Сколько может прожить человек? Отчего одни люди живут дольше других? Существуют ли «секреты» долгожительства и можем ли мы с вами ими воспользоваться? На эти вопросы отвечают разнообразные науки.
Систематическое изучение продолжительности человеческой жизни началось в конце XVIIв., и на-ча.ло этому положил английский астроном эдмунд Галлей, тот самый, что открыл комету Галлея. Пы-таясь вывести математическую закономерность, которая позволила бы определить возможную продолжительность жизни, Галлей взял данные о смертности жителей польского города Бреслау (теперешний Вроцлав), в ту пору входившего в состав Германии, и составил так называемую «таблицу жизни», из которой было видно, сколько человек умирло в том или ином возрасте. По расчетам ученого, ожидаемая продолжительность жизни жителя Бреслау в среднем составляла 34 года.
В XVIII—XIX столетиях науку о продолжительности жизни значительно продвинули вперед математики, работавшие в страховых компаниях - последние были заинтересованы в возможно более точных пределениях вероятной продолжительности жизни, так это позволяло вычислить сумму взносов, приносящих прибыль по большинству страховых полисов. Первым математиком, составившим «таблицы жизни» для страховых компаний, был Джеймс Додсон.
Гипотезы износа.
Наиболее примитивные механистические гипотезы рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Известность получила одна из первых общебиологических теорий, предложенная Н. Рубнером (1908). Автор исходил из существования обратной зависимости между интенсивностью обмена, энергией и продолжительностью жизни: «энергетическая теория старения». Согласно расчетам Рубнера, количество энергии на 1 кг массы тела, которое может быть израсходовано за всю взрослую жизнь, постоянно у всех животных, и'только человек имеет энергетический фонд в 3—4 раза больший, чем другие животные. Впоследствии это рассуждение не подтвердилось для многих видов. Неверным с точки зрения геронтологии был и вытекающий отсюда вывод, что для продления своей жизни человек должен проявлять минимальную активность. На самом деле ситуация противоположная, и пассивный образ жизни сокращает ее срок.
Гено-регуляторная гипотеза.
Согласно этой концепции первичные изменения происходят в регуляторных генах — наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения тех генов (структурных), от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Прямых доказательств возрастных изменений ДНК немного. В последнее время высказывалось предположение о связи старения с участками ДНК, некоторые из которых сокращаются в размерах при старении. Сообщалось и об открытии особого хромосомного фермента, препятствующего старению ДНК и способного омолаживать клетки человека (В. Райт и сотрудники).
Нейро-эндокринные и иммунные гипотезы.
Нейроэндокринная система человека является основным регулятором его жизненных функций. Поэтому с самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие механизмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейро-эндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлениям о первичном значении изменений деятельности той или иной конкретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно, половых желез и т. д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся нейро-эндокринная ситуация организма.
Довольно широкую известность получили гипотезы, связывающие старение с первичными изменениями в гипоталамусе. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, генератор биологических ритмов организма, играющий ведущую роль в регуляции деятельности желез внутренней секреции, которая осуществляется через центральную эндокринную железу — гипофиз.
Согласно гипотезе «гипоталамических часов» (Дильман, 1968, 1976), старость рассматривается как нарушение внутренней среды организма, связанное с нарастанием активности гипоталамуса. В итоге в пожилом возрасте резко увеличивается секреция гипоталамических гормонов (либеринов) и ряда гормонов гипофиза (гонадотропинов, соматотропина), а также инсулина. Но наряду со стимуляцией одних структур гипоталамуса, другие при старении снижают свою активность, что приводит к «разрегулированию» многих сторон обмена и функции организма.
Молекулярно-генетические гипотезы.
Наибольшее внимание обычно привлекают молекулярно-генетические гипотезы, объясняющие процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором — как случайные. Таким образом, старение может являться запрограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.
Если придерживаться первого мнения, то старение, по сути, становится, продолжением развития, в течение которого, в определенной, закрепленной в эволюции последовательности включаются и выключаются различные участки генома. Тогда при «растягивании» программы развития замедляется работа «биологических часов», задающих темп программе старения. Например, в опытах с ограничением питания в молодом возрасте (животные с «продленной жизнью») происходит замедление роста, а следовательно, и старения, хотя механизм далеко не так прост. Предполагается, что замедление роста и отодвигание полового созревания и достижения окончательных размеров тела приводит к увеличению продолжительности жизни. То есть, старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.
Старение по ошибке
Была впервые предложена Л. Оргелем (1963). Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и другие). Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК.
В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность в системе передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активностью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждевременного старения и резкого укорочения длительности жизни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые данные о многочисленных репарациях ДНК, которые используются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под названием «Наука отрицает старость» французский исследователь Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов теория накопления ошибок в нуклеотидных последовательностях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не приводит к 100% исправлению повреждений.
Многие геронтологи считают, что старение—результат накопления таких неисправленных ошибок. По словам Хейфлика, «потеря точной или надежной (контролирующей) информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода „поражений", „повреждений", „погрешностей" или „ошибок", нормальные биологические процессы прекращаются и возрастные изменения становятся очевидными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления».
Некоторые геронтологи, и среди них Ф. Маррот Сайнекс из Медицинской школы Бостонского университета, полагают, что ключевым моментом в старении являются ошибки в ДНК. Необратимые изменения в химической структуре длинных, образующих ДНК цепочек атомов получили название мутаций. По Сайнексу, мутации—это изменения в информации, зашифрованной в структуре ДНК, которая контролирует функционирование клетки. Мутации могут возникать в результате неисправленных ошибок при образовании повой ДНК, в результате ошибок в процессе восстановления или из-за повреждения ДНК загрязняющими химическими веществами. Мутации в ДНК клетки могут привести к тому, что клетка начнет синтезировать измененную РНК, а это в свою очередь приведет к синтезу измененных белков - ферментов. Видоизмененный фермент может работать хуже нормального, а то и вовсе не работать. В итоге реакции обмена веществ, в которых участвует такой дефектный фермент, могут прекратиться, и клетка перестает выполнять свои функции или даже погибнет.
Теория старения в результате накопления мутаций впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом который пришел к этому выводу, наблюдая за действием радиации на людей и животных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения людей и животных. И хотя он не сумел объяснить, ка-ким образом мутации возникают у людей и животных, не подвергавшихся облучению, по его мнению, они. возможно, есть не что иное, как результат естественных повреждений клеток.
Некоторые современные геронтологи, в частности д-р Говард Кёртис из Брукхвейнской национальной лаборатории в Нью-Порке, разделяют точку зрения Сцилардл и также считают, что старение вызывается накоплением в течение жизни неисправленных мутаций, разрушающих функциональные потенции клетки. Кёртис полагает, что старение, вызванное мутациями, можно предотвратить или по крайней мере замедлить, исправляя посредством генной инженерии те процессы 11 клетках тела, которые обусловливают репарацию (ремонт) ДИК.
По мысли некоторых ученых, обусловленное мутациями ДНК старение не так серьезно, как старение, вызванное неисправимыми повреждениям и РНК, белков и ферментов Д-р Лесли Оргел из Института Солка в Ла-Хойе (Калифорния) предположил, что ошибки в синтезе РНК и белков приводят к старению клеток в результате, как он это назвал, «катастрофы ошибок». Каждая молекула РНК, считанная с ДНК, ответственна за синтез множества копий определенного фермента; РНК служит «матрицей», с которой делается множество идентичных копий молекулы белка. Следовательно, при дефектной РНК каждая белковая молекула, сходящая с «конвейера» будет так же дефектна и не сможет эффективно участвовать в реакциях обмена веществ. Кроме того, некоторые ферменты участвуют в производстве белков на базе «матричной» РНК, а другие осуществляют синтез РНК на матрице ДНК. Значит, если ошибка вкралась в структуру РНК или белка, она будет производить все более ущербные «матрицы», что приведет к кумулятивному эффекту - лавинообразному накоплению ошибок и к последней катастрофе— смерти.
Ученые обнаружили, что действие ферментов из культуры старых человеческих клеток ненормально: 25 % таких ферментов дефектны, что служит подтверждением теории «катастрофы ошибок» Оргела. И хотя это еще не окончательное доказательство, можно надеяться, что попытки предотвратить старение, вызванное накоплением ошибок, окажутся успешными. Возможно, понадобится устранять не первичную ошибку на молекулярном уровне, а лишь ее последствия. Один из способов замедления аккумуляции ошибок, который предлагает Алекс Комфорт, заключается в некотором замедлении скорости процессов обмена веществ и клетках, что уменьшает вероятность возникновения ошибки. Этого можно добиться путем понижения температуры тела. Как подтвердили опыты, жизнь животных низших животных — рыб и черепах — действительно от этого удлиняется.
Истребление свободных радикалов
Изображения или модели ДНК, РНК и белковых молекул часто представляются в виде жестких, статичных конструкции наподобие мостов; на самом же деле это нестабильные бил длинные, похожие на цепи структуры, состоящие из тысяч молекул, которые довольно легко распадаются на звенья. Внутри клетки они постоянно подвергаются атакам со стороны других молекул—одни из них представляют обычные продукты клеточного метаболизма. другие — вещества, загрязняющие окружающую среду, и частности свинец. Таким образом, в клетке постоянно образуются новые молекулы, заменяющие поврежденные. В процессе обмена веществ образуются молекулы Особою рода, которые называются свободными радикалами, они имеют сильную тенденцию соединяться с другими молекулами. Иногда клетки производят свободные радикалы для облегчения процесса обмена веществ, и появляются они чаще всего в ходе тех реакций, которые потребляют кислород для «сжигания» углеводов и протекают с выделением энергии. Порой свободные радикалы возникают случайно, когда кислород, всегда присутствующий в клетке и обладающий высокой активностью, соединяется с молекулми клетки.
По определению Алекса Комфорта, свободный радикал—это «высокоактивный химический агент, готовый соединиться с чем угодно». В результате бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их главным определяющим фактором биологического старения. Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы - применение так называемых антиоксидантов. Любопытно, что одна из наиболее активных программ по изучению антиоксидантов проводилась промышленностью пищевых упаковок, где пытались найти средства против вредного воздействия свободных радикалов на долю сохраняющиеся продукты, которые подвергались влиянию кислорода воздуха. Самый распространенный в США антиоксидаит называется ВНТ; он ежегодно производится пищевой промышленностью в огромных количествах. На всех этикетках круп, жевательной резинки, маргарина, соды, картофельных хлопьев и других пищевых продуктов можно найти надпись: «Для сохранности добавлен ВНТ». Работы д-ра Денхэма Хармена из Медицинского колледжа Университета штата Небраска (ранее Хармен работал химиком в компании «Шелл», но его так заворожили «бессмертные» клетки цыпленка, описанные Алексисом Каррелем, что он уволился и поступил в медицинский институт, чтобы посвятить себя изучению процесса старения) показали, что крысы, которым скармливался
ВНТ, живут на 20 % дольше, чем крысы, не получавшие этого препарата. Вслед за Харменом, Комфорт показал, что антиоксидант этоксихин увеличивает продолжительность жизни мышей примерно на 25 %. Судя по всему, другие антиоксиданты продлевают жизнь крыс и мышей на 15—20 %.
В настоящее время ВНТ и другие антиоксиданты нельзя рекомендовать людям для употребления в таких количествах, в каких они используются в экспериментах на животных. Но все же их можно рассматривать как один из способов продления жизни - при условии, что будут найдены более безопасные антиоксиданты.
Другая атака на старение, вызванное свободными радикалами, была продемонстрирована в 1973 г. д-ром Ричардом Хохшилдом, президентом компании микроволновой аппаратуры в Корона дель Map (Калифорния). Вводя мышам препарат, называемый центрофеноксином, Хохшилд обнаружил, что их жизнь удлиняется на 10 %. Он также вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11%.
Центрофеноксин применяется в ряде стран Европы и во всем мире (кроме США) для устранения симптомов ряда нарушений, причина которых кроется в мозге: затрудненного чтения, косноязычия и скованности движений. По утверждению Хохшилда, препарат не повредил экспериментальным животным и определенно способствовал большей продолжительности их жизни. Кроме того, его уже некоторое время используют для лечения больных, страдающих мозговыми расстройствами; следовательно, он также безопасен для людей, как и для крыс. Время покажет, сможет ли центрофеноксин продлить нашу жизнь. Добавим только, что лекарство является производным диметиламиноэтанола близкого к другому химическому веществу - диэтиламиноэтанолу образующемуся при инъекциях людям геровитала препарата против старения.
Ещё один путь предотвращения старения, вызванного свободными радикалами - разнообразные диеты. Как полагает Хармен, липиды особенно ненасыщенные, которыми богаты масла и растительные продукты, участвуют в свободнорадикальных реакциях и таким образом могут способствовать ускоренному старению. Скармливая мышам повышенные дозы ненасыщенных липидов или увеличивая процентное содержание таких жиров в их пище, Хармен добивался сокращения сроков жизни животных.
