База данных исследований по борьбе со старением

Автор:

Т. Кирквуд

История

Теория была предложена в 1977 году. По своей сути данная теория является особым случаем теории антагонистической плейотропии.

Пример

Если бы полевая мышь обладала способностью самоподдержания, достаточной для 20-летней жизни, то она неверно распределила бы свои соматические ресурсы, так как лисы и совы съедают большинство полевых мышей за 3 месяца. Ей ничего не остается, как направить все усилия на оставление потомства.

Описание теории

В этой теории постулируется существование генов, которые контролируют перераспределение энергетических ресурсов от соматических клеток к репродуктивным. Продолжительность жизни вида в целом запрограммирована этими генами.

В неблагоприятных для долгожительства условиях такие гены обеспечивают поддерживающие функции (репарацию ДНК, антиоксидантные ферменты, стрессовые белки) преимущественно в половых клетках. Половые клетки, или клетки «зародышевой линии», обязаны сохранять способность постоянно восстанавливаться, иначе вид вымрет. При этом на процессы восстановления в соматических (нерепродуктивных) клетках организма просто не остается ресурсов. Соматические клетки в конце концов стареют и расходуются.

С эволюционной точки зрения, старение соматических клеток не является бедой, поскольку в неблагоприятных условиях среды шансы прожить долго все равно невелики. А когда жизненные условия вида улучшаются и, соответственно, возрастает шанс более длительного существования, данные гены будут переключать баланс в пользу продления жизни, поскольку в таком случае репродуктивный период организма тоже увеличится.

Люди эволюционировали по пути вложения большей части энергетических ресурсов в репарацию тканей и могут позволить себе долгожительство, оставляя небольшое количество потомков, но предоставляя им качественную и долговременную заботу.

Дополнения и критика

В поддержку теории свидетельствуют результаты наблюдения за популяциями диких животных в природе, которые показывают, что количество и активность хищников влияют на стратегию выживания популяции, на которую эти хищники охотятся. Например, рыбки гуппи из популяции, которая растёт в условиях увеличенной смертности, меньше по размеру, растут быстрее и размножаются в более раннем возрасте, чем гуппи, которые живут в условиях низкой внешней смертности.

Теория одноразовой сомы не постулирует никаких специфических механизмов поддержки сомы, и потому нельзя признать, что она объясняет процесс старения. С другой стороны, теория освещает эволюционные аспекты, необходимые для понимания процесса старения.

Публикации:

• Abrams, Peter A., and Donald Ludwig. «Optimality theory, Gompertz’law, and the disposable soma theory of senescence." Evolution (1995): 1055–1066.
• Drenos, Fotios, and Thomas BL Kirkwood. «Modelling the disposable soma theory of ageing." Mechanisms of ageing and development 126.1 (2005): 99–103.
• Speakman, John R., and Elżbieta Król. «The heat dissipation limit theory and evolution of life histories in endotherms-time to dispose of the disposable soma theory?." Integrative and comparative biology (2010): icq049.
• Kirkwood, T. B. L. «The disposable soma theory: evidence and implications." Netherlands journal of zoology 43.3 (1992): 359–363.

Автор:

История

Теория была сформулирована в 1957 г. и по своей сути близка к теории накопления мутаций.

Пример

Антагонистически плейотротропными являются гены, задействованные в инсулиновом сигналинге, синтезе и рецепции липофильных гормонов. Эти гены выполняют двоякую функцию: стимулируя рост и размножение, они подавляют стрессоустойчивость, в результате ускоряя старение.

Описание теории

Согласно этой теории, старение обусловливается генами, которые увеличивают выживаемость или репродукцию организма на ранних этапах жизненного цикла, но при этом снижают их на поздних этапах. 

Эффект двойственной роли таких генов получил название «антагонистической плейотропии». Антагонистически плейотропные гены сохраняются в популяциях естественным отбором, поскольку преимущества их ранней пользы перевешивают поздний ущерб.

Теория антагонистической плейотропии получила яркие подтверждения в современных молекулярно-генетических исследованиях. Было выявлено множество антагонистически плейотропных генов. Одним из них является ген р53, который одновременно является и супрессором опухолей, и геном клеточного старения.

Теория Дж. Вильямса предсказывает, что быстрое развитие индивидуума будет коррелировать с быстрым старением: чем скорее будет достигнуто половое созревание, тем раньше начнется старение. Эта теория делает еще одно предсказание: отбор на увеличение продолжительности жизни ведет к снижению ранней плодовитости.

