Старение и приспособление

С каждым крупным успехом биологии мир разрозненных явлений превращается в цепь последовательных событий. Гёте писал, что в руках ученого чаще всего имеются части, но, к сожалению, отсутствует священная связующая нить. Для биолога, особенно занимающегося изучением индивидуального развития, такой идеей может и должна быть идея приспособления, адаптации организма. Это удивительно точно подметил И. П. Павлов, который считал, что правильно понятая идея о приспособлении представляет собой неисчерпаемый источник для различных научных гипотез. Следует подчеркнуть, что изучение сущности приспособления не только попытка понять биологический смысл явления, но и стремление разобраться в механизмах его формирования и развития.

Уже много раз говорилось о том, что в наши дни бывает легче получить новый факт или же высказать новую мысль, чем убедиться в том, что это не сделано до тебя. Проблема избытка научной информации начинает угрожать и геронтологии. Острота дискуссий, непримиримость взглядов достигают в современной геронтологии высочайшего накала. И все же, несмотря на это, есть одно положение, с которым согласны почти все исследователи - при старении сокращаются адаптационные возможности организма. Сотни фактов, клинические наблюдения, жизненный опыт убеждают всех в этом. Вместе с тем это только одна из сторон сложнейшего биологического процесса.

В результате ослабления адаптационных способностей стареющий организм становится более уязвимым к действию неблагоприятных факторов. Он менее совершенно приспосабливается к окружающей среде, что приводит к возникновению в пожилом и старческом возрасте многих заболеваний, являющихся результатом недостаточности и нарушения адаптации организма. Возрастные изменения приспособительных механизмов выявляются особенно отчетливо не в состоянии покоя, а при выполнении определенных нагрузок, в условиях действия раздражителей разной силы. Одна из основных особенностей реактивности стареющего организма - сокращение диапазона реакций, уменьшение степени изменения функции и обмена при нарастании силы раздражения от пороговой до максимальной. Изменения дыхания и кровообращения при мышечной деятельности, уровня сахара при введении адреналина и инсулина, сдвиги энергетики клетки, уменьшение мышечной работоспособности - отдельные примеры, подтверждающие сокращение адаптационных возможностей стареющего организма.

Особенно отчетливо ослабление приспособления выявляется при действии раздражителей значительной силы. В опытах на кроликах показано, что при сильных болевых раздражениях у старых животных развивается катастрофическое падение кровяного давления, угнетение дыхания, наступает гибель, а у молодых - реакции организма имеют еще приспособительный характер. Молодые люди могут осуществлять колоссальные мышечные усилия. У спортсмена, например у футболиста, бегуна, или же у балерины, ритм сердечных сокращений может стать 160-200 в 1 мин., артериальное давление резко возрастает. После прекращения нагрузки исходный уровень функции восстанавливается. У старых людей при частоте сердечных сокращений 120-140 может развиться острая сердечная слабость.

При действии раздражителей достаточной силы возникает сложная нейрогуморальная реакция - так называемый общий адаптационный синдром, в результате которого повышается устойчивость организма к повреждающим факторам. Опыты показали, что это защитное влияние развивающегося синдрома с возрастом ослабляется.

Торможение - один из основных физиологических процессов, определяющих функциональное состояние центральной нервной системы. И. П. Павлов и Г. В. Фольборт вскрыли две важнейшие стороны влияния торможения на работоспособность клеточных элементов. Торможение охраняет клетки от возможности глубокого истощения и активно стимулирует восстановительные процессы. Опыты доказали возрастное изменение обеих сторон торможения. В старости торможение "хуже охраняет" и "слабее восстанавливает" нервные клетки. Все это сокращает приспособительные возможности организма.

Итак, представление о сокращении адаптационных возможностей организма при старении получает все новые и новые подтверждения, что позволяет многое понять в механизме возрастных изменений. Ослабление адаптационных механизмов делает организм легко уязвимым к повреждающим воздействиям, способствует развитию ряда заболеваний в старости, оставляет его в ряде случаев безоружным и побежденным врагом, с которым он легко справлялся еще десять лет назад. Отсюда прогрессивное нарастание смертности в пожилом и старческом возрасте.

