Когда-нибудь, как полагает Артур Гэлстон, биолог из Йельского университета, в распоряжении человека вполне может появиться "омолаживающий коктейль", который замедлит или обратит вспять процесс старения. Но, добавляет он, так как старение вызывает разнообразные изменения в клетках, едва ли "один какой-нибудь эликсир сможет подавить все дегенеративные изменения". По мнению Гэлстона, "омолаживающий коктейль", этот "источник вечной юности", будет сложным, многокомпонентным напитком, содержащим комбинации лекарств, гормонов и ферментов. Чтобы понять, почему понадобится именно такая сложная смесь, нам придется пройти по крайней мере по пяти разным дорогам теории старения. А чтобы в них не заплутаться, нужно понять, как клетки живут, стареют и гибнут, ибо наша старость начинается именно в клетках нашего организма.

Жизнь клеток

Клетка, мельчайшая составная единица организма, обладающая всеми свойствами живого, воспроизводится путем деления, в результате которого из одной клетки возникают две. Все клетки происходят от уже существующих. Так, одна клетка зародыша цыпленка делится на две, в свою очередь эти две делятся, давая четыре, и так далее, пока не возникнут те миллиарды клеток, из которых состоит только что вылупившийся цыпленок. Та же картина наблюдается у человека: триллионы клеток взрослого человека происходят из одной — оплодотворенной яйцеклетки. Каждая клетка делится посередине на две равные части; таким образом, две новые клетки, поначалу меньшие "материнской", в равных долях получают все многообразные химические компоненты, необходимые для процесса обмена веществ (т. е. химических реакций, снабжающих клетку энергией). Обе клетки окружены прочной оболочкой, регулирующей поступление питательных веществ и выведение продуктов распада.

В состав клеток входят несколько основных типов химических веществ, называемых органическими молекулами ("органические" — относящиеся к жизни): углеводы, жиры, белки и нуклеиновые кислоты. Все эти крупные, сложные молекулы играют особую роль в жизни клетки. Углеводы дают энергию, необходимую для функционирования клеток. Жиры служат источником, из которого черпается энергия в клетках, — своего рода резервный запас на тот случай, если возникнет дефицит сахара. Жиры также входят в состав клеточных мембран. Белки, которые также входят в состав клеточной мембраны (и которые вместе с жирами регулируют проникновение химических веществ в клетку и из нее), находятся и внутри клетки, в так называемой цитоплазме, содержащей растворенные в воде химические вещества. Некоторые из этих внутриклеточных белков, называемых ферментами, ускоряют ход многих химических реакций обмена веществ, которые в противном случае проходили бы недостаточно быстро для поддержания жизни клетки. Нуклеиновые кислоты в основном находятся внутри особой клеточной структуры, называемой ядром. Ядро представляет собой сферическую структуру, расположенную примерно в центре каждой клетки. Нуклеиновые кислоты бывают двух основных типов: дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, и рибонуклеиновая кислота, или РНК. Обе представляют собой длинные, сложные цепочки атомов.

Рис. 6. Типичная животная клетка

В 1940 г. группа бактериологов Рокфеллеровского института в Нью-Йорке, возглавляемая Освальдом Эвери, установила, что ДНК-молекула, несущая информацию, которая кодирует протекание всех химических реакций и структуру клетки. Исследователям удалось доказать, что ДНК в известной мере определяет жизнь, рост и размножение клетки.

Открытие ключевой роли ДНК в метаболизме клеток дало толчок к своеобразным международным состязаниям ученых по расшифровке структуры ДНК и способов, которые позволяют этой структуре управлять всеми химическими процессами в клетке. Эти состязания выиграли в 1953 г. два молодых специалиста по молекулярной биологии в Кембриджском университете — Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон. Они показали, что ДНК управляет обменом веществ, строением и делением клетки посредством РНК, которая действует в качестве матричной молекулы, направляющей синтез белков. В свою очередь, белки управляют обменом веществ в клетке, формируют ее основные структурные элементы и участвуют в регуляции деления клетки. При делении клетки две "дочерние" клетки, как их называют генетики, не только получают полный набор белков, жиров и углеводов, но и жизненно важный компонент — ДНК, которая будет управлять их метаболизмом и ростом.

Биологам конца минувшего столетия клетки казались структурами чудесными и таинственными. Исследуя одноклеточные организмы, такие, как амеба, они обнаружили, что клетки практически бессмертны до тех пор, пока они растут, делятся и избегают нападения микроскопических хищников. В 20-30-х годах текущего века эксперименты таких биологов, как Алексис Каррель, как бы подтверждали, что отдельные клетки и в самом деле бессмертны и что старение и смерть — это свойства лишь крупных комбинаций клеток, как, например, в организме человека. Каррель сумел выделить клетки из сложного организма цыплят, и эти клетки, казалось бы, продолжали поддерживать обмен веществ и делиться годы спустя после смерти того цыпленка, у которого они были взяты. Но, как выяснилось, Каррель ошибался.

Эксперименты Хейфлика : генетические пределы жизни

В 1961 г. д-р Леонард Хейфлик, в ту пору работавший в Станфордском университете, в ходе экспериментов по изучению рака обнаружил, что клетки человека, растущие в культуре (химической питательной среде, обеспечивающей их энергией и веществами, необходимыми для жизни), делятся только ограниченное число раз за тот период, пока их потомство стареет и умирает. Число делений, которое могли претерпеть выделенные из человеческого эмбриона клетки, оказалось равным примерно 50. Клетки, полученные от более старых людей, претерпевали еще меньше делений, а затем гибли. Например, клетки, взятые у взрослого человека, способны делиться примерно раз двадцать.

