На сегодняшний день создано большое количество (по данным некоторых геронтологов - около 300) теорий старения. Но общепризнанной теории старения, которая удовлетворительно объясняла механизмы развития старения, так и не создано.
На сегодня существует два основных постулата на причины старения и смерти: 1) старение является результатом неотвратимого повреждающего воздействия факторов внешней среды и оползней, которые возникают в ходе жизнедеятельности организма, 2) старения является генетически запрограммированным процессом. В ряде теорий делается попытка совместить эти два основных постулата.
Рассмотрим основные группы теорий старения.
Теории трения и растраты. Это наиболее примитивные механистические теории, которые рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Одним из первых такую теорию выдвинул мопа (Maupas, 1888). Он утверждал, что организм по своей сути является не более, чем механизмом, а все механизмы ухудшаются и портятся в результате своей деятельности.
Н. Рубнер (Rubner, 1908), исходя из существования обратной зависимости между интенсивностью обмена, энергией и продолжительностью жизни, выдвинул так называемую энергетическую теорию старения. Согласно расчетам Рубнера, количество энергии на 1 кг массы тела, которая может быть потрачена за всю взрослую жизнь, более или менее постоянный у всех животных. А потому, чем более интенсивно расходуется эта энергия, тем быстрее умирает животное. Например, малые по размерам животные, которые имеют высокое соотношение поверхности тела к его массе и поэтому тратят больше энергии, умирают быстрее.
Близкими к теориям износа являются теории, которые связывают старение с растратой течение жизни определенных соединений: гипотетического "жизненного фермента" (Bütscchli, 1882), "субстрата жизни" (Тарханов, 1891), "запаса жизненной энергии" (Pflüger, 1890) и тому подобное. Леб (Loeb, 1903-1908) считал, что в каждом яйце есть определенные вещества, специфические для каждого вида, которые постоянно разрушаются, разрушение этих веществ ведет к наступлению старости и смерти; разница в продолжительности жизни у разных видов животных зависит от разницы в количестве этих веществ и скорости их разрушения.
Аутоинтоксикацийни теории старения. Впервые такую теорию выдвинул Мечников в 1899-1907 годах. Он считал, что старение является результатом самоотравление организма веществами, которые образуются микробами, живущими в пищеварительном тракте.
Позже теорию аутоинтоксикации перенесли на клеточный уровень, то есть, причиной старения стали считать переполнения клеток продуктами обмена веществ, которые накапливаются в клетке или во внеклеточном пространстве (например, накопление липофусцина).
На сегодняшний день сторонники этой теории старения рекомендуют бороться с тем старением, вызванным аутоинтоксикацией организма, нормализуя микрофлору желудочно-кишечного тракта и проводя периодические процедуры очистки организма от шлаков и других вредных веществ (в том числе, используя энтеросорбенты).
Теории, согласно которым старение является результатом ослабление деятельности какой-либо системы или органа. Широкую популярность в XIX в. - Первой половине ХХ в. получили теории, которые связывали старения с первичным ослаблением деятельности той или иной системы органов или даже отдельного органа. Так, еще в 1889 году Деманж (Demange) считал, что старение наступает вследствие склероза кровеносных сосудов, а склероз сосудов, в свою очередь, наступает при алкоголизме и ряде других болезней. Мюльман (1911-1927) связывал старение с дегенерацией нервных центров от голодания и пигментной атрофии нейронов. Мечников считал, что в результате самоотравления организма, в первую очередь, страдают паренхиматозные ткани, что ведет к разрастанию с возрастом соединительной ткани. Богомолец, наоборот, считал, что первой дегенерирует именно соединительная ткань. Он предложил так называемые органотропным цитотоксические сыворотки (в первую очередь, антиретикулярной) для положительного влияния на организм в старости.
Много таких теорий связывали старения с ослаблением работы нейроэндокринной системы. Еще Павлов, а позже и К. Чайлд и Г. Рибберт, связывали ведущие механизмы старения с изменениями нервной деятельности. А.С. Догель думал, что прежде всего возрастных изменений испытывает симпатический отдел нервной системы. Ряд ученых связывали причины старения с эндокринной системой. При этом сначала ведущее значение придавалось деятельности той или иной конкретной железы (щитовидной железы (А. Лоран (Lorand, 1910)), половых желез (С. Воронов (1933), Броун-Секар (Broun-Sequard, 1889), Е. Штейн (Steinach, 1920)), надпочечников (Селье (Selye, 1950)), гипофиза (Борисов, 1966; Еверит (Everitt, 1976)), гипоталамуса (Дильман, 1968-1976), эпифиза. Затем приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся нейроэндокринная ситуация организма (Завадовский, 1941; Фролькис, 1963-1975; Никитин, 1977). Завадовский считал, что возрастное развитие будто "запрограммирован" в ряде эндокринных ситуаций, последовательно сменяющих друг друга. Однако весь ход событий в процессе старения не может быть сведен только к недостаточности нейроэндокринной регуляции, которая развивается с возрастом. А потому, нейроэндокринные факторы могут иметь хотя и важное, но не первично, а вторичное значение в возрастном развитии животных организмов.
