 %; до 105 лет – с 0 до 0,9 %.

Из сказанного видно, что показатели формулы Гомперца-Мейкема далеко не идеальны для сравнения скорости старения в разных странах и в разные возрастные периоды, к тому же требуют специального математического аппарата для расчета. Графики собственно интенсивности смертности не отражают прямо скорость старения – для этого предлагается использовать их наклон, фактически – приращение интенсивности смертности, которое вычисляется гораздо проще: для демографических таблиц интенсивности смертности с шагом в 1 год это просто разность соседних значений.

Анализ формулы Гомперца-Мейкема и простого показателя приращения интенсивности смертности «d(m)» показывает несомненное превосходство последнего: вычисление «d(m)» гораздо проще и точнее и отражает собственно скорость старения; способ вычисления автоматически исключает фоновую внешнюю смертность (компонент «А» формулы Гомперца-Мейкема); сохраняется основной закон старения – экспоненциальное увеличение с возрастом показателя старения. Показатель «d(m)» меньше по абсолютной величине и размаху, чем «m» (на порядок), что делает его более точным, а график – более четким, чувствительным и наглядным, отражающим небольшие изменения скорости старения в разные возрастные периоды и при сравнении разных популяций и исторических эпох. Следствием, однако, является чувствительность этого показателя к случайному «шуму», что делает график «d(m)» не гладким, как график «m», а зубчатым, если использовать расчеты для каждого года. Этого, впрочем, легко избежать, делая шаг расчетов в 3–5 лет или путем сглаживания графика по 3–5 точкам.

Показатель «d(m)» выраженно и наглядно показывает изменения скорости старения в среднем возрасте, тогда как для графиков «m» и «m-A» это не улавливаемые на глаз изменения. График «d(m)» обнаруживает сохранение феномена снижения скорости старения для долгожителей, тогда как для «m» и «m-A» видно изменение снижения графика в области долгожителей, типичного для истории до средины ХХ века, на противоположный в настоящее время, отражающий кажущееся ускорение старения для долгожителей (феномен реверсии общей смертности долгожителей). Последнее, однако, показывает лишь увеличение средней продолжительности жизни в настоящее время, что чисто статистически перемещает в область долгожителей все большее число лиц с обычной скоростью старения, сдвигая график вверх.

Наконец, если сравнить угол наклона для графиков «m» и «m-A», отражающих собственно старение, для современности и 50–70 лет назад, то часто оказывается, что наклон кривых парадоксально увеличился, что формально говорит об увеличении скорости старения! Однако все мировые данные в различных областях указывают, что 70-летние люди в настоящее время по всем физиологическим показателям, социальной активности, общему виду, самочувствию и статистике смертности соответствуют 60- и даже 50-летним в более ранние исторические периоды. А это обозначает, что есть замедление старения среди лиц зрелого возраста. Изменение угла наклона графика оказывается неизбежным при очень значительных изменениях средней продолжительности жизни в истории и очень незначительном изменении максимальной продолжительности жизни – возраста полного вымирания стандартной когорты. Это неудивительно, так как на конечных этапах жизни смертность растет так быстро, что изменения скорости старения в более ранние возрастные периоды почти не отражаются на скорости старения конечных этапов жизни: конечные точки графика не могут сдвигаться значительно ввиду очень высокого уровня смертности за год. И наоборот, резкие изменения смертности в молодом и среднем возрастах резко снижают начальные значения графика, давая видимость резкого изменения наклона графика. К тому же метод определения наклона графика предполагает его линейность в течение всего возрастного периода, что явно не так.

Эти особенности графика интенсивности смертности, в частности, явились основанием для так называемой корреляции Стрелера-Милдвана, связывающей показатели «Ro» и «k» в формуле Гомперца-Мейкема как биологическую особенность старения, что давно и неоднократно критиковалось математиками.

Всего этого лишен график показателя «d(m)», который адекватно показывает скорость старения и его изменения именно для данного возраста и не зависит от средних значений и константных коэффициентов, как в формуле Гомперца-Мейкема.

Использование показателя «d(m)» позволяет определить особенности старения в возрастном аспекте в истории и в настоящее время:

• постоянство скорости старения в истории;

• снижение скорости старения с средины ХХ века для средне-старших возрастов;

• сохранение пониженной скорости старения для возрастов долгожителей;

• феномен реверсии общей смертности для долгожителей;

• дожитие до возраста долгожителей обычных лиц, что и повышает интенсивность смертности в этих возрастах (феномен отсроченной смертности пожилых).

В целом можно заключить, что на протяжении всех исторических периодов и для всех стран сохраняются типичные закономерности биологического старения: линейное повышение скорости старения (в логарифмическом масштабе, отражающем экспоненциальный закон нарастания скорости старения с возрастом) с периода окончания роста и развития до возрастов долгожителей, и снижение скорости старения в возрастах долгожителей. Снижение скорости старения после достижения возраста долголетия может отражать или неоднородность популяции, что и приводит к формированию феномена долгожительства, или это массовое получение заведомо искаженных данных с заниженным возрастом в данных возрастных когортах (так как это возможное искажение происходило не в наши дни, а много раньше, чаще в начале ХХ века, то это трудно проверить).

Для исследования скорости старения человека методами демографической статистики наиболее подходит определение повозрастного приращения интенсивности смертности – наиболее простого и ясного показателя, вычисление которого сводится, по существу, к вычислению разницы показателей интенсивности смертности (табличная величина) для соседних возрастных периодов.

Видовая стабильность скорости старения человека и ее снижение с середины ХХ века

Каждый вид характеризуется рядом физиологических констант, среди которых наиболее общими являются видовая продолжительность жизни (ВПЖ) и определяющая ее скорость старения. По выражению выдающегося российского патологического анатома ХХ века, геронтолога, академика И. В. Давыдовского, именем которого сегодня названа 23-я больница, носившая прежде название «больница им. “Медсантруд”», морфофизиологические особенности вида жестко определяют его старение: тип и особенности старения, а также скорость старения и продолжительность жизни.

За единичными исключениями (гидра, обладающая полной регенерацией, от клеток до частей тела), старение имеет место у всех видов, определяя резкое, экспоненциальное повышение уязвимости (смертности) с возрастом, что и ограничивает видовые пределы жизни каждого вида узкими границами.

Значение ВПЖ и скорости старения, определяющих ее физиологических констант, представляет жизненный интерес для человека. Особая значимость процесса старения для всех развитых стран в настоящее время обусловлена неуклонно возрастающей долей лиц старше трудоспособного возраста в популяции, что определило необходимость повышения пенсионного возраста, в то же время старение резко ограничивает работоспособность в целом.

Типичный график интенсивности смертности («m»), имеющий сложный вид, и одновременное использование графиков интенсивности смертности за вычетом внешней компоненты смертности «m-A» и графиков приращения интенсивности смертности «d(m)» показывают, что линейная форма графика (в логарифмическом масштабе) сохраняется с периода окончания роста и развития и до возраста долгожителей: закономерности изменения скорости биологического старения остаются прежними в течение всего жизненного цикла, несмотря на выраженные изменения графиков общей смертности, на которые значимо влияют внешние факторы.

Графики общей интенсивности смертности резко различаются для разных стран, однако это связано с различными условиями жизни, что отражает константа Мейкема «A» (от 0,0016 для Нидерландов до 0,0059 для Испании – различие в 3,6 раза), тогда как скорость старения оказывается очень близка в самых разных странах.

На примере Франции (рис. 33), для которой имеются достоверные данные с 1850-х годов, видно, что скорость старения одинакова в истории страны вплоть до середины ХХ века (рис. 33, сплошные линии), хотя общая интенсивность смертности резко изменяется за 100 лет.

Однако с середины ХХ века отмечается резкое и прогрессирующее снижение скорости старения (рис. 33, точечные линии).

На примере 20 стран, данные о которых доступны с 1950 года, скорость старения (приращение интенсивности смертности) на примере 75-летних резко и постоянно снижается. Несколько отстает снижение скорости старения стран постсоветского пространства, в особенности России, значительное улучшение демографических показателей которой отмечается лишь к 2010 году.

Для 65-летних лиц в 12 странах, по которым имеются данные с 1900 года (Бельгия, Дания, Англия, Финляндия, Франция, Исландия, Италия, Нидерланды, Норвегия, Шотландия, Швеция и Швейцария), снижение отражающего скорость старения параметра «m-A» за 100 лет к 2000 году составило в среднем 2,79 раза; аналогично для параметра «d(m)» – в среднем 2,76 раза.

С середины ХХ века снижается также компонент «k» формулы Гомперца-Мейкема, отражающий экспоненциально растущую интенсивность смертности с возрастом, что принято за основную характеристику скорости старения: в 12 странах – снижение более чем на 10 %, что для показателя экспоненты очень много. В 36 странах с 1960 по 2000 год «k» снизился на 11,2 %.

Рис. 33. Изменение скорости старения человека в истории Франции. По вертикали – интенсивность смертности без внешнего компонента (вверху) и приращение интенсивности смертности за год (внизу), по горизонтали – возраст: 1850–1950 годы – сливающиеся кривые и 1950–2010 годы – пунктир, скорость старения снижается

Корреляция компонента «k» с текущим годом, на примере истории Франции, за 1900–1940 годы отсутствует (коэффициент детерминации R^2 = 0,21), тогда как с 1950 года корреляция становится высокозначимой (R^2 = 0,88): происходит постоянное и закономерное снижение скорости старения в наше время. В начале ХХ века компонент «A» во многих странах становится отрицательным (внешние условия становятся благоприятными для жизни), в то же время компонент «k», отражающий скорость старения, уменьшается в наибольшей степени.

Аналогично снижается коэффициент «Ro», отражающий базовый уровень старения: в 12 странах с 1900 к 2000 году – в 2,6 раза. За это же время показатель внешних влияний на интенсивность смертности – коэффициент Makeham «A» – снижается в 24 раза.

Максимальная продолжительность жизни как возраст полного вымирания стандартной когорты увеличивается. Например, во Франции со 105–106 лет за 1840–1940 годы до 114 в 2010 году; а в 12 странах со 104–109 лет в 1900 году до 111–113 лет (в среднем на 5 лет: с 106,3 + 1,5 лет до 111,5 + 0,7 лет).

Высокую корреляцию со степенью снижения скорости старения удалось найти только в эффективности здравоохранения стран; интересно, что связи с процентом расходов ВВП на здравоохранение при этом не наблюдалось, то есть важны эффективность, а не абсолютные траты. Кроме того, степень снижения скорости старения коррелировала с ожидаемой продолжительностью жизни в стране.

