невелики и соответственно их зависимость от поступления пищи, как правило,
крайне выражена. Еще больше одноклеточные зависят от физических условий
среды. Нежная оболочка клетки -- клеточная мембрана -- не может быть
надежной защитой от повреждающих внешних факторов. Это понятно: и
поступление пищи, и выделение отходов происходит через эту мембрану. По
существу, одноклеточные организмы находятся в равновесии со своей средой
обитания, и постоянство состава их тела, то есть требование, соответствующее
Первому биологическому закону, может быть выполнено лишь в той степени, в
которой сохраняется постоянство внешней среды. Изменения во внешней среде,
вызванные, к примеру, самой жизнедеятельностью одноклеточных организмов,
могут послужить причиной их гибели.
Таким образом, в большинстве случаев смерть у одноклеточных обусловлена
действием внешних факторов, то есть является смертью от внешних причин.
Это-то и дает основания утверждать, что теоретически некоторые простейшие
могут оказаться бессмертными в условиях, когда внешняя среда этому
благоприятствует.
Если говорить о человеке, то здесь внешние причины смерти связывают
прежде всего с так называемыми болезнями цивилизации. Считается, что
избыточное, или неправильное, питание, недостаточная физическая активность,
психическое перенапряжение (эмоциональный стресс), токсические вещества,
распространенные во внешней среде (например, канцерогены -- химические
вещества, вызывающие рак), -- все это причины основных болезней человека:
атеросклероза и рака. Тем самым предполагается, что и у человека именно
внешние факторы определяют основные причины смерти.
Однако вряд ли стоит доказывать, что устранение внешних причин болезней
не спасет высшие организмы от смерти. Для каждого вида организмов характерен
определенный предел длительности жизни. Крыса не может прожить более четырех
лет, слон -- более 80, и никто не наблюдал, чтобы крыса жила дольше, чем это
в норме свойственно слону.
Устранение внешних неблагоприятных факторов может лишь привести к тому,
что продолжительность жизни индивидуума совпадет с видовым ее пределом. Так,
если средняя длительность жизни человека составляет сейчас около 70 лет, то
видовой ее предел, как уже было сказано, считается равным 120 годам. Пока же
у большинства организмов видовых пределов жизни достигают только отдельные
представители.
Сегодня наиболее общепринято считать, что существуют два независимых
явления, ограничивающих длительность жизни: физиологический процесс старения
и болезни, которые с возрастом все в большей степени поражают человека. При
этом вычислили, что если будут устранены основные болезни старения --
атеросклероз и рак, то длительность жизни человека увеличится на 18 лет;
если же будут устранены все болезни пожилого возраста, то это даст в среднем
дополнительно еще 2--5 лет жизни. На этом основании предполагается, что в
условиях старения без болезней человек будет умирать в возрасте, близком к
100 годам. Картина весьма заманчива. Ведь пока что бремя болезней часто
делает очень тяжелой жизнь человека еще в среднем, не говоря уже о пожилом
возрасте.
Однако это оптимистическое построение, к сожалению, уязвимо. Главным
образом в силу разделения естественных причин смерти на болезни и
физиологическое старение. Действительно, каким образом физиологическое
старение обрывает жизнь? Опять же вследствие развития болезней. Другое дело,
что вероятность их с годами возрастает. Более того, это, как правило, вполне
определенные болезни. Мы уже упоминали, что в среднем и пожилом возрасте
десять главных болезней из многих сотен возможных служат причиной смерти
каждых 85 человек из 100. Ими являются: ожирение, сахарный диабет тучных,
атеросклероз, гипертоническая болезнь, метаболическая (обменная)
иммунодепрессия, аутоиммунные болезни, психическая депрессия и рак. Эти
болезни, а также климакс и гиперадаптоз по причинам, которые станут читателю
понятными чуть позже, я обозначаю как нормальные болезни старения.
Есть много доводов в пользу того, что в возникновении этих болезней
очень большое значение имеют внешние факторы. Так, ожирение, сахарный диабет
тучных и атеросклероз возникают в результате переедания и снижения
физической активности. В свою очередь, ожирение вызывает метаболическую
иммунодепрессию, то есть снижение иммунитета, обусловленное избыточным
использованием жира как источника энергии. Метаболическая иммунодепрессия
способствует развитию рака. Стресс, психическое перенапряжение и длительно
задержанные отрицательные эмоции вызывают гипертоническую болезнь,
психическую депрессию и ускоряют течение рака.
Все это так. Но вместе с тем остается несомненным: хотя устранение
неблагоприятных внешних факторов может увеличить длительность жизни, оно не
может расширить ее видовой лимит.
В чем же здесь дело? Почему старение сочетается с определенной группой
болезней, а не с любыми болезнями из многих сотен известных патологических
процессов? Чем определяется видовой лимит жизни -- физиологическим
старением, то есть изнашиванием, истощение организма, связанным с
прекращением обновления его клеток, или определенными болезнями, которые
возникают под влиянием внутренних причин? И если верно последнее, то, что
это за внутренние причины, которые действуют с такой закономерностью?
В живой природе существуют примеры механизма смерти, явно не связанного
с влиянием внешних причин. Всем известен вид смерти, свойственный бабочке
поденке. Такая бабочка, возникнув из личинки поутру к концу первых суток
закончив цикл размножения, погибает. Смерть наступает независимо от условий
внешней среды -- как будто кончается завод часов.
Подобная смерть от внутренней причины -- не исключение. Еще" отчетливее
ее можно наблюдать у более сложного организма -- горбуши.
