Почему мы стареем, современные теории и как можно повлиять на этот процесс

Гипотезы старения

Насколько быстро произойдет старение, во многом зависит от природных данных человека, образа его жизни, режима труда, отдыха, состояния нервной системы. Важнейшее значение имеет питание, а также экология, при этом, если в молодости он даже незначительное время пребывал в зоне повышенной опасности, например, в Чернобыле, износ организма, а вместе с ним старость, наступит значительно раньше.

Недавно проведенные исследования показали, что биологический возраст почти сорока процентов людей опережает реальный на семь-девять лет. Преждевременная старость дает о себе знать увеличением массы тела, различными болезнями, высоким артериальным давлением, понижением функциональных возможностей организма.

Также эти люди имеют невысокую профессиональную категорию, недовольны работой, малоподвижны, плохо питаются, воспитывают двух и более детей. После того как исследуемым провели курс психологической терапии, их моральное состояние улучшилось, что привело к замедлению процессов, вызывающих старение.

• Теории эволюции – приверженцы эволюционных гипотез утверждают, что старение является процессом, заложенным в программу жизнедеятельности человека. По этой гипотезе, старение развилось для того, чтобы выигрывал не отдельный индивидуум, а целая популяция, то есть чтобы новое приходило на смену старому, при этом старое в молодости смогло передать последующему поколению здоровые гены, а в старости – опыт.
• Теории старения, основанные на повреждениях клеток – поклонники этой группы утверждают, что изнашиваемость организма является следствием накоплений различных повреждений, с которыми организм борется в течение всей жизни. Поэтому скорость старения того или иного индивидуума во многом зависит от того, насколько эффективна эта борьба.

В настоящее время большинство ученых придерживаются теорий, которые относятся ко второй группе, но есть исследователи, защищающие эволюционную гипотезу. Также существуют ученые, которые объединяют эти две теории старения в одну группу.

Ко второй группе старения, например, относится теория Хармана, которая рассматривает старение как негативное влияние свободных радикалов на обмен клеток, когда белки, липиды, нуклеиновые кислоты оказываются повреждены из-за различных окислительных процессов. На первых этапах это отображается на коллагене и эластине, являющие собой белки, от которых зависит состояние кожи. Из-за негативного влияния свободных радикалов белки подвергаются деструктивным изменениям, из-за которых кожа теряет эластичность.

Также подтверждают вторую теорию старения многие научные работы, где авторы указывают на то, что с возрастом увеличивается количество поврежденных (окисленных белков), а также мутаций клеток и других повреждений ДНК, спровоцированные радиацией и активными формами кислорода. Чтобы отдалить старость, ученые настаивают на необходимости «ремонта» ДНК, что способствует более долгой службе клеток.

Почему организм стареет – научные теории

Основные научные теории возрастной деградации организма стали появляться начиная с XIX века.

И.И. Мечников считал, что этот процесс вызван накоплением в организме токсических продуктов обмена веществ, что приводит к разрыву связи между клетками.  Согласно теории А.А. Богомольца причины старения человека связаны с изменением коллоидно-химического состояния и структуры белков соединительной ткани. Теория А.В. Нагорного предполагает, что в основе биологии деградации организма лежит затухание самообновления цитоплазмы клеток. Все эти теории не смогли объяснить сущность угасания, но послужили основой дальнейшего изучения основных аспектов старения.

Сегодня самыми известными теориями старения организма являются:

