Юрий Вагин. Креативные и примитивные
жүктеу/скачать 1.6 Mb.
|
| а) Теории, предполагающие, что половые клетки обладают потенциальным запасом энергии, которая накапливается в результате ово- и сперматогенеза и при соединении гамет начинает высвобождаться, обеспечивая необходимое количество свободной энергии для морфогенеза и создания различных функциональных систем.
Эти так называемые энтропийные теории индивидуального развития предполагают, что организм приходит к самому ответственному периоду индивидуального развития (генетически информативному или детородному) уже достаточно состарившимся, исчерпав в значительной мере свой генетически предопределенный энергетический фонд. При этом индивидуальное развитие отождествляется с процессом, аналогичным скатыванию шарика по желобку вниз (под гору), или процессом постепенного раскручивания пружины в часах, заводимых во время оплодотворения. b) Теории, которые предполагают, что половые клетки при соединении не обладают достаточным количеством энергии для роста организма, но имеют некий специфический для всего живого механизм, позволяющий ассимилировать необходимую энергию, создавая беспрецедентный с термодинамической точки зрения процесс негэнтропии или отрицательной энтропии. Согласно негэнтропийным теориям организм приходит к периоду половой зрелости наиболее структурно упорядоченным, с максимально возможной для него степенью неравновесности, без чего невозможна была бы полноценная реализация видовой миссии. При этом индивидуальное развитие отождествляется с процессом, идущим в гору, или процессом постепенного закручивания пружины, при котором энергетические резервы развивающегося организма не растрачиваются, а приобретаются (14, 15). И только после этого происходит смена негэнтропийных тенденций развития на энтропийные, что и лежит в основе геронтогенеза. При этом диапазон потенциальной лабильности различных систем органов и организма в целом (или потенциальная величина свободной энергии в термодинамическом выражении) начинает постепенно суживаться. В результате ограничиваются и снижаются возможности осуществления адаптивных реакций. К негэнтропийным теориям примыкают «теории паруса» или информационные модели онтогенеза, которые предполагают, что человеческий зародыш представляет собой высоконасыщенную компактную информационную матрицу, напоминающую туго свернутый парус или парашют с минимальным запасом эндогенной энергии, и процесс онтогенеза — есть процесс разворачивания информационной матрицы в потоке экзогенной энергии. При этом развитие человеческого организма представляется чем-то вроде надувания ветром скомканного бумажного пакета. К подобным моделям относится известная модель Тьюринга, которая пытается математически описать эмбриологический морфогенез с помощью концепции самоорганизации в пространственно распределенных биологических системах. Проблема самоорганизации морфогенетических структур концептуально близка к проблеме самосборки белков. В обеих системах наблюдается переход от гомогенного состояния к структурированному, в обоих случаях этот переход энергозависим. При наличии потока энергии через систему самособирающихся белков, мембран или тканей наблюдаются явления самоорганизации. Таким образом, в отношении энергообеспечения развития организма существует два принципиально различных подхода, один из которых постулирует автономное эндогенное энергетическое обеспечение процессов морфогенеза, другой же постулирует необходимость внешнего энергетического потока, для разворачивания генетических матриц. Но любая из этих теорий предполагает конечность процессов разворачивания, вне зависимости от их обусловленности экзогенными или эндогенными факторами. Теории старения (геронтогенеза) так же как и теории созревания (роста) можно разделить на несколько групп: а) Теории изнашивания полагают, что энергия в живой системе имеется в избытке, тем более, что она может постоянно пополняться за счет продуктов питания, а прекращение жизнедеятельности происходит исключительно потому, что структурные компоненты, особенно те из них, которые не обновляются, приходят в негодность. Теории изнашивания, рассматривают организм в целом и его составные части как механизм, «а все механизмы ухудшаются и портятся вследствие самой деятельности их» писал Е.Maupas еще в 1888 году (189). Этот ученый одним из первых предложил теорию изнашивания для объяснения геронтогенеза. Одной из разновидностей теории изнашивания можно считать теорию Selye (1956) о старении как следствии накапливающихся патологических изменений в клетках и тканях в результате пережитых стресс-реакций. В его экспериментах в результате стрессового напряжения у животных наступали явления резкого истощения, близко напоминающие старческое истощение организма. Теории изнашивания не только в принципе объясняют старение организма ухудшением функционирования тех или иных систем, но и практически пытаются выявить конкретные структуры, которые «ломаются» в первую очередь. Одной из таких классических теорий считается теория Lumiere (1921, 1931), модифицированная Ruzicka (1922, 1924, 1929). Lumiere считал, что старение коллоидов (гистерезис) — совершенно неотвратимое физико-химическое явление, роковым образом ведущее к смерти коллоида путем соединения зерен и их осаждения. Эту теорию разделял и известный отечественный физиолог А.