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

Корректор Александра Макарова

Дизайнер обложки Никита Кулибанов

© Валерий Сафронович Еремеев, 2020

© Никита Кулибанов, дизайн обложки, 2020

ISBN 978-5-0051-0950-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Об авторе

Еремеев Валерий Сафронович – профессиональный физиолог, доктор медицинских наук, автор 60 научных публикаций, 8 изобретений и соавтор научного открытия в области физиологии кровообращения. В течение многих лет преподавал физиологию человека и животных в 1-м Ленинградском медицинском институте им. академика И. П. Павлова (ныне Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова), являлся старшим научным сотрудником Ленинградского нейрохирургического института им. А. Л. Поленова, руководил лабораторией экспериментальной физиологии кровообращения в Ленинградском НИИ кардиологии (ныне Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова»).

Научные интересы В. С. Еремеева в течение многих лет были связаны с различными аспектами деятельности сердечно-сосудистой системы. В последние годы научные интересы В. С. Еремеева сосредоточены на проблемах укрепления здоровья и увеличения продолжительности жизни. Первым итогом этой работы явилось написание книги «Алгоритм долголетия. Особенности дыхания, гарантирующего здоровье и долголетие». Книга была опубликована в 2009 году.

Аннотация

В предлагаемой читателям книге автор формулирует и логически обосновывает совершенно новое представление о причине старения клеток многоклеточного организма и о причинах старения всего организма. Согласно представлению автора в геноме каждой клетки заложен механизм, способный при оптимальных характеристиках внутриклеточной среды обеспечить полное самообновление клетки и ее бессмертие. При этом автор исходит из данных биологической науки, что первыми на земле в первичном мировом океане появились одноклеточные организмы и вода мирового океана являлась их внешней и внутренней средой. Ее рН и другие характеристики имели определенные постоянные величины, в соответствии с которыми формировались характеристики генов ДНК первых одноклеточных организмов. Конечные продукты обмена первых одноклеточных практически мгновенно вымывались в окружающую их воду и сразу же удалялись из околоклеточного пространства в связи с непрерывным броуновским движением клеток в воде. Таким образом, накопление в клетках минимального количества продуктов обмена и возможность влияния этих продуктов на величину рН внутриклеточной среды были полностью исключены. Это значит, что оптимальной рН для активности ферментов, формировавшихся у первых одноклеточных организмов и, заложенной в их ДНК, являлась рН воды мирового океана.

В многоклеточном организме каждая клетка в процессе своего обмена также образует вещества, подлежащие удалению в околоклеточное пространство. Однако, в многоклеточном организме непосредственная окружающая клетку среда расположена в замкнутом пространстве, ограниченном клетками, стенками капилляров и структурами соединительной ткани. Это значит, что поступающие из клеток в их околоклеточное пространство кислые продукты обмена этих клеток удаляются из него в кровь и лимфу за счет диффузии, за счет тока жидкости из артериальной части капилляров через межклеточные пространства в венозные и лимфатические капилляры, а также за счет многочисленных процессов, способствующих оттоку в них межклеточной жидкости (дыхание, сокращения мышц и т.д.). Тем не менее, в многоклеточном организме кислые продукты обмена клеток всегда в той или иной концентрации присутствуют в околоклеточной и, соответственно, во внутриклеточной жидкости каждой клетки не только в период ее функциональной активности, но и в состоянии покоя. В результате, в многоклеточном организме рН внутриклеточной среды каждой клетки всегда ниже генетически заданной величины, обеспечивающей максимальную активность внутриклеточных ферментов.

Это значит, что ни одна из клеток многоклеточного организма не может полностью реализовать заложенную в ее геноме способность обеспечить полное самообновление этой клетки, т.е. ее бессмертие. В результате каждая клетка многоклеточного организма обречена на старение и гибель. При этом чем быстрее происходит удаление продуктов обмена клеток из их околоклеточной и, следовательно, внутриклеточной среды, тем ближе ее характеристики к оптимальным генетически заданным для обеспечения максимальной активности внутриклеточных ферментов, медленнее процесс старения клеток и продолжительнее их жизнь. Таким образом, причиной старения и гибели клеток многоклеточного организма является обязательное отклонение величины рН внутриклеточной среды образующих его клеток от оптимальной величины, заложенной в геноме первых одноклеточных организмов.

