3. Укорочение теломер.

Теломеры – это участки ДНК, которые находятся на концах хромосом и защищают их от повреждений (их можно сравнить с пластиковыми наконечниками на обувных шнурках). В процессе старения теломеры постепенно укорачиваются, что приводит к потере структурной целостности хромосом. Это может вызывать снижение способности клеток к делению и репарации повреждений. Более подробно о теломерах мы говорим в главе про генетику.

4. Изменения в межклеточной коммуникации.

С возрастом происходят изменения в способности клеток взаимодействовать и обмениваться сигналами между собой. Это может приводить к нарушению координации клеток и ухудшению функционирования тканей и органов.

5. Нарушение белкового гомеостаза.

В процессе старения может происходить нарушение баланса между синтезом, сворачиванием и распадом белков. Это может приводить к накоплению поврежденных и ненужных белков в клетках и органах, что влияет на их функционирование.

6. Истощение стволовых клеток.

Стволовые клетки – это особый вид клеток, которые обладают способностью к самообновлению и превращению в другие виды клеток. В раннем возрасте их больше всего в организме, а с возрастом они постепенно начинают истощаться. Это может приводить к снижению способности организма к восстановлению и регенерации тканей и органов.

7. Клеточное старение (сенесценция).

Сенесценция – это процесс, при котором клетки теряют способность к делению и входят в состояние неактивности. Они продолжают существовать, но не выполняют своих функций, более того, они могут «заражать» соседние клетки и делать их стареющими тоже. С возрастом количество сенесцентных клеток в организме увеличивается, что может влиять на ткани и органы.

8. Митохондриальные нарушения.

Митохондрии – это органеллы – энергетические станции внутри наших клеток.

На самом деле о митохондриях можно говорить много, ибо, по мнению большинства ученых, митохондрии произошли от прокариотических организмов, которые в далеком прошлом вступили в симбиотическое взаимодействие с прародителями наших клеток. Симбиоз с митохондриями оказался взаимовыгодным для обеих сторон. Митохондрии получают защиту и постоянное поступление питательных веществ от клетки-хозяина, а они, в свою очередь, обеспечивают клетку энергией, необходимой для выполнения ее функций. Это взаимодействие привело к появлению сложных организмов, включая нас людей. Проблема в том, что с возрастом митохондрии, так же как и другие части нашего организма, могут подвергаться повреждениям и нарушениям функционирования, что приводит к снижению энергетического метаболизма и ухудшению клеточных процессов. И это в свою очередь приводит к старению.

9. Разрегулирование клеточных сигнальных путей

С возрастом изменяется способность клеток реагировать на сигналы, связанные с уровнем питательных веществ в организме. Это может приводить к нарушению обмена веществ и функционирования клеток, что связано со старением и возрастными заболеваниями.

Эти 9 пунктов касались признаков старения на клеточно-молекулярном уровне. Если этих объяснений не хватило, не переживайте. Дальше в книге мы рассмотрим их еще более подробно.

ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ: ПРОГРАММА или ИЗНОС?

Итак, теперь мы поняли, что такое старение на биологическом уровне. Но у нас по-прежнему остается главный вопрос – а ЗАЧЕМ МЫ СТАРЕЕМ? Есть ли возможность не стареть? Кому (или чему) это выгодно?

Подумайте несколько минут, и попробуйте ответить на эти вопросы. Какие у вас идеи?

На самом деле, точного ответа, с которым соглашались бы абсолютно все ученые, пока нет. Есть много теорий старения (по различным оценкам более 100 различных теорий), но если разделить их на 2 большие группы, то можно выделить следующие.

1. Представители первой группы (классические теории поломок, ошибок и износа) утверждают, что старение происходит по объективным причинам: наш организм изнашивается со временем, появляются различные поломки, подобно тому как стареет и изнашивается любая другая система, будь то автомобиль, дом, мебель или даже одежда.

2. Представители второй группы считают, что старение запрограммировано. По их мнению, старение является эволюционным изобретением, направленным на ускоренную смену поколений и реакцию популяции на изменение условий внешней среды. Согласно этой группе теорий, мы умираем через определенный период времени, чтобы следующие поколения могли наследовать немного другие признаки, лучше адаптированные к меняющимся условиям окружающей среды. Таким образом, каждое новое поколение лучше подготовлено к выживанию.

Обе группы теорий имеют свои аргументы и недостатки и не всегда выдерживают критику. О них мы поговорим чуть позже в этой главе, а сначала давайте познакомимся более подробно с самыми популярными теориями внутри этих 2 больших групп.

Классические теории износа и накопления поломок и мутаций

Теория свободных радикалов

Теория свободных радикалов является одной из основных теорий старения. В соответствии с этой теорией, свободные радикалы, которые образуются в теле в процессе обычных метаболических процессов, могут наносить вред клеткам и тканям, ведущим к старению.

