Теории старения

Интоксикационная теория старения (анг. Intoxication theory of aging) впервые была сформулирована в 1903 году русско-французским биологом, лауреатом Нобелевской премии в области физиологии и медицины Ильёй Ильичём Мечниковым, а в современном виде представлена в 2012—2013 годах в трудах профессора Медицинской школы Гарвардского Университета В. Н. Гладышева.

Теория принадлежит к группе теорий случайных повреждений клеток и объясняет процесс старения накоплением различных химических веществ в клетках, которые организм не может переработать. Существует множество клеток, которые практически не делятся, или делятся очень медленно в зрелом организме, но продолжают участвовать в процессах метаболизма.

Теория «поперечных сшивок» (анг. Cross-linking theory of aging) была предложена в 1942 году Юханом Бьёркстеном.

Теория принадлежит к группе теорий случайных повреждений клеток и утверждает, что старение организма обусловлено рандомным образованием «поперечных сшивок» – химических мостиков между молекулами белков, которые не могут быть разорваны репарирующими ферментами. Чаще всего молекулы белков сшиваются друг с другом через молекулу глюкозы.

Теория накопления мутаций (анг. Mutations accumulation theory) была сформулирована  английским биологом,  лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине Сэром Питером Брайаном Медаваром в 1952 году.

Принадлежа к группе эволюционно-генетических теорией старения, теория накопления мутаций утверждает, что старение является побочным продуктом естественного эволюционного отбора.

Ввиду того, что гены с негативными для продолжительности жизни эффектами, проявляющимися поздно в течение жизни, на практике не встречают сопротивления естественного отбора – эти мутации накапливаются, обусловливая старение.

Теория свободных радикалов, или свободнорадикальная теория старения (анг. Free radical theory of aging) была сформулирована биогеронтологистом, доктором Денхамом Харманом в 1954 году.

Теория принадлежит к группе теорий случайных повреждений клеток и утверждает, что старение организма имеет прямую зависимость от накоплений повреждений в клетках, наносимых свободными радикалами (свободные радикалы – это все молекулы и атомы, содержащие один или более неспаренных электронов на внешнем электронном уровне) в течение жизни.

Теория соматических мутаций, или теория «старения по ошибке» (анг. Theory of somatic mutations) была предложена американским физиком Лео Силардом в 1954 году.

Теория принадлежит к группе теорий случайных повреждений клеток и утверждает, что первопричина старения для всех организмов одна.

Согласно теории, старение обусловлено накоплением мутаций в соматических клетках организма.

Теория антагонистической плейотропии (англ. The theory of antagonistic pleiotropy), была предложена в 1957 году американским эволюционным биологом Джорджем Кристофером Уильямсом.

Теория принадлежит к группе эволюционных теорий и описывает с точки зрения эволюции механизм возникновения старения. Гены, задействованные в инсулиновом сигнале, рецепции и синтезе липофильных гормонов, являются антагонистически плейотропными.

Данные гены выполняют двойную функцию: стимулируют размножение и рост, при этом подавляя стрессоустойчивость, в результате старение организма ускоряется.

Элевационная теория старения, онтогенетическая теория старения или нейроэндокринная теория старения (анг. Neuroendocrine Theory of Aging), была предложена в 1968 году советским эндокринологом и геронтологом Владимиром Михайловичем Дильманом.

Теория принадлежит к группе теорий случайных повреждений клеток и предполагает, что старение организма человека происходит в результате возрастных изменений эндокринной и нервной функций, которые играют не только важнейшую роль в системной координации взаимодействия систем человека, но и отвечают на внешнюю и внутреннюю стимуляцию.

Как следствие, снижается уровень выработки необходимых гормонов, что приводит к физическим изменениям, которые связаны со старением организма: увеличение риска возникновения дегенеративных заболеваний, уменьшение мышечной массы, менопаузе.

Иммунологическая теория старения (анг. The immunological theory of aging) впервые была сформулирована в 1950-1960 годах австралийским вирусологом, лауреатом Нобелевской премии по физиологии и медицине Сэром Фрэнком Макфарлейном Бёрнетом.

