Как остановить старение и повернуть его вспять. Молекулярные механизмы старения и способы произвольного управления ими

Известно, что многие выдающиеся пианисты успешно занимались концертной деятельностью, уже находясь в весьма преклонном возрасте. С. Т. Рихтер завершил свою концертную деятельность в 80 лет, за 2 года до смерти. Последний концерт С. В. Рахманинова состоялся незадолго до его смерти, когда пианисту было 70 лет. Концертная деятельность любого пианиста предполагает колоссальный уровень функциональной активности всех элементов организма, участвующих в ее обеспечении. Все эти элементы в период исполнения музыкального произведения объединены в единую функциональную систему, «концертную» функциональную систему. В эту систему входит огромное количество нейронов коры головного мозга, подкорковых структур, нейронов спинного мозга, нервных проводников, связывающих центральную нервную систему с мышцами и суставами, непосредственно обеспечивающими исполнение пианистом музыкальных произведений, а также сами эти мышцы и суставы. Кроме того, интенсивным длительным механическим воздействиям подвергаются структуры соединительной ткани, сосуды и нервы, находящиеся в пределах «концертной» функциональной системы. Очевидно, что функциональные возможности всех элементов «концертной» функциональной системы, обеспечивающей концертную деятельность этих выдающихся пианистов, в том числе и прежде всего нейронов коры головного мозга, в старости не только сохранились, но и оставались на предельно высоком доступном человеку уровне, не проявляя ни малейших признаков старения. Следовательно, процесс старения не является неизбежным, по крайней мере, для ряда структур организма человека и может быть устранен при определенных функциональных нагрузках на эти структуры. Отсутствие процессов старения касается не только клеток различных тканей, входящих в «концертную» функциональную систему, но и межклеточных структур так называемого межклеточного или внеклеточного матрикса (ВКМ), а также сосудов и нервов в зоне расположения элементов «концертной» функциональной системы. Остальной организм С. В. Рахманинова и С. Т. Рихтера, по-видимому, старел со скоростью, соответствующей скорости старения большинства людей их возраста, о чем свидетельствует обычная для большинства людей продолжительность их жизни. При этом в каждой из клеток, задействованных в «концертной» функциональной системе, имелся тот же геном, что и в миллиардах клеток остального организма. Соответственно, в них также должны были функционировать гены старения, если таковые действительно существуют, и обеспечивать ту же скорость старения клеток «концертной» функциональной системы, что и остальных клеток организма. Во всех клетках «концертной» функциональной системы, способных делиться, так же как и в аналогичных клетках остального организма, должно было происходить укорочение длины теломер – концевых участков хромосом – и приводить к старению клеток и организма в целом. Действительно, в соответствии как с генной, так и с теломерной гипотезами старения остальной организм С. В. Рахманинова и С. Т. Рихтера старел с обычной для большинства людей скоростью. Однако ни генный, ни теломерный универсальный механизмы старения в «концертной» функциональной системе не работают.

На клетки и межклеточные структуры «концертной» функциональной системы действовали на протяжении жизни пианистов те же гормоны и другие физиологически активные вещества, с возрастным изменением активности которых некоторое авторы связывают процесс старения человека. Образ жизни этих выдающихся пианистов и уровень их бытовой физической активности, по-видимому, ничем существенным не отличались от других людей их возраста. Все клетки их организмов получали из крови одни и те же вещества, поступающие в нее из пищи, воды и воздуха. Какие-то из этих веществ, по мнению некоторых авторов, могут вызывать старение организма или способствовать ему. Однако их «повреждающее» действие должно в одинаковой степени распространяться на структуры «концертной» функциональной системы и остальные структуры организма. В самих клетках «концертной» функциональной системы образовывались те же повреждающие клетки и ускоряющие их старение продукты обмена, включая активные формы кислорода (АФК), продукты перекисного окисления липидов и другие активные радикалы. Более того, наличие повышенной функциональной активности всех клеток «концертной» функциональной системы предполагает усиленное образование в них повреждающих клетки продуктов их обмена веществ, в том числе АФК и, соответственно, еще более ускоренное старение этих клеток. Таким образом, исходя из существующих гипотез старения человеческого организма, не удается объяснить факт отсутствия старения структур, образующих «концертную» функциональную систему этих выдающихся пианистов. Это значит, что любая гипотеза, претендующая на объяснение механизмов старения организма человека, должна объяснять, почему процесс старения отсутствовал в структурах, образующих «концертную» функциональную систему.