Следовательно, старение клеток многоклеточного организма является неизбежной вынужденной «платой» эволюции за многоклеточность и происходит непрерывно во всех клетках, приводя к их гибели. Тем не менее, неизбежность старения клеток, образующих организм человека, не означает одновременного старения организма и его органов. Дело в том, что в многоклеточных организмах наряду с появлением разных видов клеток, осуществляющих все функции организма (так называемых дифференцированных клеток) появились специальные клетки, создающие все виды дифференцированных Это – так называемые стволовые клетки. Кроме того, появился генетически заданный процесс апоптоза, обеспечивающий самоликвидацию клеток при снижении их функциональных возможностей, т.е. при их старении. В период роста тела человека и его органов скорость создания стволовыми клетками новых дифференцированных превышает скорость ликвидации стареющих, а скорость удаления продуктов обмена из околоклеточной среды и из клеток остается неизменной. Соответственно, остаются неизменными скорость старения дифференцированных клеток и скорость их ликвидации. В результате в период роста тела и его органов в них постоянно увеличивается количество дееспособных клеток. Это вызывает увеличение функциональных возможностей органов и всего организма. Этот факт позволяет автору утверждать, что в период роста, т.е. в первые 20 лет своей жизни, человек, несмотря на старение отдельных клеток, не стареет. В то же время механизмы, противодействующие старению организма (апоптоз стареющих клеток и создание взамен им новых стволовыми), казалось бы, должны обеспечить отсутствие старения организма не только в период роста тела, но и после прекращения роста. С этого момента многоклеточный организм должен был бы представлять собой непрерывно функционирующий конвейер, в котором стареющие клетки ликвидируются апоптозом, а их место занимают такие же новые, создаваемые стволовыми клетками. При этом стволовые клетки находятся в многоклеточном организме в особых условиях, в нишах стволовых клеток, позволяющих минимизировать появление продуктов обмена внутри стволовых клеток и минимизировать их старение. Процессу замедления скорости старения стволовых клеток способствует также их способность к асимметричному делению, при котором находящиеся внутри материнской клетки продукты обмена переходят только в одну из дочерних клеток, а вторая клетка получает оптимальную внутриклеточную среду с оптимальной величиной рН, т.е. снова оказывается молодой. Однако, на пути к бессмертию организма после прекращения роста оказываются процессы, присущие неклеточным структурам соединительной ткани и не зависящие от генома. Эти структуры участвуют в образовании каркаса каждого органа и входят в состав межклеточного матрикса. Они обладают механической жесткостью и при сокращении любых мышечных элементов, а именно, сердца, скелетных, гладких мышц и диафрагмы оказывают сопротивление их сокращениям. В результате сила сокращения мышц, идущая на сжатие и растяжение межклеточных промежутков и участвующая в обновлении околоклеточной среды уменьшается.

