Реферат по теме:
"ГИПОТЕЗЫ СТАРЕНИЯ ОРГАНИЗМА"
Введение в геронтологию
Жизнь и смерть организма. Между ними постепенное старение - медленный переход от состояния здоровья к дегенерации тканей, органов, систем. Только жизни присущи движения; здоровый организм - это система с оптимальным, полноценным движением не только внешним, но и внутренним. Болезнь же в противоположность этому характеризуется неполноценным, недостаточным движением. Полноценное движение (тела в пространстве, отдельной группы мышц, поперечно-полосатой или гладкой, нервных импульсов, крови по сосудам и т.д.) возможно только в случае, если им управляют в последовательности, необходимой для достижения полезного результата для организма с минимальной затратой энергии (т. е. работа в оптимальном двигательном режиме). Геронтология (от греч. geron, родительный падеж gerontos- старик и логия), раздел медико-биологической науки, изучающий явления старения живых организмов, в том числе и человека. Составными частями Геронтологии являются гериатрия - учение об особенностях болезней старческого организма, герогигиена - учение о гигиене людей старших возрастных групп, и геронтопсихология. Развитие геронтологии обусловлено существенными изменениями в продолжительности жизни человека. Так, для населения Европы средняя продолжительность жизни в 1890 составляла 38,7 лет, а в 1970 около 70 лет. В СССР за период 1917-70 средняя продолжительность жизни увеличилась с 32 до 71 года. Это увеличение происходят за счет снижения смертности от инфекционных болезней, уменьшения детской смертности и др. С начала 20 в. было выдвинуто несколько теорий старения. По теории И. И. Мечникова (1908) старение - результат интоксикации организма продуктами обмена бактерий, обитающих в кишечном тракте, и продуктами азотистого обмена веществ самого организма (мочевая кислота). Чешский биолог В. Ружичка полагал, что в основе старения лежит процесс превращения золей в гели, процесс конденсации протоплазмы. Сов. учёные В.В. Алпатов и О.К. Настюкова считали, что старение организма сводится к снижению активности ферментов. Современная Геронтология изучает механизмы и причины старения от молекулярного и клеточного уровней до целостного организма. Особое внимание уделяется роли процессов нервной регуляции. Эти работы привели к развитию исследований в области гериатрии - изучению особенностей развития, течения, предупреждения заболеваний у людей старших возрастных групп. Прогрессивно увеличивающееся обращение этих групп населения в лечебные учреждения и возникновение в связи с этим новых задач для практического здравоохранения привело к выделению в ряде клинических специальностей гериатрического раздела, что наиболее интенсивно произошло в терапии, психиатрии, хирургии, фтизиатрии и др. Развитие Геронтологии осуществляется в трёх основных направлениях: экспериментальном, клиническом и социальном. В своих исследованиях Геронтология использует клинические, биологические, биохимические, биофизические, физиологические и др. методы. Научные исследования в области социально-гигиенических аспектов Геронтологии направлены на изучение причин преждевременного старения в зависимости от социальных условий, от образа жизни людей, на изыскание наиболее целесообразной организации труда людей старших возрастных групп, их питания, двигательной активности, на наиболее рациональные формы организации социальной и медицинской помощи.
Развитие Геронтологии в России началось в конце 19 в. и связано с именами И.И. Мечникова, С.П. Боткина, И.П. Павлова, М.С. Мильмана, А.В. Нагорного, Н.Д. Стражеско, З.Г. Френкеля и др. В 1938 по инициативе А.А. Богомольца в Киеве была созвана первая в мире конференция по проблеме старости и профилактике преждевременного старения. В 1958 в СССР создан институт АМН СССР, организующий и координирующий все исследования по Геронтологии за рубежом. Решением проблем Геронтологии занимаются институт гериатрии в Бухаресте (СРР), медицинские университетские клиники в Берлине и Лейпциге (ГДР), институт для биологических исследований (США) и др. В СССР в 1963 организовано Всесоюзное научно-медицинское общество геронтологов и гериатров, вошедшее в 1966 в Международную ассоциацию геронтологов. Проблемы Геронтологии освещаются более чем в 20 журналах, издаваемых в Европе и США, в СССР - в ежегоднике «Геронтология и гериатрия» и различных медицинских журналах.
