ПА­РА­ДОК­СЫ СТА­РЕ­НИЯ

(Окон­ча­ние. На­ча­ло в № 19 (408) 2012 г.)

Vashe Zdorovie - - № 20(409) ОКТЯБРЬ 2012 - Руб­ри­ку ве­дет Михаил Ли­бин­тов

ОТ МЫ­ШИ ДО СЛО­НА

Трид­ца­ти­грам­мо­вая мышь, ко­то­рая дышит с ча­сто­той 150 раз в ми­ну­ту, за свою трех­лет­нюю жизнь де­ла­ет око­ло 200 мил­ли­о­нов ды­ха­ний. Это же чис­ло ды­ха­ний пя­ти­тон­ный слон, де­ла­ю­щий 6 вдо­хов и вы­до­хов в ми­ну­ту, со­вер­шит за 40 лет. Серд­це мы­ши, бью­ще­е­ся с ча­сто­той 600 уда­ров в ми­ну­ту, за вре­мя ее жиз­ни сде­ла­ет 300 мил­ли­о­нов уда­ров. Серд­це сло­на, со­кра­ща­ю­ще­е­ся 30 раз в ми­ну­ту, со­вер­шит столь­ко же уда­ров за его бо­лее дол­гую жизнь. По­это­му мож­но ска­зать, что фи­зио­ло­ги­че­ски они про­жи­ва­ют жизнь оди­на­ко­вой про­тя­жен­но­сти.

Про­бле­ма ста­ре­ния на­пря­мую свя­за­на с во­про­сом о раз­ной про­дол­жи­тель­но­сти жиз­ни у раз­ных ор­га­низ­мов. Немец­кий фи­зио­лог М. Руб­нер в 1908 го­ду пер­вым об­ра­тил вни­ма­ние уче­ных на то, что круп­ные мле­ко­пи­та­ю­щие жи­вут доль­ше, чем мел­кие. На­при­мер, мышь живет 3,5 го­да, со­ба­ка — 20 лет, ло­шадь — 46, слон — 70. Руб­нер объ­яс­нил это раз­ной ин­тен­сив­но­стью об­ме­на ве­ществ.

Сум­мар­ная за­тра­та энер­гии у раз­ных мле­ко­пи­та­ю­щих в те­че­ние жиз­ни при­мер­но оди­на­ко­ва — 200 ккал на 1 грамм мас­сы. По мне­нию Руб­не­ра, каж­дый вид спо­со­бен пе­ре­ра­бо­тать лишь опре­де­лен­ное ко­ли­че­ство энер­гии — ис­чер­пав ее, он по­ги­ба­ет. Ин­тен­сив­ность об­ме­на ве­ществ и об­щее по­треб­ле­ние кис­ло­ро­да за­ви­сят от раз­ме­ров жи­вот­но­го и пло­ща­ди по­верх­но­сти те­ла. Мас­са воз­рас­та­ет про­пор­ци­о­наль­но ли­ней­ным раз­ме­рам те­ла, взя­тым в ку­бе, а пло­щадь — в квад­ра­те. Сло­ну для под­дер­жа­ния сво­ей тем­пе­ра­ту­ры те­ла необ­хо­ди­мо го­раз­до мень­ше энер­гии, чем та­ко­му же по ве­су ко­ли­че­ству мы­шей — об­щая по­верх­ность те­ла всех этих мы­шей бу­дет зна­чи­тель­но боль­ше, чем у сло­на. По­это­му слон мо­жет се­бе «поз­во­лить» го­раз­до бо­лее низ­кий уро­вень об­ме­на ве­ществ, чем мышь. Этот вы­со­кий рас­ход энер­гии у мы­ши и при­во­дит к то­му, что она быст­рее ис­чер­пы­ва­ет от­ве­ден­ные на ее до­лю энер­ге­ти­че­ские за­па­сы, чем слон, и срок ее жиз­ни на­мно­го ко­ро­че.

Та­ким об­ра­зом, су­ще­ству­ет об­рат­ная за­ви­си­мость меж­ду ин­тен­сив­но­стью об­ме­на ве­ществ у жи­вот­но­го и про­дол­жи­тель­но­стью его жиз­ни. Ма­лая мас­са те­ла и вы­со­кий об­мен ве­ществ обу­слов­ли­ва­ют неболь­шую про­дол­жи­тель­ность жиз­ни. Эта за­ко­но­мер­ность бы­ла наз­ва- на энер­ге­ти­че­ским пра­ви­лом по­верх­но­сти Руб­не­ра.

