"Эскулап"
Санкт-Петербург
1999

Содержание 

1. ОБЗОР ИСТОРИИ ГЕРОНТОЛОГИИ

Возникновение биологического "стремления" к увеличению продолжительности жизни явилось следствием физических законов, а также того факта, что жизнь на Земле зародилась в виде феномена саморазмножения макромолекул в водном растворе. Уже на уровне макромолекул действовал отбор на увеличение продолжительности их существования, так как "смерть" (распад) и "старение" (повреждение) молекул были неизбежны. Аналогичным образом происходила селекция приспособлений, обеспечивающих достаточно длительное существование, у одноклеточных, а затем и у многоклеточных организмов. После возникновения нервной системы и психики биохимические и физиологические приспособления, обеспечивающие поддержание (и увеличение при появлении соответствующего давления естественного отбора) необходимой продолжительности жизни, были дополнены поведенческими инстинктами и механизмами нервной регуляции физиологических процессов. Появление у человека сознания привело к пониманию им факта ограниченности собственного существования во времени (т. е. факта смертности). Это вызвало возникновение коллизии между его биологическим, инстинктивным стремлением к длительному существованию и осознанием невозможности его достижения. У большинства людей это приводило к примирению с фактом смертности. Такое примирение выразилось в возникновении различных защитных психологических механизмов (как правило, культурно опосредованных), одним из которых является вера в посмертное существование. Однако во все времена существовали люди, у которых биологическое в своей основе стремление к долгой жизни (в предельном случае - к бессмертию) было настолько велико, что они не могли смириться с неизбежностью смерти, а их критически и рационально ориентированное мышление было способно к преодолению культурных догм. Поэтому они устремляли свои усилия на поиск путей увеличения продолжительности жизни. Первоначально эти поиски велись главным образом в алхимико-мистическом направлении, но постепенно, по мере накопления знаний о живой природе и формирования биологической науки, они трансформировались в научные исследования по продлению жизни.

На этот процесс влияло множество факторов. Сначала важную роль играли наблюдения за теми приспособлениями, которые используются животными для увеличения своей продолжительности жизни. Позднее по мере формирования биологической науки ее достижения стали играть определяющую роль в исследованиях по продлению жизни. Эпохальные открытия, смена исследовательских парадигм в биологии (каковыми были возникновение рациональной философии и экспериментальной науки в эпоху Возрождения, создание теории эволюции и открытие других основных биологических законов в середине 19 в., открытие механизмов функционирования биологических макромолекул в 50-х гг. 20 в.) приводили к качественным изменениям и в геронтологии. Причем одним из существенных элементов таких изменений было появление нового типа моделей, представляющих геронтологическое знание.

Помимо прогресса в области биологических наук, на развитие геронтологии влияли технологические, социальные, экономические и другие процессы. Хотя их действие было разнонаправленным (т. е. они как способствовали развитию геронтологии, так и тормозили его), однако, в конечном счете, действие биологического стремления к увеличению продолжительности жизни, реализующееся через научные исследования по этой проблеме, привело к такому состоянию знания о механизмах старения, которое позволило вплотную приблизиться к разработке методов, дающих человеку возможность практически не стареть или периодически омолаживаться.

1.1. ПЕРИОДИЗАЦИЯ ИСТОРИИ ГЕРОНТОЛОГИИ

1.1.1. Познание и моделирование

В качестве одного из ведущих критериев для периодизации истории геронтологии может быть рассмотрен факт появления нового типа моделей, применяемых для представления и получения геронтологического знания. Его значимость можно обосновать следующим.

Во-первых, как справедливо указал Н. М. Амосов, "вся эволюция организмов и история человечества связана с информацией и моделями" [3]. Поэтому в скрытом виде проблемы, связанные с созданием и исследованием моделей, не могут не быть затронуты в любом историческом исследовании, рассматривающем развитие биологических наук за большой временной период. Перевод такого рассмотрения из скрытой форму в явную может способствовать большему пониманию закономерностей исторического развития.

Во-вторых, по сути любое знание представляет собой модель реальности, так как любая научная дисциплина всегда имеет дело только с приближенным (т. е. модельным) описанием [80]. При этом процесс познания может быть рассмотрен как процесс построения моделей [93], где построение математической модели означает достижение наивысшей точки индуктивного обобщения экспериментальных данных и теоретических построений [18]. Более того, психика человека, реализующая процесс познания, также представляет собой моделирующую систему [100]. Таким образом, выбор данного критерия для описания развития научного знания вполне естественен и находится в русле общего подхода к рассмотрению познания как информационного процесса.

В-третьих, считается, что изменение моделей является одним из ведущих факторов исторического прогресса [3]. И, действительно, как будет показано ниже, наиболее существенные изменения в геронтологии, вызванные накоплением эмпирических данных, развитием методологии их анализа (частью которой являются используемые типы моделей) и открытием новых законов, сопровождались появлением нового типа моделей. Наличие такой зависимости позволяет считать выбранный критерий хорошим индикатором революционных перестроек в геронтологии. При этом, однако, следует понимать, что, безусловно, основой ее периодизации являются сами эти перестройки, а изменение типов моделей является лишь одной из их составных частей и служит концентрированным выражением и итогом развития всей системы геронтологического знания. Таким образом данный критерий помимо общего похода к познанию природы и ее истории отражает и частный подход - познание закономерностей исторического развития геронтологии.

В-четвертых, применение методов кибернетики исключительно важно для познания живой природы в целом. Вот что писал об этом А.А. Ляпунов: "Основные задачи биологии естественным образом выступают как характерные кибернетические задачи ... параллелизм проблематики при изучении больших систем и при изучении живой природы при более детальном и более полном исследовании позволит представить всю биологию в значительно более цельном виде, чем это делается в настоящее время" [75]. Еще более радикально высказывание выдающегося отечественного физиолога Н. А. Берштейна: "Биокибернетике суждено стать в дальнейшем не одной из ветвей биологии, а очередной ступенью развития всей биологии в целом" [24]. Из всех методов кибернетики именно моделирование является наиболее адекватным методом для изучения сложных систем, каковыми являются большинство биологических систем [18]. Поэтому, по всей вероятности, как наиболее полное познание феноменов жизни, старения, психики, так и реализация эффективных методов продления жизни будет связано с широким применением технологий компьютерного моделирования. Следовательно, широкое внедрение в геронтологию модельного подхода (в том числе и рассмотрение ее истории с такой точки зрения) представляется весьма актуальным.

Для построения и исследования моделей, представляющих геронтологическое знание, необходимы: 1) соответствующие эмпирические данные (таблицы продолжительности жизни, статистические данные о возрастной динамике причин смерти и т. п.); 2) общие законы биологии, имеющие отношение к геронтологии (т. е. законы, описывающие эволюцию, наследственность, обмен веществ и т. п.); 3) частные законы предметной области - т. е. собственно геронтологические законы (уравнение Гомперца-Мейкема и т. п.); 4) методология моделирования (используемый тип моделей, математические методы, применяемые для их исследования, алгоритмы анализа исходных данных и верификации получаемых результатов и т. п.). Именно эти четыре аспекта, существенные для рассмотрения геронтологии с точки зрения теории моделей, а также методы продления жизни, разработанные в рамках данного набора данных и теорий и при использовании существующей методологии, будут определяющими при рассмотрении исторического развития геронтологии.

Идеальные (т. е. не физические, не натурные) модели разделяют на концептуальные (называемые также дескриптивными, описательными, содержательными, символическими и т. п.) и математические. Главное их отличие состоит в том, что формализм последних позволяет с высокой точностью прогнозировать поведение системы посредством применения математических методов [28,80,118].

Концептуальные модели делятся на качественные и количественные [118]. Необходимо отметить, что во многих случаях даже при качественном описании неизбежно использование численных параметров (например, продолжительность жизни выражается в количестве прожитых лет). Однако в данном типе моделей такие параметры не играют существенной роли, к тому же зачастую они являются результатом приблизительных оценок или устанавливаются в результате единичных измерений (т. е. не являются достоверными). Поэтому эти модели не пригодны для сколько-нибудь значимого количественного анализа. Численные же параметры количественных моделей получаются в результате точных измерений или предварительной обработки большого количества данных, при которой используются статистические методы, являющиеся первым этапом использования математики в биологии [23]. По сравнению с качественными моделями подобные процедуры делают описание биологических систем гораздо более точным (к примеру, по таблицам продолжительности жизни можно с высокой степенью достоверности рассчитать среднюю продолжительность жизни). Однако способ такого описания (концептуальная, слабо формализованная модель) все еще не позволяет применять математические методы для прогнозирования поведения системы.

Математические модели подразделяются на аналитические и имитационные [107,118]. В аналитической модели в качестве описания используются различные функциональные соотношения (алгебраические, интегро-дифференциальные, конечно-разностные и т.п.) или логические условия, допускающие их исследование средствами математического анализа или численными и другими математическими методами. В имитационной модели реализующий ее алгоритм воспроизводит процесс функционирования моделируемой системы во времени через имитацию поведения элементов системы и взаимодействия между ними. По сравнению с аналитическими имитационные модели позволяют решать более сложные задачи, и сейчас они являются наиболее эффективным методом исследования сложных систем. Поскольку термин имитационный вне контекста моделирования имеет скорее негативный оттенок и интуитивно не понятен неспециалисту в области моделирования, ниже вместо него будет использоваться термин кибернетический, так как для построения и исследования имитационных моделей в основном применяются методы кибернетики и в ряде работ имитационные модели действительно называют кибернетическими.