Защитой от свободных радикалов является и витамин Е. «Старение обусловлено процессом окисления,— говорит д-р А. Тэппел из Калифорнийского университета в Дэвисе,— а так как витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому процессу в организме». Хотя самому ученому до сих пор не удалось доказать, что дополнительные дозы витамина Е способствуют продлению жизни мышей или крыс, он продемонстрировал, что недостаточное содержание этого витамина в их корме определенно сокращает срок жизнь этих животных. Он также изучал состав пищи многих американцев и пришел к выводу, что она неполноценна во многих отношениях, в том числе в ней недостаточно витамина Е. Тэппелу принадлежат такие слова: «Поскольку биохимически недостаток витамина Е и процесс старения... идут параллельно, очевидно, что следует обратить внимание на недостаточное содержание витамина Е у человека... Оптимизация потребления витамина Е может замедлить процесс старения».
Тэппел указывает также, что в пище должно содержаться достаточное количество витамина С - он действует синэргически, способствуя более эффективному удалению свободных радикалов витамином Е. Тот же Хармен уверяет, что за счет различных поправок в нашей пище, а именно за счет снижения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1 % и потребления достаточных количеств витаминов Е и С, можно добиться, придерживаясь правильной диеты, продления жизни. Он убежден, что такой подход к диете людей пожилого возраста может дать значительный положительный эффект. Диеты «с учетом свободных радикалов», заключает Хармен, открывают перед нами «перспективы продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет».
При подготовке данной работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru
superbotanik.net
Сколько может прожить человек? Отчего одни люди живут дольше других? Существуют ли «секреты» долгожительства и можем ли мы с вами ими воспользоваться? На эти вопросы отвечают разнообразные науки.
Систематическое изучение продолжительности человеческой жизни началось в конце XVIIв., и на-ча.ло этому положил английский астроном эдмунд Галлей, тот самый, что открыл комету Галлея. Пы-таясь вывести математическую закономерность, которая позволила бы определить возможную продолжительность жизни, Галлей взял данные о смертности жителей польского города Бреслау (теперешний Вроцлав), в ту пору входившего в состав Германии, и составил так называемую «таблицу жизни», из которой было видно, сколько человек умирло в том или ином возрасте. По расчетам ученого, ожидаемая продолжительность жизни жителя Бреслау в среднем составляла 34 года.
В XVIII—XIX столетиях науку о продолжительности жизни значительно продвинули вперед математики, работавшие в страховых компаниях - последние были заинтересованы в возможно более точных пределениях вероятной продолжительности жизни, так это позволяло вычислить сумму взносов, приносящих прибыль по большинству страховых полисов. Первым математиком, составившим «таблицы жизни» для страховых компаний, был Джеймс Додсон.
Гипотезы износа.
Наиболее примитивные механистические гипотезы рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Известность получила одна из первых общебиологических теорий, предложенная Н. Рубнером (1908). Автор исходил из существования обратной зависимости между интенсивностью обмена, энергией и продолжительностью жизни: «энергетическая теория старения». Согласно расчетам Рубнера, количество энергии на 1 кг массы тела, которое может быть израсходовано за всю взрослую жизнь, постоянно у всех животных, и'только человек имеет энергетический фонд в 3—4 раза больший, чем другие животные. Впоследствии это рассуждение не подтвердилось для многих видов. Неверным с точки зрения геронтологии был и вытекающий отсюда вывод, что для продления своей жизни человек должен проявлять минимальную активность. На самом деле ситуация противоположная, и пассивный образ жизни сокращает ее срок.
Гено-регуляторная гипотеза.
Согласно этой концепции первичные изменения происходят в регуляторных генах — наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения тех генов (структурных), от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Прямых доказательств возрастных изменений ДНК немного. В последнее время высказывалось предположение о связи старения с участками ДНК, некоторые из которых сокращаются в размерах при старении. Сообщалось и об открытии особого хромосомного фермента, препятствующего старению ДНК и способного омолаживать клетки человека (В. Райт и сотрудники).
Нейро-эндокринные и иммунные гипотезы.
Нейроэндокринная система человека является основным регулятором его жизненных функций. Поэтому с самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие механизмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейро-эндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлениям о первичном значении изменений деятельности той или иной конкретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно, половых желез и т. д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся нейро-эндокринная ситуация организма.
Довольно широкую известность получили гипотезы, связывающие старение с первичными изменениями в гипоталамусе. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, генератор биологических ритмов организма, играющий ведущую роль в регуляции деятельности желез внутренней секреции, которая осуществляется через центральную эндокринную железу — гипофиз.
Согласно гипотезе «гипоталамических часов» (Дильман, 1968, 1976), старость рассматривается как нарушение внутренней среды организма, связанное с нарастанием активности гипоталамуса. В итоге в пожилом возрасте резко увеличивается секреция гипоталамических гормонов (либеринов) и ряда гормонов гипофиза (гонадотропинов, соматотропина), а также инсулина. Но наряду со стимуляцией одних структур гипоталамуса, другие при старении снижают свою активность, что приводит к «разрегулированию» многих сторон обмена и функции организма.
Молекулярно-генетические гипотезы.
Наибольшее внимание обычно привлекают молекулярно-генетические гипотезы, объясняющие процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором — как случайные. Таким образом, старение может являться запрограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.
Если придерживаться первого мнения, то старение, по сути, становится, продолжением развития, в течение которого, в определенной, закрепленной в эволюции последовательности включаются и выключаются различные участки генома. Тогда при «растягивании» программы развития замедляется работа «биологических часов», задающих темп программе старения. Например, в опытах с ограничением питания в молодом возрасте (животные с «продленной жизнью») происходит замедление роста, а следовательно, и старения, хотя механизм далеко не так прост. Предполагается, что замедление роста и отодвигание полового созревания и достижения окончательных размеров тела приводит к увеличению продолжительности жизни. То есть, старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.
Старение по ошибке
Была впервые предложена Л. Оргелем (1963). Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и другие). Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК.
В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность в системе передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активностью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждевременного старения и резкого укорочения длительности жизни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые данные о многочисленных репарациях ДНК, которые используются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под названием «Наука отрицает старость» французский исследователь Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов теория накопления ошибок в нуклеотидных последовательностях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не приводит к 100% исправлению повреждений.
Многие геронтологи считают, что старение—результат накопления таких неисправленных ошибок. По словам Хейфлика, «потеря точной или надежной (контролирующей) информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода „поражений", „повреждений", „погрешностей" или „ошибок", нормальные биологические процессы прекращаются и возрастные изменения становятся очевидными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления».
Некоторые геронтологи, и среди них Ф. Маррот Сайнекс из Медицинской школы Бостонского университета, полагают, что ключевым моментом в старении являются ошибки в ДНК. Необратимые изменения в химической структуре длинных, образующих ДНК цепочек атомов получили название мутаций. По Сайнексу, мутации—это изменения в информации, зашифрованной в структуре ДНК, которая контролирует функционирование клетки. Мутации могут возникать в результате неисправленных ошибок при образовании повой ДНК, в результате ошибок в процессе восстановления или из-за повреждения ДНК загрязняющими химическими веществами. Мутации в ДНК клетки могут привести к тому, что клетка начнет синтезировать измененную РНК, а это в свою очередь приведет к синтезу измененных белков - ферментов. Видоизмененный фермент может работать хуже нормального, а то и вовсе не работать. В итоге реакции обмена веществ, в которых участвует такой дефектный фермент, могут прекратиться, и клетка перестает выполнять свои функции или даже погибнет.
Теория старения в результате накопления мутаций впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом который пришел к этому выводу, наблюдая за действием радиации на людей и животных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения людей и животных. И хотя он не сумел объяснить, ка-ким образом мутации возникают у людей и животных, не подвергавшихся облучению, по его мнению, они. возможно, есть не что иное, как результат естественных повреждений клеток.
Некоторые современные геронтологи, в частности д-р Говард Кёртис из Брукхвейнской национальной лаборатории в Нью-Порке, разделяют точку зрения Сцилардл и также считают, что старение вызывается накоплением в течение жизни неисправленных мутаций, разрушающих функциональные потенции клетки. Кёртис полагает, что старение, вызванное мутациями, можно предотвратить или по крайней мере замедлить, исправляя посредством генной инженерии те процессы 11 клетках тела, которые обусловливают репарацию (ремонт) ДИК.
По мысли некоторых ученых, обусловленное мутациями ДНК старение не так серьезно, как старение, вызванное неисправимыми повреждениям и РНК, белков и ферментов Д-р Лесли Оргел из Института Солка в Ла-Хойе (Калифорния) предположил, что ошибки в синтезе РНК и белков приводят к старению клеток в результате, как он это назвал, «катастрофы ошибок». Каждая молекула РНК, считанная с ДНК, ответственна за синтез множества копий определенного фермента; РНК служит «матрицей», с которой делается множество идентичных копий молекулы белка. Следовательно, при дефектной РНК каждая белковая молекула, сходящая с «конвейера» будет так же дефектна и не сможет эффективно участвовать в реакциях обмена веществ. Кроме того, некоторые ферменты участвуют в производстве белков на базе «матричной» РНК, а другие осуществляют синтез РНК на матрице ДНК. Значит, если ошибка вкралась в структуру РНК или белка, она будет производить все более ущербные «матрицы», что приведет к кумулятивному эффекту - лавинообразному накоплению ошибок и к последней катастрофе— смерти.
Ученые обнаружили, что действие ферментов из культуры старых человеческих клеток ненормально: 25 % таких ферментов дефектны, что служит подтверждением теории «катастрофы ошибок» Оргела. И хотя это еще не окончательное доказательство, можно надеяться, что попытки предотвратить старение, вызванное накоплением ошибок, окажутся успешными. Возможно, понадобится устранять не первичную ошибку на молекулярном уровне, а лишь ее последствия. Один из способов замедления аккумуляции ошибок, который предлагает Алекс Комфорт, заключается в некотором замедлении скорости процессов обмена веществ и клетках, что уменьшает вероятность возникновения ошибки. Этого можно добиться путем понижения температуры тела. Как подтвердили опыты, жизнь животных низших животных — рыб и черепах — действительно от этого удлиняется.
Истребление свободных радикалов
Изображения или модели ДНК, РНК и белковых молекул часто представляются в виде жестких, статичных конструкции наподобие мостов; на самом же деле это нестабильные бил длинные, похожие на цепи структуры, состоящие из тысяч молекул, которые довольно легко распадаются на звенья. Внутри клетки они постоянно подвергаются атакам со стороны других молекул—одни из них представляют обычные продукты клеточного метаболизма. другие — вещества, загрязняющие окружающую среду, и частности свинец. Таким образом, в клетке постоянно образуются новые молекулы, заменяющие поврежденные. В процессе обмена веществ образуются молекулы Особою рода, которые называются свободными радикалами, они имеют сильную тенденцию соединяться с другими молекулами. Иногда клетки производят свободные радикалы для облегчения процесса обмена веществ, и появляются они чаще всего в ходе тех реакций, которые потребляют кислород для «сжигания» углеводов и протекают с выделением энергии. Порой свободные радикалы возникают случайно, когда кислород, всегда присутствующий в клетке и обладающий высокой активностью, соединяется с молекулми клетки.
По определению Алекса Комфорта, свободный радикал—это «высокоактивный химический агент, готовый соединиться с чем угодно». В результате бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их главным определяющим фактором биологического старения. Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы - применение так называемых антиоксидантов. Любопытно, что одна из наиболее активных программ по изучению антиоксидантов проводилась промышленностью пищевых упаковок, где пытались найти средства против вредного воздействия свободных радикалов на долю сохраняющиеся продукты, которые подвергались влиянию кислорода воздуха. Самый распространенный в США антиоксидаит называется ВНТ; он ежегодно производится пищевой промышленностью в огромных количествах. На всех этикетках круп, жевательной резинки, маргарина, соды, картофельных хлопьев и других пищевых продуктов можно найти надпись: «Для сохранности добавлен ВНТ». Работы д-ра Денхэма Хармена из Медицинского колледжа Университета штата Небраска (ранее Хармен работал химиком в компании «Шелл», но его так заворожили «бессмертные» клетки цыпленка, описанные Алексисом Каррелем, что он уволился и поступил в медицинский институт, чтобы посвятить себя изучению процесса старения) показали, что крысы, которым скармливался
ВНТ, живут на 20 % дольше, чем крысы, не получавшие этого препарата. Вслед за Харменом, Комфорт показал, что антиоксидант этоксихин увеличивает продолжительность жизни мышей примерно на 25 %. Судя по всему, другие антиоксиданты продлевают жизнь крыс и мышей на 15—20 %.
В настоящее время ВНТ и другие антиоксиданты нельзя рекомендовать людям для употребления в таких количествах, в каких они используются в экспериментах на животных. Но все же их можно рассматривать как один из способов продления жизни - при условии, что будут найдены более безопасные антиоксиданты.
Другая атака на старение, вызванное свободными радикалами, была продемонстрирована в 1973 г. д-ром Ричардом Хохшилдом, президентом компании микроволновой аппаратуры в Корона дель Map (Калифорния). Вводя мышам препарат, называемый центрофеноксином, Хохшилд обнаружил, что их жизнь удлиняется на 10 %. Он также вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11%.
