СТАРЕНИЕ И СТАРОСТЬ
Р. Цан
34.1. Основные черты
процесса биологического старения
Старение и продолжительность жизни
Определение понятия
«биологическая старость».
Термин «старость», когда он используется
для обозначения поздней стадии жизни, указывает на состояние, при котором
происходит снижение психической и физической адаптации организма, свойственное
преклонному возрасту. В этом строгом смысле он применим только к человеку,
высшим приматам и другим общественным млекопитающим. Старение начинается
примерно в среднем возрасте, одновременно со снижением репродуктивной
способности и продолжается до самой смерти организма.
Продолжительность
жизни. На протяжении всей истории человечества существовали
старики; фактически некоторые люди всегда доживали до самого преклонного
возраста, достижимого в настоящее время. Однако с увеличением средней
продолжительности жизни доля пожилых людей в популяции постоянно возрастает. В
1980 г. средняя продолжительность жизни составляла 913 мес (76,1 лет)
для женщин и 832 мес (69,5 лет) для мужчин [16]. На рис. 34.1 приведена так
называемая половозрастная пирамида популяции постоянных жителей Германии.
Отклонение от характерной треугольной формы [8] –результат войн и кризисов (что
отмечено на рисунке), а также недавнего формирования субпопуляции
рабочих–иммигрантов с особым половозрастным составом.
Изучение ископаемых останков
людей каменного века показывает, что средняя продолжительность жизни в то время
составляла 20 лет. В средние века она увеличилась до 30 лет, в 1880 г.–до 36
лет, около 1900 г. составляла еще только 46 лет, но начиная с этого времени
постоянно росла, если не считать периодов войн и послевоенных лет.
Различия в продолжительности
жизни двух полов раньше объясняли главным образом более высокими
профессиональными нагрузками у мужчин. В настоящее время признают также
определенную роль неодинакового отношения к курению. То, что мужчины курят
больше, увеличивает их рис» преждевременной смерти от заболеваний
сердечно–сосудистой и дыхательной систем. Эта гипотеза подтверждается
одинаковой продолжительностью
Рис.
34.1.
Половозрастная пирамида в популяции постоянных жителей Германии на 31 декабря
1979 г. А Потери в Первой мировой войне. Б. Потери во Второй мировой
войне. В. Снижение рождаемости во время Первой мировой войны. Г.
Снижение рождаемости в период депрессии (около 1932 г.). Д. Снижение
рождаемости в конце Второй мировой войны. Е. больше мужчин, чем женщин. Ж. Больше
женщин, чем мужчин 3. Снижение рождаемости во время Первой мировой войны. И.
Снижение рождаемости в период депрессии (около 1932 г.). К. Снижение
рождаемости в конце Второй мировой войны [16]
жизни мужчин и женщин среди
членов религиозных сект, отвергающих курение [11].
Максимальная продолжительность
человеческой жизни, составляющая около 115 лет, достигается очень редко. Более
ранняя смерть большинства людей обусловлена различными эндогенными и
экзогенными факторами, включая наследственность, несчастные случаи и заболевания.
У людей, чьи родители дожили до очень преклонного возраста, больше шансов на
долголетие.
В то время как старость–это
состояние, свойственное поздним годам жизни, биологический процесс старения
начинается с момента рождения и необратимо продолжается в течение всей жизни. В
первую очередь взросление сопровождается увеличением общей физической и
психической работоспособности. После достижения ее определенного уровня новые
нагрузки могут переноситься только за счет отказа от других. Со временем общая
работоспособность начинает снижаться, и этот процесс продолжается до самой
смерти.
Старение обычно рассматривали
как постепенное замещение нормальных физиологических функций патологическими
процессами. Но с развитием современной геронтологии становится все яснее, что
речь идет скорее о многофакторном биологическом процессе, который в
различной степени модифицируется патологическими факторами.