Хейфлик и другие исследователи культивировали также клетки животных и доказали, что число делений зависит от того, сколько в норме живет это животное. Так, для клеток норки, продолжительность жизни которой составляет около 10 лет, число делений меньше, чем для клеток человека, а для клеток мыши, живущей примерно три года, делений еще меньше, чем для клеток норки. Хейфлик пришел к выводу, что смерть всех клеток, принадлежащих животным или человеку, отражает процесс старения на уровне отдельной клетки, а стареют клетки оттого, что существует генетический предел продолжительности их жизни.

По мнению Хейфлика, этот генетический предел программируется информацией, заключенной в длинных, сложных цепях атомов ДНК в ядре каждой клетки. Следовательно, старение оказывается структурно обоснованной, "встроенной" особенностью клеточной структуры; все нормальные клетки заранее обречены на необратимое увядание.

Ученые в массе своей приняли в штыки эти выводы, и большинство из них осталось неколебимо верным общепринятому мнению, согласно которому клетки в культуре практически бессмертны. Еще в 1974 г. Хейфлик утверждал, что "даже сейчас, тринадцать лет спустя после того, как первоначальное открытие получило подтверждение буквально в сотнях лабораторий всего мира, многие упорно отказываются ему верить".

Теория предопределенного генетического предела старения Хейфлика находит подтверждение при изучении идентичных близнецов, в частности в опытах д-ра Лисси Джарвика из Колумбийского университета. В отличие от всех других людей идентичные (однояйцевые) близнецы имеют во всех клетках одну и ту же ДНК. Это объясняется тем, что в таких случаях (но не в случае обыкновенных двойняшек) оплодотворенное яйцо при первом делении в матке матери дает не две клетки, которые станут частью одного эмбриона, а образует два одноклеточных эмбриона, идентичных во всех отношениях, в том числе и по структуре ДНК. Такие близнецы не только абсолютно идентичны по внешним признакам, определяемым структурой ДНК, — цвету волос и глаз, росту, чертам лица и т. д., - но и по химическим процессам (также управляемым ДНК), протекающим в каждой отдельной клетке. И если ДНК клеток идентичных близнецов несет информацию, которая определяет продолжительность жизни человека, то у близнецов эта продолжительность должна быть одинаковой. Работы Джарвика подтвердили, что продолжительность жизни близнецов в общем одинакова.

Исходя из 50 делений эмбриональных человеческих клеток в изолированных культурах, Хейфлик рассчитал, что продолжительность жизни человека должна составлять 110–120 лет — именно этот срок понадобится, чтобы такое количество делений произошло в организме человека. Однако лишь 0,1 % человечества когда-либо доживала до 110-летнего возраста. Это обстоятельство несколько обескуражило Хейфлика: ведь если клетки человеческого организма способны жить в культуре срок, эквивалентный 110–120 годам, то теоретически и сами организмы, из которых взяты клетки, могут жить до такого же возраста.

После более внимательного изучения культур клеток Хейфлик заметил, что задолго до того, как клетки перестают делиться, специфически изменяются их структура и функции: снижается способность вырабатывать энергию, недостаточно быстро синтезируются ферменты и в каждой клетке накапливается все больше отходов. Значит, сделал вывод Хейфлик, возрастные изменения в клетках "играют главную роль в проявлении старения тела и приводят к смерти индивидуума… намного раньше, чем его клетки прекращают деление". Когда в комплексном наборе взаимозависимых клеток, который представляет собой человеческий организм, накапливается достаточное количество возрастных изменений в жизненно важных органах — например, в клетках сердца или мозга, — тело умирает, хотя в нем могут оставаться еще немало жизнеспособных клеток. А это значит, что если бы нам удалось замедлить структурные и функциональные изменения, возникающие в наших клетках, то нам удалось бы дожить до "генетического предела старения" Хейфлика.

Делались попытки объяснить, каким образом этот генетический предел проявляется в клетках нашего тела. Все они исходят из того, что старение есть не что иное, как потеря контроля над различными процессами в организме; многие ученые признают, что эти потери происходят на клеточном уровне, в ДНК самих клеток. Перечислим пять основных современных теорий старения:

1) гипотеза ошибок;

2) теория свободных радикалов;

3) теория поперечных сшивок;

4) гипотеза мозговой регуляции;

5) аутоиммунная теория.

Хотя большинство геронтологов сходятся на том, что старение обусловлено одновременно несколькими причинами, поборники каждой из перечисленных выше теорий располагают доказательствами своих идей, и, что гораздо важнее, получили экспериментальные подтверждения, которые, по словам Алекса Комфорта, "сейчас кажутся весьма многообещающими с точки зрения понимания и направленного изменения процессов старения".

О мышах и людях

Как вы увидите, большинство экспериментов было произведено на крысах и мышах; они подтвердили, что у этих животных можно изменить ход старения. Однако можно ли опираться на эти результаты, чтобы предотвратить старение человека?

На этот вопрос есть несколько ответов, и самый, быть может, убедительный из них — то, что геронтологи не стали бы заниматься опытами на животных, не надейся они извлечь из них пользу для людей. Ведь эти ученые не ставят своей целью продление жизни мышей и крыс, их цель — продлить здоровую жизнь человека.

С биологической точки зрения имеются убедительные основания полагать, что данные, полученные в опытах на грызунах, окажутся применимыми и к человеку. Крысы и мыши — животные, покрытые шерстью и вскармливающие свое потомство молоком, т. е. млекопитающие, как и мы с вами. Все млекопитающие, в том числе и человек, страдают в основном теми же заболеваниями, нуждаются для сохранения здоровья примерно в сходном питании, имеют те же органы, вырабатывают те же гормоны, и картина их старения в общих чертах сходна, хотя стадии, которые человек проходит за много лет, у мышей и крыс могут занять всего лишь месяцы. Собственно говоря, потому-то эти мелкие животные и являются удобным материалом для экспериментов: так как живут они всего около трех лет, каждый эксперимент по продлению жизни может быть осуществлен за короткое время.