Центрофеноксин применяется в ряде стран Европы и во всем мире (кроме США) для устранения симптомов ряда нарушений, причина которых кроется в мозге: затрудненного чтения, косноязычия и скованности движений. По утверждению Хохшилда, препарат не повредил экспериментальным животным и определенно способствовал большей продолжительности их жизни. Кроме того, его уже некоторое время используют для лечения больных, страдающих мозговыми расстройствами; следовательно, он также безопасен для людей, как и для крыс. Время покажет, сможет ли центрофеноксин продлить нашу жизнь. Добавим только, что лекарство является производным диметиламиноэтанола близкого к другому химическому веществу - диэтиламиноэтанолу образующемуся при инъекциях людям геровитала препарата против старения.
Ещё один путь предотвращения старения, вызванного свободными радикалами - разнообразные диеты. Как полагает Хармен, липиды особенно ненасыщенные, которыми богаты масла и растительные продукты, участвуют в свободнорадикальных реакциях и таким образом могут способствовать ускоренному старению. Скармливая мышам повышенные дозы ненасыщенных липидов или увеличивая процентное содержание таких жиров в их пище, Хармен добивался сокращения сроков жизни животных.
Защитой от свободных радикалов является и витамин Е. «Старение обусловлено процессом окисления,— говорит д-р А. Тэппел из Калифорнийского университета в Дэвисе,— а так как витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому процессу в организме». Хотя самому ученому до сих пор не удалось доказать, что дополнительные дозы витамина Е способствуют продлению жизни мышей или крыс, он продемонстрировал, что недостаточное содержание этого витамина в их корме определенно сокращает срок жизнь этих животных. Он также изучал состав пищи многих американцев и пришел к выводу, что она неполноценна во многих отношениях, в том числе в ней недостаточно витамина Е. Тэппелу принадлежат такие слова: «Поскольку биохимически недостаток витамина Е и процесс старения... идут параллельно, очевидно, что следует обратить внимание на недостаточное содержание витамина Е у человека... Оптимизация потребления витамина Е может замедлить процесс старения».
Тэппел указывает также, что в пище должно содержаться достаточное количество витамина С - он действует синэргически, способствуя более эффективному удалению свободных радикалов витамином Е. Тот же Хармен уверяет, что за счет различных поправок в нашей пище, а именно за счет снижения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1 % и потребления достаточных количеств витаминов Е и С, можно добиться, придерживаясь правильной диеты, продления жизни. Он убежден, что такой подход к диете людей пожилого возраста может дать значительный положительный эффект. Диеты «с учетом свободных радикалов», заключает Хармен, открывают перед нами «перспективы продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет».
При подготовке данной работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru
www.referatmix.ru
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургская государственная академия
Ветеринарной медицины»
Кафедра патологической физиологии
РЕФЕРАТ
на тему: Современные теории старения
Выполнил студент
3 курса 15 группы
Рогозин.А.А
Преподаватель:
Санкт-Петербург 2013
Содержание:
1.Введение
Расшифровка механизма старения человека и животных является одной из фундаментальных проблем всей современной науки. Понимание процессов старения позволит разработать новые методы, направленные на продление жизни человека. За последние десятилетия было предложено много теорий старения. В литературе имеются различные определения старения, наиболее четко, на наш взгляд, это сформулировано в словаре физиологических терминов: Старение – физиологический процесс, сопровождающийся закономерно возникающими в организме возрастными изменениями, имеющими в основе своей наследственно запрограммированный характер, ограничивающими его адаптационно-регуляторные механизмы и неизбежно приводящие к старости».
Наука, занимающаяся изучением изменений, связанных с естественным процессом- старением, называется геронтология. Изучением, лечением и профилактикой болезней старческого возраста занимается гериатрия.
Биология старения изучает инволютивно- возрастные изменения на субклеточном, клеточном, тканевом, органном и системном уровнях организма животных и человека. При изучении биологических механизмов старения обращают внимание на онтобиологические изменения, коррелирующие с биологическим возрастом живых форм, видоспецифические изменения, свойственные организмам определенного вида, хронобиологические изменения, отражающие принципы временной организации живых систем, а также на межпопуляционную и межиндивидуальную вариабельность возрастного процесса.
В зависимости от характеристик инволюционно-возрастных изменений различают: естественное (физиологическое, нормальное), ускоренное (преждевременное, патологическое), замедленное (ретардированное) старение.
Для «естественного» старения характерны скорость развертывания и последовательность инволютивно-возрастных проявлений, соответствующие биологическим адаптиционно-регуляторным возможностям представителям данной популяции. «Ускоренному» старению свойственно более раннее развитие инволютивно-возрастных проявлений или более выраженное их проявление в соответсвующих возрастах.
«Замедленное» старение отличается сравнительно более низкой скоростью инволютивно-возрастных проявлений. Закономерным проявлением такого старения является феномен долголетия.
В процессе старения постепенно снижаются обменные процессы, потребление кислорода, количество выделяемой углекислоты. Клетки обедняются водой, снижается содержание в тканях калия, фосфора, магния, а количество кальция, натрия, хлора возрастает. Кальций все больше откладывается в стенках сосудов, делая их более хрупкими из-за сужения просвета, неспособными поставлять необходимое количество крови тканям. Ослабляется деятельность сердца, падают ударный и минутный объем. Подвергнутые склерозу почки уменьшают диурез. Из-за снижения выработки пищеварительных ферментов недостаточна усвояемость корма. Снижается, а затем и выпадает репродуктивная функция. Постепенная инволюция лимфоидной ткани ведет к ингибиции иммунной системы. Повышается чувствительность к патогенам различного происхождения.
2. Механизмы старения
Физиологические механизмы:
Мозг животных и человека, нервная система играют главную роль в старении. С возрастом нервная ткань подвергается износу на всех уровнях организации: структурном, биохимическом и функциональном.
Структурные изменения проявляются в значительной утрате количества нейронов в базальных ганглиях, мозжечке и спинном мозге. В головном мозге изменения затрагивают только небольшую часть нейронов.
Научно доказанным фактом в механизме старения является роль гипоталамуса. У человека с возрастом в гипоталамусе снижается концентрация норадреналина и ДОФА-декарбоксилазы, в то время как концентрация моноаминооксидазы и ацетихолинэстеразы увеличивается.
Старение сопровождается также снижением количества воды в мозговой ткани и изменением сосудистой циркуляции в мозге. В клетках нервной системы меняется состав липидов, усиливается активность свободно радикальных процессов, накапливаются мутации ДНК, снижается синтез белков.
Самым значимым функциональным изменением нервной системы у старых людей является заторможенность поведения. Это проявляется не только в двигательных реакциях, но и при сложных процессах усвоения информации, которые ассоциируются с краткосрочной памятью. Нарушения сна касаются фаз глубокого сна. От состояния центральной нервной системы (ЦНС) зависит также и осанка. Снижение функциональной активности вегетативной нервной системы проявляется в форме гипотонии, нарушении терморегуляции, расстройства желудочно-кишечного тракта и недержания мочи. В старости активность симпатической нервной системы повышается,
что может влиять на познавательные функции.
Иммунологические механизмы старения:
Иммунная система тесно связана с системой гемопоэза (системой кроветворения). Они обе имеют единое происхождение от общих поливалентных стволовых клеток, которые содержатся в костном мозге. Эти системы играют ключевую роль в защите организма, предупреждении
опухолей (иммунный надзор) и возникновении ответа на инфекционные агенты. Оказывается, что с возрастом основной гемопоэз у животных и человека не изменяется. Правда, резервные возможности этой системы могут сужаться, что и приводит к снижению способности реагировать на стрессовые воздействия. Периферические лимфоидные органы, такие как селезенка и лимфоузлы, с возрастом не претерпевают изменений в размерах. Продукция стволовых клеток хорошо сохраняется в зрелом возрасте. Обмен цинка, который играет существенную роль в иммунокомпетенции, в старости снижается.
Поэтому очень важно включать в свой рацион достаточное количество продуктов, содержащих цинк (пшеничные отруби, печень телячья жареная, угри вареные, говядина, дрожжи, кедровые орехи, сыр пармезан, желток яичный, анчоусы, куриное мясо, молоко цельное). Иммунная и нервная системы связаны через эндокринную систему. Это взаимодействие осуществляется главным образом циркуляцией гуморальных факторов посредством эпифизарно-гипоталамо-гипофизарной системы.
3. Теория клеточного старения
Фибробласты эмбриона человека способны делиться ограниченное число раз, примерно 50. После нескольких фаз способность клеток к пролиферации (делению) исчерпывается, и в таком состоянии клетки способны находиться длительное время. Эта последняя фаза жизни клеток в культуре была
уподоблена клеточному старению, а сам феномен получил по имени автора название «лимит Хейфлика» (стадия смертности).
В отличие от половых и стволовых клеток большинство типов соматических клеток имеет ограниченный пролиферативный потенциал in vitro (в пробирке).
Апоптоз и продолжительность жизни
В 1982 году С. Р. Уманский высказал предположение, что старение может быть следствием плейотропного действия генов, ответственных за реализацию программированной клеточной гибели, — апоптоза. Проявление активности этих генов приводит к постепенной убыли так называемых «критических» популяций клеток (в первую очередь клеток нервной системы), что, в сущности, и ведет к проявлению многих факторов старения.
Другую точку зрения на роль апоптоза в старении высказали другие авторы, полагавшие, что снижение жизнеспособности организмов является результатом самодеструкции клеток, индуцируемой не генами, а различными факторами окружающей среды.
Существуют два способа реализации апоптоза.
1. Элиминация поврежденных стареющих клеток, которые затем могут быть заменены путем клеточной пролиферации. Этот процесс обеспечивает сохранение тканевого гомеостаза.
2. Удаление постмитотических клеток, то есть клеток, не способных к делению, которые не могут быть возобновлены (кардиомициты, нейроны). Этот процесс
приводит к развитию патологии.
В норме апоптоз удаляет поврежденные клетки, и этот механизм у млекопитающих является важнейшим для защиты организма от рака.
Однако с возрастом происходит накопление клеток, резистентных (устойчивых) к апоптозу, что вызывает множественные повреждения, которые приводят в ко-
нечном счете к неоплазии, нейродегенеративным процессам или первичной смерти вследствие инфаркта миокарда.
4.Молекулярно-генетические теории
Молекулярно-генетические теории подразделяются на две большие группы. Одни ученые считают процесс старения закономерным, наследственно запрограммированным результатом развития организма. Но пока известны только отдельные элементы этой программы – регуляторные гены, меняющие активность синтеза РНК и белков другими генами на всех этапах существования организма, от первых делений яйцеклетки до последнего вздоха. Другие уверены, что старение – результат накопления случайных мутаций, ошибок в системе хранения и передачи генетической информации. Правы, как это часто бывает, и те, и другие, и многие из третьих.
Теломерная теория
В 1961 году американский геронтолог Л. Хейфлик установил, что «в пробирке» клетки кожи – фибробласты – могут делиться не более 50 раз. В 1971 г . научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М. Оловников предложил гипотезу, по которой «предел Хейфлика» объясняется тем, что при каждом клеточном делении укорачиваются теломеры – концевые участки хромосом. В какой-то момент они укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться и теряет жизнеспособность. Открытие в 1985 г . фермента теломеразы, достраивающего укороченные теломеры в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие, стало блестящим подтверждением теории Оловникова. Правда, предел в 50-60 делений справедлив далеко не для всех клеток: раковые и стволовые клетки теоретически могут делиться бесконечно долго даже в культуре, в живом организме стволовые клетки могут делиться не десятки, а тысячи раз, но связь старения клеток с укорочением теломер является общепризнанной.
Теломеры необходимы для начала репликации (удвоения) ДНК: к ним прикрепляется РНК-затравка, с которой на каждой из нитей двойной спирали ДНК начинается синтез второй нити, комплементарной первой. После каждого деления клетки часть концевых нуклеотидов на каждой из вновь образованных хромосом безвозвратно теряется вместе с РНК-затравкой. Когда рано или поздно хромосома израсходует все нуклеотиды своих теломер, клетка не сможет делиться и через некоторое время погибает.
У эмбриона, в клетках-предшественниках сперматозоидов и яйцеклеток и клетках опухолей оставшиеся без парных нуклеотидов участки теломер достраивает фермент теломераза.
Она состоит из нескольких белковых глобул и нити РНК, в которой (у человека) на 450 оснований приходится только одна значащая – комплементарная теломерной – последовательность.
С ее помощью на последних этапах удвоения хромосом теломераза присоединяется к началу обреченного на гибель участка ДНК, достраивает небольшой отрезок из комплементарных ему нуклеотидов, передвигается на шаг к концу хромосомы – и так до тех пор, пока не восстановит исходную длину теломеры.
Вторую, комплементарную нить концевого участка ДНК достраивают ДНК-полимераза и остальной комплекс ферментов, за счет которых происходит удвоение нитей ДНК при делении клетки.
