Ученые ищут. Теории старения мечникова, богомольца, маринеску Создание фагоцитарной теории иммунитета

Русский биолог И.И.Мечников является основоположником теории иммунитета. Им разработана фагоцитарная теория иммунитета, которая объясняет сложную работу системы иммунитета.

Мечников изучал, как ведут себя различные возбудители в лейкоцитах (защитных клетках крови) человека и обезьян. Многочисленные опыты стали основой для создания теории фагоцитоза, предложенной учёным.

Илья Ильич Мечников

Согласно теории, все клетки человеческого организма, которые участвуют в фагоцитозе, можно разделить на макрофаги и микрофаги.

К микрофагам относятся гранулярные лейкоциты (базофилы, нейтрофилы), это клетки крови. Макрофаги – это подвижные лейкоциты (клетки селезенки, лимфы, моноциты) и неподвижные (эпителиальные клетки, выстилающие изнутри стенки сосудов, клетки пульпы селезенки).

Основа фагоцитарной теории

В основу фагоцитарной теории Мечников положил три основных свойства фагоцитов.

1. Фагоциты способны защищать и очищать от токсинов, от инфекций, от продуктов распада тканей.
2. Фагоциты представляют (располагают) антигены на мембране клетки.
3. Фагоциты обладают способностью секретировать ферменты и биологически активные вещества.

В процессе фагоцитоза выделяют пять стадий:

1. Активация или ускорение энергетического обмена. Вызвать активацию могут бактериальные продукты, компоненты комплемента, антитела и цитокины.
2. Хемотаксис – направленное движение фагоцита к чужеродной клетке или организму.
3. Адгезия – присоединение к опасному агенту.
4. Эндоцитоз – поглощение фагоцитом чужеродного агента и переваривание его.
5. Исход фагоцитоза.

Адгезия становится возможной благодаря рецепторам на поверхности фагоцитов. Это могут рецепторы к фрагментам Fc , к фибронектину, к компонентам системы комплимента. Кроме того, образуются специальные опсонины – вещества, которые обволакивают микроорганизм, к которому присоединяется фагоцит, и ограничивают его подвижность.

Фагоциты имеют псевдоподии – это отростки мембраны клетки, которые напоминают ножки у амёб. Этими ложноножками фагоцит окружает бактерию и поглощает её, образуется фагосома. Затем к такой фагосоме присоединяется лизосома, в которой находятся ферменты, способные к перевариванию клеточных структур. Формируется фаголизосома.

Фагоцит

Известно несколько исходов фагоцитоза: фагоцитоз завершенный, фагоцитоз незавершенный, процессинг антигенов. При завершенном фагоцитозе захваченный микроорганизм полностью переваривается внутри клетки-фагоцита.

Причин, почему микроорганизмы не погибают в фагоците, несколько. Токсоплазма, вирус гриппа, микобактерии способны блокировать слияние фагосомы с лизосомой.

Ферменты не поступают в фагоцит и переваривание не наступает. Стафилококки и гонококки устойчивы к действию лизосомальных ферментов. Риккетсии умеют быстро покидать фагосому, которая их поглотила, и длительно находиться в цитоплазме.

Бактерицидный эффект (способность убивать микроорганизмы) фагоцитов объясняется тем, что при фагоцитозе происходит «окислительный взрыв», в результате которого образуется много активных форм кислорода. Они полностью уничтожают бактерии.

Макрофаги способны не только участвовать в фагоцитозе, двигаться к чужеродному организму, уничтожать его, секретировать биологически активные вещества, но и перерабатывать антиген, а затем предоставлять его специальным иммунокомпетентным клеткам. Эти клетки «запоминают» представленный антиген, чтобы при повторном его попадании суметь ответить должным образом.

В результате фагоцитоза не только уничтожается чужеродный организму биологический объект, но и происходит распознавание его антигенов для дальнейшего запуска и реакций воспаления.

Одну из первых, достаточно обоснованных экспериментально научных теорий выдвинул на рубеже XIX и XX веков И. И. Мечников. Одной из основных причин старения он считал отравление организма особыми ядами-токсинами, продуктами гнилостного распада, происходящего в кишечнике. Токсины, всасываясь в кровь, вызывают отравление организма. Хроническая интоксикация способствует старению. Ученный предложил вводить в организм молочнокислые бактерии, ослабляющие гнилостные процессы в толстом кишечнике.