Таким образом, для снижения скорости старения важны успехи здравоохранения, его эффективность.

Улучшение условий жизни и успехи здравоохранения ведут к увеличению доли пожилых в структуре населения, но эти же процессы снижают и скорость индивидуального старения. Снижение уровня смертности пожилых ведет к формированию феномена отсроченной смертности для них на более поздние возрасты, что, в свою очередь, проявляется как инверсия общей смертности для возрастов долгожителей (с пониженной на повышенную); при этом снижение скорости старения для возрастов долгожителей сохраняется.

Резюме

Важнейшей в геронтологии до сих пор является открытая почти 200 лет назад формула Гомперца-Мейкема, показавшая основной закон старения, – повышение интенсивности смертности с возрастом по экспоненте.

Формула Гомперца-Мейкема позволяет определять интенсивность смертности («m»), зависимую от внешних условий (коэффициент «А») и возрастзависимых («t») компонентов, определяемых старением (коэффициенты «k» и «Ro»):

m(t) = Ro · exp(k · t) + A.

Другим подходом является простой метод оценки прироста интенсивности смертности («d(m)») за определенный период (обычно 1–5 лет – интервал таблиц выживаемости в демографии).

Индивидуальная диагностика старения человека (биологический возраст)

Биологический возраст – понятие и сущность

Современная диагностика старения должна осуществляться на основе фундаментальных законов старения, с учетом сущности и основных закономерностей старения и с использованием современного метода анализа – системного подхода.

Достаточно ясно, что основным для феномена старения является снижение с возрастом общей жизнеспособности организма. При этом жизнеспособность целостного организма можно рассматривать как сумму (интеграл) жизнеспособностей его частей – органов и систем, что адекватно их состоянию – функциональному ресурсу. Показатели такого ресурса – биомаркеры (БМ) старения.

БМ старения могут являться любые показатели, значительно снижающиеся (или, наоборот, повышающиеся) с возрастом и имеющие малый индивидуальный разброс. К БМ старения, количественно характеризующим индивидуальный БВ и качественно – особенности индивидуального старения органов и систем, может быть предъявлен ряд требований, исходя из принципов и методов построения систем определения БВ.

Стандартами, с которыми сравниваются БМ, являются средние для популяции показатели темпа старения различных органов и систем – возрастные морфологические и функциональные стандарты. Конкретно БВ отдельных органов и систем вычисляют, сравнивая их имеющиеся возрастные показатели со среднестатистическими для данного календарного возраста (КВ). Показатели, входящие в состав теста БВ, это и есть биомаркеры (БМ) старения, используемые для вычисления БВ организма в целом и БВ его отдельных органов и систем.

К БМ старения, количественно характеризующим БВ отдельных органов и систем (парциальный БВ – БВп), может быть предъявлен ряд требований, исходя из принципов и методов построения имеющихся систем определения БВ и теоретически важных требований.

Таким образом, биологический возраст – это суммарный остаточный функциональный резерв организма на данный возрастной период. Обычно он рассчитывается в отношении к среднестатистической возрастной норме и выражается в годах.

Требования к биомаркерам старения

По данным литературы, количество БМ для систем определения БВ колеблется для различных школ от 5 до 30, а в некоторых случаях – до сотен (обычно для используемых биохимических показателей, часто полуколичественных и индивидуально вариабельных). Можно с использованием системного анализа оптимизировать количество БМ для теста БВ и оценить принципы их подбора.

С точки зрения системного анализа организм является единой системой со взаимосвязанными параметрами, поэтому информативность теста, отражающего общее состояние системы, по мере увеличения числа тестов, вначале растет, но начиная с порядка 10–12 их количества не только не сопровождается значимым увеличением важной информации о системе, но даже увеличивает дисперсию, так как падает отношение полезного сигнала к «шуму». С другой стороны, небольшое количество БМ (2–5) ведет к возможности большой ошибки вследствие индивидуальных «выбросов» отдельных показателей БМ. Кроме того, малое значение БВ не позволяет решать достаточно точно задачу оценки типа и профиля индивидуального старения, что важно и является основой индивидуальной профилактики старения.

Исходя из этого, оптимальным числом БМ для целей полноценной диагностики БВ является порядка 10–15 показателей, с учетом требуемых точности, информативности, трудоемкости, доступности и стоимости диагностики индивидуального БВ человека.

Другим перспективным подходом, который может быть предложен для минимизации трудозатрат при определении БВ, может быть двухступенчатое определение этого показателя. На первом этапе тестирования используется минимальное количество БМ, например до 5, затем, если БВ сильно отклоняется от календарного, используется более широкая шкала БМ, где уже до 15 показателей. Такое тестирование занимает более часа времени.

Как отбирать параметры для оценки БВ

Можно определять психологический, интеллектуальный, социальный возраст человека. Наряду с итоговым БВ организма, некоторые специалисты в разных сферах жизнедеятельности предлагают определять БВ его систем – сердечно-сосудистой, нервной, иммунной, дыхательной, костно-мышечной и так далее. Вероятно, за всем этим многообразием стоит желание человека профессионально оцифровать свое биологическое время.

Стоит сказать, что надо учесть, что ни один показатель не может подходить для всех этапов онтогенеза, от детства до периода долгожительства. Одновременно каждый критерий или биомаркер, как и их наборы («батареи» или «линейки»), для измерения старения имеет ограничения. Поэтому поиск некоего идеального набора показателей старения вряд ли закончится успешно. Тем не менее при отборе самих показателей крайне важно пользоваться определенной методологией.

Многие тесты и «батареи» из этих тестов не получили широкого распространения в связи с необходимостью использования специального профессионального оборудования и знания авторских изменений даже в общепринятых методиках исследований, сложностью, длительностью, требованием больших затрат времени.

Т. Л. Дубина и Н. А. Разумович определили (1975) следующие критерии отбора параметров для оценки БВ.

1. Направленность и закономерность изменений.

2. Корреляция с хронологическим возрастом.

3. Интенсивность изменений.

4. Независимость от воздействий.

5. Безопасность исследуемых тестов.

6. Независимость от патологических процессов, сопровождающих старение.

Критерии для отбора показателей БВ от R. Arking (1991).

1. Параметр должен меняться с возрастом со скоростью, которая отражает скорость старения.

2. Он должен отражать физиологический возраст.

3. Необходимо постоянно контролировать изменения какого-либо важного для организма процесса.

4. Он должен быть существенными для поддержания здоровья.

5. Служить предиктором продолжительности жизни.

6. Служить ретроспективным маркером старения.

7. Быть легко, воспроизводимым.

8. Отражать изменения, происходящие за относительно короткое время.

9. Быть измеримыми у разных видов животных.

10. Быть нелетальным и желательно неинвазивным, и минимально травматичным.

В. Н. Крутько и В. И. Донцов издали методическое пособие по количественной оценке старения и БВ (2001). В трудах секции геронтологии МОИП при МГУ им. М. В. Ломоносова за 2018 год также отражен подход этих авторов к данному вопросу. Эти эксперты указали, что при выборе показателей для оценки БВ из огромного множества возможных биомаркеров следует учитывать ряд требований, выполнение которых существенно повышает информативность и качество оценки.

1. Показатель БВ обязательно должен значительно изменяться (желательно в несколько раз) в промежутке времени от половозрелости до глубокой старости.

2. Показатель БВ должен быть высоко, коррелированным с календарным возрастом.

3. Межиндивидуальная дисперсия показателя не должна превышать величины изменения его среднего значения с возрастом за 5-летний временной интервал.

4. Должна иметь место низкая чувствительность выбранного показателя к болезням (болезни не должны имитировать изменение показателя БВ).

5. Обязательно должно наблюдаться изменение показателя БВ для всех членов популяции с возрастом.

6. Желательно, чтобы тестирование показателя БВ было простым для экспериментатора и легким для обследуемого.

7. Предпочтительны аппаратные методы тестирования с дистанционным и пассивно-контактным типом съема сигнала.

8. Показатель БВ должен быть индикатором достаточно значимого процесса возрастной физиологии и должен иметь смысловую, морфологическую и функциональную интерпретацию, отражать степень возрастной дезинтеграции организма или системы.

9. Кроме этого, при определении БВ желательно учитывать показатели патологического возраста, предусмотреть оценку профиля старения по системам и органам, учитывать апробированные в мировой практике тесты, формулы и современные средства информатики.

Критерии для отбора биомаркеров старения (Ingram et al., 2001):

1. Нелетальны и легковоспроизводимы.

2. Легко выявляют существенные нарушения в течение относительно короткого времени.

3. Существенны для эффективного поддержания здоровья и предупреждения болезней.

4. Существенная стабильность индивидуальных различий.

5. Отражают измеряемый параметр, который может быть предсказуем в более позднем возрасте.

6. Существенные лонгитудинальные возрастные изменения соответствуют данным, полученным в поперечных исследованиях.

7. Отражают некоторые фундаментальные биологические процессы старения и обмена.

8. Должны быть воспроизводимы при сравнении животных разных видов.

9. Скорость возрастных изменений пропорциональна различиям в продолжительности жизни среди различных видов.

10. Стоит сказать, что вряд ли можно найти критерии БВ для разных периодов онтогенеза, так как период взросления и период инволюции, по сути, – разнонаправленные процессы. И одинакового подхода здесь быть не может.

О. В. Коркушко с соавторами из НИИ геронтологии Украины также сформулировали (2002) ряд требований, которым должны удовлетворять тесты, используемые для определения БВ.

1. Тесты должны нести информацию о функциональном состоянии организма, системы обменных процессов, регуляторных особенностях организма.

2. Данные этих тестов должны хорошо коррелировать с календарным возрастом, причем чем выше корреляция, тем надежнее данный тест.

3. Тест должен иметь не только количественную оценку, но и быть хорошо воспроизводимым на основе индивидуальных различий.

4. Чем меньше корреляционная связь одного показателя с другим, тем выше информационное значение каждого из них в оценке БВ.

5. Тесты должны быть пригодны для применения у лиц любого возраста, просты, быстровыполнимы.

6. В комплекс предлагаемых тестов следует включать функциональные нагрузки.

7. Применение комплекса тестов с последующим расчетом БВ на основании уравнения множественной регрессии дает возможность более точно определить БВ, чем на основании любого одного теста.

Американская федерация исследований старения (AFAR) предложила следующие критерии отбора биомаркеров старения (2015).