Вместе с тем за пределами внимания исследователей оказалась другая важнейшая сторона возрастной эволюции. Было выдвинуто положение о том, что при старении происходит не только ослабление адаптационных возможностей, но и мобилизуются важные приспособительные механизмы. Иными словами, старение - сложный противоречивый процесс, возникновение нового, хотя и менее совершенного, уровня приспособления к среде. Приспособление выгодно организму: направлено на увеличение продолжительности жизни, совершенствование и сохранение вида. Ранее приведены примеры возникновения приспособлений в ходе старения: усиление анаэробного пути образования энергии на фоне ослабления окисления, ослабление нервных влияний и повышение чувствительности к гуморальным факторам, ослабление ряда отрицательных и усиление положительных обратных связей, снижение функциональной активности желез внутренней секреции и рост чувствительности тканей к гормонам и многое другое. На каждом уровне жизнедеятельности организма можно установить развитие приспособлений. Однако в ходе развития старения они оказываются недостаточными и неминуемо развивается сначала сокращение надежности, резервов системы, а затем и грубые ее изменения. В основе механизма приспособительных изменений при старении лежат неравномерные изменения системы регулирования - ослабление на одном этапе и мобилизация возможностей на другом. Это и определяет возникновение приспособлений в ходе старения. Можно утверждать, что решающее значение имеют сдвиги в нейрогуморальной регуляции. Именно они способствуют у высших животных высокому уровню приспособления, противодействуют возрастной деградации организма. Когда же нарушается обмен и функция центральных и регулируюших приборов, адаптационные возможности стареющего организма угасают.

Физиологическое старение не просто медленное развитие процесса, но и высокий уровень приспособительных механизмов. И наоборот, преждевременное старение связано с нарушением приспособительных реакций организма. Следовательно, старение не только угасание обмена и функции, но и развертывание механизмов приспособления к новым условиям деятельности организма. Иными словами, старение - не однонаправленное разрушение структуры и функции, а внутренне противоречивый процесс борьбы неразрывно связанных друг с другом противоположных начал. Это положение помогает представить себе развитие процесса старения с совершенно иной стороны. Оно позволяет за внешней неизменностью обмена и функции разглядеть сложные сдвиги, поддерживающие жизнедеятельность организма, дает возможность представить развитие процесса старения не односторонне, а во всей сложности его внутренних противоречий.

Благодаря развитию приспособительных механизмов поддерживается гомеостазис (постоянство внутренней среды организма), определенный жизненный уровень организма, системы, клетки. Это происходит несмотря на существенные возрастные изменения. Вот два примера. Уровень сахара крови - важнейшая жизненная константа. Значительное падение или повышение сахара в крови столь существенно изменяет обмен веществ в клетках центральной нервной системы, что дело кончается комой, гибелью человека. Уровень сахара крови у старых и взрослых животных существенно не отличается. Однако за внешней неизменностью жизненной константы скрываются неравномерные изменения в разных звеньях регулирования. Они проанализированы и представлены на рис. 24 (данные В. В. Фролькиса и В. Г. Шевчука). С одной стороны, происходят изменения углеводного обмена в тканях сдвиги в проницаемости клеток,

Рис. 24. Возрастные особенности регулирования уровня сахара крови 1 — ослабление внутрицентральных связей, изменение влияний гипоталамуса на гипофиз, повышение чувствительности к адреналину, инсулину, тироксину; 2 — снижение гормональной активности поджелудочной и щитовидной желез, надпочечников; 3 — повышение чувствительности и снижение реакционной способности к адреналину, инсулину, тироксину; 4 — повышение чувствительности к гуморальным агентам.

