Эликсир жизни

Прежде всего, скажем про чудесную реакцию окисления,

которая вечно происходит во Вселенной.

Андрей Платонов

С незапамятных времен популярны разные рецепты эликсира бессмертия – таинственного средства, позволяющего человеку жить вечно. Вот один из таких рецептов: взять жабу, прожившую десять тысяч лет, затем летучую мышь тысячелетнего возраста, высушить их, истолочь, растереть в порошок, растворить в воде и принимать каждый день. И тогда, как завещал великий маг и алхимик граф Калиостро, «этот чудесный напиток может не только остановить течение времени, но и вернуть его вспять, чтобы уже утраченные розы снова зацвели на щёках и огонь глаз, тлеющий слабой искрой, снова заиграл весёлым пламенем».

Английский философ Р. Бэкон вполне серьёзно считал, что благодаря эликсиру бессмертия человек может жить тысячу лет. Знаменитый врач Парацельс предсказывал шестисотлетнюю продолжительность жизни. Немецкий естествоиспытатель К. Гуфеланд в своём прогнозе был скромнее: двести лет. А большинство современных геронтологов уверены, что граница возможного долголетия для человека — сто пятьдесят лет.

Разумеется, создание эликсира бессмертия — задача фантастическая. Но вот разработка эликсира жизни, с помощью которого человек мог бы жить до ста лет, практически не болея,— вполне по плечу нашей науке.

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ И КИСЛОРОД

Среди медиков и физиологов популярен тест на определение максимального потребления кислорода (МПК). С помощью газоаналитических устройств регистрируют потребление кислорода во время выполнения физической работы нарастающей интенсивности. Между интенсивностью нагрузки и потреблением кислорода существует прямая зависимость: чем выше нагрузка, тем больше потребление кислорода в единицу времени. Однако подобная зависимость сохраняется лишь до определенного предела, выше которого рост физической нагрузки не влияет на потребление кислорода. Этот предел и есть МПК – индивидуальная величина, которая характеризует максимум аэробных возможностей человека — возможностей, в значительной мере генетически обусловленных и зависящих от возраста, пола, а также уровня тренированности (у спортсменов экстра-класса МПК в среднем в два раза выше, чем у нетренированных людей). Однако с этим связаны не только спортивные достижения: Чем выше уровень МПК, тем лучше состояние здоровья, более выражена устойчивость к гипоксии, голоданию, высоким н низким температурам, другим экстремальным воздействиям.

Благодаря усилиям биологов — специалистов в области энергетики и дыхания, в частности американца Ч. Тейлора и швейцарца Э. Вайбеля,- величины МПК определены у нескольких десятков видов живых существ: млекопитающих, рыб, амфибий, птиц, насекомых. Так вот, рекордсмены по МПК среди всех живых организмов — птицы колибри, чья масса 3,8 г, и бабочки массой всего 0,3 г. Есть среди животных и своеобразные антирекордсмены: черепахи и рептилии — они потребляют кислорода в сотни раз меньше. Аналогично обстоит дело и с уровнем потребления кислорода, измеренным в условиях относительного покоя: его величины чрезвычайно низки у черепах, рептилий, рыб и очень высоки у пчел, бабочек, колибри.

А теперь вот такой, казалось бы, парадоксальный факт: для видов с низкой продолжительностью жизни характерны очень высокие величины потребления кислорода и, наоборот, для видов-долгожителей — крайне низкие. Другими словами, минимальные и максимальные величины потребления кислорода отрицательно коррелируют с видовой продолжительностью жизни.

Ещё штрих: потребление кислорода у женщин в среднем на 30 % ниже, а живут они на 7-8 лет дольше мужчин. Хорошо известно и то, что большинство долгожителей, людей в возрасте свыше 100 лет, проживает в горных местностях, там, где низкое парциальное содержание кислорода в воздухе.

Все эти сведения, безусловно, сильно разочаровывают сторонников кислородной терапии и заставляют предполагать какое-то загадочное отрицательное воздействие высоких и даже умеренных концентраций кислорода на живые организмы.

Дело в том, что кислород — в принципе чрезвычайно сильный яд, разрушающий клеточные структуры и ткани животных и растений. Длительное вдыхание кислорода при повышенном давлении вызывает у человека острое отравление, которое сопровождается судорогами, головокружением, потерей сознания и в тяжелых случаях заканчивается смертью. Чистый кислород подавляет процессы фотосинтеза у растений, тормозит рост корней, уменьшает всхожесть семян.