1.1.2. Периодизация истории геронтологии с позиции теории моделей

Обзор представлений о природе, существовавших во времена античности и средневековья [55], показывает, что геронтология, биология в целом, а также и многие другие области науки находились тогда в стадии формирования. Наблюдения за природными явлениями либо существовали как слабо упорядоченные наборы эмпирических закономерностей, либо обобщались в теории, в основе которых лежали религиозные и философские представления, далекие от реальности. Во многом это может быть объяснено, что стимулом развития науки был не поиск истины, а аксиологические, прагматические мотивы [116]. Только в отдельных, очень редких случаях, система представлений как о природе вообще, так и о живой природе в частности, более или менее правдоподобно отражала реальность, примером чего могут служить работы Аристотеля, которого принято считать основателем биологии как науки [55] и автором первой попытки создания концептуальной модели организма как целостной системы [64]. Таким образом, в этот период количество знаний о природе, уровень культурного развития общества, а также его интеллектуальный потенциал (количество образованных людей, пытающихся постичь законы природы) были недостаточными для получения истинного знания о природе, для формулировки правильных законов развития материи (некоторые историки называют этот период протонаукой [см. 116, с. 85-86] - по аналогии с этим можно говорить о существовании протогеронтологии). Поскольку количественные данные о явлениях, имеющих отношение к геронтологии, были весьма незначительны, неточны и могли фиксироваться лишь как результаты единичных измерений из-за отсутствия статистических методов (в частности данные о продолжительности жизни человека и животных фиксировались как отдельные максимальные значения [40], относительно используемых моделей этот период может быть назван периодом качественных моделей.

Большинство историков считает, что настоящая наука возникла лишь в период Возрождения [66]. Тогда сумма знаний, культурный потенциал и потребности технологического развития позволили реализоваться рациональным механизмам познания. Это привело к появлению рациональной, критической философии, экспериментальной парадигмы и средств математического анализа - сущностным чертам современной науки. Однако, как видно из биологических воззрений того времени [55], сложность биологических феноменов, все еще недостаточный уровень биологического знания не позволили открыть специфические общебиологические законы, а значит, в тот период биология (а значит и геронтология) еще не была выделена из естествознания. В основном тогда использовались эмпирические закономерности (т. е. частные законы, не носившие общебиологического характера). Все это безусловно препятствовало прогрессу в понимании живой природы, хотя, по сравнению с предыдущим периодом, объем как биологических данных (в том числе количественных параметров, используемых при описании биологических феноменов), так и найденных эмпирических закономерностей колоссально увеличилось. Причем при описании геронтологических данных стали использоваться точные количественные закономерности. Например, при описании возрастной динамики (для составления таблиц продолжительности жизни и т. п.) начали применяться статистические методы [35], без которых исследование подобное описание не может быть точным из-за значительной разницы в продолжительности жизни отдельных особей. Поэтому относительно используемых моделей данный период может быть назван периодом количественных моделей. Интересно отметить связь между использованием методов статистики для описания природных явлений и статичной картиной мира согласно метафизическим представлениям того времени [55], а также тот факт, что термин "статистика" был введен английским ученым и политическим деятелем Дж. Синклером (1754 - 1835), который своими публикациями внес значительный вклад в развитие геронтологии [204].

Все возрастающий поток биологической информации и многочисленные попытки обобщения биологического знания на рациональной основе в конечном счете привели к тому, что в 19 в. (начиная примерно со второй его четверти) и начале 20 в. были открыты основные специфически биологические законы: клеточное строение организмов, теория эволюции и законы наследственности, что создало предпосылки для окончательного формирования биологии как самостоятельной дисциплины. Применение этих законов привело к огромному прогрессу биологического знания, к существенному приближению к истинному пониманию живой природы. В течение этого периода окончательно сформировались практически все основные биологические дисциплины, важные для геронтологии: физиология обмена веществ, эндокринология, иммунология, физиология высшей нервной деятельности, эволюционная зоология, генетика [55,56]. Тогда же в геронтологии стали использоваться аналитические модели, такие как уравнение Гомперца-Мейкема [см., например, 35] или аналитическая модель старения Н. А. Белова [51]. Все это свидетельствует, что относительно используемых моделей данный период можно считать периодом аналитических моделей.

Однако, ключом к пониманию феномена жизни и старения являются процессы на молекулярном уровне организации живой материи [56]. Поэтому возникновение истинно научной геронтологии не могло произойти ранее формирования молекулярной биологии в 50-х гг. 20 в., обозначившей достижение последнего уровня редукции в познании биологических законов, относящихся к геронтологии. Это создало предпосылки для отказа от спекулятивных, умозрительных теорий, в то время все еще игравших значительную роль в геронтологии. Существенное значение имело также произошедшее в это время осознание важности процессов переработки информации для обеспечения функционирования живых систем (это было связано с работами как по молекулярной биологии, так и по нейробиологии) и создание математических основ кибернетики и информатики (теории систем, управления, автоматов и т. п.). Прогресс в молекулярной биологии и информатике обеспечил основные необходимые условия для перехода от качественной, аналитической и экспериментальной геронтологии к количественной, синтетической и вычислительной. Окончательная реализация этой парадигмы приведет к тому, что основной объем знаний будет получаться из вычислительных, а не из натурных экспериментов (это произойдет когда будут досконально поняты, вплоть до создания точных кибернетических моделей, все законы функционирования живой материи и будет достигнута необходимая вычислительная мощность компьютеров). Поскольку в этот период в геронтологии начали применяться кибернетические модели (для описания регуляции, регенерации, надежности, эпидемиологических процессов, старения на уровне популяции и т. д. [см., например, 21,23,57] этот период может быть назван периодом кибернетических моделей.

1.1.3. Другие варианты периодизации геронтологии

Предложенная выше периодизация в известной мере следует исторической традиции (обобщая ее). Подобное деление на периоды как явно, так и неявно присутствует во многих исторических исследованиях в области геронтологии.

В неявном виде периодизация истории геронтологии присутствует в различных датировках момента возникновения геронтологии. Его относят на разные исторические периоды: к периоду античности, к Возрождению, к концу 19 в. - началу 20 в., к середине 20 в [см. 1,40,42,51,61,204]. Причем датировки различаются не только у разных авторов, но и в пределах работы одного автора. Примером могут служить следующие цитаты из монографии И.В. Давыдовского [42, с. 4, 272]: "Первые работы по геронтологии находим у Гиппократа", "Первый печатный труд, сделавший науку о старости особым предметом, принадлежит итальянскому анатому ... Zerbi (Gerontocomia, 1489)", "Только в XIX и особенно к середине XX века проблема старости выросла в науку - геронтологию". Как будет показано ниже, именно в упомянутые выше периоды происходили наиболее существенные изменения в развитии геронтологического знания. Этот факт означает, что противоречивость в датировке начала геронтологии лишь внешняя, а различие во взглядах на самом деле отражает как наличие периодов в истории геронтологии, так и разные точки зрения на значимость отдельных периодов.

В явном виде периодизация развития геронтологического знания (в основном применительно к социальной и психологической геронтологии) была предложена М. Д. Александровой [1], которая выделила следующие периоды: 1) донаучный, 2) конца 19 - начала 20 в., 3) с 30-хх гг. и до начала Второй мировой войны, 4) послевоенный период. Однако, поскольку геронтология является преимущественно биологической наукой, то подход, предложенный в настоящей работе и основанный на сопоставлении развития биологии и геронтологии, представляется более адекватным. С этой точки зрения геронтология в качественный и количественный периоды (в донаучный у Александровой) существенно различалась как методологически, так и интенсивностью исследований. В то время как развитие геронтологии в аналитический период (во второй и третий периоды у Александровой) происходило скорее постепенно, в 30-е гг. не происходило особенно значимых событий, позволяющих разделить этот период.

1.2. ПЕРИОД КАЧЕСТВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ

1.2.1. Продление жизни в древнейших культурах

По всей вероятности, в древнейшие времена желание понять феномен старения было неотделимо от желания замедлить или устранить его. Существование возможности увеличения продолжительности жизни путем борьбы со старением первоначально могло основываться на фактах разной индивидуальной продолжительности жизни людей и разной средней продолжительности жизни у разных видов животных, длительного существования некоторых видов деревьев и неживых объектов, а также на возможности лечения заболеваний. Как возникновение понимания того, что могут быть найдены способы продлить жизнь, нашедшее свое отражение в мифах, так и начало применения средств, действительно продлявших жизнь (в первобытных обществах и в ранних цивилизациях уже существовало врачевание, что конечно же продляло жизнь), теряются во времени. Одним из наиболее древних письменных свидетельств считается фрагмент из эпоса о шумерском царе Гильгамеше (включенный в эпос, вероятно, в первой половине второго тысячелетия до н. э.), в котором рассказывается, что Гильгамеш в поисках бессмертия нашел растение, омолаживающее тело, но не сумел им воспользоваться [33,134]. Что касается практических рецептов, то описания старческих изменений и рекомендации по продлению жизни можно найти уже в произведениях древнеегипетских и древнеиндийских авторов [40,204]. Однако, первые целенаправленные, систематические попытки достичь цели продления жизни, к тому же основанные на использовании в какой-то степени адекватных методов, достоверно зарегистрированы в древнем Китае у даосов [214].