1. Теория накопления мутаций английского биолога П. Медавара и антагонистическая плейотропия Д. Вильямса, разработанные в 50-х годах прошлого века. Они основаны на способности генов изменяться (мутировать), накапливая эти изменения на протяжении жизни. А так как каждый ген отвечает за несколько признаков (плейотропия), мутационные изменения влекут за собой изменения в физиологии человека. Мутации могут происходить, как спонтанно (без причин), так и при воздействии различных факторов внешней среды (стрессов, инфекционных возбудителей и т.д.). Механизм действует на разных стадиях угасания. При накоплении большого количества мутаций человек умирает.
2. Теория, связанная с токсическим воздействием свободных радикалов. В результате химических реакций на клеточном уровне образуются агрессивные молекулы с непарным электроном. Сталкиваясь с другими молекулами, они забирают себе недостающий электрон, становясь нейтральными, но разрушая другие молекулы и «заражая» их своей агрессивностью. Причины старения человека связаны с избытком свободных радикалов. Ученые выявили фермент, нейтрализующий свободные радикалы (супероксиддисмутаза – СОД), от количества которого зависит скорость возрастной деградации. Эта теория хорошо обоснована. Но ученые уверены, что свободные радикалы не единственная причина угасания.
3. Теория апоптоза. Согласно этой теории в молодом организме все виды клеток обновляются быстро и полностью заменяют погибшие (в каждой клетке заложен механизм апоптоза – самоуничтожения через определенное время). На стадии угасания этот механизм дает сбой и вновь образованных клеток в организме становится все меньше, чем погибших, что и приводит к общей деградации организма. Апоптоз может ускоряться при повреждении клеток. Так, при повреждении быстро делящихся стволовых клеток (в том числе клеток костного мозга) воздействием радиации увеличивается риск развития злокачественных опухолей.
4. Теория теломеров. Сущность теории: в ядре каждой клетке содержится 23 пары хромосом, которые представляют собой закрученные спирали с небольшими наконечниками на концах – теломерами. Согласно этой теории теломеры точнее всего определяют биологический возраст человека, так как сокращаются при каждом делении клеток. Чем короче теломеры, тем большее время отделяет его от первичной материнской клетки. Эта теория очень достоверна, но она не объясняет, почему нервные и мышечные клетки зрелого организма не делятся, теломеры в них не изменяют своего уровня, но клетки стареют так же, как все остальные.
5. Нейроэндокринная теория. С возрастом головной мозг постепенно утрачивает свои функции из-за скопления токсических продуктов обмена веществ. В результате страдает не только нервная, но и эндокринная система, так как ее центр находится в головном мозге и регулируется его корой. Дефицит гормонов, регулирующих все функции организма, приводит к угасанию.

Какие теории старения выдвигаются современной наукой?

Молекулярно-генетическая теломерная теория – наиболее популярная на современном этапе. Она была выдвинута американским геронтологом из Л. Хейфликом в 1961 году. Ученый смог экспериментально доказать, что клетки человеческого организма имеют ограниченную способность к делению. Однако объяснения этому явлению ученый найти не смог. И вот, в начале 70-х, биолог-теоретик Алексей Матвеевич Оловников, обнаружил на концах каждой ДНК специфические участки – теломеры, укорачивающиеся после каждого деления хромосомы. Когда лимит делений исчерпывается, клетка претерпевает определенные дегенеративные изменения, постепенно приводящие ее к гибели.

Второй по популярности, является свободно-радикальная теория – она предполагает, что в основе старения может лежать ухудшение способности клетки к выработке энергии вследствие накопления молекулярных повреждений. Согласно этой теории процесс старения связан с разрушением свободными радикалами генетического материала человека, в том числе протеина и ДНК, что приводит к различным мутациям. Свободными радикалами принято считать неустойчивые молекулы или атомы кислорода, которые вступают в реакцию с другими молекулами и действуют деструктивно.

Онтогенетическая теория старения – основана на идее, что существует единый регуляторный механизм, определяющего закономерности возрастных изменений различных гомеостатических систем организма. Согласно гипотезе «регулятором» старения организма является гипоталамус. И главная причина старения – это возрастное снижение чувствительности гипоталамуса к регуляторным сигналам, поступающим от нервной системы и желез внутренней секреции. Из онтогенетической модели следует, что развитие болезней и естественных старческих изменений можно затормозить, если стабилизировать состояние гомеостаза (внутреннего баланса биологической системы) на уровне, достигаемом к окончанию развития организма, что позволило бы замедлить скорость старения.