А.Богомолец (1938, 1940). Harman (1955), Sinex (1965) и особенно Fels (1966) считали, что с возрастом в молекулах коллагена нарастают межмолекулярные водородные и другие более «рыхлые», связи, что приводит к уменьшению свободной энергии молекул и приближению всей коллоидной системы к наиболее вероятному термодинамическому состоянию. Свои основные выводы Fels (1966) формулирует следующим образом: «Молекулярное старение в биологических сетях характеризуется отбуханием определяемым ретроактивными силами. Необходимость достигнуть минимальной свободной энергии реализуется в сети снижением ретроактивной силы благодаря уменьшению количества и длины эффективных цепей в аморфной области молекулы". Нарастание с возрастом межмолекулярных связей и инактивацию в связи с этим белков (и нуклеиновых кислот) протоплазмы много ранее выдвинули как одну из основных цитобиохимических предпосылок старения А.В.Нагорный (1935, 1936, 1940), И.Н.Буланкин (1939), и В.Н.Никитин (1954, 1962) в теории «затухающего самообновления протоплазмы». В.Н.Никитин писал :"Можно предположить (и для этого накапливаются экспериментальные основания), что в эмбриогенезе продуцируются в значительном количестве те ферментные системы, которые обеспечивают быстрое «расплавление» избыточно сцементированных макромолекулярных комплексов при высокой скорости синтеза новых белковых и нуклеиново-кислотных молекул. Это особенно хорошо выражено при лизисе и преобразовании презумптивных органов в эмбриогенезе… Весьма вероятно, что именно такая «прогрессивная структуризация» закодирована в генофонде организма для ранних фаз жизни, и лишь постепенное сперва собственно возрастное развитие, а затем старческое «искажение» того кода и специфическая смена гуморальных и нервных влияний, присущее поздней молодости и ранней зрелости ( в частности, увеличение в этот период продукции тканевых рост сдерживающих веществ, что тоже несомненно, генетически обусловлено), приводят к постепенному превалированию влияний, усиливающих гистерезис и сцепление макромолекул протоплазмы и отсюда — к снижению полноценности их самообновления» (96). Если рассмотреть выше приведенные теории с термодинамической точки зрения — нетрудно заметить, что все они исходят из принципа изначально максимального количества энергии, которая постепенно уменьшаясь, приводит к ослаблению лизиса и синтеза высокоэнергетических макромолекулярных соединений. Ряд ученых полагает, что длительное пребывание ДНК в постмитотических клетках организма, не сопровождаемое ее делением, или реституцией, неизбежно должно приводить к физико-химической инактивации ряда участков нитей ДНК, что может вызвать нарушение репродукции РНК и белков в стареющих клетках (Sinex, 1957, 1961). Curtis и Gebhardt (1958), Failla (1958, 1960), Szillard (1959, 1960), Curtis (1963, 1966) развили представление о старении как результате накопления в хромосомах клеток инактивированных, или неблагоприятно измененных, участков (генов), то есть, потери или извращения ядерного контроля, за биохимическими процессами клеток. Накопление соматических мутаций приводит к общей дегенерации тканей. Harman (1957) при этом отмечал вредное влияние на молекулы протоплазмы свободных радикалов. Strehler (1959, 1964) видел причину старения в «молекулярных повреждениях», обусловленных действием энергии, которая высвобождается локально в больших концентрациях в процессе биохимических реакций. Parchon (1959) и Oeriu (1962, 1964) придавали большое значение возрастной инактивации белков и накоплению в них дисульфидных связей при нарастающем деметилировании. Steward и Pollard (1958) придавали значение превращению пролина в оксипролин в белках тканей. Широкое распространение имеет теория иммунологического старения организма, базирующаяся на идеях И.И.