1.2.2. Даосизм

Даосизм представляет собой религиозно-философскую систему, одна из главных целей которой - продление жизни ее адептов [112,214]. Это учение начало формироваться в 4 - 3 вв. до н. э. в Китае на основе синтеза наблюдений на природными явлениями и их разнообразных интерпретаций, существовавших в традиционной китайской культуре того периода. Согласно даосизму видимый мир есть проявление единой сущности (или силы) - дао (наиболее близкий аналог в западной философии - пантеизм, т. е. отождествление Бога и природы). Такое видение мира подразумевало единство всего сущего, отсутствие четкого разделения на дух и материю, на Бога и человека. Следствием этого было понимание, что человек может посредством собственных усилий трансформироваться в совершенное, богоподобное, бессмертное существо, и, что для осуществления такой трансформации необходимы комплексные меры, в том числе включающие и материальные воздействия на тело человека.

Основными из этих мер были следующие: этические - спокойная, размеренная жизнь (для экономии жизненной энергии); религиозные - в основном, медитация (для оказания влияния на дао); дыхательная техника - задержка дыхания и т. п. (поскольку считалось, что через дыхание осуществляется связь между человеком и божеством, то контроль процесса дыхания означал контроль над духом); диета - ее основу составляли малокалорийные продукты растительного происхождения (поскольку считалось, что такая пища содержит больше воздуха); специальные гимнастические упражнения - гимнастика даосов у нас известна под названием кунг фу (имела вспомогательное значение для достижения совершенства в дыхательной и сексуальной технике); сексуальная техника - у нас известна как дао любви (применялась для увеличения своей жизненной силы за счет получения ее от партнера, из чего следовало, что партнеров должно быть много и они не должны быть даосами). Эти вышеперечисленные методы, называвшиеся внутренней трансформацией дополнялись внешней трансформацией, включавшей в себя применение специальных веществ, продляющих жизнь, а также поиск эликсира - субстанции, способной превращать одни вещества и существа в другие, например, ртуть в золото (что рассматривалось как "лечение" металлов), смертного человека в бессмертного.

Основные положения даосизма основаны на понимании единства природы, что следовало из наблюдений. Другим источником была возможность химических превращений веществ, открытая в результате практической деятельности. Возникновение акцента на возможность достижения бессмертия частично может быть объяснено необходимостью привлечения новых адептов в условиях конкуренции с другими религиозными течениями [30,116]. Помимо вышеперечисленных влияний некоторыми исследователями [30] допускается возможность заимствования некоторых положений даосизма из индийских религиозных систем, на которые в свою очередь могла повлиять древнеегипетская религия.

Можно допустить, что применение методов даосизма действительно может способствовать увеличению продолжительности жизни, например, современные исследования [335] показывают, что низкокалорийная диета может способствовать существенному продлению жизни. Однако нет достоверных данных о влиянии диеты и других мер даосов на их продолжительность жизни [214]. Поэтому нельзя утверждать, что следование канонам даосизма может существенно продлить жизнь.

1.2.3. Герокомия

Примерно в то же время, что и даосизм в Китае, в Древней Греции зародилась герокомия (или герокомика) - направление, связанное с возможностью достижения здоровой старости с помощью умеренности во всем [40]. Как правило, в рамках этого подхода подразумевается, что смерть неизбежна (так называемая апология смерти) и продлить жизнь дальше некого предела нельзя - можно только помочь каждому прожить его естественную продолжительность жизни без тяжелых болезней.
В отличие от даосизма, который возник в относительно монокультурной среде, постепенно формируясь на основе первобытной мифологии, где вера в сверхъестественное, включая представления о загробной и вечной жизни, была основой мировоззрения, греческая философия и медицина возникли под влиянием очень многих, сильно различающихся друг от друга философских и религиозных концепций (т. е. целостность первобытного мифологически-религиозное мировоззрения древних греков была разрушено), что не могло не вызывать недоверия к умозрительным теориям, и разнообразие, эклектичность и противоречивость древнегреческой философии служит тому подтверждением. Примером такой противоречивости может служить и отношение древних греков к проблеме продления жизни. С одной стороны, мировоззрение древних греков было преимущественно фаталистическим - в мире все предопределено, и человек не может влиять на природные процессы, не может изменить свою изначально смертную природу. Это отражено как в их мифах, где даже боги были не властны над судьбой [см., например, 68], так и во многих философских системах, описывающих мир как полностью детерминированную сущность [129]. С другой стороны, есть отдельные свидетельства, что мысль о существовании средств, дающих бессмертие, была не чужда древним грекам. Например, в некоторых мифах таким средством считался огонь, который делал человеческое тело бессмертным, выжигая его смертные части [19]. Возможно, на возникновение таких представлений повлияли идеи зороастрийцев, в религии которых доминировал культ огня и бессмертия [26].

Вероятно, противоречивость мировоззренческих позиций была одной из причин того, что отношение древних греков к действительности в значительной степени базировалось не на умозрительных концепциях, а на анализе практического опыта и наблюдений [214], которые свидетельствовали, что смерть неизбежна. Вместе с тем, практический опыт лечения болезней и примеры долгожителей показывали, что достижение здоровой старости является осуществимой задачей. Следствием практической основы герокомии было не только то, что его рекомендации были весьма полезны, но также и то, что некоторые теоретические построения античных ученых, объясняющие старение (конечно, в современной интерпретации) были недалеки от истины. К примеру, начиная с Гераклита (конец 6 - начало 5 вв. до н. э.) и Парменида (ок. 540 - ок. 470 гг. до н. э.), старение обычно объяснялось как потеря внутреннего тепла и влаги [40]. Тепло тогда было синонимом энергии, а, согласно современным теориям, в основе старения действительно может лежать ухудшение способности клетки к выработке энергии вследствие накопления молекулярных повреждений [315].

В античный период герокомия не была системой взглядов и не представляла выделенного направления. Наблюдения над процессом старения, описания возрастных заболеваний и советы по продлению жизни были разбросаны по многочисленным трактатам античных авторов: Гиппократа, Аристотеля, Цельса, Галена, Орибазия, Асклепиада и других [40]. Для сохранения тепла и влаги рекомендовалась диета, умеренные физические упражнения, массаж, водные процедуры. Важное место в герокомии отводилось и заботе о пожилых людях (т. е. герогигиене). Большинство из этих методов безусловно полезны для достижения здоровой старости. Другое дело, что они в принципе не могут радикально продлить жизнь.

Традиции герокомии получили значительное развитие в византийской и арабской медицине, откуда они были заимствованы врачами средневековой Европы. Однако методы, предлагавшиеся средневековыми сторонниками герокомии, практически совпадали с рекомендациями античных авторов [40].

1.2.4. Алхимия

В отличие от сторонников герокомии алхимики предполагали, что победа над смертью возможна [214]. Они считали смертность следствием несовершенства человеческой природы и, следовательно, ликвидация этого несовершенства могла бы привести к достижению практического бессмертия. Устранить несовершенство предполагалось путем некой трансформации человека в бессмертное существо. Под этим либо понималась гармонизация соотношения составляющих его элементов, либо поиск и "выращивание" (путем химических превращений) некой бессмертной составляющей человека. В любом случае средством для этого должна была служить особая субстанция - эликсир, или философский камень, или пятый элемент (считалось, что тело человека и других земных существ состоит из четырех типов элементов, а пятый элемент является божественным). Поиск этой субстанции и являлся основной целью алхимиков.

Считается, что алхимия начала формироваться в Египте в эллинистический период, когда химические знания египтян были переосмыслены в рамках философских (как протонаучных, так и религиозно-мистических) представлений древних греков [102,116,119,214]. Безусловно на этот процесс повлияли и религиозно-мистические концепции других соседних народов (в основном, евреев и персов) [см. 128]. Начальный этап развития алихимии был отражен в трактатах таких авторов как Зосима (4 в.), Синезий (5 в.), Олимпиодор (6 в.), Стефан Александрийский (6 в.) [102]. В раннем средневековье арабскими учеными было продолжено развитие алхимических представлений эллинистических авторов, а также, вероятно, и китайских [214]. Арабо-эллинисти-чес-кий генезиз отражен и в самом названии "алхимия": "ал" - арабский определенный артикль, "Кем" - древнее название Египта, обозначающее также черную плодородную землю долины Нила (возможно, что от этого и произошло название страны) и черное вещество, появление которого на первой стадии алхимических превращений описано во многих трактатах [128]. Хотя существуют и другие версии происхождения этого термина: от имени библейского Хама, от греческих слов "хюмос" - сок или "химевсис" - смешивание, от китайского названия золота - "ким", от латинского "хумус" - земля [102, с. 13]. В этот ряд, вероятно, можно поставить и персидское слово "хаома" - название растения (или сока, напитка), дающего бессмертие [26].