Адаптационно-регуляторная теория. Учеными выдвинута гипотеза, по которой первичными механизмами старения являются нарушения в работе регуляторных генов, управляющих активностью структурных генов и, в результате, интенсивностью синтеза закодированных в них белков. Возрастные нарушения генной регуляции могут привести к появлению ранее не синтезировавшихся белков и, как результат, к старению и гибели клеток.

Теория «Старения по ошибке» предполагает, что мутации в генетическом аппарате клетки могут возникать в ответ на воздействие агрессивных факторов – ионизирующей радиации, ультрафиолета, воздействия вирусов и токсических веществ и т.д. Клетка вынуждена реагировать на это, однако, с течением времени, система восстановления ДНК изнашивается, в результате чего и происходит старение организма. Из чего делается вывод, что именно мутации являются непосредственной причиной старения живых организмов.

Из всего вышесказанного следует, что на данный момент у ученых есть только теории, а «эликсир молодости» так и остаётся мечтой…

Адаптационно-регуляторная

Данная теория старения организма человека была предложена украинским геронтологом В.В. Фролькисом в 60-х годах прошлого века. Он высказал мысль, что постепенное движение к старости – естественный запрограммированный процесс.

Но наше тело не стремится к старости с ускорением. В нем присутствует баланс старения и антистарения (последний был назван термином витуакт). Последний отвечает за продление молодости.

Впоследствии ученый предложил теорию, согласно которой к старости нас подталкивают нарушения в функционировании регуляторных генов. Следствием процесса становятся такие заболевания, как атеросклероз, болезнь Паркинсона, Альцгеймера, диабет.

Что такое старение

Это естественный биологический процесс разрушительного характера. Он постепенно приводит к нарушению работы организма, его выживания в окружающей среде. Снижение работы всех органов и систем приводит к ограничению общих возможностей организма, появлению возрастных хронических заболеваний и нарастанию риска возможности умереть.

Исторически так сложилось, что сущность жизни, старческого угасания и смерти рассматривается не только в биологическом, но и в философском аспекте. В отличие от животных деградация и смерть человека связаны не только с биологическими, но и с социально-экономическими процессами, а также с сохранением умственных способностей.

Факторы, влияющие на скорость угасания и продолжительность жизни: наследственность, состояние внутренних органов и систем, социально-экономическое положение и степень заинтересованности человека в сохранении бодрости и здоровья. Поэтому биологический возраст человека не всегда совпадает с прожитыми годами. По рекомендации ВОЗ выделяют следующие возрастные категории:

• 45 – 59 лет – средний возраст;
• 60 – 74 года – пожилой;
• 75 – 90 лет – старческий;
• свыше 90 лет – долгожители.

Наука, занимающаяся старением, называется геронтологией, а отрасль медицины, изучающая заболевания людей пожилого и старческого возраста – гериатрией.

Теломерная теория

Генетик Г.Д. Меллер для обозначения оконечных сегментов хромосом в 1938 году ввел термин «теломера».

Его соотечественник геронтолог Леонард Хейфлик определил, что способность к делению эмбриональных человеческих клеток ограничена и не превышает 50-60 раз.

После каждого цикла деления конечные сегменты хромосом становятся короче, тогда клетки стареют и гибнут.

Ученый не смог обосновать этот факт, но ему присвоили имя открывателя феномена — «предел (лимит) Хейфлика».

Следует отметить, что этот лимит деления присущ не всем клеткам организма: стволовые и раковые, в теории могут делиться безгранично.

Однако прямая взаимозависимость укорочения оконечных сегментов и дряхления клетки не подвергается сомнению.

Через десятилетие на основании опытов Л. Хейфлика советский биолог-теоретик А. Оловников вывел теорию маргинотомии. Согласно его гипотезе, длина теломеров определяет возраст клетки: чем он короче, тем старше клетка, а с уменьшением оконечного сегмента до критичной отметки, клетка утрачивает жизнеспособность. Отсутствие же процессов старения у стволовых и раковых клеток обусловлено защитой теломеров от укорочения уникальным ферментом — теломеразой.

В 1985 году этот фермент был обнаружен английскими учеными в раковых клетках, яйцеклетках и сперматозоидах, а также у простейших, некоторых растениях и животных, что и подтвердило предположение А. Оловникова.

