СТАРЕНИЕ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ
Необходимо разделять понятие старение и старость.
Старение представляет собой универсальный и закономерный биологический процесс, характеризующийся разновременностью, постепенностью и неуклонным прогрессированием, ведущий к постепенному снижению адаптационных возможностей и жизнеспособности индивида и в конечном итоге определяющий продолжительность его жизни. Старость – это завершающая стадия онтогенеза, наступающая в результате процесса старения.
Наука о старости – геронтология (греч. geron – старец, logos – наука) выясняет основные биологические и социальные закономерности старения и дает рекомендации о продлении жизни. Гериатрия – учение о нормализации физиологических процессов в старости и лечении заболеваний, появляющихся преимущественно в старческом возрасте.
Процесс старения захватывает все уровни структурной организации особи – от молекулярного до организменного. Старость наступает в пострепродуктивном периоде онтогенеза и характеризуется определенными внешними и внутренними признаками. Морфологические проявления старения: изменение осанки и походки, уменьшение длины тела, снижение массы мозга, поседение и выпадение волос, изменение эластичности кожи и образование морщин, выпадение зубов и атрофия челюстей и т.д. Функциональные проявления старения: снижение работоспособности, изменение состава тела, пониженное гормонообразование, уменьшение активности ферментов, ослабление иммунитета, падение остроты зрения и слуха, повышение артериального давления, концентрации глюкозы и холестерина в плазме крови и т.д. Генетические проявления старения: повышение частоты хромосомных нарушений при мейозе, нарушение проницаемости ядерных мембран, замедление темпов синтеза белков. Психологические проявления старения: ослабление памяти и внимания, избирательный характер памяти, нарушения цикла «бодрствование-сон», идеализация прошлого и негативизм по отношению к настоящему, изменения характера от слезливости до сварливости.
Различают физиологическую и преждевременную старость. Физиологическая старость связана с хронологическим возрастом. Согласно отечественной периодизации онтогенеза, людей в возрасте 60-74 лет считают пожилыми, 75-90 лет – старыми, старше 90 лет – долгожителями. Скорость нарастания и выраженность изменений в процессе старения находятся под генетическим контролем. Максимальная продолжительность жизни – видовой признак. Условия жизни и наследственность влияют на процесс старения. Преждевременное старение связано с влиянием многих социальных факторов и различными болезнями, в том числе наследственными (прогериями).
Средняя продолжительность жизни человека – непостоянная величина и зависит не столько от биологических факторов, сколько от социальных. Она обусловлена множеством факторов: инфекционными болезнями, детской смертностью, войнами, экономическими катастрофами, экологическими условиями, образом жизни и т.п.
Естественная продолжительность человеческой жизни может достигать 120 лет и более. В увеличении продолжительности жизни большая роль принадлежит профилактической медицине. У людей, как правило, жизнь обрывается преждевременно в результате болезней, несчастных случаев и других причин.
Всего известно более 200 теорий старения. Основные из них:
1. Эндокринная. В конце XIX века французский физиологи Броун-Секар развил учение о том, что в процессе старения важную роль играют половые железы. Он пришел к данному выводу на основании опытов, показывавших, что жизненный тонус стареющих организмов повышается после инъекции вытяжек из семенников. Сторонники теории в 20-х годах прошлого века проводили операции по «омоложению», пересаживая семенники молодых животных старым. Это временно стимулировало жизнедеятельность организма, и создавалось впечатление омоложения, однако старческие признаки вскоре появлялись вновь.
2. Микробиологическая теория И.И. Мечникова. Он классифицировал старость на физиологическую и патологическую. Мечников считал, что старость у людей обычно наступает преждевременно, то есть является патологической. По его мнению, в организме под влиянием внутренней интоксикации прежде всего страдают нервные клетки. Главный источник интоксикации – толстый кишечник, где происходят гнилостные процессы. Для их прекращения Мечников рекомендовал употреблять в пищу кислое молоко. Мечников в своей теории не рассматривал сущность старения, а лишь его причины.
3. Теория И.П. Павлова о роли ЦНС. Павлов выяснял причины старения, отмечая, что нервные потрясения и продолжительное нервное перенапряжение вызывают преждевременное наступление старости. Он создал учение об охранительном торможении – нормальном физиологическом механизме. Оно имеет непосредственное отношение к проблеме старения и долголетия.
4. Согласно программным гипотезам, старение детерминировано генетически. Эти гипотезы основываются на том, что в организме функционируют своеобразные «часы», в соответствии с которыми происходят возрастные изменения, механизм которых не ясен.