Экспериментальный аспект продления жизни в эллинистической и арабской алхимии имел периферический характер [214]. Вероятно это было связано с тем, что в первой их них господствовали мистические представления, а во второй продление жизни могло истолковываться как противоречие воле Аллаха, который создал людей смертными. Способствовало же развитию арабской алхимии то, что тогда она была тесно связана с медициной (т. е. с практическими потребностями людей). Другим важным стимулом для ее развития была ее идея о том, что человек может приобрести власть над природой средствами науки в тогдашнем ее понимании (последнее получило свое дальнейшее развитие в западноевропейской алхимии). Наиболее известными алхимиками исламского мира, касавшихся проблемы продления жизни были араб Гебер (8 - 9 вв.), персы Аль-Риз (Ар-Рази) (850 - 923) и Авиценна (Ибн-Сина) (980 -1037).

Через арабов алхимия была заимствована учеными средневековой Европы, где она получила свое дальнейшее развитие - фактически алхимия являлась наукой того времени [102], и эксперименты по поиску эликсира жизни были поставлены на широкую основу [214]. Этим европейская алхимия больше напоминала китайскую, чем арабскую или эллинистическую. Во многом это произошло благодаря трудам английского философа и естествоиспытателя Р. Бэкона (1214 - 1294). Он считал, что короткая жизнь не норма, а отклонение от нее. Основной причиной укорачивания жизни, по его мнению, был неправедный и неправильный образ жизни людей, причем эта неправедность наследуется и накапливается и, следовательно, каждое поколение живет все меньше. Особенно по сравнению с эталоном праведности - ветхозаветными патриархами, жившими, согласно Библии, около тысячи лет. Главным путем для увеличения продолжительности жизни он полагал поиск веществ, ее продляющих, при помощи алхимических методов. В частности он рекомендовал золото, ладан, жемчуг, змеиное мясо, дыхание девушек.

Одним из последних знаменитых алхимиков, большое внимание уделявший аспектам омоложения и продления жизни, был швейцарский врач и естествоиспытатель Парацельс (1493 - 1541). По мнению М. Грмека [40] и более раннему указанию французского физиолога А. Дастра [43] его относительно недолгая жизнь доказала бесполезность его снадобий. Однако, такое суждение может оказаться поверхностным, поскольку существуют версии о насильственной смерти Парацельса. По одной из них его устранили конкуренты, так как его методы лечения были очень популярны [39,128].

Стоит заметить, что если рассматривать общую постановку проблемы, то исходные посылки алхимиков были в сущности правильными. Однако, вследствие зачаточного уровня развития науки в то время предлагаемые ими методы вряд ли могли привести их к успеху. Хотя, в принципе, методом проб и ошибок, они могли бы найти вещество или снадобье, применение которого продлевало бы жизнь. Так, добавление в пищу селена может продлить жизнь в районах, где его содержание в природных источниках недостаточно [35]. Тем не менее эксперименты алхимиков оказали влияние не только на развитие методов продление жизни, но и на формирование экспериментальной биологии и химии [55,102], поскольку "подлинное эмоциональное желание найти бессмертную сущность человека всегда стимулировало стремление постигнуть тайну материи" [119].

Страница 56

1.3. ПЕРИОД КОЛИЧЕСТВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ

1.3.1. Идея прогресса и формирование научной методологии в геронтологии

В 15 - 16 вв. в Европе началась эпоха технико-экономического прогресса, который сопровождался бурным развитием физики, химии, математики, формированием рационального научного мировоззрения и революционными преобразованиями в области общественных отношений. Происходил и рост биологического знания, в том числе таких разделов, как анатомия и физиология, играющих важное значение для понимания феномена старения.

Эти процессы явились причиной того, что в области знания о старении происходил отказ от упрощенных представлений прошлого и формировалось понимание того, что для познания феномена старения и решения проблемы продления жизни еще мало научных данных, но в конечном счете прогресс естественных наук приведет к познанию и замедлению процесса старения, к значительному увеличению продолжительности жизни. Можно сказать, что тогда создавался методологический базис или философия геронтологии, совершался переход от полуфантастических, религиозно-мистических представлений к реалистическим, происходило накопление наблюдений и экспериментальных фактов, значительно увеличился объем количественных данных, для их обработки стали применяться статистические методы. И хотя в целом уровень развития науки и техники того времени не позволял осуществить реализацию новых, научно обоснованных методов продления жизни (в ходу были лишь рекомендации герокомии прошлых эпох), однако, их разработка в последующие исторические периоды во многом была подготовлена именно философскими и методологическими работами ученых того времени.

О возможности увеличения продолжительности жизни (до возраста ветхозаветных патриархов и более) в результате прогресса науки упоминали в своих работах французский философ и ученый Р. Декарт (1596 - 1650) и американский ученый и политик Б. Франклин (1706 - 1790) [214]. Более подробно этот вопрос рассмотрел английский философ (родоначальник английского материализма и современной экспериментальной науки) Ф. Бэкон (1561 - 1626), которого известный современный английский геронтолог А. Комфорт назвал "первым последовательным английским геронтологом" [61]. Бэкон критиковал методы прошлого как неполные и ошибочные и в своей утопии "Новая Атлантида" наряду с другими проектами преобразования общества и науки описал методологию поиска путей продления жизни с помощью научных экспериментов [29].

Далее в конце 18 в. английский философ (один из первых теоретиков анархизма) и писатель У. Годвин (1756 - 1836) и французский философ, ученый и политик Ж. Кондорсе (1743 - 1794) связали возможность продления жизни с социальным прогрессом [214]. Годвин в своих работах указал на то, что желание продлить жизнь есть часть естественного стремления человека к совершенству. Такое улучшение человека, согласно Годвину, является необходимым условием для улучшения общества - это основополагающая идея анархизма о том, что безгосударственное общество может быть построено только на основе нравственности [см., например, 63]. Поэтому Годвин подчеркивал важность самоконтроля психических процессов для увеличения продолжительности жизни, называя это психосоматической медициной и умственной гигиеной. Кондорсе, как и Годвин, был теоретиком социальных преобразований, но во главу угла он ставил не личность, а общество, что отразилось и на его воззрениях на проблему продления жизни. Он связывал возможность продления жизни с общественным прогрессом. В совершенном обществе наука познает законы материи, следствием которых является старение, сможет управлять ими, тем самым поддерживая человека в состоянии вечной молодости.

1.3.2. Начало научного исследования старения

В этот период начали выходить трактаты врачей и философов (Г. Церби, Д. Кардано, Ф. Бэкона, А. Галлера, Б. Раша и др.), в которых подробно описывались физиологические и психологические симптомы старости и возрастные заболевания (для обозначения науки о старении и практики продления жизни использовались такие термины как герокомика, геронтокомия, гереология, макробиотика). С. Санторио проводил эксперименты по выявлению физиологических различий молодых и стариков. В. Гарвеем, Ж. Б. Морганьи, И. Б. Фишером, Б. В. Зейлером и другими учеными изучалась морфология старческих изменений на основе вскрытия трупов, были выявлены такие изменения как расширение сердца и аорты, обызвествление артерий, хрупкость костей и т. п. [40]. Учитывая вклад в геронтологические исследования И. Б. Фишера (1865 - 1772), возглавлявшего в середине 18 в. российское здравоохранение [см. 115], его можно назвать "первым последовательным российским геронтологом". Дж. Граунтом, Э. Галлеем, Л. Эйлером, Ж. Бюффоном составлялись демографические таблицы продолжительности жизни, сравнивалась продолжительность жизни разных видов, делались попытки установить связь между такими параметрами как продолжительность жизни и длительность периода роста. Во всех этих операциях широко применялись статистические методы [35].

1.3.3. Продолжение традиции герокомии

Наиболее известным европейским продолжателем традиции герокомии эпохи Возрождения считается венецианский дворянин Л. Корнаро (1467 - 1565) [40,214]. Корнаро интересен своей попыткой адаптировать герокомию к христианской церкви. Так, аргументом для сохранения здоровья как можно дольше было то, что это будет способствовать более долгому служению Богу, к тому же в старости человек свободен от страстей и его служению Богу может быть более эффективно. Метод же, предлагаемый Корнаро был традиционным - умеренность, и прежде всего в еде.

Далее на протяжении этого периода разнообразные рекомендации герокомического характера содержались в трудах многих исследователей феномена старения, упомянутых в предыдущем разделе. В наиболее полном виде они были отражены в работах немецкого врача К. Гуфеланда (1762 - 1836) [40]. Гуфеланд, подобно Корнаро, пытался адаптировать герокомию к популярным философским теориям, тогда такой теорией был витализм. Согласно Гуфеланду долголетие человека в значительной степени определяется состоянием его духа. Поэтому, проповедуя умеренность для достижения долголетия, он делал акцент на психическую умеренность (контроль эмоций, умение расслабляться и т. п.). Он различал сохранение здоровья и достижение долголетия: первым занимается гигиена, а вторым - макробиотика, специальная ветвь медицины, родственная гигиене. "Макро-биотика" называлась и наиболее известная его книга (написанная в 1796 г.), оказавшая сильное влияние на профилактику старческих болезней 19 в. (а некоторые геронтологи воспроизводили его рекомендации вплоть до середины 20 в.), переведенную на многие языки и многократно переиздававшуюся (в нашей стране последнее издание вышло совсем недавно [41].

1.4. ПЕРИОД АНАЛИТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

1.4.1. Начало формирования геронтологии как самостоятельной научной дисциплины

Революционные преобразования, происходившие в биологии в 19 в. и начале 20 в. и в основном заключавшиеся в открытии специфически биологических законов, не могли не повлиять и на развитие биологии старения. Накопление данных о старении живых организмов и их обобщение на основе открытых биологических законов позволили сформулировать научно проверяемые теории старения, ставшие основой для экспериментальных исследований, разработки и практического применения методов продления жизни. Однако, ключом к пониманию первичных причин старения являются процессы на молекулярном уровне организации живой материи. Отсутствие соответствующего знания препятствовало появлению как достоверных теорий старения, так и эффективной терапии болезней старения.

На основе эволюционных представлений возникло несколько теорий старения [51]. Широкую известность получила теория А. Вейсмана о бессмертии простейших и половых клеток многоклеточных и о приспособительном характере старения и смерти - старые индивидуумы конкурируют с молодыми, что приводит к уменьшению репродуктивного потенциала популяции. Не менее значимыми были и представления И. И. Мечникова о том, что в процессе эволюции признак, сначала имевший адаптивное значение, впоследствии может стать источником вредных воздействий на организм, что ведет к болезням и старению (подробнее его взгляды рассмотрены ниже). Исследования по биохимии и биофизике привели к возникновению представления, что старение является результатом расходования какого-то жизненного фермента (О. Бючли), утрате определенных химических веществ (Дж. Лёб), дегидратации тканевых коллоидов (М. Рубнер, В. Ружичка), накопления вредных продуктов обмена (А. Каррель), изнашивания организма (Р. Гертвиг). Эмбриологи считали, что старение обусловлено замедлением роста и ослаблением способностью к обновлению клеток из-за их дифференциации (Ч. Минот, Р. Рёссле, Е. А. Шульц).

Нейрофизиологи рассматривали старость как результат функциональных нарушений высшей нервной деятельности (И. П. Павлов и его школа) [40]. Применение ранних вариантов теории систем для исследования проблемы старения привело к выводу о неизбежности возникновения старения вследствие крайне высокой вероятности появления сбоев в процессе функционирования сложной системы (А. А. Богданов, Н. А. Белов) [51]. Обобщение демографических данных дало начало широкому применению математических методов для описания процесса старения, к созданию научного базиса для исследований по биологии продолжительности жизни (Б. Гомперц, У. Мейкем, К. Пирсон, Р. Пирл) [35]. На основе теоретических представлений о механизмах старения стали предприниматься попытки разработки и применения методов для увеличения продолжительности жизни (см. ниже), эффективность которых, однако, является достаточно сомнительной [40]. Началось организационное оформление геронтологии - возникли геронтологические и гериатрические научные школы и общества, стали проводиться специализированные конференции, выходить периодические издания, всецело посвященные проблеме старения и продления жизни [40,42,204]. Появились современные термины как для науки и знании о старении и продлении жизни - геронтология, так и для применения этого знания в медицинской практике - гериатрия. Первый из них был введен И. И. Мечнико-вым [214] в книге "Этюды о природе человека", впервые опубликованной на французском языке в 1903 г. [262, с. 386), а второй - И. Нашером [40] в одноименной статье, опубликованной в New York Medical Journal в 1909 г. [270].

Тогда же в геронтологии стали использоваться аналитические модели. В 1825 г. Б. Гомперцем была предложена функциональная зависимость для описания вымирания популяции, которая в 1860 г. была модифицирована У. Мейкемом. С тех пор эта зависимость (уравнение Гомперца-Мейкема) является краеугольным камнем биологии продолжительности жизни [35]. Позднее (в 10 - 20 гг. 20 в.) Н. А. Беловым была предложена аналитическая модель для описания старения в сложной системе [51]. Аналитическое описание популяций, сделанное в 20-х гг. 20 в. В. Вольтеррой и А. Лоткой [23], заложило основы для современных аналитических исследований эволюционного аспекта феномена старения на популяционном уровне [279].

1.4.2. Первые попытки продлить жизнь, основанные на биологических исследованиях

Одним из пионеров поиска методов продления жизни на основе эволюционных представлений о природе старения был великий русский биолог, И. И. Мечников (1845 - 1916). Согласно его представлениям [77] в процессе эволюции признак, сначала имевший адаптивное значение, впоследствии в результате возникающих в процессе его функционирования побочных эффектов или из-за изменений условий существования может стать источником вредных воздействий на организм. Это в конечном счете приводит к дисгармонии в функционировании организма, к болезням и старению (он различал преждевременное и нормальное старение). Для целей настоящей работы важно отметить, что Мечников понимал связь между наличием сознания и желанием жить как можно дольше. В частности он писал: "Из всех дисгармоний человеческой природы самая главная есть несоответствие краткости жизни с потребностью жить гораздо дольше" [78, с. 20]. Возникает же эта дисгармония как результат того, что у человека "высокое умственное развитие обусловило сознание неизбежности смерти, а животная природа сократила жизнь вследствие хронического отравлениями ядами" [там же, с. 39]. Яды здесь следует понимать в широком смысле, так как он считал, что "весьма вероятно, что естественная смерть также сводится к отравлению - только не чуждыми организму бактериями, а самими элементами нашего тела" [там же, с. 235]. Аналогом такого самоотравления может служить повреждение клетки свободными радикалами, считающимися сейчас одной из главных причин старения, т. е. тут Мечников был недалеко от истины [59]. Самоотравление же происходит, по его словам, из-за того, что "человек, явившейся в результате длинного цикла развития носит в себе явные следы животного происхождения. Приобрев неведомую в животном мире степень умственного развития, он сохранил многие признаки, оказавшиеся ему не только ненужными, но прямо вредными" [78, с. 39].

Метод же, предложенный Мечниковым для продления жизни, был связан с его работами в области микробиологии. По его мнению, главнейшей дисгармонией, ведущей к преждевременному старению, является толстый кишечник, первоначально служивший для переваривания грубой растительной пищи, а при изменении характера питания стал своего рода инкубатором для гнилостных микроорганизмов, продукты обмена которых отравляют организм, тем самым сокращая продолжительность жизни. В связи с этим для увеличения продолжительности жизни он предлагал употреблять кисломолочные продукты (йогурт и т. п.), угнетающие деятельность гнилостных бактерий. Как перспективный метод он даже предлагал производить хирургическое удаление толстой кишки. Тем не менее Мечников не абсолютизировал роль кисломолочных продуктов в предотвращении преждевременного старения (тем более нормального старения) - это была часть в его интегральном подходе к увеличению продолжительности жизни, который он называл ортобиозом - правильным образом жизни [95]. Этот подход должен включать в себя гигиенические меры, а также, в перспективе, изменение природы человека и общественного устройства. Это его предвидение, как и его гипотеза о самоотравлении, тоже может оказаться верным: одним из наиболее вероятным способом увеличения продолжительности жизни считается использование методов генной инженерии, что и есть "изменение природы человека".

Без всякого сомнения, как практические, так и теоретические работы Мечникова заложили основы современной геронтологии [121], вывели проблему изучения старения из традиционной медицинско-гигиенической плоскости на широкий путь эволюционно биологических исследований [113]. Однако, вряд ли основной метод, предложенный Мечниковым (т. е. использование йогурта), может привести к значимому и достоверно регистрируемому продлению жизни.

Другим направлением продления жизни в конце 19 в. и в начале 20 в. было использование экстрактов половых желез [40,69]. Оно основывалось на очевидной связи между здоровьем и половой активностью, т. е. считалось, что стимуляция половой функции может привести к удлинению жизни (стоит заметить, что еще даосы использовали вытяжки из семенников в пищу). Возникновение интереса к этому методу связано с именем французского физиолога Ш. Броун-Секара (1818 - 1894), вводившего себе (правда, после опытов на животных) инъекции вытяжки из семенников собак и кроликов и утверждавшего, что он помолодел на 30 лет. Метод стал ограниченно применяться. В дальнейшем австрийский хирург О. Штейнах (1861 - 1944) пытался стимулировать функции семенников хирургическим путем, включая пересадку семенников животных. В широкую практику пересадку семенников человекообразныобезьян ввел русский хирург (работал в основном во Франции) С. Воронов (1866 - 1951). Еще более известен метод "клеточной терапии" швейцарского врача П. Ниханса (1882 - 1971), использовавшего тканевые экстракты (в том числе эмбриональные) для омоложения десятков тысяч людей, включая достаточно известных (папа Пий 12, У. Черчилль, Ш. де Голль, К. Аденауэр, С. Моэм, Т. Манн).

Эффективность подобных методов в основном кратковременная, нет достаточных данных об увеличении продолжительности жизни в результате их применения, хотя они содержали рациональное зерно и эксперименты по использованию тканевой (основанной на феномене активации клеток продуктами распада клеток того же типа, что вполне объяснимо, так как смерть клетки должна компенсироваться увеличением активности и/или размножением других клеток) и гормональной терапии продолжаются [86].

Нужно отметить, что в нашей стране интерес к применению экстрактов половых желез вылился в серьезные исследования, связанные с возможностью регуляции процессов старения, продолжение которых в наше время привело к разработке достаточно эффективных методов продления жизни.