Своё развитие иммунологическая теория получила в 1969 году в работах американского доктора, пионера в области ограничения калорий Роя Ли Уолфорда.

Согласно теории, в человеческом организме с возрастом запрограммированно угасают функции иммунной системы. Как следствие, пожилой организм становится более восприимчивым к раку и к инфекционным заболеваниям, в результате существенно повышая вероятность смерти.

Принято считать, что основным изменением иммунной системы, происходящим с возрастом, является обратное развитие (инволюция) тимуса.

Адаптационно-регуляторная теория старения (анг. Adaptive regulatory theory of aging) была разработана в 1960-70-х годах украинским учёным в области современной геронтологии и возрастной физиологии Владимиром Вениаминовичем Фролькисом.

Теория базируется на представлении о генетически запрограммированной старости и, как следствие, смерти. Развитие и продолжительность жизни организма человека, согласно теории, определяются балансом двух процессов: разрушительный процесс старения и процесс «антистарения», направленный на увеличение продолжительности жизни и поддержание жизнеспособности организма.

Для обозначения процесса «антистарения» Фролькис вводит термин «витаукт» (лат. vita – жизнь, auctum – увеличивать).

Теломерная теория старения (анг. Telomer theory of aging) была сформулирована в 1971 году российским биологом-теоретиком, ведущим научным сотрудником Института биохимической физики РАН Оловниковым Алексеем Матвеевичем для объяснения данных, полученных экспериментальным путём в 1960-е годы профессором анатомии Калифорнийского университета Леонардом Хейфликом.

Хейфлик открыл предел, согласно которому человеческие клетки умирают приблизительно после 50 делений, имея признаки старения при достижении этой границы.

Оловников предложил гипотезу, в которой объяснил предел деления клетки – теломеры при каждом клеточном делении недореплицируются, соответственно немного укорачиваются. В результате теломеры становятся такими короткими, что клетка больше не может делиться и теряет жизнеспособность.

Теория одноразовой сомы, также известна, как теория расходуемой сомы (анг. Disposable soma theory) была сформулирована британским биологом Томасом Кирквудом в 1977 году.

Теория принадлежит к группе эволюционно-генетических теорией старения и представляет собой эволюционно-физиологическую модель, которая пытается объяснить происхождение процесса старения с эволюционной точки зрения.

Теория ставит вопрос о том, как человеческий организм должен распоряжаться своими ресурсами между ремонтом, поддержкой сомы и многими другими функциями, необходимыми для выживания.

Митохондриальная теория старения (анг. Mitochondrial theory of ageing) принадлежит к группе теорий случайных повреждений клеток и включает в себя два вида:

• Свободнорадикальная митохондриальная теория старения, являющаяся вариантом теории свободных радикалов. Была сформулирована в 1980 году биологом Дж. Микел, а позже, в 1989 году получила развитие в работах А. В. Линнана. Следуя выводам свободнорадикальной митохондриальной теории старения, основной причиной накопления повреждений в мтДНК являются свободные радикалы.
• Несвободнорадикальная митохондриальная теория старения, которая была сформулирована в 1978 г. А. Н. Лобачевым. Несвободнорадикальная митохондриальная теория старения видит основную причину накопления повреждения в мтДНК в том, что в жизни клетки наступает момент, когда развитие ядра вступает в конфликт с развитием митохондрий.

Теория апоптоза (древнегреч. ἀπόπτωσις — листопад), также известная как теория самоубийства клеток, была предложена в 1990-х годах российским биохимиком, доктором биологических наука Владимиром Петровичем Скулачёвым, как естественное развитие теорий немецкого зоолога и теоретика эволюционного учения Августа Вейсмана.

Апоптоз — это гибель клеток, запрограммированная генетически. Теория принадлежит к группе эволюционных теорий и утверждает, что старение является результатом того, что в человеческом организме больше клеток гибнет, чем рождается, в то же время организм заменяет функциональные отмирающие клетки соединительной тканью.

Скулачёв придерживается мнения, что старость – это болезнь, которую необходимо и возможно вылечить, а апоптоз – отменить.