Первопричина токсического воздействия кислорода на организм — образование в клетках свободных радикалов, обломков молекул, которые имеют неспаренный электрон на молекулярной или внешней атомной орбите и в силу этого отличаются чрезвычайно высокой активностью.

Заметим, что свободнорадикальное окисление, при его низкой интенсивности, — процесс, постоянно происходящий в клетках всех живых организмов. Более того, низкие концентрации гидроперекисей и других продуктов свободнорадикального окисления крайне необходимы: они участвуют в регуляции роста организма, размножении клеток, проницаемости клеточных мембран, проведении ритмического возбуждения в нервной ткани. Однако при усилении или, напротив, резком торможении свободнорадикального окисления в организме возникают патологические явления.

Напомним, что помимо обычного молекулярного кислорода, находящегося в триплетном состоянии (он обозначается ³О₂), существует шесть его активных производных. К ним относятся: атомарный кислород — О, озон – О₃, синглетный кислород — О₂, супероксидный радикал — О₂-, гидроксильный радикал — НО и пергидроксил — НО₂. Если атомарный кислород и озон не относятся к продуктам жизнедеятельности, то четыре другие активные формы кислорода непрерывно образуются в сложной цепи окислительных реакций живого организма. Так, супероксидные радикалы вырабатываются не только в процессе дыхания при выработке АТФ — биологической энергии,- но и при аутоокислении, когда молекулярной кислород присоединяется к самым различным окисляемым веществам, включая гемоглобин, катехоламины, ферродоксины, тиолы. Наиболее высокой химической активностью отличается гидроксильный радикал — НО. Он почти мгновенно — в течение 7^.10^-10 с — вступает в реакции с белками, нуклеиновыми кислотами, липидами, разрушая их клеточные структуры и способствуя образованию продуктов свободнорадикального окисления — перекисей, альдегидов, кетонов,- также высокотоксичных соединений.

Одна из наиболее распространенных свободнорадикальных реакций в клетках организмов — это перекисное окисление липидов клеточных мембран. В результате таких реакций образуются гидроперекиси липидов и продукты их распада — чрезвычайно ядовитые соединения, нарушающие деятельность клеток и клеточных структур, в том числе барьерную функцию мембран.

Однако особую роль свободнорадикальные реакции играют в процессах старения. Известный американский геронтолог Д. Харман доказал исключительно важную роль свободных радикалов как токсических агентов, которые повреждают мембраны, генетический аппарат клетки и её «молекулярные часы» — митохондрии. Вот из-за чего накапливаются в клетках необратимые изменения, лежащие и основе старения.

Известно несколько десятков экстремальных состояний, при которых резко усиливается свободнорадикальное окисление. Это, к  примеру, тяжелые физические нагрузки, длительный эмоциональный стресс, гиподинамия, низкокалорийное питание, высокогорная гипоксия, воздействие высоких и низких температур, ионизирующей радиации и другие. Кроме того, это практически все широко распространенные заболевания: нервно-психические, сердечно-сосудистые, эндокринные, легочные, кожные. По-видимому, усиление свободнорадикального окисления — универсальный механизм, лежащий в основе любого рода патологических явлений. Известный советский биохимик Ю. А. Владимиров считает, в частности, что основная причина снижения функций жизненно важных органов — электрический пробой клеточных мембран собственным мембранным потенциалом, в чём повинны свободные радикалы, а в результате митохондрии теряют способность синтезировать биологическую энергию в форме АТФ.

Итак, казалось 6ы, судьба 6олыиинства живых организмов на Земле поистине драматична. По образному замечанию американского биохимика И. Фридовича, одного из первооткрывателей фермента супероксиддисмутазы, тормозящей свободно-радикальное окисление, «все аэробные организмы зажаты в жесткие тиски. Тот самый кислород, который поддерживает их жизнь, токсичен для них, и их сопряжённое с риском существование возможно благодаря отработанным механизмам защиты».

Что же представляют собой эти механизмы защиты?

ЗАЩИТА ОТ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ

Оказывается, в клетках всех живых организмов действует особая система защиты: комплекс так называемых антиоксидантов — соединений различной химической природы, тормозящих свободнорадикальное  окисление органических веществ молекулярным кислородом. Эта система состоит из двух подсистем – ферментативной и неферментативной.