Мечникова. Campbell и Work (1953) предположили, что в генофонде организмов данного вида «репрессированы» возможности синтеза иммунных тел на присущие виду белки. С возрастом происходит ослабление этого «репрессирования» и иммунные тела начинают разрушать клетки собственного организма. Существует и ряд других теорий аналогичного направления, на которых я не буду останавливаться подробно. В целом, если исходить из теорий изнашивания, то с целью увеличения продолжительности жизни нужно проявлять максимальную заботу о своем организме при его эксплуатации, и, в принципе, эксплуатировать его как можно меньше и реже. Известным сторонником этой точки зрения был Селье, который считал, что адаптационные ресурсы организма строго детерминированы и только тратятся и не восстанавливаются. Равным образом когда-то считали, что каждый мужчина рассчитан на определенное количество половых актов и многие мужчины имели специальную записную книжку, в которой скурпулезно отмечали каждую растрату. b) Теории запыления и засорения, в отличие от вышеприведенных теорий изнашивания полагают, что и энергия есть, и части системы вполне могли бы функционировать, но сама система начинает «засоряться» и остановка происходит в связи с недостаточностью механизмов «очистки» и «смазки». Эти теории можно отнести к одним из самых ранних теорий старения и смерти. И.И.Мечников еще в 1908 считал, что «причина смерти — самоотравление организма». Исходя из того, что в процессе жизнедеятельности возникают токсические продукты конечного и промежуточного метаболизма (в особенности при гниении продуктов в толстом кишечнике), И.И.Мечников видел в аутоинтоксикации, длящейся в течение всей жизни, основную причину старения и смерти. Развивая эту теорию, Strehler (1964) даже количественно исследовал все увеличивающееся накопление в старости липофусцина (коричневого пигмента) в симпластах сердца. Разновидностями теории запыления и засорения являются очень интересные теории «дифференцировки» и «специализации». Эта группа теорий исходит из того, что при специализации и дифференциации тканей происходят перегрузка клеток цитоплазматическими специализированными образованиями и обеднение их первичной, высокожизнеспособной и саморепродуцирующейся протоплазмой. Minot (1908) рассматривал дифференцировку как единственную действительную причину старения. Близкую к этому концепцию развил С.И.Мельников (1917, 1937). Утрату высшими животными способности к регенерации он объяснял специализацией клеток и тканей. Нарастание в организме дифференцированных клеток и его обеднение недифференцированными являются основой теории старения И.И.Шмальгаузена (1926, 1935). Сторонники этой точки зрения пропагандируют в целях удлинения жизни экологические и санационные процедуры, начиная от жизни на природе, употребления в пищу «Natur-Product» и кончая очистительными клизмами и периодическим голоданием с целью сожжения шлаков и выведения их из организма. с) Теории растраты или истощения, в отличие от теорий изнашивания и засорения, полагают, что все дело в ограниченности энергетического потенциала и живая система неизбежно прекращает свое функционирование, как только энергия кончается. Такие теории растраты «жизненной материи и энергии» — «Abnutzungstheorie» или «Wear and tear theory», предполагают, что в гаметах изначально заложен максимальный энергетический потенциал, который при образовании зиготы начинает прогрессирующим образом убывать, приводя организм к постепенной энергетической смерти. Эта внутренняя энергетическая субстанция называлась по разному: «жизненный фермент» (Butschli, 1882), «субстрат жизни» (И.Р.Тарханов, 1891, 1903, 1908, 1917), «запас жизненной энергии» (Pfluger, 1890; Rubner, 1908), «определенные вещества» (Loeb, 1903), но суть сводилась к тому, что эта субстанция или энергия содержится в зародышевых клетках и в процессе развития организма происходит ее уменьшение. При этом, в отличие от первой теории, утверждалось, что «причиной смерти служит не изнашивание самих клеток, а прогрессивное ограничение способности клеток к созиданию ядерного вещества… Число клеточных поколений, могущих развиваться в течении жизни из зародышевого яйца благодаря первоначальному запасу в нем созидающей энергии и определяет собой долголетие, ту максимальную продолжительность жизни, которую могут достигать разнообразные организмы… Количество этой созидающей энергии представляется для каждого вида нормированным". В рамках этой теории Rubner (1908) выдвинул свою знаменитую теорию старения, сводящуюся к тому, что каждый организм способен на один килограмм веса своего тела переработать в течении жизни строго определенное количество энергии. При этом, человек отличается от других живых существ только тем, что имеет исключительно высокую жизненную «прочность» протоплазмы, способной «пропустить через себя» в 3-4 раза больше энергии в течении взрослой жизни, чем все исследованные животные. Существуют концепции об истощении жизненно важных ферментов в постмитотических клетках (т.е. клетках, которые в период постэмбриогенеза совершенно не делятся) — McIlwain (1946, 1949), Theorell и др. (1951), Comfort (1964). Эти авторы предполагают, что определенные ферменты могут синтезироваться только в момент деления клетки. Значительное количество приверженцев имеет теория недостаточности и истощения деятельности желез внутренней секреции. Эта теория была выдвинута еще Brown-Sequard (1889). Lorand (1904, 1910, 1920, 1932) утверждал, что «старость есть болезненный процесс, вызванный дегенерацией как щитовидной, так и других сосудистых желез кровеносной системы, выполняющих питательную функцию». В особенности он считал «ответственной» за старость недостаточную инкрецию щитовидной железы. С этой точкой зрения соглашался известный отечественный ученый А.