Теория «программа долгожительства», или «программа продолжительности жизни» (анг. The theory of longevity program) была сформулирована в 1993 году группой исследователей: Литгоу Г., Мураками Ш., Джонсоном Т., Гуаренте Л., Кенион С., Лонго В.

Теория «программа долгожительства» объясняет, при каких обстоятельствах в ходе эволюции может возникать долгожительство, являясь, по сути, теорией «антистарения».

Согласно теории, программа продолженной жизни могла появиться в ходе эволюции, как реакция на преодоление кратковременных внешних экстремальных воздействий (отсутствие нормального питания, повышение или понижение температуры и т. д.).

Находясь в стрессе, человеческий организм входит в «режим поддержания», во время которого экономятся ресурсы, подавляя биосинтез структурных белков.

Эпигенетическая теория старения (анг. Epigenetic theory of aging). Эпигенетика – относительно недавно возникшее научное направление (2013 год), которое изучает факторы, влияющие на активность генома, но не связанные с ДНК-мутациями. Ключевая роль в теории отведена специалисту по биостатистике, профессору Стиву Хорвату из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе.

Все клетки человеческого организма имеют одинаковую ДНК, поэтому эпигенетическое управление активностью чрезвычайно важно при установлении специализации клеток и оказывает непосредственное влияние на управление работой генома, изменяя структуру хроматина. Используя эпигенетические модификации можно одни гены заставить «работать», а другие – «отдыхать».

Эпигенетическая теория старения является альтернативой эволюционным теориям и теориям случайных повреждений клеток, объясняя механизмы ускорения утраты теломер в случае окислительного стресса и повреждений ДНК, а также взаимосвязь старения и возникновения опухолей. Также важным фактором в рамках данной теории рассматривается метилирование ДНК.

Гормонально-генетический подход основывается на том, что в человеческом организме, с самого рождения, происходит повышение порога чувствительности гипоталамуса. В результате повышения порога чувствительности примерно к 40 годам увеличивается гормональный дисбаланс и прогрессирует нарушение всех видов обмена веществ, в том числе может привести к   гиперхолестеринемии (или гиперлипопротеинемия, дислипидемия — аномально высокий уровень липидов и/или липопротеинов в человеческой крови).

В связи с этим, существует мнение ряда учёных, что лечение старческих болезней нужно начинать с улучшения чувствительности гипоталамуса.