1. Они должны предсказывать скорость старения (должны точно указывать, где находится человек в его общей продолжительности жизни, и они должны быть лучшим предсказателем продолжительности жизни, чем хронологический возраст).

2. Показатель должен отражать основной процесс, лежащий в основе процесса старения, а не последствия болезни.

3. Показатель не должен причинять вреда человеку (например, это анализы крови или методы визуализации).

4. БМ должно быть можно протестировать на лабораторных животных, прежде чем валидировать на людях.

Критерии отбора БМ (Новоселов В. М., 2021).

1. Регистрируемый параметр должен отражать фундаментальные патофизиологические процессы, происходящие в организме человека, которые лежат в основе снижения его жизнеспособности.

2. Параметр БВ должен иметь линейный характер зависимости от хронологического возраста вне зависимости от того, прямая это или обратная зависимость. Параметр не может иметь разнонаправленные изменения в течение жизни после 30 лет.

3. Корреляция с паспортным возрастом, на которую указывают многие авторы, хорошо подходит только при первичном отборе критериев БВ. Но утверждение, что чем выше корреляция с паспортным возрастом, тем точнее можно измерить БВ, в корне неверно. Правильно было бы ориентироваться на корреляцию измеряемого параметра с вероятностью смерти от возраст-ассоциированных болезней.

4. Параметр БВ должен быть не только зависим от возрастзависимой патологии, но и значимость такого параметра должна быть тем выше, чем теснее он связан с заболеваниями, клинические формы которых имеют больший вклад в смертность в данной популяции. В связи с тем, что как формирование возрастзависимой патологии, так и сторонних болезней действует однонаправленно на жизнеспособность людей, обрушая ее, можно включать поправочные коэффициенты на эти болезни (например, если пациент перенес COVID-19, это непременно отразится на параметрах БВ даже при эпигенетической оценке, тем не менее это можно дополнительно учесть при расчетах).

5. При отборе параметров БВ рекомендуются именно те, которые хорошо коррелируют не с паспортным возрастом, а с возрастом дожития для человека данного паспортного возраста.

6. Показатели БВ должны лучше и точнее отражать временны´е характеристики функций организма или временны´е процессы восстановления после нагрузочного теста.

7. Старение – это не только про время жизни, которого становится все меньше и меньше, но и про ухудшение функций со временем. Именно в этом суть старения человека. А любую функцию, как и ее ухудшение, лучше определять под нагрузкой. Таким образом, если мы хотим определить БВ, нужно использовать не устойчивость, например, к гипоксической нагрузке, а измерение времени снижения сатурации на гипоксический тест, для чего можно использовать гипоксикаторы различных производителей, которые позволяют точно дозировать состав вдыхаемой смеси.

8. Если межиндивидуальный разброс много больше, чем изменения показателя с возрастом, то такой показатель может быть использован, но имеет ценность только при множественных замерах во времени при изучении влияния геропротекции.

9. Необходимы поправочные коэффициенты для итогового показателя БВ для людей разного соматотипа, а в дальнейшем должны быть учтены и генетические полиморфизмы.

10. Регистрируемый параметр БВ должен быть зависим от изменения образа жизни человека, физической активности и медицинских вмешательств. Также используемый БМ должен мотивировать на положительные изменения образа жизни, питания и двигательной активности, повышающие жизнеспособность.

11. Желаемым критерием хорошо подходящего теста БВ может являться увеличение (уменьшение) интегральной оценки в два раза каждые восемь лет жизни (что отражает наклон кривой Гомперца-Мейкема).

Анализ качественных критериев БМ показывает, что оптимальным является набор из «ортогональных» – минимально взаимно коррелированных – БМ, которые характеризуют состояние жизненно важных систем организма, прежде всего сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной.

БМ старения также должны отражать:

• возрастную физиологию;

• физическую и умственную работоспособность;

• пределы адаптации и функциональные резервы;

• развитие возраст-ассоциированной патологии;

• самооценку общего состояния и здоровья.

Следует учитывать, что БВ используют для различных потребителей и различные категории исследователей:

• неподготовленные пользователи, проводящие диагностику собственного БВ в домашних условиях без каких-либо аппаратов или с домашними приборами – тонометр, глюкометр, пульсоксиметр и пр.;

• подготовленный оператор без специального медицинского образования;

• врач функциональной или лабораторной диагностики, использующий возможности клинической лаборатории;

• ученый, имеющий специальную аппаратуру в рамках специализированной лаборатории по оценке БВ.

Исходя из этого, важно использовать принципиально различные наборы БМ, с разной точностью и информативностью.

Другим важнейшим моментом является метод обработки БМ и представление показателя БВ.

Авторы различных школ БВ, как правило, используют один выбранный ими стандартный набор БМ с обработкой по методу множественной линейной корреляции, при этом возможно получить только один показатель – БВ целостного организма. Такой подход делает невозможным изменение набора используемых БМ и индивидуальный учет отдельного БМ (учет парциальных БВ органов и систем), то есть такой тест является ригидным и недружественным по отношению к пользователю. Такой показатель БВ оказывается чувствительным к региональным и историческим условиям и не учитывает нелинейность изменения ряда БМ.

Примером может служить разработанная еще во времена СССР в Институте геронтологии Академии наук формула БВ.

Для мужчин

БВ = 58,873 + 0,180 АДс – 0,073 АДд – 0,141 АДп – 0,262 Сэ + 0,646 См – 0,001 ЖЕЛ + 0,005 ЗДвыд – 1,881 А + 0,189 ОС – 0,026 СБ – 0,107 МТ + 0,320 СОЗ – 0,327 ТВ

Для женщин

БВ = 16,271 + 0,280 АДс – 0,193 АДд – 0,105 АДп + + 0,125 Сэ + 1,202 См – 0.003 ЖЕЛ – 0,065 ЗДвыд – 0,621 А + 0,277 ОС – 0,070 СБ + 0,207 МТ + + 0,039 СОЗ – 0,152 ТВ

Где:

• АДс, АДд и АДп – систолическое, диастолическое и пульсовое артериальное давление (в мм рт. ст.);

• Сэ – скорость распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа (м/сек.) на участке сонная – бедренная артерии;

• См – скорость распространения пульсовой волны по сосудам мышечного типа (м/сек.) на участке сонная – лучевая артерии;

• ЖЕЛ – жизненная емкость легких (в мл);

• ЗДвыд – время задержки дыхания на выдохе;

• А – аккомодация хрусталика (по расстоянию ближней точки зрения, выраженная в диоптриях);

• ОС – острота слуха или слуховой порог при 4000 Гц (в Дб);

• СБ – статическая балансировка на левой ноге (сек.);

• МТ – вес (масса) тела (кг);

• СОЗ – самооценка здоровья (количество неблагоприятных ответов на 29 вопросов стандартной анкеты);

• ТВ – символьно-цифровой тест Векслера (число правильно заполненных ячеек за 90 сек.).

Для более свободного обращения с различными тестами на БВ предлагается рассчитывать показатели парциальных БВ (БВп) для каждого БМ с вычислением по ним показателя среднего БВ (БВср). Такой подход делает возможными практически любые манипуляции с количеством и содержанием панелей БМ и дает возможности оценки старения отдельных органов и систем, что является важнейшим обстоятельством в подходах к профилактике старения. Отдельные БМ могут использовать не только линейную корреляцию с возрастом, но и, что принципиально важно, например, для показателей старения органов зрения, экспоненциальный или иной характер корреляции.

Рис. 34. График парциального биовозраста для биомаркера «скорость пульсовой волны». По горизонтали – скорость пульсовой волны в см/сек. по артериям эластического типа, по вертикали – календарный возраст в годах

Для определения БВ используются показатели различных классов.

1. Показатели внешних проявлений старения:

• поседение волос (баллы);

• облысение (баллы).

2. Морфологические показатели:

• вес;

• рост;

• рост сидя;

• ширина носа;

• длина уха;

• ширина плеч;

• толщина живота;

• толщина складки кожи (плечо).

3. Физиологические функции в покое:

• аудиометрия – верхняя частотная граница слышимости (кГц);

• аудиометрия – порог слышимости (в дБ) на частоте 4 кГц;

• острота зрения;

• расстояние ближней точки зрения;

• сила кисти доминирующей руки;

• ЧСС в покое;

• систолическое артериальное давление;

• диастолическое артериальное давление;

• пульсовое давление;

• давление кислорода артериальное;

• ЖЕЛ;

• антефлексия позвоночника (градусы);

• ретрофлексия позвоночника (градусы);

• изгиб вбок (градусы);

• эластичность кожи (сек.).

4. Психологические и нервно-психические показатели:

• статическая балансировка на левой ноге (сек.);

• тест распознавания картинок;

• категориальный картиночный тест (время и число ошибок);

• символьный тест Векслера;

• тест на концентрацию внимания по Bourdon;

• тест на скорость движения пальцев (скорость закрашивания 10 кружков);

• время реакции выбора (из 4 рисунков);

• точность рук (№ кружка из суживающегося ряда с точным попаданием);

• тест постукивания;

• световая экстинкция (сек.);

• координационная проба рука-глаз;

• цветовой тест;

• тест на концентрацию внимания Ландольта;

• тест на концентрацию внимания в лабиринте;

• время звуковой реакции (м/сек.);

• время световой реакции (м/сек.);

• вибрационная чувствительность.

5. Нагрузочные тесты:

• максимальная эргометрия (ватт);

• скорость выполнения физических упражнений;

• ЧД при физической нагрузке;

• ЧСС (через 30 сек., 1, 2, 3, 4 мин. после физических упражнений);

• отношение ЧСС при стандартных нагрузках к ЧСС в покое;

• максимальное систолическое давление (при физических упражнениях);

• максимальное поглощение кислорода (при велоэргометрии);

• форсированный экспираторный объем;

• форсированная ЖЕЛ;

• экскреция фенолсульфонфталеина за 15 мин.;

• клиренс креатинина;

• темновая адаптация (сек.);

• сахарная нагрузка;

• скорость кислородного обмена.

6. Биохимические и клинические показатели:

• число эритроцитов и гемоглобин;

• СОЭ;

• общий белок;

• азот мочевины крови;

• щелочная фосфатаза крови;

• холестерол крови;

• кальций крови;

• альбумин крови;

• глуПВК-трансаминаза;

• соотношение альбумин/глобулин крови;

• глутоксалацетат трансфераза;

• фибриноген крови;

• триглицериды крови;

• фосфолипиды крови;

• креатинин крови;

• мочевая кислота крови;

• кариесный зубной индекс.

