Біогеронтологія

Біогеронтологія — розділ геронтології, який вивчає біологічні процеси старіння організму, його еволюційні витоки та потенційні засоби впливу на цей процес. Включає міждисциплінарні дослідження з причин біологічного старіння, його проявів і механізмів.^[1]

Рука старої людини добре демонструє зовнішні ознаки старечого стану організму

Оцінки тривалості життя в майбутньому

Очікувана тривалість життя в деяких країнах світу 2019 року

Біогеронтолог Леонард Гейфлік заявив, що природна середня тривалість життя людини становить 92 роки, і якщо ми не винайдемо нових підходів у лікуванні старіння, то впремося в цю стелю.^[2] З іншого боку, Джеймс Ваупел^[en] передбачає, що в індустріальних країнах діти, які народилися після 2000 року, в середньому доживатимуть до 100 років. Багато опитаних біогеронтологів пророкують для дітей, народжених 2100 року, середню тривалість життя більше трьох століть.^[3] І дехто кажуть про можливість життя, не обмеженого жорсткими часовими рамками, вже для нинішнього покоління. Наприклад, Обрі ді Грей^[en] 2008 року оцінив, що є 50 % ймовірність за 25-30 років створити технологію, яка рятує людей від вмирання від старості, незалежно від віку, якого вони на цей момент досягнуть. Це дуже залежить від рівня фінансування та залучення фахівців.^[4] Його ідея полягає в тому, щоб лагодити в тілах те, що можна полагодити за допомогою наявних технологій, щоб дожити до часу, коли прогрес технологій дасть змогу виліковувати глибші ушкодження. Цю концепцію називають «швидкість тікання від старості^[en]» ("longevity escape velocity").

Біомедична геронтологія, також відома як експериментальна геронтологія і «продовження життя», є однією з дисциплін біогеронтології і прагне практично уповільнити, зупинити і навіть повернути назад вікові процеси в організмах, включно з організмом людини. Більшість активістів продовження життя вірять, що тривалість життя людей, які вже живуть, можна значно збільшити.

Підходи до старіння

Зморщене обличчя зі сухою шкірою — стандартна зовнішня ознака старої людини

Біогеронтологи розходяться на думці, якою мірою потрібно займатися віковими процесами. Деякі вважають, що слід лише обмежитися пом'якшенням перебігу хвороб похилого віку. В цьому напрямі нещодавно виникло нове поле діяльності, яке отримало назву геронаука (geroscience) — «здорове довголіття».^[5] Воно спрямоване на вивчення зв'язку старості й віково-залежних захворювань. Головною метою є збільшення тривалості здорового життя (healthspan), щоб старість проходила в доброму здоров'ї та з високою якістю життя.^[6][7][8] Загальна тривалість життя при цьому зростає як наслідок, але не це є головною метою. Дехто каже, що значно збільшити тривалість життя неможливо чи не потрібно це робити з деяких моральних міркувань. Інші біогеронтологи, навпаки, вважають, що старість як така є хворобою і слід впливати на неї безпосередньо, а не на викликані нею наслідки.^[9][10][11] Їхня точка зору: якщо не буде старості як такої, то й імовірність розвитку в людини старечо-залежних хвороб мінімальна, і вони легко виліковні. Вони не згодні з тим, що не обмежена певним віком тривалість життя пов'язана з моральними проблемами.

У контрасті з біогеронтологією перебуває інший напрямок геронтології — геріатрія. Якщо біогеронтологія прагне запобігати старечим хворобам, впливаючи на перебіг старіння, то геріатрія займається лікуванням уже наявних хвороб.

