Як старіє людський організм

Чому люди починають старіти в 20-25 років, в якому віці організм втрачає здатність справлятися з новими захворюваннями, а також які успіхи вчені зробили в боротьбі зі старістю, розповідає відділ науки «Газети.Ru».

Старість не за горами

З віком ознаки старості виявляються все сильніше: кістки стають більш крихкими, зменшується тонус м'язів, з'являється сивина, ефективність роботи серцево-судинної системи знижується, в імунній системі гірше виробляються антитіла, хвороби «прилипають» частіше, а вилікувати їх складніше, спостерігаються розлади пам'яті і порушується діяльність нервової системи.

При цьому єдиної теорії появи причин і наслідків старості сьогодні немає. Більш того, старість взагалі не вважається хворобою.

Детальніше:

Точно відомо, що старіння дуже тісно пов'язано з розвитком достиглого стану (стан організму до досягнення репродуктивного віку). Якщо представник певного виду зростає і розвивається швидко, то і тривалість його життя буде невелика. Якщо зрозуміти, як саме регулюється швидкість розвитку організму, то з'явиться можливість вплинути і на процеси старіння, вважають вчені. Наприклад, людина може дожити до 100 років, а вік макаки обмежений 30 роками, хоча «все» 30 млн років тому люди і макаки були одним видом. У чому криється причина таких глобальних відмінностей в тривалості життя різних видів, вченим досі неясно.

Взагалі ж старіння - це процес, обумовлений багатьма факторами, дія яких накопичується протягом усього життя і призводить до підвищеної уразливості організму. Вченим не завжди вдається однозначно простежити причинно-наслідковий зв'язок «старість - хвороба» або «хвороба - старість», але в одному вони сходяться напевно: боротися зі старістю потрібно по всіх фронтах. Які ж фронти виділяють вчені?

«Фабрика лейкоцитів»

Організм починає старіти в 20-25 років. У цьому віці ми починаємо частіше хворіти, а лікуватися стає складніше. Вся справа в тому, що перешкодою на шляху хвороб в організмі є імунітет, чия головна функція - розпізнавання і знищення «чужих» клітин серед «своїх». Клітини імунітету - лімфоцити - потрапляють з кісткового мозку в вилочкової залози організму, яку також називають тимусом (в перекладі з грецького - «життєва сила»). Ці клітини вміють боротися з інфекційними мікроорганізмами, вірусами та іншими чужорідними елементами. Вони у великій кількості регулярно потрапляють в кров і «патрулюють» кровоносні магістралі.

Проблема полягає в тому, що вилочкова залоза розвивається лише до періоду статевого дозрівання, тобто приблизно до 20 років, після чого настає процес її деградації.

Детальніше:

Лімфоцитів утворюється все менше, рівень захисту організму сильно знижується. До 40 років організм ще може боротися з відомими йому захворюваннями, але проти нових, вперше виникли хвороб він стає практично безсилий. Тому з віком люди і починають хворіти частіше.

В'янення тимуса - це запрограмований еволюцією процес або результат накопичення помилок? Швидше за найперше, ніж друге. Але вчені все одно працюють над цією проблемою. Наприклад, було показано. що зміна всього лише одного гена у круглого хробака-нематоди C. еlegans призводить до збільшення тривалості його життя в два рази. Людина має набагато більш складну організацію, ніж черв'як, але це все одно можна вважати маленькою перемогою.

Ділитися або не ділитися?

Людина складається з органів, органи складаються з тканин, а тканини - з трильйонів клітин. Відповідно, старіння людини - це старіння його клітин, а точніше, їх інформаційно-спадкової системи, що зберігається в ядрах. По суті, клітини - це «КОЩЕЄВА яйце» нашого організму.

Уявіть, що кожна клітина - це маленький кубик, а людина - самозбирається конструктор. Конструктор цей настільки складний, що всередині кожного кубика є інструкція до збірки (її роль виконує спадкова інформація клітини - ДНК), а кожна деталь сама знає, де її місце, і рухається до нього дрібними кроками. Реалізація спадкової інформації і рух клітини в потрібному напрямку здійснюється завдяки внутрішнім молекулярним машин, що працюють, на жаль, зовсім не з бездоганною точністю.

