Теории старения

Природа — сфинкс.
И тем она верней своим искусом губит человека,
Что, может статься, никакой от века
Загадки нет и не было у ней.
Ф. Тютчев.

Привет)
На днях прочла книгу «Возрастная и гендерная косметология» под общей редакцией Елены Эрнандес, впечатлилась, хочу поделиться. В этом посте я не опишу всю книгу, будет лишь малая толика вводной информации.
Прошу посмотреть.

Итак, теории старения.
Над старением организма бились еще древние ученые — Аристотель (384 — 322 гг. до н.э.) с трактатом «О молодости и старости», Асклепиад (ок. 128 — 56 гг. до н.э.), известный римский врач и естествоиспытатель Гален (129-201 гг. н.э.), гений эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. И в наши дня эта тема не иссякает.
В рамках ухода за кожей о старении говорится очень ограниченно, хотя многие люди думают, что именно косметология находится впереди планеты всей, именно они разрабатывают «волшебную палочку», которая повернет время вспять. Но это не так — над этой палочкой работают в первую очередь молекулярные биологи, генетики, биохимики.
На сегодняшний день более-менее понятно, что происходит с организмом человека с возрастом. Органы изнашиваются, ухудшается общее состояние здоровья, происходят психологические и поведенческие изменения, снижается эффективность иммунной и ферментной систем. Однако современной науке также известно, что все структуры живого тела не только изнашиваются, но и постоянно восстанавливаются. С рождения в организме заложена мощнейшая иммунная система, обеспечивающая защиту от внешних повреждений, болезней и инфекций. С этой точки зрения процесс старения и смерти выглядит бессмысленным — ведь организм человека продолжает бороться с болезнями до самой смерти!
Следовательно, можно как-то повлиять на этот процесс? Ученые пытаются найти ответ на вопрос: «В чем же причины старения и как работают его механизмы? Возможно ли найти противоядие от старения?»
Попытка свести теории старения к какой то классификации всегда условна, но в целом их можно выделить в две большие группы:
1. Эволюционные теории, которые подразумевают, что старение необходимо для развития популяции.
2. Теории накопления мутаций, которые связаны с тем, что организм накапливает повреждения и в какой то момент перестает с ними справляться, и если найти некий «ключ», то организм перестанет стареть.

1. Теория апоптоза развивает эволюционные теории старения.
Термин апоптоз, что означает дословно опадание листьев, был введен древнеримским врачом Клавдием Галеном.

Он заметил, что если надломить ветку, с которой уже начала опадать листва, то листопад прекращается и листья хотя и засыхают, но остаются на ветке. Такое ведь мы не раз наблюдали у себя в вазе с цветами) Опадание листьев с живой ветки, в отличии от их омертвения на сломанной — физиологический процесс, то есть«преднамеренное самоубийство» листьев.
В современной науке этот термин также применяется к физиологическому явлению -самоубийству клеток. Теорию клеточного апоптоза выдвинул академик Владимир Петрович Скулачев. (советую почитать про ионы Скулачева)
Согласно его теории, старение это не столько накопление мутаций, поломок, в организме, сколько запускаемая на генном уровне программа. Клетки уходят в апоптоз по многим причинам. Одна из основных — появление «бездомных» клеток. Вообще клетки в организме привязаны к определенному органу и существуют только в соответствующем биохимическом окружении. И если вдруг какая-то клетка случайно попадает в «чужой» орган или ткань, она быстро кончает жизнь самоубийством. Предраковые клетки тоже уничтожают сами себя с помощью апоптоза. Ученые считают, что рак появляется тогда, когда «ломается» ген, кодирующий белок Р53, который следит за изменениями и мутациями в ДНК. С помощью апоптоза природа выбраковывает плохие и лишние клетки и со временем это приводит к старению.