Еще одной причиной старения может быть разрегулирование иммунной системы организма. Кэмпбелл, Уорк, Барнетт (Campbell and Work, 1953; Burnet, 1959) считают, что в генофонде организма репрессирован синтез антител на присущие этому организму белки. Старение сопровождается дерепрессия этих локусов хромосом, что ведет к образованию антител на собственные белки. Еще одной причиной может быть рост с возрастом количества "ложных", дефектно-синтезируемых белков. На эти белки вырабатываются антитела, и поэтому возникают аутоиммунные заболевания.
Клеточные теории старения. Ряд теорий исходят из того, что причиной старения многоклеточного организма являются изменения на молекулярно-клеточном уровне. Мильман и Маккей считают, что старение обусловлено диспропорцией между поверхностью клетки и ее объемом, которая возникает по мере роста клетки. Это, по их мнению, ведет к нарушению процессов питания клетки и удаления из нее продуктов метаболизма. По версии Майнот такая диспропорция возникает между ядром и цитоплазмой, поскольку с возрастом в клетках изменяется ядерно-цитоплазматического соотношения.
Нагорный развивал теорию о старении вследствие затухания процессов самообновления протоплазмы. Он впервые в мире достаточно подробно описал возрастные изменения в клетках.
Алисон (Allison, 1962) и Хохшилд (Hochschild, 1971) выдвинули лизосомальную теорию старения о том, что старение обусловлено уменьшением устойчивости мембран лизосом, что ведет к выходу лизосомальных ферментов и "самоперетравлення" клетки.
Значительное развитие получили также теории, согласно которым ведущими в еханизмах старения являются изменения, происходящие на молекулярном и ежмолекулярном уровнях организации клетки (молекулярно-коллоидные теории старения).
Одними из самых ранних были теории, которые рассматривали старение как следствие гистерезиса коллоидов организма. В какой-то мере эту теорию разделял и Богомолец, который видел в переливаниях крови средство вызвать "електроколоидальни бури" в протоплазме клеток реципиента, что могло бы привести к флокуляции и дальнейшего самоперетравлення в клетках мицелл, что коагулювалы.
За последние годы был создан ряд теорий старения, которые выходят из представления о нарастании с возрастом сцепления между макромолекулами протоплазмы, в первую очередь, между белками и нуклеиновыми кислотами, что приводит к песимальнои структуры их комплексов и инактивации их реактивных центров.
С иных позиций подошел к механизму возникновения поперечных сшивок в макромолекулах протоплазмы Бйоркстен (Björksten, 1958, 1962). Он допускает преобладающее значение "сшивание" молекул белков с помощью микромолекулы - ряда низкомолекулярных веществ, присущим тканям, возникающих в процессе метаболизма. Особенно активными "сшивателем" Бйоркстен считает хиноны, дикарбоновые кислоты цикла Кребса, ненасыщенные жирные кислоты и продукты их распада, а также ионы тяжелых металлов. Автор предполагает, что этим факторам сцепления белковых молекул противодействуют в организме специфические вещества "расщепление" (деполимеризации), наиболее активным из которых он считает дисульфит натрия.
Важной из этой группы теорий является свободнорадикального теория. Эта теория исходит из известного факта о создании в процессе метаболизма в организме свободных радикалов. Они неспаренный электрон и, как следствие, высокую реакционную способность. Взаимодействуя с макромолекулами клетки (это ведет к инактивации этих макромолекул и невозможности ими нормально выполнять свои функции), бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный ущерб клеточным структурам, в частности, молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их важным фактором биологического старения.
Один из способов борьбы с тем старением, вызванным свободными радикалами, - применение так называемых антиоксидантов. Антиоксидантами называются вещества, которые нейтрализуют действие свободных радикалов, например, взаимодействуя с ними и таким образом препятствуют взаимодействию свободных радикалов с важными макромолекулами клетки. Антиоксидантные свойства проявляют каротиноиды, витамины Е и С, глютатион и ряд других веществ.