І навіть наявність репаративних машин-механіків, спрямованих на виправлення огріхів машин-збирачів, не може гарантувати, що спадкова інструкція буде виконана без спотворень.

Для цього є безліч причин. Коли приходить час, клітина ділиться на дві ідентичних собі частини. Цьому передує подвоєння всіх внутрішніх складових клітини, щоб кожної дочірньої клітці дістався такий же повний набір. Найскладніше в цьому процесі - зробити точну копію інструкції до подальшої збірці.

Детальніше:

Молекулярна машина, яка називається ДНК-полімеразою і копіює спадкову інформацію, помиляється з частотою один раз на мільйон прочитаних нею нуклеотидів. Чудова точність, як може здатися. Але нуклеотидів в одному гені приблизно 10 4. число генів у геномі 3 * 10 4. а загальна кількість клітин, яким потрібно поділитися в людському тілі, - 10 13. Виходить, що в сумі помилок допускається чимало і з часом вони накопичуються в геномі. Чим частіше клітина ділиться, тим більше накопичується помилок. Таким чином, клітина завжди як би стоїть перед вибором: або часто ділитися, збільшуючи тим самим ризики мутацій, або знизити свою активність і ділитися рідше, скоротивши тим самим швидкість росту популяції клітин, що може бути критично, якщо клітини живуть в агресивному середовищі. Другу стратегію вибирають нейрони, які практично не здатні до поділу. Стовбурові клітини людини теж намагаються ділитися якомога менше, щоб випадково не викликати мутацію.

Але не всі клітини можуть собі дозволити статичне існування, адже якщо вони не будуть ділитися, то в організмі просто буде нікому працювати.

Виходить, час працює проти нас. Чим старша людина, тим більше мутацій його в клітинах, а коли їх стає занадто багато, клітина перестає ділитися зовсім і вмирає - йде в стан апоптозу. Спроби посилити репараційний апарат клітин можуть принести перемогу на цьому полі бою. А ось штучна скасування апоптозу - ідея суперечлива. Вжити це можна, зробивши клітини безсмертними, але нескінченна життя з набором всіляких хвороб, викликаних мутаціями, - це не те, про що мріють люди.

межа поділу

У 1961 році професор анатомії Каліфорнійського університету Леонард Хейфлик встановив, що людські клітини шкіри в лабораторних умовах мають межа поділу - не більше 50 разів, після чого їх чекає смерть. Феномен отримав назву «межа Гейфліка», але причина такої поведінки клітини стала ясна пізніше.

При кожному діленні клітини кінцеві ділянки спадкової «інструкції» (ДНК), звані теломерами, не можуть бути скопійовані повністю, що пов'язано зі специфікою механізму копіювання. Отже, при кожному клітинному розподілі кінці теломерів трохи коротшають. У якийсь момент «краю» ДНК коротшають настільки, що клітина вже не може ділитися зовсім. Саме в цьому, згідно теломерной теорії, і полягає суть процесу старіння клітин.

Детальніше:

Спочатку наукове співтовариство повірило в відкриття ключа до продовження життя, і теломераза стала кандидатом на титул свого роду філософського каменю.

Але тут на дослідний ринг знову вийшли українські вчені, які в експериментах на мишах показали, що збільшення кількості теломерази не призводить до істотного збільшення тривалості життя. Всі миші - як дикі (з короткими теломерами), так і лабораторні (з довгими теломерами) - живуть приблизно однаковий термін. І зараз ситуація на цьому фронті поки без змін, а вчені поки не розуміють. чи впливає якось подовження теломер на старіння організму чи ні.

сусідська дружба

Між клітинами є зчеплення, які називаються мембранними білками. Завдяки цим зчепленням клітини знають все про своїх «сусідів», отримують сигнали від них, а їх з'єднання не розвалюється. Але зчеплення з часом слабшають, клітини перестають триматися разом і не можуть дізнатися, що відбувається з їх «сусідами». Вони стають одинаками, втрачають всі зв'язки із зовнішнім світом, і «конструктор» розсипається.