Экспериментальные и клинические наблюдения, проведенные самим И.И. Мечниковым и его учениками на существовавшем в то время научном уровне, подтвердили многие положения этой теории, утверждавшей, в частности, и вредность воздействия на организм ядов, поступающих извне: алкоголя, никотина, солей тяжелых металлов и др.

Дальнейшие исследования, проведенные уже в 20-30-е годы нашего столетия, показали, что роль кишечной микрофлоры как главного фактора в развитии процессов старения была несколько преувеличена. Но, не смотря на это, труды И.И. Мечникова явились мощным стимулом к дальнейшему изучению этой проблемы.

Сегодня у медиков нет сомнения в том, что токсические вещества, вызывающие загрязнение окружающей среды и попадающие в пищевые продукты, воду, воздух, а затем внутрь организма, могут вызывать преждевременное старение. Так же актуальна и теория выдвинутая Мечниковым о самоотравлении организма.

Повреждение генетического аппарата клетки под действием химических и физических факторов

Генетический аппарат клетки (ДНК) - самая хрупкая и самая уязвимая ее часть. Не зря ДНК «запрятана» в ядро клетки, да еще и заключена в оболочку хромосом.

Мы находимся в окружении огромного количества химических и физических агентов, повреждающих ДНК, от которых не можем себя оградить. Выхлопные газы, нитраты, нитриты, пестициды и гербициды - вот далеко не полный перечень химических веществ, которые постоянно попадают в наш организм извне и повреждают генетический аппарат. Мало того, сам организм наш вырабатывает большое количество токсичных соединений, способных оказать повреждающее воздействие. Свободные радикалы, продукты азотистого обмена, продукты интоксикации из кишечника - вот далеко не полный перечень того, что повреждает наш наследственный аппарат.

Физических повреждающих агентов ничуть не меньше, чем химических: электромагнитные поля, радиоактивное облучение, рентгеновские лучи, положительные аэроионы, высокие температуры - вот далеко не полный перечень физических повреждающих факторов. Даже нормальная температура человеческого тела - 36,6°С, температура наиболее оптимальная для протекания всех биохимических реакций в организме оказывает повреждающее воздействие на белковые молекулы, и, в первую очередь, на ДНК, как на самую нежную структуру. Не зря в процессе эволюции половые железы мужчин были выведены из брюшной полости наружу. Температура яичек у мужчин на 2-3° ниже температуры в брюшной полости. Более низкая температура в половых железах помогает уменьшить повреждение воздействия тепла на ДНК половых клеток.

Женские половые клетки (в яичниках) помещаются в брюшной полости. Поэтому с возрастом в женских половых клетках накапливается намного больше повреждений ДНК, чем в мужских. Отсюда можно уже сделать вывод, что для здорового потомства возраст матери имеет намного большее значением, чем возраст отца.

Повреждение ДНК под действием химических и физических агентов не является, однако, совсем уж фатальным. В процессе эволюции возникли и закрепились процессы репарации (восстановления) поврежденной ДНК. 98% всех повреждений ДНК устраняется самой же клеткой. Существуют специальные ферменты, «вырезающие» из ДНК поврежденный участок. Затем на месте вырезанного участка с помощью других ферментов выстраивается новый, аналогичный удаленному. Поврежденная же часть ДНК выводится из организма.

Если процесс репарации не закончен до того, как клетке вступает в фазу деления, то во время деления она может погибнуть, т.к. одноцепотчатая структура разделившейся молекулы

ДНК имеет пустой участок и в этом месте удвоение молекулы ДНК произойти не может. Как видим, ДНК сама себя «Ремонтирует», Процесс этого текущего ремонта, как, впрочем, и любой другой процесс находится под контролем соответствующих генов. С возрастом, по мере исчерпания генетического потенциала клеток, таких репарирующих (восстанавливающих) генов становится все меньше и меньше. Процесс репарации ДНК. Таким образом, постепенно затухает и это вносит свой вклад в старение и гибель клетки. Исследованные долгожителя помимо всего прочего отличаются высокой способностью ДНК к репарации после различных повреждений. Пионерами теории спонтанного повреждения ДНК были американские ученые Мэррат (теория накопления ошибок) и Бьеркстен (теория поперечных ошибок спиральных сшивок спиральных нитей). В нашей стране классические труды, посвященные повреждениям и репарации ДНК, были написаны Фролькисом В.В.