Кроме того, на клеточном уровне, где и может в основном происходить старение, люди и грызуны очень похожи друг на друга. Клетки человека, как и клетки грызунов, управляются ДНК, которая считывается в виде РНК; последняя, в свою очередь, транслируется с образованием белков. И если правы те многочисленные геронтологи, по мнению которых причина старения находится в клетках, то любой фактор, воздействующий на старение путем влияния на ДНК, РНК или белки грызунов, весьма вероятно, действует таким же образом на старение человеческих клеток.

Многие достижения современной медицины, продлившие нашу жизнь по сравнению с началом века примерно на три десятка лет, стали возможными благодаря опытам на грызунах и низших организмах. Такие спасительные лекарства как пенициллин сначала были испытаны на грызунах. Эта традиция проверки на животных, прежде чем применять различные препараты на человеке, стала настолько общепринятой, что федеральное законодательство теперь требует испытания всех лекарств на животных, а затем уже на людях.

Разумеется, между грызунами и людьми существуют различия, поэтому некоторые средства, продлевающие жизнь грызунам, могут оказаться неэффективными для человека. Но, как утверждает Алекс Комфорт, "в высшей степени вероятно, что уже известные методы изменения продолжительности жизни грызунов могли бы дать положительные результаты и для изменения процесса старения у человека при условии их быстрой и этически безупречной проверки".

Теория 1: старение по ошибке

Химические реакции обмена веществ, происходящие в клетке, не стопроцентно точны. Из-за этой неточности клетки могут совершать "ошибки" при образовании новых молекул ДНК, РНК или белков. Загрязняющие химические вещества (выхлопные газы, фабричный дым, дым сигарет и т. д.) в воздухе, пище или воде, которые мы усваиваем, также могут поражать молекулы ДНК, РНК и белков. В нашем организме существуют тонкие механизмы восстановления (репарации), состоящие из набора ферментов, которые способны распознавать эти поврежденные и неполноценные молекулы и либо разрушать их, либо "ремонтировать". Но даже эти "ремонтные системы" несовершенны и относительно небольшие ошибки могут ускользнуть из-под их контроля.

Многие геронтологи считают, что старение — результат накопления таких неисправленных ошибок. По словам Хейфлика, "потеря точной или надежной [[контролирующей] информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода "поражений", "повреждений", "погрешностей" или "ошибок", нормальные биологические процессы прекращаются и возрастные изменения становятся очевидными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления".

Некоторые геронтологи, и среди них Ф. Маррот Сайнекс из Медицинской школы Бостонского университета, полагают, что ключевым моментом в старении являются ошибки в ДНК. Необратимые изменения в химической структуре длинных, образующих ДНК цепочек атомов получили название мутаций. По Сайнексу, мутации — это изменения в информации, зашифрованной в структуре ДНК, которая контролирует функционирование клетки. Мутации могут возникать в результате неисправленных ошибок при образовании новой ДНК, в результате ошибок в процессе восстановления или из-за повреждения ДНК загрязняющими химическими веществами. Мутации в ДНК клетки могут привести к тому, что клетка начнет синтезировать измененную РНК, а это в свою очередь приведет к синтезу измененных белков — ферментов. Видоизмененный фермент может работать хуже нормального, а то и вовсе не работать. В итоге реакции обмена веществ, в которых участвует такой дефектный фермент, могут прекратиться, и клетка перестанет выполнять свои функции или даже погибнет.

Теория старения в результате накопления мутаций впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом, который пришел к этому выводу, наблюдая за действием радиации на людей и животных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения людей и животных. И хотя он не сумел объяснить, каким образом мутации возникают у людей и животных, не подвергавшихся облучению, по его мнению, они, возможно, есть не что иное, как результат естественных повреждений клеток.

Некоторые современные геронтологи, в частности д-р Говард Кёртис из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке, разделяют точку зрения Сциларда и также считают, что старение вызывается накоплением в течение жизни неисправленных мутаций, разрушающих функциональные потенции клетки. Кёртис полагает, что старение, вызванное мутациями, можно предотвратить или по крайней мере замедлить, исправляя посредством генной инженерии те процессы в клетках тела, которые обусловливают репарацию (ремонт) ДНК.

По мысли некоторых ученых, обусловленное мутациями ДНК старение не так серьезно, как старение, вызванное неисправленными повреждениями РНК, белков и ферментов. Д-р Лесли Оргел из Института Солка в Ла-Хойе (Калифорния) предположил, что ошибки в синтезе РНК и белков приводят к старению клеток в результате, как он это назвал, "катастрофы ошибок". Каждая молекула РНК, считанная с ДНК, ответственна за синтез множества копий определенного фермента; РНК служит "матрицей", с которой делается множество идентичных копий молекулы белка. Следовательно, при дефектной РНК каждая белковая молекула, сходящая с "конвейера", будет так же дефектна и не сможет эффективно участвовать в реакциях обмена веществ. Кроме того, некоторые ферменты участвуют в производстве белков на базе "матричной" РНК, а другие осуществляют синтез РНК на матрице ДНК. Значит, если ошибка вкралась в структуру РНК или белка, она будет производить все более ущербные "матрицы", что и приведет к кумулятивному эффекту — лавинообразному накоплению ошибок и к последней катастрофе — смерти.