Организм пианиста, занимающегося концертной деятельностью, можно условно разделить на две неравные части. Одна, меньшая часть, входит в состав «концертной» функциональной системы, другая, значительно большая, включает все остальные структуры организма. Часть организма, входящая в состав «концертной» функциональной системы, не стареет. Остальная часть организма подвержена старению. Соответственно, у пианистов, так же как и у других людей, с возрастом развивается возрастная патология. В результате продолжительность жизни пианистов ничем не отличается от продолжительности жизни других людей. Разница между этими двумя частями организма пианиста состоит только в одном: структуры, входящие в состав «концертной» функциональной системы, почти ежедневно подвергаются длительным физическим функциональным нагрузкам, которые во много раз превосходят повседневные нагрузки на остальные структуры его организма и на аналогичные структуры других людей. Такая ситуация сохраняется на протяжении практически всей жизни выдающегося пианиста. Вместе с тем каждодневная нагрузка на «концертную» функциональную систему пианиста ограничивается большой функциональной активностью суставов рук и определенных мышц рук, определенных нейронов головного и спинного мозга при значительно меньшей активности всех остальных мышц тела. Это значит, что каждодневная нагрузка на остальные скелетные мышцы, на суставы, связки и сухожилия, задействованные в их сократительной активности, на другие элементы их соединительной ткани, расположенные между клетками и сосудами, на сами сосуды и нервы, на обеспечивающие сократительную активность структуры центральной нервной системы, включая кору головного мозга, а также на внутренние органы такая же, как и у других людей того же возраста. Соответственно, скорость старения всех этих структур пианистов такая же, как и у других людей. Любая физическая активность человека осуществляется благодаря вовлечению в процесс такого же комплекса элементов организма, какой входит в состав «концертной» функциональной системы. Различие между повседневной бытовой физической активностью человека и физической активностью мышц, регулярно обеспечивающих исполнение пианистом музыкальных произведений, носит не качественный, а количественный характер. Чтобы достичь высокого, а тем более высочайшего уровня мастерства игры на фортепьяно, требуется, как известно, начинать учиться играть с раннего детства. При этом необходимо совершенствоваться в игре по несколько часов каждый день на протяжении многих лет, а лучше на протяжении всей жизни. Такие регулярные длительные занятия обязательно будут постепенно увеличивать функциональные возможности всех структур, входящих в состав «концертной» функциональной системы, и замедлять или устранять их старение. Можно предположить, что аналогичный регулярный многолетний тренинг любых групп мышц должен значительно ослабить или устранить процессы старения во всех структурах организма человека, задействованных в осуществлении их сократительной активности.

Человек может управлять уровнем функциональной активности скелетных мышц. Соответственно, он может регулярно подвергать мышцы длительным функциональным нагрузкам. Регулярное повышение активности той или иной группы скелетных мышц достигается повышением активности нейронов центральной нервной системы, обеспечивающих сокращение этих мышц.

Повышение активности скелетных мышц будет сопровождаться повышением активности дыхательных мышц и усилением работы сердца. По-видимому, в них также может наблюдаться аналогичный омолаживающий эффект. На этом возможности человека осознанно управлять функциональной активностью внутренних органов исчерпываются. В то же время именно возрастное уменьшение функциональных возможностей внутренних органов является причиной возрастной патологии, приводящей пожилых людей к смерти. Поэтому возникает вопрос: будут ли постепенно возрастать функциональные возможности внутренних органов по мере тренировки скелетных мышц и в какой степени этим способом можно замедлить процесс старения внутренних органов, и, соответственно, старение в целом всего организма?

2. Что такое энергетический фонд человека и других млекопитающих?

По своей воле человек может управлять функциональной активностью скелетных мышц, в том числе мышц, обеспечивающих процесс дыхания. Через усиление активности скелетных мышц человек может усиливать работу сердечной мышцы. На этом возможности человека осознанно управлять функциональной активностью внутренних органов исчерпываются. Соответственно, сознательно создавать длительные функциональные нагрузки на них и этим способом противостоять старению внутренних органов человек не может. В то же время именно возрастное уменьшение функциональных возможностей внутренних органов является причиной возрастной патологии, приводящей пожилых людей к смерти. Вместе с тем широко распространено представление, что регулярная физическая активность, спорт способствуют увеличению продолжительности жизни и, следовательно, замедляют скорость старения внутренних органов. Исходя из этого представления можно ожидать, что млекопитающие, имеющие наиболее высокую физическую активность и, соответственно, наиболее интенсивный обмен веществ, должны иметь наибольшую продолжительность жизни.

Давно замечено, что виды млекопитающих, имеющие во взрослом состоянии большую величину тела, живут дольше. При этом они имеют меньшую частоту сокращений сердца и меньшее количество дыханий в 1 минуту. Так, слон живет 100—120 лет и имеет 25—30 сокращений сердца и 10 дыханий в 1 минуту. Мышь живет около 2 лет. Частота сокращений ее сердца составляет 600—700 в 1 минуту, частота дыханий – 200 в 1 минуту.

У всех млекопитающих, как и у всех теплокровных вообще, есть одна общая черта. Все они имеют примерно одну и ту же температуру тела вне зависимости от колебаний в определенных пределах температуры окружающей среды.