5. Свободно радикальная теория
Согласно этой теории продуцируемые главным образом в митохондриях клеток молекулы супероксида (О, Н2О2, НО и, возможно, синглетного кислорода О2) повреждают клеточные макромолекулы, такие как ДНК, белки, липиды. Кроме того, активные формы кислорода повреждают мембраны клеток, коллаген, хроматин, структурные белки.
Правда, эти «вредоносные» радикалы в большинстве своем нейтрализуются еще до того, как они успеют повредить те или иные компоненты клетки. Главную роль в такой защите принадлежит ферменту супероксиддисмутазе
(СОД). Установлена высокая корреляция между активностью основного обмена, активностью СОД и максимальной продолжительностью жизни (МПЖ). Кроме СОД, положительную роль играют α-каротин (витамин А), β-токоферол (витамин Е), мочевая кислота и др. Показано, что видовая продолжительность жизни напрямую зависит от активности этих ферментов и содержания данных компонентов в сыворотке крови. С возрастом происхо-
дит снижение общей антиокислительной и антирадикальной активности крови у людей.
6. Адаптационно-регуляторная теория
Модель старения, разработанная выдающимся украинским физиологом и геронтологом В.В. Фролькисом в 1960-70-х гг., основана на широко распространенном представлении о том, что старость и смерть генетически запрограммированы. «Изюминка» теории Фролькиса состоит в том, что возрастное развитие и продолжительность жизни определяются балансом двух процессов: наряду с разрушительным процессом старения развертывается процесс «антистарения», для которого Фролькис предложил термин «витаукт» (лат. vita – жизнь, auctum – увеличивать). Этот процесс направлен на поддержание жизнеспособности организма, его адаптацию, увеличение продолжительности жизни. Представления об антистарении (витаукте) получили широкое распространение. Так, в 1995 г. в США состоялся первый международный конгресс по этой проблеме.
referat911.ru
Содержание
Введение
1. Теории старения
2. Наследственное преждевременное старение
2.1 Синдром Хатчинсона-Гилфорда
2.2 Синдром Вернера
2.3 Синдром Ротмунда-Томсона
2.4 Синдром Коккейна
2.5 Синдром Дауна
3. Гены гибели и долголетия у Drosophila melanogaster
4. Теломерная теория старения
5. Гены долголетия человека
Заключение
Список использованных источников
Введение
Продолжительность жизни является комплексным количественным признаком. Выявление генетических механизмов ее формирования - фундаментальная проблема биологии развития, эволюционной генетики и молекулярной геронтологии.
Среди множества факторов, ограничивающих продолжительность жизни организма, включая несчастные случаи, голод, хищничество и паразитизм, только старение является пока неустранимой "внутренней" причиной.
Старение в биологии - процесс постепенного угнетения основных функций организма, в том числе регенерационных и репродуктивных, вследствие чего организм становится менее приспособленным к условиям окружающей среды (теряет способность противостоять стрессам, болезням и травмам), что делает гибель организма неизбежной. Даже в благоприятных лабораторных условиях старение проявляется у подавляющего большинства видов животных.
Старение протекает с разными скоростями у разных видов, что, по всей видимости, указывает на то, что причиной старения является не только механический износ, но и генетическая обусловленность. Старение - комплексный процесс взаимодействия генов и среды, регулируемый стрессом, метаболическими факторами и репродукцией, а также защитными системами на уровне клетки, ткани и организма. Геномная регуляция еще не доказывает того, что старение "запрограммировано". Изменение активности (экспрессии) определенных генов, наблюдаемое при старении, может быть ответом на случайные повреждения (молекулярные ошибки, оксидативный стресс) или отражать побочные плейотропные (множественные) эффекты генов, контролирующих процессы роста, развития и метаболизма.
1. Теории старения
·Молекулярно-генетическая теория (Теория согласно которой, основной причиной старения является старение генетического аппарата клетки. Одна из основных теорий на сегодня)
·Теломерная теория (В Америке 1961 году ученый - геронтолог Л. Хейфлик установил, что человеческие фибробласты - клетки кожи, способные к делению, - "в пробирке" могут делиться не более 50 раз. Теория не получила развития и одобрения коллег.)
·Элевационная (онтогенетическая) теория старения (Главная причина старения - это возрастное снижение чувствительности гипоталамуса к регуляторным сигналам, поступающим от нервной системы и желез внутренней секреции)
·Адаптационно-регуляторная теория (Теория старения, разработанная знаменитым украинским - физиологом и геронтологом В.В. Фролькисом в 1960-70-х гг., основана на широко распространенном представлении о том, что смерть и старость генетически запрограммированы)
·Теория свободных радикалов (Согласно этой теории, причиной нарушения функционирования клеток являются необходимые для многих биохимических процессов свободные радикалы - активные формы кислорода, синтезируемые главным образом в митохондриях - энергетических фабриках клеток.)
·Старение - это ошибка (Основой теории стало то, что радиация вызывает мутацию клеток, что приводит к старению организма в целом)
·Теория апоптоза (самоубийства клеток) (Академик В.П. Скулачев называет свою теорию теорией клеточного апоптоза. Апоптоз - процесс запрограммированной гибели клетки.)
старение долголетие теория ген
2. Наследственное преждевременное старение
2.1 Синдром Хатчинсона-Гилфорда
Крайне редкое заболевание. Его частота составляет 1 на 1 000 000 человек. Фенотип пациентов чрезвычайно характерный: маленький рост, "птичье лицо" с клювообразным профилем, преобладание размеров мозговой части черепа над лицевой, выступающая венозная сеть на коже мозговой части, как правило, обнаженной вследствие аллопеции, часто тотальной, с выпадением бровей и ресниц. Наблюдается резкая гипоплазия ключиц, дефекты формы и числа зубов, сухая истонченная кожа, практически полное отсутствие подкожной жировой клетчатки, отставание в развитии, особенно физическом. Больные бесплодны, хотя в литературе описан случай рождения ребенка у пацентки с синдромом Хатчинсона - Гилфорда. Средняя продолжительность жизни описанных носителей синдрома - 13 лет (как редкое наблюдение описан единственный 45-летний пациент). Причиной смерти, как правило, служит инфаркт миокарда, с выявлением на аутопсии генерализованного атеросклероза и фиброза миокарда, а также отложения жироподобного вещества в тканях мозга и паренхиматозных органов.
Репарация ДНК при синдроме Хатчинсона - Гилфорда нарушена: установлено, что клетки его носителей не способны избавляться от вызываемых химическими агентами сшивок ДНК-белок. Но главная диагностическая особенность клеток больных с данным синдромом состоит в резко сниженном, по сравнению с нормой, количестве делений, которое способны пройти клетки в культуре (так называемый лимит, или число Хейфлика). В 1971 г.А.М. Оловников высказал предположение об укорочении хромосомных теломер в процессе развития клеток. А в 1992 г. было показано, что для клеток пациентов с синдромом Хатчинсона - Гилфорда характерно врожденное укорочение теломер. Анализ взаимосвязи между лимитом Хейфлика, длиной теломер и активностью теломеразы (фермента, способного наращивать конец теломерной ДНК) дает возможность соотнести естественное старение и процесс формирования клинической картины при синдроме Хатчинсона - Гилфорда.
Крайне низкая частота встречаемости данной формы прогерии позволяет лишь высказывать гипотезы о типе наследования. Аутосомно - рецессивный тип предполагается отдельные черты преждевременного старения.
2.2 Синдром Вернера
Причиной данной болезни является неполноценное развитие гипофиза (основная эндокринная железа, расположена в основании головного мозга; регулирует действие гормональной системы) ещё во внутриутробный период в результате перенесённой беременной женщиной инфекции, интоксикации, травмы. Возможна и наследственная предрасположенность к неполноценному развитию гипофиза
Симптомы и признаки:
§проявляется патологией кожи - участками истощения, атрофии, изъязвления или участками утолщения кожи
§преждевременным облысением и поседением волос
§в гипофизе иногда обнаруживаются кисты
§больные бывают низкорослые (карликового роста) с атрофированными половыми органами
§изредка встречается гинекомастия (развитие у мужчины молочных желез по женскому типу при некоторых эндокринных заболеваниях)
§часто бывает пучеглазие и катаракта (помутнение глазного хрусталика)
§жалобы на быструю утомляемость
§при рентгенологическом исследовании часто обнаруживается обызвествление артерий, остеопороз (заболевание, характеризующееся снижением плотности костей, химический состав кости не изменяется, но снижается её плотность, уменьшается прочность и увеличивается вероятность переломов)
§при лабораторной диагностике выявляется повышенный уровень сахара в крови и снижение уровня 17 - кетостероидов в моче (читайте на сайте статью "17-кетостероиды")
Вернера синдром (ВС) (прогерия взрослых) - редкое наследственное аутосомно-рецессивное соединительнотканное заболевание (М1М 272 700). Проявляется преждевременным старением кожи, поражением нервной, эндокринной, костной и других систем организма, а также увеличением риска развития злокачественных новообразований внутренних органов и кожи: сарком, меланомы, немеланотических раков кожи, лимфом кожи и др. Болеют чаще мужчины 20-30 лет. Молекулярная основа ВС связана с мутациями в гене WRN, кодирующего ДНК-хеликазу. У больных ВС отмечено снижение активности натуральных киллеров, что может быть причиной повышения частоты опухолей. Однако связь ВС с другими синдромами преждевременного старения, такими как метагерия, акрогерия и прогерия, не определена.
Обоим синдромам свойственно ускоренное развитие обычных признаков естественного старения, однако в первом случае они начинают развиваться с рождения и больные редко доживают до 20 лет. Во втором случае ускоренное старение начинается с периода полового созревания и продолжительность жизни может достигать 30-40 лет. Отмечают, что смерть наступает при характерных для глубокой старости явлениях угасания функций либо от типичной возрастной патологии, включая рак, сердечную недостаточность, мозговые нарушения и другие заболевания. Недавно ген синдрома Вернера (WRN) был клонирован.
2.3 Синдром Ротмунда-Томсона
редкий наследственный симптомокомплекс, характеризующийся специфическим поражением кожи (пойкилодермия, гиперкератоз), катарактой, фоточувствительностью, дистрофией волос, ногтей, зубов, низким ростом, гипогонадизмом, нарушением оссификации, увеличенным риском развития злокачественных неоплазий. В редких случаях возможна задержка умственного развития. Диапазон и выраженность клинических признаков у больных могут широко варьировать.
Впервые данный синдром был описан немецким офтальмологом August von Rothmund-младшим в 1868 г., который отметил сочетание двусторонней катаракты со своеобразным поражением кожи (дисхромия, телеангиэктазии) у ребенка из изолированной вырождающейся альпийской деревни.
Значительно позже, в 1923 г., британский дерматолог M. S. Thomson описал "до настоящего времени неописанную наследственную болезнь" и назвал ее "poikiloderma congenita", характеристики клинической картины которой были идентичны кожным проявлениям, отмеченным ранее Ротмундом (по всей видимости, автор не знал о публикации немецкого офтальмолога). При этом Томсон не отмечал у больного поражения глаз, что послужило поводом к выделению самостоятельной нозологии, названной в его честь.
В то же время ряд авторов отрицают существование синдрома Томсона, указывая на возможность формирования так называемого "неполного" синдрома Ротмунда, при котором в клинической картине заболевания отсутствует катаракта. Попытку примирить разнящиеся точки зрения сделал P. Wodniansky, предложив использовать единое обозначение этих симптомов - "врожденная пойкилодермия".
В последние три десятилетия возобладало мнение о тождественности синдромов, что привело к упоминанию фамилий обоих авторов при нозологическом обозначении заболевания - синдром Ротмунда-Томсона. И, наконец, в пользу термина "синдром Ротмунда-Томсона" сделал свой выбор O. Braun-Falco, подчеркнув, что катаракта развивается примерно у 50% больных.
2.4 Синдром Коккейна
Наследуется по аутосомно-рецессивному типу, при этом мужчины и женщины заболевают с одинаковой частотой. В случае развития этой патологии можно заметить атрофические изменения со стороны кожи и подкожной жировой клетчатки, толщина которых заметно уменьшается, возникает повышенная чувствительность к солнечному свету, размеры головы чрезмерно маленькие, по мере роста все более отчетливой становится непропорциональная карликовость, появляются признаки умственной отсталости. При более тщательном обследовании в специализированном стационаре выявляются патологические изменения со стороны органа зрения (дегенеративные изменения сетчатки, атрофия зрительного нерва). Такие люди зачастую страдают снижением слуха вплоть до глухоты. Помимо того, часто отмечаются нарушения со стороны нервной системы (атаксия, периферическая нейропатия).