Дополнения

Теория антагонистической плейотропии близка к теории накопления мутаций. Главным различием этих теорий является то, что в теории накопления мутаций гены с негативными эффектами в старости пассивно кумулируются от одного поколения к другому, тогда как при антагонистической плейотропии эти гены активно поддерживаются в популяции посредством естественного отбора. Тем не менее, эти теории не являются взаимоисключающими. Оба эволюционных механизма могут иметь место одновременно. 

Критика

Наличие репродуктивного естественного отбора в пожилом возрасте. Несмотря на ослабление естественного отбора в пожилом возрасте, тем не менее эволюция только в некоторых случаях будет способствовать отбору генов, важных для репродукции в раннем возрасте. Например, постоянно меняющаяся агрессивная внешняя среда будет способствовать антагонистической плейотропии, в то время как например в современном обществе, в стабильном обществе в отсутствии резких изменений и агрессивной внешней среды, есть тенденция оставлять потомство в более позднем возрасте. В таком случае будут отбираться гены, которые способствуют здоровому долголетию и увеличению репродуктивного возраста.

Большая вариативность в продолжительности жизни у родственных организмов. Таким образом, наличие одинаковых или очень близких друг другу генов не мешает различиям в продолжительности жизни одинаковых организмов.

Вывод:

Теория позволила Дж. Вильямсу спрогнозировать обратную взаимосвязь между продолжительностью жизни и репродуктивной способностью.
Теория работает, но есть необходимость ее дополнения другими теориями.

Публикации:

• Williams GC: Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence. Evolution 1957;11:398–411.
• Zahavi A: Mate selection: a selection for a handicap. J Theor Biol 1975;53:205–214.
• Krtolica A, Parrinello S, Lockett S, Desprez PY, Campisi J: Senescent fibroblasts promote epithelial cell growth and tumorigenesis: a link between cancer and aging. Proc Natl Acad Sci USA 2001;98:12072–12077.
• Cutler RG, Semsei I: Development, cancer and aging: possible common mechanisms of action and regulation. J Gerontol 1989;44: 25–34.
• Economos AC, Lints FA: Developmental temperature and life-span in Drosophilamelanogaster. 1. Constant developmental temperature: evidence for physiological adaptation in a wide temperature-range. Gerontology 1986;32:18–27.

Автор: 

Питер Медавар

История

Теория была предложена в 1952 году. Теория Медавара во многом была предложена как альтернатива теории запрограммированной смерти Августа Вейсмана.

Пример

Человек, который является сильным, активным, с приятной внешностью, склонностью к размножению, но при этом имеет гены ассоциированные с болезнью Альцгеймера и раком в пожилом возрасте имеет шанс более ранней смерти, но при этом имеет шансы оставить более многочисленное потомство.

Описание теории

Ее смысл заключается в следующем: поскольку гены с вредными эффектами, проявляющимися поздно, практически не встречают сопротивления естественного отбора, такие мутации накапливаются и обусловливают старение. В соответствии с теорией накопления мутаций гены, которые полезны в ранней жизни организма (например, гены отвечающие за размножение) поддерживаются естественным отбором в отличие от генов, которые полезны в поздней жизни организма (например гены, снижающие риск онкологических и нейродегенеративных заболеваний).

   Таким образом, наибольшой вклад в создание новых поколений исходит от молодых, а не от пожилых организмов.
Автор концепции опирался на то, что популяция подвержена голоду, засухе, давлению хищников, болезням и несчастным случаям и что причиной смерти зачастую являются случайные повреждения. Отсюда Медавар делает вывод, что старые индивидуумы в природе встречаются слишком редко, чтобы влиять на генофонд популяции как в пользу старения, так и против него. Наравне с демонстрацией неадаптивности старения данная концепция обосновывает отсутствие специализированных генов «программы старения». Медавар показал, что изменения, которым подвергается организм после остановки размножения, не имеют значения для эволюции. Если вредные мутации, проявляющиеся в молодости, встречают жесткое сопротивление отбора из-за отрицательного вклада в приспособленность (оставление потомства), то аналогичные мутации, проявляющиеся поздно, относительно нейтральны, поскольку их носители уже передали гены потомству.

Дополнения и критика

Ограниченная область применения. В теории Медавара подразумевается, что животное существует в очень агрессивных и изменчивых условиях, при которых даже небольшая разница в качествах необходимых для выживания (например скорость и сила) может быть полезна.  В условиях достаточного количества ресурсов и стабильности окружающей среды, при отсутствии хищников потомство будут оставлять более пожилые индивиды, таким образом отбор будет способствовать генам, ассоциированным с долгожительством.
Эти критические замечания привели к появлению теории антагонистической плейетропии.

