Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопрос 8
Биологические и социальные аспекты старения и смерти
СТАРОСТЬ И СТАРЕНИЕ. СМЕРТЬ КАК БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ
Старость представляет собой стадию индивидуального развития, по достижении которой в организме наблюдаются закономерные из менения в физическом состоянии, внешнем виде, эмоциональной сфере.
Различают хронологический и биологический (физиологический) возраст. Согласно современной классификации, основанной на оценке многих средних показателей состояния организма, людей, хронологи ческий возраст которых достиг 60—74 лет, называют пожилыми, 75—89 лет —старыми, свыше 90 лет —долгожителями. Точное определение биологического возраста затруднено тем, что отдельные признаки ста рости проявляются в разном хронологическом возрасте и характери зуются различной скоростью нарастания. Кроме того, возрастные изменения даже одного признака подвержены значительным половым и индивидуальным колебаниям.
С целью определения биологического возраста, что необходимо для суждения о скорости старения, используют батареи тестов, про водя совокупную оценку одновременно многих признаков, закономер но изменяющихся в процессе жизни.
Основу таких батарей составляют сложные функциональные пока затели, состояние которых зависит от согласованной деятельности нескольких систем организма. Например, скорость распространения нервного им пульса, которая зависит от состояния нервного волокна, снижается в возрастном интервале 20—90 лет на 10%, тогда как жизненная емкость легких, определяемая координированной работой дыхательной, нерв ной и мышечной систем,—на 50%.
Состояние старости достигается благодаря изменениям, составля ющим содержание процесса старения. Этот процесс захватывает все уровни структурной организации особи — молекулярный, субклеточ ный, клеточный, тканевой, органный. Суммарный результат много численных частных проявлений старения на уровне целостного организма заключается в нарастающем с возрастом снижении жизне способности особи, уменьшении эффективности приспособительных, гомеостатических механизмов. Показано, например, что молодые кры сы после погружения в ледяную воду на 3 мин восстанавливают температуру тела примерно за 1 ч. Животным среднего возраста на это требуется 1,5 ч, а старым —: около 2 ч.
В целом старение приводит к прогрессивному повышению вероят ности смерти. Таким образом, биологический смысл старения заклю чается в том, что оно делает неизбежной смерть организма1. Последняя же представляет собой универсальный способ ограничить участие многоклеточного организма в размножении2. Без смерти не было бы смены поколений — одного из главных условий эволюционного про цесса.
Наступлению биологической смерти нередко предшествует состояние клинической смерти, в котором клетки и ткани сохраняют достаточный уровень жизнеспособности, чтобы организм с помощью определенных воздействий мог быть возвращен к жизни (реанимация).
Изменение органов и систем органов в процессе старения
.Признаки старения сердечно-сосудистой системы становятся замет ными обычно в возрасте после 40 лет. Закономерные изменения наблюдаются в стенках сосудов: в них откладываются липиды, прежде всего холестерин, что наряду с другими структурными превращениями снижает эластичность и искажает ответы на различные стимулы, регулирующие кровообращение. В основе функциональных рас стройств дыхательной системы лежит разрушение межальвеолярных перего родок, что сокращает дыхательную по верхность, разрастание в легких соединительной ткани, снижает эффективность аэрогематического обмена кислорода. В итоге с возрастом падает жизненная емкость легких, которая к 75 годам достигает всего 56% от уровня в возрасте 30 лет.
Легко заметным изменением в системе пищеварения является по теря зубов. Падает эффективность функционирования пищеваритель ных желез, нарушения двигательной (моторной) функции кишечника нередко приводят к привычным запорам.
В процессе старения страдает функция мочевыделительной системы, снижается интенсивность фильтрации в почечных клубочках (на 31% в 75-летнем возрасте по сравнению с 30-летним), так же как и обратное всасывание веществ из фильтрата в почечных канальцах. Ухудшение функции мочевыделения объясняется гибелью с возрастом значитель ного количества нефронов (до 44% от уровня 30-летнего возраста), представляющих собой структурно-функциональные единицы почек.
Специального внимания заслуживают изменения в процессе ста рения со стороны мышечной системы и скелета. Снижается сила сокращений поперечно-полосатой мускулатуры, быстрее развивается утомление, наблюдается атрофия мышц. Характерная для стареющих людей перестройка костей заключается в разрежении их вещества (старческий остеопороз), что приводит к снижению прочности.
В процессе старения организма существенные изменения проис ходят в репродуктивной системе. При этом они затрагивают обе основ ные функции главных органов названной системы — половых желез: выработку гамет и образование половых гормонов. У женщин овогенез прекращается по достижении ими менопаузы. Образование функцио нально полноценных сперматозоидов в мужском организме возможно, по-видимому, даже в преклонном возрасте.