снижение функциональной активности ряда желез внутренней секреции, что неминуемо должно было бы привести к изменению уровня сахара крови. С другой стороны - приспособительные механизмы: повышение чувствительности тканей, нервных центров, хеморецепторов к гормонам, к сдвигам в уровне сахара крови, которые способствуют удержанию уровня сахара крови. Вместе с тем надежность всей системы в условиях мобилизации резервов ее приспособления сокращается. Сахарные нагрузки, функциональные напряжения вызывают более значительные и длительные изменения у старых животных.

Этот же принцип соотношения приспособления и регулирования определяет и сдвиги на клеточном и молекулярном уровнях. Мембранный потенциал - сигнальный аппарат клетки, во многом определяющий ее основное биологическое свойство - возбудимость. Оказывается, что он длительно поддерживается на одной величине - 75-80 мв и только в глубокой старости существенно падает. За неизменностью величины мембранного потенциала клетки скрываются неравномерные изменения в разных звеньях его регулирования. Это было выявлено в условиях нарушения взаимосвязи клеток, расстройства обмена веществ в них. При старении снижается реакционная способность тканей к действию многих химических веществ. Это ограничивает диапазон приспособления клеток и тканей. Вместе с тем падение реакционной способности ограждает клетку от возможных метаболических потрясений, непосильных для старого организма. В одном и том же явлении - сочетание двух противоположных тенденций изменения приспособления.

Итак, взаимосвязь приспособления и регулирования выражается следующей формулой: неравномерные изменения в разных звеньях регулирования определяют развитие приспособительных механизмов в ходе старения. Биосинтез белка, энергетика клетки, кровообращение, дыхание, нейрогуморальная регуляция - возрастные изменения всех систем могут быть поняты на основе этого принципа. Однако принцип требует конкретизации в каждом отдельном случае. Имеется в виду необходимость установления первичности и вторичности сдвигов, причинно - следственных взаимоотношений.

Раскрытие взаимоотношений регулирования и приспособления привело нас к критике известного положения, рассматривающего старение как инволюцию, обратное развитие организма. Вот уже десятки лет это представление не сходит со страниц журналов и монографий. Оно настолько вошло в научный обиход, что даже трудно определить, кто и когда его выдвинул.

Опорой такого представления явились факты развития в старости обменных и функциональных изменений, сходных с наблюдаемыми на ранних этапах онтогенеза. Отсюда и идея обратного развития организма к ранним формам реагирования. Ее методологическая ошибочность уже разбиралась выше. Здесь необходимо подчеркнуть фактическую необоснованность представлений об инволюции. Проведенный анализ показал, что за внешним сходством старческих проявлений и сдвигов на ранних этапах онтогенеза скрываются существенные различия.

Приведем примеры. В старости ослаблено влияние блуждающего нерва на сердце, что характеризует регуляцию сердца и после рождения человека. Казалось бы, наблюдается возврат к прежним формам реагирования, обратное развитие в процессах регуляции. Однако сущность этого явления на разных этапах онтогенеза различна. Оно происходит в условиях сниженного гидролиза ацетилхолина, после рождения - в условиях повышенного.

В старости, так же как и после рождения, количество богатых энергией соединений АТФ уменьшается. Казалось бы, вновь инволюция. Однако в старости это происходит на фоне ослабленного синтеза энергетических соединений, в ранних возрастных периодах - при усиленном распаде. Это не значит, что в старости не могут появиться сдвиги, давно исчезнувшие и свойственные более ранним этапам эволюции. Но их появление не результат "обратного развития", а итог возникновения новых сложившихся в организме взаимоотношений. Иными словами, стареющий организм угасает, его обмен и функции ослабевают. Угасание происходит не постепенно, не по пути прошедших ранее этапов, а противоречиво, с возникновением новых приспособительных механизмов.