Организмы с программируемой гибелью. У некоторыхх организмов (осьминог, бамбук, лосось) смерть часто находится под контролем репродуктивной функции и за размножением следует смерть организма, независимо от календарного возраста.

Мутации влияют в основном на активные гены. Таким образом на старение будет влиять только накопление мутаций в активных генах. Это означает, что активность этих генов ассоциированна со старением и выходит за рамки репродуктивного периода. Таким образом это означает, что эволюция способствовала поддержанию активности этих генов в пожилом возрасте и в случае, если в них мутагенез будет ослаблен, эти гены, возможно смогут играть позитивную роль в здоровье пожилого организма.

Вывод: Необходимость дополнения другими теориями, например, теорией антагонистической плейотропии.

Публикации:

• Medawar PB: An Unsolved Problem of Biology. London, HK Lewis, 1952.

• Charlesworth B: Fisher, Medawar, Hamilton and the evolution of aging. Genetics 2000; 156:927–931.

• Charlesworth B: Evolution in Age-Structured Populations. Cambridge, Cambridge University Press, 4. Gavrilova NS, Gavrilov LA, Evdokushkina GN, Semyonova VG, Gavrilova AL, Evdokushkina NN, Kushnareva YE, Kroutko VN, Andreyev AY: Evolution, mutation, and human longevity: European royal and noble families. Hum Biol 1998;70:799–804.

• Strehler BL: Origin and comparison of the effects of time and high energy radiations on living systems. Quart Rev Biol 1959;34:117- 142

Автор:

В. П. Скулачев

История:

Данная теория, разработанная в 1990-х гг. В. П. Скулачевым, развивает идеи А. Вейсмана.

Пример:

Увеличенная частота апоптоза отмечена в некоторых тканях в процессе старения, даже если при этом не наблюдаются явно связанные с возрастом болезни. Детальное изучение саркопении у грузунов показывает, что механизм заболевания очень похож на апоптоз. Изучение дрозофил также показывает, что в ходе старения этих насекомых похожие на апоптоз процессы наблюдаются в их мышечной и жировой тканях.

Описание теории:

Концепция феноптоза предполагает специальную программу суицида целого организма. В качестве основного механизма феноптоза постулируется апоптоз — генетически запрограммированная гибель клеток. В отличие от некроза- насильственной гибели клеток из-за травмы, ожога, отравления и т. д. — при апоптозе клетка аккуратно саморазбирается на части, и соседние клетки используют ее фрагменты в качестве строительного материала. Апоптоз, согласно В. П. Скулачеву, запускается митоптозом — самоликвидацией митохондрий.

Клетки «уходят в апоптоз» по многим причинам. Если вдруг какая-либо клетка случайно попадает в «чужой» орган или ткань, то она быстро «кончает жизнь самоубийством». Клетка, зараженная вирусом, тоже получает биохимический сигнал о самоуничтожении. Таким образом происходит «дезинфекция» организма. 

Согласно В. П. Скулачеву, старение — результат того, что в организме гибнет больше клеток, чем рождается, а отмирающие функциональные клетки заменяются соединительной тканью. По мнению ученого, старость — это болезнь, которую можно и нужно лечить, поскольку программу апоптоза в принципе можно отменить. С 2005 г. он возглавляет проект по созданию препарата-геропротектора на основе митохондриально-адресованных антиоксидантов (ионы Скулачева).

Дополнения и критика:

Следует, однако, отметить, что могут быть найдены эволюционные механизмы, поддерживающие программу самоликвидации организма. Это родственный отбор (когда организмы стареют и гибнут для пользы родственников) либо групповой отбор (гибель для пользы организмов, не связанных родственными узами). Теоретически старение может обусловливать стабилизацию популяции, усиление генетического разнообразия, укорочение эффективного цикла генерации и ускорение адаптации. Локальное вымирание в результате перенаселения может поддерживать популяционный отбор, достаточно сильный и быстрый для преодоления индивидуальной цены за программированное старение. Аргументами в пользу данной теории можно считать существование быстро стареющих видов и программ апоптоза у одноклеточных (дрожжей).

Публикации:

• Higami, Yoshikazu, and Isao Shimokawa. «Apoptosis in the aging process." Cell and tissue research 301.1 (2000): 125–132.

• Lu, Bin, Hong-Duo Chen, and Hong-Guang Hong-Guang. «The relationship between apoptosis and aging." Advances in Bioscience and Biotechnology 3.06 (2012): 705.