Спустя пару лет американскими учеными был получен ген теломеразы и позже введен в кожные, сосудистые и зрительные эпителиальные клетки человека, лишенные натурального фермента. Генетически трансформированные клетки смогли преодолеть лимит Хейфлика за счет активирования теломеразы.

В природе рак и бессмертие как бы две стороны одной медали: теоретически нестареющий за счет теломеразы, организм способен жить бесконечно долго, но гибель от рака для него в этом случае будет неминуема.

Мышечные и нервные клетки половозрелого организма не подвержены делению, оконечные сегменты хромосом их не укорачиваются, не нуждаются в теломеразе, но им, тем не менее, присущи и старение, и умирание.

А посему вопрос зависимости возраста клетки от длины теломера все-таки продолжает оставаться открытым, хотя и имеет широкое прикладное значение. Уже разработаны и проходят тестирование медикаментозные средства для борьбы с некоторыми формами рака именно за счет гашения активности в раковых клетках теломеразы.

Уникальный фермент теломераза был заявлен главным соискателем на звание эликсира вечной жизни. Однако она же — главнейший фактор озлокачествления здоровых клеток: раковым клеткам не грозит смерть от старости именно по причине наличия в них теломеразы.

Ключевые понятия в генетической теории старения

Ключевые понятия в области генетики и старения включают несколько важных концепций и идей, начиная от сокращения теломер и заканчивая теориями о роли стволовых клеток в старении.

теломеры — В конце каждой из наших хромосом лежит кусочек «мусорной» ДНК, называемый теломерами. Теломеры не кодируют какие-либо белки, но, по-видимому, выполняют защитную функцию, предотвращая присоединение концов ДНК к другим частям ДНК или образование круга. Каждый раз, когда клетка делится, отсекается немного больше теломер. В конце концов. этой ненужной ДНК не осталось, и дальнейшее перерезание может повредить хромосомы и гены, что приведет к гибели клетки.

В целом, средняя ячейка способна делиться в 50 раз до того, как теломер израсходован (предел Хейфлика). Раковые клетки нашли способ не удалять, а иногда даже добавлять, часть теломер. Кроме того, некоторые клетки, такие как лейкоциты, не подвергаются этому процессу укорочения теломер. Похоже, что, хотя гены во всех наших клетках имеют кодовое слово для фермента теломераза, который ингибирует укорочение теломер и, возможно, даже приводит к удлинению, ген только «включен» или «экспрессирован», как говорят генетики, в таких клетках, как белый. клетки крови и раковые клетки. Ученые предположили, что, если бы эту теломеразу можно было как-то включить в других клетках (но не настолько, чтобы их рост стал бесполезным, как в раковых клетках), наш возрастной предел мог бы быть увеличен.

Исследования показали, что некоторые хронические состояния, такие как высокое кровяное давление, связаны с меньшей активностью теломеразы, тогда как здоровое питание и физические упражнения связаны с более длинными теломерами. Избыточный вес также связан с более короткими теломерами.

Гены долголетия — Гены долголетия — это специфические гены, которые связаны с продолжительностью жизни. Два гена, которые непосредственно связаны с долголетием — это SIRT1 (sirtuin 1) и SIRT2. Ученые, изучавшие группу из более 800 человек в возрасте 100 лет и старше, обнаружили три значительных различия в генах, связанных со старением.

Клеточное старение — Клеточное старение относится к процессу, посредством которого клетки распадаются с течением времени. Это может быть связано с укорочением теломер или процессом апоптоза (или самоубийства клеток), при котором удаляются старые или поврежденные клетки.