Неклеточные элементы соединительной ткани построены из макромолекул, которым присуще независящее от генома свойство вступать в неферментативное химическое взаимодействие между собой с образованием комплексов возрастающей жесткости. В период роста неклеточные структуры соединительной ткани непрерывно перестраиваются. Это значит, что процесс роста тела человека, каждого его органа и ткани постоянно противодействует взаимодействию между макромолекулами и увеличению жесткости соединительной ткани. После прекращения роста его противодействие взаимодействию между макромолекулами исчезает и жесткость структур соединительной ткани начинает возрастать. В результате интенсивность процессов, направленных на обновление околоклеточной среды и противодействующих старению клеток постепенно уменьшается. Характеристики околоклеточной среды в нишах в окружении стволовых клеток также начинают отклоняться от оптимальных величин. Эффективность работы всех звеньев конвейера, обеспечивающих обновление клеток организма, постепенно уменьшается. Количество клеток, ликвидируемых апоптозом в единицу времени постепенно также уменьшается. Продолжительность жизни клеток до их ликвидации апоптозом увеличивается. Частота деления стволовых клеток и их количество уменьшается. В результате происходит снижение функциональных возможностей всех клеток организма и организма в целом. Поэтому можно сказать, что причиной старения организма человека является прекращение роста его тела, в результате чего начинает постепенно снижаться скорость обновления околоклеточной среды и возрастать внутри клеток концентрация продуктов их обмена,  увеличивая скорость старения всех клеток организма. Соответственно, те многоклеточные организмы, которые растут на протяжении всей своей жизни, являются, фактически, бессмертными. В соответствии с этим новым представлением о причинах и механизмах старения, в книге дается описание разработанной автором системы различных воздействий на организм, различные его органы и ткани, доступных любому человеку и обеспечивающих не только бесспорное противодействие старению организма, органов и образующих их клеток, но и их постепенное омоложение. Это проявляется в увеличении функциональных возможностей органов и всего организма. При этом отдаляется возникновение процессов, приводящих к возникновению возрастной патологии и рака.

Список сокращений используемых терминов

ВКМ – внеклеточный матрикс

АФК – активные формы кислорода

БУК – белково-углеводные комплексы

АОФ – антиоксидантные ферменты

АТФ – аденозинтрифосфорная кислота

СК – стволовая клетка

УСК – унипотентная стволовая клетка

ДК – дифференцированная клетка

КМЦ – кардиомиоцит

ЦНС – центральная нервная система

АД – артериальное давление

АСУ – автоматическая система управления

ПГ – протеогликаны

Мм – макромолекула

ГАГ – гликозаминогликаны

ЧСС – частота сердечных сокращений

Мх – митохондрия

Введение

Старение человека является одной из ключевых проблем медицины. Общеизвестно, что по мере старения увеличивается вероятность возникновения многих тяжелых болезней, приводящих к смерти человека. Если замедлить процесс старения, то это значит не только увеличить продолжительность жизни человека, но и сохранить его здоровье в течение более длительного времени. Поэтому борьба со старением является не только важнейшей медицинской, но и социальной задачей, имеющей существенное значение для любого государства. Прогресс в борьбе со старением должен позволить увеличить длительность активной жизни человека и продолжительность его трудовой деятельности.

Поэтому проблемы геронтологии – области медицины, изучающей старение человека, – занимают одно из лидирующих положений в медицинской науке. Согласно современным представлениям старение организма человека, как и его смерть, генетически предопределены и, следовательно, неизбежны. Вместе с тем считается, что на скорость развития процесса старения могут влиять особенности жизни каждого конкретного человека. Предполагается, что кардинально решить проблему старения можно только на генетическом уровне, и современная генетика интенсивно занимается ее решением. Однако на продолжительность жизни современных людей эти исследования пока влияния не оказывают. Другое направление исследований – это поиск физических и химических воздействий, замедляющих старение. Обычно этот поиск опирается не столько на те или иные из многочисленных гипотез, предлагаемых учеными в качестве причины старения, сколько на поиск средств, замедляющих возникновение и развитие болезней пожилого возраста. В реализации этого направления медицина достигла значительных успехов. Большинство пожилых людей умирает от определенных болезней, входящих в состав понятия возрастной патологии. Количество таких болезней ограничено, и современная медицина знает их причины. Она располагает не только способами лечения этих болезней, но и способами их профилактики. Использование человеком этих способов отдаляет время возникновения болезней пожилого возраста и увеличивает продолжительность здоровой жизни, т. е. жизни, при которой эти болезни еще отсутствуют.