С чем же это свя­за­но? При­чи­на ста­ла яс­на лишь со­всем недав­но.

С КИС­ЛО­РО­ДОМ НУЖ­НО ОБРА­ЩАТЬ­СЯ ОСТО­РОЖ­НО

Есть еще один фак­тор, опре­де­ляющий про­дол­жи­тель­ность жиз­ни, — это пар­ци­аль­ное дав­ле­ние кис­ло­ро­да. Кон­цен­тра­ция кис­ло­ро­да в воз­ду­хе со­став­ля­ет 20,8 про­цен­та. Умень­ше­ние или уве­ли­че­ние этой цифры воз­мож­но толь­ко в уз­ких рам­ках, ина­че жи­вые ор­га­низ­мы по­ги­ба­ют. То, что нехват­ка кис­ло­ро­да гу­би­тель­на для жи­во­го, хо­ро­шо из­вест­но. А вот об опас­но­сти его из­быт­ка осве­дом­ле­ны немно­гие. Чи­стый кис­ло­род уби­ва­ет ла­бо­ра­тор­ных жи­вот­ных в те­че­ние несколь­ких дней, а при дав­ле­нии 2-5 ат­мо­сфер этот срок со­кра­ща­ет­ся до ча­сов и ми­нут. Так что этот газ не толь­ко необ­хо­дим для жиз­ни, он мо­жет быть и страш­ным уни­вер­саль­ным ядом, уби­ва­ю­щим все жи­вое. Мно­гие уче­ные счи­та­ют, что ат­мо­сфе­ра Зем­ли в ран­ний пе­ри­од ее раз­ви­тия не со­дер­жа­ла кис­ло­ро­да, и имен­но это об­сто­я­тель­ство спо­соб­ство­ва­ло воз­ник­но­ве­нию жиз­ни на на­шей пла­не­те. По при­бли­зи­тель­ным оцен­кам спе­ци­а­ли­стов, на­сы­щен­ная кис­ло­ро­дом ат­мо­сфе­ра Зем­ли об­ра­зо­ва­лась око­ло 1,4 мил­ли­ар­да лет на­зад в ре­зуль­та­те жиз­не­де­я­тель­но­сти при­ми­тв­ных ор­га­низ­мов, спо­соб­ных к фо­то­син­те­зу. Они по­гло­ща­ли сол­неч­ную энер­гию и уг­ле­кис­лый газ и вы­де­ля­ли кис­ло­род. Их су­ще­ство­ва­ние и со­зда­ло пред­по­сыл­ки для воз­ник­но­ве­ния дру­гих ви­дов жи­вых ор­га­низ­мов, по­треб­ля­ю­щих кис­ло­род для ды­ха­ния. Од­на­ко жи­вым су­ще­ствам нуж­но бы­ло по­за­бо­тить­ся о том, что­бы ней­тра­ли­зо­вать ток­сич­ность это­го ве­ще­ства.

Са­ма по се­бе мо­ле­ку­ла кис­ло­ро­да и про­дукт ее пол­но­го вос­ста­нов­ле­ния во­до­ро­дом — во­да — не ток­сич­ны. Од­на­ко вос­ста­нов­ле­ние кис­ло­ро­да про­те­ка­ет та­ким об­ра­зом, что по­чти на всех сту­пень­ках про­цес­са об­ра­зу­ют­ся про­дук­ты, по­вре­жда­ю­щие клет­ки: су­перок­сид­ный ани­он-ра­ди­кал, пе­ре­кись во­до­ро­да и гид­рок­силь­ный ра­ди­кал. Их на­зы­ва­ют ак­тив­ны­ми фор­ма­ми кис­ло­ро­да. Ор­га­низ­мы, ис­поль­зу­ю­щие кис­ло­род для ды­ха­ния, с по­мо­щью фер­мен­тов и бел­ко­вых ка­та­ли­за­то­ров предот­вра­ща­ют вы­ра­бот­ку этих ве­ществ или сни­жа­ют их вред­ное дей­ствие на клет­ки.

Био­хи­ми­ки Дж. Мак Корд и И. Фри­до­вич в 1969 го­ду об­на­ру­жи­ли, что ос­нов­ную роль в та­кой за­щи­те иг­ра­ет фер­мент су­перок­сид­дис­му­та­за. Этот фер­мент пре­вра­ща­ет су­перок­сид­ные ани­он-ра­ди­ка­лы в бо­лее без­обид­ную пе­ре­кись во­до­ро­да и в мо­ле­ку­ляр­ный кис­ло­род. Пе­ре­кись во­до­ро­да тут же раз­ру­ша­ет­ся дру­ги­ми фер­мен­та­ми — ка­та­ла­зой и пе­рок­си­да­за­ми.