“Исследовать – это видеть то, что видят все, и думать так, как не думает никто другой”

Г. Селье

В 19 веке в области естествознания были совершены три фундаментальных открытия – закон сохранения веществ и энергии М.И. Ломоносова, клеточная теория Вирхова, и происхождение видов путем естественного отбора.

Не менее гениальное открытие – это клеточная теория иммунитета, которая была создана И.И. Мечниковым в декабре 1882 года. Понадобилось больше 18 лет трудной и напряженной работы, чтобы создать эту теорию. Что же послужило толком к развитию фагоцитарной теории?

В 1865 году Мечников обнаружил у ресничного червя планарии внутриклеточное пищеварение. Сравнивая этот способ пищеварения с питанием у высших инфузорий, он увидел в этом акте лишнее доказательство генетической связи между червями и простейшими. Это был первый шаг к созданию теории фагоцитов. На основании наблюдений был сделан следующий вывод:

“Предшественник многоклеточных организмов должен представлять собой скопление клеток, способных к внутриклеточному пищеварению”. Мечников утверждал, что первичный многоклеточный организм “автономен” и без наличия пищеварительной полости, представляет собой конгломерат клеток, способных к внутриклеточному пищеварению. Сначала такой организм Мечников назвал – паренхимеллой, а позднее назвал – фагоцителла, подчеркнув тем самым его функцию – фагоцитоз, т.е. способность захватывать и внутриклеточно переваривать чужеродные частицы.

На основе этого Мечников делает вывод: внутриклеточное пищеварение – универсально. Но если у низших животных оно выполняет пищеварительную функцию, то у высших “способен на большее” - на защиту от инфекции.

В течение 18 лет Мечников работает над теорией фагоцитоза, и в 1882 году наступает его звездный час, он открывает явление фагоцитоза.

Сам Мечников описывает это явление так: “Работая с микроскопом и наблюдая за жизнью подвижных клеток у прозрачной личинки морской звезды, меня сразу осенила мысль. Мне пришло в голову, что подобные клетки должны служить в организме для противодействия вредителям организма. Я сказал себе, что по всей видимости заноза, вставленная в тело личинки морской звезды, не имеющей ни сосудистой, ни нервной системы, должна в короткое время окружиться налезшими на нее подвижными клетками, подобно тому, как это наблюдается у человека занозившего себе палец”. Мечников проделал этот опыт и на утро увидел, что лейкоциты человека и неподвижные фагоциты морской звезды эмбриологически гомологичны, т.к. происходят из мезодермы. Отсюда Мечников делает вывод, что лейкоциты выполняют защитную функцию. Болезнь рассматривается как борьба между патогенными микробами и фагоцитами.

Основоположник учения о стрессе канадский биохимик и патолог Ганс Селье писал: “Исследовать – это видеть то, что видят все, и думать так, как никто другой”. Это определение применимо к Мечникову. До Мечникова явление фагоцитоза видели многие, но осмыслить это явление они не могли. А Мечников понял, что он столкнулся не с частым фактом, а с глубинной общебиологической проблемой.

В этом особенность гения – он думает так, как до него никто не думал.

Великому Луи Пастеру принадлежат слова: “Случай приходит на помощь к тому, кто его ищет”. Казалось бы, произошло какое-то озарение, произошла случайная находка, но к этой находке Илья Ильич шел почти два десятилетия, занимаясь проблемами внутриклеточного пищеварения.

Открыв фагоцитарную теорию, ученый и не предполагал, каких упорных трудов будет стоить борьба за ее признание. Не так все было гладко. Зарубежные и отечественные микробиологи начали нападать на фагоцитарную теорию. И даже ученик Мечникова Гамалея писал: “…история фагоцитаризма – это целый ряд разочарований:

первое разочарование – это открытие химических вакцин,

второе разочарование – это открытие бактерицидных свойств крови,

третье разочарование – это открытие антитоксинов и серотерапии”.