1. Medawar P.B. An Unresolved Problem in Biology / Lewis. — 1952.
2. Kirkwood, T. B. L. Evolution of Aging (англ.) // Nature. — 1977. — Vol. 270. — P. 301—304.
3. Kirkwood, T. B. L., and Rose, M. R. Evolution of Senescence: Late Survival Sacrificed for Reproduction.// Philosophical Transactions of the Royal Society of London : journal. — 1991. — Vol. B332. — P. 15—24.
4. Denham Harman, who developed the ‘free-radical theory’ of aging, dies at 98 — The Washington Post
5. Jang, Youngmok C., and Holly Van Remmen. «The mitochondrial theory of aging: insight from transgenic and knockout mouse models.” Experimental gerontology 44.4 (2009): 256–260.
6. Rasmussen, Ulla F., et al. «Experimental evidence against the mitochondrial theory of aging A study of isolated human skeletal muscle mitochondria.” Experimental gerontology 38.8 (2003): 877–886.
7. https://www.ivao.com
8. https://biomolecula.ru
9. Gompertz, B., 1825. On the Nature of the Function Expressive of the Law of Human Mortality, and on a New Mode of Determining the Value of Life Contingencies. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Vol. 115 (1825)pp. 513—585.
10. Сергиев, П. В., О. А. Донцова, and Г. В. Березкин. «Теории старения. Неустаревающая тема.” Acta Naturae (русскоязычная версия) 7.1 (24) (2015).
11. Gladyshev, Vadim N. «On the cause of aging and control of lifespan.” Bioessays 34.11 (2012): 925–929.
12. 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.
13. Xi, Huanjiu, et al. «Telomere, aging and age-related diseases.” Aging clinical and experimental research 25.2 (2013): 139–146.
14. Blasco, Maria A. «Telomere length, stem cells and aging.” Nature chemical biology 3.10 (2007): 640–649.
15. Harley, Calvin B., et al. «The telomere hypothesis of cellular aging.” Experimental gerontology 27.4 (1992): 375–382.
16. Levy, Michael Z., et al. «Telomere end-replication problem and cell aging.” Journal of molecular biology 225.4 (1992): 951–960.
17. Charlesworth B: Fisher, Medawar, Hamilton and the evolution of aging. Genetics 2000; 156:927–931.
18. 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.
19. Strehler BL: Origin and comparison of the effects of time and high energy radiations on living systems. Quart Rev Biol 1959;34:117- 142
20. 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.
21. 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.
22. 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.
23. Fujimoto, Daisaburo. «Aging and cross-linking in human aorta.” Biochemical and biophysical research communications 109.4 (1982): 1264–1269.
24. Cannon, D. J., and P. F. Davison. «Cross-linking and aging in rat tendon collagen.” Experimental gerontology 8.1 (1973): 51–62.
25. 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.
26. Higami, Yoshikazu, and Isao Shimokawa. «Apoptosis in the aging process.” Cell and tissue research 301.1 (2000): 125–132.
27. 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.
28. 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.
29. 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.
30. Warner, Huber R. «Aging and regulation of apoptosis.” Current topics in cellular regulation 35 (1997): 107–121.
31. Williams GC: Pleiotropy, natural selection, and the evolution of senescence. Evolution 1957;11:398–411.
32. Zahavi A: Mate selection: a selection for a handicap. J Theor Biol 1975;53:205–214.
33. 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.
34. Cutler RG, Semsei I: Development, cancer and aging: possible common mechanisms of action and regulation. J Gerontol 1989;44: 25–34.
35. 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.
36. Fulop, Tamas, et al. «On the immunological theory of aging.” (2014): 163–176.
37. Franceschi, Claudio, et al. «The immunology of exceptional individuals: the lesson of centenarians.” Immunology today 16.1 (1995): 12–16.
38. George, Andrew JT, and Mary A. Ritter. «Thymic involution with ageing: obsolescence or good housekeeping?» Immunology today 17.6 (1996): 267–272.
39. Daynes, R. A., and B. A. Araneo. «Prevention and reversal of some age-associated changes in immunologic responses by supplemental dehydroepiandrosterone sulfate therapy.” Aging, immunology and infectious disease 3.3 (1992): 135–154.
40. Р. Л. Уолфорд (1969). Иммунологическая теория старения . Копенгаген: Munksgaard.
41. Kahn, Arnold, and Anders Olsen. «Stress to the rescue: Is hormesis a ‘cure’for aging?.” Dose-Response8.1 (2010): dose-response.
42. Gems, David, and Linda Partridge. «Stress-response hormesis and aging: «that which does not kill us makes us stronger».” Cell metabolism 7.3 (2008): 200–203.
43. Murakami, Shin, and Thomas E. Johnson. «A genetic pathway conferring life extension and resistance to UV stress in Caenorhabditis elegans.” Genetics 143.3 (1996): 1207–1218.
44. Guarente, Leonard, and Cynthia Kenyon. «Genetic pathways that regulate ageing in model organisms.” Nature 408.6809 (2000): 255–262.
45. The neuroendocrine theory of aging and degenerative disease / Vladimir Dilman, Ward Dean. — Pensacola, Fla. : Center for Bio-Gerontology, 1992. — 138 p.
46. Zjacic-Rotkvic, Vanja, Lovro Kavur, and Maja Cigrovski-Berkovic. «Hormones and aging.” Acta Clinica Croatica 49.4 (2010): 549–554.
47. Mikhaĭlovich, v. A., et al. «[Central hemodynamics and hormonal homeostasis during surgical stress in young patients with different levels of physical preparation].” Anesteziologiia i reanimatologiia 6 (1990): 22–26.

В статье использованы изображения, полученные из открытых источников, если не указано иное.