Изменения в процессе старения функций эндокринной системы носят объективно сложный характер. В качестве примера рассмотрим изменения в стареющем организме функции щитовидной железы-Обнаружено, что к старости падает содержание в крови трииодтиронина и тироксина, в связи с изменением белков плазмы крови ухуд шается перенос гормонов к тканям, в клетках уменьшается количество рецепторов, узнающих гормоны, а чувствительность рецепторов повы шается. Вместе с тем в крови сохраняется достаточно высокая концен трация тиреотропного гормона гипофиза; чувствительность к нему клеток щитовидной железы возрастает. Из приведенной картины видно, что в отдельных звеньях цепи регуляции жизненно важных функций гормонами щитовидной железы возрастные изменения не одинаковы по масштабу, а иногда и разнонаправлены. В таком случае важен общий результат, степень выраженности которого подвержена индивидуальным колебаниям.
Наряду с эндокринной системой нервной системе принадлежит важнейшая роль в регуляции, координации и интеграции разнообраз ных проявлений жизнедеятельности. Изменения нервной системы в процессе старения включают нарастающую гибель нейронов, масшта бы которой колеблются от отдела к отделу и составляют от 15—20 до 70—75%.
Одна из черт процесса старения заключается в снижении надеж ности механизмов регуляции, направленных на поддержание постоян ства жизненно важных параметров внутренней среды организма — гомеостаза. Причину этого видят в функциональных изменениях ста реющего гипоталамуса, с которым связывают действия своеобразных биологических часов старения всего организма. В старости наблюдается снижение функций практи чески всех органов чувств.
С возрастом заметно изменяются функции иммунной системы
Проявление старения на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях
Молекулярные и клеточные проявления старения многообразны. Они заключаются в изменении показателей потоков информации и энергии, состояния ультраструктур дифференцированных клеток, сни жении интенсивности клеточной пролиферации.
Напомним, что функционирование ДНК, заключающей в себе биологическую информацию, связано с ее репродукцией, транскрип цией, репарацией. Учитывая возможную роль ошибок в молекулах ДНК, в нарушении клеточных функций в процессе старения изучали эффективность механизмов репарации повреждений молекулярной структуры ДНК (согласно расчетным данным, ежесекундно в геноме возникает минимум одно повреждение) в разном возрасте, а также корреляцию между интенсивностью этого процесса и продолжитель ностью жизни. В обоих случаях были получены противоречивые результаты. С одной стороны, уровень репарации повреждения ДНК УФ-облучением эмбриональных фибробластов трех линий мышей оказался пропорциональным средней продолжительности их жизни (900, 600 и 300 сут). С другой —репарация ДНК после УФ-облучения не различалась в культурах фибробластов в коже людей в диапазоне возрастов от 0 (новорожденные) до 88 лет. Общее заключение сводится к тому, что интенсивность молекулярной репарации ДНК меняется с возрастом в некоторых типах клеток, но не это является главной причиной клеточного старения.
В дифференцированных клетках млекопитающих животных старе ние сопровождается в целом снижением транскрипционной активно сти. Так, у мышей интенсивность синтеза РНК в ядрах печеночных и нервных клеток между 12-м и 30-м месяцами жизни падает на 50%. Изменение синтеза относится не только к рРНК, не кодирующим структуру белков, но и к мРНК. В сравнении с активным репродук тивным периодом жизни в стареющем организме действительно на блюдается исчезновение в клетках определенных типов мРНК, правда, в это же время регистрируется появление некоторых типов мРНК, не образующихся ранее. Таким образом, речь идет о частичной смене биологической информации, используемой клеткой в разном возрасте.
Скорость снижения транскрипционной активности ДНК в постми-тотических высокодифференцированных клетках, к примеру нервных, зависит от условий их существования в течение жизни, в частности от напряженности их функционирования. Так, одна и та же функцио нальная нагрузка, распределенная между меньшим количеством кле ток, приводит к более раннему падению уровня транскрипции в их ядрах. Было также показано, что параллельно изменению скорости снижения транскрипции сокращается максимально достигаемая жи вотными продолжительность жизни. ДНК эукариотических клеток находится в комплексе с белками — гистоновыми и негистоновыми, образуя вместе с ними хроматин ядер. Предполагают, что регуляция транскрипции информации с ДНК происходит путем изменения ДНК-белковых связей в хроматине. С возрастом такие связи становятся менее подвижными, отмечается снижение содержания в хроматине негистоновых белков.
Изменение трансляции в процессе старения изучают по содержа нию рРНК (показатель общей белокобразующей способности клетки), мРНК (набор образуемых белков), активности аминоацил-тРНК-син-тетаз (ферменты активации аминокислот). Оказалось, что в возрасте от 12 до 70 лет у людей утрачивается до половины генов рРНК, относяищхся, как известно, к умеренно повторяющимся нуклеотид-ным последовательностям, которые продублированы в геноме более 300 раз. Сохраняющееся число генов, по-видимому, способно обеспе чить образование требуемого количества рРНК. Интенсивность бел кового синтеза в целом снижается в зрелом возрасте.