Дети с этой наследственной патологией рождаются абсолютно нормальными, совершенно ничем не отличаясь от здоровых. Признаки заболевания могут развиться очень рано, в возрасте 6 месяцев, но в большинстве случаев начинают появляться на 2-3-м году жизни. Первым проявлением синдрома Коккейна является повышенная чувствительность к солнечному свету открытых участков тела, что выражается в появлении после инсоляции отечности и покраснения, которые располагаются на лице в виде бабочки. Иногда могут появляться и буллезные высыпания. Кроме того, ребенок начинает заметно отставать в росте от своих сверстников, отстает также и в массе, умственном развитии, отличается эмоциональной нестабильностью, нарушением походки, речи. Больные имеют характерный внешний вид: истощены, имеют низкий рост, маленькую голову, старческий вид, "птичий" нос, запавшие глаза, большие уши, верхняя челюсть чрезмерно выступает вперед, передние зубы сильно наклонены вперед, конечности непропорционально длинные, кисти и стопы больших размеров, синюшное окрашивание кожи кончика носа, ушей, пальцев и губ, суставы деформированы, отмечается искривление позвоночника, грудная клетка узкая. При проведении рентгенологического исследования выявляют утолщение костей черепа, отложения солей кальция в полости черепа и некоторые другие характерные признаки рассматриваемого синдрома. В результате врожденного недоразвития желез снижена интенсивность пото - и слезоотделения, волосы тонкие, редкие, рано седеют. Помимо изменений со стороны сетчатки, можно отметить появление светобоязни, помутнение роговицы, катаракту. Нарушения со стороны нервной системы обычно проявляются заиканием и патологическими движениями глазных яблок. Половое развитие в большинстве случаев нарушено. Прогноз при этом синдроме неблагоприятный, заболевание протекает постоянно прогрессируя, в большинстве случаев заканчивается летальным исходом между 20 и 30 годами от последствий сосудистого атеросклероза.
2.5 Синдром Дауна
Возникает в результате генетической аномалии. Впервые признаки людей с синдромом Дауна описал в 1866 году английский врач Джон Лэнгдон Даун (Down), чье имя и послужило названием для данного синдрома.
Синдром Дауна возникает в результате генетической аномалии. Впервые признаки людей с синдромом Дауна описал в 1866 году английский врач Джон Лэнгдон Даун (Down), чье имя и послужило названием для данного синдрома. Причина же синдрома была обнаружена лишь в 1959 году французским ученым Жеромом Леженом (Lejeune).
Синдром возникает из-за процесса расхождения хромосом при образовании гамет (яйцеклеток и сперматозоидов), в результате чего ребенок получает от матери (в 90% случаев) или от отца (в 10% случаев) лишнюю 21-ю хромосому. У большинства больных синдромом Дауна имеется три 21-х хромосомы вместо положенных двух; в 5 8% случаев аномалия связана с присутствием не целой лишней хромосомы, а ее фрагментов.
Из характерных внешних признаков синдрома отмечают плоское лицо с раскосыми глазами (как у монголоидной расы, поэтому раньше это заболевание называли монголизмом - mongolism), широкими губами, широким плоским языком с глубокой продольной бороздой на нем. Голова круглая, скошенный узкий лоб, ушные раковины уменьшены в вертикальном направлении, с приросшей мочкой, глаза с пятнистой радужной оболочкой (пятна Брушфельда - Brushfield's spots). Волосы на голове мягкие, редкие, прямые с низкой линией роста на шее. Для людей с синдромом Дауна характерны изменения конечностей - укорочение и расширение кистей и стоп (акромикрия). Мизинец укорочен и искривлен, на нем только две сгибательные борозды. На ладонях только одна поперечная борозда (четырехпалая). Отмечаются неправильный рост зубов, высокое небо, изменения со стороны внутренних органов, особенно пищевого канала и сердца.
3. Гены гибели и долголетия у Drosophila melanogaster
Плодовая мушка Drosophila melanogaster - хорошая модель для изучения генетических компонентов долголетия. Как и в случае с С. elegans, мутанты дрозофилы, имеющие разную продолжительность жизни, были индуцированы с помощью химического мутагенеза. Среди полученных линий некоторые имели мутации в гене супероксиддисмутазы (СОД). Гомозиготные по этому гену мутанты развивались нормально, но продолжительность их взрослой жизни сократилась с 60 до 10 сут [Phillips ea 1989]. Было показано, что такие мутанты имеют повышенную чувствительность к веществам, продуцирующим свободные радикалы, и их сперма недостаточно активна. Это может указывать на важность СОД в защите ДНК от повреждений в ходе гаметогенеза. С другой стороны, особи с увеличенным числом копий генов СОД и каталазы имели большую среднюю и максимальную продолжительность жизни. Ускоренное старение у D. melanogaster является результатом не только мутаций в специфических генах, но и изменений в экспрессии эпигенетических факторов. Так, у старых мушек было обнаружено резкое снижение экспрессии белка фактора элонгации EF-la, предшествующее общему снижению синтеза белков. Добавление с помощью генетических манипуляций в геном мушек дополнительных копий гена EF-la [Shepherd ea 1989] привело к значительному увеличению продолжительности жизни этих мушек.
Среди линий плодовых мух с инсерцией P-элемента были обнаружены долгоживущие мутанты Indy (I am not dead yet) с двукратно увеличенной средней продолжительностью жизни и увеличенной на 50% максимальной продолжительностью жизни (Rogina et al., 2000). Этот ген кодирует белок, гомологичный переносчику Na-дикарбоксилазы млекопитающих, ответственной за захват и обратный захват таких субстратов в цикле Кребса, как янтарная кислота, цитрат и альфа-кетоглютарат.
Также к увеличению продолжительности жизни дрозофил приводит мутация в рецепторе стероидного гормона экдизона. (Simon et al., 2003). Гетерозиготные мухи с такими мутациями живут на 40-50% дольше мух дикого типа и характеризуются повышенной устойчивостью к стрессу. У них отсутствуют дефекты в овогенезе и сперматогенезе, что позволяет предполагать, что увеличение продолжительности жизни у этих мутантов обусловлено изменениями в репродуктивной системе.
4. Теломерная теория старения
Американским биохимиком и геронтологом Л. Хейфликом (Hayflick L.) в 1961г. были опубликованы исследования по продолжительности жизни фибробластов человека in vitro. Было установлено, что клетки могут делиться (а значит и самообновляться) не более 50 раз. Это явление названо лимитом Хейфлика. Сам ученый не смог предложить достаточно обоснованного объяснения обнаруженному явлению. Позднее, в 1971г. научный сотрудник Института биохимической физики РАН А.М. Оловников, используя данные о принципах синтеза ДНК в клетках, предложил гипотезу, по которой "предел Хейфлика" объясняется тем, что при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются. У хромосом имеются особые концевые участки - теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче, и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться. Тогда она постепенно теряет жизнеспособность - именно в этом, согласно теломерной теории, и состоит старение клеток.
Некоторые же клетки способны делиться постоянно. Например, половые клетки. Известны культуры раковых клеток, продолжающих свое деление на протяжении более сотни лет. Это явление нашло объяснение в 1985г, когда был обнаружен фермент, позволяющий восстанавливать редуцированный участок ДНК - теломераза. Это открытие, в свою очередь, подтвердило теломеразную теорию старения.
Также было установлено, что предел в 50-80 делений человеческие клетки должны исчерпать за приблизительное время в 120 лет, однако в большенстве случаев мы этого не видим, и к концу жизни организма, теломеры укорочены, как если бы клетка делилась именно 60 раз. Это объясняется тем, что теломеры укорачиваются не равномерно. Использовав регрессионный анализ данных о скорости укорочения теломер в клетках человека из 15 различных тканей и органов, (Takubo et al. 2002) установили, что они в среднем укорачиваются на 20-60 пар оснований в год. Авторы подчеркивают, что длина теломер не имеет отчетливой корреляции со временем обновления клеток in vivo и скорее является индивидуальной характеристикой. Теломераза - возможно и есть тот ключ к воротам бессмертия. Но существуют клетки, в которых теломеразная активность резко повышена и клетки продолжают делиться - раковые клетки. Дальнейшее изучение механизмов теломеразной активности продолжено.
5. Гены долголетия человека
В настоящее время принято считать, что только один ген аполипопротеина Е (АпоЕ) имеет существенное значение для долгожительства человека. У столетних выявлено отчетливое преобладание аллеля АпоЕ Е2 над аллелем Е4 (Schachter et al., 1994). Преобладание аллеля Е4, напротив, предрасполагает к гиперхолестеринемии, коронарной болезни сердца и болезни Альцгеймера (но не к раку или диабету). У лиц старше 90 лет риск болезни Альцгеймера, связанный с АпоЕ Е4, достигает плато. Более того, некоторые столетние с полиморфизмом Е4/Е4 полностью сохранны ментально, и неизвестно, определяется ли это защитным эффектом какого-либо гена или просто случайностью (Finch, Ruvkun, 2001). Полагают, что АпоЕ должен рассматриваться скорее как ген "хилости" (frailty), a не ген долголетия (Gerdes et al., 2000). На роль генов, определяющих долголетие (или "хилость"), могут претендовать и гены, определяющие МНС гаплотип, метиленотетрафолат редуктазы и знгиотензин-превращающего фермента.
Ген белка р53 также является чрезвычайно важным как для контроля эволюции раковых клеток, ограничивая их бесконтрольный рост и даже вызывая регрессию опухолей, так и для клеточного старения, выполняя функцию удаления старых, нефункционирующих клеток. Белок р53 ведет себя как антионкоген: его введение в трансформированные клетки подавляет их неконтролируемую пролиферацию. Было установлено, что если нормальный р53 участвует в контроле тканевого роста за счет активации генов, вовлеченных в подавление роста, его мутантные формы могут препятствовать этому процессу и инициировать образование опухолей. Мутации гена р53 являются наиболее распространенными мутациями в клетках опухолей человека и были найдены в опухолях различной локализации (Rodin, Rodin, 1998). Недавно были получены данные, что локус klotho ассоциирован с выживаемостью человека, определяемой как постнатальная ожидаемая продолжительность жизни, и также ассоциирован с долголетием, определяемым как ожидаемая продолжительность жизни после возраста 75 лет (Arking et ai., 2002).
Гены аполипопротеина Е (АпоЕ) и ангиотензин-превращающего фермента (АСЕ) играют важную роль в липидном метаболизме, а поскольку сердечно-сосудистые заболевания являются главной причиной смерти человека, то они непосредственно влияют на продолжительность жизни.
Установлено, что ограничение калорийности питания практически всех биологических объектов сопровождается увеличением продолжительности жизни. Ключевым биологическим параметром при этом является низкий уровень инсулина и IGF-1. Логично предположить, что генетически детерминированные изменения в геноме, приводящие к эффектам ограничения калорийности питания, могут реализоваться увеличением индивидуальной продолжительности жизни.
В целом результаты исследования кандидатных генов долгожительства человека довольно противоречивы. В значительной мере эти противоречия могут быть обусловлены гетерогенностью популяции и проблемами адекватного отбора лиц как для обследуемой группы, так и контроля
Заключение
Данные, полученные в опытах с низшими организмами (дрожжами, нематодой, дрозофилой), свидетельствуют о том, что старение и долголетие в определенной мере зависит от реакции на разнообразные стрессорные факторы (De Benedictis et al., 2001). У позвоночных иммуно-нейроэндокринная саморегулирующаяся система способна длительно эффективно функционировать, несмотря на накапливающиеся с возрастом повреждения. В этой связи заслуживает внимание развиваемая С. Franceschi и соавт. (2000с) точка зрения, что старение млекопитающих является последствием хронического стресса. Способность восстанавливаться после стресса с возрастом снижается. В генетически гетерогенных популяциях человека динамика способности поддерживать адекватно, то есть в сопоставимых с реакцией здоровых лиц пределах, реакцию на стресс, весьма сходна с зависимостью выживаемости от возраста (De Benedictis et al., 2001). Здоровые столетние (Franceschi et al., 2000a), по-видимому, представляют собой самый "хвост" такой кривой, которая формируется наиболее эффективно адаптирующимися индивидуумами, то есть теми, кто обладает способностью постоянно "перенастраивать" себя перед лицом возникающих во времени проблем.
Список использованных источников
1. Фролькис В.В. / Старение и увеличение продолжительности жизни. / Л.: Наука, 1988.
. Виленчик М.М. / Биологические основы старения и долголетия. / М.: Медицина, 1986.
. Конев В.С. / Энциклопедия долгожительства. / 2003.
. Анисимов В.Н. Приоритетные направления фундаментальных исследований в геронтологии: вклад России. Успехи геронтол. 2003; Т.12. С.9-27.
. Москалев АА Генетика и эпигенетика старения и долголетия/ Экологическая генетика, 2013. Т.11, N1. С.3-11
Теги: Основные теории старения Реферат Биологияdodiplom.ru
Филиал ФГБОУ ВПО
«Уфимский государственный авиационный технический университет»
в г. Кумертау
Кафедра ЕНиОТД
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Физика и естествознание»
на тему: «Современные теории старения живого организма»
Выполнил: ст.гр. ПИ-136д
Степанова Э.Ю.
Проверил: к.х.н., доцент
Муллаянов Р.Х.
Кумертау
Введение…………………………………………………………………...3
Старение-физиологический процесс……………………………….4
Механизмы старения…………………………………………………
Молекулярно-генетические теории………………………………..
Теория «перекрестных сшивок»……………………………….
