Теории, объясняющие механизмы старения. Зависимость проявления старения от генотипа, условий и образа жизни.

Гипотезы, представляющие научную ценность в наши дни, соответствуют одному из двух главных направлений.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕОРИЙ СТОХАСТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ

• Теория cоматических мутаций - Соматические мутации нарушают генетическую информацию и уменьшают функцию клеток
• Катастрофа ошибок - Ошибки процессов транскрипции и/или трансляции уменьшают эффективность клеток
• Повреждения ДНК, репарация ДНК - Повреждения ДНК постоянно репарируются различными механизмами. Эффективность репарации положительно корелирует с продолжительностью жизни и уменьшается с возрастом
• Повреждения белков - Конформационные нарушения белков и ферментов (перекрестные сшивки) повреждают функцию клетки
• Перекрестные сшивки - Химические перекрестные сшивки важных макромолекул (например, коллагена) приводят к нарушениям функции клеток и тканей
• Износ - Накопление повреждений в повседневной жизни уменьшает эффективность организма

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕОРИЙ ПРОГРАММИРОВАННОГО СТАРЕНИЯ

• Генетические теории - Старение вызывается запрограммированными изменениями экспрессии генов, или экспрессией специфических белков
• Гены смерти - Существуют гены клеточной гибели
• Избирательная гибель - Гибель клетки обусловлена наличием специфических мембранных рецепторов
• Укорочение теломер - Укорочение теломер с возрастом in vitro и in vivo приводит к нестабильности хромосом и гибели клеток
• Нарушения дифференцировки - Ошибки в механимзах активации-репрессии генов, приводящие к синтезу избыточных, несущественных или ненужных белков
• Накопление <загрязнений> - Накопление отходов метаболизма снижает жизнеспособность клеток
• Нейроэндокринные теории - Недостаточность нервной и эндокринной систем в поддержании гомеостаза. Потеря гомеостаза приводит к старению и смерти
• Иммунологическая теория - Определенные аллели могут увеличивать или сокращать продолжительность жизни.
• Метаболические теории - Долголетие обратно пропорционально скорости метаболизма
• Свободно-радикальная теория - Долголетие обратно пропорционально степени повреждения свободными радикалами и прямо пропорционально эффективности антиокислительных систем
• Часы старения - Старение и смерть являются результатом предопределенного биологического плана
• Эволюционные теории - Естественный отбор устраняет индивидуумов после того, как они произведут потомство

Зависимость проявления старения от генотипа:

Ряд наблюдений легли в основу достаточно распространённой точки зрения о наследуемости продолжительности жизни и наличии генетического контроля или даже особой генетической программы старения.

1)Максимальная продолжительность жизни ведёт себя как видовой признак.

2)Величины продолжительности жизни у однояйцовых близнецов более близки (конкордантны), чем у разнояйцовых. Попарные различия по этому показателю составляют в среднем 14,5 года для первых и 18,7 года для вторых.

3)Описаны наследственные болезни с ранним проявлением признаков старости и одновременно резким сокращением продолжительности жизни. Например, при синдроме Хатчинсона –Гилфорда (постарение в детском возрасте) уже на первом году жизни отмечаются задержка роста, раннее облысение, морщины, атеросклероз. Половой зрелости такие субъекты не достигают , и смерть наступает в возрасте до 30 лет. Для этого синдрома установлено аутосомно – доминантное наследование.

4)В лабораторных условиях путём близкородственных скрещиваний получены инбредные линии плодовой мухи и мыши, существенно различающиеся по средней и максимальной продолжительности жизни. Гибриды 1-го поколения от скрещивания родителей из разных короткоживущих линий живут дольше родителей, что расценивают как явление гетерозиса.

5)Замечено, что среди плодовых мух особи, гомозиготные по аллелю зачаточных крыльев, имеют меньшую продолжительность жизни, чем мухи дикого типа (плейотропия). Сходным примером у человека является мутация, приводящая к развитию синдрома Марфана и фенотипически проявляющаяся в дефектном развитии соединительной ткани: наряду с «паучьими» пальцами, подвывихом хрусталика, пороком сердца, повышенным выбросом адреналина в кровь такие субъекты отличаются сокращённой продолжительностью жизни.

6) Для людей выявлена положительная связь между длительностью жизни родителей и потомков.

Представления о величине продолжительности жизни получают, определяя коэффициент наследуемости. Он отражает меру сходства между родственниками по изучаемому признаку.

Результаты оценки степени генетического контроля старения путём расчёта коэффициента наследуемости долгожительства указывают на отсутствие специальной генетической программы старения. Между тем первостепенный интерес для медицины представляет вопрос о факторах, влияющих на скорость этого процесса, среди которых могут быть и генетические. Общий вывод заключается в том, что при отсутствии специальных генов или целой программы, прямо определяющих развитие старческих признаков, процесс старения находится тем не менее под генетическим контролем путём изменения его скорости.

Называют разные пути такого контроля.

1) Плейотропное действие, свойственное многим генам. Например, один из плейотропно действующих генов оказывает выраженное положительное влияние на ранних стадиях индивидуального развития, но ряд связанных с ним фенотипических проявлений носит отрицательный характер. Для сохранения полезных свойств гена и ослабления вредных в генотипе появляются и закрепляются отбором гены – модификаторы, ослабляющие неблагоприятное действие в раннем онтогенезе. В пострепродуктивном периоде онтогенеза действие модификаторов, уже не поддерживаемое отбором, снижается. Это даёт возможность неблагоприятным свойствам гена проявить себя, ускоряя старение.

