Основные типы и механизмы старения с точки зрения физики

Как отмечено выше, жизнь — это специфическое явление, характеризующееся появлением механизма самоподдержания своего существования внутри себя — механизм самообновления является главным, собственно, является сущностью жизни. Жизнь существует как стабилизированный поток, где материя, энергия и информация постоянно заменяются на новые. Сохраняется только форма — структура динамической системы в ходе ее постоянных меняющихся взаимоотношений с внешней средой. Если форма та же — система считается не изменившейся, если форма изменяется — идет эволюция — развитие организма, в том числе старение как один из частных случаев эволюции системы в целом. Однако такой процесс сохранения динамического равновесия сложных самообновляющихся систем имеет свои особенности осуществления, которые следует специально рассмотреть. Прежде всего, следует отметить тот очевидный факт, что сам обмен веществ предполагает постоянный поток вещества (а также энергии и информации) через сложную систему, причем реально на систему действует бесконечно большое количество разнообразных внешних влияний (вещественной, энергетической и информационной природы). Количество же контролируемых в нужном направлении изменений этого потока внутри системы принципиально ограничено. Первым выводом из этого следует, что вне зависимости от наличия старения как явления любая система (организм) имеет конечную устойчивость к случайным нарушениям своей целостности внешней и внутренней природы, то есть она принципиально смертна и причина смертности не в старении, а в дискретности существования жизни в целом. Второй вывод состоит в том, что поток вещества через систему сопровождается всегда неконтролируемыми изменениями внутри системы с неизбежным накоплением в ней со временем отложений самой разнообразной природы, то есть всегда идет старение организма по механизму <загрязнения>. Никакие системы <очистки> организма принципиально не способны полностью противостоять этому механизму старения. Неудивительно, таким образом, что старение фактически всегда проявляется заметным образом только после окончания развития и периода роста. В терминах термодинамики этот тип старения можно описать как недостаточность открытости системы для ее полноценного восстановления, так как только за счет внешнего притока энергии (а также вещества и информации) ограниченная от целого система может противодействовать накоплению в ней энтропии. Другое ограничение процесса самообновления видно из сущности этого процесса. В общем виде самообновление (для любых конкретных структур — от молекул, обновляющихся в ходе метаболизма, и делящихся клеток до регенерирующих органов) состоит в физическом замещении имеющейся структуры на новую. Так как всегда имеет место вышеотмеченный механизм гибели отдельных структур и субструктур просто в виду дискретности их существования, то самообновление всегда идет с избытком. Можно описать процесс самообновления некоторой структуры <А> формально следующим образом: dA/dt = A. С учетом коээфициентов размерности и <с> и наличием обратной отрицательной связи, всегда контролирующей избыточность самообновления, эта формула примет стандартный вид саморегулирующейся системы с обратной положительной и отрицательной связью: dA/dt = k1A/(k2A+c). С учетом гибели части элементов и наличия ошибок в процессе самокопирования (назовем их <мутациями> и обозначим в формуле через ) формула примет окончательный вид: dA/dt = k1A/(k2*A+c) -k3A-k4Am. С учетом того, что мутации в целом менее выживаемы, чем обычные элементы, не трудно видеть, что даже при сохранении мутировавшими элементами способности к самокопированию система представляет собой саморегулирующийся стабилизированный поток, не склонный к старению. В эволюции такая система (например, самообновляющаяся ткань — кожа или ткань печени) может измениться или при изменении внешних условий, или при неконтролируемом размножении мутирующих элементов. Это процессы эволюции описывает также опухолевый рост, но не собственно процессы старения. Следует, однако, учитывать, что нестареющая самообновляющаяся система, тем не менее, будет эволюционировать внутри себя или выйдет в неустойчивое состояние опухолевого роста. Это, в частности, сближает процессы старения и опухолевого роста, совместное изучение которых — традиция в геронтологии. Хотя, в целом, самообновляющиеся системы вышеописанного типа не стареют в обычном понимании этого термина, однако они эволюционируют во времени. Теоретически важным является здесь то, что через какое-то время начальная система будет иной — будет состоять из иного вещества, энергии и информации. При этом сохранение тех же форм, внутри которых существует стабилизированный поток обмена веществ — результат сохранения динамического равновесия во времени процесса самообновления и внешних