Ученые обнаружили, что действие ферментов из культуры старых человеческих клеток ненормально: 25 % таких ферментов дефектны, что служит подтверждением теории "катастрофы ошибок" Оргела. И хотя это еще не окончательное доказательство, можно надеяться, что попытки предотвратить старение, вызванное накоплением ошибок, окажутся успешными. Возможно, понадобится устранять не первичную ошибку на молекулярном уровне, а лишь ее последствия. Один из способов замедления аккумуляции ошибок, который предлагает Алекс Комфорт, заключается в некотором замедлении скорости процессов обмена веществ в клетках, что уменьшает вероятность возникновения ошибки. Этого можно добиться путем понижения температуры тела; как подтвердили опыты, жизнь низших животных — рыб и черепах — действительно от этого удлиняется. Пользуясь разрабатываемыми сейчас методами, в частности теми, что были рассмотрены в предыдущей главе, мы сможем понизить и температуру собственного тела.

Теория 2: истребление свободных радикалов

Изображения или модели ДНК, РНК и белковых молекул часто представляются в виде жестких, статичных конструкций наподобие мостов; на самом же деле это нестабильные, длинные, похожие на цепи структуры, состоящие из тысяч молекул, которые довольно легко распадаются на звенья. Внутри клетки они постоянно подвергаются атакам со стороны других молекул — одни из них представляют обычные продукты клеточного метаболизма, другие — вещества, загрязняющие окружающую среду, в частности свинец. Таким образом, в клетке постоянно образуются новые молекулы, заменяющие поврежденные.

В процессе обмена веществ образуются молекулы особого рода, которые называются свободными радикалами; они имеют сильную тенденцию соединяться с другими молекулами. Иногда клетки производят свободные радикалы для облегчения процесса обмена веществ, и появляются они чаще всего в ходе тех реакций, которые потребляют кислород для "сжигания" углеводов и протекают с выделением энергии. Порой свободные радикалы возникают случайно, когда кислород, всегда присутствующий в клетке и обладающий высокой активностью, соединяется с молекулами клетки.

По определению Алекса Комфорта, свободный радикал — это "высокоактивный химический агент, готовый соединиться с чем угодно". В результате бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их главным определяющим фактором биологического старения.

Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы, — применение так называемых антиоксидантов. Любопытно, что одна из наиболее активных программ по изучению антиоксидантов проводилась промышленностью пищевых упаковок, где пытались найти средства против вредного воздействия свободных радикалов на долго сохраняющиеся продукты, которые подвергаются влиянию кислорода воздуха. Самый распространенный в США антиоксидант называется ВНТ; он ежегодно производится пищевой промышленностью в огромных количествах. На всех этикетках круп, жевательной резинки, маргарина, соды, картофельных хлопьев и других пищевых продуктов можно найти надпись: "Для сохранности добавлен ВНТ". Работы д-ра Денхэма Хармена из Медицинского колледжа Университета штата Небраска (ранее Хармен работал химиком в компании "Шелл", но его так заворожили "бессмертные" клетки цыпленка, описанные Алексисом Каррелем, что он уволился и поступил в медицинский институт, чтобы посвятить себя изучению процесса старения) показали, что крысы, которым скармливался ВНТ, живут на 20 % дольше, чем крысы, не получавшие этого препарата. Вслед за Харменом Комфорт показал, что антиоксидант этоксихин увеличивает продолжительность жизни мышей примерно на 25 %. Судя по всему, другие антиоксиданты продлевают жизнь крыс и мышей на 15–20 %.

В настоящее время ВНТ и другие антиоксиданты нельзя рекомендовать людям для употребления в таких количествах, в каких они используются в экспериментах на животных. Но все же их можно рассматривать как один из способов продления жизни — при условии, что будут найдены более безопасные антиоксиданты.

Другая атака на старение, вызванное свободными радикалами, была продемонстрирована в 1973 г. д-ром Ричардом Хохшилдом, президентом компании микроволновой аппаратуры в Корона дель Мар (Калифорния). Вводя мышам препарат, называемый центрофеноксином, Хохшилд обнаружил, что их жизнь удлиняется на 40 %. Он также вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11 %.

Центрофеноксин применяется в ряде стран Европы и во всем мире (кроме США) для устранения симптомов ряда нарушений, причина которых кроется в мозге: затрудненного чтения, косноязычия и скованности движений. По утверждению Хохшилда, препарат не повредил экспериментальным животным и определенно способствовал большей продолжительности их жизни. Кроме того, его уже некоторое время используют для лечения больных, страдающих мозговыми расстройствами; следовательно, он также безопасен для людей, как и для крыс. Время покажет, сможет ли центрофеноксин продлить нашу жизнь; добавим только, что лекарство является производным диметиламиноэтанола, близкого к другому химическому веществу — диэтиламиноэтанолу, образующемуся при инъекциях людям геровитала, препарата против старения.

Еще один путь предотвращения старения, вызванного свободными радикалами, — разнообразные диеты. Как полагает Хармен, липиды, особенно ненасыщенные, которыми богаты масла и растительные продукты, участвуют в свободнорадикальных реакциях и таким образом могут способствовать ускоренному старению. Скармливая мышам повышенные дозы ненасыщенных липидов или увеличивая процентное содержание таких жиров в их пище, Хармен добивался сокращения сроков жизни животных.

