Причины и механизмы старения

Процесс старения затрагивает весь организм и в целом характеризуется снижением функций отдельных органов и систем. Старение разрушительный процесс, ведущий к снижению физиологических функций организма и их недостаточности, ограничению адаптационных возможностей организма, развитию возрастной патологии и в конечном итоге к увеличению вероятности смерти. Процесс старения у каждого человека протекает с индивидуальной скоростью, которая зависит от генетических факторов, пола, образа предшествующей жизни, факторов окружающей среды, социально-психологических факторов и многих других причин. Старение развивается под влиянием комплекса экзо- и эндогенных факторов. Предложено множество теорий и гипотез развития дегенеративных процессов, характеризующих старение организма.

Программная теория основывается на признании конечного количества клеточных делений, которое запрограммировано в генетическом аппарате. Теория накопления ошибок предполагает, что под воздействием факторов окружающей среды происходит повреждение молекул ДНК, что приводит к нарушению генетической программы биосинтеза нормальных макромолекул, в первую очередь белков. Теория изнашивания клеточных структур основана на допущении, что факторы окружающей среды вызывают накопление дегенеративных изменений в клеточных компонентах с образованием перекрестных связей между макромолекулами белков и повреждением ДНК, нарушением функции клеточных мембран. Среди многочисленных теорий, пытающихся найти универсальный механизм старения, можно назвать свободнорадикальную теорию. Согласно этой теории, причиной возрастных изменений и повреждений мембран, макромолекул и генетического аппарата клеток являются свободные радикалы, возникающие под действием кислорода, фоновой радиации, чужеродных химических веществ и других факторов окружающей среды.

Процесс старения у человека зависит от множества взаимодействующих факторов. Существенное ограничение потребления энергии на определенных этапах онтогенеза может оказаться небезопасным для человека. Кроме того, ограничение потребления пищи скажется на качестве жизни человека.

Проблемы долголетия

Очень скоро люди могут реально приблизиться к обретению бессмертия. Процесс старения может остаться в прошлом. Если мы справимся с проблемой старения, исчезнут все связанные с ним и убивающие нас болезни. Это приведет человека к возможности жить вечно. Как это ни удивительно, генно-инженерные лекарства, способные повернуть вспять процесс старения, будут доступны в ближайшем будущем. Станет возможно не только остановить его, но и запустить биологические часы в обратном направлении. В 70 лет мы сможем выглядеть на 50, то есть чувствовать себя лучше, чем в 60. Если процесс омоложения продолжится еще 10 лет, в 80 мы будем выглядеть и ощущать себя на 40. Наука говорит нам, что мы стареем из-за проблем с отдельными клетками нашего тела. Целое в этом случае равно сумме его частей. В течение всей нашей жизни одни клетки постоянно заменяются другими. Но клетки, рожденные в более позднем возрасте, накапливают в себе все больше дефектов, мутаций и так называемых орфографических ошибок ДНК, в отличие от тех, что появляются в юные годы. Свободные радикалы - фрагменты молекул, образующиеся в ходе нормального клеточного метаболизма, действующие непредсказуемо и приносящие большой вред. Радиация, токсины, канцерогены, стрессы и другие факторы могут увеличивать количество свободных радикалов.

Основываясь на этой идее, ученые работают над изобретением способов поддержки и продления жизни системы починки ДНК.. Процесс, обратный процессу старения, появится тогда, когда ошибочные, поврежденные "старые" клетки начнут заменяться "новыми", свободными от ошибок и дефектов, и так до тех пор, пока все тело не будет содержать в себе только молодые клетки.

Геронтология — это наука, изучающая биологические механизмы и процессы, обуславливающие и сопровождающие старение живых существ, а также способы замедления старения и увеличения продолжительности жизни.

Гериатрия — медицинская дисциплина, занимающаяся изучением особенностей заболеваний у лиц пожилого и старческого возраста и их лечением.

Лекция№2: Клонирование

План:

1. Исторические, методические и этические аспекты

2. Репродуктивное и терапевтическое клонирование

3. Стволовые клетки

Исторические, медицинские и этические аспекты

Началось все с открытия яйцеклетки в 1883 году немецким цитологом О.Хертвигом, когда было установлено, что, оказывается, в процессе оплодотворения равноправно участвуют мужские и женские клетки. В 40-е годы XX века русский эмбриолог Г.В.Лопашов разработал метод трансплантации ядер в яйцеклетку лягушки и отправил статью в «Журнал общей биологии», однако статья не была выпущена, поскольку именно в это время утвердилось беспредельное господство в биологии малограмотного агронома Трофима Лысенко... А в 50-е годы американские эмбриологи Р.Бриггс и Т.Кинг, которым и достались первые лавры, выполнили сходные опыты по переносу ядра клетки в гигантские икринки африканской шпорцевой лягушки «ксенопус», из которых успешно развились головастики. Затем английский профессор зоологии Дж.Гердон разработал методику, позволяющую трансплантировать в яйцеклетку лягушек различные ядра из специализированных клеток. Именно тогда «в полный голос» заговорили о клонировании млекопитающих и, быть может, человека. Тема клонирования не сходила с экранов телевизоров, со страниц газет и научно-фантастических романов.

