М. Канунго - Биохимия старения

Таблица 1.1. Продолжительность жизни и длительность периода достижения половой зрелости для различных млекопитающих [7]

Репродуктивный период

Этот период уникален в том смысле, что в это время организм способен к воспроизведению себе подобных. Свойства организмов, которые отбираются в ходе естественного отбора для того, чтобы индивидуумы данного вида смогли достичь половой зрелости, способствуют сохранению, выживанию и эволюции видов. Организмы, не достигающие половой зрелости, не имеют значения для сохранения и эволюции вида. Репродуктивный период характеризуется уникальными структурными и функциональными перестройками в организме и появлением веществ, необходимых для воспроизведения, таких, как некоторые гормоны у позвоночных. Этот период характеризуется также тем, что в его начале скорость воспроизведения велика, а затем постепенно уменьшается. Обычно считают, что чем больше производится потомства или чем выше скорость воспроизведения или короче время генерации вида, тем меньше максимальная продолжительность жизни. Например, мыши и крысы размножаются гораздо быстрее, чем более крупные млекопитающие, такие, как человек или слон, и продолжительность жизни первых меньше, чем продолжительность жизни последних (табл. 1.1). По-видимому, во время воспроизведения в организме возникает недостаток некоторых важных веществ, запасы которых не пополняются так же быстро, как они уменьшаются. Было бы интересно выяснить, влияет ли потеря этих веществ на продолжительность жизни. Длительность репродуктивного периода более или менее известна, особенно для особей женского пола. Люди обоего пола достигают половой зрелости в возрасте около 12 лет. У женщин способность к воспроизведению заканчивается около 45 лет с наступлением менопаузы. Крысы становятся половозрелыми в возрасте 10 нед, и их самки перестают давать потомство при достижении возраста около 70 нед.

Период старения

Старение свойственно всем многоклеточным организмам. Оно характеризуется нарушениями функциональных способностей организма. Это становится заметным в конце периода воспроизведения, который постепенно переходит в период старения. Последний имеет важную отличительную черту — в этом периоде невозможно воспроизведение. Кроме того, уменьшается активность всех органов. Ряд изменений, происходящих на молекулярном и клеточном уровнях, приводит к нарушению функционирования органов и организма в целом. Длительность периода старения нельзя определить точно, так как неизвестно, в какой момент времени начинаются нарушения функций. Если принять за критерий старения исчезновение способности к воспроизведению, то можно считать, что у женщин оно начинается в возрасте около 45 лет. Однако известно, что некоторые функции, например мышечная активность и дыхание, начинают нарушаться и у мужчин, и у женщин уже в возрасте около 30 лет. Период старения не имеет большого значения для сохранения и эволюции видов.

Итак, периоды развития, воспроизведения и старения следуют один за другим. Время наступления, длительность и скорость старения зависят от репродуктивного периода, а свойства последнего определяются периодом развития. Все три периода взаимосвязаны. Следовательно, старение нельзя рассматривать как изолированный и независимый период жизни. Для понимания процессов старения очень важна информация, касающаяся периодов развития и воспроизведения.

Длительные исследования изменений различных функций у одних и тех же добровольцев показали, что с возрастом различные функции нарушаются с разной скоростью (рис. 1.1). Эти исследования были начаты, когда добровольцам-мужчинам было 30 лет, причем неизвестно, имелись ли уже нарушения функций, изменения которых были обнаружены в 30 лет, в более раннем возрасте. Поскольку измеряли физиологические функции, их изменения, очевидно, отражают большие сдвиги в активности клеток и органов. Возможно, что молекулярные изменения, которые приводят к этим физиологическим изменениям, и изменения в общем функционировании всего организма человека происходят еще раньше, но это нельзя с определенностью утверждать, если не применяются высокочувствительные методы исследования.

Рис. 1.1. Возрастные нарушения некоторых физиологических функций человека (в процентах от средней величины, полученной для 30 лет) [6]

Даже если с большей или меньшей точностью ограничить максимальную продолжительность жизни индивидуумов данного вида некоторым интервалом, приходится признать, что нарушения функций разных органов начинаются в разное время, а скорость происходящих изменений различна для разных органов. Пока еще неизвестно ни одной функции или параметра, изменения которых начинались бы в одном и том же возрасте и протекали бы с одной и той же скоростью у всех индивидуумов вида при данных внешних условиях. Таким образом, до сих пор не удалось охарактеризовать процесс старения с помощью какого-либо специфического параметра. Биологи использовали в качестве показателя старения только один параметр (в основном для удобства) — хронологический возраст организма. Однако общеизвестно, что этот критерий может быть ошибочным, так как нередко можно встретить человека, который в 60 лет активен, как 40-летний, или человека, который в 40 лет не активен подобно 60-летнему. Из-за нехватки точных сведений о процессе старения широко используются довольно расплывчатые и описательные определения старения, например "постепенное уменьшение приспособляемости организма к нормальным условиям внешней среды, начинающееся после наступления половой зрелости", или: "процесс, который, после наступления половой зрелости, делает организм более восприимчивым к заболеваниям".

Изменения в различных видах активности организма (рост и другие функции), начинающиеся в эмбриональной стадии и продолжающиеся до самой смерти, напоминают движение копья, брошенного вверх под углом 45°. Сначала оно летит быстро, затем его полет постепенно замедляется, оно достигает "плато" и снижается, причем по мере приближения к земле скорость его падения увеличивается благодаря силе тяжести. Аналогичным образом быстро увеличивается рост и развиваются другие функции человеческого эмбриона; это продолжается после рождения примерно до 16 лет, затем развитие функций начинает замедляться и выходит на плато к 20 годам. До 30–35 лет никаких заметных изменений функций не обнаруживается, но с наступлением этого возраста некоторые функции начинают нарушаться, и скорость этого процесса с возрастом увеличивается. Так, в возрасте 60–70 лет скорость снижения всех функций выше, чем между 50 и 60 годами. Уменьшение общей активности ускоряется с возрастом благодаря эффектам накопления нарушений функций различных органов или клеток в ранние периоды. Следовательно, с того момента, как появляются эти нарушения, начавшийся процесс постепенно ускоряется, т. е. развивается по экспоненциальному закону. Это характерно для эффектов накопления разрушающих изменений в ранние периоды жизни. Однако остается неизвестным, в какой момент начинаются нарушения функций каждого отдельного органа. Эти нарушения для разных органов различны; они различаются по скорости и величине для индивидуумов одного и того же вида даже в совершенно одинаковых внешних условиях, не говоря уже о разных.