Ферментативная подсистема включает несколько ферментов – супероксиддисмутазу, каталазу, глутатионпероксидазу, глутатионреруктазу, глутатион-s-трансферазу и церулоплазмин. Все они катализируют химические реакции, в результате которых токсичные свободные радикалы и перекиси превращаются в безвредные соединения.

Один из главных компонентов этой подсистемы — супероксиддисмутаза (СОД), содержащая в своём активном центре медь, цинк и марганец. СОД катализирует реакцию дисмутации – взаимодействия двух супероксидных радикалов друг с другом, превращая токсичный О₂  в менее токсичную перекись водорода; эта последняя в дальнейшем разлагается до воды и нетоксичных продуктов с участием каталазы и глутатионпероксидазы. СОД входит в состав всех клеток аэробных организмов. Присутствие этого важнейшего фермента — необходимое условие существования организмов в кислородной среде. Вероятно, СОД — один из самых древних ферментов, возникших одновременно с появлением в земной атмосфере кислорода. С этим, скорее всего, связана и поразительная устойчивость СОД: её активность практически не меняется при обработке соляной кислотой, ацетоном, мочевиной и при получасовом кипячении.

Вторая подсистема, неферментативная, образована антиоксидантами – ловушками свободных радикалов. Эти вещества, отдавая свой атом водорода, превращают свободные радикалы в стабильные молекулы и предупреждают цепное развитие реакций перекисного окисления. К антиоксидантам относится очень большое число веществ различной химической природы: фенолы и полифенолы, пирокатехины, пирогаллол, рутин, кверцетин, витамины группы Е, С, Р и А, стероидные гормоны, женские половые гормоны, а также фосфолипиды и серо-содержащие соединения.

Любое увеличение физической активности сопровождается более интенсивным метаболизмом, а это значит, что в клетках усиленно образуются свободные радикалы. Однако это же стимулирует активность ферментов-детоксикаторов — СОД, каталазы, глутатионпероксидазы, церулоплазмина и других. Для хорошо тренированных спортсменов с высокими уровнями МПК характерна высокая активность всех ферментов- детоксикаторов. Но это — спортсмены.  А вот нетренированному человеку после физических нагрузок необходима специальная помощь — те же детоксикаторы, биоантиоксиданты.

В принципе, в число антиоксидантов входят вода и двуокись углерода — СО₂. Некоторые исследователи относят эти соединения к классу так называемых «тушителей». Высокой антиоксидантной активностью отличается, кстати, «дегазированная» вода, содержащая в отличие от обычной воды не 9 мг/л растворенного кислорода, а лишь 4-5 мг/л. Получить дегазированную воду можно в домашних условиях: достаточно быстро охладить свежекипяченую воду.

Раньше ученые отводили СО₂ роль балласта, отхода метаболических реакций. Сегодня известно, что это соединение принимает участие во многих реакциях, связанных с синтезом аминокислот, липидов, углеводов, а также пуринов, пиримидинов — предшественников АТФ. И вот что ещё важно: из-за своей высокой растворимости и большой плотности СО₂ вытесняет обычный триплетный кислород ³О₂ и другие газы из растворов и инактивирует синглетный кислород ¹О₂.

Итак, ферменты, детоксикаторы, ловушки, та же вода и СО₂ — казалось бы, наши организмы обладают достаточным биологическим потенциалом, чтобы противостоять естественной кислородной агрессии. И тем не менее наши клетки, ткани и органы постепенно изнашиваются, дряхлеют. Почему? Одна из основных причин — в усилении свободнорадикального окисления, неизменно сопровождающего все экстремальные состояния и болезни, а это, в свою очередь, связано со снижением защитной мощности антиоксидантной системы. Что же снижает эту защиту? Причин, к сожалению, много: нерациональное питание с низким содержанием витаминов Е, С, Р, А, а также микроэлементов, которые не синтезируются в человеческом организме; чрезмерное потребление высококалорийных продуктов с избытком жиров; вдыхание токсичных газовых соединений, постоянно присутствующих в атмосфере современных больших городов; наконец, это гиподинамия — низкая физическая активность. Так, при гиподинамии (соответственно низком потреблении кислорода) в клетках возникает дефицит нуклеотидов — доноров водорода, а этот последний необходим для нормальной работы антиоксидантных ферментов и ловушек свободных радикалов.