Теории
старения. Единого мнения о механизмах, участвующих в процессе
старения, не существует, и теорий здесь множество [2]. В большинстве случаев их
можно разделить на:
– негенетические
(эпигенетические), согласно которым причина старения–это структурные
изменения клеток и тканей, и
– генетические [4],
связывающие старение с изменениями в передаче и экспрессии генетической
информации.
Теории, относящиеся к той или
другой группе, часто приходят разными логическими путями к очень сходным
заключениям.
Более ранние, негенетические,
концепции видят причину старения в изнашивании отдельных частей
организма [5, 10, 15], накоплении в нем токсинов [1], а также в изменении
степени гидратации и сольватации макромолекул [20], которое снижает
механическую прочность тканей и нарушает различные клеточные функции. Позднее
стали обращать внимание на генетические факторы, выяснилось, что в
процессы старения всегда вовлечены клеточные системы передачи и экспрессии
наследственной информации, заключенной в ДНК. Однако до сих пор неясно, сами ли
по себе изменения ДНК
вызывают старение или это просто его побочный эффект.
Изменения
нуклеотидов и белков как причина старения. Согласно
теории, предложенной Силардом [18], старение–результат радиационных
повреждений хромосом: накапливаясь, они в конечном счете вызывают смерть.
Эта теория в ее различных модификациях вызвала обоснованные возражения [17].
Радиация – только один из факторов, повреждающих наследственный аппарат клетки;
многие другие воздействия (в том числе курение), в большинстве случаев гораздо
более слабые в энергетическом отношении, тоже способны нарушать работу
генетических механизмов в течение всей жизни человека.
Это учитывается
предложенной Оргелом теорией накопления ошибок [12, 13], увязывающей
воедино генетические и негенетические причины старения. Согласно данной
концепции, различного рода повреждающие воздействия изменяют молекулы
рибонуклеиновой кислоты (РНК), что приводит к синтезу «неправильных» белков.
Если последние сами по себе служат звеном запрограммированной цепи биосинтеза
(например, в случае ДНК–зависимой РНК–полимеразы), первоначальная ошибка
распространяется. Измененные белки индуцируют синтез других «неправильных»
рибонуклеиновых кислот. Теоретически, когда превышен критический уровень
ошибок, процесс развивается лавинообразно. Однако эксперименты показали, что
такая ситуация предотвращается механизмами «самоингибирования», поэтому теория
потребовала пересмотра. В своем новом варианте она предполагает установление
некоторого равновесного уровня синтеза «неправильных» макромолекул.
Модификации
белков, сопровождающие процесс старения, впоследствии были изучены более
подробно и обнаружилось, что с возрастом удельная активность определенных
ферментов значительно снижается [7] в результате изменения их структуры. В
пожилом возрасте для достижения необходимого каталитического эффекта клетки
должны синтезировать больше молекул ферментов. Однако значение этого факта
применительно к процессам старения ограничено, поскольку некоторые группы
ферментов с возрастом не претерпевают изменений, а другие даже увеличивают свою
удельную активность. Более того, не удалось выделить модифицированные белки в
чистом виде или синтезировать их.
В целом можно
сказать, что старение – это скорее всего многофакторный клеточный феномен,
важный элемент которого–изменения генетического аппарата.
Таблица
34.1.
Основные причины смерти (по убыванию частоты встречаемости) для различных
возрастных групп в десяти промышленно развитых странах мира (ВОЗ, 1974)
|
Место среди причин |
0–4 |
5–14 |
15–44 |
45–64 |
65 и более |
|
|
Возрастная группа, лет |
||||||
|
1 |
Несчастные случаи |
Несчастные случаи |
Несчастные случаи |
Рак |
Болезни сердца |
|
|
2 |
Врожденные нарушения |
Рак |
Рак |
Болезни сердца |
Инсульт |
|
|
3 |
Рак |
Врожденные нарушения |
Болезни сердца |
Инсульт |
Рак |
|
|
4 |
Пневмония |
Пневмония |
Самоубийство |
Несчастные случаи |
Пневмония |
|
|
5 |
Кишечные инфекции |
Болезни сердца |
Инсульт |
Инфекции дыхательных путей |
Хронические инфекции дыхательных путей |
|
34.2. Возрастные функциональные изменения
По мере взросления
человека его органы подвергаются определенным изменениям, ни одно из которых не
относится к летальным. Однако в пожилом возрасте вероятность патологического
развития возрастает. Как показывают данные табл. 34.1, основные причины смерти
в этот период жизни–болезни сердца, инсульт и злокачественные опухоли. Сам по
себе процесс старения никогда не приводит к смерти; она наступает в результате болезней
пожилого возраста [3, 6, 14].