Почему же ученые отвергали фагоцитарную теорию?

Объяснялось это тем, что в конце 19 века получили быстрое развитие микробиология и иммунология. Все были заняты разрабатыванием средств для борьбы с инфекциями. Были обнаружены в крови человека антитела против микробов, проникших в организм. В это же время была создана противодифтеритная сыворотка. Таким образом, на первое место вышла гуморальная теория.

Мечников не отвергает гуморальную теорию, а наоборот, стремится объединить две теории. И сейчас доказано, что антитела – результат деятельности иммунокомпетентных клеток. Иначе говоря, “клеточный иммунитет лежит в основе гуморального иммунитета”.

25 лет понадобилось Мечникову для полного признания фагоцитарной теории иммунитета. Сдались его непримиримые враги – Кох, Бутнер, Беринг.

В 1908 году Нобелевский комитет за исследования в области иммунитета присудил Мечникову и его другу Эрлиху Нобелевскую премию. Гуморальная и фагоцитарная теории объединились. Но окончательно проблема прояснилась в середине 20 века, когда австралийский ученый Макфарлан Бёрнет создал общепризнанную селекционно-клональную теорию образования антител, по которой гуморальный иммунитет производный от клеточного.

Настоящий бой противникам И.И. Мечников дал на международном гигиеническом конгрессе в Будапеште. Ученик Пастера и близкий друг Мечникова Эмиль Ру так вспоминал об этом конгрессе на семидесятилетии Ильи Ильича: “До сих пор я так и вижу Вас на будапештском конгрессе 1894 года, возражающим Вашим противникам: лицо горит, глаза сверкают, волосы спутались, Вы походили на демона науки, но Ваши слова, Ваши неопровержимые доводы вызывали рукоплескание аудитории. Новые факты, сначала казавшиеся в противоречии с фагоцитарной теорией, вскоре приходили в стройное сочетание с нею. Она оказалась достаточно широкой, чтобы примирить сторонников гуморальной теории с защитниками клеточной…”

Серьезным и значительным вкладом в мировую науку стала теория старения, выдвинутая великим русским ученым Ильей Ильичом Мечниковым.

И. И. Мечников родился в 1845 году в деревне Панасовке, что на Харьковщине, в семье гвардейского офицера. Способный, любознательный мальчик рано потянулся к науке и, блестяще окончив харьковскую гимназию, поступил в местный университет. Круг его научных интересов также определился довольно-таки быстро. Зоология, эволюция видов - вот что интересовало молодого ученого. Оказавшись стипендиатом министерства просвещения, Мечников на два года уезжает в Италию. В Неаполе случай его сводит с Александром Онуфриевичем Ковалевским, также талантливым ученым-зоологом, основателем нового направления в науке - сравнительной эмбриологии.

Знакомство двух молодых ученых перешло в крепкую дружбу и многолетнее научное содружество. Одна из их совместных работ была удостоена премии имени академика Бэра. Здесь, в Италии, Мечников знакомится и с другими замечательными соотечественниками, в частности с И. М. Сеченовым.

Отзываясь о молодом Мечникове, И. М. Сеченов писал: «Из всех молодых людей, которых я знавал, более увлекательного, чем молодой Илья Ильич, по подвижности ума, неистощимому остроумию и разностороннему образованию, я не встречал в жизни. Насколько он был серьезен и продуктивен в науке, уже тогда он произвел в зоологии очень много и имел в ней большое имя, настолько же жив, занимателен и разнообразен был в дружеском обществе».

Сделав ряд крупных открытий в сравнительной эмбриологии, И. И. Мечников в 80-х годах прошлого столетия вплотную подходит к созданию знаменитой фагоцитарной теории.

Оказалось, что белые кровяные шарики буквально пожирают болезнетворные микроорганизмы, проникающие в тело человека. Это навело ученого на мысль о том, что белые кровяные шарики защищают организм человека от инфекционных заболеваний.

Фагоцитоз И. И. Мечников рассматривал не только как средство борьбы с инородными включениями. Уже из первых своих наблюдений он сделал вывод, что фагоциты (т. е. белые кровяные шарики) захватывают и растворяют омертвевшие или ослабевшие клетки организма.