Известно, что вся энергия, образуемая в организме в процессе обмена веществ, в конечном счете превращается в тепло и уходит с поверхности тела в окружающую среду. Интенсивность отдачи тепла находится в прямой зависимости от разницы температур между теплым и холодным предметом. Температура окружающей среды остается в среднем на постоянном уровне ниже температуры тела. Интенсивность обмена веществ у всех млекопитающих минимальна в состоянии покоя. Это так называемый основной обмен. Величина основного обмена должна обеспечить у каждого теплокровного организма одну и ту же температуру тела вне зависимости от его размеров. Температура тела у всех млекопитающих в состоянии покоя, т. е. в условиях основного обмена, примерно одинакова. Температура окружающей среды в среднем тоже. Соответственно, с единицы поверхности тела любого теплокровного тепло должно теряться примерно с одной и той же скоростью. В результате, при пересчете энергетических трат различных видов млекопитающих в условиях основного обмена на 1 кв. метр поверхности их тела величина этих трат оказывается почти одной и той же, независимо от размеров тела животного, и составляет за сутки около 1000 ккал. На основании этого факта немецким физиологом М. Рубнером был сформулирован закон поверхности тела. Согласно этому закону энергетические траты теплокровного организма прямо пропорциональны площади поверхности его тела.

Тело млекопитающего состоит из клеток и межклеточного вещества. Образование энергии происходит только в клетках. Размеры клеток разных органов и тканей у всех видов млекопитающих примерно одни и те же. При увеличении размеров млекопитающего объем его тела возрастает в третьей степени, а площадь поверхности тела – только во второй. Это значит, что количество клеток, «согревающих» животное, возрастает по мере роста его тела быстрее, чем поверхность, через которую животное теряет тепло. Соответственно, для поддержания одной и той же для всех теплокровных температуры в состоянии покоя интенсивность обмена веществ каждой клетки по мере увеличения размеров млекопитающего должна уменьшаться. В результате человек массой тела 64 кг на 1 кг массы за сутки должен был бы потерять и, следовательно, произвести 32 ккал. Мышь массой 20 г на 1 кг массы за сутки должна произвести и, соответственно, потерять 260 ккал. В 1 кг массы тела человека и мыши примерно равное количество клеток. Следовательно, скорость производства и потери энергии каждой клеткой мыши во много раз больше, чем человека. Но при этом скорость создания энергии всеми клетками организма равна скорости ее потери как у мыши, так и у человека. Благодаря этому равенству скоростей создания и расходования энергии в глубине организма человека и мыши, в так называемом ядре, поддерживается одна и та же одинаковая для всех млекопитающих температура тела около 37 

С. В результате, чем меньше размер млекопитающего, тем больше величина его основного обмена на единицу массы, т. е. удельная величина основного обмена. Чем больше удельная величина основного обмена, тем больше интенсивность обмена каждой клетки, тем короче жизнь млекопитающего и, следовательно, короче жизнь каждой его клетки. И наоборот, чем меньше удельная величина основного обмена, тем больше продолжительность жизни млекопитающего и, следовательно, человека. Это значит, что воздействия на организм человека, стойко снижающие удельную величину основного обмена, должны увеличивать продолжительность его жизни. Каков механизм столь жесткой связи между удельной величиной основного обмена млекопитающего и продолжительностью его жизни? Одно из первых объяснений этой закономерности дал М. Рубнер. Зная величину основного обмена у взрослого млекопитающего того или иного вида и среднюю продолжительность жизни млекопитающих данного вида, нетрудно вычислить величину энергии, которую данное животное могло бы потратить за всю свою жизнь при условии, что определенная во взрослом состоянии интенсивность основного обмена веществ оставалась бы неизменной на протяжении всей его жизни. М. Рубнер впервые определил, какой будет потеря энергии на поддержание температуры тела у представителей нескольких видов млекопитающих за всю их жизнь. Оказалось, что полученные величины почти совпадали и составляли около 190 тысяч ккал на 1 кг массы животного. Это совпадение результатов позволило М. Рубнеру предположить, что все виды млекопитающих на протяжении жизни способны произвести одно и то же определенное количество калорий. Вычисленную таким способом величину энергии М. Рубнер назвал энергетическим фондом данного млекопитающего. Совпадение величины энергетического фонда у представителей разных видов млекопитающих свидетельствовало, по мнению М. Рубнера, об универсальности процессов, определяющих величину их энергетического фонда. Отсюда возникло представление о генетически предопределенной величине энергетического фонда, которым организм располагает с момента образования зиготы, т. е. с момента появления оплодотворенной яйцеклетки. По представлениям М. Рубнера, одинаковый по величине для всех млекопитающих энергетический фонд начинает расходоваться еще задолго до рождения животного – с первого деления яйцеклетки, и далее он постепенно расходуется на протяжении жизни. С исчерпанием энергетического фонда животное умирает. Такова энергетическая теория старения организма теплокровного животного.

Представления М. Рубнера хорошо согласовывались с данными о том, что оплодотворенная яйцеклетка, осуществляя последовательные деления в течение всего жизненного цикла организма, способна произвести лишь четко определенное число клеток. Затем организм умирает.