Защитой от свободных радикалов является и витамин Е. "Старение обусловлено процессом окисления, — говорит д-р А. Тэппел из Калифорнийского университета в Дэвисе, — а так как витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому процессу в организме". Хотя самому ученому до сих пор не удалось доказать, что дополнительные дозы витамина Е способствуют продлению жизни мышей или крыс, он продемонстрировал, что недостаточное содержание этого витамина в их корме определенно сокращает срок жизни этих животных. Он также изучал состав пищи многих американцев и пришел к выводу, что она неполноценна во многих отношениях, в том числе в ней недостаточно витамина Е. Тэппелу принадлежат такие слова: "Поскольку биохимически недостаток витамина Е и процесс старения… идут параллельно, очевидно, что следует обратить внимание на недостаточное содержание витамина Е у человека… Оптимизация потребления витамина Е может замедлить процесс старения".

Тэппел указывает также, что в пище должно содержаться достаточное количество витамина С — он действует синэргически, способствуя более эффективному удалению свободных радикалов витамином Е. Тот же Хармен уверяет, что за счет различных поправок в нашей пище, а именно за счет снижения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1 % и потребления достаточных количеств витаминов Е и С, можно добиться, придерживаясь правильной диеты, продления жизни. Он убежден, что такой подход к диете людей пожилого возраста может дать значительный положительный эффект. Диеты "с учетом свободных радикалов", заключает Хармен, открывают перед нами "перспективы продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет".

Теория 3: старение от "поперечных сшивок"

Юхан Бьёркстен возглавляет некоммерческий Исследовательский центр в Мэдисоне (штат Висконсин), который он основал в 1952 г. для проведения геронтологических исследований. Бьёркстен начал свою деятельность в геронтологии весьма необычно. В начале 40-х годов он работал биохимиком в фирме "Дитто" (которая в те времена была самым крупным производителем пленки для процесса, предшествующего ксерокопированию) и занимался исследованиями, целью которых было предотвратить порчу ("старение") пленки. Основным ингредиентом пленки, помимо специальных химических добавок, без которых копирование невозможно, является желатин — студнеобразная взвесь белков в воде. Бьёркстен обратил внимание на сходство процессов старения желатина пленки и подобных ему белков в организме — хрящей и связок. Оба процесса связаны с реакциями в белках, приводящими к потере эластичности.

Бьёркстена заинтересовало следующее обстоятельство: скованность в мышцах и суставах пожилых людей очень напомнила ему процесс дубления, при котором белки в коже или желатине затвердевают под воздействием определенных химикатов. Бьёркстен знал, что при дублении между молекулами белков образуются своеобразные химические "мостики", которые носят название поперечных сшивок, и ему пришла в голову мысль о том, что старение человека может объясняться возникновением таких же "мостиков". В 1942 г. он выразил эту мысль следующим образом: "Мне кажется, что старение живых организмов обусловлено случайным образованием (путем "сшивания") мостиков между молекулами белков, которые репарирующие ферменты клетки уже не в состоянии разорвать".

Продолжая работать над теорией сшивок, Бьёркстен открыл, что имеется еще один тип сшивок — в молекулах ДНК. Как видно из рис. 7, ДНК состоит из двух длинных, закрученных цепочек атомов, связанных непрочными связями. По мысли Бьёркстена, возникающие между двумя цепочками поперечные сшивки не могут быть разрушены нормальными репарационными системами клетки. Этот неустранимый "мостик" мешает синтезу РНК на ДНК, что в свою очередь нарушает процесс образования жизненно необходимых белков, которые должна производить РНК Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК в процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток.

Рис. 7. Поперечная сшивка. Слева: нормальная ДНК; справа : ДНК с поперечной сшивкой

Образование сшивок в белках и ДНК может быть вызвано многими химическими веществами, которые обычно находятся в клетках в виде продуктов процесса обмена, или загрязнителями вроде свинца или компонентов табачного дыма. Разнообразие и количество веществ, вызывающих "сшивки" в нашем организме, так велико, утверждает Бьёркстен, что тут уже не спрашиваешь, достаточно ли этого, чтобы вызвать старение, а только удивляешься, почему старение протекает так медленно.

Доказательствами теории Бьёркстена занимался финский ученый Э. Хейккинен из Университета в Турку, который продемонстрировал прогрессирующее с возрастом накопление "сшивок" в коже крыс. Другие исследователи обнаружили подобные же возрастные накопления сшивок в артериях, хрящевой ткани и мышцах не только у крыс, но и у людей.

Но Бьёркстен не остановился на теоретических изысканиях. Много лет он занимался исследованиями, которые, по его замыслу, должны были найти практическое применение в борьбе со старением, вызванным "сшивками". Ряд экспериментов проводился на почвенных бактериях, которые обладают способностыо расщеплять "сшитые" молекулы, так как обитают в среде, где основным источником их питания служат именно "сшитые" молекулы мертвых тканей, например опавших листьев. По мнению Бьёркстена, некоторые из этих бактерий синтезируют ферменты, которые позволяют им расщеплять такие "сшитые" молекулы на усваиваемые фрагменты. Пока ученому удалось выделить около 140 таких культур бактерий. Ему удалось также выделить ферменты из этих бактерий, и он обнаружил, что один из этих ферментов оказался особенно эффективным при разрушении "сшивок" в мертвой ткани тела человека. В опытах на живых мышах он показал, что фермент не токсичен; более того, мыши старели медленнее и жили несколько дольше, чем мыши, не получавшие фермента. Однако пока невозможно сделать какие-либо конкретные выводы на основании немногочисленных опытов на животных, целью которых была только проверка на токсичность.

