Методы изучения процессов старения - психиатрия позднего возраста
Для исследования старения применяют три главных подхода.
При первом из них непосредственно измеряют те или иные показатели состояния обследуемых людей. Проводят как поперечные исследования с целью сравнения анатомических, функциональных и биохимических параметров у молодых и пожилых, так и их серийные измерения у одного и того же субъекта через продолжительные периоды. В этой связи становится очевидным целый ряд трудностей этического и методологического плана. Например, у людей какого возраста такие исследования уже можно начинать? Можно ли при поперечных исследованиях получить какие-либо истинные знания о процессе старения путем непосредственного сравнения состояния молодых и пожилых, жизненные события и опыт которых значительно различаются? До каких пределов допустимо навязывать испытуемым, особенно пожилым, неприятные или даже мучительные тесты, чтобы продемонстрировать возрастные нарушения? Как можно дифференцировать сдвиги в организме, вызванные старением, от обусловленных возрастом заболеваний?
Важно при лонгитудинальных исследованиях учитывать их стоимость и продолжительность периодов между обследованиями, сохранять преемственность в работе сотрудников и при тестировании, а также определять время, в течение которого первоначально набранные испытуемые могут оставаться в исследовании. Все эти факторы, а также относительно широкие индивидуальные вариации в фенотипе пожилых людей, которые могут быть признаками старения, значительно ограничивают возможности проведения такого рода исследований непосредственно людей.
При втором подходе в качестве объектов для экспериментов используют животных иных, чем человек, биологических видов. Природа генетического кода почти универсальна во всем животном мире, и поскольку степень влияния неблагоприятных факторов внешней среды на среднюю продолжительность жизни животных разных видов относительно одинакова, то теоретически обосновано проведение таких исследований не только на млекопитающих, но и на птицах и даже на беспозвоночных (Lints, 1985). Вследствие короткой жизни многих животных этих видов можно также проводить исследования в нескольких их поколениях. Кроме того, животные иных, чем человек, биологических видов использовались в экспериментах, которые не могли проводиться на человеке по этическим соображениям. Тем не менее при интерпретации результатов исследований на животных иных, чем человек, биологических видов применительно к старению человека, особенно когда исследовались не млекопитающие, нередко возникают значительные затруднения. Этот существенный недостаток можно уменьшить, если использовать для изучения приматов. Однако сведения об их старении и продолжительности жизни, к сожалению, остаются весьма ограниченными. Кроме того, возникает еще одна проблема — высокая стоимость таких исследований. К тому же можно ожидать существенных трудностей изучения старения человека на приматах, принимая во внимание сложившееся в наши дни отношение в обществе к допустимости экспериментов над животными.
Третий экспериментальный подход к изучению старения базируется на исследовании лабораторной культуры нормальных клеток человека.
Ограниченную продолжительность жизни диплоидных клеток in vitro впервые убедительно показали Hayflick и Moorhead (1961) на культуре фибробластов кожи, полученных путем биопсии. Период жизни этих клеток in vitro состоял из трех стадий: зарождения культуры, быстрой пролиферации клеток и постепенного снижения их способности к росту. Быстрее всего начинается рост клеток в первичной культуре из тканевого эксплантата эмбриональной ткани. С увеличением возраста донора рост клеток все более затрудняется и замедляется. В выделенной культуре диплоидные клетки растут экспоненциально до тех пор, пока не сформируют сплошной слой на поверхности сосуда. И в субкультуре клетки митотически делятся, пока не покроют всю доступную для их роста поверхность. Со временем репродуктивная способность клеток в непрерывно увеличивающейся группе стохастически снижается: после определенного числа субкультивирований, которое и характеризует данный штамм клеток, рост необратимо уменьшается. Подобное снижение числа митозов, независимо от условий, в которых находится культура клеток, было названо «пределом Hayflick». Это важный элемент теории запрограммированного старения, которая будет обсуждена ниже. Для сравнения: такой ограниченный рост клеток из опухолевой ткани или культур, трансформированных in vitro, не обнаружен.
Эта описанная Hayflick (1965) трехстадийная жизнь клеток in vitro позднее была уточнена и разделена уже на четыре стадии: стадию снижения потенциала роста (стадия III), которая начинается, когда прошло примерно 2/3 общей продолжительности жизни in vitro, и стадию IV, в течение которой клетки уже не способны к митозу, но еще долго остаются жизнеспособными (Macieira-Coelho,
Помимо диплоидных фибробластов человека, ограниченность срока жизни in vitro и специфические зависящие от возраста морфологические сдвиги были обнаружены у многих клеток других типов, в том числе у гладкомышечных клеток артерий, эпителия бронхов, эпидермальных кератиноцитов, глиальных клеток, клеток хрусталика, печени и Т-лимфоцитов. Во всех случаях установлена обратная взаимосвязь между возрастом донора эксплантата и количеством удвоений клеточной популяции (cell population doublings — CPD) in vitro, а также более медленный рост клеток эксплантатов и более слабое восстановление клеток от более пожилых доноров после их субкультивации. В клетках, культивированных от индивидов с несколькими наследственными заболеваниями, при которых продолжительность жизни in vivo снижается, включая синдромы прогерии Вернера и Гетчинсона-Гилфорда, in vitro обнаруживаются многие признаки преждевременного старения, в том числе значительное снижение CPD до окончания митозов (обзор этих данных сделан Bittles и Sambuy, 1986).
Таблица 1.1. Экспериментальные исследования долгожительства млекопитающих
Исследованные системы | Исследованный материал | Кем исследованы |
Положительные связи | ||
Вызванная ультрафиолетовым излучением репарацияДНК | Фибробласты млекопитающих | Hart and Setlow (1974) |
Вызванная ультрафиолетовым излучением репарацияДНК | Фибробласты и лимфоциты приматов | Hall et al (1984) |
Продолжительность жизни in vivo и in vitro | Эритроциты и фибробласты млекопи; | Rohme (1981) |
тающих | ||
Активность супероксид-дисмутазы | Печень, мозг, сердце приматов | Tolmasoff etal (1980) |
Уровень каротиноидов | Мозг и сыворотка приматов и других | Culter (1984) |
млекопитающих | ||
Отрицательные связи | ||
Хромосомные аномалии | Клетки печени морской свинки | Curtis and Miller (1971) |
Связывание ДНК активированным | Фибробласты млекопитающих | Schwartz and Moore |
7,12-диметилбензантраценом | (1977) | |
Превращение бензопирена в водорастворимые метаболиты | Фибробласты млекопитающих | Moore and Schwartz |
(1978) | ||
Содержание цитохрома Р-488 Видео: Секрет долголетия / код молодости - Информация на airnergy-shop.ru | Фибробласты млекопитающих | Pashko and Schwartz (1982) |
Аутооксидация | Мозг и почки млекопитающих | Culter (1985) |
Образование супероксида и пероксида водорода | Сердце и почки млекопитающих | Ku etal. (1993) |
С начала этих исследований культуры клеток человека рассматривались как чрезвычайно важный объект, в котором можно выявить нарастающие возрастные сдвиги как на клеточном, так и на субклеточном уровне. К тому же отпадала необходимость в межвидовых сравнениях. Благодаря быстрому росту клеток in vitro и возможности длительного криогенного хранения материала этот метод исследования сочетает гибкость и экономическую эффективность. Следует отметить, что несмотря на значительные аналогии изменений, связанных со старением, in vitro и in vivo, было бы некорректно рассматривать системы клеточных культур в качестве точных моделей процессов старения.