От­кры­тие ме­ха­низ­ма обез­вре­жи­ва­ния ак­тив­ных форм кис­ло­ро­да да­ло ключ дру­гим ис­сле­до­ва­те­лям к по­ни­ма­нию про­блем ра­дио­био­ло­гии, он­ко­ло­гии, им­му­но­ло­гии и ге­рон­то­ло­гии. Ан­глий­ский ис­сле­до­ва­тель Д. Хар­ман вы­дви­нул так на­зы­ва­е­мую сво­бод­но­ра­ди­каль­ную тео­рию ста­ре­ния. Он пред­по­ло­жил, что воз­раст­ные из­ме­не­ния в клет­ках обу­слов­ле­ны на­коп­ле­ни­ем в них по­вре­жде­ний, вы­зы­ва­е­мых сво­бод­ны­ми ра­ди­ка­ла­ми — оскол­ка­ми мо­ле­кул, ко­то­рые име­ют неспа­рен­ный элек­трон и в си­лу это­го об­ла­да­ют по­вы­шен­ной хи­ми­че­ской ак­тив­но­стью. Та­кие сво­бод­ные ра­ди­ка­лы мо­гут об­ра­зо­вы­вать­ся в клет­ках под дей­стви­ем ра­ди­а­ции, неко­то­рых хи­ми­че­ских ре­ак­ций и пе­ре­па­дов тем­пе­ра­ту­ры. Но глав­ным ис­точ­ни­ком сво­бод­ных ра­ди­ка­лов в ор­га­низ­ме яв­ля­ет­ся вос­ста­нов­ле­ние мо­ле­ку­лы кис­ло­ро­да. По­это­му мож­но ска­зать, что ста­ре­ние в це­лом — это след­ствие раз­ру­ши­тель­но­го, ядо­ви­то­го дей­ствия кис­ло­ро­да на ор­га­низм, ко­то­рое по­сте­пен­но на­рас­та­ет с воз­рас­том.

БИО­ХИ­МИЯ СТА­РЕ­НИЯ

По­сле то­го как ста­ло яс­но, что су­перок­сид­дис­му­та­за иг­ра­ет роль «фер­мен­та ан­ти­ста­ре­ния» в клет­ке, ис­сле­до­ва­те­ли за­да­лись во­про­сом: не яв­ля­ет­ся ли ак­тив­ность это­го фер­мен­та клю­че­вой при­чи­ной воз­раст­ных из­ме­не­ний и раз­ли­чий в про­дол­жи­тель­но­сти жиз­ни? Сле­до­ва­ло ожи­дать, что с воз­рас­том ак­тив­ность фер­мен­та па­да­ет, а раз­ру­ши­тель­ное вли­я­ние кис­ло­ро­да уве­ли­чи­ва­ет­ся. Ока­за­лось, од­на­ко, что ак­тив­ность су­перок­сид­дис­му­та­зы в боль­шин­стве слу­ча­ев ме­ня­ет­ся с воз­рас­том весь­ма незна­чи­тель­но.

