Биохимия старения
Шрифт:
Меняются как структура, так и функции центральной нервной системы. В мозгу имеются клетки двух типов — нервные и глиальные. У взрослого человека 1010 нейронов и 1011 глиальных клеток. Нейроны перестают делиться с момента рождения. Таким образом, у 80-летнего человека нейроны так же стары, как и сам человек. Глиальные клетки представлены несколькими типами, и их функции изучены еще довольно слабо. Они продолжают делиться в течение всей жизни, правда, скорость их деления по прошествии репродуктивного периода замедляется. Нейроны группируются в ядра, которые контролируют специфические функции. По окончании периода зрелости в отдельных участках мозга нейроны гибнут. Поскольку в каждое ядро входят сотни нейронов, что значительно превышает их минимальное необходимое число, при этом не наблюдается никакого видимого повреждения функций мозга вплоть до последних стадий зрелого возраста. Повреждение некоторых функций центральной нервной системы связано с уменьшением скорости прохождения импульса по нервным волокнам (максимальная скорость импульса равна 100 мс– 1). К таким функциям относится, например, память, которая требует интеграции нескольких функций, а также координации функций, или контроль нервной системой вегетативных функций, для которого необходимо выделение нейромедиаторов в нервных окончаниях. С возрастом уровень нейромедиаторов падает и их выделение в отдельных областях мозга уменьшается. Уменьшается также содержание ферментов, ответственных за их синтез.
С возрастом нарушаются практически все сенсорные функции. Уменьшается способность глаз к аккомодации, так как ухудшается функционирование мышц, меняющих структуру хрусталика, и изменяется структура коллагена хрусталика. В результате глаз не может эффективно сфокусироваться на близлежащих предметах, и расстояние до ближайшей точки ясного видения линейно возрастает. Это ведет к пресбиопии, или старческой дальнозоркости. Этот фактор контролируется генетически, так как известно, что у тех, кто преждевременно становится дальнозорким, родители также имели этот дефект. В старческом возрасте хрусталик часто мутнеет, что ведет к развитию катаракты. Острота зрения, являющаяся показателем разрешающей способности глаза, т. е. способности различать детали в контрастном изображении, также уменьшается. Увеличивается время, которое требуется глазу, чтобы увидеть предмет в темноте после экспозиции на ярком свету, что свидетельствует о снижении адаптации к темноте.
Падает чувствительность уха к звуковым волнам высокой частоты, которые воспринимаются сенсорными клетками в проксимальной части улитки. Происходит ли это из-за гибели сенсорных клеток или из-за нарушения их функции — неизвестно. В старческом возрасте уменьшается чувствительность к запаху и вкусу, так как гибнут обонятельные и вкусовые рецепторы. Нарушается также чувство равновесия, за которое ответственны полукружные каналы.
Это краткое перечисление показывает, что по окончании периода зрелости нарушаются функции практически всех органов. Графики происходящих изменений показаны на рис. 1.1. Возрастное нарушение функций не является особенностью человека, оно характерно для всех организмов. Изменения велики, и их причиной должны быть изменения на клеточном и молекулярном уровнях. Выяснение молекулярных основ этих изменений может помочь в понимании причин старения, в разработке методов замедления изменений и тем самым самого старения.
В начале нашего столетия основной причиной смерти людей считали инфекционные заболевания. Это были болезни дыхательных путей, туберкулез и желудочные инфекции (заболевания перечислены в порядке значимости). Таким инфекционным заболеваниям человек был подвержен в любом возрасте. С открытием антибиотиков и появлением других достижений медицинской науки эти болезни стали более или менее контролируемыми, особенно в развитых странах. Это привело к значительному увеличению средней продолжительности жизни человека — от 40 до 70 лет (рис. 1.3). Однако контроль за инфекционными болезнями не создает у человека иммунитета к старению и смерти. В последние два десятилетия основными причинами смерти людей являются заболевания сердечно-сосудистой системы, рак и сосудистые заболевания мозга (рис. 1.4). Эти болезни, по-видимому, имеют внутренние причины и называются "болезнями старческого возраста". В настоящее время инфекционные болезни практически не влияют на среднюю продолжительность жизни людей в развитых странах, где имеется доступное для всех медицинское обслуживание. Подсчитано, что если полностью ликвидировать все инфекционные заболевания, то средняя продолжительность жизни человека может увеличиться на 0,2 года. Однако если исчезнут сердечно-сосудистые заболевания, то средняя продолжительность жизни возрастет примерна на 10 лет.
