Гипобиоз можно вызвать и другим путем. Так, белые лабораторные мыши впадают в оцепенение при ограничении питания и температуре среды 16 ℃, при этом температура их тела снижается до 16 ℃.
В общем, следует отметить, что у многих видов животных гипобиоз достигается трудно и на ограниченное время с помощью комбинированного воздействия фармакологических средств, помещением в газовые среды с повышенным содержанием СО2, голода и снижения температуры тела.
Примером достижения гипобиоза лабораторных мышей с влиянием на ПЖ, но без наступления сна является работа В. Е. Чернилевского (2008): при достижении гипобиоза у мышей линии CD2F1 с использованием газовой среды и/или резерпина как агента, влияющего на серотониновый обмен (рис. 23).
Гипобиозная мышь выглядит моложе, бодрее и меньше весом (эксперимент председателя секции геронтологии МОИП при МГУ Чернилевского В. Е.).
Рис. 23. Контрольная (слева) и гипобиозная (справа) мыши
Рис. 24. Влияние гипобиоза на ПЖ мышей (там же)
Эффект гипобиоза и влияния на ПЖ достигался во всех случаях: СППЖ составила в контроле – 187 дней и в 1, 2, 3-й группах соответственно – 339, 283 и 329 дней; максимальная ПЖ в контроле – 850 дней и в опыте – 1001, 1084 и 982 дня.
Обращает внимание возможность достижения «гипобиоза без гипобиоза» – без спячки – снижения температуры и метаболизма влиянием на часть регуляторных механизмов, ответственных преимущественно за обновление тканей, контроль роста и развития, задержку старения и повышение продолжительности жизни.
Экспериментальные средства продления жизни
Исследование различных влияний на ПЖ – типичный и перспективный метод экспериментальной геронтологии.
Обычно исследуют одновозрастную популяцию животных (простейших – амебы или нематоды, дрозофилы или млекопитающие – крысы и мыши) на выживаемость. Графики выживания (дожития) – типичные для экспериментов такого рода.
Ранее приведены графики зависимости ПЖ мух дрозофил от температуры среды и от полового цикла.
Так как физиология различных животных различна, наиболее интересны эксперименты на млекопитающих. Ввиду длительности эксперимента на выживание используют короткоживущие виды – крыс и мышей. В то же время такие виды, как правило, резко изменяют физиологию в течение зимы, вплоть до спячки (анабиоза). Еще у мышей и крыс может резко изменяться температура тела, скорость роста и возраст полового созревания, чего нет у человека, и поэтому перенос данных экспериментов на человека может быть затруднителен.
У мышей и крыс, как и у ряда других модельных животных, резкое повышение длительности жизни отмечено при голодании – это наилучший геропротектор. Влияние голодания у мышей и крыс сопровождается снижением температуры тела и метаболизма в целом, задержкой роста и развития, чего нет у человека и чем, видимо, и определяется эффект у животных. Выше приведен типичный пример влияния гипобиоза у мышей на ПЖ. В то же время для человека такое голодание, которое используют у грызунов, скорее снизит ПЖ.
Следует отметить ограничения метода графиков выживаемости. Если для человека развитие демографии делает этот метод идеальным (обычно используют стандартную когорту в 100 000 человек), то для животных приходится использовать гораздо меньшие когорты – часто несколько десятков особей.
При этом конечные точки кривой могут выраженно «гулять», так как гибель последних особей (как и вообще гибель в когорте) – чисто случайный процесс. Таким образом, «максимальная продолжительность жизни» при таких экспериментах оказывается малодостоверной. С другой стороны, влияние на среднюю выживаемость (50 % гибель) не считается достоверным влиянием собственно на старение. Видимо, оптимальным является учет возраста для 80–90 % гибели когорты, при этом должно оставаться еще хотя бы несколько живых особей, что требует наличия в исследуемой и контрольной когортах минимум 30–50 животных.
Так как фактически наиболее интересным для человека является использование геропротекторных влияний в пожилом возрасте, и для экономии времени, можно оценивать влияния антивозрастных средств на старых животных (рис. 25).
Рис. 25. Выживаемость старых мышей при введении альфа-фетопротеина (по Донцов и др., 2016)
Приведен пример влияния альфа-фетопротеина на выживаемость старых мышей (18 месяцев, мыши – самки долгоживущей линии BALB/c). В течение эксперимента естественная гибель животных в контрольной группе составила 47 %, тогда как введение АФП снижало смертность в опытной группе до 17 % (рис. 25), т. е. почти в три раза. Оставшиеся мыши были забиты, и был определен ряд биохимических и физиологических параметров, связанных со старением, – биомаркеров старения, которые также показали омоложение.
В биологии к собственно проблеме старения тесно примыкает целый ряд направлений, среди которых традиционно выделяется учение об обратимости жизненных процессов, возникшее на почве изучения дедифференцировки и регенерации. Речь идет об обратном (в морфологическом смысле) движении процессов развития, или редукции. Опыты Л. Вудрофа по редукции гидры во время голодания и нового развития ее после голодания косвенно подтверждали возможность направленного воздействия на онтогенез. Ярый сторонник этого направления – русский зоолог Е. Шульц – писал о беспредельной способности живого вещества к редукции и омоложению. В исследованиях по редукции тела в опытах на планариях и других многоклеточных животных (1904–1908) Шульц полагал, что при этом происходит обратное развитие организма. Однако в более поздних исследованиях Шакселя, Дриша, Хаксли и других было показано, что это не так.
Большая серия работ по омоложению была выполнена на многоклеточных животных, обладающих хорошей способностью к регенерации утраченных частей тела. Так, в опытах Коршельта (1925) периодическое отрезание части тела у планарий приводило к регенерации утраченных частей и к 20-кратному продлению жизни. Еще бóльшие успехи были достигнуты в опытах на одноклеточных животных. Например, Гартман (1928) посредством 130 периодических ампутаций тела амебы сдерживал ее от деления и таким образом продлил ей жизнь в 65 раз.
Многими исследователями было показано, что целый ряд нарушений обмена веществ и функций органов и систем в стареющем организме являются обратимыми, что открыло путь для исследований по биостимуляции как отдельному направлению в геронтологии. Некоторые препараты клеточной и тканевой терапии, а также цитотоксические сыворотки, относящиеся к группе биологических стимуляторов, обладают высокой активностью и способностью замедлять процессы старения. С целью активации элементов соединительной ткани и иммунной системы академик А. А. Богомолец в 1938 году разработал и внедрил в практику медицины антиретикулярную цитотоксическую сыворотку, которую успешно использовал для замедления процессов старения. Академик В. П. Филатов предложил метод получения из животных и растительных тканей препаратов тканевой терапии, или неспецифических биостимуляторов.
Тесно примыкают к работам по биостимуляции исследования по влиянию стресса на старение. Разрабатывались целые теории, рассматривающие старение как «хронический стресс». Однако большее значение, видимо, здесь имеет направление по изучению механизмов адаптации, когда стресс является только одним из этапов адаптации в целом. В создании полных теорий адаптации важная роль принадлежит отечественным ученым. Так, исследования Л. Х. Гаркави, Е. Б. Квакиной и М. А. Уколовой, признанные открытием, показали возможность длительно поддерживать не стрессорные, а активационные реакции, что сопровождается не только выздоровлением от многих хронических болезней, но и явными признаками омоложения. Механизмы такого воздействия авторы видят в перестройке всей реактивности организма, в том числе в повышении иммунного статуса.
На важную роль иммунной системы в старении обращали внимание давно, в частности, великий русский иммунолог и биолог старения И. И. Мечников, однако все попытки создать иммунные теории старения и даже выяснить конкретные механизмы влияния иммунитета на старение до последних лет оказывались несостоятельными. Это тем более странно, что из экспериментов было давно известно, что именно лимфотропные препараты являются наиболее эффективными геропротекторами и биостимуляторами, а изменения в органах иммунитета (тимус) наиболее демонстративны при старении. В последние годы, однако, отечественными учеными были показаны принципиально новые механизмы влияния иммунотропных клеток в организме. Исследования чл. корр. РАМН А. Г. Бабаевой, удостоенные признания как открытие (перенос лимфоцитами регенерационной информации), показали, что лимфоциты Т-ряда могут прямо влиять на процессы клеточного роста и дифференцировку самых разнообразных клеток. Это послужило основанием выдвинуть новую иммунную теорию старения (В. И. Донцов), которая прямо связывает инволюцию с возрастом системы иммунитета и резкое снижение клеточного самообновления в тканях с делящимися клетками (кожа, слизистые, паренхиматозные органы). Эти исследования позволяют надеяться использовать для профилактики и обращения старения широкий класс иммунофармакологических средств, что эмпирически предлагалось уже давно в качестве многих биоактиваторов, повышающих одновременно и уровень иммунной защиты.
В последние 50 лет в советской и российской геронтологии трудилось большое количество специалистов самых различных областей, в том числе физиков, химиков и др. Отметим далее наиболее важные направления, приведшие к созданию популярных геропрофилактических средств.
Исследования академика Н. М. Эмануэля знаменовали начало разработок по применению антиоксидантов для профилактики старения.
Исследования на клеточных культурах – так же типичное направление изучения старения в настоящее время, как и исследование на генном уровне мутаций и «нокаута» генов.