2. Теория накопления мутаций была предложена в 50-х гг. ХХ века английским биологом Питером Медаваром.
Согласно ей, клетки накапливают мутации, что приводит к старению организма. Есть заболевания, при которых мутации накапливаются очень быстро (самое известное прогерия), организм теряет способность к сопротивлению инфекциям и онкологическому перерождению клеток.
Чуть позже, в 1957 году американский биолог Джордж Кристофер Уильямс развил эту теорию и предположил существование плейотропных генов, которые помогают переживать болезни, восстанавливаться после травм.
Именно они, по мнению ученых, обеспечивают живость мышления, хорошую память и нервы. Но именно они же становятся вредными в более пожилом возрасте и накручивают спираль разрушений. Теория Уильямса получила название антагонистической плейотропии.
Вместе эти две теории составляют основу современных представлений о генетике старения, но. Несколько генов с плейотропным эффектом действительно были найдены на разных стадиях жизни, но непосредственной связи со старением показано не было.

Современные долгожители.
Алеутский морской окунь, живет минимум 205 лет.Каролинская коробчатая черепаха, живет 138 летПресноводная гидра, потенциально бессмертнаМедуза Turritopsis Nutricula, потенциально бессмертна.
Большинство медуз после репродуктивного цикла умирают, но Turritopsis nutricula
возвращается к ювенальной стадии модулярного полипа. Подобный цикл она может
повторять бесконечно, что делает ее, в сущности, бессмертной.
3. Нехватка ремонтного материала.
Генетическую предрасположенность к старению пытается объяснить и так называемая теория одноразовой сомы, согласно которой поддержание тела должно осуществляться ровно настолько, насколько это необходимо на протяжении обычного времени выживания в природе. Украинский физиолог и геронтолог Владимир Вениаминович Фролькис выдвинул адапционно-регуляторную теорию.Основываясь на тезисе, что старость и смерть генетически запрограммированы, он предположил, что возрастное развитие, скорость старения и продолжительность жизни определяются балансом двух процессов: наряду с разрушительными реакциями в организме действует процесс «антистарения» (витукт по терминологии ученого). Фролькис полагал, что именно генно-регуляторные механизмы старения являются основой развития распространенных видов возрастной патологии: атеросклероза, рака, диабета, болезней Паркинсона и Альцгеймера. В зависимости от активации или подавления функций тех или иных генов и будет развиваться тот и и иной синдром старения или патология.

4. Проблема в клетках.
Наряду с генетическими теориями наиболее перспективными видятся теории, рассматривающие процесс на уровне клеток. Основные две — предельного деления клеток и утраты теломер.
Теория предельного деления.
Всего в организме, по оценкам ученых, около 3 триллионов клеток. Эти клетки постоянно делятся, и на смену старым приходят новые. Именно этот процесс постоянного обновления позволяет организму самовосстанавливаться. С годами организм обновляется менее интенсивно, а потом и вовсе почти теряет способность к обновлению. Но почему?
В 1961 г. американский профессор анатомии медицинской школы Калифорнийского университета Леонард Хейфлик экспериментально установил, что соматические клетки могут делиться только ограниченное число раз.
Вероятно, в клетках существует своеобразный молекулярный счетчик. Он фиксирует, сколько делений уже сделано, и не дает клетке делиться сверх заданного предела. Так, основная клеточная форма соединительной ткани организма — фибробласты, они делятся примерно 50 ± 10 раз, после чего процесс останавливается. То же самое происходит и вне организма, в лаборатории — клетка делится 50 раз и… погибает. Ученый усложнил эксперимент — взял клеточные культуры, которые были заморожены после того, как клетки разделились 25 раз. Оттаяв, они разделились еще 25 раз и погибли. Интересно, что когда клетки приближались к порогу своего деления, они начинали напоминать старую ткань, которая обнаруживается в постаревшем сердце и головном мозге. Выявленные ученым закономерности получили название «порог Хейфлика».
При всей своей стройности теория предельного деления клеток не была исчерпывающей, так как вопрос «почему клетки делятся заданное число раз» так и остался без ответа.
Российский биолог Алексей Матвеевич Оловников в начале 70-х предположил, что предел деления клеток связан с механизмом укорачивания ДНК.
По его мнению, длина концов линейных хромосом — так называемых теломер — с каждым делением уменьшается. Поэтому после определенного количества делений клетка больше не может этого делать. Феномен получил название концевой недорепликации ДНК. Таким образом, укорачивание ДНК служит «счетчиком » числа делений и, соответственно, продолжительности жизни.
Была выявлена важная закономерность: возраст человека связан с длиной теломер — чем старше человек, тем меньше их средняя длина. Оловников сделал теоретическое предположение, что размер, количество и нуклеоидный состав хромосомных теломер зависят от определенного фермента — теломеразы.
Спустя 14 лет было сделано потрясающее открытие — в клетках была обнаружена та самая теломераза, что подтвердило теорию Оловникова. В 1998 году ученым удалось «омолодить» с помощью теломеразы культуру клеток. Им также удалось повысить порог деления обычных человеческих клеток в 2 раза, при этом они оставались молодыми и здоровыми.
Было показано, что при введении теломеразы клетки фибробластов человека, которые в норме делятся лишь 75 — 80 раз, начинают делиться 280 раз без каких-либо признаков старения и патологии.
Позднее было установлено, что в нашем организме есть два типа клеток — половые и стволовые, в которых присутствует теломераза, удлиняющая теломеры при помощи специальной РНК-матрицы. Именно поэтому половые и стволовые клетки способны делиться бесконечно, копируя наш генетический материал для воспроизводства и выполняя функцию регенерации. Все остальные клетки человека не производят теломеразу и рано или поздно умирают.

