2. Старение как продолжение развития. Программные теории старения.

Наука, изучающая старение организма – геронтология.

Старение – неизбежно возникающий, закономерно развивающийся разрушительный процесс, снижающий приспособительные возможности организма, сокращающий продолжительность жизни и повышающий вероятность смерти.

В настоящее время выдвинуто более 200 гипотез, пытающихся объяснить механизмы старения. До настоящего времени эти гипотезы не в состоянии ответить на такой казалось бы простой вопрос: почему организмы разных видов характеризуются различной продолжительностью жизни: мыши живут 2 года; птицы от 8 до 70 лет в зависимости от вида; черепахи до 300 лет?

Выделяют хронологическую и биологическую продолжительность жизни.

Хронологическая продолжительность жизни – это средняя продолжительность жизни. Она составляет для развитых стран 71 год, для развивающихся – 52 года. В 1988 году СССР занимал 35 место по продолжительности жизни, в 2010г. мы занимали 162 место (из 224 стран).

Биологическая продолжительность жизни по разным авторам колеблется от 80 до 200 лет.

На скорость старения и продолжительность жизни оказывает влияние генотип, т.е. имеет место генетический контроль. Можно сказать, старение – закономерная стадия индивидуального развития, поэтому оно генетически предопределено. Об этом говорят следующие данные:

1. каждый вид организмов имеет определённый срок жизни.

2. люди с одинаковой генетической программой – монозиготные близнецы – как правило, доживают до одинакового возраста.

3. круглый червь ценорабдитес элеганс – самооплодотворяющийся гермафродит. Его длина всего 1мм, живёт червь 3,5 суток, умирает сразу после откладывания яиц. При такой короткой жизни, о каких повреждениях можно говорить. Налицо запрограммированная клеточная смерть – апоптоз.

Генетическая предопределённость старения составляет суть программной теория старения. Старение – это закономерная и неизбежная стадия индивидуального развития.

2. Старение как накопление ошибок в генетическом материале. Стохасти­ческие теории старения.

Стохастическая теория старения полагает, что старение связано с накоплением повреждений на разных уровнях организации организма, которые возникают случайно (стохастически) под действием внешних и внутренних факторов.

Эти повреждения в первую очередь происходят на молекулярном уровне (ДНК, белков, липидов, мембран). Изменения на молекулярном уровне приводят к нарушениям на уровне органелл, клеток, тканей и органов и систем органов. Это снижает жизнеспособность организма и повышает вероятности смерти.

Изменения, наблюдаемые в процессе старения организма

на разных уровнях организации

Внешние и внутренние факторы



молекулярные повреждения



изменение состояния органелл клеток



изменение состояния клеток



изменение состояния тканей и органов



изменение состояния систем организма



снижение жизнеспособности организма



увеличение вероятности смерти

2. Процессы, ведущие к старению на генетическом, молекулярном, ткане­вом (органном) и системном уровнях организации.

Генетический уровень
причины	следствия
Действие внутренних факторов (продуктов обмена, в частности свободных радикалов). Действие внешних факторов (ионизирующее излучение, температурный фактор, химические вещества и т.д.), липиды и другие биомолекулы.	В результате стохастических процессов при действии внутренних и внешних факторов происходит повреждение структуры и функции генетического материала (повреждение оснований ДНК, нарушение репликации и возникновение мутаций). Изменяются свойства белков хроматина, увеличивается прочность связывания гистонов и ДИК. Нарушение функции репарационных ферментов (ошибки репарационных ферментов)
Молекулярный уровень
причины	следствия
Действие внутренних и внешних факторов на белки. Нарушение транскрипции и трансляции вещества, изменения состояния ДНК.	Нарушения структуры и функции белков, липидов (в частности белков и липидов мембран клеток). Нарушение структуры и функций белков-ферментов и вследствие этого нарушение течения ферментативных реакций. Повреждение коллагена. Нарушение структуры кодируемых молекул.

Клеточный уровень
причины	следствия
Нарушение состояния липидов и т.д.) биологических мембран. Нарушение состояния белков цитоплазмы и ядра. Нарушение ферментативных реакций,	Снижение способности клеток к делению. Уменьшение числа функциональных клеток. Увеличение объема клеток. Изменение формы ядра клеток, наличие неровной поверхности ядерных оболочек. Расширение перинуклеарного пространства, расширение ядерных пор. Нарушение структуры митохондрий (набухание, разрушение крист и внутренней мембраны). Появление гигантских митохондрий. Повреждение мембран лизосом и выход ферментов. Нарушение структуры рибосом.
Тканевой и органный уровень
причины	следствия
Изменение структуры и ф-й органелл, клеток и в целом нарушение состояния клеток различных тканей и органов.	Избыточное развитие и качественные изменения соединительной ткани. Атрофические и дистрофические изменения в отдельных клетках тканей и органов. Уменьшение количества клеток паренхиматозных органов. Ухудшение работы тканей и органов.
Системный уровень
причины	следствия
Нарушение структуры и функции тканей и органов.	Снижение эффективности различных систем организма в обеспечении нормальной жизнедеятельности (нервной, эндокринной, иммунной, сердечно-сосудистой и т.д.).

2. Продолжительность жизни людей, проблема долголетия.

С точки зрения медицины старение – патологическое состояние, т.к. увеличивается частота заболеваний с.с.с. и злокачественных опухолей.

Гериатрия – наука, изучающая болезни старческого возраста.

Направления, по которым работают ученые с целью замедлить старение организма и продлить жизнь весьма разнообразны.

1. Показано, что антиоксиданты (вит. Е) обезвреживают свободные радикалы и этим увеличивают продолжительность жизни.