Современные представления о механизмах старения связаны с накоплением мутационных генов, приводящих к синтезу дефектных белков. Изменения на молекулярном уровне приводят к функциональным нарушениям на более высоких уровнях организации.
Единой теории старения еще не создано, однако общепризнано, что причина старения связана с возрастными изменениями в течение всей жизни на всех уровнях организации. В целом старение приводит к прогрессивному повышению вероятности смерти. Таким образом, биологический смысл старения заключается в том, что оно делает неизбежной смерть организма. Смерть представляет собой универсальный способ ограничить участие многоклеточного организма в размножении. Без смерти не было бы смены поколений – одного из главных условий эволюционного процесса.
Онтогенез заканчивается смертью организма. Под смертью понимают необратимое прекращение функций организма. Естественная смерть наступает в глубокой старости вследствие изнашивания организма и постепенного угасания всех его функций. Такая смерть наблюдается редко, так как даже в глубокой старости люди чаще умирают от болезней. Преждевременная смерть бывает насильственной (в результате травмы, убийства или самоубийства) или от болезни. Скоропостижной называют смерть, наступающую неожиданно, как бы среди полного здоровья. Чаще всего такая смерть возникает вследствие внезапного нарушения кровообращения головного мозга или сердца.
У человека различают также клиническую и биологическую смерть. Клиническая смерть выражается в потере сознания, прекращении сердцебиения и дыхания. Но большинство клеток и органов остаются еще живыми. Клиническая смерть обратима, если она длится не более 6-7 минут. На этом основана реанимация. После этого времени начинаются необратимые процессы в коре головного мозга.
Биологическая смерть характеризуется тем, что она необратима и связана с прекращением самообновления, гибелью клеток. Первой погибает кора головного мозга, затем эпителий кишечника, легких, печени, клетки миокарда и т.д. Биологическая смерть – длительный процесс. Благодаря этому возможно изъятие внутренних органов для поддержания их жизнедеятельности вне организма и пересадки в другой организм. На этом основана трансплантология.
Регенерация.
Регенерация (от лат. regeneratio – возрождение) – процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Различают два вида регенерации: физиологическую и репаративную. Физиологической регенерацией называют восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма. Восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов называют репаративной регенерацией. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место при эмбриональном развитии. Однако при регенерации все они идут уже вторично, то есть в сформированном организме.
Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Она является проявлением такого важнейшего свойства жизни, как самообновление. Этот вид регенерации присущ организмам всех видов, но особенно интенсивно она протекает у теплокровных позвоночных. На внутриклеточном уровне примером физиологической регенерации являются процессы восстановления субклеточных структур в клетках всех тканей и органов. Ее значение особенно велико для так называемых «вечных тканей», утративших способность к регенерации путем деления клеток, например, нервной ткани.
Примерами физиологической регенерации на клеточном и тканевом уровнях являются обновления эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой оболочки кишечника, клеток крови и пр. Это так называемая пролиферативная регенерация – восполнение численности клеток за счет их деления. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их пролиферации – крипты в эпителии тонкой кишки, костный мозг, пролиферативные зоны в эпителии кожи. Интенсивность клеточного обновления в перечисленных тканях очень велика. Такие ткани называют «лабильными». Например, эпителий тонкой кишки полностью сменяется за 2 суток. Клетки паренхиматозных органов (печени, почек, надпочечников) обновляются значительно медленнее. Ткани этих органов условно считают «стабильными».
В физиологической регенерации выделяют 2 фазы: разрушительную и восстановительную. Полагают, что продукты распада части клеток стимулируют пролиферацию других. Большую роль в регуляции клеточного обновления играют гормоны.
Репаративная регенерация наступает после повреждения ткани или органа. Она очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Повреждающими факторами являются механические травмы, действие ядов, ожоги, обморожения, лучевые воздействия, голодание, действие бактериальных организмов.
Объем повреждения и последующее восстановление бывают весьма различными. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части, например, у губок и кишечнополостных. известны примеры восстановления больших участков организма, состоящих из комплекса органов, например, восстановление ротового конца у гидры, морской звезды из одного луча. Широко распространена регенерация отдельных органов, например, конечности у тритона, хвоста у ящерицы, глаз у членистоногих.
Существует несколько способов репаративной регенерации: заживление эпителиальных ран, эпиморфоз, морфаллаксис, регенерационную и компенсаторную гипертрофии.