Стволовые клетки — Плюрипотентные стволовые клетки — это незрелые клетки, которые могут стать клетками любого типа в организме. Предполагается, что старение может быть связано либо с истощением стволовых клеток, либо с потерей способности стволовых клеток дифференцироваться или созревать в различные виды клеток

Важно отметить, что эта теория относится к взрослым стволовым клеткам, а не к эмбриональным стволовым клеткам. В отличие от эмбриональных стволовых клеток, взрослые стволовые клетки не могут превращаться в клетки любого типа, а только в определенное количество типов клеток. Большинство клеток в нашем организме дифференцированы или полностью зрелы, а стволовые клетки представляют собой лишь небольшое количество клеток, присутствующих в организме

Большинство клеток в нашем организме дифференцированы или полностью зрелы, а стволовые клетки представляют собой лишь небольшое количество клеток, присутствующих в организме.

Примером типа ткани, в котором регенерация возможна этим способом, является печень. Это в отличие от мозговой ткани, которой обычно не хватает такого регенеративного потенциала. В настоящее время есть доказательства того, что сами стволовые клетки могут быть затронуты в процессе старения, но эти теории похожи на проблему курицы и яйца. Нет уверенности, что старение происходит из-за изменений в стволовых клетках, или если вместо этого изменения в стволовых клетках происходят из-за процесса старения.

Epigenetics — Эпигенетика относится к экспрессии генов. Другими словами, ген может присутствовать, но может быть либо включен, либо выключен. Мы знаем, что в организме есть некоторые гены, которые включены только на определенный период времени. Область эпигенетики также помогает ученым понять, как факторы окружающей среды могут работать в рамках генетических ограничений для защиты или предрасположенности к болезням.

Механизмы старения — современный взгляд на процесс

Эволюция, в результате который образовались мы, люди, длилась около 4 миллиардов лет. Все это время организмы усложнялись и, в определенный момент всего этого сверхсложного процесса появились мы.

Мы, как люди, на данный момент все обладаем невероятно сложным организмом и мозгом и пытаемся понять — почему же мы стареем и умираем. Внутри этой фразы скрыты два вопроса:

1. Почему я должен стареть — читай становиться малосильным, хуже двигающимся, хуже соображающим. Как я могу до самой смерти уменьшить эти признаки старения?
2. Почему я должен умереть примерно в 90 лет? Как я могу продлить свою жизнь, например, до 120 лет?

Современная наука плотно изучает эти вопросы, но, в силу того, что мы — очень сложная система в которой все бесконечно взаимосвязано, единого и простого ответа пока нет и, непонятно возможен ли он в принципе.

Однако, мы глубоко залезли в основы работы нашего тела и клеток и, сегодня одной из основных причин старения и смерти исследователи называют нарушение работы митохондрии. Заметьте, не главная или единственная причина, а просто одна из основных.

Что такое митохондрия?

АТФ (аденозинтрифосфата)

Про АТФ можно запомнить одно — это основной компонент для проведения энергозатратных реакций в клетке, в день наше тело синтезирует около 40 кг. этого вещества.

Молекула АТФ выходит из митохондрии в клетку где участвует в реакциях и расщепляется на элементы. Эти элементы (продукты распада) идут обратно в митохондрию, где вновь соединяются в АТФ.

Химически процесс организован так — на вход поступает глюкоза и кислород, на выход идет углекислота, вода и АТФ. Два процесса нашего тела — питание (и выход), дыхание (и выдох) как раз поставляют и выводят вещества этого химического процесса.

Из Википедии:
В организме АТФ является одним из самых часто обновляемых веществ; так, у человека продолжительность жизни одной молекулы АТФ менее 1 мин. В течение суток одна молекула АТФ проходит в среднем 2000—3000 циклов ресинтеза (человеческий организм синтезирует около 40 кг АТФ в день, но содержит в каждый конкретный момент примерно 250 г), то есть запаса АТФ в организме практически не создаётся, и для нормальной жизнедеятельности необходимо постоянно синтезировать новые молекулы АТФ.

Если почитать учебник биологии 11 класса 2015 года, то там описано это так:Некоторые первичные гетеротрофы вступали в симбиотические отношения с аэробными бактериями. Захватив их, гетеротрофы начинали использовать их в качестве энергетических станций. Так возникли современные митохондрии. Эти симбионты дали начало животным и грибам.