Эта рыба в течение четырех-пяти лет живет в Тихом океане. В этот период
происходит созревание и увеличение размера тела, а в печени и теле
накапливается жир. Но вот приближается период размножения, и горбуша
начинает свой длинный путь, иногда в тысячи километров, к устью той реки, в
которой она появилась на свет. С самого начала этого пути рыба в качестве
источника энергии использует главным образом печеночные резервы жира. Запас
жиров снижается, но растет концентрация в крови холестерина, который
синтезируется из жира. И в течение одного-двух месяцев рыба "стареет". У нее
изгибаются челюсти, западают глаза, истончается кожа. В организме горбуши
происходят очень глубокие сдвиги -- появляются признаки, свойственные
сахарному диабету и атеросклерозу, снижается устойчивость к инфекции.
Наконец горбуши-самки откладывают икру, которая осеменяется мужскими особями
горбуш. Через одну-две недели рыбы-родители погибают. Причиной смерти
являются множественные инфаркты сердца, мозга, легких, почек. Это понятно,
так как концентрация холестерина в крови у горбуши в период нереста
увеличивается до 1000 мг%, то есть примерно в 10 раз.
Механизм гибели горбуши -- это типичный пример смерти от внутренних
причин, причем пример, создающий впечатление о существовании
запрограммированной смерти. Жизнь рыбы как бы оканчивается в соответствии с
программой, хранящейся в генах, -- будто в них записан сигнал "стоп",
который остро обрывает жизнь.
Описание естественной смерти горбуши очень часто используется как
пример, характеризующий наличие генетической программы старения и смерти. Но
так ли это?
Действительно, каждому виду свойствен свой определенный лимит
длительности жизни, следовательно, генетический, то есть "записанный" в
генах, предел. Наиболее распространенным воззрением на происхождение лимита,
ограничивающего продолжительность жизни, является теория "клеточной смерти".
Известно, что в культуре ткани, то есть вне организма, некоторые клетки
плода человека способны делиться 50 10 раз, а затем погибают. Если клетки
взять от человека более старшего возраста или у лиц с преждевременным
старением, то пропорционально уменьшается число делений, предшествующих
гибели клетки. На основании этих данных стало модным считать, что часы,
отмеряющие время жизни, заключены в каждой клетке. Предполагается, что
гибель клеток или ослабление функций в тех клетках, которые не делятся после
окончания развития, в конечном счете приводит к ослаблению и гибели самого
организма. Таким образом, естественную смерть горбуши часто рассматривают
как иллюстрацию к этому построению.
Но имеется существенное наблюдение, которое отнюдь не укладывается в
эти рамки. Американские ученые О. Робертсон и Б. Векслер (1962) удалили
половые железы у нескольких экземпляров родственного горбуше пресноводного
вида рыбы и содержали затем их в специальных резервуарах. Это кажется
невероятным, но длительность жизни кастрированных рыб удвоилась и даже в
некоторых случаях утроилась! Приведенный пример поучителен в ряде отношений.
Во-первых, он демонстрирует наличие смерти от внутренних причин у
такого достаточно сложного организма, как горбуша. Во-вторых, эффект
кастрации показывает, что видовые пределы жизни могут быть расширены, то
есть что возможно вмешательство в программу, которая с незыблемой
генетической закономерностью воспроизводится из поколения в поколение, из
года в год, так сказать, от века.
Но, пожалуй, самый важный вывод заключается в следующем. В основе
механизма запрограммированной гибели горбуши лежат регуляторные сдвиги, а
именно такие сдвиги в регуляции обмена, которые приводят к резкому повышению
содержания холестерина в крови. При этом гибнет каждый индивидуум, каждая
горбуша, ибо ни одна рыба этого вида уже никогда после нереста не
возвращается в океан.
Принято считать, что смерть связана с истощением, изнашиванием,
самоотравлением организма продуктами его жизнедеятельности, гибелью
функционально важных клеток, например клеток нервной системы -- нейронов, то
есть связана со стойкими и грубыми дефектами, или органическими нарушениями.
На примере механизма гибели горбуши становится очевидным, что в основе
смерти лежат нарушения регуляции, то есть функциональные и поэтому в
принципе обратимые нарушения. Иначе говоря, запрограммированная гибель
горбуши связана с нарушением закона постоянства внутренней среды организма,
или с отступлением от основного биологического закона. В результате
чрезмерное повышение уровня холестерина практически непосредственно приводит
к смерти.
Теперь зададимся еще двумя вопросами. Что же вызывает изменение в
продуцировании холестерина? И являются ли нарушения, наблюдаемые у горбуши,
частным случаем или регуляторный тип смерти наблюдается в природе и у других
видов, включая человека? Ясно, что эти вопросы в определенной мере
взаимосвязаны.
Стоит отметить, что если пример с горбушей во многом поучителен, то
именно в отношении поиска общих причин, вызывающих регуляторные нарушения,
он может завести в тупик. Действительно, тот факт, что удаление половых
желез тормозит выполнение "программы смерти", показывает, что у горбуши
половые железы являются источником сигналов, включающих механизм смерти от
внутренней причины. Иными словами, созревание половых желез "запускает"
механизм размножения, а затем и естественной гибели горбуши. Исходя из
подобных примеров, многие биологи приходят к выводу, что цель живой природы
-- размножение, воспроизведение себе подобных; как только эта цель
достигнута, включаются механизмы, обрывающие жизнь. Внешне такое построение
выглядит весьма правдоподобно.
Но вдумаемся: признавая справедливость этого вывода, мы тем самым
должны были бы признать, что у природы имеется цель и что этой целью
является смерть индивидуума после окончания воспроизведения. Между тем можно
утверждать вполне определенно: у природы нет и не может быть такой цели
(как, впрочем, и никакой другой).
Как же могут быть совмещены эти друг друга исключающие положения? То,
что действительно зафиксировано в генетическом коде организма,-- это
воспроизведение себе подобных. Этот процесс должен быть материально
обеспечен. У горбуши, вероятно, в силу ряда условий обитания, большинство
половых клеток погибает после нереста, так и не будучи оплодотворенными. Но
способность производить большое количество половых клеток смягчает действие
этого неблагоприятного для размножения фактора.
