Наследственные факторы и влияние окружающей среды

В природе можно встретить множество примеров старения: так, растения цветут, производят семена, умирают и ежегодно возрождаются в соответствии с заранее определенной генетической программой развития. Деревья растут до тех пор, пока не теряют способность доставлять воду и питательные вещества к самым удаленным точкам своего организма. Этот жизненный цикл повторяется из года в год, в полном соответствии с генетическим кодом данного вида. У низших млекопитающих старение и смерть по времени практически совпадают с исчезновением способности производить на свет потомство. Как только молодое, дочернее поколение успешно входит в жизнь, предыдущее поколение умирает. Человек и другие приматы (а также слоны) представляют немногочисленное исключение из этого правила. Жизненный цикл человека длится много дольше его способности к размножению, которая у женщин, как правило, исчезает в возрасте 50 лет, а у мужчин иногда сохраняется всю жизнь.

Межвидовые исследования свидетельствуют, что продолжительность жизни, характерная для определенных видов животных и растений, отчасти определяется наследственностью. Значение генетической составляющей особенно ярко проявляется в исследованиях, проведенных на однояйцевых близнецах. Однояйцевые близнецы лысеют, покрываются морщинами и становятся меньше ростом с одинаковой скоростью, несмотря на то, что живут в разных условиях и подвергаются действию различных факторов окружающей среды. Если смерть однояйцевых близнецов вызвана естественными причинами, то умирают они примерно

742 Часть IV. Взрослость

в одно и то же время. Разнояйцевые близнецы, напротив, стареют с разной скоростью, и продолжительность их жизни может существенно отличаться. Тем не менее для того, чтобы в процессе старения влияние наследственности реализовалось полностью, необходимо, чтобы другие факторы — стресс, несчастные случаи и заболевания оставались постоянными. В связи с невозможностью этоп£ мы должны принимать во внимание процессы, происходящие внутри и вне человеческого тела. Особенности данных процессов определяют, какая часть генетического потенциала будет реализована на практике и сможем ли мы увеличить этот потенциал.

Кроме того, существует некоторое количество переменных и постоянных внешних факторов, продлевающих или уменьшающих среднюю продолжительность жизни. Так, например, проживание в сельской местности продлевает жизнь на несколько лет, жизнь в городских условиях — укорачивает ее; аналогичная ситуация наблюдается и в случае замужества (женитьбы) по сравнению с одиноким образом жизни. Ожирение — особенно неблагоприятный фактор. Жизнь людей, чей вес на 25% превышает норму, сокращается на несколько лет. В случае, когда вес на 67% больше нормы, продолжительность жизни уменьшается на 15 лет.

Теории старения

Как на самом деле происходит старение? Просто останавливаются «генетические часы» или старение — процесс постепенного изнашивания организма? Естественное старение описывает универсальные биологические процессы старения, не отягощенные влиянием заболеваний.

Теории старения в большинстве своем можно разделить на две категории: стохастические теории и теории запрограммированного старения («биологических часов»).

Стохастические теории. Согласно стохастическим теориям старения, организм стареет в результате случайных повреждений, которые носят как внутренний, так и внешний характер (Shneider, 1992). Авторы этих теорий, которые еще называют теориями «изнашивания», уподобляют тело человека машине, которая выходит из строя в результате постоянного возникновения и накопления повреждений на клеточном уровне. Одна из этих теорий, например, предполагает, что по мере старения клетки начинают менее эффективно избавляться от отходов. Излишки некоторых веществ, в частности жироподобного вещества липофусцина, накапливаются в клетках организма, особенно — в клетках крови и мышц. Эти вещества занимают место и замедляют нормальные процессы клеточного обмена. Большинство геронтологов, однако, полагают, что накопление химических веществ (например, липофузеина) есть результат, но не причина старения.

Более широкое распространение получила стохастическая теория, связывающая старение с действием участков молекул, называемых свободными радикалами. Кислород в норме используется практически во всех клеточных процессах. В ходе его использования высвобождаются крайне активные, не спаренные электроны. Возникающие в ходе этого процесса свободные радикалы реагируют с другими химическими составляющими клетки и могут нарушать нормальное течение клеточных процессов. В норме клетки имеют механизмы восстановления повреждений, нанесенных свободными радикалами. Однако после серьезных нарушений структуры, например в результате сердечного приступа или облучения,

Глава 17. Поздняя зрелость: физическое и когнитивное развитие 743

свободные радикалы наносят вред организму. Ученые исследовали влияние некоторых продуктов питания и выяснили, что продукты, обогащенные витаминами С и Е, по-видимому, уменьшают негативные последствия действия свободных радикалов. Подобные диетологические исследования открывают нам широкие перспективы, но в настоящее время находятся в стадии эксперимента (Cantuti-Cas-telvetri, Shukitt-Hale & Joseph, 2000; Harman, Holliday & Meydani, 1998).