Є багато теорій старіння: на одному кінці спектру думки про те, що старість запрограмована, на іншому кінці — теорії, що старечий стан є наслідком накопичення помилок на різних рівнях організації тіла.^[12][13] Багато хто дотримується серединної думки про спільну дію програмних і стохастичних факторів, які посилюють один одного. Старіння — комплексний процес, і найпевніш обумовлений відразу кількома механізмами, які діють одночасно. Прибічники різних теорій багато в чому не погоджуються один з одним, але сходяться в тому, що зі старінням функціональні можливості організму знижуються.^[14]

Стохастичні теорії

Згідно зі стохастичними теоріями старіння, воно обумовлене дрібними ушкодженнями в тілі, що виникають із часом, які організм не в змозі полагодити і/або компенсувати. Вони з віком поступово накопичуються, зменшуючи функціональні можливості організму. Вперше концепцію ушкоджень, що накопичуються в організмі, висунув 1882 року зоолог Авґуст Вайсман у теорії зношування.^[15][16]

Теорії зношування

Теорії зношування (англ. wear and tear theories) почали виникати ще в XIX столітті.^[16] Вони будуються навколо того, що з часом структурні одиниці тіла, як от клітини та органи, зношуються від постійного використання. Це зношення відбувається внаслідок внутрішніх та зовнішніх факторів і зрештою призводить до накопичення ушкоджень, які перевершують здатність організму до ремонту. Поступово настає виснаження механічного та хімічного запасу міцності. Деякі з ушкоджувальних факторів — хімікати, що містяться в повітрі, їжі, димі, інші — віруси, травми, вільні радикали, поперечні зв'язки^[en], підвищена температура тіла.^[14]

Накопичення

Накопичувальні теорії (англ. accumulation theories) припускають, що зниження функціонального стану тіла спричинене накопиченням сміттєвих елементів, які походять від зовнішніх факторів і утворюються в організмі в ході метаболічних реакцій.^[14]

Теорія накопичення мутацій

Докладніше: Теорія накопичення мутацій

Теорія накопичення мутацій (англ. mutations accumulation theory) — еволюційно-генетична теорія виникнення старіння, яку 1952 року запропонував Пітер Медавар.^[15][17] Вона розглядає старіння як побічний продукт природного добору. У природі ймовірність розмноження особини залежить від її віку, досягаючи піку в молодих дорослих організмів відразу після настання статевої зрілості, після чого поступово спадає, оскільки зростає ймовірність, що особина до цього віку не доживе (хижаки, хвороби, нещасні випадки, накопичення в організмі внутрішніх проблем). Якщо особина від народження має шкідливу мутацію, яка виявляється в молодому віці, то з підвищеною ймовірністю така особина нащадків не залишить і мутація в популяції не залишиться. З іншого боку, якщо мутація має відкладену дію, є висока ймовірність її передання наступному поколінню. Отже, в популяції тисячоліттями накопичувалися мутації з відкладеною дією, формуючи те, що ми називаємо процесом старіння. Однак це лише гіпотеза, яка не має підтвердження на прикладі конкретних генів, — питання потребує подальшого вивчення.

Вільнорадикальна теорія старіння

Докладніше: Вільнорадикальна теорія старіння

Вільні радикали це частини молекул, які мають високу здатність вступати у випадкові неконтрольовані хімічні реакції. Вони утворюються як побічні продукти в ході різних внутрішньоклітинних реакцій, іноді під впливом зовнішніх факторів. Після виникнення вони вступають у випадкові неконтрольовані реакції з сусідніми клітинними структурами, серйозно і часто незворотно пошкоджуючи їх. Вільнорадикальна теорія старіння припускає, що такі пошкодження поступово накопичуються, погіршуючи функціонування клітини і спричиняючи старіння.^[18] Ідея, що вільні радикали є руйнівними внутрішньоклітинними факторами, яку 1945 року запропонувала Ребека Ґершман^[en] та її колеги,^[19] стала широко відомою 1956 року, коли Денгем Гарман^[en] висунув вільнорадикальну теорію старіння і продемонстрував, що вільні радикали посилюють деградацію біологічної системи.^[20] Найвідомішим різновидом вільних радикалів є активні форми кисню (АФК, ROS), і особливо від них страждають мітохондрії, де вони переважно й утворюються в процесі клітинного дихання. Кількість вільних радикалів у клітині можна зменшити за допомогою антиоксидантів. Однак складність такого підходу полягає в тому, що деякі вільні радикали організм використовує як сигнальні молекули, і надмірне загальне приннічення вільних радикалів приносить організму більше шкоди, ніж користі. Протягом деякого часу^[коли?] ідея сповільнення старіння антиоксидантами була дуже популярною, але останнім часом підвищені дози антиоксидентів стали вважати шкідливими. Нині деякі вчені намагаються придумати та реалізувати способи локального пригнічення вільних радикалів тільки в певних частинах клітин.^[21][22] Ефективність такого підходу неясна, дослідження тривають.