В чем смысл накопления жира в печени и в емкости "горба", если горбуше
суждено в ближайшее время после нереста погибнуть? В том, что из жира
образуется холестерин, а каждая половая клетка должна содержать много
холестерина. Этот холестерин является материалом для построения оболочек
(мембран) клеток, которые после оплодотворения должны начать развиваться в
сложный организм. Одновременно повышение содержания холестерина в крови
вызывает у горбуши поражение сосудов и в конечном итоге приводит организм к
гибели. Таким образом, по существу, избыток холестерина в крови служит
обеспечению процесса размножения, а гибель горбуши является лишь побочным
следствием, вызванным нарушением постоянства внутренней среды организма.
Постоянство внутренней среды в медицине обозначается термином "гомеостаз"
("гомео" -- подобный, "стаз" -- состояние). Поэтому явление, о котором
только что шла речь, я считаю правильным квалифицировать как закон
отклонения гомеостаза.
Гомеостаз -- необходимое условие жизни. Однако сложность состоит в том,
что и закон отклонения гомеостаза записан в генетическом коде, то есть сами
высшие организмы одновременно подчиняются и закону сохранения и закону
отклонения гомеостаза.
Но прежде чем перейти к подробному рассмотрению этого вопроса, читателю
придется преодолеть небольшие трудности, чтобы ознакомиться с некоторыми
основами строения и функций человеческого тела,-- именно этому и посвящена
следующая глава.
Это тяжеловесное слово -- гипоталамус -- необходимо запомнить Гибрид
нервной и эндокринной системы, место стыковки двух миров -- внутреннего и
внешнего гипоталамус -- это чудо природы
Как дом сложен из кирпичей, тело состоит из клеток, соединяющих их
тканей и систем; все это в целом представляет собой единую сверхсистему
организма.
Мириады клеточных элементов не могли бы работать как единое целое, если
бы в организме не существовал утонченный механизм регуляции. Особую роль в
регуляции играют нервная система и система эндокринных желез. Но в сложном
механизме регуляции есть несколько этажей, и первым из них является
клеточный уровень. Клетка -- основа жизни. Это старинное выражение и сейчас
остается верным, приобретая все более и более глубокий смысл.
Каждая клетка -- миниатюрный носитель жизни, который подчинил
собственную свободу деятельности организма в целом. В каждой клетке тела
заключена генетическая информация, достаточная для того, чтобы был
воспроизведен весь организм. Эта информация записана в структуре
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и заключена в генах, расположенных в
ядре. Поэтому ядро долгое время считалось главной составной частью клетки.
Затем было понято значение других компонентов клетки, и перед учеными
открылась удивительная картина.
В клетках всех высших организмов были обнаружены образования --
митохондрии, являющиеся как бы печью, где происходит основное сжигание
топлива, используемого организмом. Это топливо -- углеводы (глюкоза) и жиры
(жирные кислоты). Митохондрии имеют свой отдельный аппарат наследственности
и деления. Многие данные позволили предположить, что на каком-то этапе
эволюции митохондрии существовали самостоятельно, а затем соединились с
примитивной клеткой, обеспечив ее совершенным способом сжигания топлива, что
увеличило ее энергетические ресурсы.
Клетка имеет свои внутриклеточные регуляторы, причем их структура
одинакова и у микробов, и в клетках высших организмов. Одна из групп этих
регуляторов построена из продуктов обмена глюкозы (циклические нуклеотиды),
главным представителем которых является циклический аденозиномонофосфат (или
цАМФ); вторая -- жирных кислот (простагландины). Так, из энергетических
субстратов создается система регуляции для использования этих субстратов.
Природа снабдила клетку многими устройствами и механизмами, но,
пожалуй, вряд ли прежде кто-либо ожидал, что оболочка клетки -- мембрана --
играет столь большую роль. Вначале казалось, что мембрана просто
отграничивает и защищает внутреннее содержимое клетки, пассивно обеспечивая
поступление сюда необходимых веществ и выброс отходов. Но ведь
энергетическая система всех клеток построена одинаково. Поэтому если бы
мембраны клеток были просто отграничивающими оболочками, то, например,
сигнал к усилению деятельности клеток печени без препятствий передался бы
всем клеткам тела. Это порождало бы хаос. В действительности же оболочка
каждой клетки -- мембрана -- построена таким образом, что она воспринимает
только нужные ей сигналы.
В общих чертах мембраны клеток состоят из липидов, главным образом
холестерина, который образует как бы каркас мембраны. В структуре этого
каркаса находятся белки и молекулы Сахаров. Все это вместе создает
образования, которые воспринимают лишь необходимые для клетки сигналы. Эти
антенны, или рецепторы, настроены на восприятие одних сигналов и
нечувствительны к другим. В соответствии с сигналами, поступающими с
рецепторов мембраны, клетка меняет свою активность, скорость процесса
деления и т. д. Так, благодаря мембране клетка отвечает только на нужный ей
сигнал, или согласовывает первый уровень регуляции -- внутриклеточный -- с
требованиями, предъявляемыми клетке организмом (рис. 1).
Второй уровень регуляции -- надклеточный -- создается гормонами.
Гормоны -- специальные вещества, вырабатывающиеся в эндокринных железах;
поступая в кровь, они оказывают влияние на деятельность чувствительных к ним
клеток. Действие гормонов, например, таких эндокринных желез, как
надпочечники и паращитовидные железы, прежде всего направлено на выполнение
закона постоянства внутренней среды.
Если вспомнить, что первично жизнь зародилась в водной среде, то не
может не восхитить, что состав и концентрация солей (ионов), омывающих
клетку, практически точно соответствуют солевой среде Мирового океана в
докембрийском периоде, когда в процессе эволюции создавалась структура
современной клетки. В течение миллионов и миллионов лет состав клеток
остается постоянным, несмотря на столь сложные их преобразования в
специализированные ткани и органы в ходе дальнейшей эволюции живой природы.