О возрастных изменениях набора образуемых белков судят по содержанию в клетках различных ферментов. Полученные данные трудно оценить однозначно, так как обнаруженные отклонения даже в группах ферментов, сходных по функции, нередко разнонаправлен ны. Вместе с тем активность ферментов, ответственных за окисление, изменяется в стареющем организме однонаправленно: она снижается.
Немаловажное значение при старении имеют изменения энергети ки организма, в частности обратная связь между продолжительносшо жизни животных различных видов и удельной скоростью обмена веществ отмечена давно. Существует особое понятие энергетического жизненного потенциала, отражающего общее количество расходуемой за жизнь энергии. Его величина для млекопитающих (кроме приматов) составляет примерно 924 кДж/г, большинства приматов — 1924, лему ра, обезьяны-капуцина и человека — 3280 кДж/г массы тела. Измене-
ния потока энергии в процессе старения состоят в снижении количе ства митохондрий в клетках, а также падении эффективности их функционирования. Так, у взрослых крыс количество кислорода, потребляемое на 1 мг белка митохондрий, более чем в 1,5 раза выше, чем у старых животных. Важным свойством стареющего организма является смещение в процессах энергообеспечения функций соотно шения между тканевым дыханием и гликолизом (бескислородный путь образования АТФ) в пользу последнего.
Изменения в процессе старения ультраструктуры клеток затраги вают практически все органеллы как общего, так и специального значения. Одновременно может происходить накопление необычных веществ, иногда структурно оформленных (липофусцин). Наиболее заметна возрастная перестройка постмитотических высокоспециали зированных клеток — нейронов, кардиомиоцитов. Для стареющих нервных клеток, например, типично обеднение цитоплазмы мембра нами, сокращение объема шероховатой эндоплазматической сети, увеличение содержания в клеточных телах микрофибрилл, что, воз можно, связано с нарушением транспорта веществ по отросткам.
В отростках мотонейронов старых крыс скорость транспорта со ставляет примерно 200, тогда как у зрелых животных — 320 мм/сут. Параллельно наблюдается снижение интенсивности синтеза белка и РНК. Отмечается замедление проведения нервного импульса, а в некоторых типах нервных клеток — уменьшение количества образуе мого медиатора. Наиболее типичной чертой старения нервных клеток млекопитающих и человека является нарастающее накопление с воз растом в цитоплазме пигмента липофусцина. У 60-летних людей благо даря увеличению содержания пигмента доля цитоплазмы снижается в 1,3, а у 80-летних —в 2 раза в сравнении с 40-летними. Липофусцин часто называют пигментом изнашивания, т.е. балластом. Противопо ложная точка зрения приписывает липофусцину роль внутриклеточ ного депо кислорода.
Возрастное накопление липофусцина распространяется кроме нер вной системы на сердечную и скелетную мускулатуру. Сдерживание роста содержания пигмента в клетках плодовых мух путем ограничения летательной активности сочеталось с двукратным увеличением средней продолжительности жизни.
Еще один пример изменения в ходе старения специальных органелл касается микрофибрилл в клетках сердечной мышцы, в отношении которых начинают преобладать деструктивные процессы.
На определенном этапе прогрессивная эволюция жизни на земле оказалась связанной с переходом к более эффективному аэробному типу энергообеспечения процессов жизнедеятельности. Не следует, однако, забывать, что использование клетками кислорода приводит к образованию свободных радикалов (02, ОН, Н2О2), которые в силу чрезвычайной реакционноспособности могут вызывать быстрые раз рушения биологических структур (мембран, макромолекул). Неблагоп риятным эффектам свободных радикалов в клетках противостоят закрепленные процессом эволюции природные антиоксидантные ме ханизмы. К ним принадлежат ферменты, разрушающие пероксиды. В процессе старения действенность механизмов, нейтрализующих сво бодные радикалы и пероксиды, снижается. Свободные радикалы спо собны нарушить любое звено молекулярной организации клетки. Сказанное делает их универсальным фактором старения на молеку лярном и субклеточном уровне вне зависимости от вида клетки.
С начала 60-х гг. появились новые взгляды на значение для старения и продолжительности жизни закономерностей клеточной пролифера ции. На основании подсчета числа делений фибробластов, высеваемых в культуру ткани от эмбриона человека и от людей в возрасте 20 лет и выше, было сделано заключение о пределе клеточных делений (лимит Хейфлика), которому соответствует видовая длительность жизни. По казано, что фибробласты мыши способны удваивать свою численность 14—28 раз, цыпленка — 15—35, человека — 40—60, черепахи — 72— 114 раз. Проверка результатов, о которых идет речь, выявила, что представление об ограниченности числа клеточных делений в инди видуальном развитии является неточным.
