ОНТОГЕНЕЗ, 2015, том 46, № 5, с. 295-303
= 0БЗ0РЫ =
УДК 612.017.1+612.014.1-064
БИОЛОГИЧЕСКИЙ ВОЗРАСТ КАК МЕТОД СИСТЕМНОЙ ОЦЕНКИ ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА
© 2015 г. В. И. Донцов, В. Н. Крутько
Институт системного анализа РАН 117312, Москва, пр. 60-летия Октября, 9 E-mail: dontsovvi@mail.ru Поступила в редакцию 07.04.2014 г.
Окончательный вариант получен 30.12.2014 г.
Старение является общим свойством живых и неживых систем как накапливающиеся с возрастом нарушения структуры системы. Единственной причиной старения живой системы при наличии ее обновления является недостаточность обновления. Последнее проявляется как два глобальных механизма старения: генетически детерминированная необновляемость ряда структур, которые с возрастом могут только гибнуть (стохастическое старение) и регуляторное снижение скорости самообновления живых структур, наиболее важным здесь является регуляторное снижение клеточного самообновления — роста и деления клеток. При одинаковом календарном возрасте степень постарения организмов в целом, а также отдельных органов, элементов и систем их организмов, может быть различна, что отражает понятие биологический возраст (БВ) — показатель уровня развития, изменения или износа структуры или функции элемента организма, функциональной системы или организма в целом, выраженный в единицах времени, путем соотнесения значений определяющих эти процессы биомаркеров старения с эталонными среднестатистическими зависимостями изменений этих биомаркеров от календарного. Понятие БВ прямо связано с понятием жизнеспособности организма, который определяется через сумму (интеграл) жизнеспособностей его частей, на практике: остаточный функциональный ресурс. Для общей количественной характеристики старения используется показатель интегрального биологического возраста, для детальной характеристики — парциальных биологических возрастов, отражающих старение различных систем организма и ряд показателей, отражающих его функциональные и психологические возможности, также учитывается вклад патологических процессов в биовозраст. Кроме того, следует выяснять объем сохраненных адаптационных резервов в физическом и нервно-психическом плане, факторы риска и факторы долголетия, для чего следует учитывать семейный анамнез (наследственные факторы) и индивидуальный анамнез (приобретенные факторы). Использование метода определения БВ во врачебной практике активизирует профилактическое направление в медицине, что актуально для улучшения как индивидуального здоровья, так и качества жизни. Метод определения БВ также является главным инструментом при тестировании эффективности средств и методов геропрофилактики.
Ключевые слова: возрастные изменения, биологический возраст, старение.
Б01: 10.7868/80475145015050031
ВВЕДЕНИЕ
Морфо-функциональная структура организма не является постоянной в течение жизни, изменения продолжаются также после эмбриогенеза и после полового развития. Изменения происходят непрерывно, что приводит к формированию новых системных отношения в организме и новых адаптивных взаимодействий со средой. Общее направление таких изменений после окончания программ роста и развития известно как старение.
Резкое постарение населения и развитие хронических заболеваний с возрастом приводит ко все большему вложению средств в программы лечения старых лиц и увеличению объема выплат
пенсионного и социального обеспечения без ощутимой отдачи обществу результатов такого использования материальных ресурсов. Формирующуюся новая дисциплина — "Anti-Ageing Medicine" ("Медицина анти-старения" или "Профилактика старения") предлагает принципиально новые подходы и современные высокие технологии для повышения качества жизни при снижении реальных темпов старения и увеличении продолжительности активной трудоспособной жизни человека. Одной из центральных проблем здесь является разработка точных количественных методов диагностики процессов, связанных со старением и процессов старения как такового.
Известно, что при одинаковом календарном возрасте (КВ) для различных лиц уровень постарения как организма в целом, так и отдельных органов и систем, может выражено различаться, поэтому имеется практическая необходимость количественной оценки имеющегося реально уровня старения как уровня жизнеспособности организма и его систем, для чего достаточно давно предложен термин "биологический возраст" (БВ). Однако, наличие значительного разброса тестов для определения БВ и недостаточное понимание его биологической природы и границ применения (Позднякова и др., 2011) требуют специального рассмотрения методологических и содержательных вопросов его использования.
В наиболее общем виде ясно, что научная современная количественная диагностика старения должна строиться на фундаментальных механизмах старения и отражать индивидуальные особенности старения в каждом отдельном случае.