Кровь.
Возрастные
изменения здесь в первую очередь затрагивают систему образования форменных
элементов. У молодых людей общий объем активного костного мозга составляет 1500
мл. К предстарческому возрасту (40–60 лет) значительная доля его замещается
жиром и соединительной тканью, и у более пожилых людей этот процесс
продолжается. Плотность клеточной популяции в костном мозгу грудины 70–летнего
человека вдвое ниже, чем у молодого. Это в большей степени сказывается на эритропоэзе
(разд. 18.3), чем на лейкопоэзе (разд. 18.4). Соответственно по мере
старения снижаются количество эритроцитов, общий гемоглобин и гематокрит.
Однако время жизни эритроцитов практически остается прежним. О метаболических
изменениях говорит уменьшение содержания АТФ и 2,3–дифосфоглицерата в
эритроцитах.
После 40 лет среди лейкоцитов
на 25% падает количество лимфоцитов, особенно группы Т (разд. 18.7). Снижение
иммунологической компетентности в пожилом возрасте может быть дополнительно
обусловлено дегенерацией тимуса [9].
Сердце.
У
здоровых пожилых людей соотношение между массами сердца и всего тела не
меняется, однако масса мышечных волокон уменьшается и они частично замещаются
соединительной тканью. В них наблюдаются характерные дегенеративные изменения с
отложением липофусцина вблизи клеточных ядер. С возрастом утолщается
эндокард. Основное среди клинически значимых морфологических изменений сердца у
людей старше 70 лет–коронарный атеросклероз. Он может привести к
недостаточному кровоснабжению миокарда.
Функциональные нарушения
сердечных сокращений часто вызываются изменениями проводящей системы сердца,
частично замещаемой коллагеном. В результате в большей или меньшей степени блокируется
передача возбуждения. Изменение проницаемости клеточных мембран для
участвующих в этом процессе ионов может привести к образованию в проводящей
системе сердца эктопических очагов возбуждения, нарушающих сердечный
ритм (разд. 19.2, 19.3). Такие функциональные изменения, заметные по ЭКГ,
встречаются у 50% пожилых людей.
Сосудистая
система. Хорошо известны возрастные изменения артерий, однако
о том, что происходит с венами и лимфатическими сосудами, мы знаем относительно
мало. Основной признак стареющих артерий – постепенное снижение упругости.
Эластические волокна и гладкая мускулатура все в большей степени замещаются
коллагеном. Атеросклеротические изменения стенок сосудов, считающиеся
патологией, объясняют как генетическими факторами, так и характером питания и
другими особенностями образа жизни. Эти изменения–основа многих заболеваний
пожилого возраста, например инсультов, тромбозов и эмболии.
Часто полагают, что потеря
стенками артерий упругости служит причиной статистического повышения
кровяного давления с возрастом (разд. 20.11). Однако примерно у 30% людей
этого не наблюдается, поэтому некоторые эпидемиологи считают артериальную
гипертонию не частью нормального процесса старения, а скорее артефактом,
обусловленным включением в статистический анализ ее асимптоматических случаев.
Органы
дыхания. Даже у здоровых некурящих людей дыхательная система
претерпевает с возрастом характерные изменения. Размер альвеол увеличивается в
несколько раз, некоторые перегородки между ними исчезают. Уменьшается
количество легочных капилляров и эластических волокон.