Теломерная теория старения……………………………………
Элевационная теория старения……………………………………
Адаптационно-регуляторная теория………………………………
Стохастические (вероятностные) теории………………………………
Свободно-радикальная теория старения………………………….
Старение – это ошибка……………………………………………
Теория апоптоза…………………………………………………….
Другие современные теории старения живого организма…………….
Редусомная теория Оловникова…………………………………..
Теория Соматических мутаций………………………………………
Нарушения нервной деятельности…………………………………
«Программированное» старение…………………………………..
Теории старения Медавара и Захера……………………………….
Современная теория с учетом данных о роли серотонина ………
Теория антагонистической плейотропии……………………….
Социально-психологические подходы к старению и старости………
Заключение……………………………………………………………..
Литература……………………………………………………………….
Введение Расшифровка механизма старения человека и животных является одной из фундаментальных проблем всей современной науки. Понимание процессов старения позволит разработать новые методы, направленные на продление жизни человека. За последние десятилетия было предложено много теорий старения.
Исследование процесса старения, являющееся предметом изучения различных медико-биологических, психологических и социологических школ, показывает, что в течение жизни наступает определенный момент, в котором процесс развития, то есть обогащения и усложнения функционирования внутренних органов, а также соответствующего обеспечения организма, замедляется, а впоследствии переходит в стадию регресса, или инволюции, что получило название старения.
Понятия о сущности, причинах и механизмах старения со временем менялись. Это связывалось не только с развитием научных знаний, но и изменением особенностей старения в обществе. Росла прежде всего средняя продолжительность жизни, последнее определялось изменением условий жизни и социального строя, успехами медицины и другими преимуществами прогресса и цивилизации.
В настоящее время мы располагаем биологическими теориями старения и психологическими подходами к определению сущности старости и старения.
Старение-физиологический процесс
Старение – физиологический процесс, сопровождающийся закономерно возникающими в организме возрастными изменениями, имеющими в основе своей наследственно запрограммированный характер, ограничивающими его адаптационно-регуляторные механизмы и неизбежно приводящие к старости».
Наука, занимающаяся изучением изменений, связанных с естественным процессом- старением, называется геронтология. Изучением, лечением и профилактикой болезней старческого возраста занимается гериатрия.
Биология старения изучает инволютивно- возрастные изменения на субклеточном, клеточном, тканевом, органном и системном уровнях организма животных и человека. При изучении биологических механизмов старения обращают внимание на онтобиологические изменения, коррелирующие с биологическим возрастом живых форм, видоспецифические изменения, свойственные организмам определенного вида, хронобиологические изменения, отражающие принципы временной организации живых систем, а также на межпопуляционную и межиндивидуальную вариабельность возрастного процесса.
В зависимости от характеристик инволюционно-возрастных изменений различают: естественное (физиологическое, нормальное), ускоренное (преждевременное, патологическое), замедленное (ретардированное) старение.
Для «естественного» старения характерны скорость развертывания и последовательность инволютивно-возрастных проявлений, соответствующие биологическим адаптиционно-регуляторным возможностям представителям данной популяции. «Ускоренному» старению свойственно более раннее развитие инволютивно-возрастных проявлений или более выраженное их проявление в соответсвующих возрастах.
«Замедленное» старение отличается сравнительно более низкой скоростью инволютивно-возрастных проявлений. Закономерным проявлением такого старения является феномен долголетия.
В процессе старения постепенно снижаются обменные процессы, потребление кислорода, количество выделяемой углекислоты. Клетки обедняются водой, снижается содержание в тканях калия, фосфора, магния, а количество кальция, натрия, хлора возрастает. Кальций все больше откладывается в стенках сосудов, делая их более хрупкими из-за сужения просвета, неспособными поставлять необходимое количество крови тканям. Ослабляется деятельность сердца, падают ударный и минутный объем. Подвергнутые склерозу почки уменьшают диурез. Из-за снижения выработки пищеварительных ферментов недостаточна усвояемость корма. Снижается, а затем и выпадает репродуктивная функция. Постепенная инволюция лимфоидной ткани ведет к ингибиции иммунной системы. Повышается чувствительность к патогенам различного происхождения.
2. Механизмы старения Физиологические механизмы: Мозг животных и человека, нервная система играют главную роль в старении. С возрастом нервная ткань подвергается износу на всех уровнях организации: структурном, биохимическом и функциональном. Структурные изменения проявляются в значительной утрате количества нейронов в базальных ганглиях, мозжечке и спинном мозге. В головном мозге изменения затрагивают только небольшую часть нейронов. Научно доказанным фактом в механизме старения является роль гипоталамуса(это внешний подкорковый центр вегетативной нервной системы). У человека с возрастом в гипоталамусе снижается концентрация норадреналина и ДОФА-декарбоксилазы, в то время как концентрация моноаминооксидазы и ацетихолинэстеразы увеличивается. Старение сопровождается также снижением количества воды в мозговой ткани и изменением сосудистой циркуляции в мозге. В клетках нервной системы меняется состав липидов, усиливается активность свободно радикальных процессов, накапливаются мутации ДНК, снижается синтез белков. Самым значимым функциональным изменением нервной системы у старых людей является заторможенность поведения. Это проявляется не только в двигательных реакциях, но и при сложных процессах усвоения информации, которые ассоциируются с краткосрочной памятью. Нарушения сна касаются фаз глубокого сна. От состояния центральной нервной системы (ЦНС) зависит также и осанка. Снижение функциональной активности вегетативной нервной системы проявляется в форме гипотонии, нарушении терморегуляции, расстройства желудочно-кишечного тракта и недержания мочи. В старости активность симпатической нервной системы повышается, что может влиять на познавательные функции
Иммунологические механизмы старения: Иммунная система тесно связана с системой гемопоэза (системой кроветворения). Они обе имеют единое происхождение от общих поливалентных стволовых клеток, которые содержатся в костном мозге. Эти системы играют ключевую роль в защите организма, предупреждении опухолей (иммунный надзор) и возникновении ответа на инфекционные агенты. Оказывается, что с возрастом основной гемопоэз у животных и человека не изменяется. Правда, резервные возможности этой системы могут сужаться, что и приводит к снижению способности реагировать на стрессовые воздействия. Периферические лимфоидные органы, такие как селезенка и лимфоузлы, с возрастом не претерпевают изменений в размерах. Продукция стволовых клеток хорошо сохраняется в зрелом возрасте. Обмен цинка, который играет существенную роль в иммунокомпетенции, в старости снижается.
Поэтому очень важно включать в свой рацион достаточное количество продуктов, содержащих цинк (пшеничные отруби, печень телячья жареная, угри вареные, говядина, дрожжи, кедровые орехи, сыр пармезан, желток яичный, анчоусы, куриное мясо, молоко цельное). Иммунная и нервная системы связаны через эндокринную систему. Это взаимодействие осуществляется главным образом циркуляцией гуморальных факторов посредством эпифизарно-гипоталамо-гипофизарной системы.
Теории старения объясняют причины и механизмы старения. Механизмы старения проявляются в сотнях типах изменений на всех уровнях – от молекулярного до физиологического. Старение – это комплекс процессов, каждый из которых снижает сопротивляемость организма. В совокупности эти процессы могут усиливать влияние друг друга на человеческий организм.
Единой теории старения сегодня не существует
Ученые-геронтологи сходятся в том, что старение обусловлено многими причинами. Большинство современных теорий старения базируются на изучении отдельных процессов, происходящих при старении организма.
studfiles.net
Сколько может прожить человек? Отчего одни люди живут дольше других? Существуют ли «секреты» долгожительства и можем ли мы с вами ими воспользоваться? На эти вопросы отвечают разнообразные науки.
Систематическое изучение продолжительности человеческой жизни началось в конце XVIIв., и на-ча.ло этому положил английский астроном эдмунд Галлей, тот самый, что открыл комету Галлея. Пы-таясь вывести математическую закономерность, которая позволила бы определить возможную продолжительность жизни, Галлей взял данные о смертности жителей польского города Бреслау (теперешний Вроцлав), в ту пору входившего в состав Германии, и составил так называемую «таблицу жизни», из которой было видно, сколько человек умирло в том или ином возрасте. По расчетам ученого, ожидаемая продолжительность жизни жителя Бреслау в среднем составляла 34 года.
В XVIII—XIX столетиях науку о продолжительности жизни значительно продвинули вперед математики, работавшие в страховых компаниях - последние были заинтересованы в возможно более точных пределениях вероятной продолжительности жизни, так это позволяло вычислить сумму взносов, приносящих прибыль по большинству страховых полисов. Первым математиком, составившим «таблицы жизни» для страховых компаний, был Джеймс Додсон.
Гипотезы износа.
Наиболее примитивные механистические гипотезы рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Известность получила одна из первых общебиологических теорий, предложенная Н. Рубнером (1908). Автор исходил из существования обратной зависимости между интенсивностью обмена, энергией и продолжительностью жизни: «энергетическая теория старения». Согласно расчетам Рубнера, количество энергии на 1 кг массы тела, которое может быть израсходовано за всю взрослую жизнь, постоянно у всех животных, и'только человек имеет энергетический фонд в 3—4 раза больший, чем другие животные. Впоследствии это рассуждение не подтвердилось для многих видов. Неверным с точки зрения геронтологии был и вытекающий отсюда вывод, что для продления своей жизни человек должен проявлять минимальную активность. На самом деле ситуация противоположная, и пассивный образ жизни сокращает ее срок.
Гено-регуляторная гипотеза.
Согласно этой концепции первичные изменения происходят в регуляторных генах — наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения тех генов (структурных), от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Прямых доказательств возрастных изменений ДНК немного. В последнее время высказывалось предположение о связи старения с участками ДНК, некоторые из которых сокращаются в размерах при старении. Сообщалось и об открытии особого хромосомного фермента, препятствующего старению ДНК и способного омолаживать клетки человека (В. Райт и сотрудники).
Нейро-эндокринные и иммунные гипотезы.
Нейроэндокринная система человека является основным регулятором его жизненных функций. Поэтому с самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие механизмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейро-эндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлениям о первичном значении изменений деятельности той или иной конкретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно, половых желез и т. д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся нейро-эндокринная ситуация организма.
Довольно широкую известность получили гипотезы, связывающие старение с первичными изменениями в гипоталамусе. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, генератор биологических ритмов организма, играющий ведущую роль в регуляции деятельности желез внутренней секреции, которая осуществляется через центральную эндокринную железу — гипофиз.
Согласно гипотезе «гипоталамических часов» (Дильман, 1968, 1976), старость рассматривается как нарушение внутренней среды организма, связанное с нарастанием активности гипоталамуса. В итоге в пожилом возрасте резко увеличивается секреция гипоталамических гормонов (либеринов) и ряда гормонов гипофиза (гонадотропинов, соматотропина), а также инсулина. Но наряду со стимуляцией одних структур гипоталамуса, другие при старении снижают свою активность, что приводит к «разрегулированию» многих сторон обмена и функции организма.
Молекулярно-генетические гипотезы.
Наибольшее внимание обычно привлекают молекулярно-генетические гипотезы, объясняющие процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором — как случайные. Таким образом, старение может являться запрограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.
Если придерживаться первого мнения, то старение, по сути, становится, продолжением развития, в течение которого, в определенной, закрепленной в эволюции последовательности включаются и выключаются различные участки генома. Тогда при «растягивании» программы развития замедляется работа «биологических часов», задающих темп программе старения. Например, в опытах с ограничением питания в молодом возрасте (животные с «продленной жизнью») происходит замедление роста, а следовательно, и старения, хотя механизм далеко не так прост. Предполагается, что замедление роста и отодвигание полового созревания и достижения окончательных размеров тела приводит к увеличению продолжительности жизни. То есть, старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.
Старение по ошибке
Была впервые предложена Л. Оргелем (1963). Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и другие). Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК.
В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность в системе передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активностью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждевременного старения и резкого укорочения длительности жизни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые данные о многочисленных репарациях ДНК, которые используются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под названием «Наука отрицает старость» французский исследователь Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов теория накопления ошибок в нуклеотидных последовательностях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не приводит к 100% исправлению повреждений.
Многие геронтологи считают, что старение—результат накопления таких неисправленных ошибок. По словам Хейфлика, «потеря точной или надежной (контролирующей) информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода „поражений", „повреждений", „погрешностей" или „ошибок", нормальные биологические процессы прекращаются и возрастные изменения становятся очевидными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления».
Некоторые геронтологи, и среди них Ф. Маррот Сайнекс из Медицинской школы Бостонского университета, полагают, что ключевым моментом в старении являются ошибки в ДНК. Необратимые изменения в химической структуре длинных, образующих ДНК цепочек атомов получили название мутаций. По Сайнексу, мутации—это изменения в информации, зашифрованной в структуре ДНК, которая контролирует функционирование клетки. Мутации могут возникать в результате неисправленных ошибок при образовании повой ДНК, в результате ошибок в процессе восстановления или из-за повреждения ДНК загрязняющими химическими веществами. Мутации в ДНК клетки могут привести к тому, что клетка начнет синтезировать измененную РНК, а это в свою очередь приведет к синтезу измененных белков - ферментов. Видоизмененный фермент может работать хуже нормального, а то и вовсе не работать. В итоге реакции обмена веществ, в которых участвует такой дефектный фермент, могут прекратиться, и клетка перестает выполнять свои функции или даже погибнет.