Ситуация с энергетическим фондом и с яйцеклеткой, способной произвести лишь определенное число клеток, часто сравнивается с ситуацией с часами. Пружина часов в период завода приобретает какое-то количество потенциальной энергии. Это количество энергии можно условно назвать энергетическим фондом часов. Затем пружина получает возможность раскручиваться. Ее потенциальная энергия переходит в кинетическую, которая обеспечивает движение часового механизма. После исчерпания потенциальной энергии пружины часов останавливаются. Исходя из этой аналогии, в яйцеклетке любого из млекопитающих находятся одинаковые «пружины», заведенные до предела, а скорость их раскручивания и, соответственно, длительность жизни млекопитающих определяется только их размерами. Чем больше размер млекопитающего, тем меньше удельная величина его основного обмена, меньше частота сокращений сердца и частота дыханий в состоянии покоя. В результате медленнее раскручивается «пружина», т. е. медленнее расходуется ее энергетический фонд и продолжительнее жизнь животного. Соответственно, мышь живет 2—2,5 года, собака – 10—15 лет, лошадь – 35—40 лет, слон – 100—120 лет. Наличию единой величины энергетического фонда у всех млекопитающих, независимо от их размеров, соответствует примерно равное количество сокращений сердца за их жизнь – около полумиллиарда. Это значит, что между частотой сокращений сердца в состоянии покоя и ожидаемой продолжительностью жизни существует обратная зависимость. В настоящее время частота сокращений сердца в состоянии покоя признана независимым фактором риска как общей, так и кардиоваскулярной смертности. Представление о существовании обратной зависимости между частотой сокращений сердца человека и продолжительностью его жизни возникло давно. По-видимому, отсюда стремление йогов сознательно добиваться как можно более низкой частоты сокращений сердца для увеличения продолжительности своей жизни.

До сих пор считается, что в программе индивидуального развития находящейся в геноме зиготы закодированы не только развитие, но также старение, смерть, а тем самым и продолжительность жизни организма. Согласно представлению М. Рубнера, гибель организма наступает при исчерпании энергетического фонда. Следовательно, единая величина энергетического фонда генетически предопределена сходным у всех млекопитающих набором определенных генов. Условно их можно было бы назвать генами старения. Всякая активность, всякое движение, вызывая повышение интенсивности обмена веществ, по мнению М. Рубнера, увеличивают скорость расходования энергетического фонда и, следовательно, укорачивают жизнь. Исходя из этих представлений, любой спорт, любые физические нагрузки должны укорачивать жизнь человека. Соответственно, структуры, входящие в состав «концертной» функциональной системы, должны стареть даже быстрее, чем остальные структуры организма, или, по крайней мере, с той же скоростью. На самом деле они не стареют вообще. Таким образом, вопрос о существовании единого энергетического фонда для всех млекопитающих, усиленно расходуемого при каждой физической активности, приобретает принципиальное значение.

3. Двигательная активность млекопитающих увеличивает продолжительность их жизни

Изучению влияния физической активности на продолжительность жизни различных видов млекопитающих были в течение многих лет посвящены исследования лаборатории под руководством академика И. А. Аршавского. Результаты этих исследований обобщены в монографии И. А. Аршавского «Физиологические механизмы и закономерности индивидуального развития. Основы негэнтропийной теории онтогенеза» (Москва, «Наука», 1982 г.).

Согласно представлениям М. Рубнера, взрослые млекопитающие разных видов, имеющие одинаковую массу и одинаковую величину поверхности тела, должны тратить свой, одинаковый для всех млекопитающих, энергетический фонд с одинаковой скоростью и, соответственно, иметь одинаковую продолжительность жизни. Вопреки этому представлению оказалось, что продолжительность жизни различных видов животных, имеющих одинаковые размеры (крупного рогатого скота и лошадей, крыс и белок, кроликов и зайцев) значительно различаются. Лошади живут в 2 раза дольше, чем крупный рогатый скот, зайцы живут в 3 раза дольше, чем равные им по размеру и массе кролики, белки живут в 5 раз дольше, чем равные по величине и массе крысы. Эти факты противоречили также представлению М. Рубнера о том, что повышение двигательной активности млекопитающего ускоряет расход энергетического фонда и укорачивает жизнь. Двигательная активность лошадей больше, чем крупного рогатого скота, белок – больше, чем крыс, и зайцев – больше, чем кроликов. Соответственно, виды, имеющие более высокую двигательную активность, должны были бы жить меньше. На самом деле они живут значительно дольше.

Разные виды млекопитающих в условиях основного обмена имеют одну и ту же определенную постоянную температуру тела. Ее постоянство достигается равенством скорости образования тепла в организме и скорости его потери в окружающую среду. При этом основным элементом, который определяет интенсивность потери тепла организмом на протяжении жизни, является площадь поверхности его тела. Белки и крысы, зайцы и кролики, использованные в опытах И. А. Аршавского, были примерно одного размера и массы. В условиях основного обмена вся энергия в их организмах образовывалась только аэробным путем, т. е. с участием кислорода. Зная количество кислорода, потребляемое организмом за определенное время, можно точно определить количество образовавшегося в организме за это же время тепла, так как все виды энергии в конечном счете переходят в тепловую. Белки и крысы, зайцы и кролики имели одну и ту же температуру тела и находились в условиях одной и той же температуры окружающей среды. Следовательно, у них в покое, т. е. в условиях основного обмена, должно было образовываться за одно и то же время на 1 кг массы одно и то же количество тепла и должны были быть одинаковые величины потребления кислорода.