Эти морфологические изменения
в известной степени ограничивают функцию легких. Снижение упругости легочной
паренхимы и увеличение жесткости грудной клетки приводят к уменьшению
жизненной емкости и растяжимости легких (разд. 21.3). Поскольку
напряжение, обеспечиваемое эластическими волокнами, необходимо для расширения
самых узких бронхиол, потеря этих волокон сопровождается увеличением
сопротивления воздухоносных путей (разд. 21.3). В той же самой степени
уменьшается объем форсированного выдоха (разд. 21.3). Постепенно повышенное
сопротивление воздухоносных путей приводит к увеличению функциональной
остаточной емкости легких (разд. 21.2). И наконец, из–за уменьшения
дыхательной поверхности снижается диффузионная способность легких (разд.
21.5).
Желудочно–кишечный
тракт. Начиная со среднего возраста, учащаются нарушения перистальтики
пищевода из–за возникновения вместо координированных перистальтических волн
аномальных сокращений, не проталкивающих пищу в желудок. После 60 лет
постепенная атрофия слизистой желудка может в конечном счете привести к
атрофическому гастриту. Масса тонкого кишечника уменьшается, и регенерация его
слизистой оболочки замедляется. В результате снижается реабсорбция некоторых
веществ. К характерным возрастным изменениям толстого кишечника относятся
гипертрофия мышечной пластинки слизистой оболочки (muscularis mucosae)
и атрофия собственно мышечного слоя (muscularis propria).
Пожилые люди часто страдают от запоров, однако их можно предотвратить
употреблением продуктов, богатых грубыми растительными волокнами, и физической
активностью. В глубокой старости возрастает тенденция к недостаточности
сфинктерных мышц.
Печень. Печень, важнейшая железа в
организме человека, тоже четко изменяется с возрастом. После сорока лет ее
масса и объем протекающей
через нее крови уменьшаются.
Явно снижается активность некоторых ферментов и нарушаются
процессы их индукции. Вследствие этого в старости многие
лекарственные препараты разрушаются печенью медленнее. Учитывая возрастные
изменения фармакокинетики, при назначении пожилым людям лекарственных средств
необходимо соблюдать осторожность.
Почки.
Постепенные
структурные и функциональные изменения почек по мере старения основаны на уменьшении
числа нефронов. После семидесяти лет их остается лишь около 70%
первоначального количества. Хотя такие потери частично компенсируются
увеличением размеров оставшихся нефронов, общая масса почек уменьшается, и
соответственно снижается скорость клубочковой фильтрации.
Кожа. Изменения
кожи–наиболее очевидный признак старения. Именно здесь влияние факторов
окружающей среды на генетические структуры сказывается четче всего. На участках
кожи, подвергающихся воздействию солнца, появляются клоны мутантных клеток в
виде пигментных пятен (дерматогелиоз). Помимо возникновения такой
неоднородной пигментации, наблюдаются пролиферативные изменения–морщинистость,
дряблость, сухость кожи и т.д. Волосы утрачивают пигмент (седеют) и
редеют. Часто на голове они выпадают и замещаются тонким пушком с образованием
проплешины.
Репродуктивные
органы. Мнения относительно половых функций в пожилом
возрасте весьма разнообразны, отчасти из–за трудностей сбора информации. Однако
есть данные об отсутствии биологического предела сексуальных интереса и
компетенции как у женщин, так и у мужчин, хотя половая активность с возрастом снижается.
Решающую роль здесь, по–видимому, играют индивидуальные особенности жизни и
гормональный статус.
У мужчин по не вполне ясным причинам
после 55–60 лет часто наблюдается увеличение предстательной железы (аденома
простаты). Это результат доброкачественного разрастания парауретральных
желез, оттесняющих собственно простатическую ткань наружу. Увеличившиеся железы
сдавливают мочеиспускательный канал, что затрудняет мочеиспускание.