Теория старения в результате накопления мутаций впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом который пришел к этому выводу, наблюдая за действием радиации на людей и животных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения людей и животных. И хотя он не сумел объяснить, ка-ким образом мутации возникают у людей и животных, не подвергавшихся облучению, по его мнению, они. возможно, есть не что иное, как результат естественных повреждений клеток.
Некоторые современные геронтологи, в частности д-р Говард Кёртис из Брукхвейнской национальной лаборатории в Нью-Порке, разделяют точку зрения Сцилардл и также считают, что старение вызывается накоплением в течение жизни неисправленных мутаций, разрушающих функциональные потенции клетки. Кёртис полагает, что старение, вызванное мутациями, можно предотвратить или по крайней мере замедлить, исправляя посредством генной инженерии те процессы 11 клетках тела, которые обусловливают репарацию (ремонт) ДИК.
По мысли некоторых ученых, обусловленное мутациями ДНК старение не так серьезно, как старение, вызванное неисправимыми повреждениям и РНК, белков и ферментов Д-р Лесли Оргел из Института Солка в Ла-Хойе (Калифорния) предположил, что ошибки в синтезе РНК и белков приводят к старению клеток в результате, как он это назвал, «катастрофы ошибок». Каждая молекула РНК, считанная с ДНК, ответственна за синтез множества копий определенного фермента; РНК служит «матрицей», с которой делается множество идентичных копий молекулы белка. Следовательно, при дефектной РНК каждая белковая молекула, сходящая с «конвейера» будет так же дефектна и не сможет эффективно участвовать в реакциях обмена веществ. Кроме того, некоторые ферменты участвуют в производстве белков на базе «матричной» РНК, а другие осуществляют синтез РНК на матрице ДНК. Значит, если ошибка вкралась в структуру РНК или белка, она будет производить все более ущербные «матрицы», что приведет к кумулятивному эффекту - лавинообразному накоплению ошибок и к последней катастрофе— смерти.
Ученые обнаружили, что действие ферментов из культуры старых человеческих клеток ненормально: 25 % таких ферментов дефектны, что служит подтверждением теории «катастрофы ошибок» Оргела. И хотя это еще не окончательное доказательство, можно надеяться, что попытки предотвратить старение, вызванное накоплением ошибок, окажутся успешными. Возможно, понадобится устранять не первичную ошибку на молекулярном уровне, а лишь ее последствия. Один из способов замедления аккумуляции ошибок, который предлагает Алекс Комфорт, заключается в некотором замедлении скорости процессов обмена веществ и клетках, что уменьшает вероятность возникновения ошибки. Этого можно добиться путем понижения температуры тела. Как подтвердили опыты, жизнь животных низших животных — рыб и черепах — действительно от этого удлиняется.
Истребление свободных радикалов
Изображения или модели ДНК, РНК и белковых молекул часто представляются в виде жестких, статичных конструкции наподобие мостов; на самом же деле это нестабильные бил длинные, похожие на цепи структуры, состоящие из тысяч молекул, которые довольно легко распадаются на звенья. Внутри клетки они постоянно подвергаются атакам со стороны других молекул—одни из них представляют обычные продукты клеточного метаболизма. другие — вещества, загрязняющие окружающую среду, и частности свинец. Таким образом, в клетке постоянно образуются новые молекулы, заменяющие поврежденные. В процессе обмена веществ образуются молекулы Особою рода, которые называются свободными радикалами, они имеют сильную тенденцию соединяться с другими молекулами. Иногда клетки производят свободные радикалы для облегчения процесса обмена веществ, и появляются они чаще всего в ходе тех реакций, которые потребляют кислород для «сжигания» углеводов и протекают с выделением энергии. Порой свободные радикалы возникают случайно, когда кислород, всегда присутствующий в клетке и обладающий высокой активностью, соединяется с молекулми клетки.
По определению Алекса Комфорта, свободный радикал—это «высокоактивный химический агент, готовый соединиться с чем угодно». В результате бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их главным определяющим фактором биологического старения. Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы - применение так называемых антиоксидантов. Любопытно, что одна из наиболее активных программ по изучению антиоксидантов проводилась промышленностью пищевых упаковок, где пытались найти средства против вредного воздействия свободных радикалов на долю сохраняющиеся продукты, которые подвергались влиянию кислорода воздуха. Самый распространенный в США антиоксидаит называется ВНТ; он ежегодно производится пищевой промышленностью в огромных количествах. На всех этикетках круп, жевательной резинки, маргарина, соды, картофельных хлопьев и других пищевых продуктов можно найти надпись: «Для сохранности добавлен ВНТ». Работы д-ра Денхэма Хармена из Медицинского колледжа Университета штата Небраска (ранее Хармен работал химиком в компании «Шелл», но его так заворожили «бессмертные» клетки цыпленка, описанные Алексисом Каррелем, что он уволился и поступил в медицинский институт, чтобы посвятить себя изучению процесса старения) показали, что крысы, которым скармливался
ВНТ, живут на 20 % дольше, чем крысы, не получавшие этого препарата. Вслед за Харменом, Комфорт показал, что антиоксидант этоксихин увеличивает продолжительность жизни мышей примерно на 25 %. Судя по всему, другие антиоксиданты продлевают жизнь крыс и мышей на 15—20 %.
В настоящее время ВНТ и другие антиоксиданты нельзя рекомендовать людям для употребления в таких количествах, в каких они используются в экспериментах на животных. Но все же их можно рассматривать как один из способов продления жизни - при условии, что будут найдены более безопасные антиоксиданты.
Другая атака на старение, вызванное свободными радикалами, была продемонстрирована в 1973 г. д-ром Ричардом Хохшилдом, президентом компании микроволновой аппаратуры в Корона дель Map (Калифорния). Вводя мышам препарат, называемый центрофеноксином, Хохшилд обнаружил, что их жизнь удлиняется на 10 %. Он также вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11%.
Центрофеноксин применяется в ряде стран Европы и во всем мире (кроме США) для устранения симптомов ряда нарушений, причина которых кроется в мозге: затрудненного чтения, косноязычия и скованности движений. По утверждению Хохшилда, препарат не повредил экспериментальным животным и определенно способствовал большей продолжительности их жизни. Кроме того, его уже некоторое время используют для лечения больных, страдающих мозговыми расстройствами; следовательно, он также безопасен для людей, как и для крыс. Время покажет, сможет ли центрофеноксин продлить нашу жизнь. Добавим только, что лекарство является производным диметиламиноэтанола близкого к другому химическому веществу - диэтиламиноэтанолу образующемуся при инъекциях людям геровитала препарата против старения.
Ещё один путь предотвращения старения, вызванного свободными радикалами - разнообразные диеты. Как полагает Хармен, липиды особенно ненасыщенные, которыми богаты масла и растительные продукты, участвуют в свободнорадикальных реакциях и таким образом могут способствовать ускоренному старению. Скармливая мышам повышенные дозы ненасыщенных липидов или увеличивая процентное содержание таких жиров в их пище, Хармен добивался сокращения сроков жизни животных.
Защитой от свободных радикалов является и витамин Е. «Старение обусловлено процессом окисления,— говорит д-р А. Тэппел из Калифорнийского университета в Дэвисе,— а так как витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому процессу в организме». Хотя самому ученому до сих пор не удалось доказать, что дополнительные дозы витамина Е способствуют продлению жизни мышей или крыс, он продемонстрировал, что недостаточное содержание этого витамина в их корме определенно сокращает срок жизнь этих животных. Он также изучал состав пищи многих американцев и пришел к выводу, что она неполноценна во многих отношениях, в том числе в ней недостаточно витамина Е. Тэппелу принадлежат такие слова: «Поскольку биохимически недостаток витамина Е и процесс старения... идут параллельно, очевидно, что следует обратить внимание на недостаточное содержание витамина Е у человека... Оптимизация потребления витамина Е может замедлить процесс старения».
Тэппел указывает также, что в пище должно содержаться достаточное количество витамина С - он действует синэргически, способствуя более эффективному удалению свободных радикалов витамином Е. Тот же Хармен уверяет, что за счет различных поправок в нашей пище, а именно за счет снижения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1 % и потребления достаточных количеств витаминов Е и С, можно добиться, придерживаясь правильной диеты, продления жизни. Он убежден, что такой подход к диете людей пожилого возраста может дать значительный положительный эффект. Диеты «с учетом свободных радикалов», заключает Хармен, открывают перед нами «перспективы продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет».
При подготовке данной работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru
bukvasha.ru
Сколько может прожить человек? Отчего одни люди живут дольше других? Существуют ли «секреты» долгожительства и можем ли мы с вами ими воспользоваться? На эти вопросы отвечают разнообразные науки.
Систематическое изучение продолжительности человеческой жизни началось в конце XVIIв., и на-ча.ло этому положил английский астроном эдмунд Галлей, тот самый, что открыл комету Галлея. Пы-таясь вывести математическую закономерность, которая позволила бы определить возможную продолжительность жизни, Галлей взял данные о смертности жителей польского города Бреслау (теперешний Вроцлав), в ту пору входившего в состав Германии, и составил так называемую «таблицу жизни», из которой было видно, сколько человек умирло в том или ином возрасте. По расчетам ученого, ожидаемая продолжительность жизни жителя Бреслау в среднем составляла 34 года.
В XVIII—XIX столетиях науку о продолжительности жизни значительно продвинули вперед математики, работавшие в страховых компаниях - последние были заинтересованы в возможно более точных пределениях вероятной продолжительности жизни, так это позволяло вычислить сумму взносов, приносящих прибыль по большинству страховых полисов. Первым математиком, составившим «таблицы жизни» для страховых компаний, был Джеймс Додсон.
Гипотезы износа.
Наиболее примитивные механистические гипотезы рассматривали старение как простое изнашивание клеток и тканей. Известность получила одна из первых общебиологических теорий, предложенная Н. Рубнером (1908). Автор исходил из существования обратной зависимости между интенсивностью обмена, энергией и продолжительностью жизни: «энергетическая теория старения». Согласно расчетам Рубнера, количество энергии на 1 кг массы тела, которое может быть израсходовано за всю взрослую жизнь, постоянно у всех животных, и'только человек имеет энергетический фонд в 3—4 раза больший, чем другие животные. Впоследствии это рассуждение не подтвердилось для многих видов. Неверным с точки зрения геронтологии был и вытекающий отсюда вывод, что для продления своей жизни человек должен проявлять минимальную активность. На самом деле ситуация противоположная, и пассивный образ жизни сокращает ее срок.
Гено-регуляторная гипотеза.
Согласно этой концепции первичные изменения происходят в регуляторных генах — наиболее активных и наименее защищенных структурах ДНК. Предполагается, что эти гены могут определять темп и последовательность включения и выключения тех генов (структурных), от которых зависят возрастные изменения в структуре и функции клеток. Прямых доказательств возрастных изменений ДНК немного. В последнее время высказывалось предположение о связи старения с участками ДНК, некоторые из которых сокращаются в размерах при старении. Сообщалось и об открытии особого хромосомного фермента, препятствующего старению ДНК и способного омолаживать клетки человека (В. Райт и сотрудники).
Нейро-эндокринные и иммунные гипотезы.
Нейроэндокринная система человека является основным регулятором его жизненных функций. Поэтому с самого начала в геронтологии активно разрабатывались гипотезы, связывающие ведущие механизмы старения на уровне организма с первичными сдвигами в нейро-эндокринной системе, которые могут привести к вторичным изменениям в тканях. При этом, более ранним представлениям о первичном значении изменений деятельности той или иной конкретной железы (гипофиза, щитовидной или, особенно, половых желез и т. д.) приходят на смену взгляды, согласно которым при старении изменяется функция не одной какой-либо железы, а вся нейро-эндокринная ситуация организма.
Довольно широкую известность получили гипотезы, связывающие старение с первичными изменениями в гипоталамусе. Гипоталамус — отдел промежуточного мозга, генератор биологических ритмов организма, играющий ведущую роль в регуляции деятельности желез внутренней секреции, которая осуществляется через центральную эндокринную железу — гипофиз.
Согласно гипотезе «гипоталамических часов» (Дильман, 1968, 1976), старость рассматривается как нарушение внутренней среды организма, связанное с нарастанием активности гипоталамуса. В итоге в пожилом возрасте резко увеличивается секреция гипоталамических гормонов (либеринов) и ряда гормонов гипофиза (гонадотропинов, соматотропина), а также инсулина. Но наряду со стимуляцией одних структур гипоталамуса, другие при старении снижают свою активность, что приводит к «разрегулированию» многих сторон обмена и функции организма.
Молекулярно-генетические гипотезы.