Существуют и другие стохастические теории. Повреждаться может также и ДНК, входящая в состав генов. Известно, что ультрафиолетовые лучи повреждают ДНК клеток кожи. Как правило, если гены в составе генома клетки повреждаются, происходит включение механизмов репарации поврежденного генетического материала либо клетка отмирает и замещается новой. У пожилых людей восстановление генов происходит менее эффективно, и нарушения структуры, как правило, накапливаются. Возможно, что старение представляет собой снижение способности организма к самостоятельному восстановлению структур после повреждения.

Изнашиваются не только клеточные структуры, но и ткани, и органы. Старение затрагивает соединительную ткань и связи между клетками. Соединительная ткань утрачивает гибкость и становится твердой. В ходе старения иммунная система начинает работать менее эффективно. В некоторых случаях иммунные клетки атакуют здоровые клетки собственного организма, как, например, в случае ревматоидного артрита или некоторых заболеваний почек. Однако широко распространенные процессы, описываемые стохастическими теориями, могут быть результатом процесса старения, а не его причиной.

Таким образом, несмотря на определенную привлекательность, стохастические теории не могут полностью объяснить старение. Они, например, не объясняют, почему снижается эффективность работы собственной «ремонтной мастерской» организма. Кроме того, они не дают ответа, почему упражнения, потенциально являющиеся одной из форм изнашивания организма, оказывают на пожилых людей укрепляющее, а не отрицательное действие.

Теории биологических часов. Теории, относящиеся ко второй группе, основное внимание уделяют генетической предопределенности старения. Эти теории предполагают, что старение вызвано заранее определенным действием унаследованных генов. Предполагается, что среднюю продолжительность жизни индивидуума определяют примерно 200 генов (Schneider, 1992). С запрограммированным старением связано понятие биологических часов. Идея заключается в том, что каждый организм имеет свои собственные часы, настроенные на определенное время смерти. Часы могут располагаться в каждой клетке организма или в мозге. Было показано, что на клеточном уровне существуют особые типы клеток, по-видимому, запрограммированные на определенное количество клеточных делений (и следовательно, замещение поврежденных или изношенных клеточных структур). Так, например, клетки эмбриона человека делятся лишь около 50 раз. Даже если заморозить эти клетки после 30 делений, после разморозки они будут делиться лишь 20 раз. Максимальное количество циклов воспроизводства варьирует у разных типов клеток и разных видов. У отдельных индивидуумов потенциальное количество клеточных делений разных органов также может различаться.

Еще одна теория биологических часов предполагает, что существует некий определитель ритма (пейсмейкер), располагающийся в гипоталамусе и гипофизе.

744 Часть IV. Взрослость

Контрольные вопросы к теме

«Причины старения»

. Наследственность влияет на процесс старения сильнее, чем факторы окружающей средЦ.

• Естественное старение - биологический процесс, обусловленный в том числе и забо^_ леваниями.

• Стохастические теории старения предполагают, что люди стареют вследствие случайных повреждений, которые носят как внутренний, так и внешний характер.

. Стохастические теории не объясняют, почему по мере старения внутренние системы устранения повреждений начинают работать менее эффективно, чем раньше.

. Теории запрограммированного старения особое внимание уделяют генетической информации как первоисточнику этого процесса.

Вопрос для размышления

Каким образом наследственность и факторы внешней среды взаимодействуют в процессе

старения организма?

Согласно этой точке зрения, гипофиз сразу после полового созревания выделяет гормон, запускающий процесс старения, который развивается в течение всей оставшейся жизни с заранее заданной скоростью.

По-видимому, биологические часы контролируют менструальный цикл у женщин, который начинается приблизительно в 12 и заканчивается около 50 лет. Под их контролем находится иммунная система, набирающая силу до 20-летнего возраста, а затем постепенно приходящая в упадок. Некоторые ученые полагают, что снижение эффективности работы иммунной системы связано со многими заболеваниями, характерными для людей преклонного возраста, — раком, инфекционными болезнями (например, гриппом и пневмонией), деформацией стенок кровеносных сосудов и атеросклерозом (Schneider, 1992).

Таким образом, ни одна из теорий не может в полной мере объяснить старение. В сочетании эти теории дают более эффективные результаты, и будущие открытия, несомненно, расширят наше понимание нормальных процессов старения. Ученые глубоко заинтересованы в исследовании механизмов замедления старения, поскольку это приведет к увеличению продолжительности жизни людей. Некоторые из этих работ связаны с изучением болезней. Примером может служить исследование связей между детским раком или юношеским артритом и преждевременным старением. Другие работы направлены на то, чтобы помочь людям прожить здоровую жизнь без болезней и достичь естественного предела их жизни. Как бы то ни было, несмотря на открытия последних лет, перспектива значительного увеличения продолжительности жизни выглядит в настоящее время очень отдаленной.