• Monti, Daniela, et al. «Apoptosis-programmed cell death: a role in the aging process?» The American journal of clinical nutrition 55.6 (1992): 1208S-1214S.

• Pollack, Michael, et al. «The role of apoptosis in the normal aging brain, skeletal muscle, and heart." Annals of the New York Academy of Sciences 959.1 (2002): 93–107.

• Warner, Huber R. «Aging and regulation of apoptosis." Current topics in cellular regulation 35 (1997): 107–121.

Автор: 

Й. Бьёркстен

История

Эта теория была предложена в 1942 г.

Пример

Диабет часто рассматривают как одну из форм ускоренного старения. Показано, что у людей, больных диабетом, количество поперечных сшивок между молекулами белков в 2–3 раза выше по сравнению со здоровыми людьми.

Описание теории

Согласно этой теории, старение живых организмов обусловлено случайным образованием химических мостиков, или «поперечных сшивок», между молекулами белков. Репарирующие ферменты клетки не в состоянии разорвать эти мостики. Наиболее часто молекулы белков сшиваются между собой через молекулу глюкозы. Процесс присоединения глюкозы к белковой молекуле называется гликированием. К сожалению, пока неизвестны ферменты, позволяющие расщеплять продукты гликирования. Но группа ученых под руководством Ж. Форбс уже работает над созданием фармакологических препаратов, использование которых даст возможность отделять молекулы белков от молекул сахаров. Возможно, в перспективе, после применения таких лекарств, белок сможет восстанавливаться и возвращаться к своему нормальному состоянию, что отменит негативные эффекты гликации.

Образование «поперечных сшивок» между молекулами белков в организме человека очень напоминает процесс, происходящий при дублении кож. 

Прогрессирующее с возрастом накопление «поперечных сшивок» происходит во многих тканях человеческого организма — в артериях, хрящах, мышцах. Главным следствием этого процесса является снижение эластичности тканей. Так, у пожилых людей скованность в мышцах и суставах как раз объясняется образованием сшивок между молекулами белков.

Продолжая работать над теорией сшивок, Й. Бьёркстен обнаружил, что имеется еще один тип сшивок — в молекулах ДНК. По мысли Й. Бьёркстена, «поперечные сшивки» между двумя цепочками ДНК не могут быть разрушены репарационной системой клетки. 

«Поперечные сшивки» мешают синтезу РНК на ДНК, что в свою очередь нарушает процесс образования белков в клетке. Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК о процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток. 

Дополнения и критика 

Образование сшивок в белках и ДНК может быть спровоцировано очень многими химическими веществами. Это различные продукты клеточного обмена, а также загрязнители вроде свинца или компонентов табачного дыма. Разнообразие и количество веществ, вызывающих образование «поперечных сшивок» в тканях организма, так велико, утверждает Бьёркстен, что тут уже не спрашиваешь, достаточно ли этого, чтобы вызвать старение, а только удивляешься, почему старение протекает так медленно.

Публикации:

• Susic, Dinko, et al. «Collagen cross-link breakers: a beginning of a new era in the treatment of cardiovascular changes associated with aging, diabetes, and hypertension." Current Drug Targets-Cardiovascular & Hematological Disorders 4.1 (2004): 97–101.
• Aronson, Doron. «Cross-linking of glycated collagen in the pathogenesis of arterial and myocardial stiffening of aging and diabetes." Journal of hypertension 21.1 (2003): 3–12.
• Nagy, Imre Zs, and Katalin Nagy. «On the role of cross-linking of cellular proteins in aging." Mechanisms of ageing and development 14.1 (1980): 245–251.
• Fujimoto, Daisaburo. «Aging and cross-linking in human aorta." Biochemical and biophysical research communications 109.4 (1982): 1264–1269.
• Cannon, D. J., and P. F. Davison. «Cross-linking and aging in rat tendon collagen." Experimental gerontology 8.1 (1973): 51–62.
• Yamauchi, Mitsuo, David T. Woodley, and Gerald L. Mechanic. «Aging and cross-linking of skin collagen." Biochemical and biophysical research communications 152.2 (1988): 898–903.

Автор:

И. И. Мечников, В. Н. Гладышев

История

Первые постулаты интоксикационной теории старения были предложены И. И. Мечниковым в 1903 г. В современном виде теория хорошо сформулирована в работах В. Н. Гладышева в 2012—2013 гг.

Пример

В зрелом организме есть множество клеток, которые не делятся или делятся очень медленно, но при этом продолжают участвовать в метаболизме. В число таких клеток входят клетки сердца и головного мозга. В этих клетках день за днем накапливаются побочные продукты метаболизма, постепенно начинающие мешать их нормальному функционированию.