Концентрация в крови кальция и фосфора, контролируемая главным образом
паращитовидными железами, концентрация натрия и калия, контролируемая
главным образом надпочечниками, строго охраняется в течение всей жизни
индивидуума. Даже болезни, связанные со старением, не в состоянии вызвать
существенных сдвигов этих жизненно важных элементов. Механизм смерти как бы
обходит стороной эти показатели внутренней среды, одинаково важные и для
одиночной клетки в первичном Мировом океане, и для нервной клетки головного
мозга человека. Эти свойства охраняются, вероятно, столь стойко ради
сохранения самой жизни.
Это обстоятельство в значительной мере объясняет большую свободу режима
деятельности других эндокринных желез, а именно тех, которые принимают
участие в обеспечении развития организма. Кроме того, ясно, что развитие
требует содружественной, координированной работы ряда эндокринных желез.
Поэтому в высокоспециализированных живых системах, включая человека,
функционирует особая эндокринная железа, объединяющая деятельность ряда
эндокринных желез; это как бы пульт управления и координации. Интеграция
эндокринных желез осуществляется гипофизом, расположенным в хорошо
защищенном костными образованиями "турецком седле", непосредственно под
корой головного мозга в самой центральной точке черепной полости.
Каждой периферической эндокринной железе соответствует в гипофизе
специальный гормон-регулятор. Это создает ряд отдельных систем, например:
гипофиз -- половые железы, гипофиз -- щитовидная железа, гипофиз --
надпочечники. Но благодаря тому что регуляция всех этих систем замыкается на
уровне гипофиза, между системами осуществляется взаимодействие. Гипофиз
представляет, таким образом, третий уровень регуляции у высших организмов.
Возникновение в процессе эволюции центрального регулятора -- гипофиза
-- явилось важной ступенью в совершенствовании управления телом. Но гипофиз,
регулируя состояние эндокринных желез, "слеп" в отношении внешнего мира.
Этот регулятор может получать сигналы, оповещающие о том, что происходит в
теле, но он не имеет прямой связи с внешней средой. Между тем для того,
чтобы факторы внешней среды постоянно не нарушали жизнедеятельности
организма, должно осуществляться приспособление тела к меняющимся внешним
условиям.
О воздействии внешнего мира мы "узнаем" через кожу, глаза, органы
обоняния, слуха и вкуса. Органы чувств передают полученную информацию в
центральную нервную систему. Но, например, если антенны-рецепторы кожных
клеток зафиксируют снижение температуры окружающей среды, этого еще
недостаточно для того, чтобы не замерзнуть. Необходимо, чтобы информация о
снижении температуры поступила в органы, которые способны повысить
образование в организме тепла и снизить его расход. Таким
устройством-регулятором, передающим информацию, полученную из внешнего мира,
в рабочие органы, к соответствующим клеткам различных тканей, является
гипоталамус.
Это тяжеловесное слово -- гипоталамус -- необходимо запомнить.
Гипоталамус -- чудо природы. С одной стороны, это типичная нервная
ткань, состоящая из клеток нервной системы нейронов. Эти клетки посредством
многочисленных нервных волокон связаны со всеми отделами нервной системы.
Поэтому все, что нервная система "знает" о внешнем мире или о внутреннем
мире организма, она легко и быстро может передать в гипоталамус.
С другой стороны, гипоталамус -- типичная эндокринная железа,
выделяющая специальные гормоны. Эти гормоны регулируют деятельность гипофиза
-- железы-регулятора многих отделов эндокринной системы. Кроме того,
гипоталамус направляет свои гормоны и в отдаленные области тела, где эти
гормоны выполняют регуляторную роль.
Таким образом, если центральная нервная система получила сигнал из
органов чувств, то этот сигнал передается в гипоталамус, который, в свою
очередь, посылает сигнал в гипофиз, а последний -- в рабочие органы. В
некоторых случаях гипоталамус непосредственно через нервный аппарат или
через гипоталамические гормоны воздействует на ткани тела. Так, благодаря
гипоталамусу осуществляется взаимосвязь между внешним миром и внутренним
миром организма.
Гипоталамус -- конкретное место стыка двух миров. Для этой особой связи
между внешним и внутренним природа создала и особую форму: гипоталамус --
гибрид нервной и эндокринной системы. Благодаря своему необычному устройству
гипоталамус преобразовывает быстродействующие сигналы, поступающие из
нервной системы, в медленнотекущие, но специализированные реакции
эндокринной системы.
С первого взгляда может показаться непонятной необходимость
существования и гипофиза, и гипоталамуса. Казалось бы, что гипоталамические
гормоны могли бы во всех случаях без промежуточного звена -- гипофиза --
непосредственно оказывать влияние на организм. Однако при этом гипоталамус
много терял бы как орган регуляции. Для воздействия на процессы, протекающие
в теле, необходимо достаточно большое количество гормонов. Поэтому
гипоталамус должен был бы очень много растрачивать сил на производство
гормонов и соответственно их меньше оставалось бы для регуляции. Действие
гипоталамических гормонов, по существу, представляет собой продолжение
нервного влияния, и эти гормоны оказывают на гипофиз именно такое
регулирующее действие. Отсутствие у гипоталамуса ряда рабочих функций
позволяет ему после передачи сигнала на гипофиз освобождаться для восприятия
новых сигналов, поступающих из внешнего и внутреннего мира. Так, на первый
взгляд обременительное дублирование аналогичных функций в гипоталамусе и
гипофизе в действительности создает оптимальные условия для осуществления
регуляции. Гипоталамус, таким образом, является четвертым уровнем регуляции
в организме (см, рис. 1).
Пятый уровень регуляции -- центральная нервная система, включающая и
кору головного мозга.