А.Шерешевский (1940). На роль снижения инкреции половых желез как ведущую причину старости указывали в своих теориях онтогенеза и «омолаживания» Steinach (1920, 1940) и Voronoff (1925, 1928, 1929, 1933). Падение функциональных способностей гипофиз-адреналовой системы, нарастание к старости стадии истощения в реакциях стресса были выдвинуты, как существенный элемент старения в исследованиях Selye (1950, 1960). Своеобразную точку зрения на эндокринную обусловленность не только узкопонимаемого старения, но и всего возрастного развития организма (высших животных и человека) в целом, высказал в свое время М.М.Завадовский (1941). Он считал, что возрастное развитие «запрограммировано» в коде последовательно сменяющих друг друга в разные периоды жизни эндокринных ситуаций. «Если придавать эндокринной ситуации не решающее, но очень важное значение для всего онтогенеза, — писал В.Н.Никтитин, — то концепция М.М.Завадовского может иметь значение для будущей теории возрастного развития. С ее позиции богаче можно понять многие особенности периодов детства и юности (в частности, новый скачок роста и изменение морфологических и функциональных параметров тела на пороге отрочества и др.). Для эмбриогенеза имеет весьма важное значение дифференцирование тканей, вызванное генетически обусловленной сменой индукторов, стимуляторов и ингибиторов роста и биоэнергетики» (96). Эта группа теорий представляется наиболее обоснованной и одновременно наиболее бесперспективной в смысле увеличения продолжительности человеческой жизни, поскольку «многочисленные исследования энергетического обмена организма неоспоримо свидетельствуют о последовательном понижении его интенсивности в процессе старения» (32). Единственный шанс опровергнуть теории истощения — это возможность доказать, что организм обладает способностью в течении жизни получать не только энергию питательных веществ и кислорода, но и живительную энергию из космоса, которая и обеспечивает в результате использования питательных веществ создание отрицательной энтропии. Такие теории имеются, и несмотря на уязвимость, имеют определенное хождение в научных кругах. В них утверждается, что живые системы способны улавливать рассеянную в пространстве энергию, аккумулировать ее, а затем использовать. Функциональная энергетическая система (биологически активные точки — ретикулярная формация — кора головного мозга) постоянно якобы ассимилирует энергию электромагнитных полей. Указанная система осуществляет электронный микротранспорт внешней энергии и аккумуляцию ее в ретикулярной формации, оказывающей восходящий активирующий эффект на вышележащие отделы нервной системы, в том числе, на кору головного мозга. Таким образом, энергетический баланс организма складывается из химической энергии (питание, дыхание) и энергии электромагнитных полей. Логика авторов подобных концепций исходит из того, что раз существует электромагнитное поле, следовательно «в процессе эволюции такой фактор должен был детерминировать появление и развитие анализатора (?!), посредством которого энергия электромагнитных полей ассимилировалась бы организмом». Правда, есть одна проблема: биологически активные точки «не имеют каких-либо специальных рецепторных образований». То есть, анализатор есть, а рецепторов как бы нет, но это не беда, считают авторы этой теории, все дело видимо в «определенных электронно-структурных особенностях». В принципе, трудно даже понять, почему речь идет об анализаторе. Анализаторы, как известно, преобразуют, а не утилизируют энергию. Но это не главное. Самое главное — это воткнуть в биологически активные точки иглу, которая «выполняет роль антенны» и смело подзаряжать ретикулярную формацию, а с ней и весь мозг энергией космоса. 6
В середине 19-го века Герман Гельмгольц открыл закон сохранения энергии. «Все мы — дети Солнца, — говорил он, — ибо живой организм, с позиции физика, — это система, в которой нет ничего, кроме преобразования различных видов энергии». К настоящему моменту практически всем ясно, что «поток энергии является ключевым моментом в существовании биологических структур и их динамике» (148), но лишь сравнительно недавно предприняты попытки создать феноменологические теории онтогенеза, опирающиеся на основные принципы термодинамики. Общая термодинамика рассматривает три типа систем: изолированные (или адибиотические) системы, полностью автономные и не обменивающиеся веществом и энергией с окружающей средой; замкнутые системы, также не обменивающиеся веществом, но способные к обмену энергией; открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой и веществом и энергией. Все биологические системы являются