экологические теории старения).
Таким образом, границы ПЖ животных колеблются в очень широких пределах и прямо не являются жестким эволюционным признаком. Огромные вариации ПЖ указывают на относительно простую возможность повлиять на ПЖ в широких пределах. Схожесть тканевого метаболизма и генетики, например, мыши и человека при почти 100-кратном различии в ПЖ и, главное, сходные морфофункциональные изменения для 1-летней мыши и 100-летнего человека указывают на возможность резкого изменения масштаба клеточного старения. На это же указывают различные прогерии и биология культур клеток.
Процессы роста и развития у разных видов животных состоят из самых различных компонентов. Так, под развитием понимают прежде всего половое созревание, однако даже такое созревание у человека различается на несколько лет, а при патологии может как возникать в раннем детстве, так и надолго задерживаться, при этом процессы роста и ПЖ практически не изменяются. Другими процессами, относящимися к развитию, являются созревание иммунитета и обратное развитие тимуса, эпифиза, собственно, и окончание роста – все эти процессы также могут независимо варьироваться и значительно изменяться в сроках.
Процессы роста связывают напрямую со скоростью самообновления тканей, а не только с массой тела и линейными размерами. Длительный или постоянный рост (гигантские деревья, рыбы, амфибии и т. п.) обычно сопровождается и маловыраженными процессами старения для таких видов, а также фактически нефиксированной длительностью жизни, в противоположность этому четкое ограничение размеров обычно связано с четкими сроками ПЖ, что связывают с «особой формой» ограничения роста, практически с тем, что по достижении максимума массы тела тут же начинают происходить обратные процессы: плато не образуется, и процессы роста тут же переходят в процессы атрофии тканей.
Сам процесс роста оказывается также весьма сложным, связанным на разных возрастных этапах с разными механизмами – ростовыми факторами крови, половыми гормонами, гормоном роста, найдена связь и с иммунными процессами.
Методы воздействия на процессы роста и развития
Наиболее известными и простыми являются методы контроля окружающей среды, обычно это контроль пищевого режима (известен как метод голодания), снижение температуры, изменение светового режима (изменение биоритмов, в том числе характера и продолжительности сна). По существу, это естественные методы, так как к ним организм естественным образом приспособлен в природе.
Метод голодания оказывается наиболее эффективным, так как поступление пищи естественным образом влияет на скорость процессов роста и развития. Существует множество видов голодания и ограничения питания, часто сопровождаемых жестким контролем отдельных компонентов питания.
Изменяя количественный состав в рационе мышей и крыс белков, жиров и углеводов, ученые показали, что играет роль не общая энергетика питания (жиры и углеводы), а белки – основной компонент, необходимый для формирования новых тканей растущего организма, что полностью укладывается в представления об изменении темпов развития как основе влияния на ПЖ, когда старение рассматривается как этап онтогенеза, наступающего после окончания роста и развития. Изменяя аминокислотный состав питания, удалось показать центральную роль в данном методе влияния на ПЖ незаменимых аминокислот и среди них – триптофана, предшественника серотонина, который, с одной стороны, является регулятором биоритмов, сна и зимней спячки (гипобиоза), с другой стороны, является регулятором (отрицательным) иммунитета, а влияния на последний признаются наиболее перспективными среди способов продления жизни в эксперименте, кроме того, иммунитет и процессы роста и развития тесно связаны, в том числе через прямую регуляцию пролиферации и роста тканей.
Гипобиоз как метод влияния на рост, развитие и старение
Одним из естественных методов выраженного влияния на процессы роста и развития у животных является гипобиоз, или зимняя спячка. В состояние гипобиоза впадает большинство беспозвоночных, пресмыкающихся, земноводных, некоторые виды рыб, птиц (козодои), многие виды грызунов, насекомоядных (ежи), рукокрылых, неполнозубых и другие млекопитающие (медведи), в том числе и некоторые приматы (лемуры). В тропических странах в условиях жары (как и на севере в холоде) в состояние гипобиоза впадают многие беспозвоночные, некоторые виды земноводных, пресмыкающихся, рыб и млекопитающих, описаны редкие случаи гипобиоза человека в экстремальных условиях.