Ученые из Санкт-Петербургского института биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН синтезировали белок эпиталон. Контрольная группа клеток перестала делиться в 34-м поколении, клетки же, «подкормленные» эпиталоном, сохраняли способность к размножению даже в 44-м поколении. Директор института Владимир Хавинсон сообщил, что эпиталон уже был испытан на мышах и обезьянах; его эффективность как омолаживающего средства весьма высока. У нас на базе ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» и институтов Новосибирского Академгородка была запущена косметическая линия Vital Essential Cosmetics (V.E.C.) с содержанием таких пептидов как Эпиталон, Вилон, Тимоген, Карнозин, Везуген.

4. Сбой органов и систем.
Значительное место в разработке теорий старения отводится исследованиям нарушений функций высшей нервной деятельности и головного мозга — именно эти патологии академик И.П. Павлов и его последователи считали причиной старости. А французские ученые предлагают считать причиной и началом старения снижение когнитивных функций головного мозга человека.
В 1973 г. в научных трудах Чикагского университета была опубликована работа, где доказывалось, что основной причиной старения людей является постепенное оседание определенных веществ в межклеточных пространствах, в т.ч. и в клетках коры головного мозга.
Ряд ученых возлагает ответственность за старение на снижение гормонального фона и регрессию половых желез организма. В начале 50-х годов ХХ века ленинградским ученым Владимиром Михайловичем Дильманом была выдвинута и обоснована элевационная теория старения, которая связана с нарушениями гормонального фона.
Согласно ей, механизм старения начинает свою работу с постоянного возрастания порога чувствительности гипоталамуса к уровню гормонов в крови. При его повреждении возникают эндокринные, обменно-трофические и вегетативные нарушения. В итоге увеличивается концентрация циркулирующих в крови гормонов. Это приводит к развитию болезней, которые ведут к старению.

5. Интоксикация организма.
Илья Ильич Мечников считал старение результатом интоксикации организма продуктами обмена бактерий, обитающих в кишечном тракте и даже предлагал его удалять, а также продуктами азотистого обмена веществ самого организма. Позднее учеными было доказано, что кишечник выполняет очень важную роль в организме.
Теория накопления белков основана на том, что в организме синтезируются многочисленные белки и что не все они выводятся организмом, и к моменту накопления «ненужных» белков организм получает протеиновую интоксикацию, что ведет к перерождению тканей.
Еще одна теория связана с нарушением обмена кальция. С возрастом или в силу болезни он начинает перемещаться из костей в органы, где он вреден. Формируются типичные признаки старения.