Рис. 1.3. Ожидаемая продолжительность жизни в разных странах — число доживающих (ось ординат) до определенного возраста (ось абсцисс) на 100000 мужчин [1, 3]:
1 — Индия (1921–1930); 2 — Мексика (1930); 3 — Япония (1926–1930); 4 — США (1900–1902); 5 — Италия (1930–1932); 6 — США (1929–1931); 7 — США (1939–1941); 8 — Новая Зеландия (1934–1938); 9 — США (1949–1951); 10 — США (1969)
Рис. 1.4. Основные причины смерти людей в США в 1967 г. по сравнению с 1900 г. [2]
Быстрое и успешное развитие биологических и медицинских наук позволяет надеяться, что человек достигнет своей максимальной продолжительности жизни — около 100 лет. В развитых странах около 15 % населения имеют возраст более 60 лет. К 2000 году доля таких людей возрастет до 20 %; это означает, что каждый пятый человек будет старше 60 лет. Женщины составляют около 65 % той части населения, возраст которой превышает 60 лет. В развивающихся странах из-за недостатков в системе охраны здоровья, отсутствия контроля за инфекционными заболеваниями, неправильного питания и недоедания средняя продолжительность жизни остается на уровне 50 лет и только около 5 % населения имеют возраст более 60 лет. С улучшением медицинского и других видов обслуживания этот процент увеличится. На рис. 1.5 показана возрастная структура населения в Швеции и Индии. В Швеции людей в возрасте 60–64 лет столько же, сколько в возрасте 30–34 лет. В Индии же, как и в других развивающихся странах, число людей 60–64 лет гораздо меньше, чем 30-34-летних. Ожидается, что в результате успехов медицинского обслуживания и контроля за рождаемостью в развивающихся странах в недалеком будущем скорость роста населения уменьшится до нуля и возрастная структура населения станет близкой к структуре в Швеции и других развитых странах.
Рис. 1.5. Возрастная структура населения в Индии (А) и Швеции (Б) [4]
Одним из результатов прогресса биологических и медицинских наук является быстрый рост числа людей в возрасте старше 60 лет, которые более подвержены болезням, физически менее способны выполнять работу и нуждаются в уходе. Хотя за последнее столетие интерес биологов к проблемам развития, путям деления оплодотворенного яйца, дифференцировке и формированию органов и в конце концов к тому, как организм достигает половой зрелости, был велик, до 50-х годов старение и следующая за ним смерть рассматривались как неизбежный процесс и не привлекали серьезного внимания ученых. Кроме того, старых организмов любого вида мало, и это также ограничивало масштабы исследований в этой области. Однако в последние два десятилетия быстрый рост числа старых людей и связанные с ним проблемы стимулировали и сделали необходимыми исследования процесса старения, которые привлекли внимание правительств разных стран к серьезности этих проблем.
Наука, изучающая различные проблемы старения, называется геронтологией (geron — старый человек). Она имеет три аспекта.
Биологический
В этом разделе геронтологии рассматриваются фундаментальные аспекты старения. Исследователи, работающие в этой области, изучают молекулярные, биохимические, биофизические, физиологические и структурные изменения, происходящие в организме после достижения половой зрелости, и ставят цель — найти причины старения. Это может в конечном счете помочь разработать средства, с помощью которых можно было бы если не предотвратить старение вообще, то отодвинуть, отсрочить момент наступления старческого возраста.
Клинический
Это направление включает изучение болезней "старческого возраста", таких, как сердечно-сосудистые, сосудистые заболевания мозга, рак, артрит, ревматизм, аутоиммунные болезни, и разработку методов их лечения. Оно называется гериатрией, и в него вовлечены главным образом исследователи, имеющие медицинское образование.
Социально-психологический
Это направление имеет дело с социальными и психологическими проблемами старых и удалившихся от дел людей. Работающие в этой области заботятся о благополучии людей, о том, как обеспечить физическую и умственную занятость и сделать счастливыми стариков в оставшийся период их жизни.
Исследования биологических аспектов старения, целью которых является отыскание причин старения, — это чрезвычайно сложная проблема. В них необходимо использование данных разных дисциплин — биологии, физиологии, биохимии, биофизики, молекулярной биологии, химии и физики, т. е. это идеальная область для сотрудничества и междисциплинарных работ. Эти работы имеют чрезвычайно важное теоретическое и прикладное значение. При изучении проблем старения могут быть решены три важные задачи.
1. Старение — явление универсальное, и выяснение его причин было бы фундаментальным открытием. Эта проблема чрезвычайно сложна, так же как проблема развития — еще одного универсального явления. По ряду важных вопросов биологи приходят к различным выводам. Почему у всех организмов после достижения половой зрелости происходит нарушение функций? Почему все члены одного и того же вида имеют более или менее фиксированную продолжительность жизни? Почему крысы живут три года, слон — 70 лет, а человек — 100 лет? В каком возрасте после наступления половой зрелости начинается процесс старения? Существует ли триггер, "запускающий" процесс старения? Если да, то каким образом это происходит? Запрограммирован ли этот процесс, как запрограммировано развитие? Вот те вопросы, которые привели любознательных биологов к конфронтации и на которые необходимо ответить.