У взрослых крыс удельная величина основного обмена, оцениваемая по потреблению кислорода, составляла 30 мл/кг/мин, у белок – 14—15 мл/кг/мин, у кроликов – 13—15 мл/кг/мин, у зайцев – 6—9 мл/кг/мин.

Таким образом, в организме белок и зайцев скорость образования тепла в покое оказалась примерно в 2 раза меньше, чем в организме крыс и кроликов.

Образование тепла производится клетками в процессе их обмена веществ. Следовательно, интенсивность обмена веществ в клетках крыс и кроликов в состоянии покоя примерно в 2 раза выше, чем в клетках белок и зайцев. Продолжительность жизни млекопитающих находится в обратной зависимости от удельной величины основного обмена. Соответственно, белки и зайцы должны жить и, как оказалось, действительно живут дольше, у них меньше частота сокращений сердца и частота дыханий. У взрослых кроликов частота дыханий в покое – 60—90 в 1 мин., у зайцев того же веса – 12—16 в 1 мин., у взрослых кроликов частота сокращений сердца в покое – 220—250 в 1 мин., у взрослых зайцев – 60—70 в 1 мин. У взрослых крыс частота сокращений сердца в покое – 420—460 в 1 мин., у взрослых белок – 120—160 в 1 мин. Более того, при одних и тех же весовых и линейных размерах относительная масса мозга у кроликов – 0,3—0,4; у зайцев – 0,7—1,0. Относительная масса мозга у крыс – 0,5—0,7; у белок – 1,8—2,0.

Было предположено, что уменьшение удельной величины основного обмена, увеличение продолжительности жизни, увеличение относительной величины массы головного мозга, уменьшение в покое частоты сокращений сердца и частоты дыханий – все эти эффекты связаны с увеличением двигательной активности соответствующих видов млекопитающих. Для проверки этого предположения в лаборатории И. А. Аршавского были выполнены опыты, в которых экспериментальных животных подвергали регулярным длительным физическим нагрузкам. Так, подопытные кролики регулярно плавали при температуре воды 24—26 °С в течение 5—6 месяцев. В результате их уровень потребления кислорода в состоянии покоя на 1 кг массы уменьшился на 40—50%, частота дыханий в покое уменьшилась до 30—40 в 1 минуту (у контрольных кроликов – 80—90 в 1 мин.), частота сокращений сердца уменьшилась до 130—140 в 1 минуту (у контрольных – 250—260 в 1 мин.), на 0,2—0,4 увеличивалась относительная величина массы головного мозга и на 0,5—1,0 год возросла продолжительность жизни.

Исходя из представленных в монографии данных о продолжительности жизни крыс и белок и удельной величине их основного обмена, можно определить величину так называемого энергетического фонда крыс и белок. Крыса за сутки должна расходовать 203,4 ккал/кг. При средней длительности жизни крысы (2,5 года) ее энергетический фонд составил бы 190 165 ккал/кг. Эта величина равна величине энергетического фонда, считающейся, начиная с работ М. Рубнера, единой для всех млекопитающих. Продолжительность жизни белок в 5 раз больше, чем крыс. Это значит, что средняя продолжительность жизни белок – 12,5лет. За сутки белка должна расходовать 97,27 ккал/кг. Это значит, что ее энергетический фонд должен быть 443 794 ккал/кг. Следовательно, энергетический фонд белки, определенный исходя из продолжительности ее жизни и удельной величины ее основного обмена, более чем в 2 раза превышает ту величину, которая, по данным М. Рубнера, является единой для всех млекопитающих.

Из этого результата следует, что нет никакого единого энергетического фонда у всех млекопитающих. Энергетический фонд млекопитающего – переменная величина, зависящая, как и продолжительность его жизни, от удельной величины основного обмена. В свою очередь, удельная величина основного обмена находится в обратной зависимости от размеров тела млекопитающего и от величины его суммарной двигательной активности на протяжении жизни.

На основании полученных результатов И. А. Аршавский сформулировал энергетическое правило скелетных мышц. Согласно этому правилу «двигательная активность, стимулируется ли она эндогенно в связи с необходимостью удовлетворения пищевой потребности или экзогенно в связи с действием раздражителей, имеющих характер физиологического стресса, является фактором, который противодействует старению». Показателем противодействия старению являлось увеличение продолжительности жизни подопытных животных. Увеличение продолжительности жизни животных свидетельствует о замедлении старения их внутренних органов. Поэтому, исходя из результатов опытов И. А. Аршавского, можно сделать вывод, что двигательная активность замедляет процесс старения не только комплекса обеспечивающих ее структур, но и процесс старения внутренних органов, от состояния которых зависит длительность жизни млекопитающего.

4. Гипотеза И. А. Аршавского о решающей роли закисления околоклеточной среды и клеток в старении организма млекопитающих и о решающей роли коллагена в закислении околоклеточной среды

На предшествующих страницах представлены данные, которые, по-видимому, можно считать фактами, имеющими существенное значение для формирования представлений о причинах и механизмах старения организма млекопитающих:

1. Отсутствие старения структур, входящих в состав «концертной» функциональной системы пианистов.