Много лет назад несколько довольно известных фактов произвели на меня, автора этой книги, большое впечатление и позволили усомниться в неизбежности старения человека. На этих фактах или, скорее, на этой информации обычно не фиксируют свое внимание даже ученые, профессионально изучающие процесс старения человека. Известно, что многие ушедшие из жизни выдающиеся пианисты при жизни, уже находясь в весьма преклонном возрасте, продолжали успешно заниматься концертной деятельностью. При этом продолжительность их жизни была такой же, как и у большинства других людей. Следовательно, старение их организмов происходило примерно с той же скоростью, что и у остальных людей. Однако структуры организма, обеспечивавшие их концертную исполнительскую деятельность, оставались на предельно высоком профессиональном уровне, т. е. не старели на протяжении всей жизни практически до самой смерти. Многие геронтологи считают, что в период от момента рождения человека до завершения его роста организм не стареет. Отсюда можно высказать предположение, что процесс старения и, следовательно, вызывающая его причина или причины появляются только после прекращения роста и действуют на протяжении всей последующей жизни. В пользу этого предположения свидетельствуют также следующие данные. Существуют виды рыб, амфибий, рептилий, обладающие способностью к непрерывному росту. Оказалось, что эти виды вообще не стареют. Это не значит, что представители данных видов живут вечно. На определенных этапах увеличения размеров тела эти виды сталкиваются с несовместимыми с дальнейшей жизнью проблемами, порождаемыми, в частности, величиной их организмов.

Перечисленные факты позволили мне предположить, что старение человека может быть вызвано процессом или процессами, которые до сих пор не рассматривались как возможные, а тем более единственные причины старения. В книге представлены данные, которые, с моей точки зрения, бесспорно доказывают это предположение и называют ту единственную причину, которая находится в начале длинной цепи причинно-следственных процессов, вызывающих старение. Эта единственная исходная причина старения не имеет отношения к геному клетки. Она переводит проблему старения из клеточного на молекулярный уровень. Принятие этой причины старения как единственно возможной является результатом длинной цепи моих логических рассуждений, основанных на анализе большого числа научных и клинических данных, представленных в современных учебниках и руководствах по различным направлениям биологии и медицины. Чтобы читатель согласился с предлагаемым мной совершенно новым представлением о причине и механизмах старения, он должен, читая книгу, следить за логикой моих рассуждений, что потребует от читателя определенных умственных усилий. При этом я надеюсь, что для понимания содержания книги ему не потребуется каких-то специальных знаний по биологии и медицине. В то же время принятие читателем предлагаемой в книге причины старения как единственно возможной позволит ему, независимо от профессиональной подготовки и степени понимания всего содержания книги, выработать удобные для себя способы воздействий, ослабляющие или устраняющие как причину старения, так и вызываемые этой причиной процессы, объединяемые под термином «старение». Более того, уверен, что даже вдумчивое прочтение оглавления книги и подчеркнутых по ходу текста книги фраз позволит любому читателю в общих чертах представить себе содержание книги и использовать полученное представление для выполнения действий, препятствующих старению.

В то же время знание причины и механизмов старения позволяет утверждать, что наиболее эффективным методом противодействия старению являются физические упражнения. Однако, чтобы физические упражнения действительно замедляли процесс старения или устраняли его, а тем более поворачивали старение вспять, они должны быть построены в соответствии с определенными принципами. Эти принципы вытекают из постулируемой в книге причины старения как единственно возможной. В соответствии с ними построены, в частности, комплексы физических упражнений, которые уже несколько лет использует сам автор. Однако, чтобы максимально эффективно воспользоваться этими принципами, необходимо не просто понять представление автора о причине и механизмах старения, изложенное в книге, а принять его как единственно правильное. Именно для достижения этого результата в сознании любого читателя в книге собрано максимальное количество аргументов, подтверждающих представление автора. Принятие этого представления означает, что человек на подсознательном уровне будет постоянно осознавать следующее: либо он стареет, либо регулярно выполняет набор определенных физических упражнений, бесспорно не только замедляющих старение, но способных остановить старение и даже повернуть его вспять.