Беспрерывные изменения внешней среды требуют постоянного приспособления
к ним функций тела. То же относится к регуляции, связанной с сознанием, или
с выполнением произвольных действий, порожденных мыслью. Естественно
поэтому, что сигналы, исходящие из различных отделов мозга, влияют на
крайне выражена. Еще больше одноклеточные зависят от физических условий
среды. Нежная оболочка клетки -- клеточная мембрана -- не может быть
надежной защитой от повреждающих внешних факторов. Это понятно: и
поступление пищи, и выделение отходов происходит через эту мембрану. По
существу, одноклеточные организмы находятся в равновесии со своей средой
обитания, и постоянство состава их тела, то есть требование, соответствующее
Первому биологическому закону, может быть выполнено лишь в той степени, в
которой сохраняется постоянство внешней среды. Изменения во внешней среде,
вызванные, к примеру, самой жизнедеятельностью одноклеточных организмов,
могут послужить причиной их гибели.
Таким образом, в большинстве случаев смерть у одноклеточных обусловлена
действием внешних факторов, то есть является смертью от внешних причин.
Это-то и дает основания утверждать, что теоретически некоторые простейшие
могут оказаться бессмертными в условиях, когда внешняя среда этому
благоприятствует.
Если говорить о человеке, то здесь внешние причины смерти связывают
прежде всего с так называемыми болезнями цивилизации. Считается, что
избыточное, или неправильное, питание, недостаточная физическая активность,
психическое перенапряжение (эмоциональный стресс), токсические вещества,
распространенные во внешней среде (например, канцерогены -- химические
вещества, вызывающие рак), -- все это причины основных болезней человека:
атеросклероза и рака. Тем самым предполагается, что и у человека именно
внешние факторы определяют основные причины смерти.
Однако вряд ли стоит доказывать, что устранение внешних причин болезней
не спасет высшие организмы от смерти. Для каждого вида организмов характерен
определенный предел длительности жизни. Крыса не может прожить более четырех
лет, слон -- более 80, и никто не наблюдал, чтобы крыса жила дольше, чем это
в норме свойственно слону.
Устранение внешних неблагоприятных факторов может лишь привести к тому,
что продолжительность жизни индивидуума совпадет с видовым ее пределом. Так,
если средняя длительность жизни человека составляет сейчас около 70 лет, то
видовой ее предел, как уже было сказано, считается равным 120 годам. Пока же
у большинства организмов видовых пределов жизни достигают только отдельные
представители.
Сегодня наиболее общепринято считать, что существуют два независимых
явления, ограничивающих длительность жизни: физиологический процесс старения
и болезни, которые с возрастом все в большей степени поражают человека. При
этом вычислили, что если будут устранены основные болезни старения --
атеросклероз и рак, то длительность жизни человека увеличится на 18 лет;
если же будут устранены все болезни пожилого возраста, то это даст в среднем
дополнительно еще 2--5 лет жизни. На этом основании предполагается, что в
условиях старения без болезней человек будет умирать в возрасте, близком к
100 годам. Картина весьма заманчива. Ведь пока что бремя болезней часто
делает очень тяжелой жизнь человека еще в среднем, не говоря уже о пожилом
возрасте.
Однако это оптимистическое построение, к сожалению, уязвимо. Главным
образом в силу разделения естественных причин смерти на болезни и
физиологическое старение. Действительно, каким образом физиологическое
старение обрывает жизнь? Опять же вследствие развития болезней. Другое дело,
что вероятность их с годами возрастает. Более того, это, как правило, вполне
определенные болезни. Мы уже упоминали, что в среднем и пожилом возрасте
десять главных болезней из многих сотен возможных служат причиной смерти
каждых 85 человек из 100. Ими являются: ожирение, сахарный диабет тучных,
атеросклероз, гипертоническая болезнь, метаболическая (обменная)
иммунодепрессия, аутоиммунные болезни, психическая депрессия и рак. Эти
болезни, а также климакс и гиперадаптоз по причинам, которые станут читателю
понятными чуть позже, я обозначаю как нормальные болезни старения.
Есть много доводов в пользу того, что в возникновении этих болезней
очень большое значение имеют внешние факторы. Так, ожирение, сахарный диабет
тучных и атеросклероз возникают в результате переедания и снижения
физической активности. В свою очередь, ожирение вызывает метаболическую
иммунодепрессию, то есть снижение иммунитета, обусловленное избыточным
использованием жира как источника энергии. Метаболическая иммунодепрессия
способствует развитию рака. Стресс, психическое перенапряжение и длительно
задержанные отрицательные эмоции вызывают гипертоническую болезнь,
психическую депрессию и ускоряют течение рака.
Все это так. Но вместе с тем остается несомненным: хотя устранение
неблагоприятных внешних факторов может увеличить длительность жизни, оно не
может расширить ее видовой лимит.
В чем же здесь дело? Почему старение сочетается с определенной группой
болезней, а не с любыми болезнями из многих сотен известных патологических
процессов? Чем определяется видовой лимит жизни -- физиологическим
старением, то есть изнашиванием, истощение организма, связанным с
прекращением обновления его клеток, или определенными болезнями, которые
возникают под влиянием внутренних причин? И если верно последнее, то, что
это за внутренние причины, которые действуют с такой закономерностью?
В живой природе существуют примеры механизма смерти, явно не связанного
с влиянием внешних причин. Всем известен вид смерти, свойственный бабочке
поденке. Такая бабочка, возникнув из личинки поутру к концу первых суток
закончив цикл размножения, погибает. Смерть наступает независимо от условий
внешней среды -- как будто кончается завод часов.
Подобная смерть от внутренней причины -- не исключение. Еще" отчетливее
ее можно наблюдать у более сложного организма -- горбуши.
Эта рыба в течение четырех-пяти лет живет в Тихом океане. В этот период
происходит созревание и увеличение размера тела, а в печени и теле
накапливается жир. Но вот приближается период размножения, и горбуша
начинает свой длинный путь, иногда в тысячи километров, к устью той реки, в
которой она появилась на свет. С самого начала этого пути рыба в качестве
источника энергии использует главным образом печеночные резервы жира. Запас
жиров снижается, но растет концентрация в крови холестерина, который
синтезируется из жира. И в течение одного-двух месяцев рыба "стареет". У нее
изгибаются челюсти, западают глаза, истончается кожа. В организме горбуши
происходят очень глубокие сдвиги -- появляются признаки, свойственные
сахарному диабету и атеросклерозу, снижается устойчивость к инфекции.