2. При одинаковых размерах и массе те виды млекопитающих, которые на протяжении жизни имеют существенно большую двигательную активность, живут значительно дольше.

3. Регулярные физические нагрузки на протяжении значительной части жизни различных видов млекопитающих существенно увеличивают продолжительность их жизни.

Эти факты позволяют утверждать, что физическая активность увеличивает продолжительность жизни млекопитающих. Диапазон этого увеличения, по-видимому, определяется характеристиками физической активности. При каких-то характеристиках продолжительность жизни может возрастать в несколько раз. По-видимому, наиболее точно определить характеристики физической активности, обеспечивающие максимальное увеличение продолжительности жизни человека, можно только исходя из знания механизмов старения млекопитающих. В этом случае появляются шансы ответить на такие вопросы, как:

1. Каков механизм противодействия физической активности старению?

2. От чего зависит интенсивность противодействия?

3. Какова предельная степень противодействия или сколь велики возможности двигательной активности по противодействию старению?

В какой-то степени ответы на эти вопросы дает И. А. Аршавский, исходя из своих представлений о механизмах старения организма млекопитающего. Эти представления близки представлениям, сформулированным ранее на основании собственных исследований А. А. Богомольцем и известным в настоящее время как соединительнотканная гипотеза старения. Согласно представлениям А. А. Богомольца, которые он развивал в 40-х годах XX столетия, старение организма начинается со старения соединительной ткани. Соединительная ткань заполняет, в частности, пространство между клетками организма и капиллярами крови и лимфы. Заполняющие это пространство элементы соединительной ткани образуют ВКМ. Через него из крови капилляров к клеткам проходят все необходимые клеткам вещества и кислород. В противоположном направлении из клеток в кровь и в лимфу проходят продукты обмена веществ клеток и вещества, синтезируемые клетками для выполнения функций за пределами этих клеток. Поэтому А. А. Богомолец характеризовал соединительную ткань как корень, обеспечивающий питание клеток организма и выделение продуктов обмена.

И. А. Аршавский исходно исключает происходящие в клетке процессы как первопричину старения клеток и организма в целом. При этом он исходит из данных о присущем клетке и закрепленном на генетическом уровне свойстве клетки к самообновлению. Соответственно, первопричина старения клетки оказывается не внутри, а вне ее, в окружающей клетку околоклеточной среде, являющейся компонентом соединительной ткани. Чтобы обеспечить в полном объеме реализацию свойств клетки, заложенных в ее геноме и исключающих ее старение, окружающая клетку среда должна:

1) не иметь в своем составе физических и химических характеристик, оказывающих непосредственное повреждающее воздействие на клетку;

2) непрерывно обеспечивать клетку всем необходимым для ее жизнедеятельности;

3) обеспечивать непрерывное удаление из клетки всего, что может способствовать старению клетки, прежде всего конечных продуктов ее обмена веществ.

Создание такой околоклеточной среды, комфортной для клетки, является прерогативой уже не клетки, а всего многоклеточного организма. Все вещества, необходимые клетке, она может получить только из крови. Все вещества, выделяемые клеткой, не должны накапливаться в околоклеточном пространстве. Они должны немедленно удаляться из него либо в кровь, либо в лимфатические сосуды. Однако между клеткой и капиллярами крови и лимфы находится пространство, заполненное водой с растворенными в ней веществами и набором различных растворимых и нерастворимых белково-углеводных комплексов (БУК). Эти комплексы в совокупности образуют ВКМ. Все вещества и кислород на пути из крови в клетку и продукты обмена клетки на пути из клетки в кровь и лимфу должны пройти через ВКМ.

Основным нерастворимым БУК ВКМ являются молекулы белка коллагена. И. А. Аршавским высказывается предположение, что коллаген может препятствовать движению веществ через ВКМ и затруднять обмен ими между клетками и кровью. Ранее было установлено, что молекулам коллагена присуще свойство постепенно образовывать внутри молекулы между входящими в ее состав цепочками полипептидов все новые химические связи – «сшивки». Кроме того, сами молекулы коллагена при встрече во ВКМ взаимодействуют друг с другом, осуществляя самосборку из молекул коллагена его волокон. Эти свойственные коллагену постепенные изменения его молекулярной организации рассматриваются как проявления процесса старения коллагена. Наличие у коллагена свойства стареть позволило И. А. Аршавскому заключить, что препятствие со стороны коллагена обмену веществами между клетками и кровью должно постепенно увеличиваться на протяжении жизни человека. В результате скорость обмена веществами между клетками и кровью должна постепенно уменьшаться. При этом должна замедляться скорость поступления в клетки необходимых им веществ и кислорода и возрастать сначала во ВКМ, а затем и в клетках концентрация кислых продуктов обмена клеток. В итоге должна снижаться РН околоклеточной и внутриклеточной среды. Закисление ВКМ, вызываемое ухудшением его проводимости, по мнению И. А. Аршавского, должно увеличивать скорость образования «сшивок» коллагена и в результате еще больше ускорять процесс снижения рН во ВКМ и в клетках. Нарастающее снижение величины рН внутри клеток от определенной оптимальной для клеток величины неизбежно вызовет прогрессирующее нарушение активности внутриклеточных ферментов и всех происходящих в клетке ферментативных реакций и приведет клетку к гибели.