ЗОЛОТАЯ СЕРЕДИНА

Для нормальной жизнедеятельности организму необходимо некоторое оптимальное соотношение между потреблением кислорода, интенсивностью процессов свободно- радикального окисления и мощностью антиоксидантной системы. Любое отклонение от этого идеала в ту или иную сторону ведёт к патологии. Более того, оказалось, что величина оптимума, определяемая отношением активностей оксидантной и антиоксидантной систем, неодинакова у разных видов животных и заметно влияет на максимальную видовую продолжительность жизни.

В исследованиях, проведенных под руководством известного американского геронтолога Р. Катлера, было установлено, что по мере увеличения видовой продолжительности жизни отношение активности СОД к энергии основного обмена (уровню потребления кислорода на единицу массы тела в условиях покоя) закономерно возрастает. Так, у домовой мыши (максимальная продолжительность жизни 3,5 года), шимпанзе (55 лет) и человека (95 лет) отношение активности СОД к удельной энергии основного обмена составляет соответственно 0,08,  0,95 и 1,61. Для целого ряда животных, в том числе человека, эта зависимость — строго линейная с коэффициентом корреляции 0,998. Иными словами, чем выше отношение активности антиоксиданта к уровню потребления кислорода, тем выше продолжительность жизни данного вида.

Известны ли нам сегодня какие-либо способы (или группы веществ), с помощью которых можно достичь желаемого оптимума? То есть способны ли мы приблизить индивидуальную продолжительность жизни человека к максимальной видовой (а это, напомним, 95 лет)? Да, в принципе, способны. Во-первых, необходимо снизить интенсивность свободнорадикального окисления. Вот рекомендации: многосуточное лечебное голодание без ограничений приема воды; различные диеты, основанные на низкобелковом и низкокалорийном питании; пребывание в условиях высокогорного климата, барокамерная гипоксия; некоторые препараты, подавляющие действие гормона щитовидной железы, и антибиотики.

Второе — это использование синтетических и природных биоантиоксидантов: фенольных и серосодержащих соединений, ряда витаминов и микроэлементов, стероидных гормонов, дегазированной воды, углекислого газа. И наконец, третье — это комбинирование указанных способов и средств, что ведёт одновременно к снижению интенсивности свободнорадикального окисления и к активации антиоксидантной системы.

По оценкам американского исследователя У. Прайора, сейчас выделено уже около тысячи антиоксидантных соединений. Значительная их часть представляет собой так называемые геропротекторы — вещества, которые противодействуют возникновению наиболее распространенных болезней, а кроме того, замедляют процесс старения -следовательно, удлиняют жизнь.

Более 60 лет назад американский геронтолог К. Маккей установил, что ограничение калорийности потребляемой пищи увеличивает продолжительность жизни подопытных животных. Дальнейшие исследо-

вания, проведенные в клинических условиях нашими соотечественниками В. Н. Никитиным, В. В. Фролькисом и Ю. С. Николаевым, подтвердили высокий эффект ограниченного питания и голодания. Так, полное многосуточное голодание оказалось мощным стимулятором адаптационных возможностей организма. Такая реакция возникает в ответ на дефицит энергии — снижение потребления кислорода и содержания в организме глюкозы и гликогена.

Однако и тут не всё просто и однозначно. В начальной стадии лечебного голодания усиливаются реакции перекисного окисления липидов, а это ведёт к накоплению в крови токсичного вещества — малонового диальдегида. Впрочем, от такого негативного эффекта можно избавиться. Достаточно принимать во время голодания небольшие дозы витаминов Е, С, Р, микроэлементов и ионола. Плюс к тому длительность курса голодания должна дозироваться индивидуально и проводиться в сочетании с приёмом антиоксидантов и микродоз гормональных препаратов. И если голодание проводить именно так, то оно может оказаться лечебно ценным при целом букете заболеваний: различных неврозах, гипертонической и язвенной болезнях, бронхиальной астме, дерматозах н ряде других.

Конечно, сегодня ещё нельзя сказать, что эликсир жизни, с помощью которого возможно прожить достаточно долго, уже открыт. Нет. Речь идёт о том, что, кажется, забрезжил свет в конце туннеля. Другими словами — нащупан путь, которым следует двигаться геронтологам и медикам. И как ни парадоксально, это путь противоборства с «чудесной реакцией окисления»,- но такого противоборства, чтобы тут не стало ни победителей, ни побеждённых. Должно быть подвижное равновесие. То есть лучшее, как всегда, это золотая середина.