Генетические теории старения. Эти теории объясняют процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно разделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором - как случайные, обусловленные действием различных повреждающих факторов. Таким образом, старение может быть запрограммирован закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.
К первой группе можно отнести генно-регуляторную, теломерной, фонтанную (редусомну) теории. Согласно генно-регуляторной теории старения, по сути, является продолжением развития, в течение которого в определенной закрепленной в эволюции последовательности включаются и исключаются различные участки генома. Теломерной теория исходит из предположения, что ДНК-полимераза не может считывать молекулу ДНК в ходе репликации до конца. Это ведет к тому, что при каждом делении клетки хромосомы укорачиваются. Сначала это не ведет к нарушению функций клетки, поскольку на краях хромосомы находятся так называемые теломерной участки, в которых отсутствуют кодирующие участки. Однако при чрезмерном укорочении теломерной участков хромосомы (это происходит после некоторого количества делений клетки) начинают теряться кодирующие участки, что ведет к нарушению нормального функционирования клетки. В части клеток (например, половых) синтезируется специальный фермент - теломераза, которая достраивает края каждой хромосомы, предотвращая их чрезмерному укорочению. Казалось бы, решить проблему вечной жизни просто: нужно лишь активировать ген теломеразы в каждой клетке. Но такие клетки, как правило, испытывают ракового перерождения. С другой стороны, укорочение теломерной участков хромосом можно рассматривать как молекулярный индикатор количества делений, но не старения клетки.
Ко второй группе можно отнести мутационную теорию старения и теорию старения в результате накопления ошибок. Мутационная теория исходит из того, что в ходе жизнедеятельности организма в его ДНК постоянно происходят повреждения. Эти повреждения хотя и устраняются системой репарации ДНК, но не стопроцентно. Часть повреждений не репаруеться, что ведет к нарушению функционирования таких клеток. Теория старения в результате накопления ошибок акцентирует внимание на лавинообразному нарастании ошибок при первичном повреждении гена или иРНК. То есть, при повреждении участка ДНК из нее будет считано много дефектных молекул иРНК. На основе каждой такой иРНК будет создана много молекул белка, которые также окажутся дефектными. Такие дефектные белки не смогут выполнять свои функции нормальным образом.
Теории старения вследствие чрезмерной дифференциации и специализации. В основе этих теорий лежит известное положение, что при специализации и дифференциации тканей происходит обеднение клеток полипотентных недифференцированной и самовоспроизводящейся частью протоплазмы и их перегрузки неспособными к репродукции высокоспециализированной структурами, которые повышают функциональную мощность или структурную приспособленность клетки, но ведут к потере клеткой способности к делению, и тем самым, к полноценной самовоспроизведению протоплазмы. А поскольку в ходе онтогенеза доля дифференцированных клеток в организме возрастает, то это ведет к ухудшению его регенерационных возможностей, а значит и к старению.
Адаптационно-регуляторная теория старения. В соответствии с этой теорией, разработанной В.В. Фролькисом, старение генетически запрограммировано, но генетически детерминировано свойствами биологических систем. То есть, старение является разрушительным, стохастическим (вероятностным) процессом, который развивается в организме с генетически запрограммированными свойствами. Старение является многопричинное процессом, вызывается многими факторами, которые накапливаются в течение всей жизни индивида. Это различные стрессы, болезни, активация свободнорадикального окисления и накопления перекисных продуктов метаболизма, влияние ксенобиотиков, неполное выведения продуктов метаболизма, различные повреждения от воздействия экзогенных факторов и другое. Старение возникает в разных структурах клетки (митохондриях, ядре, мембранах и др.), в разных типах клеток. При старении идет расстройство нейроэндокринной и местной регуляции. Фролькис впервые обратил внимание, что рядом со старением в организме идут и различные компенсаторно-приспособительные реакции, процессы антистарения, и от соотношения между процессами старения и антистарения зависит темп старения данного индивида. Негативной стороной этой теории является ее умозрительность и имела прогностическая ценность (т.е. невозможность сделать на ее основе каких-то практических рекомендаций).
Таким образом, несмотря на ценность многих узких специальных механизмов старения, раскрытых вышеописанными теориями старения на том или ином уровне организации живой материи, до сих пор так и не создано полноценной действенной теории старения. Но вместе с тем, будущая теория старения, пожалуй, впитает в себя после соответствующей критической переработки и обогащения новыми открытиями многое из того, что есть в современных теориях старения.