На­коп­ле­ние воз­раст­ных из­ме­не­ний в клет­ках за­ви­сит от со­от­но­ше­ния двух про­цес­сов: об­ра­зо­ва­ния сво­бод­ных ра­ди­ка­лов и их обез­вре­жи­ва­ния. «Фаб­ри­ка­ми» сво­бод­ных ра­ди­ка­лов слу­жат ма­лень­кие про­дол­го­ва­тые тель­ца внут­ри клет­ки — ми­то­хон­дрии, ее энер­ге­ти­че­ские стан­ции. Эти струк­ту­ры Д. Хар­ман на­звал мо­ле­ку­ляр­ны­ми ча­са­ми клет­ки: чем быст­рее идет в них вы­ра­бот­ка ра­ди­ка­лов, тем быст­рее кру­тят- ся стрел­ки на ча­сах и тем мень­ше вре­ме­ни оста­ет­ся жить клет­ке. У ви­дов с низ­кой про­дол­жи­тель­но­стью жиз­ни ми­то­хон­дрии ра­бо­та­ют очень ак­тив­но, боль­ше об­ра­зу­ет­ся ра­ди­ка­лов и быст­рее на­кап­ли­ва­ют­ся по­вре­жде­ния струк­тур клет­ки, при­во­дя к ее преж­де­вре­мен­но­му ста­ре­нию. На­при­мер, у ком­нат­ной му­хи ми­то­хон­дрии вы­ра­ба­ты­ва­ют ра­ди­ка­лы в 24 ра­за ин­тен­сив­нее, чем у ко­ро­вы. Ис­сле­до­ва­те­ли про­ве­ли опыт: ком­нат­ных мух со­дер­жа­ли в ат­мо­сфе­ре чи­сто­го кис­ло­ро­да (это зна­чи­тель­но уско­ря­ет ста­ре­ние) и на­блю­да­ли, что про­ис­хо­дит с ми­то­хон­дри­я­ми. Си­сте­ма защиты от ак­тив­ных форм кис­ло­ро­да ра­бо­та­ет до­ста­точ­но на­деж­но, но че­рез нее все же по­сто­ян­но про­скаль­зы­ва­ют от­дель­ные ра­ди­ка­лы, ко­то­рые не успе­ли всту­пить во вза­и­мо­дей­ствие с ан­ти­окис­ли­тель­ны­ми фер­мен­та­ми. При­чи­ной та­кой непо­лад­ки слу­жит, по-ви­ди­мо­му, вто­рой закон тер­мо­ди­на­ми­ки, ко­то­рый ис­клю­ча­ет сто­про­цент­ную эф­фек­тив­ность энер­ге­ти­че­ских про­цес­сов. Воз­ник­нув в клет­ке, ра­ди­ка­лы по­вре­жда­ют ее внут­рен­ние струк­ту­ры, а та­к­же обо­лоч­ки са­мих ми­то­хон­дрий, что уси­ли­ва­ет утеч­ку. В ре­зуль­та­те ста­но­вит­ся все боль­ше и боль­ше ак­тив­ных форм кис­ло­ро­да, и они по­сте­пен­но раз­ру­ша­ют клет­ку. Про­ис­хо­дит то, что мы на­зы­ва­ем ста­ре­ни­ем.

Ско­рость «по­став­ки» ра­ди­ка­лов в клет­ку уве­ли­чи­ва­ет­ся и в раз­ных ор­га­нах мле­ко­пи­та­ю­щих по ме­ре ста­ре­ния ор­га­низ­ма. Ко­ли­че­ство сво­бод­ных ра­ди­ка­лов, об­ра­зу­ю­щих­ся в клет­ке, по-ви­ди­мо­му, тем боль­ше, чем вы­ше уро­вень по­треб­ле­ния кис­ло­ро­да, или ин­тен­сив­ность об­ме­на ве­ществ. Ге­рон­то­лог Р. Кат­лер и его со­труд­ни­ки по­ка­за­ли, что про­дол­жи­тель­ность жиз­ни жи­вот­ных и че­ло­ве­ка опре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем ак­тив­но­сти су­перок­сид­дис­му­та­зы к ин­тен­сив­но­сти об­ме­на ве­ществ. Ста­ло яс­но, по­че­му у неко­то­рых ви­дов с вы­со­ким уров­нем за­тра­ты энер­гии, в том чис­ле и у че­ло­ве­ка, про­дол­жи­тель­ность жиз­ни не укла­ды­ва­ет­ся в энер­ге­ти­че­ское пра­ви­ло по­верх­но­сти Руб­не­ра. Вы­со­кий уро­вень ак­тив­но­сти су­перок­сид­дис­му­та­зы за­щи­ща­ет че­ло­ве­ка и жи­вот­ных с ин­тен­сив­ным об­ме­ном ве­ществ от преж­де­вре­мен­но­го ста­ре­ния.