Однажды, изучая под микроскопом кровь столетней женщины, И. И. Мечников увидел нечто удивительное: крупные белые кровяные клетки, так называемые макрофаги, проявляли необыкновенную подвижность и затеяли подлинную борьбу, но с кем? Внимательно приглядевшись, И. И. Мечников увидел, что макрофаги окружали устаревшие клетки организма и целиком поглощали их. Таким образом, ученый понял, что макрофаги разрушают «благородные элементы организма», перерождая их в инертную соединительную ткань. Макрофаги, в течение всей жизни охраняющие организм, в старости ускоряют его гибель. Они «съедают» клетки половых желез, печени, сосудов, нервной системы.

Продолжая работать над теорией фагоцитоза, И. И. Мечников стремился доказать, что у пожилого человека снижаются умственные способности и расстраивается обмен веществ потому, что макрофаги нападают на стареющие клетки головного мозга, и те теряют способность к восстановлению. А это, в свою очередь, приводит к развитию атеросклероза и, в конце концов, к преждевременной смерти.

Но чем объяснить такое ослабление «благородных клеток»? Только ли тем, что человек зачастую сам себя отравляет никотином, алкоголем, другими ядами? Конечно, это отрицательно сказывается на здоровье. Но, с другой стороны, непьющие и некурящие люди также преждевременно стареют.

Все дело, считал И. И. Мечников, в гнилостных бактериях, составляющих часть микрофлоры кишечника.

Продукты их выделения и ослабляют здоровые клетки организма.

Как же нейтрализовать эти гнилостные микробы?

Давно было замечено, что долгожители включают в рацион своего питания кислое молоко. С древних времен в Египте считалось полезным для здоровья «лебен раиб» - кислое козье молоко. В Турции из кислого молока готовили особый напиток - ягурт. В России же всегда славилась простокваша. Калмыки, татары, киргизы предпочитают кумыс - кислое кобылье молоко, а вот арабы - сквашенное молоко верблюдицы.

И. И. Мечников для закваски молока выбрал так называемую болгарскую палочку. Молоко, заквашенное такой палочкой, ученый назвал лактобациллином. Он считал, что именно лактобациллин не только заселяет кишечник полезными микробами, но и воспрепятствует проникновению вредных.

На собственном примере Мечников стремился доказать истинность своих взглядов. Так, он придерживался строгой диеты, не ел ничего сырого и немытого. Ежедневно выпивал один-два горшочка болгарской простокваши. И конечно, не употреблял ни капли спиртного, других возбуждающих напитков. Самочувствие его заметно улучшалось, он радовал окружающих свежим цветом лица, завидной работоспособностью.

Эти исследования Мечникова целиком вписываются в знаменитую теорию ортобиоза, выдвинутую ученым уже на склоне жизни. Ортобиоз, как писал Илья Ильич, это «строй и порядок жизни, основанный на науке и, в частности, на гигиене, который обеспечивал бы человеку продолжительную безболезненную жизнь, позволяющую развить и проявить все его силы...».

Конечно, никто не сомневается в том, что простокваша обладает целебными свойствами, врачи рекомендуют ее при целом ряде заболеваний, но, увы, как средство продления жизни она себя не оправдала.

Это отнюдь не значит, что искания И. И. Мечникова были напрасными. Например, сравнительно недавно австралийские иммунологи выдвинули новую гипотезу старения. Тесно увязывая механизмы старения с механизмами иммунитета, эти ученые сближаются по многим своим взглядам с И. И. Мечниковым.

Идеи И. И. Мечникова продолжают жить, питать науку.

Сейчас мало кто помнит, что слово «геронтология» - то есть наука о старости и путях ее преодоления - введено в научный обиход Ильей Ильичом Мечниковым.

Мечников был прелюбопытной личностью. Сын гвардейского офицера и дочери известного еврейского публициста, сделавший стремительную научную карьеру, лауреат Нобелевской премии 1908 года.

Вклад Мечникова в геронтологию значителен, но противоречив. Он был одним из авторов научной теории старения, согласно которой старость вызывается ядами, отравляющими организм. А именно: дряхление проистекает от токсинов, выделяемых микробами толстого кишечника.