У женщин основное изменение половой
функции–клинике, наступающий в возрасте около 50 лет, когда прекращается
активность гонад. Первый его признак–слабые и нерегулярные менструации;
затем прекращаются овуляция и
образование желтого тела. Поскольку концентрации эстрогенов и прогестерона в
крови падают, в течение нескольких лет существенно усиливается образование ФСГ
и в меньшей степени–ЛГ. Менопауза–это время наступления последней
менструации. К неприятным ощущениям, связанным с климаксом, относятся «приливы»
(обусловленные нестабильностью сосудистого тонуса), внезапное потоотделение,
спутанность сознания и депрессивные настроения. Патологические возрастные
изменения у женщин включают развитие опухолей (миомы) матки, атрофию вульвы,
влагалища и мочеиспускательного канала.
Центральная
нервная система. Вероятно, наиболее значительные
субъективные и объективные изменения, происходящие в организме человека по мере
старения, затрагивают работу его головного мозга. У здоровых пожилых людей интенсивность
мозгового кровообращения снижается весьма незначительно и чувствительность
мозга к СО2 (разд. 23.3) полностью сохраняется. Существенное
уменьшение кровоснабжения мозга, статистически свойственное людям старше 50
лет, как правило, является следствием атеросклероза и может считаться
патологией. Дополнительную опасность в этом случае составляет возможность инсульта
(апоплексического удара) в результате кровоизлияния в мозг или церебрального
инфаркта.
Вопреки широко
распространенному мнению, интеллектуальные способности в пожилом
возрасте снижаются не всегда. Однако здесь велика индивидуальная изменчивость,
один из основных факторов которой–уровень мозгового кровоснабжения. Неспокойный
сон, пониженная двигательная активность, затрудненная концентрация внимания,
ослабление эмоциональных реакций и сенсорного восприятия, нарушение эндокринных
функций–все это связывают с возрастными изменениями уровня нейромедиаторов.
На электроэнцефалограмме (разд. 6.2) у пожилых людей возрастает относительная
встречаемость низкочастотных волн.
Содержание ДНК в мозгу по мере старения,
как правило, не изменяется, однако ее повреждения становятся более
многочисленными, возможно, из–за замедления репарационных процессов. Иногда
наблюдается гиперплоидия. Снижаются скорость метилирования ДНК и гистонов и
метаболическая активность гистонов, связанных с хроматином. Кроме того,
замедляется фосфорилирование макромолекул и, следовательно, активность
генетического аппарата. Изменение, наиболее явно коррелирующее с пожилым
возрастом,–усиление синтеза липофусцина.
Сенсорные
органы. С возрастом ухудшается слух. Постепенно
уменьшается способность воспринимать звуки высокой частоты (старческая
тугоухость, разд. 12.2) и затрудняется понимание речи, возможно, из–за
того, что меняются частотные характеристики слухового нерва (разд. 12.2). К
причинам такого ухудшения относятся увеличение жесткости базилярной мембраны,
атрофия кортиева органа и метаболическая недостаточность, обусловленная
дегенерацией сосудистой полоски. Постепенное отмирание нейронов снижает
способность обрабатывать звуковую информацию.
По мере старения
различным образом ухудшается зрение. Поскольку упругость хрусталика
снижается, диапазон аккомодации у людей старше 55 лет сокращается до менее двух
диоптрий (пресбиопия, разд. 11.2). Кроме того, у хрусталика ухудшается
прозрачность, и при патологических состояниях (катаракта) он мутнеет.
Изменения липидов роговицы могут привести к развитию старческой дуги
(беловатому помутнению у ее края). Иногда изменения шлеммова канала нарушают
циркуляцию водянистой влаги глаза. У сетчатки велика вероятность
испытать с возрастом фототоксические воздействия. У людей старше 75 лет
постепенно дегенерирует пигментный эпителий, гиалинизируется оболочка Бруха и,
наконец, в очень глубокой старости – образуются новые сосуды. Эти структурные
изменения сопровождаются снижением остроты видения удаленных объектов,
поэтому визу с (острота зрения, измеренная с помощью кольца Ландольта) падает у
80–летних примерно до 0,6, а у 85–летних до 0,3.