Наконец горбуши-самки откладывают икру, которая осеменяется мужскими особями
горбуш. Через одну-две недели рыбы-родители погибают. Причиной смерти
являются множественные инфаркты сердца, мозга, легких, почек. Это понятно,
так как концентрация холестерина в крови у горбуши в период нереста
увеличивается до 1000 мг%, то есть примерно в 10 раз.
Механизм гибели горбуши -- это типичный пример смерти от внутренних
причин, причем пример, создающий впечатление о существовании
запрограммированной смерти. Жизнь рыбы как бы оканчивается в соответствии с
программой, хранящейся в генах, -- будто в них записан сигнал "стоп",
который остро обрывает жизнь.
Описание естественной смерти горбуши очень часто используется как
пример, характеризующий наличие генетической программы старения и смерти. Но
так ли это?
Действительно, каждому виду свойствен свой определенный лимит
длительности жизни, следовательно, генетический, то есть "записанный" в
генах, предел. Наиболее распространенным воззрением на происхождение лимита,
ограничивающего продолжительность жизни, является теория "клеточной смерти".
Известно, что в культуре ткани, то есть вне организма, некоторые клетки
плода человека способны делиться 50 10 раз, а затем погибают. Если клетки
взять от человека более старшего возраста или у лиц с преждевременным
старением, то пропорционально уменьшается число делений, предшествующих
гибели клетки. На основании этих данных стало модным считать, что часы,
отмеряющие время жизни, заключены в каждой клетке. Предполагается, что
гибель клеток или ослабление функций в тех клетках, которые не делятся после
окончания развития, в конечном счете приводит к ослаблению и гибели самого
организма. Таким образом, естественную смерть горбуши часто рассматривают
как иллюстрацию к этому построению.
Но имеется существенное наблюдение, которое отнюдь не укладывается в
эти рамки. Американские ученые О. Робертсон и Б. Векслер (1962) удалили
половые железы у нескольких экземпляров родственного горбуше пресноводного
вида рыбы и содержали затем их в специальных резервуарах. Это кажется
невероятным, но длительность жизни кастрированных рыб удвоилась и даже в
некоторых случаях утроилась! Приведенный пример поучителен в ряде отношений.
Во-первых, он демонстрирует наличие смерти от внутренних причин у
такого достаточно сложного организма, как горбуша. Во-вторых, эффект
кастрации показывает, что видовые пределы жизни могут быть расширены, то
есть что возможно вмешательство в программу, которая с незыблемой
генетической закономерностью воспроизводится из поколения в поколение, из
года в год, так сказать, от века.
Но, пожалуй, самый важный вывод заключается в следующем. В основе
механизма запрограммированной гибели горбуши лежат регуляторные сдвиги, а
именно такие сдвиги в регуляции обмена, которые приводят к резкому повышению
содержания холестерина в крови. При этом гибнет каждый индивидуум, каждая
горбуша, ибо ни одна рыба этого вида уже никогда после нереста не
возвращается в океан.
Принято считать, что смерть связана с истощением, изнашиванием,
самоотравлением организма продуктами его жизнедеятельности, гибелью
функционально важных клеток, например клеток нервной системы -- нейронов, то
есть связана со стойкими и грубыми дефектами, или органическими нарушениями.
На примере механизма гибели горбуши становится очевидным, что в основе
смерти лежат нарушения регуляции, то есть функциональные и поэтому в
принципе обратимые нарушения. Иначе говоря, запрограммированная гибель
горбуши связана с нарушением закона постоянства внутренней среды организма,
или с отступлением от основного биологического закона. В результате
чрезмерное повышение уровня холестерина практически непосредственно приводит
к смерти.
Теперь зададимся еще двумя вопросами. Что же вызывает изменение в
продуцировании холестерина? И являются ли нарушения, наблюдаемые у горбуши,
частным случаем или регуляторный тип смерти наблюдается в природе и у других
видов, включая человека? Ясно, что эти вопросы в определенной мере
взаимосвязаны.
Стоит отметить, что если пример с горбушей во многом поучителен, то
именно в отношении поиска общих причин, вызывающих регуляторные нарушения,
он может завести в тупик. Действительно, тот факт, что удаление половых
желез тормозит выполнение "программы смерти", показывает, что у горбуши
половые железы являются источником сигналов, включающих механизм смерти от
внутренней причины. Иными словами, созревание половых желез "запускает"
механизм размножения, а затем и естественной гибели горбуши. Исходя из
подобных примеров, многие биологи приходят к выводу, что цель живой природы
-- размножение, воспроизведение себе подобных; как только эта цель
достигнута, включаются механизмы, обрывающие жизнь. Внешне такое построение
выглядит весьма правдоподобно.
Но вдумаемся: признавая справедливость этого вывода, мы тем самым
должны были бы признать, что у природы имеется цель и что этой целью
является смерть индивидуума после окончания воспроизведения. Между тем можно
утверждать вполне определенно: у природы нет и не может быть такой цели
(как, впрочем, и никакой другой).
Как же могут быть совмещены эти друг друга исключающие положения? То,
что действительно зафиксировано в генетическом коде организма,-- это
воспроизведение себе подобных. Этот процесс должен быть материально
обеспечен. У горбуши, вероятно, в силу ряда условий обитания, большинство
половых клеток погибает после нереста, так и не будучи оплодотворенными. Но
способность производить большое количество половых клеток смягчает действие
этого неблагоприятного для размножения фактора.