Эпидермальное заживление раны у млекопитающих, когда поверхность раны заживает с образованием корки, проходит следующим образом. Эпителий на краю раны утолщается вследствие увеличения объема клеток и расширения межклеточных пространств. Сгусток фибрина играет роль субстрата для миграции эпидермиса в глубь раны. В мигрирующих эпителиальных клетках нет митозов, однако они обладают фагоцитарной активностью. Клетки с противоположных краев вступают в контакт. К моменту встречи эпидермиса противоположных краев в клетках, расположенных непосредственно вокруг края раны, наблюдается вспышка митозов, которая затем постепенно падает. После этого наступает кератинизация раневого эпидермиса и отделение корки, покрывающей рану.
Эпиморфоз представляет собой наиболее очевидный способ регенерации, заключающийся в отрастании нового органа от ампутационной поверхности. Выделяют регрессивную и прогрессивную фазы регенерации. Для первой характерны заживление раны и разрушение поврежденных структур. Прогрессивная фаза сопровождается процессами роста и морфогенеза. При эпиморфозе не всегда образуется точная копия удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной. Есть несколько разновидностей атипичной регенерации. Гипоморфоз – регенерация с частичным замещением ампутированной структуры. Например, у взрослой шпорцевой лягушки возникает шиповидная структура вместо конечности. Гетероморфоз – появление иной структуры на месте утраченной. Например, у членистоногих на месте антенны могут развиться конечность или глаз. Встречается образование дополнительных структур, или избыточная регенерация. Например, после надреза культи при ампутации головного отдела планарии возникает образование двух голов или более.
Морфаллаксис – регенерация путем перестройки регенерирующего участка. Пример – восстановление целой планарии из одной двадцатой ее части. На раневой поверхности в этом случае не происходит значительных формообразовательных процессов. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь уменьшенных размеров, которая затем растет. Морфаллаксис осуществляется без митозов.
Регенерационная гипертрофия относится к внутренним органам. Этот способ регенерации заключается в увеличении размеров остатка органа без восстановления исходной формы. Пример – регенерация печени млекопитающих. При краевом ранении печени удаленная часть органа никогда не восстанавливается. Раневая поверхность заживает. При этом внутри оставшейся части усиливается размножение клеток (гиперплазия) и в течение двух недель после удаления 2/3 печени восстанавливаются исходные масса и объем, но не форма. Функция печени также возвращается к норме.
Компенсаторная гипертрофия заключается в изменениях в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. Например, гипертрофия в одной из почек при удалении другой или увеличение лимфоузлов при удалении селезенки.
Последние два способа отличаются местом регенерации, но механизмы их одинаковы: гиперплазия и гипертрофия.
Восстановление отдельных мезодермальных тканей (мышечная и скелетная) называют тканевой регенерацией. Для регенерации мышцы важно сохранение хотя бы небольших ее культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Регенерация путем индукции происходит в определенных мезодермальных тканях в ответ на действие специфических индукторов, которые вводят внутрь поврежденной области. Этим способом удается получить полное замещение дефекта костей черепа после введения в него костных опилок.
Регуляция регенерационных процессов осуществляется при участи нервной системы. При тщательной денервации конечности во время ампутации эпиморфная регенерация полностью подавляется. Установлено, что для начала регенерации решающим является число нервных волокон. Тип нерва роли не играет. Влияние нервов на регенерацию связывается с трофическим действием нервов на ткани конечностей.
Получены данные в пользу гуморальной регуляции регенерационных процессов. После введения нормальным животным сыворотки или плазмы крови от животных с удаленной печенью, у первых наблюдалась стимуляция митотической активности клеток печени. Напротив, при введении травмированным животным сыворотки от здоровых животных получали снижение количества митозов в поврежденной печени.
Способность к регенерации не имеет однозначной зависимости от уровня организации животного, хотя замечено, что более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов, например, гидры, планарии, кольчатые черви, иглокожие, асцидии. Из позвоночных наилучшей регенерационной способностью обладают хвостатые земноводные. Способность же к регенерации внутренних органов значительно выше у теплокровных животных. У человека может регенерировать эпителиальная, мышечная, соединительная ткани, периферические нервы. Чаще всего регенерация у млекопитающих приводит к заживлению ран, что препятствует проникновению болезнетворных микробов в организм. Знание процессов регенерации необходимо в хирургической практике.
Биоритмы.
В любом явлении окружающей нас природы есть строгая ритмичность – повторяемость процессов (день и ночь, зима и лето, прилив и отлив и пр). ритмичность биологических процессов – одно из основных свойств живой материи. Любое биологическое явление, любая физиологическая реакция периодичны. Функциональные системы организма – ритмические системы.
Биологические ритмы – это эволюционная форма адаптации, определяющая выживаемость живых организмов. Выработанная в результате эволюции временная последовательность взаимодействия различных функциональных систем организма с окружающей средой способствует согласованию разных ритмических биологических процессов и, таким образом, обеспечивает нормальную жизнедеятельность целостного организма.