Начало этих исследований можно отнести к работам професора А. Пеля. В созданном им в С.-Петербурге Институте опотерапии (термин, применявшийся для обозначения использования препаратов (вытяжек или экстрактов) или употребления в пищу тех органов, на которые хотели оказать лечебное воздействие) больным для восстановления сил и продления их жизни вводился препарат спермин, выделяемый из семенной жидкости животных [131]. Позднее в начале 20 в. под руководством и при участии С. И. Метальникова [76] исследовались процессы старения в культурах клеток простейших, а также обсуждались возможности регуляции старения на клеточном уровне. А. В. Догель [49] по результатам своих исследований симпатической нервной системы сделал вывод, что ее перерождение в старости ведет к ослаблению трофических влияний нервной системы на ткани и в них наступает расстройство обмена веществ. Н.А. Белов [22] разработал системный подход к организму, где важная роль принадлежит регуляторным взаимодействиям между его частями. Э. Бауэр [20] считал, что старение является следствием ограничения роста, что в свою очередь следует из свойств молекул белка. Следствием же его представлений об организме как неравновесной системе являлось важность процессов регуляции для поддержания его устойчивости. И.И. Шмальгаузен в своих ранних работах [130] также обосновывал старение процессами, регулирующими рост. Он считал, что жизнь можно продлить гормональными воздействиями.

В это же время началось складываться представление о важной роли центральной нервной системы в развитии практических всех патологий (возникшее во многом как ответ на теорию целлюлярной патологии Р. Вирхова). Его зарождение связано с работами И. М. Сеченова, повлиявших на С.П. Боткина, который в свою очередь привлек для изучения этой проблемы И.П. Павлова [53]. Его собственные исследования, а также работы его учеников (А.В. Тонких, Л.А. Андреева, Д.И. Соловейчика, А.Д. Сперанского, М.К. Петровой и др.) заложили основы представления об организме как о саморегулирующейся системе, о неравномерности изменения нервной регуляции с возрастом [51]. М.К. Петрова [94], обобщая результаты многолетних экспериментов школы Павлова по изучению возрастной физиологии, сделала вывод о ведущей роли нервной системы в генезе старения.

В тесной связи (благодаря методологическим установкам С.П. Боткина) с экспериментально-физиологическим направлением исследований связи нервной деятельности и патологических процессов (в том числе связанных со старением) развивались клинические исследования. Основным сторонником этого направления был выдающийся отечественный клиницист Г.Ф. Ланг. Хотя основной темой его исследований была гипертония (он является автором нейрогенной теории гипертонической болезни), но также он уделял внимание и механизмам возникновения атеросклероза, сахарного диабета и других болезней [72]. Его учеником В. Г. Барановым была создана ленинградская школа эндокринологов [53].

Еще одним вариантом активации функций организма и, соответственно продления жизни, еще со времен средневековья считалось употребление человеческой крови (она считалась переносчиком жизненного тепла). Делались тогда и попытки переливания крови, но безуспешные [40]. С другой стороны, в начале 20 в. была популярна теория о том, что бессмертие одноклеточных организмов может быть объяснено их возможностью конъюгировать друг с другом (в современном понимании - осуществлять обмен генов).

Также считалось, что могут конъюгировать между собой и подвижные элементы крови [76]. Отсюда следовал логический вывод, что конъюгация клеток крови разных людей может привести к продлению их жизни. Исследование этой возможности связано с работами российского врача, философа (основателя теории систем) и революционера А. А. Богданова (1873 - 1928) [58,84]. Богданов считал, что старение вызывается случайными нарушениями деятельности отдельных органов, которые ослабляют отдельные звенья (части системы) организма. Причем самым критичным к таким нарушениям является самое слабое звено. Следовательно, воздействуя на него, можно эффективно замедлить процесс старения. Самым слабым звеном он считал подсистему, связывающую другие системы организма - кровеносную систему. В качестве воздействия на нее он выбрал обмен кровью между двумя людьми с целью осуществления конъюгации элементов крови. Для реализации своей концепции Богданов, будучи одним из видных революционеров и располагавший достаточными возможностями, основал Институт переливания крови в 1926 году. Но, вскоре он погиб, проводя эксперимент на себе.

Его ученик, известнейший советский геронтолог, академик А.А. Богомолец (1881 - 1946), восприняв его основные идеи, несколько модифицировал их [25,51,122]. По его мнению, ведущая роль в старении принадлежит не только крови, а вообще всей соединительной ткани организма. Также он модифицировал и метод борьбы со старением. Им стала активация функций соединительной ткани путем ввода антител к этой ткани. При этом распад части клеток в результате иммунного ответа ведет к активации других клеток этой ткани. По сути этот механизм подобен клеточной терапии [110], и подобно последней эффективность метода Богомольца для продления жизни совершенно не очевидна. В последующее время этот метод был замещен гормональной терапией и иммуностимуляцией [86].

1.5. ПЕРИОД КИБЕРНЕТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

1.5.1. Формирование современной геронтологии

Формирование современной, научной геронтологии, включающей в себя исследование процессов старения и поиск методов продления жизни на основе экспериментальных фактов и всесторонне обоснованных научных теориях, произошло в 50-е гг. 20 в. [61]. Это стало результатом создания современной биологии, что, в свою очередь, стало следствием возникновения молекулярной биологии - открытия ДНК, механизма биосинтеза белков и т. д. Необходимо отметить, что эти открытия произошли во многом благодаря развитию экспериментальной техники, играющей ведущую роль и в геронтологических исследованиях. Открытие молекулярных законов жизни и обобщение множества экспериментальных данных привели к тому, что постепенно разнообразные теоретические представления о механизмах старения стали "фокусироваться" вокруг теорий, согласно которым старение является следствием процессов, происходящих на молекулярных уровнях организации живой материи. В частности свидетельством тому является последний конгресс Международной ассоциации биомедицинской геронтологии, где большинство докладов было посвящено свободно-радикальной теории старения [6]. При этом характерно, что наиболее развитые современные теории старения, признавая ведущую роль молекулярных процессов, в то же время большое внимание уделяют его системным и эволюционным аспектам, а также использованию аналитических и кибернетических моделей [см., например, 35,57].

На протяжении всего данного периода постепенное развитие знания о механизмах старения на основе обобщения (включая широкое использование математических методов) все возрастающего объема экспериментальных данных и результатов клинического применения методов продления жизни неуклонно приближало ученых к разгадке феномена старения и разработке эффективной терапии старения. Однако, очень большая сложность биологических систем, многообразие взаимосвязанных факторов, влияющих на старение, препятствовало и все еще препятствует быстрому прогрессу в этом направлении, совершению качественного скачка в разрешении проблемы старения. Тем не менее рост геронтологического знания привел к тому, что в этот период геронтология оформилась как вполне самостоятельная наука со своей проблематикой и институализированным научным сообществом со специализированными исследовательскими центрами, периодическими изданиями, научными конференциями и т. п. Другим важным результатом стал тот факт, что в последнее время стало меняться отношение общества к проблеме продления жизни. Примером могут служить публикации в американском журнале "Тайм" в 1988 и 1996 гг. В первой из них, озаглавленной "Старость в радость", проводится мысль о том, что главная цель сегодняшней геронтологии состоит не столько в увеличении верхнего предела человеческой жизни, а в том, чтобы сделать жизнь пожилых людей эмоционально насыщенной и менее тягостной в физическом отношении [цит. по 33, с. 202]. Содержание же второй статьи передает ее подзаголовок на обложке журнала: "Сегодня наука ищет способы сохранить нас вечно молодыми" [238].

Подробно состояние, основные достижения и концепции современной геронтологии рассмотрены в следующих главах книги. В данной же главе ниже будут кратко рассмотрены некоторые перспективные направления исследований, связанных с решением проблемы радикального продления жизни.

1.5.2. Необходимость автоматизации геронтологических исследований

Как уже отмечалось выше, старение является очень сложным феноменом, включающем большое количество взаимозависимых процессов. Так, по некоторым оценкам для корректировки старения нужно воздействовать на большое количество генов: от нескольких сотен [103] до нескольких тысяч [см. 48]. Помимо всего прочего это означает, что понимание роли одного из них (например, гена теломеразы) и воздействие не него в принципе не способно решить проблему старения, а приведет лишь к сравнительно незначительному продвижению в направлении ее решения. Вследствие подобной сложности необходимым предварительным условием корректировки структуры и функций организма на молекулярном уровне (корректировка на клеточном и организменном уровне в конечном счете все равно сводится к молекулярным изменениям) является преодоление гносеологических препятствий, связанных со сложностью познания процессов старения. Прорыва в этом направлении можно добиться используя компьютерные технологии, которые могут значительно увеличить аналитические возможности отдельного ученого или небольшого научного коллектива. С их помощью можно собрать воедино множество сведений о механизмах старения, которые должны включать себя как клинические и экспериментальные данные, так и теоретические концепции, и проанализировать их автоматическими средствами. Основой для реализации такого подхода является разработка соответствующих средств (т.е. компьютерных программ), которые должны обладать следующими возможностями:
1) формализации существующих теоретических концепций (концептуальных моделей), описывающих процесс старения, при помощи средств автоматизированного анализа систем;
2) построения на основе формализованных концептуальных моделей и соответствующих экспериментальных данных имитационных (кибернетических) моделей старения в различных живых системах;
3) верификации и исследования имитационных моделей;
4) обобщения и анализа полущенных результатов при помощи средств искусственного интеллекта (экспертные системы, нейронные сети и т.п.).