Кстати, они действительно выделяют токсины, другой вопрос, что старение сейчас объясняют иными причинами. Но в то время «теория задницы» выглядела довольно убедительной.

Например, Лев Толстой, ознакомившись с новомодным учением, записал в дневнике: «Мечников придумывает, как посредством вырезания кишки, ковыряния в заднице, обезвредить старость и смерть».

Сказать «старость — не радость» не исчерпывается наше отношение к этой теме. Кроме того, в обществе упоминания об этом жизненном этапе часто игнорируется и табу. Старость рассматривается в непосредственной близости от смерти. Так как это заключительный этап жизни, проблема старости и старения всегда будет иметь свое значение.

Теория старения Мечникова: насыщение жизни и смерти, инстинкт

Начало научного изучения старости, заложил в XIX веке Мечников. Он разработал теорию ортобиоза, в которой проанализировал проблему естественного, физиологического и преждевременного, патологического старения. Ученый интересовался жизнью и механизмами процессов старения, которые он описал в своей книге «Учение оптимизма» и «Природа человека».

Мечникову часто приписывают заявление, что возраст — это болезнь. На самом деле, он сказал, что большинство людей умирают от болезней, а не от старости как таковой. Степень старения выделяется в зависимости от насыщенности жизни.

Он приходит к интересному выводу о смысле и цели жизни в старости.

«Люди, особенно те, кто жил долгое время, не задают себе вопрос, зачем живет человек в мире. Причиной этого является инстинктивное желание жить, что связано, в то же время с самым сильным страхом смерти» , — сказал ученый.

Теория первой половины ХХ века

В первой половине ХХ века, возник ряд теорий старения. Во-первых, молекулярную теорию старения разработали А. Pictet, В. Алпатов, О. Nastyukova, К. Parhon и другие ученые. В этой группе теория старения рассматривается как следствие накопления с возрастом неблагоприятных для метаболизма оптических изомеров белков.

Вторая теория, считает старение результатом изменений в генетическом аппарате клеток.
Третья теория автоматического опьянения — разрушение иммунных свойств и контроля тканей в организме.

Старение и теория стресса

Мы не можем игнорировать теорию известного ученого Ганса Селье — отец стресса. Селье считал, что стресс представляет собой скорость износа человеческого организма в процессе жизни и соответствует интенсивности жизни. По мнению Селье старение сильно связано с механизмами адаптации. «Гибкость — одно из наиболее выдающихся особенностей жизни», — сказал он.

Таким образом, стресс является механизмом адаптации к окружающей среде, но до тех пор, пока нет износа внутреннего человеческого ресурса. Существуют пределы не только индивидуальные, но и адаптивность видов. Многие ученые согласны с выводами Ганса Селье, что резкое увеличение сердечно-сосудистых заболеваний и рака — результат истощения адаптации.

Адаптивная-нормативная теория старения

В восьмидесятые годы ХХ века стали изучать глубинные процессы старения. Ученые делали довольно оптимистичные прогнозы замедления старения и увеличения продолжительности жизни видов. Прогнозы были сделаны по существу в конце ХХ века (плюс еще двадцать лет). Доминирующее положение занимала адаптивно-нормативная теория старения, разработанная В. Фролькис и его школой.

Согласно этой теории, старение — естественный этап существования живого организма. То есть, право смотреть на период, который начинается как процесс старения — заложил еще на уровне эмбриона. Каждая живая система саморегулируется, так что вид способен адаптироваться к меняющимся условиям

Адаптация контроллер, характеризуется автором как анти-старение. Vitaukta — то, что определяет устойчивость и продолжительность живой системы и помогает поддерживать адаптивность. С точки зрения теории человеческая жизнь не может быть связана со скоростью и темпом разрушения организма, его старением, как это предполагалось раньше.

Средняя продолжительность жизни, в соответствии с Фролькис, более правильно различать механизмы для поддержания надежности организма, способность компенсировать нарушения.

Старение — это, в первую очередь, биологический процесс. Но человек стареет не только биологически. Человек — единственный из всех живых существ, осознающий свою смертность. Для изучения старости надо учитывать социально-культурную составляющую, связанную с восприятием старости в культуре.