Современные теории старения

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
2. Механизм старения
3. Теория клеточного старения
4. Молекулярно-генетические теории (теломерная)
5. Свободно радикальная теория
6. Адаптационно-регуляторная теория
7. Элевационная (онтогенетическая) теория старения
8. Теория накопления мутаций
9. Теория одноразовой сомы
10. Теория антогонистической плейотропии
11. Современная  теория старения Симоненкова
12. Список используемой литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.