Теорії пошкодження ДНК

Пошкодження ДНК є однією з основних причин хвороб, пов'язаних із віком. Стабільність геному визначається ефективністю внутрішньоклітинних ремонтних механізмів, початковим запасом міцності та надійністю систем внутрішньоклітинного контролю. 1958 року фізик Джоаккіно Фаїлла^[en] висунув гіпотезу, що причина старіння — накопичення пошкоджень у ДНК.^[23] Цю гіпотезу незабаром розвинув фізик Лео Сілард.^[24] Теорія з роками зазнавала змін у міру того, як відкривалися нові види пошкоджень ДНК і мутацій, і нині існує кілька її різновидів, одні з яких ґрунтуються на накопиченні мутацій, а інші вважають мутації другорядним фактором.^[25]

Теорія поперечних зв'язків

Теорія поперечних зв'язків^[en] (англ. cross-linking theory) будується на тому, що причиною старіння є накопичення в тканинах кінцевих продуктів глікування (КПГ, AGEs, стійке прикріплення частин молекул вуглеводів до молекул білків і ліпідів), та інших видів поперечних зв'язків. Такі зв'язки погіршують якість біологічного функціонування початкових молекул, що має різні негативні наслідки для організму, такі як затвердіння сполучної тканини, збільшення серця^[en] тощо. поперечні зв'язки в ДНК^[en] призводять до помилок у процесі її реплікації, одним із наслідків цього є збільшення ризику виникнення раку.^[15]

Генетика

Генетичні теорії старіння припускають, що старіння запрограмовано в генах, тобто, тривалість життя клітини диктують гени. Регульована загибель клітини (апоптоз) визначається «клітинним годинником» через генетичну інформацію всередині ядра клітини. Вчені вже знають деякі гени, які вмикають механізм апоптозу в клітинах, але загибель клітини не те саме, що смерть або старіння всього організму. Збільшення обсягів загибелі клітин корелює з віком, але кореляція не означає причину. Впливати на експресію генів та прискорювати старіння можуть зовнішні фактори та генетичні мутації.

Останнім часом багато уваги приділяється епігенетиці, яка є важливим механізмом регулювання експресії генів. Епігенетичний годинник, який відносно об'єктивно вимірює біологічний вік клітин, є корисним інструментом для тестування різних підходів подолання старіння.^[26] Набули популярності так звані епігенетичні годинники Горвата, але вже з'явилися й точніші аналоги.

Загальне розбалансування

Теорії загального розбалансування (англ. general imbalance theories) припускають, що системи організму, такі як ендокринна, нервова та імунна, поступово втрачають функціональну здатність і зрештою відмовляють. Різні системи знижують свій функціонал із різною швидкістю.^[14]

Імунологічна теорія

Імунологічна теорія (англ. immunological theory) говорить про те, що імунна система поступово послаблюється. Це знижує здатність організму справлятися з інфекціями, знищувати старі та неправильно діючі клітини, у тому числі ракові. Це веде до загального старіння організму і, зрештою, до смерті. Цю теорію 1969 року запропонував Рой Волфорд^[en].^[18]

Див. також

• Антагоністична плейотропія
• Фізіологія старіння ссавців
• Механізми старіння
• Біомаркери старіння
• Дослідження довгожителів^[en]
• Стовбуровоклітинна теорія старіння^[en]