Все перечисленные показатели практически в произвольных сочетаниях используются теми или иными школами для определения БВ. Число используемых показателей также значительно варьируется от 37 для Лейпцигского университета до 3 в некоторых тестах Финляндского университета Jyvaskyla.

Не удается однозначно ответить на вопрос, какое же число показателей оптимально для определения БВ. Ясно, однако, что увеличение числа показателей более 10–15 мало что дает в отношении точности определения БВ, небольшое же число показателей БВ (3–4) не позволяет дифференцировать типы и профиль старения.

Новые биомаркеры старения

В ходе старения происходит накопление клеточных изменений, обусловленных либо стохастическими дефектами, либо регулируемыми процессами развития. Эти процессы, как правило, можно измерить хронологически, хотя часто они и не полностью коррелируют с календарным временем: измеренный таким образом биологический возраст зависит часто от внешних параметров, таких как генетический фон, болезни и образ жизни.

Длина теломер хроматина лейкоцитов была предложена в качестве маркера биологического возраста.

Несколько других молекулярных методов могут быть использованы для оценки возраста человека: возрастзависимые делеции митохондриальной ДНК, перестановки ДНК в Т-клетках, белковые изменения, такие как рацемизация аспарагиновой кислоты и конечных продуктов гликирования. Однако все эти биомаркеры имеют относительно низкую точность и практические ограничения.

Новые перспективы открывает изучение эпигенетического «ландшафта» хроматина. В частности, процессы метилирования ДНК (DNAm) хорошо известны для оценки изменений хроматина клеток при старении. До сих пор неясно, как эпигенетические модификации регулируются во время старения или они скорее отражают повышенное отклонение локальных уровней DNAm из-за потери контроля в конкретных локусах? Некоторые сайты ДНК показывают почти линейные изменения DNAm во время старения и поэтому могут быть использованы для прогнозирования возраста. Количественная модель старения предполагает использование значений DNAm для 71 сайта ДНК. В настоящее время разработана методика определения БВ, которая требует измерения уровней DNAm только на трех сайтах ДНК. Примечательно, что на эти возрастные изменения влияют клинические заболевания и образ жизни, что указывает на то, что они больше свидетельствуют о биологическом возрасте, чем о хронологическом. Эффективность и точность метода достигает 3,5 года (для определения активности теломеразы – 5 лет) и, видимо, является на настоящее время наилучшей для определения БВ методами in vitro.

В целом, однако, методы биохимии и генетики до настоящего времени значительно уступают по точности и информативности многим старым методам определения функционального ресурса органов и систем, что точнее отражает смысл старения: оно проявляется на уровне целостного организма, а не отдельных его органов и тканей.

Метод определения биовозраста используется для различных практических целей:

• показатель БВ можно и нужно использовать как альтернативный демографическому показателю возрастной смертности;

• для оценки доклинических изменений здоровья;

• для компьютерного мониторинга работоспособности и психоэмоционального состояния как элемента превентивно-персонализированного подхода к управлению здоровьем;

• показана связь биологического и когнитивного возраста;

• проводилась оценка БВ как показателя профессиональных вредностей;

• показано изменение показателей БВ и ускоренное старение у ликвидаторов последствий радиационных аварий;

• метод БВ предложен для оценки системной организации и онтогенетических изменений развития;

• как показатель уровня здоровья и экологического благополучия человека.

Можно выделить 4 группы БМ в зависимости от их вариабельности:

• БМ, отражающие собственно БВ и слабо подверженные влияниям болезней и тренировок (скорость пульсовой волны, расстояние ближнего зрения, верхняя граница слышимости и др.);

• БМ, подверженные тренировкам, и поэтому на них можно опираться в профилактических курсах антистарения (жизненная емкость легких, физическая и психическая работоспособность и пр.);

• БМ «патологического» БВ, подлежащие лечебным влияниям (артериальное давление, ожирение, холестерин и сахар крови и пр.);

• БМ с высоким индивидуальным разбросом (вес, морфометрические данные, биохимические данные и пр.).

БМ делятся на группы по сложности и временным затратам:

• БМ для рядовых пользователей, без специальной аппаратуры (ЧСС и ЧД в покое и при нагрузке, расстояние ближнего зрения, число приседаний, время задержки вдоха, тест Шульте, тест баланса и т. п.);

• БМ для рядовых пользователей, но требующие бытовых приборов (например, тонометра, глюкометра, динамометра и пр.);

• БМ для клинического врача (показатели ЖЕЛ, ФЖЕЛ, ЭКГ, ЭЭГ, данные клинического и биохимического анализа крови и пр.);

• БМ для врача/(биолога)-исследователя (специальные тесты метилирования генома и активности ферментов репарации ДНК).

Маркеры общей смертности

Ряд изменяющихся с возрастом показателей коррелирует с повышением смертности от всех причин. Понижение уровня АЛТ крови ниже 14–17 Ед/Л повышает общую смертность.

Уровень альбумина ниже 35 г/л выраженно повышал общий риск смерти по сравнению с уровнем выше 43 г/л; содержание альбумина в крови ниже 43 г/л связано со снижением активности в повседневной жизни и повышением общей смертности. Низкий уровень альбумина способствует возникновению и усилению дегенеративных процессов. Понижение альбумина крови может влиять на течение многих воспалительных, ишемических и пролиферативных заболеваний.

У лиц старше 60 лет с низким риском ССЗ и нормальной работой почек скорость клубочковой фильтрации выше 110 мл/мин/1,73 м^2 увеличивает риск смерти от всех причин в 4 раза, как и снижение менее 90 мл/мин/1,73 м^2, что повышает риск смерти на 40 %, особенно если это сочетается с альбуминурией.

Снижение содержания витамина В_12 и связанное с этим повышение уровня гомоцистеина ведет к ускоренному старению мозга и развитию когнитивных нарушений, в том числе болезни Альцгеймера, ухудшению памяти и психическим расстройствам. К сожалению, терапия витамином В_12 не улучшает когнитивные функции человека, так как не увеличивает его содержание в коре головного мозга. Уровень метилкобаламина в возрасте 60–80 лет в 12 раз ниже, чем в возрастной группе до 20 лет. С возрастом повышается уровень гидроксикобаламина из-за более низкого уровня антиоксиданта глутатиона.

Инсулиноподобный фактор роста (ИФР-1 или соматомедин С) участвует в процессах роста и развития клеток и в дифференцировке стволовых клеток. Он является важнейшим посредником действия соматотропного гормона, обеспечивая почти все его физиологические эффекты в периферических тканях. Повышение уровня гормона роста показывает более высокую общую смертность из-за рака толстой кишки, сердечно-сосудистых, цереброваскулярных и респираторных заболеваний. Очень низкий ИФР-1 повышает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний.

Тироксин и другие гормоны щитовидной железы стимулируют рост и развитие, белковый, жировой и углеводный обмены. Чем выше уровень ТТГ, тем активнее окисляются липопротеины низкой плотности (ЛПНП). Даже при нормальных уровнях гормонов щитовидной железы (Т3 и Т4) количество ТТГ выше 1,5 мЕд/л повышает риск смерти от ишемической болезни сердца у женщин в 1,5 раза. У лиц старше 80 лет при пониженной концентрации тироксина отмечено снижение общей смертности.

8-оксо-2-дезоксигуанозин (8-oxo-dGn) является маркером повреждения ДНК и окислительного стресса, поскольку гуанин обладает самым низким среди азотистых оснований потенциалом ионизации и наиболее подвержен повреждениям; чем выше уровень фермента, восстанавливающего ДНК, тем больше продолжительность жизни.

В возрасте 70–75 лет содержание ферментов репарации PARP1 и PARP2 уменьшается в 2 раза по сравнению с 20–25 годами. Чем выше активность PARP1 у млекопитающих одного вида, тем больше у них продолжительность жизни.

Резюме

Достаточно ясно, что основным для феномена старения является снижение с возрастом общей жизнеспособности организма. При этом жизнеспособность целостного организма можно рассматривать как сумму (интеграл) жизнеспособностей его частей – органов и систем, что адекватно их состоянию – функциональному ресурсу в данном возрасте. Показатели такого ресурса – биомаркеры (БМ) старения или БМ биовозраста (БВ).

Биологический возраст (БВ) – это суммарный остаточный функциональный резерв организма в данном возрасте, выражаемый в годах.

Обычно он рассчитывается в отношении к среднестатистической возрастной норме и выражается в годах, которым статистически соответствует данный БМ (парциальный БВ органов и систем организма) или их совокупность (БВ целостного организма).

БМ старения могут являться любые показатели, значительно и закономерно снижающиеся с возрастом у всех представителей вида и имеющие малый индивидуальный разброс.

Набор БМ для вычисления БВ организма обрабатывают обычно по методу множественной линейной корреляции. Другой метод – вычисление среднего БВ по отдельным имеющимся парциальным БВ, что дает возможность сравнивать старение различных систем организма.

Для оптимального расчета показателей БВ и профиля старения, а также ожидаемой ПЖ и вероятности смерти используются специализированные программы. Возможно введение поправочных коэффициентов на маркеры общей смертности.

Геропрофилактика и антивозрастная медицина

Методология

Диагностика старения предполагает учет биологического возраста конкретного индивидуума, а также парциальных возрастов органов и систем – профиля старения, выделения основного типа старения, особенностей старения у конкретного человека. Также следует учитывать возможности влияния на отдельные показатели биовозраста.

Следует учитывать также:

• физическую и психическую работоспособность, наличие психологических симптомов возрастного стресса;

• состояние внимания и памяти;

• полноценность сна;

• нарушение биоритмов;

• возрастной иммунодефицит, изменения гормонального статуса, клеточный оксидативный стресс и пр.;

• наличие атеросклероза, диабета 2-го типа, нейродегенеративных заболеваний, остеопороза и других возрастзависимых заболеваний и гериатрических синдромов.

Все это позволяет подойти к системной профилактике старения и выбору антивозрастных влияний, которые включают:

• формирование правильного образа жизни (ЗОЖ);

• коррекцию питания;

• коррекцию гормональных и метаболических нарушений;

• заместительную терапию (ферменты, витамины и микроэлементы, функциональное питание);

• геропротекторы, биоактиваторы, адаптогены и антиоксиданты;

• психофизиологическую коррекцию;

• коррекцию биоритмов и ликвидацию патологических доминант ритмов;

• профилактику и лечение возрастзависимых заболеваний.

