История развития геронтологии

    Концептуальные  модели делятся на качественные и количественные. 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. 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. [8, c. 51]

    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.  
 

    Обзор представлений о природе, существовавших во времена античности и средневековья, 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. 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 и автором первой попытки создания концептуальной модели организма как целостной системы. 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 протонау - 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, относительно используемых моделей этот период может быть назван периодом качественных моделей.

    Большинство историков считает, что настоящая  наука возникла лишь в период Возрождения. 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, 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, 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, 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.

    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. Тогда же в геронтологии стали использоваться аналитические модели, такие как уравнение Гомперца-Мейкема или аналитическая модель старения Н. А. Белова. Все это свидетельствует, что относительно используемых моделей данный период можно считать периодом аналитических моделей. [5, c. 15]

    Однако, ключом к пониманию феномена жизни  и старения являются процессы на молекулярном уровне организации живой материи. 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. этот период может быть назван периодом кибернетических моделей.

    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. Причем датировки различаются не только у разных авторов, но и в пределах работы одного автора.

    В явном виде периодизация развития геронтологического знания (в основном применительно  к социальной и психологической  геронтологии) была предложена М. Д. Александровой, 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 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.

    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. 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). [12, c. 32]

    Нейрофизиологи  рассматривали старость как результат  функциональных нарушений высшей нервной  деятельности (И. П. Павлов и его школа). 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). 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). 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. 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. Появились современные термины как для науки и знании о старении и продлении жизни - геронтология, так и для применения этого знания в медицинской практике - гериатрия. [20, c. 12]

    Первый  из них был введен И. И. Мечниковым в книге «Этюды о природе человека», впервые опубликованной на французском языке в 1903 г., а второй - И. Нашером в одноименной статье, опубликованной в New York Medical Journal в 1909 г. [51, c. 37]

    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. Позднее (в 10 - 20 гг. 20 в.) Н. А. Беловым была предложена аналитическая модель для описания старения в сложной системе. Аналитическое описание популяций, сделанное в 20-х гг. 20 в. В. Вольтеррой и А. Лоткой, заложило основы для современных аналитических исследований эволюционного аспекта феномена старения на популяционном уровне. [21, c. 33] 

    2.1. Развитие и 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. 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. 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.