Есть и другие теории, но нам сейчас это не особо важно. Важно лишь то, что эта мтДНК тоже кодирует белки и РНК

Интересно: примерно 200 000 лет назад жила, так называемая Митохондриальная Ева от которой все мы унаследовали Митохондриальную ДНК (мтДНК или mtDNA).

Итак, как итог этого введения мы получаем, что в практически в каждой клетке нашего тела есть митохондрии, которые являются отдельными органеллами со своими ДНК и поставляют нам АТФ — основное “топливо” для проведения реакций в клетках. Образно митохондрии иногда называют “электростанциями клетки”.

Перейдем теперь к современным теориям о том как связано старение и нарушения работы митохондрий.

Планы на будущее

1. Обещанная статья-исследование про MitoQ

2. В ходе исследований придуман интересный психологическо-медитативный лайфхак, который по идее может сильно замедлить старение и даже развернуть его вспять. Есть положительные результаты подобных исследований + этот лайфхак уникален тем, что это будет специальная медитация на 5 минут, три раза в день. Мы будем делать ее один год и замерять раз в три месяца основные показатели возраста нашего организма. И если исследования покажут физическое омоложение, то можно будет рекомендовать методику публично.

Сейчас мы в стадии сбора команды и подготовки документации, однако скоро все будет открыто и полностью доступно в телеграме и на github — проект планируется полностью открытый.
Те кто готов ставить эксперименты на мышах себе — велкам.

1. Создание программы для индивидуального подбора того, что надо принимать и делать чтобы продлевать активную фазу жизни. На вход подаются данные человека, на выходе получаем некоторую персонифицированную терапию. Это будущее, но не очень далекое, подготовка уже начата, писаться все будет на Пайтоне, доступно на Гитхабе.

Плюсом такой программы будет то, что при ее развитии туда будут вноситься все новые методики и, если они вам подходят, то вы сразу о них узнаете.

Все свежие новости и исследования будут на канале телеграм или

Напоследок цитата из Сократа и всем удачи и до встречи!

А рассудим‑ка еще вот как – велика ли надежда, что смерть есть благо? Умереть, говоря по правде, значит одно из двух: или перестать быть чем бы то ни было, так что умерший не испытывает никакого ощущения от чего бы то ни было, или же это есть для души какой‑то переход, переселение ее отсюда в другое место, если верить тому, что об этом говорят. И если бы это было отсутствием всякого ощущения, все равно что сон, когда спят так, что даже ничего не видят во сне, то смерть была бы удивительным приобретением. Мне думается, в самом деле, что если бы кто‑нибудь должен был взять ту ночь, в которую он спал так, что даже не видел сна, сравнить эту ночь с остальными ночами и днями своей жизни и, подумавши, сказать, сколько дней и ночей прожил он в своей жизни лучше и приятнее, чем ту ночь, то, я думаю, не только всякий простой человек, но и сам Великий царь нашел бы, что сосчитать такие дни и ночи сравнительно с остальными ничего не стоит. Так если смерть такова, я со своей стороны назову ее приобретением, потому что таким‑то образом выходит, что вся жизнь ничем не лучше одной ночи.
Платон Апология Сократа

Генетическая теория старения

Генетическая теория старения утверждает, что продолжительность жизни во многом определяется генами, которые мы наследуем. Согласно теории, наше долголетие определяется прежде всего в момент зачатия и в значительной степени зависит от наших родителей и их генов.

Основой этой теории является то, что сегменты ДНК, которые находятся на конце хромосом, называемые теломерами, определяют максимальную продолжительность жизни клетки. Теломеры представляют собой кусочки «мусорной» ДНК на конце хромосом, которые становятся короче каждый раз, когда клетка делится. Эти теломеры становятся все короче и короче, и в конечном итоге клетки не могут делиться без потери важных фрагментов ДНК.

Прежде чем углубляться в принципы того, как генетика влияет на старение, а также в аргументы за и против этой теории, полезно кратко обсудить основные категории теорий старения и некоторые конкретные теории в этих категориях. В настоящее время нет ни одной теории или даже одной категории теорий, которые могли бы объяснить все, что мы наблюдаем в процессе старения.