Другим важным условием реализации подобного подхода является организация совместной работы ученых-экспертов, с целью формализации их знаний. Это возможно эффективно реализовать посредством международной компьютерной сети Интернет. Поскольку для осуществления начальных этапов подобного подхода (получение и формализация знаний ученых-экспертов) имеются все необходимые технические условия, а адаптация соответствующих программных средств для нужд геронтологии представляется вполне реальной задачей, то можно ожидать, что такой подход способен принести достаточно значимые результаты в относительно короткие сроки даже при сравнительно небольшой затрате организационных усилий и финансовых ресурсов.

Результаты автоматизированного системного анализа механизмов старения помогут, во-первых, качественно улучшить планирование экспериментов для получения недостающих данных о старении, что позволит более эффективно использовать имеющиеся исследовательские ресурсы, и, во-вторых, определить "точки", где вмешательство в процесс старения может быть наиболее эффективно. Само же такое вмешательство может быть осуществлено на уровне регуляции генной активности низкомолекулярными веществами. Однако, весьма вероятно, что такой регуляции будет недостаточно, так как она позволяет лишь полностью реализовать существующий потенциал антистарения, который эволюционно ограничен, и необходимо будет осуществлять "перепроектировку" множества структурных и регуляторных генов средствами генной инженерии. Хотя в такого рода перепроектировку может быть вовлечены сотни и даже тысячи генов, тем не менее, при наличии необходимого количества биологических данных и мощных компьютеров, позволяющих создавать и исследовать высокоточные модели биологических систем, решение даже такой сложной задачи представляется вполне осуществимым.

Кроме методов генной инженерии для перестройки деятельности организма на клеточном и молекулярном уровнях могут быть использованы методы нанотехнологии [238,318]. Поскольку их применение представляется самым перспективным направлением, дающим наиболее высокие шансы для достижения "вечной молодости", эта проблема детально рассмотрена в следующем разделе.

1.5.3. Перспективы применения достижений нанотехнологии для решения проблемы продления жизни

Как уже указывалось выше, в современной геронтологии доминирующей становится точка зрения, что первичные причины старения имеют молекулярную природу. Вместе с тем, технический прогресс привел к тому, что в настоящее время человечество находится на пороге достижения возможности свободного манипулирования с отдельными атомами и молекулами. Анализ развития этих тенденций, ведущих к "овладению" молекулярным уровнем организации живой материи, позволяет предположить, что через несколько десятилетий подходы к лечению старения претерпят коренные, революционные изменения и, в конечном счете, их развитие приведет к решению проблемы старения.

Большинство молекул, находящихся в водных растворах, со временем изменяются. В основном это происходит в результате взаимодействия с другими молекулами и атомами (тепловое движение, химические реакции, альфа-радиация) и под действием электромагнитных излучений (ультрафиолет, гамма-радиация). Молекулы могут распадаться на атомы, превращаться в другие молекулы, претерпевать структурные изменения. В случае сложных молекул последнее подразумевает, что в функциональном отношении молекула остается той же самой. При этом, однако, эффективность выполнения функции может меняться. Ухудшение функционирования молекулы со временем под действием повреждающих факторов может быть рассмотрено как старение на молекулярном уровне.

Одним из основных факторов, вызывающих молекулярные повреждения в живых клетках являются свободные радикалы - высокореакционные молекулы, имеющие неспаренный электрон. Они образуются в качестве побочного продукта в процессе выработки энергии в дыхательной цепи митохондрий, а также в ряде других реакциях обмена веществ [219]. Другим опасным фактором является неспецифическое взаимодействие клеточных макромолекул с глюкозой, которая также является соединением, образующемся во многих биохимических реакциях [105]. Сильное разрушающее действия на макро-молекулы оказывают и молекулы воды, так как часть из них обладают очень большими скоростями движения (вследствие статистического распределения скоростей движения молекул воды в жидкой фазе) и следовательно могут легко взаимодействовать с другими молекулами [32].

Эти и ряд других повреждающих воздействий приводит к окислению липидов клеточных мембран, инактивации белков-ферментов, гликозилированию структурных белков и образованию между ними поперечных сшивок, мутациям генов. Это, в свою очередь, ведет к постепенному разрушению структуры и ухудшению функционирования клетки: нарушается целостность и проницаемость мембран, падает ферментативная активность, клетка засоряется продуктами обмена, нарушается синтез белков и регуляция клеточных процессов (программируемая клеточная гибель и другие механизмы ограничения срока жизни клетки по сути являются защитной реакцией организма от накопления таких молекулярных повреждений). Причем, эти процессы характеризуются положительной обратной связью - неправильное или ухудшенное функционирование молекул приводит к увеличению потока повреждающих воздействий (следствием наличия такой обратной связи является зависимость скорости смертности от самой смертности, послужившая основной гипотезой для вывода уравнения Гомперца). К тому же, в связи с ухудшением работы клеток и отмиранием (апоптозом) части из них нарушаются регуляторные процессы и на организменном уровне, что в результате обратной связи приводит к еще большему увеличению повреждающих воздействий на молекулярном уровне. Все это ведет к катастрофическому нарушению регуляции, появлению системных "болезней старения" (большинство форм рака, атеросклероз, гипертония, сахарный диабет), ослаблению сопротивляемости организма стрессорным воздействиям, что с неизбежностью приводит к смерти.

В период возникновения жизни, в "первичном бульоне" основные молекулы жизни (белки и нуклеиновые кислоты) неизбежно должны были подвергаться повреждающим воздействиям. (Поскольку эти молекулы старели еще до того как появилась возможность для их саморазмножения, т. е. до возникновения жизни, то можно сказать, что старение древнее жизни.) Следовательно, возникновение механизмов защиты от них (антистарения) было существенно необходимо для успешного развития жизни. И далее в процессе эволюции происходила конкуренция старения и антистарения [123,171].

В качестве примера механизмов антистарения можно привести осуществляемое супероксиддисмутазой ферментативное превращение супероксидных радикалов в перекись водорода, которая затем расщепляется каталазой на воду и кислород. Другими примерами могут служить группы ферментов, восстанавливающих поврежденные участки молекул нуклеиновых кислот (нуклеазы, полимеразы, лигазы) и расщепляющие окисленные белки (протеиназы и пептидазы) (подробнее старение и антистарение на молекулярном уровне рассмотрено ниже, в части, посвященной описанию современных концепций в геронтологии).

Все эти механизмы не обеспечивают абсолютной защиты от повреждающих воздействий. Во многом это объясняется тем, что эволюция действует методом проб и ошибок, т. е. нужное приспособление не появляется сразу и в законченном, совершенном виде. В принципе, можно представить, что практически нестареющий организм мог бы появиться (возможно, примером приближения к такому состоянию являются некоторые одноклеточные организмы [123]. Но эволюционный "поиск" долгоживущих организмов и закрепление его результатов возможны только в том случае, если такой организм будет иметь эволюционные преимущества, выражающиеся в повышении выживаемости и увеличении численности вида (иначе случайно "найденный" признак "потеряется" в следующих поколениях). Однако, для благополучия вида вполне достаточно, чтобы отдельный организм мог достичь репродуктивного возраста и оставить потомство, а что будет с организмом дальше для вида не имеет значения (или имеет пренебрежительно малое значение). Говоря другими словами, путь повышения репродуктивности и жизнеспособности в молодом возрасте проще и выгоднее для вида (а значит и более вероятен), чем увеличение продолжительности жизни отдельной особи (для этого необходим случайный поиск и, по всей вероятности, скоординированное изменение большого количества функций, вероятность чего очень мала).

Таким образом, из всего вышеизложенного следует, что для эффективной борьбы со старением нужно системно, с учетом всех взаимосвязей на клеточном и организменном уровнях совершенствовать геропротекторные функции организма (прежде всего повышая качество работы "молекул антистарения" и систем, вовлеченных в регуляцию этих процессов), а также видоизменять структуры "молекул старения" таким образом, чтобы при их работе образовывалось как можно меньше опасных побочных продуктов. Часть необходимые для этого операций можно будет проводить средствами генной и белковой инженерии. Однако более универсальным и эффективным средством может оказаться протезирование и хирургия на молекулярном уровне посредством нанотехнологии.

Нанотехнология определяется как технология, основанная на возможности манипулировать отдельными атомами и молекулами с целью создания достаточно сложных объектов, структура которых может быть описана с точностью до одного атома [188]. Этот термин также используется и для обозначения области науки и техники, связанной с разработкой устройств, позволяющих производить подобные манипуляции. Название нанотехнология происходит от слова нанометр - одна миллиардная доля метра (величина равная нескольким межатомным расстояниям).

Впервые мнение о принципиальной возможности построения любых материальных объектов "атом за атомом" и о неизбежности развития технологии в этом направлении высказал известный американский физик, лауреат Нобелевской премии, Р. Фейнман в 1959 г. в своей речи на ежегодном собрании Американского физического общества [200]. Первым шагом на пути реализации таких возможностей стало создание в 1981 г. сотрудниками фирмы IBM Г. Биннигом и Г. Рорером сканирующего электронного микроскопа [157] (за это изобретение им была присуждена Нобелевская премия). Принцип действия этого устройства состоит в следующем. При движении тонкой иглы на очень малом расстоянии над поверхностью, проводящей электричество, из-за эффекта квантового туннелирования электронов возникает ток утечки. Поддерживая этот ток на постоянном уровне путем приближения иглы к поверхности или удаления от нее можно получить профиль поверхности с атомарным разрешением. Если же на иглу подать большее напряжение, чем нужно для измерения профиля, то при определенных условиях атом может оторваться от поверхности и присоединиться к игле, что позволяет перенести его в другое место и опустить обратно на поверхность. В дальнейшем был создан ряд устройств со сходными принципами работы [286]. Для биологических исследований наибольший интерес представляет атомно-силовой микроскоп, принцип действия которого основан на механическом взаимодействии иглы с веществом (т. е. в этом случае не требуется, чтобы исследуемый объект проводил электрический ток).