Вместе с тем сохраняют свое значение классические представления, уходящие корнями в XIX столетие, утверждающие, что старение и естественное его следствие — смерть — это своеобразная плата за явление клеточной дифференцировки. Выход клеток в дифференци-ровку для многих типов клеток означает старение и гибель в связи с утратой возможности возвращения в митотический цикл (нервные клетки, сердечная и скелетная мышцы, лейкоциты и эритроциты крови, эпителий ворсин кишечника).
Влияние на процесс старения условий жизни
Условия жизни относятся к категории понятий, отличающихся широтой и некоторой размытостью границ. Если для животных оно включает природно-географические, прежде всего климатические, факторы, то в отношении человека необходимо учитывать также и социально-экономические факторы.
Оценка влияния условий жизни на скорость старения требует предварительного отбора демонстративных показателей, значения ко торых закономерно изменяются соответственно возрасту. В исследо ваниях зависимости скорости старения от условий жизни, проводимых на лабораторных животных, используют следующие признаки: 1) со стояние белков соединительной ткани коллагена и эластина; 2) пока затели сердечной деятельности и кровообращения; 3) содержание пигмента липофусцина в клетках нервной системы и сердца; 4) пока затели произвольной двигательной активности; 5) способность к обу чению.
Изучали влияние на скорость старения многих условий жизни: пониженной температуры окружающей среды, измененного режима двигательной активности, воздействий ионизирующим облучением, повышенного парциального давления кислорода. В опытах на плодо вых мухах, например, установлено, что увеличение в атмосфере в три раза концентрации О2 приводит к ускоренному старению, что выра жается в более быстром отложении в тканях липофусцина. Параллель но отмечалось сокращение вдвое длительности жизни. В другом опыте кроликов с раннего возраста систематически и длительно подвергали повышенным двигательным нагрузкам. В описанных условиях у кро ликов замедлялся ритм сердечных сокращений, снижалось артериаль ное давление..
Влияние социально-экономических условий на длительность жизни может быть оценено путем сравнения названного показателя для одной и той же популяции (например, население страны), но в разные исторические периоды или же путем сопоставления продолжительно сти жизни в двух популяциях, различающихся по жизненному уровню и сосуществующих в одно и то же историческое время. Социально-экономические условия жизни населения стран Европы, Северной Америки, некоторых стран Азии и Африки претерпели существенные изменения в текущем столетии. Главным итогом этих изменений явилось повышение жизненного уровня, улучшение питания, жилищ ных условий, качества охраны здоровья и медицинской помощи.
Влияние на процесс старения образа жизни
Понятие образа жизни в строгом смысле применимо лишь к человеку, так как включает в себя осознанное отношение к собствен ным действиям и, следовательно, оставляет за индивидуумом право выбора поступать так или иначе. В повседневной жизни образ жизни нередко как бы навязывается людям внешними обстоятельствами (ограниченная двигательная активность работников интеллектуально го труда и детей, увлеченных компьютерными играми, напряженный ритм жизни многомиллионного города, национальные традиции в питании). Значение образа жизни в изменении скорости старения усиливается тем, что те или иные привычки, среди которых есть вредные, устанавливаются в раннем зрелом возрасте и сопровождают человека обычно на протяжении всей жизни. Из многих важных сторон, характеризующих образ жизни, рассмотрим такие, как диета и семейная жизнь.
Осознание учеными зависимости скорости старения от особенно стей питания изначально связано с результатами экспериментальной геронтологии.
Статистика показывает, что защитное действие семейного образа жизни, во-первых, распространяется на все возрасты и, во-вторых, проявляется в отношении подавляющего большинства причин смерти, включая сердечно-сосудистые заболевания, рак, аппендицит, туберку лез, болезни органов пищеварения.
Механизм действия семейного образа жизни, видимо, достаточно сложен.
Конкретные пути благотворного влияния семейной жизни не ус тановлены. Возможно, речь идет о благоприятной психоэмоциональ ной обстановке, сглаживании стрессовых ситуаций. Следует подумать также об особенностях функции желез внутренней секреции.
Влияние на процесс старения эндоэкологической ситуации
С понятием экология мы связываем обычно совокупность абиоло-гических и биологических факторов, действующих на организм в среде его обитания, т.е. внешние условия жизни. Но сходные по своей природе факторы, например микробные, могут действовать на орга низм и изнутри. Действительно, определенные штаммы бактерий, обитающие в кишечнике, являются обязательными симбионтами жи вотных и человека, причем им принадлежит важная роль в осуществ лении ряда функций (обмен витаминов и др.). Все это дает основание судить об эндоэкологии организма.