2) Со временем в генотипах соматических клеток, особенно в области регуляторных нуклеотидных последовательностей, накапливаются ошибки (мутации). Следствием этого является нарастающее с возрастом нарушение работы внутриклеточных механизмов, процессов репликации, репарации, транскрипции ДНК.

3) генетические влияния на скорость старения могут быть связаны с генами предрасположенности к хроническим заболеваниям, таким, как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз сосудов головного мозга, гипертония, наследуемым по полигенному типу.

Влияние на процесс старения условий жизни:

Условия жизни относятся к категории понятий, отличающихся широтой и некоторой размытостью границ. Если для животных оно включает природно-географические, прежде всего климатические факторы, то в отношении человека необходимо учитывать также и социально экономические факторы.

В исследованиях зависимости скорости старения от условий жизни, проводимых на лабораторных животных, используют следующие признаки:

1) состояние белков соединительной ткани коллагена и эластина;

2) показатели сердечной деятельности и кровообращения;

3) содержание пигмента липофусцина в клетках нервной системы и сердца;

4) показатели произвольной двигательной активности;

5) способность к обучению.

Изучали влияние на скорость старения многих условий жизни: пониженной температуры окружающей среды, изменённого режима двигательной активности, воздействий ионизирующим облучением, повышенного парциального давления кислорода. В опытах на плодовых мухах установлено, что влияние в атмосфере в 3 раза концентрации кислорода приводит к ускоренному старению. В другом опыте кроликов с раннего возраста систематически и длительно подвергали повышенным двигательным нагрузкам. В этих условиях у них замедлялся ритм сердечных сокращений, снижалось артериальное давление. Это даёт судить о снижении скорости старения животных.

Влияние социально – экономических условий на длительность жизни может быть оценено путём сравнения названного показателя для одной и той же популяции, но в разные исторические периоды или же путём сопоставления продолжительности жизни в двух популяциях, различающихся по жизненному уровню и сосуществующих в одно и то же историческое время. Например, в начале ХХ века средняя продолжительность жизни жителей России составляла 32 года, в 1987 г.-64 года у мужчин и 73 года у женщин. В экономически развитых странах средняя продолжительность жизни в целом превышает 70 лет, однако во многих развивающихся странах и в настоящий исторический период она не достигает40 лет.

Испытания атомного и водородного оружия, развитие ядерной энергетики и технологий повышают уровень радиационного фона. Воздействие на живые ткани ионизирующего облучения приводит к образованию в них свободных радикалов, которые повышают риск развития сердечно – сосудистых заболеваний и рака. Нарастание риска этих заболеваний является показателем скорости старения.

Определённые, хотя и ограниченные представления о влиянии условий жизни на процесс старения даёт изучение субпопуляций долгожителей. Долгожительство характеризует определённые этнические группы, проживающие в основном в сельской местности, для которых можно предполагать достаточно высокий уровень брачной изоляции.

Влияние на процесс старения образа жизни:

В повседневной жизни образ жизни нередко как бы навязывается людям внешними обстоятельствами (ограниченная двигательная активность работников интеллектуального труда и детей, увлечённых компьютерными играми, напряжённый ритм жизни многомиллионного города, национальные традиции в питании). Значение образа жизни в изменении скорости старения усиливается тем, что те или иные привычки, среди которых есть и вредные, устанавливаются в раннем зрелом возрасте и сопровождают человека обычно на протяжении всей жизни.

Осознание учёными зависимости скорости старения от особенностей питания изначально связано с результатами экспериментальной геронтологии. Контролируемая диета представляет собой важнейший фактор здорового долголетия. Для любой категории продуктов находятся заболевания, частота которых связана с их преимущественным потреблением. Так, преобладание в диете продуктов в основном животного происхождения (мясо, яйца, масло, молоко) свойственно популяциям с высокой смертностью от ишемической болезни сердца, рака толстого кишечника и молочной железы. Преобладание продуктов растительного происхождения (рис, бобовые, пшеница, овощи, фрукты) характеризует диету популяций с высокой смертностью от туберкулёза органов дыхания, язвенной болезни, цирроза печени, нефрита, рака полости рта, гортани, пищевода, желудка). Приведённые данные говорят в пользу питания, сбалансированного по основным компонентам.

Статистика показывает, что защитное действие семейного образа жизни, во-первых, распространяется на все возрасты, во – вторых, проявляется в отношении подавляющего большинства причин смерти, включая сердечно-сосудистые заболевания, рак, аппендицит, туберкулёз, болезни органов пищеварения.

Механизм действия семейного образа жизни достаточно сложен. В больницах от острого инфаркта миокарда погибает 19,7% женатых и 26,7% неженатых мужчин, 23,3% замужних и 37,4% незамужних женщин. Среди перенесших инфаркт миокарда половина неженатых мужчин погибает в первые 5 лет, тогда ка женатых –в первые 9 лет. Для замужних женщин это период составляет 10, а незамужних – 6 лет.

Конкретные пути благотворного влияния семейной жизни не установлены. Возможно, речь идёт о благоприятной психоэмоциональной обстановке, сглаживании стрессовых ситуаций.