Нарушение этого согласования приводит к поломке регуляторных физиологических механизмов организма, к возникновению отклонений - болезненных состояний. Четкий ритм энергетических процессов обеспечивается последовательностью взаимодействия многочисленных физиологических и биохимических реакций. Точность, с которой каждый организм придерживается свойственного ему ритма, привела к возникновению понятия «биологические часы».
В повседневной жизни человека окружают многочисленные процессы и явления, способствующие наилучшему согласованию ритмов организма с ритмами окружающей среды. Периодичность жизненных процессов связана со сменой дня и ночи, с чередованием света и темноты, с суточными колебаниями температуры и влажности воздуха, барометрического давления, напряженности электрического и магнитного полей Земли, космического излучения. На ритмические жизненные явления оказывает влияние распорядок нашей производственной и бытовой деятельности.
Важное значение имеет не только регулярное чередование труда и отдыха, сна и бодрствования, но и организация учебного процесса в школе и вузе, быта в доме, колебания интенсивности городского шума, освещения улиц, а также совпадение ритма каждого индивидуума с общим ритмом жизни коллектива.
Биологические ритмы выявлены на всех уровнях организации жизни, начиная от простейших биохимических реакций в клетке и заканчивая сложными поведенческими актами. Каждая клетка, каждый организм имеет свой собственный «рабочий ритм». Рабочие ритмы связаны друг с другом на основе суточного ритма с периодом около 24 часов (циркадный ритм).
Суточный ритм является основным. У всех людей он приблизительно совпадает, однако внутри суточного ритма чередование некоторых периодов и их длительность имеют широкие пределы колебаний. Так, у каждого человека свои собственные, не похожие на другие ритмы работы сердца и других органов, ритмы нервной деятельности, ритмы сна и др. С ними связаны периодические колебания дыхания и температуры тела, сердечной деятельности и картины крови, работа органов пищеварения и выделения. В различное время суток изменяется ощущение боли, способности видеть, запоминать, ощущать вкус и запах, восприимчивость к болезням, чувствительность к шуму, психическим травмам, страху и т.д. Периодическим циклам подчиняются выработка ферментов, время репродуцирования клеток и протекание биохимических процессов, а также процесс размножения, ритмы рождения и смерти.
Биологическая значимость смены дня и ночи велика и является частью самих жизненных процессов. Адаптация к смене дня и ночи имеет генетическую основу. Суточный ритм физиологических функций организма наиболее ярко выражен в периодах бодрствования и сна, в необходимости смены периодов активной деятельности и покоя. Во время сна происходит восстановление биоэнергетических ресурсов организма, предохраняющих мозг и другие ткани от истощения.
Сохранение энергетического баланса на определенном уровне в течение суток обеспечивается за счет ритмических колебаний температуры тела. Суточная динамика температуры тела имеет волнообразный характер с максимальным значением периода близким к 18 часам и самым низким уровнем между 1 и 5 часами ночи. У человека диапазон колебаний температуры составляет не более 1 градуса.
Длительное проживание людей в определенном часовом поясе формирует биологический ритм, соответствующий интенсивности жизненных процессов в течение суток. Собственный внутренний ритм под влиянием внешних условий может несколько измениться. Однако организм всегда тяжело переносит переналадку. Быстрый перелет человека в другие часовые пояса, особенно с большой разницей во времени, нарушает биологический ритм. В организме возникают болезненные ощущения: головная боль, перепады кровяного давления, состояние слабости, усталости, расстройство сна, снижается работоспособность. Полная адаптация к новым биологическим ритмам наступает после длительного пребывания в иных условиях смены дня и ночи.
Для жизнедеятельности организма и его выживания в постоянно изменяющейся окружающей среде требуются координация и регуляция сложных и разнообразных процессов, протекающих в организме. Некоторые процессы регуляции протекают быстро, в течение долей секунды, другие длятся часами. Они нуждаются в постоянной корректировке, обеспечивающей приспособление – тончайшую связь различных элементов сложной системы между собой и всего их комплекса с окружающей обстановкой. Сохранение ритмичности функций организма – основа сохранения его гомеостаза и оптимальной жизнедеятельности.
Бурный технический прогресс, появление сложных видов трудовой деятельности постоянно нарушают привычный ритм жизни человека, предъявляя особенно серьёзные требования к его нервно-психической сфере. Нервно-эмоциональное напряжение, обусловленное темпами современной жизни, ведет к существенным нарушениям регуляции функций организма человека, прежде всего к нарушению систем, обеспечивающих психофизиологическую стабильность организма, возможность его активного функционирования.