Существенные различия в скорости старения наблюдаются у незимоспящих мелких грызунов (полевки, мыши и др.) и насекомоядных (землеройки). Для популяций этих видов характерно чередование весенних и осенних поколений. Животные, родившиеся весной, имеют высокий уровень обмена, быстро растут, созревают, а после интенсивного размножения умирают со всеми признаками старости в возрасте 4–6 месяцев. Поколения, родившиеся к осени, переживают зиму в активном состоянии, периодически впадая в оцепенение во время многократных периодов сна в течение суток. Зимой у них замедляется рост тела и большинства органов за счет снижения темпа деления клеток, а инволюция тимуса замедляется, снижается температура тела и обмен веществ, резко замедляется старение, и период юности продлевается почти на год. После выхода из гипобиоза весной у животных возобновляется рост тела и органов (более чем в 2 раза, в том числе и тимуса), усиливаются функции всех систем и происходит самоактивация организма с признаками омоложения. К осени они стареют так же быстро, как и весенние. Осенние бурозубки живут до 12 месяцев, в 3 раза дольше весенних, сохраняя молодость до 10–11 месяцев. Полевки при благоприятных условиях могут пережить вторую зиму и прожить за счет продления молодости до 3 лет, то есть в 6–7 раз дольше весенних. У осенних бурозубок рост тимуса весной не возобновляется, а в периоды активности зимой обмен и температура несколько выше, чем у грызунов. Видимо, поэтому у них старение протекает более интенсивно.
Эти данные указывают на то, что скорость старения млекопитающих не фиксирована генетически и имеется принципиальная возможность увеличения видового предела жизни в несколько раз за счет продления периода юности и замедления процесса старения в зрелом возрасте.
Характерно, что тимус у зимоспящих обладает способностью к ежегодному самовосстановлению после почти полной инволюции. Этот процесс не зависит от температуры: инволюция тимуса начинается за 3 месяца до вхождения в спячку, а регенерация его наступает спустя некоторое время после пробуждения.
Как показали опыты на ежах, хомяках и сусликах, впадение их в спячку связано с повышением в мозгу серотонина. Уровень его в гипоталамусе возрастал почти в 2 раза. Серотонин резко подавляет деятельность ЦНС, эндокринных и других органов, замедляет теплообразование, что приводит к понижению температуры тела и снижению обмена веществ в 20–40 раз (у сони-полчка – в 73 раза). Снижение метаболизма у зимоспящих возникает еще до спячки, а температура тела становится почти такой же, как у окружающей среды. В норах зимоспящих снижается содержание кислорода, повышается концентрация СО2 и понижается температура среды. Каждое из этих воздействий способствует впадению животных в спячку. Сурки потребляют кислорода в 42 раза меньше, чем в активном состоянии, а выделяют углекислоты в 75 раз меньше. Это приводит к повышению концентрации углекислоты в крови почти в 2 раза. Температура тела многих зимоспящих в спячке обычно выше 0 ℃ (у некоторых видов животных опускается и ниже нуля), хотя температура мозга всегда выше нуля.
Нейрохимическая концепция спячки млекопитающих предполагает последовательность выключения четырех функциональных уровней ЦНС: стволового, таламического, архи- и неокортикального, в результате снижается активность всей эндокринной системы, однако выделение кортизона из надпочечников не уменьшается. Электрическая активность в ЭЭГ различных областей головного мозга исчезает в следующей последовательности: 1) кора мозга, 2) ретикулярная формация, таламус, 3) лимбическая система (септум, гиппокамп, гипоталамус). Погружение в гипобиоз начинается с понижения температурного порога гипоталамуса (заданное значение температуры для вызова повышения уровня метаболизма), что приводит к снижению температуры тела при охлаждении.
Активация гипоталамо-гипофизарной нейросекреторной системы начинается еще до пробуждения животных от спячки и продолжается после пробуждения. Этот период характеризуется высокой митотической активностью глиальных клеток и высокой активностью выделения нейрогормонов. В пробуждении значительную роль пускового механизма, по-видимому, играют катехоламины надпочечников.
Разработано несколько методов получения искусственного гипобиоза животных, несколько отличающегося от естественного, но они основаны на том же принципе – перестройке гормонально-медиаторной активности моноаминовых систем организма и поддержании теплообменного гомеостаза на сниженном уровне при весьма умеренном угнетении ЦНС.
Оксикапнический метод заключается в создании гипобиоза с помощью гипоксических и гиперкапнических (повышенное содержание СО2) газовых сред. Механизм действия основан на снижении уровня оксигенации крови (до 50 %) и повышении в ней содержания углекислоты, что приводит к уменьшению потребления О2, стабилизации теплообменного гомеостаза и более экономному потреблению энергии.
Моноаминовый метод заключается в замедлении выхода катехоламинов из депонированного состояния с помощью лекарственных средств, снижающих основной обмен: вещества фенотиазинового ряда, антипиретические средства и ганглиоблокаторы.
Эти модели гипобиоза позволяют получить теплообменный гомеостаз у некоторых видов животных без поражения ЦНС и физиологических функций в течение нескольких суток (тем не менее многие из лабораторных животных не смогут перенести гипобиоза).