Такие воздействия должны носить только комплексный характер, при этом этапность воздействий, длительность, индивидуальность геропрофилактики должен определять подготовленный врач.

Все эти элементы диагностики и профилактики старения включают знания не только геронтологии и гериатрии, но и профилактической медицины, реабилитологии, адаптологии и собственно формирования здорового образа жизни; это новое практическое направление – антивозрастная медицина.

Антивозрастная медицина включает формирование у населения принципов активной здоровой жизни и понимание необходимости регулярных медицинских осмотров. Основой антивозрастной медицины должен стать курс основ геронтологии и гериатрии. Именно такие знания дают глубокое понимание происходящих процессов в организме стареющего человека, являющихся основой возрастзависимых болезней и синдромов.

Причины и связь старения и возрастных заболеваний

Наиболее общей и важной причиной повышения частоты заболеваний с возрастом является сам процесс старения, который представляет собой снижение общей жизнеспособности организма, что ведет к повышению уязвимости к самым различным заболеваниям и влияниям внешней и внутренней среды.

Окончание процессов роста и развития и изменения программ регуляции ведут к развитию климакса, остеопороза, возрастного иммунодефицита, диабету 2-го типа и ряду других возрастных патологий.

Имеются собственно возрастные изменения, отражающие физиологию процесса старения как результат окончания программ роста и развития, – эти процессы типичны для всех, и влияния на них возможны как влияния на сам процесс старения; и имеются возрастные заболевания, частота которых повышается с возрастом как результат общего снижения жизнеспособности организма, в этом случае большое значение имеют врожденная предрасположенность, условия жизни и пр., что делает важными профилактические мероприятия и образ жизни.

Вложение все больших средств в лечение заболеваний во все более позднем возрасте оказывается все менее эффективным, поэтому важнейшей задачей является широкая профилактика возрастзависимых заболеваний.

Факторы профилактики старения и возрастзависимых заболеваний

Обычно рекомендуемые факторы здорового образа жизни (ЗОЖ) – ограничения калорийности диеты, физическая активность, достаточность витаминов и пр. – оказывают благоприятное действие на многие факторы риска. Так, имитирующая голодание диета снижает до оптимального уровня количество ИФР-1 и гормоны щитовидной железы, позволяет терять ежемесячно до 2 кг лишнего жира. Уменьшение веса тела на 7–8 кг снижает систолическое артериальное давление на 6–7 мм рт. ст. Замена сладких напитков на несладкие снижает артериальное давление, как и оптимизация потребления соли.

Программа 10 000 шагов в сутки снижает систолическое и диастолическое артериальное давление. Бег трусцой в течение 2,5 часов в неделю позволяет эффективно снижать вес и уровень АЛТ в крови, а также снижает уровень интерлейкина-6. Беговые тренировки снижают и уровень мочевой кислоты. Бег трусцой в течение полугода в сочетании с сокращением потребления калорий снижает уровень С-реактивного белка и даже способен вызывать регресс коронарной бляшки. Бег или ходьба на 25–30 км в неделю повышает уровень ЛПВП и снижает уровень гликированного гемоглобина не хуже, чем интенсивная сахароснижающая лекарственная терапия. Длительные тренировки на выносливость снижают ЧСС и смертность.

Достаточное количество витамина D значимо снижает частоту заболеваемости раком толстого кишечника, молочной железы, почек, поджелудочной и предстательной желез и другими видами злокачественных новообразований. Данный витамин успешно используется в комплексной профилактике остеосаркопении.

Радикальным воздействием на возрастные заболевания является воздействие на сам процесс старения, для чего используются издавна разнообразные средства, относимые в настоящее время к группе вероятных геропротекторов.

Вероятные геропротекторы человека

Классификация геропротекторов. Геропротекторы (ГП) – это средства, повышающие максимальную продолжительность жизни (МПЖ) млекопитающих и/или ожидаемую продолжительность жизни (ОППЖ) человека в старшем возрасте, снижающие биологический возраст, повышающие качество жизни и функциональную активность. Также ГП должны, по этой же причине, снижать многие физиологические и патологические проявления старения организма и частоту возрастзависимых заболеваний (в т. ч. опухолей, частота которых резко повышается с возрастом). Из всех ГП, описанных в последней монографии [Anti-Aging Pharmacology (ed. V. K. Koltover) – Acad. Press/Elsevier, San Diego, 2023], не более двух десятков препаратов проверены в той или иной мере на мышах и крысах и единицы – на людях, причем не на ПЖ, а в лучшем случае – на выживаемость при том или ином заболевании.

Традиционно применяются:

• модификации образа жизни с изменением, в первую очередь, двигательной активности и питания;

• гормоны как заместительная гормональная терапия;

• замещающие препараты (витамины и микроэлементы);

• адаптогены, иммуностимуляторы, тканевые экстракты и стволовые клетки;

• энтеросорбенты, пробиотики и пребиотики;

• препараты, используемые в клинической практике для лечения пациентов с возрастзависимыми заболеваниями.

Методологически верным является патогенетическая классификация ГП, привязанная к общей схеме старения: его причине, главным механизмам старения, синдромам старения и отдельным внешним проявлениям старения, что открывает пути влияния на старение. Такая схема была представлена в начале книги. Также широко применяется классификация ГП по их природе и эффекту действия.

Типы геропротекторов по их природе

1. ГП как средства общего типа действия (ЗОЖ) – распорядок жизни как ГП: распорядок работы и отдыха, жизни в целом, физический и психический режимы, диеты, экология и пр.

2. ГП как типы влияний на организм, т. е. методы воздействия на организм как ГП:

• гипокситерапия;

• гиперкапния;

• косметология в целом, в т. ч. эстетическая хирургия.

3. ГП как аппаратные средства, т. е. аппараты как ГП:

• гипоксикаторы;

• гиперкапникаторы;

• различные аппараты физиотерапии;

• климатизаторы, аппараты очистки воды и пр.

4. Лекарственные, тканевые и органные препараты и средства как ГП:

• влияющие на важные механизмы естественного старения:

✓ «защищающие» молекулы и клетки от гибели (антиоксиданты, стабилизаторы мембран, сеноморфики и пр.);

✓ заместительная терапия – гормоны, ферменты, витамины, иммунофармакология, стволовые клетки и пересадки органов и тканей, а также искусственные органы;

✓ миметики ограничения калорий.

• Средства лечения возрастзависимых заболеваний.

• Стимуляторы физической работоспособности (адаптогены).

Наиболее часто используется рассмотрение ГП по эффекту их действия на механизмы и процессы естественного старения.

Типы геропротекторов по эффекту действия

1. Общестимулирующее действие (ЗОЖ – физические нагрузки, диеты, экология и пр.), они составляют общий фундамент геропротекторных воздействий любой природы.

2. Адаптогены (женьшень, солодка и пр., майтаке, кордиоцепс).

3. Стимуляторы физической и психической активности (ноотропные и психостимуляторы и пр.).

4. Биостимуляторы, активирующие клеточный обмен, обычно как тканевые экстракты (алоэ, плацента, плазмол, АЦС Богомольца, цитокины Хавинсона и пр.). В последнее время сюда входят также стимуляторы стволовых клеток собственного организма (аспирин, меликсам, StemFlo, Dermastem, G-inimer, новостем, пересадка столовых клеток).

5. Гормоны как биостимуляторы, как регуляторы и как заместительная гормональная терапия (гормоны роста, щитовидной железы, половые гормоны, анаболики, эпифиз-гормоны – мелатонин и пр.).

6. Иммуностимуляторы как корректоры возрастного иммунодефицита и, как показывает новая иммунорегуляторная теория старения, как стимуляторы клеточного роста соматических тканей.

7. Детоксицирующие (энтеросорбенты, центрофеноксин, лимфодренаж, активаторы печени, почек и потоотделения, стимуляторы обмена веществ и пр.).

8. Витамины и микроэлементы как традиционная группа ГП, как заместительная и общестимулирующая терапия. Традиционно используются вместе с ЗОЖ как обязательный фон всех типов лечебных, профилактических и геропротекторных воздействий. Обычно применяют в комплексе и с адаптогенами и антиоксидантами (геримакс, динамизан, витамин С). Так как существенным эффектом витаминов является восполнение их недостатка в организме, развивающегося с возрастом, сюда же можно отнести другие средства заместительной терапии – ферменты, а также заместительную гормонотерапию и пр.

9. Антиоксиданты и сходные препараты, защищающие молекулы и клетки от повреждений, прежде всего, от свободных радикалов.

10. Антигипоксические средства, т. к. тканевая и циркуляторная гипоксия – это общие проявления старения: гипербарическая оксигенация и средства стимуляции – гипокситерапия и гиперкапния, а также озонотерапия.

11. Нейротрансмиттерные агенты самой различной природы, влияющие на нарушенный с возрастом обмен нейротрансмиттеров в вегетативной, гормонорегуляторной областях, областях, ответственных за память, обучение и высшие психические функции (наиболее известны ноотропные препараты и иМАО типа В – депренил).

12. Различные средства физиотерапии, в т. ч. электростимуляции мозга, (электро)акупунктуры.

13. Косметология и косметическая хирургия как коррегирующие внешние проявления старения.

Так как общей задачей ГП является влияние собственно на старение, то следует отдельно рассмотреть перспективы этого влияния.

Известные геропротекторы человека. В народной медицине известно использование долгожителями корня женьшеня и других адаптогенов. Однако, вопреки распространенному мнению, демографические исследования в Китае показали лишь незначительное повышение ПЖ и только для мужчин при использовании женьшеня в питании; у женщин он снижал частоту опухолей.

В последние годы повышается интерес к аспирину как ГП при многоцентровых исследованиях у человека в связи с его профилактическим действием на сердечно-сосудистую патологию и профилактику опухолей.