Рассогласование биологических ритмов приводит к неврозам и неврозоподобным состояниям. Нарушение биологических закономерностей жизнедеятельности человека вызывает неизбежные социальные последствия.
Биоритмы необходимо учитывать при лечении и предупреждении различных заболеваний. Например, установлено, что определенную роль в увеличении частоты приступов при стенокардии, гипертонической болезни, бронхиальной астме играет снижение уровня физиологических функций в ночное время. Тромбоз мозговых сосудов, инсульт, инфаркт миокарда чаще возникают ночью. Причиной более частого возникновения инфаркта миокарда в ночное время является изменение ночью уровня протромбина и других компонентов свертывающей системы крови.
Для успешного лечения больных необходимо учитывать время применения в течение суток различных фармакологических веществ, биостимуляторов, физиотерапии, лечебной физкультуры и т.д.
Экспериментально подтверждено, что в определенное время суток (23 часа) организм в 2 раза чувствительнее к гистамину, чем в утренние часы. При введении антигистаминного препарата в 7 часов эффект длится около 14 часов, а при введении в 19 часов – только 6 часов. На людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями один препарат в 4 часа утра действует в 40 раз сильнее, чем в другое время суток. При диабете введение инсулина в 4 часа утра оказывает наиболее сильное действие.
Суточному ритму подчинена работа всего человеческого организма как единой, сложной саморегулирующейся системы. Благодаря этому обеспечивается приспособление к изменяющимся во времени условиям внешней среды (так, физиологическая подготовка организма к активной деятельности начинается до пробуждения, а подготовка ко сну – задолго до засыпания).
Кроме суточного ритма, существуют недельный, сезонный ритмы, ритмы, связанные с изменением магнитного поля Земли, и другие. Самочувствие людей связано также с природными ритмами, в формировании которых основное значение имеет обращение нашей планеты вокруг Солнца, смена времен года. Соответственно меняется температура, влажность воздуха, длительность светового дня, интенсивность солнечной радиации и многие другие природные процессы, которые особенно контрастны в умеренных широтах.
С сезонными ритмами связана чувствительность и устойчивость организма к различным внешним воздействиям: ионизирующим излучениям, кислородному голоданию, токсичным веществам, инфекциям. Содержание общего белка в сыворотке крови увеличивается зимой, а летом быстро нарастает усвоение кальция и фосфора. Отмечена неуравновешенность настроения и повышение функций эндокринных желез в переходные сезоны года.
Синхронизация биологических ритмов с природными циклами важна для нормального функционирования организма современного человека и адаптации его к окружающей среде. Чередование повышения и расслабления функциональной активности организма определяет так называемый собственный внутренний ритм. Каждый из ритмов синхронизован с остальными ритмами в единый ритм жизни, который обусловливается наследственными и внешними факторами. Внутренние ритмы накладывают существенные отличия на восприимчивость организма к факторам среды.
Внешняя среда постоянно изменяется (внешние ритмы), что нередко вызывает несовпадение внутреннего и внешнего ритмов – десинхроноз, разлад, нарушение гомеостаза в результате несоответствия потребности в функциональной активности для органов и организма в целом и готовностью структур этих органов обеспечить данную функцию.
Внутренний ритм необходимо максимально щадить. Тем не менее как одно из важных приспособлений к беспрерывно меняющимся условиям внешней среды во всех живых организмах выработалось свойство постепенно усваивать изменившийся ритм внешних воздействий и подстраивать к нему внутренний ритм.
Человек, соблюдая целесообразный режим жизнедеятельности, лучше приспосабливается к окружающим условиям, организм легче переключается на новый вид деятельности, что обеспечивает более эффективное ее выполнение.
При организации режима труда и отдыха необходимо учитывать биоритмы, которым подчинена вся природа. Часть людей встает с восходом солнца и проявляет высокую работоспособность утром («жаворонки»), а другая часть просыпается поздно и активна во второй половине суток («совы»). При составлении режима дня необходимо соблюдать чередование умственной и физической работы, не забывая о своих биоритмах, часах повышенной работоспособности.
Для полноценного отдыха человек должен спать в среднем 7,5-8 часов в сутки. Часы, предназначенные для сна, нельзя рассматривать как резерв времени, который можно использовать для других целей. Напряженную умственную работу необходимо прекращать за 1,5 часа до отхода ко сну, так как она создает в коре головного мозга очаги возбуждения, что приводит к плохому засыпанию, ситуативным сновидениям и плохому самочувствию после пробуждения. В то же время следует учитывать, что жесткие рамки режима труда и отдыха приводят к стрессу.