Таким образом, по мнению И. А. Аршавского, именно независимый от клетки процесс постепенного закисления околоклеточной, а затем и внутриклеточной среды является тем первичным процессом, с которого начинается и постепенно ускоряется процесс старения клеток. Вторым, непрерывно происходящим в клетке и независимым от нее процессом, способным вызывать старение клетки, является, по мнению И. А. Аршавского, образование в ней АФК. АФК обладают высокой способностью вступать в химические соединения с молекулами белков, липидов и их комплексов, нарушая исходные генетически заданные свойства этих соединений. Для осуществления реакций взаимодействия АФК с белками и липидами не требуются ферменты и не требуется затрат энергии со стороны клетки. Молекулы белков и липидов, измененные АФК, сами становятся высоко реакционноспособными. В них появляются активные радикалы. Они также начинают вступать в генетически незапрограммированные реакции с другими белками и липидами, вызывая изменение их структуры и химических свойств. Белки и липиды после изменения их химической структуры АФК перестают выполнять свои внутриклеточные функции и становятся препятствием для нормальной жизнедеятельности клетки. Однако клетка на основе генетической информации постоянно синтезирует белки – ферменты, обладающие антиоксидантными свойствами. Антиоксидантные ферменты (АОФ) при оптимальной величине рН внутриклеточной среды обеспечивают нейтрализацию АФК еще до взаимодействия их с другими химическими соединениями. Закисление клетки снижает активность ферментов клетки, в том числе антиоксидантных. В результате в клетках начинает нарастать концентрация АФК, не нейтрализованных АОФ. Часть АФК начинает выходить из клеток в околоклеточное пространство и взаимодействовать с молекулами коллагена, ускоряя процесс образования «сшивок» и самосборку молекул коллагена. Закисление среды и АФК вызывают появление и нарастание в клетке количества измененных молекул белков и их комплексов. Но главное, что, по мнению И. А. Аршавского, происходит по мере закисления клетки, вызываемого старением коллагена ВКМ, и нарушает процесс самообновления клеток, – это нарушение работы генома клетки. Эти нарушения неизбежны при закислении внутриклеточной среды и при воздействии на геном АФК. В результате начнет страдать процесс самообновления клетки, т. е. тот основной внутриклеточный процесс, который противодействует ее старению. В клетках появятся и будут постепенно накапливаться химические соединения, которые клетка не в состоянии разрушить и удалить во внеклеточную среду. Эти внутриклеточные соединения по мере их накопления постепенно нарушают нормальный ход внутриклеточных химических реакций, вызывая старение клеток и их гибель! Чем выше интенсивность обмена веществ в клетке, тем быстрее скорость протекания всех перечисленных процессов, быстрее стареют клетки, а продолжительность жизни организмов, имеющих более высокую интенсивность обмена веществ, становится короче. В пользу изложенного представления в монографии приводятся определенные экспериментальные данные. Оказалось, что у крыс и кроликов титруемая кислотность мочи выше, а титруемая щелочность ниже, чем у белок и зайцев соответственно. Наиболее высокая величина титруемой кислотности мочи определялась у старых кроликов. С возрастом у кроликов увеличивалась также концентрация молочной кислоты в крови и тканях. Регулярные физические нагрузки вызывали у кроликов, наряду со снижением величины основного обмена и увеличением продолжительности жизни, увеличение титруемой щелочности мочи и снижение ее титруемой кислотности до величин, свойственных зайцам. Из этих результатов делается вывод, что физическая активность, уменьшая интенсивность основного обмена, замедляет скорость нарастания кислотных сдвигов в организме. Именно уменьшение под влиянием физической нагрузки скорости закисления организма и является причиной увеличения продолжительности его жизни, так как именно закисление организма запускает, поддерживает и постепенно усиливает процесс старения клеток и организма в целом. Соответственно, физическая активность, уменьшая скорость нарастания кислых сдвигов в организме, замедляет его старение.

Таков, по мнению И. А. Аршавского, механизм противодействия физической активности старению животных. При этом остается неясным, почему и каким образом физической активности удается уменьшить интенсивность основного обмена и уменьшить скорость нарастания кислых сдвигов в организме? Увеличение кислотности межклеточной среды должно, по мнению И. А. Аршавского, вызывать также повреждение соединительнотканных структур, глиальных элементов и нейронов головного и спинного мозга. В результате, как предполагает И. А. Аршавский, должна возникать возрастная атрофия скелетных мышц и понижаться их сократительная активность. Снижение двигательной активности должно ослаблять ее противодействие закислению внутриклеточной среды. В результате, чем ниже двигательная активность животного, тем короче его жизнь.