В природе есть существа, которых в той или иной степени можно считать бессмертными. У бактерий понятия старения практически не существует. И сто, и двести лет может жить моллюск жемчужница, причем чем дольше он живет, тем активнее размножается. И умирает он лишь из-за того, что все время растет: створки раковины становятся тяжелыми, и она уже не в силах их открывать. Еще дольше могут прожить губки. Именно этим животным принадлежит рекорд долгожительства в царстве животных. Старейшим из живых организмов на нашей планете является гигантская антарктическая морская губка вида Scolymastra joubini, возраст которой, по разным оценкам, составляет от 15 до 23 тысяч лет. Она была обнаружена на морском дне у побережья Антарктиды около 20 лет назад американским исследователем Полом Дейтоном (Paul Dayton). Это довольно простое существо сидит, прикрепившись ко дну, а клетки его постоянно обновляются, и фактически оно остается всегда молодым. Погибнуть губка может только от внешних причин. В общем, бессмертие - штука не такая уж сказочная. "Я рассматриваю смерть не как первичную необходимость, а как нечто приобретенное вторично в процессе адаптации. Я полагаю, что жизнь имеет фиксированную продолжительность не потому, что по природе своей не может быть неограниченной, а потому, что неограниченное существование индивидуумов было бы роскошью без какой-либо проистекающей из него выгоды", - эти немного циничные слова знаменитый биолог Август Вейсман произнес в 1881 году. В живом мире мало кому удается умереть именно от старости. Одного загрыз хищник, другому не хватило корма, третьего свалила какая-нибудь инфекция. Да и среди людей исчерпать до конца свой ресурс - непозволительная роскошь. Инфаркты, опухоли и несчастные случаи (не говоря уж о войнах) отправляют нас в могилу куда раньше, чем это заложено природой. Поэтому до конца понять механизмы естественного старения и смерти не так-то просто. Есть гипотеза, что гибель организма вообще не является чем-то предопределенным. Просто накапливаются "поломки" и "сбои" в живой системе. Сторонники другого подхода уверяют, что самоубийство заложено в самом организме. И опять-таки существует множество версий теорий программируемой смерти. Одни утверждают, что наше старение вызвано тем, что клетки не могут обновляться бесконечно. В них есть своего рода счетчик, который определяет количество делений. Другие связывают старение и смерть с работой определенного гена. Третьи - с воздействием свободных радикалов... В общем, теорий и гипотез множество. И периодически появляются все новые и новые.
Старение растений
Современные ученые обсуждают около 300 гипотез старения, однако по смыслу они вполне укладываются в три основных направления. Первая группа гипотез предполагает, что старение и смерть – это процесс, заложенный в геноме. Отжившие свое особи неизбежно должны уступить место (пространство, ресурсы) своим молодым потомкам. Поэтому Природа позаботилась о непрерывности жизни, заложив в генах специальную программу старения, т.е. приказ о самоуничтожении. Реальность программы старения подтверждается существованием предельного числа клеточных делений (предел Хейфлика), открытием теломеразного счетчика деления клеток. Однако П.Ю. Жмылев сообщает, что растения вряд ли предоставят много фактов в поддержку такого запрограммированного счетчика клеточных делений. Вместе с тем, он сообщает, что у некоторых растений найдены гены, отвечающие за старение листьев. Гены старения листьев у однолетних растений, например, у сорго, расположены близко к генам цветения, поэтому логично предположить, что цветение неизбежно влечет за собой старение. Эта связь, тем не менее не столь однозначна, так как настоящему времени известно около 30 генов старения листьев, которые представляют собой сложную регуляторную сеть. Да и само цветение регулируется значительным числом генов и может быть совершенно не связано со старением, как это характерно для риса. По всей видимости, универсального генетического аппарата долголетия у растений нет.
Вторая группа гипотез считает старение постепенным накоплением случайных ошибок в экспрессии генов. Действительно, эволюция старалась изо всех сил и приспосабливала организм к условиям среды, развивала устойчивость к заболеваниям, но вот отлаженный организм в какой-то момент перестает быть адекватным среде, стареет. Это означает, что старость неадаптивная, что это накопление неполадок в организме. Например, знаменитая среди биологов резуховидка Arabidopsis thaliana при накоплении мутаций становится менее устойчивой и менее плодовитой, сроки ее жизни сокращаются. С другой стороны, у долгоживущих растений активизируется починка испорченных генов, количество мутаций неизменно снижается. Кроме того, несмотря на предполагаемое увеличение числа соматических мутаций, «растения могут вообще не проявлять признаков старения даже в конце жизни. Так у 5000-летней сосны (Pinus longaeva) отсутствуют признаки мутационного старения» И первая и вторая группа гипотез логически оправданы и имеют в своем арсенале достаточное число фактов, но все же диаметрально противоположны: в первом случае старость считается закономерным процессом, во втором – стохастическим.