Вместе с тем не исключено, что потенциальные возможности ферментов, открытых Бьёркстеном, могут заключаться не только в замедлении процесса старения или в омолаживающем эффекте. Их особенности позволяют надеяться, что они окажутся эффективными "растворителями" веществ, вызывающих атеросклероз. Атеросклероз — "затвердение артерий" — главный убийца мужчин в США, ибо он является причиной инфарктов и инсультов. И хотя мы до сих пор многого не знаем об атеросклерозе, известно, что "затвердение" вызывается отложением на стенках артерий определенного сочетания жиров и белков, соединенных огромным количеством "сшивок". Если ферменты Бьёркстена и в самом деле смогут устранить атеросклероз, вполне возможно, что они добавят лет двадцать к средней продолжительности жизни человека, так как помогут предотвратить инфаркты и инсульты.

Теория 4: нарушение регуляторной функции мозга

Человеческий организм хорошо функционирует только в том случае, если все его части взаимодействуют четко и в должной последовательности. На эту необходимость слаженного физиологического функционирования различных систем организма впервые обратил внимание еще в прошлом веке блестящий французский философ и физиолог Клод Бернар. Исследования Бернара помогли нам понять, как протекает процесс пищеварения, каким образом углеводы запасаются в печени, чтобы использоваться затем в случае необходимости, и как работают мозг, сердце и плацента.

Бернар обратил внимание на то, что клетки тела омываются внеклеточной жидкостью, похожей на кровь, и что она доставляет питательные вещества и кислород из крови в клетки, а также уносит шлаки, в том числе двуокись углерода, из клеток в кровь. Бернар придавал большое значение сохранению этой жидкости в теле для нормального функционирования клеток; он назвал ее milieu interieur — внутренней средой организма. Он писал: "Неизменность внутренней среды организма есть непременное условие свободной и независимой жизни… Все жизненные механизмы тела, сколь бы разнообразны они ни были, служат одной-единственной цели: сохранению постоянства условий жизни во внутренней среде организма".

Вслед за Бернаром другие физиологи также начали сознавать, что для нормального функциоиирования организма необходима согласованная работа всех его частей. В самом начале нашего века Уолтер Кэннон, профессор физиологии Гарвардского университета, назвал способность организма регулировать функции и взаимодействие всех его частей гомеостазом (от греческих слов homoios — "подобный" и stasis — "неподвижность"). Кэннон подчеркнул, что гомеостаз так же необходим для организма в целом, как и, по мнению Бернара, для внеклеточной жидкости.

Согласно высказываниям советского ученого В. М. Дильмана (Научно-исследовательский онкологический институт им. Н. В. Петрова в Ленинграде), основным условием поддержания гомеостаза является "скоординированная деятельность двух главных регулирующих систем — эндокринной и нервной". Эндокринные железы — это органы, выделяющие в кровь гормоны: щитовидная железа, околощитовидные железы, яичники и яички, надпочечники, поджелудочная железа, тимус (вилочковая железа) и гипофиз. Гормонами называют химические вещества, регулирующие различные особенности обмена веществ на клеточном уровне и в организме в целом, а в некоторых случаях и выделение других гормонов. Эндокринные железы постоянно "надзирают" за внутренней средой организма, отмечая любое отклонение от нормы; при обнаружении таких отклонений они выделяют в кровь гормоны, которые нормализуют состояние. Например, поджелудочная железа выделяет инсулин в кровь после еды, когда сахар из перевариваемой пищи поступает в кровоток и его содержание в крови превышает норму. Инсулин позволяет клеткам тела использовать сахар для производства энергии и в то же время запасать избыточный сахар в виде жира.

Гипофиз — "главная железа организма" — выделяет множество гормонов, которые в свою очередь управляют выделением гормонов другими железами внутренней секреции. Но на самом деле "главная железа"- лишь "рабыня" гипоталамуса, который является подлинным центром регулирования гомеостаза тела. Гипоталамус, как и гипофиз, находится в головном мозгу и управляет многими нашими жизненно важными отправлениями, среди которых назовем сон, жажду, голод, половое влечение, менструальный цикл у женщин, водно-солевой баланс, температуру тела, кровяное давление и выделение гормонов.

Некоторые геронтологи, в том числе и Дильман, полагают, что многие изменения, появляющиеся в организме по мере старения человека, обусловлены постепенной утратой организмом способности сохранять гомеостаз посредством гормонального контроля и мозговой регуляции. Многие симптомы старения, судя по всему, объясняются потерей контроля за образованием гормонов, в результате чего их вырабатывается либо слишком много, либо слишком мало и регулирование жизненных процессов разбалансировывается. Климакс, например, обусловлен потерей гормона эстрогена, производимого яичниками. Это приводит к снижению способности к деторождению и уменьшению влагалищных выделений (что может нарушать половое общение), снижению тонуса мышц, истончению и сухости кожи. В климактерический период возрастает количество холестерина в крови, а это значит, что после прекращения менструаций женщины подвергаются наравне с мужчинами опасности заболеваний сердца, которые связаны с тем, что отложения холестерина блокируют кровоснабжение сердца.

Д-р Калеб Финч из Геронтологического центра Андруса при Калифорнийском университете в Лос- Анджелесе относится к числу выдающихся исследователей роли нарушения гомеостаза при старении. Нарушение гомеостаза Финч объясняет не просто неправильным функционированием самих эндокринных желез, а нарушением контроля гипоталамуса над гипофизом, что в свою очередь приводит к потере контроля над деятельностью эндокринных желез. В подтверждение своей гипотезы он ссылается на эксперименты двух ученых Тайваньского университета, Мин Цунпена и Хай Хохуана. Последние показали, что яичники, пересаженные от старых крыс молодым, "омолаживались" до такой степени, что снова начинали выделять яйцеклетки. Более того, как продемонстрировали английские ученые, молодые самки крыс оказывались оплодотворенными даже в том случае, если им пересаживали яичники от старых, стерильных самок, причем потомство было нормальным во всех отношениях. А это значит, по мнению Финча, что яичники и другие эндокринные железы управляются гипоталамусом и нарушение эндокринного гомеостаза происходит не в эндокринных железах, а в гипоталамусе.