Якщо уявити клітину організму у вигляді кімнати, то мембранний білок буде ручкою від вхідних дверей. При цьому частина ручки знаходиться зовні кімнати і проникає в сусіднє приміщення, а частина розташована всередині кімнати. Варто «сусідові» потягнути за ручку, як двері відкриваються, і тоді в кімнату-клітку можна зайти.

Саме так в клітку потрапляють великі і малі біомолекули, які, передаючи інформацію, запускають або зупиняють, прискорюють або уповільнюють життєво важливі процеси.

Детальніше:

Але якщо ручка ламається, то в кімнату нічого не може потрапити, і інформація - наприклад, від органів почуттів - може залишитися на порозі пошкоджених клітин, не дійшовши до мозку для обробки. Так порушуються сигнальні шляхи в клітинах, що призводить до нейродегенеративних захворювань - ще одному супутнику старіння.

Тривалість життя vs якість життя

Ми всі старіємо і рано чи пізно помремо - така жорстока природа людини. Але кожному з нас хочеться прожити довше, причому продовжити той період життя, коли організм здоровий, активний і міцний. Тому сили вчених кинуті нема на збільшення тривалості життя (lifespan), а на продовження активного періоду життя - healthspan.

Довгий healthspan гарантований, якщо зменшити ймовірність захворювання або збільшити ймовірність одужання. У будь-якому з цих сценаріїв потрібно мінімізувати вік-залежні захворювання. Зараз дослідники приділяють особливу увагу таким хворобам, як рак, катаракта, діабет другого типу, серцево-судинні захворювання, хвороба Альцгеймера і т.д. ВУкаіни питаннями здорового довголіття на різних рівнях займаються у багатьох дослідницьких інститутах і центрах. Одним з таких є недавно створений в МФТІ «Центр досліджень молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань», в якому патології досліджуються на рівні мембранних білків. Зокрема, цим займається Лабораторія перспективних досліджень мембранних білків спільно із зарубіжними колегами.

Довгий час вважалося, що причина хвороби - амілоїдні бляшки. У мозку людини з віком в зайвій кількості може накопичуватися речовина - мономер бета-амілоїд. Це побічний продукт неправильного розпаду мембранного білка, що відповідає за ріст і дозрівання нервових клітин. Відкладення бета-амілоїд називають бляшками. Бляшки, обліплені клітку, призводять до запуску механізмів апоптозу.

Все найстрашніше, однак, відбувається всередині клітини, на її енергетичних станціях.

Детальніше:

Бета-амілоїд з мембрани клітини потрапляє всередину, кріпиться на мембрані мітохондрій і тим самим збиває всі енергетичні та сигнальні процеси клітини, тільки після цього пошкоджена клітина йде в апоптоз. Загибель нейронів, які практично не відновлюються, згубно позначається на всіх процесах мозку, порушуються нейронні зв'язки, людина перестає щось пам'ятати і не здатний вчитися новому. Зараз вчені працюють над тим, щоб запобігти потраплянню бета-амілоїду в мітохондрії.

У вивченні процесів старості вчені також роблять успіхи. Так, зовсім недавно дослідники з'ясували. що клітини різних органів тіла старіють з різною швидкістю, наприклад печінку старіє швидше головного мозку. Пояснюється це тим, що клітини різних органів мають неоднакові властивості: так, клітини печінки оновлюються досить часто і накопичують мутації. У той же час велика частина нейронів головного мозку «живе» в ньому від народження організму до його смерті, а це значить, що нейрони повинні володіти «вродженої» здатністю протистояти часу.

Ще одна група вчених завдяки вивченню теломерів з'ясувала. що організм деяких людей старіє з потроєною швидкістю, «долаючи» три роки за 12 місяців (це означає, що біологічний вік їх органів та тканин перевищує фактичний вік в три рази). Є, однак, і такі люди, які старіють повільніше, їх біологічний годинник відміряють рік за 16,5 календарного місяця. В ході 12-річної роботи вчені прийшли до висновку: генетика відповідає за швидкість старіння організму лише на 20%, решта 80% - це внесок нашого способу життя (заняття спортом, харчування, екологія і так далі).

Незважаючи на всі успіхи вчених, говорити про перемогу над старістю ще дуже рано. Проте вже зроблені відкриття дають надію, що коли-небудь «ліки від старості» - або хоча б призвела до затримки старість - все-таки буде створено.