Таким образом, старение организма, согласно представлениям И. А. Аршавского, является результатом старения его клеток. Старение клеток является результатом постепенного повышения внутри клеток концентрации кислых продуктов их обмена веществ. Собственные метаболиты клетки выводятся из нее в околоклеточную среду на протяжении всей жизни клетки и удаляются из околоклеточной среды в венозную часть кровеносных капилляров и в лимфатические капилляры. Скорость удаления метаболитов клеток из околоклеточного пространства постепенно уменьшается из-за постепенного снижения его проводимости для них. Это снижение проводимости И. А. Аршавский связывает со свойствами расположенного в околоклеточном пространстве между клетками и капиллярами основного внеклеточного белка коллагена. Предполагается, что именно коллаген обладает свойством создавать и постепенно увеличивать препятствие движению метаболитов из околоклеточного пространства в кровь и в лимфу. В результате в околоклеточном пространстве происходит постепенное накопление продуктов обмена клеток и смещение рН околоклеточной среды в кислую сторону. Как следствие этого процесса возникает накопление кислых продуктов обмена внутри клеток, постепенно смещающее рН внутриклеточной среды в кислую сторону. Нарастающее отклонение рН от стабильных величин уменьшает эффективность работы внутриклеточных ферментов, вызывая постепенное снижение функциональных возможностей клетки, то есть ее старение. Гипотеза старения организма млекопитающих, предлагаемая И. А. Аршавским, позволяет сделать несколько выводов.

1. Чем ниже скорость обмена веществ в клетках млекопитающего, тем ниже скорость образования продуктов обмена, медленнее процесс их накопления вне и внутри клетки, ниже скорость старения клетки. Следовательно, чем ниже интенсивность обмена веществ млекопитающего, тем длительнее его жизнь. Чем больше размеры млекопитающего, тем ниже интенсивность обмена веществ его клеток и, следовательно, продолжительнее его жизнь.

2. Устранение накопления кислых продуктов обмена клеток в околоклеточном пространстве должно устранять старение клеток и увеличивать продолжительность жизни млекопитающего.

3. Если причиной накопления кислых продуктов обмена является постепенное старение коллагена, расположенного в околоклеточном пространстве, то замедление или остановка возрастзависимого старения коллагена должно замедлить или прекратить накопление кислых продуктов обмена клеток в околоклеточном пространстве. В результате должно замедлиться или прекратиться старение организма млекопитающего. На этом фоне дальнейшее уменьшение закисления организма должно еще больше приближать рН внутриклеточной среды к оптимальной для клеток величине. При этом должна приближаться к максимальному уровню активность внутриклеточных ферментов и увеличиваться функциональные возможности клеток, то есть происходить процесс, противоположный старению, а именно процесс омоложения клеток и, следовательно, всего организма. Таким образом, гипотеза старения И. А. Аршавского предполагает возможность не только замедлить процесс старения, но возможность его остановить и даже повернуть вспять.

В опытах И. А. Аршавского фактором, который может увеличить продолжительность жизни млекопитающих, являлась физическая активность. Так, регулярное плавание кроликов в течение 5—6 месяцев на один год увеличивало продолжительность их жизни. Это увеличение сопровождалось повышением величины титруемой щелочности мочи и снижением ее титруемой кислотности до величин, свойственных зайцам, живущим в 2—3 раза дольше, чем кролики. Эти данные, по мнению И. А. Аршавского, подтверждают его гипотезу, согласно которой причиной старения клеток является процесс постепенного накопления в клетках продуктов их обмена веществ. Физическая активность каким-то образом замедляет накопление и этим увеличивает продолжительность жизни клетки. Исходя из гипотезы И. А. Аршавского, можно предположить, что физическая активность замедляет скорость нарастания жесткости коллагена, однако в монографии такой вариант не обсуждается.

Аналогичный вывод о решающей роли старения коллагена в старении человека сделал в 2009 году автор в своей предшествующей книге «Алгоритм долголетия». В ней утверждается, что «коллаген, входящий в состав любого органа и образующий его остов, каркас, со временем стареет, и… вслед за старением коллагена того или иного органа и в результате этого старения неизбежно происходит старение всего органа и в конечном счете всего организма» (стр. 80). Предполагается, что возрастзависимое увеличение жесткости молекул и волокон коллагена замедляет скорость их обмена на новые. В результате с возрастом при одном и том же объеме любого органа в нем должна возрастать доля коллагена и уменьшаться доля клеток паренхимы. Это значит, что с возрастом должно происходить склерозирование органа, снижение его функциональных возможностей и, как следствие, старение органа. Исходя из этого представления, в книге для противодействия старению рекомендованы упражнения на растяжение, так как тренинг любых тканей и органов на растяжение должен постепенно увеличивать их растяжимость, противодействуя развитию в них процессов «старения» коллагена и вызываемых его «старением» возрастных изменений именно этих тканей и органов (стр. 82). Известно, что «гибкость тела – это не только высокая эластичность, растяжимость сухожилий, связок, мышц, но и кровеносных и лимфатических сосудов и нервов» (стр. 82). Поэтому «предположение о возможности противодействовать старению того или иного внутреннего органа с помощью его тренинга на растяжение соответствующими специальными упражнениями представлялось вполне реальным» (стр. 83).