Описание теории

Теория объясняет старение накоплением в клетках различного рода химических веществ, которые не могут быть переработаны организмом.
Предполагается, что из-за фундаментальной неидеальности химических и, в частности, ферментативных превращений, в процессе метаболизма в клетках протекают побочные реакции. Чем более сложен и интенсивен метаболизм, тем больше типов побочных продуктов этих реакций образуется. Некоторые из этих продуктов легко покидают клетки, а некоторые утилизируются специальными ферментами. Для утилизации каждого побочного продукта должен существовать свой фермент, а возможно, и несколько. Различные организмы имеют разные наборы ферментов, разлагающих побочные продукты метаболизма. Как правило, таких ферментов не слишком много, и они работают только с самыми часто возникающими и самыми токсичными побочными продуктами. 

Остальные побочные продукты просто накапливаются в клетках. Единственный и универсальный способ борьбы с такими веществами — их разбавление в процессе клеточного деления. Этот метод успешно работает, но только для клеток, которые делятся. 

Проблема многоклеточных организмов, таких, как человек, состоит в том, что многие клетки прекращают делиться или делятся очень медленно, но не перестают участвовать в метаболизме. В таких клетках, в число которых входят жизненно важные клетки сердца и головного мозга, накапливаются побочные продукты метаболизма, постепенно начинающие мешать их нормальному функционированию. 

Основным внутриклеточным побочным продуктом такого рода является липофусцин. Липофусцин, известный также как пигмент старения, представляет собой сложную смесь веществ, которые являются конечными продуктами окисления внутриклеточных липидов и белков.  

С возрастом липофусцин накапливается в лизосомах неделящихся клеток. Лизосомы — это внутриклеточные органеллы, в которых происходит расщепление питательных веществ, поступающих извне, и внутриклеточных структур, которые необходимо переработать. В лизосомах содержатся пищеварительные ферменты, принадлежащие к классу гидролаз. Лизосомальные ферменты активируются и работают только при закислении среды внутри лизосомы. Накопление липофусцина в лизосомах приводит к разбавлению ферментов и препятствует закислению лизосом, что постепенно снижает эффективность работы кислых гидролаз. 

В настоящее время такими исследователями, как Б. Дэвидсон и С. Л. Хофманн, разрабатываются методы расщепления липофусцина, а также изучаются способы уменьшения его накопления в клетках.
Второй тип токсичных продуктов, накапливающихся преимущественно в нервной ткани, это амилоидные белки. Наиболее известен так называемый β-амилоид, вызывающий болезнь Альцгеймера. 

Наконец, к побочным продуктам метаболизма в некоторой степени можно отнести белки, подвергшиеся гликированию — сшиванию с молекулами сахаров, в основном глюкозы. Таким образом, интоксикационная теория старения в определенной мере включает в себя теорию «поперечных сшивок».

Дополнения и критика

В настоящее время эта теория активно развивается. Выдвигаемые ей постулаты находят широкое применение в разработке практических методов борьбы со старением.

Публикации:

• Сергиев, П. В., О. А. Донцова, and Г. В. Березкин. «Теории старения. Неустаревающая тема." Acta Naturae (русскоязычная версия) 7.1 (24) (2015).
• Gladyshev, Vadim N. «On the cause of aging and control of lifespan." Bioessays 34.11 (2012): 925–929.
• Gladyshev, Vadim N. «The origin of aging: imperfectness-driven non-random damage defines the aging process and control of lifespan." Trends in Genetics 29.9 (2013): 506–512.

Изо всех видов туризма самым познавательным и интересным является пеший туризм. Пеший туризм — это увлечение, не имеющее возрастных и социальных ограничений. Пеший туризм уже давно считается полезным для здоровья. Доказано, что походы даже на короткие расстояния в сочетании с упражнениями на координацию и расслабление мышц способствуют здоровью.

Шейпинг — это популярная система совершенствования тела, которая разработана с учетом типичных женских проблемных зон. Шейпинг — это не только средство борьбы с лишним весом, но и инструмент для тех, кто хочет изменить форму тела.

Степ-аэробика (в переводе с англ. step означает «шаг») — это ритмичные упражнения на все мышцы тела, выполняемые на специальной платформе, высота которой варьируется от 15 до 30 сантиметров, в зависимости от спортивной подготовки.

«КИК» — это аббревиатура, которая расшифровывается следующим образом: «кардио — интенсивность — кондиция». Кардио означает, что на занятии будет много аэробных упражнений.