Представленные в книге материалы автор рассматривает как научное исследование, результаты которого имеют не только важный научный, но и большой практический интерес. Чтобы книга была доступна и интересна любому читателю, независимо от его профессиональной подготовки, автор попытался построить ее в форме научного детектива, основанного на реальных событиях, происходящих в организме человека. Поэтому в книге содержится последовательное описание логических шагов, позволивших обнаружить действительного «убийцу», вызывающего старение людей и в конечном счете их гибель.

Содержание книги, представление о единой причине старения, а также о процессах, способствующих или противодействующих старению, и о путях замедления старения, доступных любому человеку, отражены в оглавлении. Предварительное знакомство с ним должно помочь читателю определить для себя целесообразность прочтения самой книги.

Хочется надеяться, что, как и положено детективу, книга увлечет любого читателя, серьезно относящегося к своему здоровью, независимо от уровня его профессиональной подготовки. Когда читатель прочтет книгу, он должен будет понять, какие процессы, постоянно происходящие в организме, неизбежно должны привести к его старению и последующей смерти вне зависимости от «качества» его генов. И если читателя убедят доводы автора, то он сможет использовать предлагаемые в книге средства замедления старения, на себе ощутить их эффективность и в результате прожить долгую, а может быть, и очень долгую здоровую жизнь, чего ему от души желает автор.

1. Отсутствие старения части структур организма для некоторых людей – повседневная реальность

Считается, что старение человека – это закономерный биологический процесс. По мнению некоторых геронтологов, старение начинается после 20—25 лет. С 30—35 лет вероятность наступления смерти приобретает экспоненциальную зависимость от возраста. Старение человека характеризуется постепенным снижением приспособительных возможностей человеческого организма, увеличением вероятности развития ряда патологических процессов и в конечном счете наступлением смерти. Приспособительные возможности организма человека являются интегральным показателем функциональных возможностей всех его органов и систем. Соответственно, старение человека характеризуется снижением функциональных возможностей его органов, т. е. их старением.

Каждый орган построен из клеток, обеспечивающих выполнение той функции, из-за которой орган нужен организму. Эти клетки образуют паренхиму органа. В состав органа кроме клеток паренхимы входит строма, состоящая из клеток и неклеточных элементов соединительной ткани. Соединительная ткань образует остов, каркас органа, в ячейках которого находятся клетки паренхимы. Кроме того, в органе находятся также кровеносные и лимфатические сосуды и иннервирующие орган нервы.

Строение всех входящих в состав органа элементов подчинено решению одной задачи, а именно выполнению органом своих функций в соответствии с требованиями организма. При долгосрочном изменении требований к функции органа соответствующим образом меняется структура всех входящих в его состав элементов. Происходит адаптация органа к измененным требованиям. Она проявляет себя повышением или понижением функциональных возможностей органа. Повышение сопровождается морфологическими изменениями, характерными для гипертрофии органа, понижение характеризуется морфологическими изменениями, свойственными его атрофии. Соответственно, старение органа, проявляющееся в снижении его функциональных возможностей, сопровождается морфологическими изменениями, характерными для его атрофии. Эти изменения распространяются на все входящие в состав органа элементы. Таким образом, старение человеческого организма представляет собой некий универсальный процесс, включающий набор одних и тех же общих для всех людей признаков, характерных для каждого органа в процессе его старения. Вместе с тем известно, что время появления признаков старения в одних и тех же органах и скорость последующего нарастания старческих изменений в них у разных людей может значительно различаться. Столь же значительно могут различаться время появления первых признаков старения и скорость его последующего прогрессирования в разных органах одного и того же человека. В этом нет ничего неожиданного. Геном каждого человека, его образ жизни, характер питания, переносимые физические нагрузки и т. п. также сугубо индивидуальны. Все эти факторы, как известно, влияют на длительность жизни человека и на скорость прогрессирования происходящего в его органах процесса старения. Одни факторы могут ускорять, другие – замедлять процесс старения того или иного органа или нескольких органов. Однако считается, что никакие факторы не могут исключить возникновение в органах процесса старения и его прогрессирования.

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.