Итак, старение - это нарастающее ограничение генетической активности при неравномерном изменении регулирования на разных уровнях жизнедеятельности организма. Ведущее звено в механизме старения на уровне генетического аппарата - сокращение возможного диапазона изменений активности генов под влиянием регуляторных факторов, развитие угнетения, репрессии генов в условиях, оптимальных для других возрастных периодов. Эти изменения и приводят к затухающему самообновлению белков. Ведущее звено в механизме старения на уровне энергетических процессов - ослабление интенсивности окислительных процессов, снижающее энергетический потенциал клетки. Все это приводит к сокращению потенциальной возможности ферментов, к ухудшению проницаемости клеточных и субклеточных мембран и к изменению связей между отдельными органоидами клетки. Ведущее звено в механизме старения на уровне общерегуляторных механизмов - снижение нервных влияний на клетки и ткани, ослабление нервной регуляции их трофики, сдвиги в центральной нервной системе, в подкорковых взаимоотношениях. Благодаря неравномерным изменениям регулирования, включению обратных связей при старении наряду с угасанием обмена и функций возникают и важные приспособительные механизмы: на уровне биосинтеза белка - накопление метаболитов, усиливающих работу определенных цистронов ДНК; на уровне энергетических процессов - накопление АДФ, неорганического фосфора, выход киназина, стимулирующих дыхание и гликолиз в клетке, рост гликолиза в условиях ослабления окислительных процессов; на уровне механизмов нейрогуморальной регуляции - увеличение чувствительности к гормонам (на фоне ослабления функции желез внутренней секреции), к медиаторам (на фоне ослабления их синтеза в нервных окончаниях), повышение чувствительности хеморецепторов и т. д. На фоне снижения адаптационных возможностей стареющего организма благодаря неравномерным изменениям регулирования возможно поддержание важных гомеостатических величин в условиях нарастающего сокращения их надежности. Развитие приспособительных механизмов в процессе старения объясняет связь исторического и индивидуального в формировании важных механизмов старения в эволюции.

Одна американская организация собрала мнение различных специалистов о возможном сроке достижения учеными полного контроля над процессами старения. Статистическая обработка полученных данных позволила предположить, что это наступит в 2025 году. Реальна ли сама постановка вопроса? Каковы перспективы достижений науки в борьбе за долголетие человека? В этой большой и сложной проблеме есть две цели - борьба с факторами, укорачивающими жизнь человека (в первую очередь о основными болезнями людей), и попытка продления биологически возможного срока жизни. Сумеют ли люди изменить ход "биологических часов", повлиять на время развертывания и разрушения биологической программы организма? Наука развивается неравномерно, и неизвестно, какая из этих задач будет решена раньше. Важно, что исследования последних лет позволяют ожидать крупных событий в этой области. Когда это произойдет? Трудно сказать. Однако современная биология наметила возможные пути движения к цели. Решающий из них - непрекращающийся штурм механизмов старения. Признание связи первичных механизмов старения с регуляторными изменениями делает перспективной возможность влияния на биологическую продолжительность жизни, возможность контроля над процессами старения. Регулирование, приспособление и старение... Управление этой связью процессов - важнейший путь увеличения продолжительности жизни.

Достижением нашего времени является научная постановка вопроса о влиянии различных факторов на биологически возможный срок жизни. Это не противоречит, а, наоборот, сливается в едином потоке с исследованиями, посвященными борьбе с болезнями, укорачивающими жизнь человека. Борьба с раком, туберкулезом, болезнями сердечно-сосудистой системы приведет к дальнейшему увеличению продолжительности жизни. Познание сущности одного из основных биологических процессов - старения может принести самые неожиданные результаты в поиске причин и механизмов наиболее опасных болезней человека. Можно предполагать, что в поиске молекулярных основ овладения процессами старения будут раскрыты и механизмы развития злокачественного роста в организме, возрастных изменений обмена и функций сердечно-сосудистой системы, нейрогуморальной регуляции - важного пути для познания сущности атеросклероза. В борьбе за долголетие наука стремится достичь не только абсолютного увеличения количества прожитых лет. Удлинение периода высокой творческой активности, периода острого и сочного восприятия действительности сделает жизнь человека еще более яркой, плодотворной.