В чем смысл накопления жира в печени и в емкости "горба", если горбуше
суждено в ближайшее время после нереста погибнуть? В том, что из жира
образуется холестерин, а каждая половая клетка должна содержать много
холестерина. Этот холестерин является материалом для построения оболочек
(мембран) клеток, которые после оплодотворения должны начать развиваться в
сложный организм. Одновременно повышение содержания холестерина в крови
вызывает у горбуши поражение сосудов и в конечном итоге приводит организм к
гибели. Таким образом, по существу, избыток холестерина в крови служит
обеспечению процесса размножения, а гибель горбуши является лишь побочным
следствием, вызванным нарушением постоянства внутренней среды организма.
Постоянство внутренней среды в медицине обозначается термином "гомеостаз"
("гомео" -- подобный, "стаз" -- состояние). Поэтому явление, о котором
только что шла речь, я считаю правильным квалифицировать как закон
отклонения гомеостаза.
Гомеостаз -- необходимое условие жизни. Однако сложность состоит в том,
что и закон отклонения гомеостаза записан в генетическом коде, то есть сами
высшие организмы одновременно подчиняются и закону сохранения и закону
отклонения гомеостаза.
Но прежде чем перейти к подробному рассмотрению этого вопроса, читателю
придется преодолеть небольшие трудности, чтобы ознакомиться с некоторыми
основами строения и функций человеческого тела,-- именно этому и посвящена
следующая глава.
Это тяжеловесное слово -- гипоталамус -- необходимо запомнить Гибрид
нервной и эндокринной системы, место стыковки двух миров -- внутреннего и
внешнего гипоталамус -- это чудо природы
Как дом сложен из кирпичей, тело состоит из клеток, соединяющих их
тканей и систем; все это в целом представляет собой единую сверхсистему
организма.
Мириады клеточных элементов не могли бы работать как единое целое, если
бы в организме не существовал утонченный механизм регуляции. Особую роль в
регуляции играют нервная система и система эндокринных желез. Но в сложном
механизме регуляции есть несколько этажей, и первым из них является
клеточный уровень. Клетка -- основа жизни. Это старинное выражение и сейчас
остается верным, приобретая все более и более глубокий смысл.
Каждая клетка -- миниатюрный носитель жизни, который подчинил
собственную свободу деятельности организма в целом. В каждой клетке тела
заключена генетическая информация, достаточная для того, чтобы был
воспроизведен весь организм. Эта информация записана в структуре
дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и заключена в генах, расположенных в
ядре. Поэтому ядро долгое время считалось главной составной частью клетки.
Затем было понято значение других компонентов клетки, и перед учеными
открылась удивительная картина.
В клетках всех высших организмов были обнаружены образования --
митохондрии, являющиеся как бы печью, где происходит основное сжигание
топлива, используемого организмом. Это топливо -- углеводы (глюкоза) и жиры
(жирные кислоты). Митохондрии имеют свой отдельный аппарат наследственности
и деления. Многие данные позволили предположить, что на каком-то этапе
эволюции митохондрии существовали самостоятельно, а затем соединились с
примитивной клеткой, обеспечив ее совершенным способом сжигания топлива, что
увеличило ее энергетические ресурсы.
Клетка имеет свои внутриклеточные регуляторы, причем их структура
одинакова и у микробов, и в клетках высших организмов. Одна из групп этих
регуляторов построена из продуктов обмена глюкозы (циклические нуклеотиды),
главным представителем которых является циклический аденозиномонофосфат (или
цАМФ); вторая -- жирных кислот (простагландины). Так, из энергетических
субстратов создается система регуляции для использования этих субстратов.
Природа снабдила клетку многими устройствами и механизмами, но,
пожалуй, вряд ли прежде кто-либо ожидал, что оболочка клетки -- мембрана --
играет столь большую роль. Вначале казалось, что мембрана просто
отграничивает и защищает внутреннее содержимое клетки, пассивно обеспечивая
поступление сюда необходимых веществ и выброс отходов. Но ведь
энергетическая система всех клеток построена одинаково. Поэтому если бы
мембраны клеток были просто отграничивающими оболочками, то, например,
сигнал к усилению деятельности клеток печени без препятствий передался бы
всем клеткам тела. Это порождало бы хаос. В действительности же оболочка
каждой клетки -- мембрана -- построена таким образом, что она воспринимает
только нужные ей сигналы.
В общих чертах мембраны клеток состоят из липидов, главным образом
холестерина, который образует как бы каркас мембраны. В структуре этого
каркаса находятся белки и молекулы Сахаров. Все это вместе создает
образования, которые воспринимают лишь необходимые для клетки сигналы. Эти
антенны, или рецепторы, настроены на восприятие одних сигналов и
нечувствительны к другим. В соответствии с сигналами, поступающими с
рецепторов мембраны, клетка меняет свою активность, скорость процесса
деления и т. д. Так, благодаря мембране клетка отвечает только на нужный ей
сигнал, или согласовывает первый уровень регуляции -- внутриклеточный -- с
требованиями, предъявляемыми клетке организмом (рис. 1).
Второй уровень регуляции -- надклеточный -- создается гормонами.
Гормоны -- специальные вещества, вырабатывающиеся в эндокринных железах;
поступая в кровь, они оказывают влияние на деятельность чувствительных к ним
клеток. Действие гормонов, например, таких эндокринных желез, как
надпочечники и паращитовидные железы, прежде всего направлено на выполнение
закона постоянства внутренней среды.
Если вспомнить, что первично жизнь зародилась в водной среде, то не
может не восхитить, что состав и концентрация солей (ионов), омывающих
клетку, практически точно соответствуют солевой среде Мирового океана в
докембрийском периоде, когда в процессе эволюции создавалась структура
современной клетки. В течение миллионов и миллионов лет состав клеток
остается постоянным, несмотря на столь сложные их преобразования в
специализированные ткани и органы в ходе дальнейшей эволюции живой природы.