Соматовисцеральная чувствительность ухудшается
у очень пожилых людей за счет постепенной утраты (до 30% в возрасте 90 лет) телец
Пачини и Мейсснера (разд. 9.2).
Питание
в старости. Что касается потребности
людей старше 50 лет в пище, следует учитывать следующее [19]:
– энергетические
потребности организма снижаются;
– увеличивается потребность в
белках:
необходимо ежедневно получать на 1 кг массы тела 1,2–1,5 г высококачественных
белков, содержащих незаменимые аминокислоты;
– рекомендуется включать в
рацион жиры с полиненасыщенными жирными кислотами,
– весовую долю углеводов
в пище необходимо уменьшить до 40%; следует избегать моно– и
дисахаридов;
– несмотря на то, что
абсолютная потребность в витаминах почти не изменяется, при общем
сокращении рациона может легко развиться авитаминоз, который нужно
предупреждать соответствующим подбором пищи или дополнительным их приемом;
– необходимо адекватное
поступление Са2 + (например, за счет большого
количества молока и молочных продуктов), чтобы предотвратить развитие
остеопороза.
1. Barbour H.G.. Ffammelt
F.S. Heavy water and longevity, Science, 96, 538 540 (1939).
2. Burger
M. Altern und Krankheit. Leipzig, Thieme, 1960.
3. Cape
R. D. Т., Сое R. M., Rossman I. Fundamentals of Geriatric
Medicine, New York: Raven Press, 1985. Curtis H. J. Das Altern. Die
biologischen Vorgange. Jura, Fischer, 1968.
4. Darwin
C. quoted from Burger M. Altern und Krankheit, Leipzig, Thieme,
I960.
5. Finch
C. E., Hay flick L. Handbook of the Biology of Aging, New York, Van
Nostrand Reinhold Cop., 1985.
6. Gershon
H., Gershon D. Detection of inactive enzyme molecules in aging of
organisms. Nature, 227, 1214–1217 (1970).
7. Gompertz
В. On the nature of the function expressive of
the law of human mortality and on a new mode of determining life contingencies.
Phil. Trans. Roy. Soc., London, 1825, 513–585.
9. Makinodan
Т. Immunity and Aging. In: Finch C.E., and
Hayflick L. (eds.). The Biology of Aging, New York, Van Nostrand
Reinhold Co., 1977.
10. Medawar
P. В. The uniqueness of the individual, London,
Methuen, 1957.
11. Miller
G. H., Gerstein D. R. The Life Expectancy of Nonsmoking Men and Women.
Public Health Report, 98, 343–349 (1983).
12. Orgel
L. E. The maintenance of the accuracy of protein synthesis and its
relevance to aging. Proc. Nat. Acad. Sc. USA, 49, 517–521 (1963).
13. Orgel
L. E. The maintenance of the accuracy of protein synthesis and its
relevance to aging: A correction. Proc. Nat. Acad. Sc. USA, 67, 1476 (1970).
14. Platt
D. Geriatrics. Berlin–Heidelberg–New York, Springer, Vol. 1, 1982, Vol. 2,
1983, Vol. 3, 1984.
15. Selye
H. The Future for Aging Research. In: Shock N. W. (ed.).
Perspectives in Experimental Gerontology, Springfield (III), Thomas Publ.,
1966.
16.
Statistisches Bundesamt: Statistisches Jahrbuch 1981 fur die Bundesrepublik
Deutschland, Stuttgart, Mainz, Kohlhammer, 1981.
17. Sirehler
£.L. Time, Cells and Aging. New York, Academic Press, 1977.
18. Szilard
L. On the nature of the aging process, Proc. Nat. Acad. Sc. USA, 45, 30–42
(1959).
19. Thews
G., Mutschler E., Vaupel P. Anatomie, Physiologie, Pathophysiologie des
Menschen, Stuttgart, Wisscnschaft. Verl. Ges., 1982, p. 326.
20. Verzar
F. Experimentelle Gerontologie, Stuttgart, Enke Verlag, 1965.