В 1996 году в журнале «Nature» публикуется статья научного коллектива (Я.Вильмут, К.Кэмпбелл) из института Рослин (Эдинбург, Шотландия) о рождении пяти ягнят, полученных без участия барана. А 27 февраля следующего года в том же журнале появляется фотография всемирно знаменитой овечки Долли, родившейся в том же институте в Эдинбурге.

Вопрос о клонировании человека ставить еще рано, так как недостаточно методически или технически разработано клонирование взрослых млекопитающих.

Возможно, неудачи осуществленных попыток клонирования человека связаны с тем, что в процессе эволюции сформированы весьма различные структурные пути развития клеток и тканей высших эукариот для выполнения двух принципиально различных их функций: поддержания существования организма во всем многообразии его связей с внешней средой и полной, гарантированно сохранной передачи наследственной информации следующему поколению. Среди высших эукариот мы нигде не наблюдаем передачи репродуктивной функции соматическим системам; очевидно, что при попытках искусственного смешения этих функций мы можем столкнуться с рядом практически неодолимых препятствий.

Этические аспекты

За:

1. Клонирование постоянно происходит в естественных условиях, когда рождаются идентичные близнецы с одинаковым генотипом.

2. Появление возможности выращивания органов для пересадки их в организм, что позволит победить массу болезней таких как рак, спасти жизни людей пострадавших от катастроф и.т.д.

3. Возможность для бездетных людей иметь собственных детей (в России каждая седьмая семейная пара - бесплодна)

4. Клонирование поможет людям, страдающим тяжёлыми генетическими болезнями. Если гены, определяющие какую-либо болезнь, содержатся в хромосомах отца, то в яйцеклетку матери пересаживается её собственная соматическая клетка, и тогда появляется ребенок, лишённый опасных генов, точная копия матери, и наоборот.

Против:

1. Одна из целей клонирования – «копирование» великих людей. Но становление человека как личности, базируется не только на биологической наследственности, оно определяется также семейной, социальной и культурной средой. При клонировании индивида невозможно воссоздать все те условия воспитания и обучения, которые сформировали личность его прототипа (донора ядра).

2. Практически все религиозные учения настаивают, что появление человека на свет - в "руках" высших сил, что зачатие и рождение должно происходить естественным путем.

3. При терапевтическом клонировании человека остановка развития 14-дневного эмбриона фактически является убийством, а для женщины, отдавшей свою яйцеклетку - абортом.

4. Путь клонирования был бы устлан «израсходованными» эмбрионами, для которых желаемое не свершилось. Неудавшиеся эксперименты, угрожающие деформации являются весьма серьезными аргументами против клонирования, даже если речь идет о том, чтобы только отважиться на «поделки», сопряженные с опасностью различного рода уродств.

5. Достоинство, на которое имеет право каждый человек независимо от его способностей и состояния здоровья, закреплено христианскими традициями и является одновременно основой любого гуманного общества. Право на это достоинство человек имеет по одной единственной причине – просто потому, что он является человеком. Это достоинство безусловно и не совместимо с какими либо требованиями целесообразности. Ребенок, который должен родиться, не является средством для какой либо цели, наличие которой давало бы ему право на жизнь и наделяло бы его жизнь смыслом.

6. Проблема клонирования человека находится в тесной связи с репродуктивной медициной. Если клонирование найдет применение как средство преодоления бесплодия, то это может привести к обострению тенденции превращения жизни в рыночный товар.. Тот, кто присваивает себе функции Бога и хочет производить людей, должен понимать, что обращение с людьми будет все более похожим на обращение с продуктами.

7. Каждый ребенок представляет собой результат совершенно новой, никогда ранее не существовавшей комбинации наследственных признаков его родителей. Негативная формулировка этого обстоятельства гласит: ни один человек не выбирает сам себе свою генетическую структуру. Он свободен лишь настолько, что может использовать предоставленные ему шансы или же упускает их, осознает свои границы или же пытается их преодолеть.

Терапевтическое клонирование - клонирование с целью получения клонов специализированных клеток, использующихся в клеточной терапии. Используется технологии фертилизации in vitro, переноса ядра соматической клетки.

Репродуктивное клонирование - клонирование с целью создания нового организма, генетически идентичного исходному.

Стволовы́е кле́тки — иерархия особых клеток живых организмов, каждая из которых способна впоследствии изменяться (дифференцироваться) особым образом (то есть получать специализацию и далее развиваться как обычная клетка). Стволовые клетки способны асимметрично делиться, из-за чего при делении образуется клетка, подобная материнской (самовоспроизведение), а также новая клетка, которая способна дифференцироваться.