влияний среды. Еще раз следует подчеркнуть, что в процессе <нестарения> самообновляющихся систем: а) влияния внешней среды играют в сохранении самообновляющихся структур не меньшую роль, чем сам процесс самообновления; б) в любом случае имеет место динамическое равновесие соответствия внутренних форм (сохраняемая структура) и внешних влияний; в) в любом случае такой процесс — в широком смысле является эволюционным, даже если структура организма длительно не изменяется. Главным смыслом подробного рассмотрения процесса самоообновления является утверждение примата принципа эволюции над принципом сохранения в развитии любого отдельного существа. В таком случае, смысл и цель внешних воздействий на организм нельзя принципиально описывать как стремление к достижению стабильного состояния, но можно говорить только о направлении эволюционирования организма. Наконец, последним общим типом старения является снижение числа несамообновляющих элементов. Действительно, после окончания развития в большинстве организмов формируется значительное число структур, не обновляющихся на своем уровне. То, что они обновляются внутри, не может отменить принципиально вероятностную гибель части этих структур, так как это определяется не старением, а дискретностью их существования в условиях отсутствия самовоспроизведения данной структуры в целом. Примерами являются необновляющиеся молекулы соединительной ткани, некоторые молекулы ДНК, клетки мозга, альвеолы, нефроны, зубы, крупные органы в целом и пр. Возможностью индуцировать полноценную регенерацию таких элементов обольщаться не следует, так как в процессе развития исчезает возможность развития этих структур по тому же пути — для регенерации, например, тимуса из жаберного кармана необходимо обратное развитие целой области организма до уровня жабер, в том числе обратное развитие элементов уха и т.п. Регенерация крупных структур во взрослом организме всегда идет принципиально по иному пути, чем их становление в процессе развития, и возможности такой регенерации не бесконечны. Обратим внимание, что и здесь, фактически идет речь о путях дальнейшей эволюции организма после ее прекращения у взрослых организмов, а не просто о противодействии старению как таковому. Выводы 1. Старение является общей закономерностью в природе, сущность которого состоит в принципиальной невозможности поддержания достаточной степени открытости любой отграниченной системы в окружающей среде, что описывается вторым законом термодинамики как процесс накопления энтропии в любой дискретной системе. 2. Сохранение структуры системы на фоне идущих внутри нее энтропийных процессов согласно второму закону термодинамики принципиально возможно только в результате поступления внешней энергии (вещества и информации). Это означает, в частности, что в рассмотрение старения обязательно должно входить рассмотрение внешних влияний на организм. Рассмотрение только внутренней структуры организмов для изучения такого глобального процесса как старение принципиально порочно в своей основе как метод исследования. Это определяет, в частности, важность экологических и энерго-информационных методов анализа процесса старения. 3. Конкретное течение старения количественно и качественно определяется конкретной структурой данной определенной системы (организма), через которую и осуществляется действие внешних влияний на организм. 4. Для человеческого организма конкретные проявления старения связаны со следующими общими процессами: а) <загрязнение> организма в результате принципиальной недостаточности функции <проточности> через организм вещества (а также энергии и информации); б) уменьшение количества необновляющихся элементов со временем при наличии достаточно большого числа таких элементов разного уровня организации (молекулы ДНК, нервные клетки, альвеолы, зубы и иные отдельные органы, конечность в целом и т.п.) и принципиальная невозможность достичь самообновления на ВСЕХ требуемых уровнях структуры организма; в) регуляторное снижение уровня самообновления полноценно обновляющихся структурных единиц (молекулы в ходе метаболизма, клетки в ходе клеточного деления, структура ткани в ходе клеточного замещения внутри структуры); при этом регуляторное снижение чаще всего отражает реально достижимое для старого в целом организма ОПТИМАЛЬНОЕ гармоничное состояние, что и определяет неудачу чисто биостимуляционных методов противодействия старению; г) как результат имеет место самосогласующуяся и самооптимизирующаяся ЭВОЛЮЦИЯ целостного организма, которая и описывается в целом как старение. С количественной точки зрения это описывается как снижение общей сопротивляемости (увеличение вероятности смерти от любой причины), с качественной точки зрения это описывается как <профиль> старения для отдельного организма и т.п.

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *