Антиоксиданты в продлении жизни

Видео: Для чего нужны антиоксиданты.mp4

Старение живых организмов представляет собой комплексный, многофакторный биологический процесс.

Биохимические и биофизические процессы, происходящие в живом организме в норме и патологии, осуществляются в весьма сложных, открытых, гетерофазных химических системах при воздействии многочисленных химических и физических факторов.

С физико-химической точки зрения решение проблемы продления жизни должно сводиться к возможно более полному предотвращению и к эффективному торможению разнообразных нежелательных сдвигов, которые возникают в функционирующем живом организме, а также к профилактике и ликвидации патологических состояний.

Современная химическая кинетика, изучающая механизмы и закономерности развития химических реакций во времени, все в большей степени переходит от изучения взаимодействий немногих простых молекул к изучению химических превращений большого числа веществ под влиянием разнообразных физических агентов.

В химии постоянно приходится решать задачи регулируемого проведения химических реакций, в том числе торможения или подавления нежелательных процессов. Поэтому весь опыт, приобретенный химической кинетикой по управлению химическими реакциями, следует разумно использовать для целей торможения и подавления процессов старения живых организмов.

Интересно, что многие из нежелательных и «вредных» явлений в области химии также называются процессами старения. Таковы, например, процессы старения полимеров и других материалов, разнообразных изделий из них, порча пищевых продуктов и лекарственных препаратов и т. п.

Имеется огромное число аналогичных по своим механизмам элементарных процессов молекулярных, ионных, свободнорадикальных, которые осуществляются при старении «неживых» химических систем и при старении живых организмов.

В принципе есть столь же большие основания для оптимизма в решении проблемы увеличения продолжительности жизни (ПЖ), какие мы имеем в области химии, когда речь идет об изыскании эффективных путей торможения, а зачастую практически полного подавления нежелательных химических превращений.

Кинетические закономерности выживаемости. Методы экспериментального определения скорости старения и эффективности геропротекторов

Важнейшей характеристикой всякого процесса, протекающего во времени, является его скорость. Для измерения скорости старения в экспериментальной геронтологии нет единого принятого метода, большинство исследователей пользуются для этих целей статистическими показателями, такими как средняя и максимальная ПЖ, средняя продолжительность жизни, выживаемость и т. д. (Боярский, 1967).

Наглядное представление об изменении численности популяции дают кривые выживаемости, но из-за их сложности (S-образные кривые, рис. 78) определение скорости смертности, величина которой меняется с возрастом, требует дополнительной математической обработки.

Рис. 78. Кривые выживаемости мышей разных линий.
По оси ординат — выживаемость, %- по оси абсцисс — возраст, мес. 1 — мыши SHK, 2 — C3HA, 3 — СБА, 4 — (С57В1хСВА)F1.

Обработка кривых подобного типа заключается в подборе эмпирических зависимостей вида

(«логистические» или «автокаталитические», функции).

Часто используется также формула Гомпертца

которая применяется, как правило, для описания лишь ограниченного участка выживаемости. Следует отметить, что эмпирические постоянные, входящие в эти формулы, не всегда имеют явный физический смысл.

Применение для обработки этих данных «пробит»-метода (Урбах, 1964) позволяет представить кривую выживаемости в виде прямой, отсекающей на оси времени отрезок, равный возрасту животных при 50%-ной смертности («медиана»)- из наклона прямой может быть определена средняя скорость смертности в %, т. е. этот метод позволяет определять величины, имеющие вполне определенный биологический смысл (Эмануэль, 1975).

На рис. 79 представлено такое преобразование кривых выживаемости. При вычислении скорости смертности следует принимать во внимание неравномерность шкалы «пробит», вследствие чего сравнимые данные могут быть получены только с определенных участков прямой.

Рис. 79. Пробит-трансформация кривых выживаемости, приведенных на рис. 78.
По оси ординат — смертность, % (пробиттрансформация)- по оси абсцисс — возраст, мес. Обозначения линий мышей — те же, что и на рис. 78.

Если, как в случае прямых, изображенных на рис. 79, линейная аппроксимация удовлетворительна в интервале от 10 до 90% смертности, то можно использовать весь этот участок и вычислить среднюю скорость смертности, которая составляет для мышей SHK и CBA 6.2%, G3HA — 4.7% и (C57BLxCBA)F1 — 5.3% в месяц.

Отклонения экспериментальных точек от прямой, наблюдаемые при высоких значениях смертности (> 90%), вполне закономерны, так как в конце опыта остается в живых малое число особей. Преимущества этого способа обработки экспериментальных данных особенно наглядны в тех случаях, когда посредством какого-либо воздействия (облучение, голодание, стресс, применение геропротекторов и т. п.) в ходе опыта изменяется скорость процесса старения, как это будет показано ниже.

В случае эффективных воздействий, приводящих к увеличению ПЖ животных и изменению тех или иных параметров, кривые выживаемости подопытной группы животных могут отличаться по форме от кривых для контрольной группы. Популяция животных одного вида состоит в первом приближении из двух субпопуляций — «короткоживущей» и «долгоживущей».

Геропротекторы могут по-разному влиять на эти группы животных, и в соответствии с этим будет различным характер изменения кривых выживаемости (Duchesne, van de Vorst, 1969).

1) Если продолжительность жизни всех членов популяции возрастает на одну и ту же величину, увеличиваются средняя и максимальная ПЖ, кривая выживаемости параллельно смещается вправо (рис. 80, I). Скорость смертности при этом может не меняться.

2) Воздействие может уменьшать скорость смертности в группе «долгожителей». В этом случае средняя и максимальная продолжительность жизни также возрастают, кривая выживаемости будет иметь вид, показанный на рис. 80, II.

3) Если удлиняется время жизни «короткоживущей» субпопуляции, а величина максимальной ПЖ не меняется, кривые имеют вид, приведенный на рис. 80, Скорость смертности при этом возрастает, но средняя продолжительность жизни (СПЖ) тем не менее увеличивается. Такого рода предположение может служить основанием для классификации эффективных воздействий, увеличивающих время жизни животных.

Рис. 80. Типы (I, II, III) изменений кривых выживаемости при действии геропротекторов.
По оси ординат — выживаемость, %- по оси абсцисс — возраст. Объяснение — в тексте.

Старение как процесс накопления повреждений в организме

Существует ряд моделей процесса старения (Strehler, 1964- Comfort, 1967), которые, как правило, исходят из весьма конкретных представлений о его механизме. Как уже отмечалось, в процессе старения в живом организме возникают разнообразные нежелательные сдвиги, появляется предрасположение ко многим заболеваниям, накапливаются повреждения в различных жизненно важных биологических системах.

Предполагается, что при накоплении некоторого «критического» количества таких повреждений организм уже не может функционировать нормально, начинается быстропрогрессирующий процесс накопления различных нарушений, вследствие чего наступает гибель организма (Эмануэль, 1975).

Наибольшее значение имеют повреждения таких структур, время жизни которых соизмеримо со временем жизни организма. Прежде всего это изменения генетического аппарата клеток. Повреждение ДНК приводит к нарушению регулярных и структурных функций, в организме начинают накапливаться белки «неправильной» структуры, нефункционирующие клетки и пр.

Можно показать, что чем выше молекулярная масса полимера, тем ниже допустимая степень его повреждения (Эмануэль, 1975).

Если S — число повреждений макромолекулы, n — число молекул в образце, то условием сохранения полимером его свойств можно считать соотношение

S/n << 1

Число разрывов или повреждений на 1 химическую связь в молекуле а равно:

а= S/npZ

где Z — число связей в мономерном звене главной цепи полимера;
р = M/m - степень полимеризации.

Отсюда:

S/n = apZ = a(M/m)Z. (2)

Согласно условию (1),

a = (M/m) << 1, aM << m/Z. (3)

Таким образом, достаточно весьма небольших количеств повреждений молекул биополимеров, например белка, чтобы нарушить его способность к нормальному функционированию.

Признаками старения могут быть различные специфические и биохимические сдвиги в организме (Strehler, 1964- Comfort, 1967). Так, повреждение генетического аппарата ведет к нарушению ферментативных функций и приводит к неферментативному окислению липидов (Slater, 1968).

Это вызывает в свою очередь повреждение липопротеидных мембран лизосом (Kinselia, 1967- Bidlack, Tappel, 1974), дегенеративное изменение структуры и функций митохондрий (Weiss, Lansing, 1953- Weinbach, Garbus, 1959). Наблюдаются также снижение скорости метаболизма липидов (Hruza, 1967), уменьшение скорости пролиферации клеток различных тканей (Comfort, 1967) и т. д.

Нами показано, что у старых мышей (12—14 мес) скорость распада нуклеиновых кислот в гомогенатах селезенки гораздо ниже, чем у молодых животных (при этом она близка к скорости распада нуклеиновых кислот у мышей, больных лейкозом La). Повреждения в организме в процессе его развития возникают в основном при взаимодействии с окружающей средой.

Организм подвергается действию как физических факторов (облучение, изменение температуры и др.), так и химических (канцерогены, химические мутагены, токсические вещества и др.). При этом в организме в ряде случаев возникает некоторое количество весьма реакционноспособных частиц — свободных радикалов (СP), легко химически реагирующих со всеми молекулами биосубстрата. Естественно предположить, что свободные радикалы является одним: из наиболее активных агентов, способствующих старению.