открытыми, так как обмениваются с окружающей средой и веществом и энергией (193). Термодинамике живых систем стали уделять особое внимание с середины 20-го века, в связи с работами Пригожина, который считал, что для описания процессов развития, роста и старения организмов можно и нужно использовать критерий эволюции термодинамики линейных необратимых процессов. Известна теорема Пригожина: в стационарном состоянии продукция энтропии внутри термодинамической системы при неизменных внешних параметрах является минимальной и константной. Если система не находится в стационарном состоянии, то она будет изменяться до тех пор, пока скорость продукции энтропии, или, иначе, диссипативная функция системы не примет наименьшего значения. В живых системах, как считается, можно приравнять диссипативную функцию к интенсивности теплопродукции, а следовательно, интенсивности дыхания и гликолиза, которые в основном и определяют теплопродукцию организма. При этом теорема Пригожина приобретает простой биологический смысл, так как сводится к утверждению, что в процессе возрастных изменений организмов происходит непрерывное снижение интенсивности этих процессов. Согласно термодинамической теории Пригожина-Виам, во время развития, роста и последующих возрастных изменений организмов происходит непрерывный процесс старения системы, выражающийся в уменьшении удельной скорости продукции энтропии в организмах. Многочисленные экспериментальные данные, полученные в последнее время, достаточно хорошо подтверждают это положение (58). Против теоремы Пригожина-Виам выдвинуто два основных возражения: 1) считается, что эта теория все же недостаточно проверены экспериментально; 2) ограничения, накладываемые на системы термодинамикой линейных необратимых процессов, не выполняются во время развития и роста животных. У человека после рождения основной обмен и скорость теплопродукции, рассчитанная на единицу веса, заметно возрастает и лишь затем начинает постепенно снижаться. С точки зрения термодинамики необратимых процессов это означает, что после рождения происходит изменение внешних параметров системы, которое должно сопровождаться переходом системы в новое стационарное состояние (теорема Пригожина выполняется только при неизмененных внешних параметрах). Характерно, что для внутриутробного развития млекопитающих получены совершенно иные данные, чем для только что родившихся животных: на протяжении изученных стадий внутриутробного развития коров происходит непрерывное снижение основного обмена зародышей. Согласно термодинамической теории Пригожина — Виам, можно считать, что процесс развития, роста и старения организмов представляет собой процесс непрерывного уменьшения функции внешней диссипации. Каждый новый организм начинает свое развитие с высокого уровня удельной скорости продукции энтропии. Следовательно, в жизни организмов должен существовать период, когда происходит процесс конститутивного уклонения от стационарного состояния, сопровождающийся не уменьшением, а увеличением функции внешней диссипации (57). С точки зрения термодинамики необратимых процессов представляется невероятным, чтобы отдельно существующая система, какой является зародыш, растущий организм или взрослое животное, могла бы сама собой при неизменных внешних параметрах устойчиво уклоняться от стационарного состояния. Этот процесс, однако, вполне мыслим в период возникновения половых клеток и, в частности, в оогенезе.С точки зрения термодинамической теории развития организмов в оогенезе происходит процесс омоложения системы, а на всех остальных этапах жизни организма — процесс старения. Отличия периодов развития, роста и старения, с этой точки зрения, заключаются в скорости процесса старения. Процесс зародышевого развития является одним из самых трудных для объяснения с точки зрения термодинамической теории Пригожина — Виам, так как многочисленные иследования дыхания зародышей показали, что в расчете на яйцо происходит значительное увеличение интенсивности дыхания и теплопродукции в этот период. Даже Пригожин вынужден был признать, что на ранних стадиях развития его теория не согласуется с имеющимися экспериментальными данными. #page# В рамках геронтологических теорий растраты и истощения «жизненной энергии» также проводились некоторые исследования, непосредственно связанные с термодинамикой живых систем. Напомним, что еще Weismann (1884) считал, что зигота представителей соответсвующего вида способна в результате последовательных делений в течении всего жизненного цикла индивидуального развития произвести определенное число клеток, после чего организм умирает. Согласно данным Р.Гертвига (1914), энергия деления клеток является наибольшей тотчас же после оплодотворения, затем она все более уменьшается, сначала медленно, затем все более и более быстро (23). жүктеу/скачать 1.6 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|