Аналогично развивается интерес к метформину как средству, имитирующему калорий-ограниченную диету (миметик ограничения питания), которая остается наиболее признанным в геронтологии средством продления жизни. Влияние метформина на старение связано, видимо, с влиянием на инсулиноподобные факторы роста и гормоны роста (ГР) и с имитацией метформином некоторых эффектов голодания. Антидиабетические бигуаниды (фенформин, буформин, метформин), наряду с гипогликемическим действием, обладают способностью улучшать утилизацию глюкозы в тканях, снижать использование организмом жирных кислот в качестве энергетического субстрата, снижать концентрацию в крови холестерина, триглицеридов и инсулина, а также биосинтез холестерина и, кроме того, уменьшать массу тела. Эти свойства антидиабетических бигуанидов, а также их способность устранять явления метаболической иммунодепрессии послужили основанием для их использования в качестве геропротекторов в онкологической клинике для нормализации некоторых нарушений обмена и иммунитета у больных. Применение метформина снижает на треть риск развития связанных с диабетом исходов, а также риск смертности по любой причине; в том числе снижается на 40 % смертность, связанная с диабетом, инфарктом миокарда, инсультом, и на треть снижается риск развития всех макроангиопатий (инфаркт миокарда, внезапная смерть, стенокардия, инсульт и периферические сосудистые заболевания).

Подход к ГП как средствам, снижающим смертность от всех причин, ведет к повышенному интересу к этим препаратам, а также к солям лития (эффект антидепрессанта) и магния (передача инсулинозависимого сигнала, ко-фактор эксцизионной репарации ДНК, профилактика сердечно-сосудистых заболеваний).

Интересно, что наибольшие изменения смертности (снижение на треть общей смертности и наполовину – от сердечно-сосудистых и опухолевых заболеваний) показано для больших доз витамина К (625 мкг К1 и 60 мкг К2).

Одними из наиболее перспективных ГП, повышающих продолжительность жизни в эксперименте, являются иммуностимуляторы. С возрастом резко снижаются процессы клеточного деления самообновляющихся тканей. Новая иммунная теория старения, связанная с наличием популяций Т-лимфоцитов, специфически влияющих на клеточное деление соматических клеток – функцию, снижающуюся с возрастом, – делает возможным эффективное использование иммунотропных средств как потенциальных геропротекторов.

Старение сопровождается значительными изменениями обмена веществ, важнейшей причиной которых является возрастная ишемия тканей. Использование препаратов типа милдроната, являющихся цитопротекторами и антигипокснатантами, позволяет влиять на этот синдром старения, улучшая состояние тканей и организма в целом, что позволяет рассматривать его как перспективное геропрофилактическое средство.

Возрастная гипоксия тканей является важнейшим патогенетическим элементом естественного старения. Для противодействия ей используют как кислородотерапию, так и, в противоположность ей, активацию защитных механизмов, основываясь на целебном и естественно-геропрофилактическом эффекте горного воздуха. Современный метод нормобарической гипокситерапии (и перемежающейся гипокси- и гиперокситерапии) оказался высокоэффективен при самых различных заболеваниях и показал выраженный профилактический и адаптационный эффект у здоровых лиц, что позволяет рассматривать его как эффективный метод геропрофилактики и биостимулирования функций.

В настоящее время проявляется интерес к следующим ГП человека: ресвератролу, митохондриально-адресованным соединениям, куркумину и ряду других, отобранных Институтом изучения старения (NIA) Национального института здравоохранения (NIH) США для мультицентровых исследований в рамках программы «Interventions Testing Program».

Так, предлагается использовать пищевые добавки: экстракт зеленого чая, куркумин, рыбий жир, глицин и инулин; краситель «метиленовую синьку», аспирин, а также ряд препаратов различного действия (оригинальные названия по NIA) – NFP, NDGA, 4OHPBN, CAPE, analapril maleate, rapamycin, simvastatin, resveratrol, oxaloacetic acid, medium chain triglyceride oil, 17αestradiol, acarbose, NDGA, bile acids, metformin, protandim, INT767 FXR/TG5R agonist, HBX [2(2hydroxy phenyl) benzoxazole], ursolic acid, TM5441 – inhibitor of PAI1, 17dimethylaminoethyla mino17demethoxygeldanamycin hydrochloride (17DMAG), mitoQ, minocycline, β-guanadino propionic acid (BGPA), MIF098, nicotinamide riboside, canagliflozin – SGLT2 inhibitor, candesar tan cilexetil, geranylgeranyl-acetone, hydrogen sulfide – SG100.

Весьма перспективным представляется использование обычных готовых лекарственных средств, влияющих на механизмы формирования возрастзависимых заболеваний и синдромов.

Другие полезные средства. Дипептид «карнозин» (бета-аланил-Л-гистидин) открыт в 1900 году; первый известный физиологический эффект его – сохранение работоспособности мышц при накоплении лактата (эффект буфера, ввиду большой концентрации его в мышцах, антигликилирующий и антиоксидантный эффекты). Он также защищает разнообразные ферменты от инактивации альдегидами в ходе неферментативного гликилирования (дегидрогеназы, фосфорилазы, АТФазы, ионные насосы) и мембраны митохондрий, защищает белки от перекрестных связей и восстанавливает гликированные белки. Известно, что концентрация карнозина коррелирует с продолжительностью жизни (мышь – 1 мМ, человек – 20 мМ в мышцах) и снижается в 3 раза с возрастом у человека и животных; он также повышает выживаемость клеток в культуре, обладает цитопротекторным эффектом на модели глутамин-зависимого апоптоза нейронов. На модели ишемии сердца и мозга повышает выживаемость, обладая антиоксидантным и мембранотропным эффектом; обладает мощным инотропным эффектом на сердце. Карнозин предложен как потенциальное средство против старения: назначение его в течение 10 месяцев с 6-месячного возраста улучшает физический статус мышей SAMP1 и SAMR1 (с нормальным и преждевременным старением). Карнозин задерживает развитие возрастной катаракты (глазные капли в концентрации 20 мМ) с эффективностью 80–100 %, способен репарировать кристаллины хрусталика в условиях оксидативного стресса. Наиболее эффективен, видимо, ацетилкарнозин.

Перспективы продления жизни человека. Уже показаны возможности значительного изменения продолжительности жизни в пределах одного вида: нематоды, муха дрозофила и даже млекопитающие – мыши полевки весенней и осенней генерации. У простейших продолжительность жизни можно изменять в разы и на порядки, как и у земноводных. В культуре клеток можно очень длительно сохранять клетки и переводить их многократно из режима «молодые» клетки в «старые» простым ограничением скорости роста и деления.

Все это говорит о принципиальном отсутствии в природе запретов влияния на длительность жизни и необязательности самого процесса старения.

Обнаруженный эффект снижения скорости старения человека с середины ХХ века и связь с эффективностью здравоохранения показывает уже реализуемые пути влияния на продолжительность жизни и замедление старения.

Все это указывает на принципиальные возможности влияния на процесс старения человека и увеличение продолжительности жизни, причем в определенных пределах уже сейчас и уже имеющимися средствами.

Резюме

Влияние на процесс старения предполагает обязательную оценку биологического возраста конкретного индивидуума, а также парциальных возрастов органов и систем – профиля старения, выделения основного типа старения, особенностей старения у конкретного человека. Также следует учитывать возможности влияния на отдельные показатели биовозраста – физиологический возраст и влияния на возраст заболеваний – патологический возраст. Следует учитывать также физическую и психическую работоспособность, состояние когнитивных функций; полноценность сна; нарушение биоритмов с общим снижением адаптации; наличие возрастзависимых болезней, гормональный дисбаланс, системное воспаление и оксидативный стресс.

Следует учитывать выраженность проявления связанных со старением физиологических и патофизиологических процессов. Критериями риска являются: повышение АД и ЧСС, калия крови, мочевой кислоты, С-реактивного белка и ИЛ-6 (сердечно-сосудистые болезни); гипергликемия и повышение гликозилированного гемоглобина (диабет пожилых); бытовые наркомании (широкий спектр заболеваний и врожденных уродств, психическая деградация). Маркеры рисков повышения общей смертности: снижение альбумина и АЛТ, скорости клубочковой фильтрации, витамина В_12, ИФР-1, ферментов репарации и 8-оксо-2-дезоксигуанозина (маркер повреждения ДНК и окислительного стресса).

Все это позволяет подойти к системной профилактике старения и выбору влияний на его механизмы, включающих полноценное восстановление сил и здоровья: эко-, психо-, социогигиена и формирование правильного образа жизни (ЗОЖ), нормализация с учетом возрастных и индивидуальных особенностей питания и эндоэкологии, нормализация с учетом возрастных и индивидуальных особенностей физического, эмоционального и психического статуса, «очистка» (детоксикация) тканей, органов и клеток, коррекция гормональных и метаболических нарушений, клеточного оксидативного стресса, общая биогармонизация организма с выведением в «область здоровья», общая биоактивация организма (реювенилизация), заместительная терапия (ферменты, витамины и микроэлементы, функциональное питание); а также геропротекторы, биоактиваторы, адаптогены и антиоксиданты, психофизиологическая коррекция, коррекция биоритмов и ликвидация патологических доминант ритмов, лечение и профилактика возрастных заболеваний, принципиально комплексный характер лечебных воздействий, этапность воздействий, длительность, индивидуальность геропрофилактики, вспомогательные средства.

Все эти элементы диагностики и профилактики старения уже выходят за пределы собственно геронтологии, а включают элементы гериатрии, профилактической медицины, реабилитологии и собственно здорового образа жизни (ЗОЖ), поэтому в настоящее время усиленно развивается новое научно-практическое направление – антивозрастная медицина.

С древних времен идет поиск омолаживающих, сдерживающих старение и продлевающих жизнь средств – геропротекторов. Фактически до настоящего времени нет средств, показавших омолаживающее действие и значительное и достоверное повышение длительности жизни. В большинстве случаев используются адаптогены и биоактивирующие средства, повышающие физическую и психическую активность, а также улучшающие кровоснабжение тканей. Традиционно применяются: технологии здорового образа жизни (ЗОЖ); адаптогены; психо- и физические стимуляторы; иммуностимуляторы как отдельная и перспективная группа ГП, в том числе повышающая ПЖ; группы биостимуляторов (тканевые экстракты и стволовые клетки – СК); гормоны как регуляторы обмена веществ и замещающая гормональная терапия; группа «очищающих» организм средств (энтеросорбенты и стимуляторы обмена, функции печени и почек); замещающие препараты (ферменты, витамины и микроэлементы); препараты, влияющие на память и психику; антигипоксические; вся косметология и эстетическая хирургия.

Представления о связи синдромов старения с синдромами обычных заболеваний делает перспективным использование обычных фармакологических средств для коррекции определенных синдромов старения. Перспективными являются средства с антигипоксическим действием, улучшающие кровоснабжение органов и тканей, цитопротекторы и антигипоксанты, замещающие средства (ферменты и гормоны), витамины и т. п.