Как естественное продолжение и дополнение гипотезы накопления мутаций предложены концепции «восстановления сомы» и близкие к ней идеи. Организм имеет ограниченные возможности на починку генетических неисправностей: если растение бросает все силы на выращивание цветов и семян, то на исправление неполадок в остальных частях растений ресурсов попросту не хватает. Потому во время цветения само растение быстро портится, т.е. стареет. Исходя из этой гипотезы затраты на цветение и плодоношение должно снижать сроки жизни растения. У некоторых линий бобовых это действительно так. Приводится и такой факт: если у растений, размножающихся только один раз в жизни – монокарпиков – удалить цветы, то растение не умирает. Например, агава, обычно дающая единственный генеративный побег на восьмом году жизни, может жить до 100 лет, если не давать растению цвести. Но имеются и противоположные факты. Так, из 65 видов растений, плодоносящих много раз за жизнь – поликарпиков – только у 15 видов деревьев плодоношение уменьшается с возрастом (т.е. плодоношение приводит к старению). У остальных 50 поликарпиков плодоношение с возрастом увеличивается, т.е. естественное старение отсутствует.
Третья группа гипотез считает, что старение - это период жизни, упущенный отбором. Отбор призван обеспечить репродуктивный успех вида, следовательно, отбору все равно то, что случается после благополучного выведения и выживания потомства. Даже больше, гены, обеспечившие репродуктивный успех в молодости, могут потом оказаться вредными для организма. Чтобы подтвердить эти гипотезы, нужно сравнить эффективность плодоношения и скорость последующего отмирания. Чем успешнее плодоношение, тем быстрее должны постареть «отслужившие свое» организмы. Эта гипотеза подтверждается фактами и расчетами, в том числе и примерами из жизни растений. Однако, есть примеры, которые не укладываются в эту гипотезу. Так, старение туи (Thuja occidentalis) зависит не от скорости созревания семян, а от условий произрастания.
Казалось бы, травянистые растения живут мало, кустарники – больше, а деревья – самые долгоживущие. В целом эта тенденция верна, и это послужило основанием для представления эволюции растений от долгоживущих деревьев к короткоживущим травам. Но Природа противится таким простым и однозначным схемам: среди деревьев имеется немало недолговечных представителей, например, тополь (Populus nigra) 40-80 лет, кустарниковые растения могут жить столетия, например, волчье лыко (Daphne mezerium) живет 200 лет, шиповник (Roas canina) 400 лет. Многолетние травы тоже не уступают деревьям по продолжительности жизни: анемоны (Anemone speciosa) могут жить до 339 лет, подлесник (Sanicula europaea) – 221 год. Мало того, у вегетативно размножающихся растений обсуждаются примеры потенциально бессмертных клонов, таких, как заросли элодеи, ряски или папоротника орляка. При этом клоны вегетативно размножающихся растений могут со временем постареть и выродиться. Постареют они или нет – зависит от внешних условий.
У некоторых видов растений старение вообще неизвестно (это не значит, что эти растения не умирают!); это подорожник, лук порей, кермек и др. В популяциях подобных растений смертность с возрастом не увеличивается, интенсивность размножения и устойчивость организма с возрастом не уменьшается. Стареет растение или нет, но рано или поздно растение все равно умирает, и для каждого вида на это отмерено свое строго определенные время: подорожник живет как правило до 7 лет, а сосна долговечная – до 5 тысяч лет. К нестареющим растениям относят и однолетние травы, умирающие вынужденно с приходом зимы или другого неблагоприятного сезона.
Старение от «поперечных сшивок»
Юхан Бьёркстен возглавляет некоммерческий Исследовательский центр в Мэдисоне (штат Висконсин), который он основал в 1952 г. для проведения герпетологических исследований. Бьёркстен начал свою деятельность в геронтологии весьма необычно. В начале 40-х годов он работал биохимиком в фирме «Дитто» (которая в те времена была самым крупным производителем пленки для процесса, предшествующего ксерокопированию) и занимался исследованиями целью которых было предотвратить порчу («старение») пленки. Основным ингредиентом пленки, помимо специальных химических добавок, без которых копирование невозможно, является желатин - студнеобразная взвесь белков в воде. Бьёркстен обратил внимание на сходство процессов старения желатина пленки и подобных ему белков в организме - хрящей и связок. Оба процесса связаны с реакциями в белках, приводящими к потере эластичности.