Свободные радикалы – это молекулы с нестабильными электронами. Они называются так из-за своего свободного или нестабильного состояния, которое заставляет их "воровать" электроны у других молекул, вызывая окислительный стресс и повреждение клеток. Затронутые клетки, атакованные свободными радикалами, либо разрушаются либо сами становятся свободными радикалами, распространяя окислительную реакцию на прилегающие клетки. Повреждениям подвергаются в том числе ДНК, белки, пептиды и липиды, что в конечном итоге приводит к старению и болезням. Свободные радикалы образуются в организме в результате ряда процессов. Одним из основных источников является окислительное дыхание в наших клетках. Когда мы дышим кислородом, он вступает в химические реакции в нашем теле, в результате которых образуются свободные радикалы. Это происходит в митохондриях, органеллах клетки, которые служат "энергетическими станциями" организма. Это нормальный и неизбежный процесс, и не все свободные радикалы вредны. Они играют важную роль в ряде функций организма, включая борьбу с инфекциями. Проблемы возникают, когда образуется слишком много свободных радикалов или когда антиоксидантная защита организма ослабевает, что приводит к состоянию, известному как окислительный стресс.Наш организм имеет встроенные механизмы защиты от свободных радикалов, включая антиоксиданты, которые могут "обезвреживать" свободные радикалы, прежде чем они нанесут ущерб. Существуют также продукты и препараты, которые могут помочь бороться со свободными радикалами. Это включает в себя пищевые продукты, богатые антиоксидантами, такие как фрукты, овощи, орехи и зеленый чай, а также добавки, такие как витамины C и E.

Теория накопления ошибок Сцилларда

Лео Сциллард, венгерско-американский физик и биолог, внес значительный вклад в развитие теоретической физики и биологии в середине 20-го века. Он был одним из участников Манхэттенского проекта и принимал активное участие в разработке атомной бомбы. Однако в более позднем периоде своей карьеры, Сциллард начал уклоняться в сторону биологии и биофизики, что привело его к разработке своей теории накопления ошибок.Изучая влияние радиации на живые организмы, Сциллард предложил свою теорию накопления ошибок в 1959 году. Согласно этой теории, старение – это результат накопления различных ошибок в клетках и тканях организма в течение времени. Все биологические процессы в организме контролируются генами, которые содержатся в ДНК. Когда клетки делятся, они должны скопировать свою ДНК, чтобы передать её дочерним клеткам. Однако этот процесс не всегда проходит идеально, и иногда происходят ошибки копирования. Эти ошибки, или мутации, могут привести к изменениям в функционировании клеток и тканей. Со временем, эти ошибки накапливаются. Некоторые из них могут быть исправлены механизмами ремонта ДНК, но некоторые остаются. С возрастом количество этих неисправленных ошибок увеличивается, что ведет к появлению большого количества заболеваний и в том числе ускоренному старению организма (мы затронем эту тему более подробно в следующей главе про генетику).

Сенесцентные клетки

Знали ли вы, что зомби обитают не только в фильмах ужасов, но и внутри нас?! Зомби-клетками называют клетки, которые перестают делиться и выполнять присущие им функции, и в то же время вместо того, чтобы умереть и разложиться в нормальном процессе апоптоза, они продолжают находиться в нашем организме, заражая соседние здоровые клетки, и побуждая их также войти в это состояние сенесценции (старения).

Присутствие сенесцентных клеток вызывает множество проблем: они снижают ремонт и восстановление тканей, увеличивают хроническое воспаление и даже в конечном итоге могут повысить риск рака и других заболеваний, связанных со старением.

Изношенные или сильно поврежденные клетки обычно уничтожают себя через запрограммированную клеточную смерть, называемую апоптозом, и они также удаляются иммунной системой. Однако, с возрастом иммунная система ослабевает, и все больше старых и поврежденных клеток ускользают от этого процесса и начинают накапливаться во всех тканях организма. К тому времени, когда люди достигают старости, значительное количество этих устойчивых к смерти клеток накапливается, вызывая хроническое воспаление и повреждение окружающих клеток и ткани. Эти сенесцентные клетки являются одним из ключевых процессов в прогрессировании старения.

Однако, биология и наука не были бы таковыми, если бы ученые не продолжали делать новые открытия и периодически опровергать или дополнять прежние факты и теории. Так, например, в последнее время растет количество данных о том, что сенесцентные клетки могут оказывать благотворное влияние, особенно в процессах заживления ран и регенерации тканей. В частности, исследования на саламандрах показало, что стареющие клетки играют ключевую роль в восстановлении утраченных конечностей этих животных. Увеличение количества стареющих клеток в ране стимулировало регенерацию, приводя к быстрому восстановлению тканей.

Теория перекрестных сшивок

Теория перекрестных сшивок объясняет процесс старения с точки зрения химических изменений, происходящих в теле. Согласно этой теории, когда глюкоза связывается с белком в присутствии кислорода, происходят молекулярные изменения, которые ведут к образованию вредных перекрестных химических связей между белками и структурными молекулами. Это приводит к утрате функциональности молекул на базовом уровне и, со временем, накопление сшитых молекул повреждает клетки и ткани, увеличивая их жесткость и замедляя процессы в организме. В результате таких реакций ткани нашего организма теряют свою эластичность. Это можно наблюдать на примере кожи, которая со временем становится морщинистой в результате отвердения коллагена. Сшивки также влияют на повышение жесткости стенок кровеносных сосудов, замедленное заживление ран и снижение подвижности суставов. В целом, у клеток есть механизмы для разрушения подобных сшивок. Однако это требует от организма очень больших энергозатрат. К счастью, сегодня уже разрабатывают специальные препараты, которые «распускают» внутренние сшивки и превращают их в питательные вещества для клетки.