Приложения

Вопросы для закрепления материала

1. История взглядов на сущность процесса старения: общефилософские представления о всеобщем изменении и идеалистическое представление о «жизненной силе» («энтелехии»); современные представления о механизме старения; важность методологического подхода.

2. Системный подход как современный научный метод для анализа процессов старения; иерархия феномена старения, его механизмов и проявлений.

3. Основные группы теорий старения: стохастические и регуляторные.

4. Системный подход к анализу теорий старения. Общая причина старения биосистем и возможность активного противодействия ему. Что такое стареющие виды и «нестареющие» животные?

5. Общие явления феномена старения: стохастическая гибель структур, регуляторные изменения и накопительные процессы.

6. Связь физиологии старения и формирования возрастзависимых заболеваний.

7. Старение клеток. Регуляторное замедление скорости их деления ввиду снижения факторов роста (стационарное старение) и изменения микроокружения (снижение капиллярной сети); гибель необновляющихся (нервные и пр.) клеток; G1/S-блок старых клеток.

8. Морфология старения клеток: дегенерации (вакуолизация, нейрофагия, гиалиновая дегенерация, гидропическое набухание, вакуолизация и сморщивание, снижение количества нейронов с возрастом); компенсаторная гиперплазия оставшихся клеток. Тканевая гипоксия и дистрофия с возрастным склерозом ткани, метаболическое засорение клеток.

9. Функциональное старение клеток: снижение лабильности и торпидность ответа, увеличение времени восстановительных процессов и их чувствительность к гормонам, снижение числа рецепторов к гормонам и медиаторам; снижение чувствительности к апопотозу как причина накопления сенесцентных клеток. Уменьшение количества стволовых клеток, снижение их активности.

10. Изменения хроматина клеток при старении: врожденная запрограммированность способности к ограниченному числу делений («феномен Хейфлика»); увеличение ригидности хроматина и изменение состава гистоновых/негистоновых белков, гены метилирования ДНК, мутации и разрывы молекулы ДНК, увеличение содержания в крови 8-Окси-2'-дезоксигуанозина (8-одГ) как продукта повреждения ДНК. Закономерное снижение электрокинетических свойств ядер клеток и его использование для диагностики биологического возраста.

11. Биохимия старения: снижение основного обмена, главных поставщиков энергии – АТФ и креатинфосфата, – напряженность энергообмена.

12. Биохимия старения: свободные радикалы и митохондрии в состоянии ишемии; повышение содержания продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и белков в сыворотке, снижение активности СОД и общей антиокислительной активности сыворотки крови, включая глутатион.

13. Биохимия старения: снижение синтеза альбуминов с повышением синтеза глобулинов; изменение количества активных –SН групп в макромолекулах; ригидность коллагена и эластина (увеличение числа поперечных сшивок).

14. Биохимия старения: снижение толерантности к глюкозе (предиабет пожилых) и частая непереносимость лактозы (отсутствие синтеза лактазы).

15. Биохимия старения: о патоморфозе атеросклероза и его биохимических основах.

16. Наиболее выраженные и типичные физиологические изменения при старении: снижение скорости проведения сигналов; снижение уровня основного обмена; снижение содержания внутриклеточной воды; снижение сердечного индекса; снижение скорости клубочковой фильтрации и почечного кровотока; снижение максимальной емкости легких (ЖЕЛ); снижение скорости кровотока; снижение числа клеток в тканях; выраженное снижение скорости самообновления органов.

17. Изменения гемодинамики как причина тканево-циркуляторной гипоксии.

18. Снижение ЖЕЛ и склероз альвеол и капилляров как причина возрастной дыхательной недостаточности.

19. Процессы дистрофии тканей: снижение мышечной силы (саркопения) и изменения эластичности хрящей.

20. Климакс с повышением частоты возрастных заболеваний и остеопорозом, увеличение частоты остеопоротических переломов.

21. Старение системы крови.

22. Атрофия слизистой и пищеварительных желез с развитием синдрома мальабсорбции.

23. Морфологические и функциональные изменения мочевыводящей системы.

24. Старение анализаторов: возрастная дальнозоркость, снижение прозрачности роговицы; повышение порога слуха; старение других анализаторов.

25. Возрастной иммунодефицит: снижение устойчивости к инфекциям и регуляторное снижение скорости клеточного роста соматических тканей, ведущее к их дистрофии; снижение лимфокинов, стимулирующих иммунный ответ, и снижение активности естественных киллеров (противоопухолевый иммунитет); повышение активности лимфокинов воспаления и развитие аутоиммуноагрессии.

26. Снижение психической активности с возрастом, изменения ЭЭГ. Физиологические изменения мозга; изменения нервных клеток и обмена нейромедиаторов.

27. Изменения с возрастом ядер гипоталамуса, вегетативной иннервации и спинного мозга.

28. Изменения с возрастом функции эндокринных желез.

29. Наследуемость продолжительности жизни как видовой признак; возможности изменения ПЖ у простых организмов, земноводных и млекопитающих.

30. Ускоренное старение – прогерии: мыши с мутацией гена Klotho, прогерии человека и типичные характерные изменения при них.

31. Метод нокаута генов и трансгенные мыши: данные о роли в естественном и преждевременном старении генов, ответственных за различные процессы жизнеобеспечения.

32. Анализ «локусов количественных признаков»: гены, вовлеченные в естественный полиморфизм ПЖ. Феномен долголетия – критическое обсуждение и возможные причины. Исследования долгожительства у человека, роль отдельных генов.

33. Простейшие как модели изучения старения: контроль ПЖ нематоды C. elegans, амебы, нестарение гидры, влияние условий жизни на старение мух дрозофил и земноводных. Процессы соотношения роста и развития, ПЖ, полового процесса, гипобиоза и регенерации, наблюдаемые у простых организмов и млекопитающих.

34. Повышение интенсивности смертности с возрастом по экспоненте; формула Гомперца-Мейкема: m(t) = Ro · exp(k · t) + A; ее компоненты для исследования скорости старения человека демографическими методами; простой метод анализа прироста интенсивности смертности – «d(m)».

35. Ограничения питания как универсальный способ продления жизни в эксперименте и связь с влиянием на рост и развитие, сопровождаемые снижением температуры и метаболизма; перспективы для человека. Графики выживаемости для изучения ПЖ и влияний на нее, особенности и недостатки.

36. Возрастные биомаркеры старения (биовозраст) у животных: внешний вид, физиологические функции, биохимические параметры, иммунологические показатели и потенциал клеточного роста.

37. Биологический возраст человека (БВ) как суммарный остаточный функциональный резерв организма на данный возрастной период, выражаемый в годах; расчет его по отношению к среднестатистической норме. Требования к биомаркерам БВ человека.

38. Основные биомаркеры БВ и старения человека. Методы обработки биомаркеров старения для расчета биовозраста; парциальный биовозраст.

39. Возраст-ассоциированые заболевания и гериатрические синдромы (нейродегенеративные, сердечно-сосудистые болезни, саркопения и др.).

40. Геропротекторы; основные группы ГП; обычные фармакологические средства как ГП. Социальная геронтология: направления и составляющие.

Десять тем для семинаров и занятий для усвоения материала

Семинар 1. Методы и содержание геронтологии, группы теорий старения

История науки о старении. Определение термина «старение». Основные группы теорий старения: стохастические и регуляторные, накопительные и абстрактные теории. Обсуждение теорий и гипотез старения.

Семинар 2. Старение клеток

Что такое старение клетки? Регуляторное замедление деления, снижение факторов роста (стационарное старение) и изменения микроокружения (снижение капиллярной сети); гибель необновляющихся (нервные и пр.) клеток; G1/S-блок старых клеток. Морфология старения клеток: дегенерации (вакуолизация, нейрофагия, гиалиновая дегенерация, гидропическое набухание, вакуолизация и сморщивание, частичное растворение нервных клеток с возрастом); компенсаторная гиперплазия оставшихся клеток. Тканевая гипоксия и дистрофия с возрастным склерозом ткани, метаболическое засорение клеток.

Снижение лабильности и торпидность ответа, увеличение времени восстановительных процессов и их чувствительность к гормонам, снижение числа рецепторов в отношении к гормонам и медиаторам; снижение чувствительности к апопотозу как причина накопления старых клеток. Изменения числа и активности стволовых клеток. Изменения хроматина клеток при старении: врожденная запрограммированность способности к ограниченному числу делений («феномен Хейфлика»); увеличение ригидности хроматина и состав гистоновых/негистоновых белков, гены метилирования ДНК, мутации и разрывы молекулы ДНК и другие проявления старения.

Семинар 3. Биохимия старения

Снижение основного обмена, главных поставщиков энергии – АТФ и креатинфосфата, – о напряженности энергообмена судят по соотношению моно-, ди- и трифосфатов (энергетический заряд Аткинса – снижение его с 0,85 до 0,53 в сердце и других тканях).

Свободные радикалы и митохондрии в состоянии ишемии; повышение содержания продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) и белков в сыворотке, снижение активности СОД и общей антиокислительной активности сыворотки крови, включая глутатион. Снижение синтеза альбуминов с повышением синтеза глобулинов; изменение количества активных -SН-групп в макромолекулах; ригидность коллагена и эластина (увеличение числа поперечных сшивок). Снижение толерантности к глюкозе (предиабет пожилых) и частая непереносимость лактозы (отсутствие синтеза лактазы). Рост содержания холестерина и триглицеридов в крови; снижение антиатерогенных липопротеидов низкой и очень низкой плотности, стабилизирующих жиры крови.

Семинар 4. Генетика старения

Наследуемость продолжительности жизни как видовой признак; возможности изменения ПЖ у простых организмов, земноводных и млекопитающих. Ускоренное старение – прогерии: мыши с мутацией гена Klotho, прогерии человека и типичные характерные изменения при них. Метод нокаута генов и трансгенные мыши: данные о роли в естественном и преждевременном старении генов, ответственных за различные процессы жизнеобеспечения. Анализ локусов количественных признаков: гены, вовлеченные в естественный полиморфизм ПЖ. Исследование долгожительства человека, роль отдельных генов.

Семинар 5. Физиология старения: старение нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной, костно-мышечной систем, половой, выделительной и пищеварительной систем

Многоуровневые изменения в гемодинамике как причина тканево-циркуляторной гипоксии. Снижение ЖЕЛ и склероз альвеол и капилляров как причина дыхательной недостаточности. Процессы дистрофии: снижение мышечной силы (саркопения) и изменения эластичности хрящей, возрастной остеопороз. Измерение силы кисти и подвижности суставов. Окончание полового цикла: климакс и остеопороз. Повышение частоты возрастных заболеваний при климаксе. Урогенитальные расстройства при климаксе и старении. Дистрофия слизистой и пищеварительных желез, синдромы мальабсорбции и снижение всасывания витаминов. Предиабет пожилых.