СУЩНОСТЬ, ПРИЧИНЫ И МЕХАНИЗМЫ СТАРЕНИЯ
К настоящему времени имеется огромное разнообразие в вопросе о теории старения (Gompertz, 1825; Hayflic, 2000; Linton, Thoman., 2001; Olovni-kov, 2005; Trifunovic et al., 2005; Gruber et al., 2008; Strick-Marchand et al., 2008; Milewski, 2010; Донцов, 2011; Khalyavkin, Krutko, 2011; Tabatabaie et al., 2011; Masoro, Austad, 2011; Schuster, 2011; Rando, Chang, 2012; Sohal, 2012). Разные авторы придают значение самым различным причинам: внешним воздействиям и воспалительным процессам, эво-люционно-выработанным механизмам и эпигенетическому репрограммированию, стохастическим и энтропийным процессам, свободным радикалам и изменениям митохондрий, хроническим стрессам, возрастному иммунодефициту и аутоиммунным процессам, повреждениям генома и мутациям митохондрий, регуляторным процессам контроля гормонов роста, половых и тиреоидных гормонов, факторов роста и пр. Важнейшим элементом считают возрастные изменения восстановительных процессов.
Все эти теории, однако, описывают отдельные механизмы старения, а не его базисную причину, что не позволяет наметить пути эффективного сдерживания старения и радикального увеличения продолжительности активной жизни. Между тем, в наиболее общем, фундаментальном виде, определение старения как глобального явления известно давно — необходимым и достаточным для сущностного определения старения является его определение как возрастного снижения жизнеспособности организма (сравните со "снижением жизненной силы" или "энтелехии" древних), что эквивалентно снижению упорядоченности структуры и функций, работы организма, то есть, повышению процессов хаоса для орга-
низма как системы. Такие процессы в природу происходят самопроизвольно и связаны с общим законом повышения энтропии для самопроизвольно протекающих процессов. Для противодействия им, снижению хаотических процессов и повышению уровня порядка, необходима внешняя энергия. Эти представления послужили основой развития всего комплекса теорий "изнашивания" организма — от старейших представлений, что организм изнашивается как машина, до современных теорий изнашивания, искавших конкретный материальный субстрат такого изнашивания — уникальные гены, необновляющиеся клетки и пр. Известный биолог старения А. Комфорт в своей классической "Биологии старения" (Комфорт, 1967) прямо пишет о том, что загадочная "энтелехия" и "жизненность" на современном уровне понимания может быть сведена к достаточно конкретному, хотя и не вещественному субстрату — "в настоящее время представляется вполне вероятным, что информация, содержащаяся в клетках, и есть та "биологическая энергия", существование которой предполагалось ранее и о которой думали, что она растрачивается с возрастом".
В настоящее время эти представления положены в основу главного — стохастического механизма старения, касающегося самых разнообразных структур организма.
Наиболее общим механизмом противодействия старению является постоянное обновление всех структур организма. Единственной причиной старения сложной системы при наличии обновления является его недостаточность, то есть, неполнота обновления. Существует два основных механизма, реализующего эту неполноту. Первый — генетически детерминированная необновляе-мость ряда структур, которые с возрастом могут только постепенно разрушаться (или терять способность функционировать). Этот процесс носит случайный характер и поэтому известен как "стохастическое старение". Второй — снижение скорости самообновления со временем, обусловленное изменениями действия программ регуляции процессов в живом организме — "регуляторное старение"; наиболее важным здесь является регуляторное снижение клеточного самообновления — роста и деления клеток. Обобщенная стохастиче-ски-регуляторная теория старения наиболее естественно и просто объясняет (моделирует) динамику жизнеспособности и смертности на протяжении полного витального цикла (Донцов и др., 2010; Донцов, 2011).
В силу своей природы, регуляторное старение является наиболее доступной мишенью для различных способов воздействия на старение живых организмов и включает возможность влияния на центральные, передаточные и периферические регуляторные элементы и сами клетки. Необнов-ляющиеся элементы структуры могут быть заме-
щены путем механического протезирования или клеточной инженерии.
Нами показано, что важнейшим регулятор-ным механизмом при старении является ограничение рост-стимулирующих влияний на соматические клетки организма со стороны особой популяции лимфоцитов, ответственной не за иммунные функции, а за рост и деление соматических клеток (Донцов, Крутько, 2010; Донцов, 2011) что объясняет известное благоприятное влияние иммуннофармакологических средств на старение и клеточное самообновление, процесса регенерации и роста клеток и тканей и выраженные изменения системы клеточного иммунитета при старении (Linton, Thoman, 2001; Strick-Marchand et al., 2008; Донцов и др., 2010; Донцов, 2011; Masoro, Austad, 2011; Пучкова, Алишев, 2011; Чи-жов и др., 2013) и дало нам основание для создания новой иммуно-регуляторной теории старения (Донцов, Крутько, 2011; Донцов, 2011).
Общая причина старения проявляется конкретным образо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.