Концентрация в крови кальция и фосфора, контролируемая главным образом
паращитовидными железами, концентрация натрия и калия, контролируемая
главным образом надпочечниками, строго охраняется в течение всей жизни
индивидуума. Даже болезни, связанные со старением, не в состоянии вызвать
существенных сдвигов этих жизненно важных элементов. Механизм смерти как бы
обходит стороной эти показатели внутренней среды, одинаково важные и для
одиночной клетки в первичном Мировом океане, и для нервной клетки головного
мозга человека. Эти свойства охраняются, вероятно, столь стойко ради
сохранения самой жизни.
Это обстоятельство в значительной мере объясняет большую свободу режима
деятельности других эндокринных желез, а именно тех, которые принимают
участие в обеспечении развития организма. Кроме того, ясно, что развитие
требует содружественной, координированной работы ряда эндокринных желез.
Поэтому в высокоспециализированных живых системах, включая человека,
функционирует особая эндокринная железа, объединяющая деятельность ряда
эндокринных желез; это как бы пульт управления и координации. Интеграция
эндокринных желез осуществляется гипофизом, расположенным в хорошо
защищенном костными образованиями "турецком седле", непосредственно под
корой головного мозга в самой центральной точке черепной полости.
Каждой периферической эндокринной железе соответствует в гипофизе
специальный гормон-регулятор. Это создает ряд отдельных систем, например:
гипофиз -- половые железы, гипофиз -- щитовидная железа, гипофиз --
надпочечники. Но благодаря тому что регуляция всех этих систем замыкается на
уровне гипофиза, между системами осуществляется взаимодействие. Гипофиз
представляет, таким образом, третий уровень регуляции у высших организмов.
Возникновение в процессе эволюции центрального регулятора -- гипофиза
-- явилось важной ступенью в совершенствовании управления телом. Но гипофиз,
регулируя состояние эндокринных желез, "слеп" в отношении внешнего мира.
Этот регулятор может получать сигналы, оповещающие о том, что происходит в
теле, но он не имеет прямой связи с внешней средой. Между тем для того,
чтобы факторы внешней среды постоянно не нарушали жизнедеятельности
организма, должно осуществляться приспособление тела к меняющимся внешним
условиям.
О воздействии внешнего мира мы "узнаем" через кожу, глаза, органы
обоняния, слуха и вкуса. Органы чувств передают полученную информацию в
центральную нервную систему. Но, например, если антенны-рецепторы кожных
клеток зафиксируют снижение температуры окружающей среды, этого еще
недостаточно для того, чтобы не замерзнуть. Необходимо, чтобы информация о
снижении температуры поступила в органы, которые способны повысить
образование в организме тепла и снизить его расход. Таким
устройством-регулятором, передающим информацию, полученную из внешнего мира,
в рабочие органы, к соответствующим клеткам различных тканей, является
гипоталамус.
Это тяжеловесное слово -- гипоталамус -- необходимо запомнить.
Гипоталамус -- чудо природы. С одной стороны, это типичная нервная
ткань, состоящая из клеток нервной системы нейронов. Эти клетки посредством
многочисленных нервных волокон связаны со всеми отделами нервной системы.
Поэтому все, что нервная система "знает" о внешнем мире или о внутреннем
мире организма, она легко и быстро может передать в гипоталамус.
С другой стороны, гипоталамус -- типичная эндокринная железа,
выделяющая специальные гормоны. Эти гормоны регулируют деятельность гипофиза
-- железы-регулятора многих отделов эндокринной системы. Кроме того,
гипоталамус направляет свои гормоны и в отдаленные области тела, где эти
гормоны выполняют регуляторную роль.
Таким образом, если центральная нервная система получила сигнал из
органов чувств, то этот сигнал передается в гипоталамус, который, в свою
очередь, посылает сигнал в гипофиз, а последний -- в рабочие органы. В
некоторых случаях гипоталамус непосредственно через нервный аппарат или
через гипоталамические гормоны воздействует на ткани тела. Так, благодаря
гипоталамусу осуществляется взаимосвязь между внешним миром и внутренним
миром организма.
Гипоталамус -- конкретное место стыка двух миров. Для этой особой связи
между внешним и внутренним природа создала и особую форму: гипоталамус --
гибрид нервной и эндокринной системы. Благодаря своему необычному устройству
гипоталамус преобразовывает быстродействующие сигналы, поступающие из
нервной системы, в медленнотекущие, но специализированные реакции
эндокринной системы.
С первого взгляда может показаться непонятной необходимость
существования и гипофиза, и гипоталамуса. Казалось бы, что гипоталамические
гормоны могли бы во всех случаях без промежуточного звена -- гипофиза --
непосредственно оказывать влияние на организм. Однако при этом гипоталамус
много терял бы как орган регуляции. Для воздействия на процессы, протекающие
в теле, необходимо достаточно большое количество гормонов. Поэтому
гипоталамус должен был бы очень много растрачивать сил на производство
гормонов и соответственно их меньше оставалось бы для регуляции. Действие
гипоталамических гормонов, по существу, представляет собой продолжение
нервного влияния, и эти гормоны оказывают на гипофиз именно такое
регулирующее действие. Отсутствие у гипоталамуса ряда рабочих функций
позволяет ему после передачи сигнала на гипофиз освобождаться для восприятия
новых сигналов, поступающих из внешнего и внутреннего мира. Так, на первый
взгляд обременительное дублирование аналогичных функций в гипоталамусе и
гипофизе в действительности создает оптимальные условия для осуществления
регуляции. Гипоталамус, таким образом, является четвертым уровнем регуляции
в организме (см, рис. 1).
Пятый уровень регуляции -- центральная нервная система, включающая и
кору головного мозга.
Беспрерывные изменения внешней среды требуют постоянного приспособления
к ним функций тела. То же относится к регуляции, связанной с сознанием, или
с выполнением произвольных действий, порожденных мыслью. Естественно
поэтому, что сигналы, исходящие из различных отделов мозга, влияют на