2. Выделение генов высокоактивных репарирующих ферментов и введение их в организм с помощью методов генной инженерии.

Продолжительность жизни в 2008г.

Страна	Место	Муж.	Женщ.	Затраты на здравоохранение (дол/чел/год)
Япония	1	79	86 (7)	2.470
Канада	10	78	83 (5)	3.450
Россия	123	59	73 (14)	560

2. Биологические аспекты смерти. Смерть клиническая и биологическая.

Смерть – это однократное событие в жизни организма, это не одномоментный процесс. Выделяют клиническую и биологическую смерть.

Клиническая смерть характеризуется потерей сознания, отсутствием дыхания, остановкой сердца. Тем не менее, большинство клеток и органов остаются живыми, их метаболизм ещё упорядочен. В таком состоянии организм может находится 5- 7 минут не более.

Биологическая смерть характеризуется резким нарушением обмена веществ, прекращением процесса самообновления клеток, наступлением автолиза клеток. При автолизе происходит выход ферментов из лизосом и растворение клеток. Запускает автолиз недостаточное снабжение клеток кислородом. Наиболее чувствительны к недостатку кислорода нервные клетки, поэтому некроз клеток КБП наступает через 5-6мин.

Иногда после этого периода удаётся восстановить дыхание и сердечную деятельность, но сознание не возвращается.

ТЕМА ЗАНЯТИЯ:

Восстановительные процессы в организме. Регенерация ор­ганов и тканей. Медицинское значение.

1. Регенерация, определение, классификация.

Под регенерацией понимают совокупность процессов, которые направлены на восстановление и обновление биологических структур, снашиваемых или разру­шенных в процессе жизнедеятельности.

Принято различать регенерацию: физиологическую и репаративную.

2. Физиологическая регенерация.

Физиологическая регенерация - совокупность процессов, направленных на вос­становление биологических структур, изнашиваемых в процессе нормальной жизне­деятельности. Физиологическая регенерация протекает на протяжении всей жизни организма и является основой структурного гомеостаза. Физиологическая регенера­ция протекает в организме на различных уровнях: молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом и органном.

Молекулярный уровень - обновление и восстановление молекулярных структур клетки (белков, нуклеиновых кислот и др.).

Субклеточный уровень (или внутриклеточный) - для него характерно обновление и образование заново различных органелл клетки.

Клеточный уровень - это процесс деления клеток (пролиферация).

Пример: у человека в течение суток обновляется 1% эритроцитов, полное обнов­ление их происходит за 120 суток. В организме человека достаточно быстро обнов­ляется эпителий кишечника (1,5-2 суток), клетки кожи обновляются за 7-11 дней. Физиологическая регенерация имеет место и во внутренних органах; например, в печени - на 10-20 тысяч гепатоцитов приходится 1 делящаяся клетка.

Тканевой уровень является продолжением клеточного уровня регенерации. Про­является обновлением эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой ки­шечника и др.

Органный - регенерация печени

Необходимо сказать, что физиологическая регенерация - это закономерный про­цесс индивидуального развития организма, так как в геноме клетки запрограммиро­вана продолжительность ее жизни, и, по-видимому, органелл клетки. После выпол­нения своей функции клетка или органелла погибает, и на ее место должны прихо­дить новые. Таким образом, физиологическая регенерация обеспечивает постоянст­во клеточного состава организма (10¹³ - 10¹⁴).

3. Репаративная регенерация как процесс вторичного развития, ее биоло­гическая сущность.

Репаративная регенерация - это процесс вторичного развития, в результате кото­рого частично или полностью восстанавливаются поврежденные организмы, орга­ны, ткани, клетки или их органеллы. То есть при регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. Однако при регенерации все они идут уже вторично, т.е. в уже сформированном организме.

Особенности репаративной регенерации:

1. Вторичность развития - характерный признак репаративной регенерации. Регене­рация, как свидетельствует даже сам термин, сводится к образованию заново, т. е.

к развитию. Это развитие происходит вне связи с онтогенезом, поскольку однаж­ды этот орган уже развился.

2. Наличие повреждения. Повреждение может быть результатом действия различ­ных факторов (t°, кислоты, щелочи, радиационное излучение, механические трав­мы). У животных возможна автотомия.

3. В регенерационный процесс может вовлекаться большая или меньшая часть орга­на, организма, то есть масштаб регенерации может быть различным. Например, у плоских червей целый организм может восстановиться из части, в этом случае масштаб регенерации большой.

Восстановленный орган, как правило, повторяет своё первичное развитие на 100%

4. Характерные признаки репаративной регенерации, атипичная рег-ция.

Поскольку регенерация - процесс вторичного развития, она не всегда полностью повторяет течение индивидуального развития (первичного развития). Хотя в части клеточных механизмов есть много общего. Однако в некоторых случаях регенери­ровавший орган количественно или качественно отличался от удаленного органа. Степень отличия может быть различна. Например, вместо одного органа развивает­ся совсем другой - это атипичная регенерация (гетероморфоз)

• на конечности тритона регенерирует не 5 пальцев, а 3 или 2

• вместо удалённой конечности у тритона регенерирует плавник

• вместо удаленного глаза у рака в некоторых случаях развивается усик, если вме­сте с глазом удалялся зрительный ганглий.

Гомоморфоз - если на месте удаленного органа развивается тот же самый орган (при удалении глаза у рака развивается глаз).

В 1901 году Т. Морган выделил два способа репаративной регенерации: эпиморфоз и морфаллаксис. Позднее (50-60гг. 20 века) были открыты еще 2 способа репаратив­ной регенерации: заполнения дефекта и регенерационная гипертрофия.