Другое доказательство того, что за нарушение гомеостаза, которое, возможно, приводит к старению, ответствен гипоталамус, представлено д-ром Джозефом Мейтесом из Мичиганского университета. Мейтесу удалось вызывать овуляцию у старых самок крыс препаратом L-ДОФА (диоксифенилаланин). Это лекарство увеличивает в мозгу количество молекул химических веществ, называемых катехоламинами, которые концентрируются в гипоталамусе и других отделах мозга. Возможно, что катехоламины являются регулирующими веществами, которые производятся некоторыми клетками гипоталамуса для контроля над гипофизом, а тот в свою очередь выделяет гормоны, контролирующие деятельность других эндокринных желез, и тем самым оказывает влияние почти на все жизненные процессы организма. Таким образом, утверждает Финч, "изменения в небольшой популяции клеток в мозгу (т. е. в гипоталамусе) могут быть причиной многих изменений в организме… Эти клетки могут оказаться регуляторами вызываемого гормонами процесса старения". Как показали эксперименты, проведенные Мейтесом, L-ДОФА увеличивает количество катехоламинов. Это позволяет сделать вывод, что сравнительно несложные приспособительные изменения химизма тела могут компенсировать нарушения в гипоталамусе. Препарат L-ДОФА уже много лет используется для лечения болезни Паркинсона почти без каких-либо побочных явлений. Возможно, он окажется вполне безопасным средством в борьбе со старением.

И в самом деле, уже появились данные о том, что препарат L-ДОФА способен продлевать жизнь. В 1974 г. Джордж Котциас, ученый Брукхейвенской национальной лаборатории, сообщил, что при скармливании мышам L-ДОФА "продолжительность их жизни и период расцвета сил значительно увеличиваются". По сравнению с контрольной группой вдвое больше экспериментальных животных дожило до полуторагодичного возраста. Котциас также давал значительные дозы L-ДОФА людям без видимого вреда (правда, эти дозы были меньше, чем в опытах на мышах). Согласно Котциасу, крупному рогатому скоту постоянно скармливают бархатные бобы, растение, которое иногда содержит огромные количества L-ДОФА — втрое больше, чем получали мыши в его опытах, — и тем не менее никакого побочного эффекта не наблюдалось. Лекарства, которые называют ингибиторами моноаминоксидазы и которые психиатры используют в качестве антидепрессантов, могут также, по мнению некоторых врачей, применяться для увеличения количества катехоламинов в мозгу человека.

Теория 5: аутоиммунное старение

Иммунная система организма защищает его от различных болезней, в том числе от рака. Как мы уже отмечали, главными компонентами иммунной системы являются белые клетки крови двух типов: В и Т. В-клетки специализированы для борьбы с бактериями, вирусами и раковыми клетками: они выделяют белки, называемые антителами, которые прикрепляются к болезнетворным организмам и способствуют их разрушению. Т-клетки в первую очередь атакуют и разрушают чужеродные тела, например раковые клетки и трансплантаты.

Д-р Рой Уолфорд из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе предполагает, что клетки обоих типов с возрастом начинают функционировать все хуже. Заболеваемость раком потому и учащается в старости, что В- и Т-клетки более не способны активно атаковать раковые клетки. Другая причина заключается в том, что по мере старения организма В- и Т-клетки начинают вести себя ненормально, нападая не только на раковые, но и на нормальные, здоровые клетки. Такое разрушение тела его собственной защитной системой получило название аутоиммунитета. "Старение — это… аутоиммунный процесс", — утверждает Уолфорд и приводит в пример целый ряд атоиммунных болезней, которые сопровождаются симптомами старения: ревматизм, повреждающий сердечные клапаны; гломерулонефрит, разрушающий почки; ревматический полиартрит, приводящий к постепенному разрушению суставов. По словам д-ра Патриции Мередит, коллеги Уолфорда, "нормальный процесс старения у человека может быть аналогичен некоему аутоиммунитету, затрагивающему все ткани тела".

Д-р Уильям Адлер из Национального института гериатрии штата Мэриленд, касаясь "интригующей гипотезы о возможной связи между функциями иммунной системы и явлениями старения", говорит, что имеются данные о снижении с возрастом производства антител и функции Т-клеток в человеческом организме.

Ученые пытаются найти способы "омолаживания" иммунной системы, чтобы предотвратить аутоиммунное старение. В 1969 г. Такаши Макинодиан, коллега Адлера по институту гериатрии, продемонстрировал, что удаление селезенки у старых мышей почти удвоило продолжительность их жизни. Алекс Комфорт назвал это самым значительным из всех известных сроков продления жизни.

Селезенка (орган, который в случае повреждения легко удаляется без видимых вредных для организма последствий) расположена под левым легким рядом с желудком. Она служит хранилищем красных клеток крови: в экстренных случаях, когда происходит большая потеря крови, селезенка высвобождает для кровообращения свои запасы. В селезенке также хранятся Т-клетки; вот почему по мере того, как тимус теряет способность производить новые Т-клетки, в организме все же остается достаточное их количество.

Это обстоятельство позволило Макинодиану предположить, что, будучи депо Т-клеток, селезенка у со-старившихся животных (и людей) содержит избыточное количество дефектных Т-клеток и это приводит к аутоиммунному старению, поэтому удаление селезенки у старых животных способно продлить им жизнь. Вводя клетки селезенки от старых мышей более молодым, ученый показал, что экспериментальные мыши меньше живут. Из этого он сделал вывод: селезенка хотя бы отчасти "виновна" в старении и смерти и ее удаление "значительно повышает вероятную продолжительность жизни".