ОТ­ВЕ­ТЫ НА ВО­ПРО­СЫ

Но­вая тео­рия ста­ре­ния поз­во­ли­ла най­ти объ­яс­не­ние неко­то­рым фак­там, хо­ро­шо из­вест­ным ге­рон­то­ло­гам, но оста­вав­шим­ся непо­ня­ты­ми. На­при­мер, по­че­му жи­вот­ные, ко­то­рых кор­ми­ли ма­ло­ка­ло­рий­ной, но сба­лан­си­ро­ван­ной пи- щей, жи­вут доль­ше, чем те, что пи­та­лись вдо­воль? Ответ на­пра­ши­вал­ся сам со­бой — по­то­му что огра­ни­чен­ное пи­та­ние умень­ша­ет ин­тен­сив­ность об­ме­на и со­от­вет­ствен­но за­мед­ля­ет на­коп­ле­ние по­вре­жде­ний в клет­ках. Ста­ла яс­на и за­ви­си­мость ско­ро­сти ста­ре­ния от тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­щей сре­ды у жи­вот­ных, не спо­соб­ных ре­гу­ли­ро­вать тем­пе­ра­ту­ру те­ла. Вы­со­кая тем­пе­ра­ту­ра под­дер­жи­ва­ет у них вы­со­кий уро­вень об­ме­на ве­ществ. Так, пло­до­вая муш­ка дро­зо­фи­ла при тем­пе­ра­ту­ре 10 гра­ду­сов вы­луп­ля­ет­ся из ли­чин­ки и раз­ви­ва­ет­ся до взрос­ло­го насекомого, ста­ре­ет и уми­ра­ет в те­че­ние 177 дней, а при тем­пе­ра­ту­ре 20 гра­ду­сов — в те­че­ние 15 дней. У дож­де­во­го чер­вя при по­вы­ше­нии тем­пе­ра­ту­ры его те­ла с 15 гра­ду­сов до 30 в 2,5 ра­за по­вы­ша­ет­ся по­треб­ле­ние кис­ло­ро­да. При этом на 28 про­цен­тов воз­рас­та­ет ак­тив­ность су­перок­сид­дис­му­та­зы, но жизнь чер­вя все рав­но уко­ра­чи­ва­ет­ся.

Боль­шая про­дол­жи­тель­ность жиз­ни жен­щин по срав­не­нию с муж­чи­на­ми (в сред­нем на 10 лет) ока­за­лась свя­за­на с бо­лее низ­кой ин­тен­сив­но­стью об­ме­на ве­ществ у пре­крас­ной по­ло­ви­ны че­ло­ве­че­ства, фе­но­мен дол­го­жи­тель­ства в гор­ных рай­о­нах то­же хо­ро­шо объ­яс­ня­ет­ся мень­шей ин­тен­сив­но­стью об­ме­на ве­ществ у лю­дей, жи­ву­щих в раз­ре­жен­ном воз­ду­хе: со­дер­жа­ние кис­ло­ро­да там мень­ше, чем на рав­нине.

Ока­за­лось, что раз­ный срок от­пу­щен и клет­кам внут­ри од­но­го че­ло­ве­че­ско­го ор­га­низ­ма: чем боль­ше в клет­ках су­перок­сид­дис­му­та­зы, тем мень­ше сте­пень по­вре­жде­ния клет­ки ак­тив­ны­ми фор­ма­ми кис­ло­ро­да, тем доль­ше жи­вут клет­ки. По­это­му неко­то­рые клет­ки кро­ви, на­при­мер, жи­вут несколь­ко ча­сов, дру­гие — несколь­ко лет.

Уда­лось объ­яс­нить и лю­бо­пыт­ное яв­ле­ние, ко­то­рое до­ста­точ­но дав­но об­на­ру­жи­ли ис­сле­до­ва­те­ли: из­ме­не­ния ор­га­низ­ма при есте­ствен­ном ста­ре­нии по­хо­жи на дей­ствие иони­зи­ру­ю­щей ра­ди­а­ции. При­чи­на ста­ла оче­вид­ной: ведь при воз­дей­ствии ра­ди­а­ции про­ис­хо­дит раз­ло­же­ние во­ды с об­ра­зо­ва­ни­ем ак­тив­ных форм кис­ло­ро­да, ко­то­рые на­чи­на­ют по­вре­ждать клет­ки.

Все это поз­во­ли­ло выработать стра­те­гию по­ис­ка средств про­тив ста­ре­ния. На­при­мер, уда­лось уве­ли­чить в пол­то­ра ра­за жизнь ла­бо­ра­тор­ных жи­вот­ных, вво­дя в их ра­ци­он ан­ти­ок­си­дан­ты. Вве­де­ние в ор­га­низм жи­вот­ных су­перок­сид­дис­му­та­зы за­щи­ща­ло их от ток­си­че­ско­го дей­ствия кис­ло­ро­да и уве­ли­чи­ва­ло про­дол­жи­тель­ность жиз­ни. Это да­ет на­деж­ду, что ан­ти­ок­си­дан­ты мо­гут быть еще ши­ре ис­поль­зо­ва­ны и в борь­бе про­тив ста­ре­ния че­ло­ве­ка.

Newspapers in Russian

Newspapers from Belarus

© PressReader. All rights reserved.