В настоящее время различным аспектам нанотехнологии посвящены многочисленные исследования. Основные усилия ученых сконцентрированы на уменьшении размеров вычислительных устройств, создании механических устройств субмикронных размеров (электрических двигателей, трансмиссий и т. п.) и синтезе наноструктур химическими методами [318]. Применяются достижения этих направлений нанотехнологии в биологии и медицине - например, для изготовления сверхчувствительных биосенсоров для детекции молекул [155].

Однако, по всей вероятности, наиболее перспективными с точки зрения применения в медицине могут оказаться результаты исследований в области, называемой молекулярной нанотехнологией. Большой вклад в возникновение интереса к данному направлению исследований и в его дальнейшей прогресс внес американский ученый Э. Дрекслер, первая статья которого по этой проблеме была опубликована в 1981 г. [187]. Основной задачей здесь является создание молекулярных роботов - устройств молекулярных размеров, снабженных детекторами, манипуляторами и встроенным компьютером. Планируется, что они будут изготовляться из искусственно синтезируемых углеродных цепочек или на основе биологических макромолекул [190] (далее в основном будет анализироваться последний подход). Принципы их работы будут напоминать механизмы действия белковых молекул. В основном это будут конформационные изменения молекулярной структуры, результатом которых может быть детекция определенной молекулярной поверхности, изменение химических связей в обнаруженных и опознанных молекулах, а также изменение собственного состояния робота (ряд последовательных изменений состояния эквивалентен произведению некоторых вычислительных и логических операций).

Для медицинских применений помимо возможности детекции и манипулирования биомолекулами важной проблемой является энергоснабжение молекулярных роботов и их взаимодействие во время нахождения внутри организма с находящимся вне организма суперкомпьютером, который управляет их работой. Здесь перспективным представляется использование магнитного поля, поскольку биологические ткани прозрачны для него (другим вариантом может быть использование акустических волн). Магнитное поле может изменять структуру молекулярных роботов, заряжая его энергией и сообщая информацию, а для сообщения информации управляющему компьютеру молекулярный робот может сам изменять свою структуру, что будет зарегистрировано датчиками, расположенными вне тела человека. Аналогом такого подхода является томография на основе ядерного магнитного резонанса - метод, который сейчас широко используется для получения трехмерных изображений внутренних органов в реальном времени.

Первоначально основными элементами технологии изготовления молекулярных роботов будут биотехнология и органический синтез. Процесс их изготовления будет напоминать существующие биотехнологические методы, которые на сегодняшний день выглядят примерно так: синтезируется ген, кодирующий структуру белка (в будущем - молекулярного робота); этот ген внедряется в бактерии, которые размно-жаются и синтезируют белок в необходимом количестве; далее (при необходимости) белок модифицируется химическим способом. По мере развития нанотехнологии на смену этому процессу придет другой, основанный на саморазмножении молекулярных роботов [188]. Такая способность будет заложена либо в молекулярный робот сложной конструкции, либо к саморазмножению будет способен коллектив относительно простых роботов, отдельные группы которого будут специализированы на выполнении какой-либо одной функции - аналогом такого коллектива может быть пчелиная или муравьиная семья.

Главной проблемой, препятствующей разработке и внедрению молекулярных роботов является их проектирование. Основной элемент такого проектирования - моделирование поведения роботов. Эта задача примерно того же порядка сложности, что и моделирование динамики белковых молекул. Хотя его алгоритмы известны, но большой размер молекул не позволяет осуществить их моделирование в приемлимые сроки при помощи современных компьютеров. Оценки тенденций развития вычислительной техники [162,261] позволяют предположить, что компьютеры смогут достичь мощности, необходимой для такого моделирования лишь в 2010-2015 гг.

Поскольку другие элементы технологии изготовления белковоподобных молекулярных роботов практически уже существуют, можно прогнозировать, что молекулярная нанотехнология может быть реализована вскоре после этого времени. С учетом необходимости разработки конкретных типов молекулярных роботов и проведения дополнительных молекулярно-биологических исследований (направленных как на получение недостающих данных о функционировании биомолекул и клеток, так и на экспериментальное тестирование взаимодействия молекулярных роботов и клеточных структур) можно ожидать, что описанные ниже возможности будут доступны во второй четверти 21 в. Однако, при благоприятном развитии событий отдельные элементы описанной ниже процедуры лечения старения могут начать внедряться в практику уже в конце следующего десятилетия. Например, это может быть противодействие какой-либо одной причине старения посредством простых, автономно функционирующих молекулярных роботов, конструкция которых не сильно отличается от таковой обычных белков. В отличие от более сложных, универсальных роботов их разработка (по крайней мере, в принципе) может быть проведена без больших вычислительных затрат - сочетанием компьютерной "искусственной эволюции" [234] и биохимической "эволюции в пробирке" [156].

Принимая во внимание прогресс нанотехнологии, а также то, что для противодействия старению необходима системная, массовая коррекция структуры организма на молекулярном уровне, можно предположить как будет выглядеть процесс лечения старения через несколько десятилетий.
Основными составными частями геронтологической клиники будущего будут устройство для синтеза молекулярных роботов, суперкомпьютер, прибор для организации взаимодействия между роботами и суперкомпьютером (типа магнитно-резонансного томографа). Безусловно, для управления ими будет необходим высококвалифицированный персонал. Процесс лечения будет происходить примерно следующим образом. Пациенту вводится инъекция молекулярных роботов, затем он помещается в "томограф", и в суперкомпьютере запускается программа для диагностики и лечения. По окончании лечения молекулярные роботы инактивируются и выводятся из организма. Пока трудно оценить длительность одной процедуры и их количество. Эти параметры будут зависеть от стадии процесса старения, от производительности и качества работы молекулярных роботов, от глубины познания механизмов старения и т. п.

Во время лечения молекулярные роботы будут выполнять следующие операции: узнавание определенных фрагментов молекул и клеток, разрыв или соединение частей молекул, добавление или удаление молекулярных фрагментов, полная разборка и сборка молекул и клеточных структур по определенной программе. В результате этих операций будет осуществлено полное восстановление всех повреждений, произошедших в клетке в процессе старения. Например, будут разобраны молекулярные сшивки в липидных мембранах и белках, произведена их "декарамелизация" (удаление неспецифически присоединившихся к ним молекул глюкозы), удалены накопившиеся вредные продукты обмена, восстановлена правильная последовательность нуклеотидов в ядерной и митохондриальной ДНК, восстановлена структура хроматина, характерная для здорового состояния клетки.

Дополнительно к такой процедуре лечения старения (молекулярной хирургии) можно будет производить молекулярное протезирование - долговременный ввод в клетку автономно функционирующих молекулярных роботов, которые будут предотвращать молекулярные повреждения или лечить их сразу после возникновения (например, инактивировать ускользнувшие от естественных защитных систем свободные радикалы).

Также молекулярные робот могут участвовать (как наряду с генной инженерией, так и вместо нее) в перепроектировке генома клетки - в изменении генов или добавлении новых для усовершенствования функций клетки. Причем в конечном счете может оказаться, что после такого усовершенствования старение замедлится настолько, что в его лечении уже не будет необходимости. Однако, значительная перепроектировка генома может привести к искусственной трансформации Homo sapiens в другой биологический вид, что может вызвать негативную общественную реакцию или оказаться нежелательным по иным причинам. В то время как описанное выше нанотехнологическое лечение старения не ведет к таким последствиям, и с этой стороны оно имеет преимущество перед генно-инженерными методами.

Тут может возникнуть закономерный вопрос: будет ли лечение в геронтологической клинике будущего доступно для любого человека? Для ответа на этот вопрос нужно рассмотреть прогнозы относительно немедицинских аспектов применения нанотехнологии. Предполагается, что нанотехнологические устройства смогут полностью заменить существующие промышленные и сельскохозяйственные технологии, во много раз увеличив их производительность и снизив затраты [188]. Все операции будут сведены к перестройке расположения атомов в исходных материалах, получаемых из воды, воздуха и песка. Причем поскольку молекулярные роботы, производящие эти операции, будут использовать солнечную энергию и изготовлять самих себя, затраты на обеспечение всех людей пищей, одеждой, жильем, средствами передвижения и энергией (топливом) будут ничтожными. Среди всего прочего это будет означать дешевизну медицинского оборудования и легкость организации его массового производства. Это позволяет предположить, что и в целом стоимость медицинского обслуживания будет невелика, и оно будет доступно практически каждому человеку. Следует также отметить, что применение нанотехнологии в космонавтике и планетной инженерии позволит решить проблему перенаселения Земли, которая часто приводится в качестве аргумента против исследований по проблеме продления жизни.

Страница 57

Содержание