Семинар 6. Физиология и патофизиология старения: старение системы крови, иммунной системы, мозга, анализаторов, эндокринной системы

Старение системы крови. Возрастной иммунодефицит: снижение устойчивости к инфекциям и регуляторное снижение скорости клеточного роста соматических тканей, ведущее к их дистрофии; снижение лимфокинов, стимулирующих иммунный ответ, и снижение активности естественных киллеров (ЕК) – противоопухолевый иммунитет; повышение активности лимфокинов воспаления и развитие аутоиммуноагрессии.

Снижение психической активности с возрастом, изменения ЭЭГ. Физиологические изменения мозга, нервных клеток и обмена нейромедиаторов. Изменения с возрастом центров гипоталамуса, вегетативной иннервации и спинного мозга. Определение психической работоспособности в тесте Шульте.

Старение анализаторов: возрастная дальнозоркость, снижение прозрачности роговицы; повышение порога слуха; старение других анализаторов. Определение звукового порога и расстояния ближнего зрения, нейромоторной активности.

Изменения с возрастом гипоталамо-гипофизарной системы и функции эндокринных желез. Предиабет пожилых. Обмен гормона роста и мелатонина.

Семинар 7. Экспериментальная геронтология и модели старения

Наиболее частые заболевания нашего времени как модели старения. Простейшие модели изучения старения: нематода C. elegans, амеба, нестарение гидры, влияние условий жизни на старение мух дрозофил и земноводных. Соотношение роста и развития, ПЖ, полового процесса, гипобиоза и регенерации. Ограничения питания как способ продления жизни в эксперименте. Графики выживаемости для изучения ПЖ и влияний на нее, особенности и недостатки. Возрастные биомаркеры старения (биовозраст) у животных: внешний вид, физиологические функции, биохимические параметры, иммунологические показатели и потенциал клеточного роста.

Семинар 8. Популяционная геронтология

Основной закон старения – повышение интенсивности смертности с возрастом по экспоненте; формула Гомперца-Мейкема: m(t) = Ro · exp(k · t) + A, ее компоненты для исследования скорости старения человека демографическими методами; простой метод анализа прироста интенсивности смертности – «d(m)». Историческая стабильность скорости старения в истории и феномен постоянного снижения скорости старения в развитых странах с середины ХХ века; связь с эффективностью профилактической медицины и повышением качества жизни и причины этого, связь с синдромами старения.

Семинар 9. Биологический возраст и системная диагностика старения человека

Биологический возраст (БВ) как суммарный остаточный функциональный резерв организма на данный возрастной период, выражаемый в годах; расчет по отношению к среднестатистической норме. Требования к биомаркерам БВ. Основные биомаркеры старения человека. Методы обработки биомаркеров старения для расчета биовозраста; парциальный биовозраст. Определение БВ с использованием компьютерных систем.

Биологический и функциональный возраст, патологический возраст и возраст-ассоциированые заболевания (сердечно-сосудистые, опухолевые, саркопения, болезни суставов и др.); критерии их риска.

Семинар 10. Профилактика старения и антивозрастная медицина

Сдерживающие старение и продлевающие жизнь средства – геропротекторы; основные группы ГП; обычные фармакологические средства как ГП (коррекция синдромов старения). Возможности выраженного снижения скорости старения человека, повышение продолжительности жизни и ее здоровой составляющей. Антивозрастная медицина: ЗОЖ как основа сбережения здоровья и геропрофилактики, роль питания и физических нагрузок, антистрессовые мероприятия.

Список литературы,

которую можно рекомендовать для изучения основ геронтологии

1. Анисимов В. Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения – СПб: Наука, 2008. – ТТ.1, 2.

2. Геронтология in silico: становление новой дисциплины / Марчук Г. И., Романюха А. А., Анисимов В. Н., Яшин А. И., Каркач А. С., Михальский А. И., Новосельцев В. Н., Новосельцева Ж. А., Руднев С. Г., Санникова Т. Е., Семенченко А. В., Украинцева С. В., Халявкин А. В. – М.: Бином, 2015.

3. Голубев А. Г. Биология продолжительности жизни и старения. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – СПб, 2015.

4. Гродзинский Д. М., Войтенко В. П., Кутлахмедов Ю. А., Кольтовер В. К. Надежность и старение биологических систем. – Киев, 1987.

5. Давыдовский И. В. Геронтология. – М.: Медицина, 1966.

6. Дильман В. М. Четыре модели медицины. – М., 1987.

7. Донцов В. И. Методы исследования старения. – Saarbrucken: Lambert Academic Pabl., 2012. – 330 с.

8. Донцов В. И., Крутько В. Н., Труханов А. И. Медицина антистарения: фундаментальные основы. – М.: URSS, 2010. – 680 с.

9. Дубина Т. Л., Разумович А. Н. Введение в экспериментальную геронтологию. – Минск, 1975.

10. Дупленко Ю. К. Старение. Очерки развития проблемы. – Л.,1985.

11. Всемирный доклад ВОЗ о старении и здоровье, 2016.

12. Канунго М. Биохимия старения. – М., 1982.

13. Кишкун А. А. Биологический возраст и старение: возможности определения и пути коррекции / руководство для врачей. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. – 973 с.

14. Комфорт A. Биология старения. – М., 1967.

15. Котельников Г. П., Яковлев О. Г., Захарова Н. О. Геронтология и гериатрия / учебник для медвузов. – М.-Самара, 1997. – 798 с.

16. Лазебник Л. Б. и др. Старение: профессиональный врачебный подход. – М.: Эксмо, 2013. – 320 с.

17. Лэмб M. Биология старения. – М., 1980.

18. Мечников И. И. Этюды оптимизма. Любое издание.

19. Мушкамбаров Н. Н. Геронтология in polemicо. – М., 2011.

20. Новоселов В. М. Альцгеймер. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2022. – 224 с. ISBN 978-5-9704-6625–4 DOI: 10.33029/9704-6625-4-ALZ-2022-1-224

21. Новоселов В. М. Как в России жить долго. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021. – 160 с. ISBN 978–5–9704–6475–5 DOI: 10.33029/9704-6475-5-HOW–2021–1160

22. Новоселов В. М. Старение и биологический возраст. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2022. – 272 с. ISBN 978–5–9704–7020–6 DOI: 10.33029/9704-7020–6-AGE–2022–1–272

23. Подколзин А. А., Крутько В. Н. Донцов В. И. и др. Количественная оценка показателей смертности, старения, продолжительности жизни и биологического возраста / учебно-методическое пособие для врачей. УМО. – М.: МГМСУ, 2001. – 56 с.

24. Стрелер Б. Время, клетки и старение. – М.: МИР, 1964.

25. Гериатрия / под. ред. Ткачева О. Н., Фролова Е. В., Яхно Н. Н. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019. – 608 с.

26. Фролькис В. В. Старение и биологические возможности организма. – М., 1975.

27. Фролькис В. В. Старение. Нейрогуморальные механизмы. – Киев, 1981.

28. Хохлов А. Н. Пролиферация и старение / серия «Общие проблемы физико-химической биологии». – М.: ВИНИТИ, 1988. – Т. 9.

29. Шмальгаузен И. И. Проблема смерти и бессмертия. – М., 1926.

Content

Новоселов В., Донцов В., Крутько В.
Основы геронтологии

Предисловие

Основные термины и сокращения

Наука о старении

Определение геронтологии

История развития геронтологии

Определение старения

Типы гипотез и теорий старения

Основные гипотезы и теории старения

Теории и гипотезы стохастической природы старения

Теории запрограммированного старения

Основной закон старения

Основные механизмы старения

Старение клеток и субклеточных структур

Морфологические изменения клеток при старении

Роль митохондрий в старении клетки

Роль лизосом в старении клеток

Апоптоз клеток

Снижение самообновления (деления) клеток в старости

Стволовые клетки при старении

Старение ядра клетки

Мутации в ядрах клеток

Изменения хроматина при старении

Метилирование генома и возраст

Электрокинетические свойства ядер

Резюме

Биохимия старения

Белковый обмен и ферменты при старении

Изменения белков при старении

Углеводный обмен при старении

Обмен липидов при старении

Энергетический обмен при старении

Свободные радикалы и старение организма

Резюме

Генетика старения и долголетия

Направления в генетике старения

Генные модели старения

Исследование долгожительства

Прогерии: наследственное ускоренное старение

Линии «животных» и продолжительность жизни

Резюме

Физиологические проявления старения

Общие физиологические проявления старения

Старение сердечно-сосудистой системы

Старение дыхательной системы

Старение костно-мышечной системы и эпителия

Остеопороз

Старение системы крови

Возрастной иммунодефицит – механизм старения и возрастзависимая патология

Старение пищеварительной системы

Старение мочевыделительной системы

Старение половой системы

Старение нервной системы

Старение и функция анализаторов

Старение и эндокринная регуляция

Эндокринные железы

Резюме

Исследование старения и продолжительности жизни в эксперименте

Простейшие как модели старения

Старение других организмов

Рост, развитие и продолжительность жизни

Видовое разнообразие

Методы воздействия на процессы роста и развития

Гипобиоз как метод влияния на рост, развитие и старение

Экспериментальные средства продления жизни

Биомаркеры старения у животных

Резюме

Исследования старения человека методами демографии

Использование математических методов оценки старения

Демографические методы оценки скорости старения человека

Видовая стабильность скорости старения человека и ее снижение с середины ХХ века

Резюме

Индивидуальная диагностика старения человека (биологический возраст)

Биологический возраст – понятие и сущность

Требования к биомаркерам старения

Как отбирать параметры для оценки БВ

Новые биомаркеры старения

Маркеры общей смертности

Резюме

Геропрофилактика и антивозрастная медицина

Методология

Причины и связь старения и возрастных заболеваний

Факторы профилактики старения и возрастзависимых заболеваний

Вероятные геропротекторы человека

Типы геропротекторов по их природе

Типы геропротекторов по эффекту действия

Резюме

Приложения

Вопросы для закрепления материала

Десять тем для семинаров и занятий для усвоения материала

Список литературы, которую можно рекомендовать для изучения основ геронтологии