Бьёркстена заинтересовало следующее обстоятельство: скованность в мышцах и суставах пожилых людей очень напомнила ему процесс дубления, при котором белки в коже или желатине затвердевают под воздействием определенных химикатов. Бьёркстен знал, что при дублении между молекулами белков образуются своеобразные химические «мостики», которые носят название поперечных сшивок, и ему пришла в голову мысль о том, что старение человека может объясняться возникновением таких же "мостиков». В 1942 г. он выразил эту мысль следующим образом «Мне кажется, что старение живых организмов обусловлено случайным образованием «сшивания» мостиков между молекулами белков, которые репарирующие ферменты клетки уже не в состоянии разорвать. Продолжая работать над теорией сшивок, Бьёркстен Что имеется еще один тип сшивок - в молекулах ДНК. По мысли Бьёркстеда между двумя цепочками поперечные сшивки не могут быть разрушены нормальными репарационными системами клетки. Этот неустранимый «мостик» мешает синтезу РНК на ДНК, что в свою очередь нарушает процесс образования жизненно необходимых белков, которые должна производить РНК. Кроме того, сшивки препятствуют участию ДНК о процессе деления клетки и таким образом препятствуют возобновлению клеток.
Образование сшивок в белках и ДНК может быть вызвано многими химическими веществами, которые обычно находятся в клетках в виде продуктов процесса обмена, или загрязнителями вроде свинца или компонентов табачного дыма. Разнообразие и количество веществ, вызывающих «сшивки» в нашем организме, так велико, утверждает Бьёркстен, что тут уже не спрашиваешь, достаточно ли этого, чтобы вызвать старение, а только удивляешься, почему старение протекает так медленно.
Доказательствами теории Бьёркстена занимался финский ученый Э. Хейккинен из Университета в Турку, который продемонстрировал прогрессирующее с возрастом накопление «сшивок» в коже крыс. Другие исследователи обнаружили подобные же возрастные накопления сшивок в артериях, хрящевой ткани и мышцах не только у крыс, но и у людей.
Но Бьёркстен не остановился на теоретических изысканиях. Много лет он занимался исследованиями, которые, по его замыслу, должны были найти практическое применение в борьбе со старением, вызванным «сшивками». Ряд экспериментов проводился на почвенных бактериях, которые обладают способностью расщеплять «сшитые» молекулы, так как обитают в среде, где основным источником их питания служат именно «сшитые» молекулы мертвых тканей, например опавших листьев. По мнению Бьёркстена, некоторые из этих бактерий синтезируют ферменты, которые позволяют им расщеплять такие «сшитые» молекулы на усваиваемые фрагменты. Пока ученому удилось выделить около 140 таких культур бактерий. Ему удалось также выделить ферменты из этих бактерий. и он обнаружил, что один из этих ферментов оказался особенно эффективным при разрушении «сшивок» в мертвой ткани тела человека. В опытах на живых мышах он показал, что фермент не токсичен, более того, мыши старели медленнее и жили несколько дольше, чем мыши, не получавшие фермента. Однако пока невозможно сделать какие-либо конкретные выводы на основании немногочисленных опытов на животных, целью которых была проверка на токсичность.
Вместе с тем не исключено, что потенциальные возможности ферментов, открытых Бьеркстеном. Могут заключаться не только в замедлении процесса старения или в омолаживающем эффекте. Их особенности позволяют надеяться, что они окажутся эффективными «растворителями» веществ, вызывающих атеросклероз. Атеросклероз - «затвердеваниеартерий» - главный убийца мужчин в США, ибо он является причиной инфарктов и инсультов. И хотя мы до сих пор многого не знаем об атеросклерозе, известно, что «затвердение» вызывается отложением на стенках артерий определенного сочетания жиров и белков, соединенных огромным количеством «сшивок». Если ферменты Бьёркстена и в самом деле смогут устранить атеросклероз, вполне возможно, что они добавят лет двадцать к средней продолжительности жизни человека, так как помогут предотвратить инфаркты и инсульты.
Теория Бернара
Человеческий и организм хорошо функционирует только в том случае, если все его части взаимодействуют четко и в должной последовательности На эту необходимость сложенного физиологического функционирования различных систем организма впервые обратил внимание еще в прошлом веке блестящий французский философ и физиолог Клод Бернар. Исследования Бернара помогли нам понять, как протекает процесс пищеварения, каким образом углеводы запасаются в печени, чтобы использоваться затем и случае необходимости, и как работают мозг, сердца и плацента.
Бернар обратил внимание на то, что клетки тела омываются внеклеточной очной жидкостью, похожей на кровь, и что она доставляют питательные вещества и кислород из крови и клетки, а также уносит шлаки, в том числе двуокись
8-09-2015, 21:58