Лекция №3: Ионизирующая радиация

План:

1. Ионизирующая радиация как фактор среды обитания

2. Виды ионизирующего излучения

3. Проникающая и ионизирующая способность ионизирующего излучения

4. Биологические эффекты ионизирующей радиации

5. Радиационный гормезис

Ионизирующая радиация как фактор среды обитания

Появление ионизирующих излучений как одного из факторов физической среды обитания связано с открытиями явлений искусственной и естественной радиоактивности и рентгеновских лучей.

Было обнаружено, что у ряда известных в природе элементов ядра самопроизвольно распадаются (такие вещества называются радионуклидами) и этот распад сопровождается радиоактивным излучением, которое является ионизирующим.

Ионизирующим называется любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию заряженных атомов и молекул – ионов, вызывая ионизацию среды.

Единицей измерения энергии этого излучения является электронвольт (эВ). Один электронвольт (1 эВ) – это кинетическая энергия, которую приобретает электрон при разности потенциалов в 1 В. 1 эВ соответствует 1,6 · 10-12 эрг или 1,6×10-19 Дж. Различают непосредственно и косвенно ионизирующие излучения. Непосредственно ионизирующим излучением обычно является поток заряженных частиц высокой энергии – ядер гелия (альфа-излучение), ядер водорода (протоны), электронов и позитронов (бета-излучение), а также осколков деления тяжелых ядер. Заряженные частицы ионизируют среду непосредственно при столкновениях с ее атомами и молекулами (первичная ионизация). Выбиваемые при этом электроны также могут при определенных условиях ионизировать среду (вторичная ионизация). Косвенно ионизирующим излучением являются потоки нейтральных частиц (гамма-кванты, нейтроны). Непосредственным результатом их взаимодействия с веществом является образование вторичных заряженных частиц высокой энергии, которые и создают наблюдаемую ионизацию. В эту группу входят электромагнитное излучение высокой энергии (частоты), называемое фотонным, и потоки нейтронов.

Виды ионизирующего излучения 1. Альфа излучение – корпускулярное ионизирующее излучение – представляют собой поток ядер атомов гелия (заряд 2 положительный, молекулярная масса – 4), излучение обладает низкой проникающей способностью (при внешнем облучении не способно проникнуть через роговой слой кожи), но высокой ионизирующей способностью (порядка 100 000 пар ионов на 1 см. пробега). Пробег в воздухе – 2 см. Таким образом, альфа излучение абсолютно безопасно при внешнем облучении и крайне опасно при инкорпорации. Наиболее эффективная защита от излучения – расстоянием (более 2-3 см от источника), защититься от альфа излучения можно листом бумаги. 2. Бэтта излучение – вид ионизирующего излучения корпускулярной природа – представляет собой поток электронов (заряд 1 отрицательный, масса равна массе электрона), обладает относительно низкой проникающей способностью (2-3 см. при внешнем облучении), ионизирующая способность ниже, чем у альфа излучения (порядка 1000 пар ионов на 1 см. пробега). Пробег в воздухе – порядка 15 см. Таким образом, бэтта излучение может быть опасным при внешнем облучении (при условии контакта с кожей), но более опасно при внутреннем облучении, хотя менее опасно, чем альфа излучение. Защита от излучения – временем и расстоянием, может быть защита экраном (достаточно плотной одежды). 3. Гамма излучение и рентгеновское излучение - это виды ионизирующих излучений, которые представляют собой электромагнитное излучение. Оба вида излучения обладают высокой проникающей способностью (порядка метра, т.е. при внешнем облучении пронизывает тело человека насквозь), но низкой ионизирующей способностью (порядка 1 пары ионов на 1 см пробега). Таким образом, это излучение наиболее опасно при внешнем облучении, можно защититься расстоянием, временем и экраном (используют продукты переработки нефти).  4. Нейтронное излучение – корпускулярное излучение – представляет собой поток нейтронов (заряд нейтральный, молекулярная масса 1). Характерна высокая проникающая способность (еще большая, чем у гамма излучения), т.е. также пронизывает тело человека при внешнем облучении. Ионизирующая способность относительно низкая, но несмотря на это нейтронное излучение является очень опасным при внешнем облучении. Защита от него временем, расстоянием, экраном (используют свинцовые пластины).

Рентгеновские лучи – это электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны (0,006 – 1 нм), которое, как уже отмечалось, является совокупностью тормозного и характеристического излучений с диапазоном энергии фотонов 1 кэВ – 1 МэВ. Они распространяются с высокой скоростью и обладают значительной проникающей и ионизирующей способностью.

Характеристическое излучение – фотонное излучение с дискретным спектром, испускаемое при изменении энергетического состояния атома, обусловленного перестройкой внутренних электронных оболочек, когда, например, электроны верхних оболочек атома переходят на оболочки, расположенные ближе к его ядру.

Тормозное излучение – электромагнитное излучение, возникающее при торможении быстрых заряженных частиц в электрическом поле. Имеет непрерывный спектр и возникает в среде, окружающей источник бета-излучения, в рентгеновских трубках, в ускорителях электронов и т.п.