Наибольшее внимание обычно привлекают молекулярно-генетические гипотезы, объясняющие процесс старения первичными изменениями генетического аппарата клетки. Большую их часть можно подразделить на два основных варианта. В первом случае, возрастные изменения генетического аппарата клеток рассматриваются как наследственно запрограммированные, во втором — как случайные. Таким образом, старение может являться запрограммированным закономерным процессом, логическим следствием роста и созревания, либо результатом накопления случайных ошибок в системе хранения и передачи генетической информации.
Если придерживаться первого мнения, то старение, по сути, становится, продолжением развития, в течение которого, в определенной, закрепленной в эволюции последовательности включаются и выключаются различные участки генома. Тогда при «растягивании» программы развития замедляется работа «биологических часов», задающих темп программе старения. Например, в опытах с ограничением питания в молодом возрасте (животные с «продленной жизнью») происходит замедление роста, а следовательно, и старения, хотя механизм далеко не так прост. Предполагается, что замедление роста и отодвигание полового созревания и достижения окончательных размеров тела приводит к увеличению продолжительности жизни. То есть, старение, как и другие этапы онтогенеза, контролируется генами.
Старение по ошибке
Была впервые предложена Л. Оргелем (1963). Она основывается на предположении, что основной причиной старения является накопление с возрастом генетических повреждений в результате мутаций, которые могут быть как случайными (спонтанными), так и вызванными различными повреждающими факторами (ионизирующая радиация, стрессы, ультрафиолетовые лучи, вирусы, накопление в организме побочных продуктов химических реакций и другие). Гены, таким образом, могут просто терять способность правильно регулировать те или иные активности в связи с накоплением повреждений ДНК.
В то же время существует специальная система репарации, обеспечивающая относительную прочность структуры ДНК и надежность в системе передачи наследственной информации. В опытах на нескольких видах животных показана связь между активностью систем репарации ДНК и продолжительностью жизни. Предполагается ее возрастное ослабление при старении. Роль репарации отчетливо выступает во многих случаях преждевременного старения и резкого укорочения длительности жизни. Это относится, прежде всего, к наследственным болезням репарации (прогерии, синдром Тернера, некоторые формы болезни Дауна и другие). В то же время имеются новые данные о многочисленных репарациях ДНК, которые используются как аргумент против гипотез ошибок. В статье под названием «Наука отрицает старость» французский исследователь Р. Россьон (1995) полагает, что в свете этих фактов теория накопления ошибок в нуклеотидных последовательностях. требует пересмотра. Все же репарация, видимо, не приводит к 100% исправлению повреждений.
Многие геронтологи считают, что старение—результат накопления таких неисправленных ошибок. По словам Хейфлика, «потеря точной или надежной (контролирующей) информации происходит из-за накопления случайных воздействий, повреждающих жизненно важные молекулы ДНК, РНК и белков. Когда достигается пороговая величина такого рода „поражений", „повреждений", „погрешностей" или „ошибок", нормальные биологические процессы прекращаются и возрастные изменения становятся очевидными. Истинная природа ущерба, наносимого жизненно важным молекулам, пока неизвестна, но известен сам факт его проявления».
Некоторые геронтологи, и среди них Ф. Маррот Сайнекс из Медицинской школы Бостонского университета, полагают, что ключевым моментом в старении являются ошибки в ДНК. Необратимые изменения в химической структуре длинных, образующих ДНК цепочек атомов получили название мутаций. По Сайнексу, мутации—это изменения в информации, зашифрованной в структуре ДНК, которая контролирует функционирование клетки. Мутации могут возникать в результате неисправленных ошибок при образовании повой ДНК, в результате ошибок в процессе восстановления или из-за повреждения ДНК загрязняющими химическими веществами. Мутации в ДНК клетки могут привести к тому, что клетка начнет синтезировать измененную РНК, а это в свою очередь приведет к синтезу измененных белков - ферментов. Видоизмененный фермент может работать хуже нормального, а то и вовсе не работать. В итоге реакции обмена веществ, в которых участвует такой дефектный фермент, могут прекратиться, и клетка перестает выполнять свои функции или даже погибнет.
Теория старения в результате накопления мутаций впервые была выдвинута в 1954 г. физиком Лео Сцилардом который пришел к этому выводу, наблюдая за действием радиации на людей и животных, сокращавшим их жизнь. Радиация вызывает множественные мутации ДНК, а также ускоряет появление таких признаков старения, как седина или раковые опухоли. Из этого Сцилард сделал вывод, что именно мутации являются причиной старения людей и животных. И хотя он не сумел объяснить, ка-ким образом мутации возникают у людей и животных, не подвергавшихся облучению, по его мнению, они. возможно, есть не что иное, как результат естественных повреждений клеток.
Некоторые современные геронтологи, в частности д-р Говард Кёртис из Брукхвейнской национальной лаборатории в Нью-Порке, разделяют точку зрения Сцилардл и также считают, что старение вызывается накоплением в течение жизни неисправленных мутаций, разрушающих функциональные потенции клетки. Кёртис полагает, что старение, вызванное мутациями, можно предотвратить или по крайней мере замедлить, исправляя посредством генной инженерии те процессы 11 клетках тела, которые обусловливают репарацию (ремонт) ДИК.
По мысли некоторых ученых, обусловленное мутациями ДНК старение не так серьезно, как старение, вызванное неисправимыми повреждениям и РНК, белков и ферментов Д-р Лесли Оргел из Института Солка в Ла-Хойе (Калифорния) предположил, что ошибки в синтезе РНК и белков приводят к старению клеток в результате, как он это назвал, «катастрофы ошибок». Каждая молекула РНК, считанная с ДНК, ответственна за синтез множества копий определенного фермента; РНК служит «матрицей», с которой делается множество идентичных копий молекулы белка. Следовательно, при дефектной РНК каждая белковая молекула, сходящая с «конвейера» будет так же дефектна и не сможет эффективно участвовать в реакциях обмена веществ. Кроме того, некоторые ферменты участвуют в производстве белков на базе «матричной» РНК, а другие осуществляют синтез РНК на матрице ДНК. Значит, если ошибка вкралась в структуру РНК или белка, она будет производить все более ущербные «матрицы», что приведет к кумулятивному эффекту - лавинообразному накоплению ошибок и к последней катастрофе— смерти.
Ученые обнаружили, что действие ферментов из культуры старых человеческих клеток ненормально: 25 % таких ферментов дефектны, что служит подтверждением теории «катастрофы ошибок» Оргела. И хотя это еще не окончательное доказательство, можно надеяться, что попытки предотвратить старение, вызванное накоплением ошибок, окажутся успешными. Возможно, понадобится устранять не первичную ошибку на молекулярном уровне, а лишь ее последствия. Один из способов замедления аккумуляции ошибок, который предлагает Алекс Комфорт, заключается в некотором замедлении скорости процессов обмена веществ и клетках, что уменьшает вероятность возникновения ошибки. Этого можно добиться путем понижения температуры тела. Как подтвердили опыты, жизнь животных низших животных — рыб и черепах — действительно от этого удлиняется.
Истребление свободных радикалов
Изображения или модели ДНК, РНК и белковых молекул часто представляются в виде жестких, статичных конструкции наподобие мостов; на самом же деле это нестабильные бил длинные, похожие на цепи структуры, состоящие из тысяч молекул, которые довольно легко распадаются на звенья. Внутри клетки они постоянно подвергаются атакам со стороны других молекул—одни из них представляют обычные продукты клеточного метаболизма. другие — вещества, загрязняющие окружающую среду, и частности свинец. Таким образом, в клетке постоянно образуются новые молекулы, заменяющие поврежденные. В процессе обмена веществ образуются молекулы Особою рода, которые называются свободными радикалами, они имеют сильную тенденцию соединяться с другими молекулами. Иногда клетки производят свободные радикалы для облегчения процесса обмена веществ, и появляются они чаще всего в ходе тех реакций, которые потребляют кислород для «сжигания» углеводов и протекают с выделением энергии. Порой свободные радикалы возникают случайно, когда кислород, всегда присутствующий в клетке и обладающий высокой активностью, соединяется с молекулми клетки.
По определению Алекса Комфорта, свободный радикал—это «высокоактивный химический агент, готовый соединиться с чем угодно». В результате бесконтрольные свободные радикалы могут причинить серьезный вред клеточным мембранам, а также молекулам ДНК и РНК. Это обстоятельство делает их главным определяющим фактором биологического старения. Один из способов борьбы со старением, в котором повинны свободные радикалы - применение так называемых антиоксидантов. Любопытно, что одна из наиболее активных программ по изучению антиоксидантов проводилась промышленностью пищевых упаковок, где пытались найти средства против вредного воздействия свободных радикалов на долю сохраняющиеся продукты, которые подвергались влиянию кислорода воздуха. Самый распространенный в США антиоксидаит называется ВНТ; он ежегодно производится пищевой промышленностью в огромных количествах. На всех этикетках круп, жевательной резинки, маргарина, соды, картофельных хлопьев и других пищевых продуктов можно найти надпись: «Для сохранности добавлен ВНТ». Работы д-ра Денхэма Хармена из Медицинского колледжа Университета штата Небраска (ранее Хармен работал химиком в компании «Шелл», но его так заворожили «бессмертные» клетки цыпленка, описанные Алексисом Каррелем, что он уволился и поступил в медицинский институт, чтобы посвятить себя изучению процесса старения) показали, что крысы, которым скармливался
ВНТ, живут на 20 % дольше, чем крысы, не получавшие этого препарата. Вслед за Харменом, Комфорт показал, что антиоксидант этоксихин увеличивает продолжительность жизни мышей примерно на 25 %. Судя по всему, другие антиоксиданты продлевают жизнь крыс и мышей на 15—20 %.
В настоящее время ВНТ и другие антиоксиданты нельзя рекомендовать людям для употребления в таких количествах, в каких они используются в экспериментах на животных. Но все же их можно рассматривать как один из способов продления жизни - при условии, что будут найдены более безопасные антиоксиданты.
Другая атака на старение, вызванное свободными радикалами, была продемонстрирована в 1973 г. д-ром Ричардом Хохшилдом, президентом компании микроволновой аппаратуры в Корона дель Map (Калифорния). Вводя мышам препарат, называемый центрофеноксином, Хохшилд обнаружил, что их жизнь удлиняется на 10 %. Он также вводил лекарство старым мышам и показал, что оно увеличивает продолжительность остатка жизни подопытных животных на 11%.
Центрофеноксин применяется в ряде стран Европы и во всем мире (кроме США) для устранения симптомов ряда нарушений, причина которых кроется в мозге: затрудненного чтения, косноязычия и скованности движений. По утверждению Хохшилда, препарат не повредил экспериментальным животным и определенно способствовал большей продолжительности их жизни. Кроме того, его уже некоторое время используют для лечения больных, страдающих мозговыми расстройствами; следовательно, он также безопасен для людей, как и для крыс. Время покажет, сможет ли центрофеноксин продлить нашу жизнь. Добавим только, что лекарство является производным диметиламиноэтанола близкого к другому химическому веществу - диэтиламиноэтанолу образующемуся при инъекциях людям геровитала препарата против старения.
Ещё один путь предотвращения старения, вызванного свободными радикалами - разнообразные диеты. Как полагает Хармен, липиды особенно ненасыщенные, которыми богаты масла и растительные продукты, участвуют в свободнорадикальных реакциях и таким образом могут способствовать ускоренному старению. Скармливая мышам повышенные дозы ненасыщенных липидов или увеличивая процентное содержание таких жиров в их пище, Хармен добивался сокращения сроков жизни животных.
Защитой от свободных радикалов является и витамин Е. «Старение обусловлено процессом окисления,— говорит д-р А. Тэппел из Калифорнийского университета в Дэвисе,— а так как витамин Е принадлежит к числу природных антиоксидантов, его можно использовать для противодействия этому процессу в организме». Хотя самому ученому до сих пор не удалось доказать, что дополнительные дозы витамина Е способствуют продлению жизни мышей или крыс, он продемонстрировал, что недостаточное содержание этого витамина в их корме определенно сокращает срок жизнь этих животных. Он также изучал состав пищи многих американцев и пришел к выводу, что она неполноценна во многих отношениях, в том числе в ней недостаточно витамина Е. Тэппелу принадлежат такие слова: «Поскольку биохимически недостаток витамина Е и процесс старения... идут параллельно, очевидно, что следует обратить внимание на недостаточное содержание витамина Е у человека... Оптимизация потребления витамина Е может замедлить процесс старения».
Тэппел указывает также, что в пище должно содержаться достаточное количество витамина С - он действует синэргически, способствуя более эффективному удалению свободных радикалов витамином Е. Тот же Хармен уверяет, что за счет различных поправок в нашей пище, а именно за счет снижения ненасыщенных жиров в общей сумме калорий с 20 до 1 % и потребления достаточных количеств витаминов Е и С, можно добиться, придерживаясь правильной диеты, продления жизни. Он убежден, что такой подход к диете людей пожилого возраста может дать значительный положительный эффект. Диеты «с учетом свободных радикалов», заключает Хармен, открывают перед нами «перспективы продления срока жизни свыше 85 лет, а также возможность для значительного числа людей жить гораздо дольше 100 лет».
При подготовке данной работы были использованы материалы с сайта http://www.studentu.ru
www.coolreferat.com