Однако, предупреждает ученый, удаление селезенки само по себе не будет полностью эффективным средством продления жизни, ибо в этом органе находится множество функционирующих Т-клеток, необходимых организму для борьбы с болезнями и раковыми клетками. Согласно Макинодиану, после удаления селезенки больному следует ввести Т-клетки из его собственного организма (взятые в молодости и замороженные) или от более молодого донора, клетки которого совместимы с клетками реципиента. Получение Т-клеток от молодого организма вполне возможно, так как тимус и селезенка быстро восполняют их недостачу. Макинодиан проводил предварительные исследования такого "омолаживания Т-клетками", вводя клетки от молодых крыс старым. Последние оказались более устойчивыми к болезням, чем контрольные старые крысы. Из этого ученый сделал следующий вывод: если сначала удалить селезенку, а затем вводить в старый организм молодые функционирующие Т-клетки, то "введение молодых Т-клеток может открыть возможность значительного продления жизни".

Аутоиммунное старение может также быть замедлено или обращено вспять тимозином — гормоном, выделяемым вилочковой железой (тимусом). Этот гормон обнаружил в 1965 г. Аллан Голдстейн из Медицинской школы Техасского университета в Галвестоне. По предположению ученого, тимозин поддерживает функционирование Т-клеток. Голдстейн также знал, что существует особый тип Т-клеток, клетки-помощники, которые каким-то образом помогают В-клеткам синтезировать антитела. Следовательно поддерживая активность клеток-помощников, тимозин будет так же способствовать сохранению функции В-клеток, как и Т-клеток. Тимозин обнаруживается в тимусе многих животных, в. том числе мышей, кроликов и коров, а также человека, но Голдстейн предпочитает пользоваться тимозином коров, так как он активен и в организме человека. Коровий инсулин, применяемый для лечения диабета у людей, уже спас тысячи жизней со времени его открытия в 1921 г.; кто знает, быть может, коровий тимозин поможет нам справиться с аутоиммунным старением.

Голдстейн показал, что с возрастом количество тимозина у человека уменьшается. Это позволило ему утверждать, что именно недостатком тимозина объясняются более частые случаи заболевания раком среди пожилых людей, а также увеличение числа аутоиммунных заболеваний, которые Уолфорд считает причиной старения. Таким образом, мы получили убедительные доказательства того, что недостаток тимозина, по крайней мере отчасти, является причиной аутоиммунных заболеваний и даже дегенеративных изменений в преклонном возрасте. Голдстейн уже показал, что тимозин эффективен в борьбе с определенными видами рака. Дальнейшие исследования покажут, насколько он сможет замедлить или предотвратить процесс старения.

Аутоиммунное старение может быть замедлено также диетой, а именно строгими ограничениями в еде. Более 40 лет назад, в 1935 г., Клив Мак-Кей из Корнеллского университета продемонстрировал, что если крысы получают ровно столько пищи, сколько требуется для сохранения веса тела, продолжительность их жизни возрастает на 25 %. Другие исследователи показали, что ограничение в пище, особенно для более старых животных, продлевает им жизнь. Так, в 1968 г. Д. С. Миллер и П. Р. Пейн из Колледжа королевы Елизаветы в Лондоне обнаружили, что при уменьшении количества белков в рационе стареющих мышей их жизнь продлевалась на 28 %.

Во всех этих опытах крысы получали меньше калорий, чем обычно, вместе с тем пища была полноценной в отношении питательных веществ: в нее входили достаточные для сохранения здоровья количества белков, углеводов, жиров и витаминов. В итоге удалось выявить, что старые животные, которых держали на ограниченном рационе, реже болели раком, болезнями почек и сердца, чем животные, получавшие стандартный рацион. Как утверждает Алекс Комфорт, эксперименты со строгими ограничениями в еде оказались настолько успешными, что этот способ "остается наиболее эффективным из всех известных в настоящее время методов изменения скорости… одряхления".

Ограничение в пище, дающее эффективное продление жизни, по мнению уже известного нам Уолфорда, также действует путем замедления процесса аутоиммунного старения. "Существенное продление жизни за счет ограничения в еде, — говорит Уолфорд, — можно объяснить тем, что иммунная система… более всех других систем организма восприимчива к голоданию". Ограничение в пище не вредит иммунной системе, напротив, оно замедляет ее деградацию, снижая активность, поэтому, по крайней мере у животных, Т- и В-клетки дольше остаются "молодыми". На самом деле Уолфорд показал, что ограничение в пище снижает активность иммунной системы у молодых мышей, но повышает активность Т- и В-клеток у старых мышей, что делает их более устойчивыми к болезням; более того, у них обнаруживается меньше признаков аутоиммунного старения, чем у старых мышей, получающих стандартный рацион.

Следовательно, если мы будем есть меньше, сохраняя при этом необходимое для жизни количество питательных веществ, то сможем замедлить темпы аутоиммунного старения. Комфорт считает, что этой возможности ученые до сих пор не уделяли должного внимания. Он говорит: "Если учитывать важность ограничения в еде для замедления старения, то эта проблема еще не получала достаточного освещения и слабо проверяется экспериментальным путем".

Когда перед нами наконец развернется полная картина биологических причин старения, в ней, несомненно, окажется и генетический компонент. Сочетание достижений генетики, представляющей величайшие перспективы для научных открытий, и знаний, полученных при изучении биологии старения, даст человечеству огромные возможности для продления жизни. О наиболее интенсивных генетических исследованиях мы поговорим в следующей главе.