6. Свободные радикалы.
Среди многочисленных гипотез старения одной из самых транслируемых в эфир и активно используемых в косметологичских разработках является свободнорадикальная теория, предложенная американским ученым Дэнхемом Харманом в 1950-х гг., а в 1970-х Харман сделал предположение о ключевом участии митохондрий в образовании свободных радикалов, повреждающих клетки.
Свободными радикалами принято считать неустойчивые молекулы или атомы кислорода, которые вступают в реакцию с другими молекулами и действуют деструктивно. Ряд исследований доказывают, что процесс старения связан с разрушением свободными радикалами генетического материала человека, в том числе, белков и ДНК, что приводит к различным мутациям.
В ходе жизнедеятельности каждой клетки через нее проходит огромное количество кислорода — он используется для клеточного дыхания, дающего клетке энергию. Но небольшая доля кислорода при этом идет в « паразитные» соединения, обладающие огромной реакционной способностью, которые называют активными формами кислорода (АФК). АФК включают ионы кислорода, свободные радикалы и перекиси как неорганического, так и органического происхождения. В организме АФК живут лишь тысячные доли секунды, после чего вступают в реакцию с другими молекулами, повреждая их. Они атакуют белки, липиды клеточных мембран, ДНК. В результате атак со стороны АФК повреждаются митохондрии — энергетические станции внутри клетки, которые обеспечивают процесс клеточного дыхания, в результате чего синтезируется энергия в виде молекул АТФ. Именно в митохондриях протекает большинство окислительных реакций, в которых задействован кислород и, соответственно, могут образовываться свободные радикалы. Таким образом, большая часть повреждений, вызванных свободными радикалами, может произойти внутри митохондрий, куда антиоксиданты проходят с трудом и в недостаточных количествах. Накопление этих повреждений и является сутью свободнорадикальной теории старения.
Однако, есть и противоположной мнение, что свободные радикалы является не причиной, а следствием старения, и что бороться с ними неправильно, так как они уничтожают недиффиринцированные клетки.
Со свободнорадикальной теорией перекликается и теория перекрестных сшивок. Согласно ей, роль агрессивных веществ в организме играют сахара, и в первую очередь глюкоза. Она может вступать в химическую реакцию с различными белками (эта реакция называется гликированием), при этом функции этих белков нарушаются. Но что гораздо хуже, молекулы сахаров, соединяясь с белками, обладают способностью сшивать белковые молекулы между собой. Одно из проявлений такой сшивки — потеря эластичности тканей, что выражается, например, в появлении морщин на коже, уплотнении сосудистых и альвеолярных стенок и прочее. Неудивительно, что кожа людей, больных диабетом, стареет быстрее. Кстати, сегодня уже существуют лекарственные препараты, которые способны влиять на процесс гликации и восстанавливать белковые структуры.

7. Причина или следствие.
Изучая многочисленные теории старения, нельзя не заметить, что в некоторых из них нет четкого ответа на вопрос, является ли описываемая ими особенность организма причиной или следствием старения.
Это, например, касается снижения числа стволовых клеток. Стволовые клетки не имеют предела деления и являются потенциально бессмертными, однако исследования подтверждают, что с возрастом их число катастрофически снижается. Та к, если у новорожденного одна стволовая клетка приходится на 10 тысяч обычных, то к 50 годам одна стволовая клетка приходится уже на 500 тысяч обычных клеток организма. Истощение запаса стволовых клеток лишает организм возможности самовосстановления. Какой механизм лежит в основе их уменьшения, на этот вопрос до сих пор нет ответа.
По какой причине снижается способность коллоидных веществ связывать воду и почему количество воды вообще снижается с возрастом? Неизвестно.
Почему сокращается мышечная масса и идет снижение активности ферментов? И являются ли они причиной старения или все-таки его следствием? Нет ответа.
Нет единой «теории всего» — есть разные описания одного и того же процесса, и ни одним из них не стоит пренебрегать. Все теории старения являются кусочками одного пазла, которые, если их правильно сложить, помогут составить цельную картину.
Продолжение следует.

По материалам книги «Возрастная и гендерная косметология» под общей редакцией Елены Эрнандес.
Эрнандес Елена Изяславовна — кандидат биологических наук, врач-биофизик, член Международного общества биофизики и визуализации кожи (ISBS), основатель и главный редактор Издательского дома «Косметика и медицина».

Спасибо, что смотрели. Я — Лена.
Все картинки взяты из свободного доступа.