Качествена феноменологичната теория на стареене

Видео: Kunanbaeva С F - растеж, развитие и движение Стареене Теория Мечников

Съвременните линейни термодинамиката на необратимите процеси възникнали преди около 40 години, а дори и след това се предполага, че неговите основни съотношения могат да бъдат използвани за изграждане на феноменологичната теория на възрастовите промени в организма (Пригожин, Wiame, 1946 Пригожин, 1960).

Според тази хипотеза, за да опише процесите на развитие, растеж и стареене на организмите да използвате критерий за развитието на линейни термодинамиката на необратимите процеси.

Този критерий се основава на теоремата Prigozhin (Пригожин, 1960), който може да се обобщи по следния начин: В стабилно състояние производството на ентропия в термодинамична система при постоянни външни параметри е минимален и постоянна.

Ако системата не е в стабилно състояние, тя ще се промени, докато скоростта на производство ентропия, или с други думи, функцията за разсейване (е), системата няма да приеме най-ниската стойност, т.е. E..:

DF / DT >= 0 (1)

където

(2)

Т - абсолютна температура, V - обем на системата, Dis / DT - скорост на производство ентропия, Jj - специфични потоци, Xj - термодинамични сили, Q - интензивност на топлина.

Термодинамичните потоци и сили, свързани линейни отношения:

(3)

за които реципрочна зависимост:

Lij = LJI, (4)

Критерий (1) показва посоката на развитието на една отворена термодинамична система, свързано с преминаването на системата от по-малко вероятен извънболнична състояние към по-вероятна стабилно състояние.

Ето защо, когато се използва този критерий, за да опише Очаква се промените на организми, свързани с възрастта, че в хода на тези промени се приближи организми до крайния равновесно състояние, преходът на жива система към по-вероятно състояние. Тези идеи, разбира се, изразени по-рано (Przibram, 1922 Medawar, 1945 г.), но само на теория, Пригожин-VIAM (Пригожин, Wiame, 1946 г.), тази разпоредба е дадена реална физически смисъл, тъй като се основава на критерия за развитие (1) ,

В живите системи специфична функция разсейване (2) могат, с известно приближение, да се равнява на интензивността на топлина, а оттам и интензивността на дишане и гликолиза, която основно се определи производството на топлина на организма. Тогава теорията на Пригожин-VIAM е на прост биологичен смисъл на думата, тъй като тя се свежда до твърдението, че процесът на възрастовите промени в организма е непрекъсната спад в интензивността на тези процеси. Многобройни експериментални данни са в добро съгласие с това твърдение (Zotin 1974, 1976).

За това, за да стане ясно, обаче, това е ясно разграничение между два вида явления.

първи от тях - промяната в интензитета на топлина (базално метаболизма) е пряко свързана с възрастовите промени и се характеризира само с тези явления. Ние наричаме този процес конститутивен (Ozernyuk и др., Zotin 1971 1974).

втори - промяната в интензитета на топлина, определена от действието на различни външни и вътрешни фактори. Такъв процес се обадихме предизвикана. Предизвикващи процеси могат да бъдат два вида: индуциран пулс, причинени от кратко излагане на различни външни и вътрешни стимули (в тази категория, по-специално, се отнася активен обмен на възрастни животни) и индуктивни организми, отнасящи адаптивни адаптират към дългосрочни промени на външни и вътрешни параметри (Ozernyuk и сътр., 1971 Zotin 1974, 1976).

Схематично теория Prigozhin-VIAM и разлики в конститутивни и индуцируеми процеси могат да бъдат илюстрирани със схема (фиг. 9), в които топката ролки върху наклонената улея. Във всеки един момент от времето под въздействието на външна сила топката може да се избегне стабилно състояние (фиг. 9б), но след това се връща отново към дъното на коритото и продължава да се движи към крайния равновесно състояние. топка движение на дъното в браздата съответства на конститутивен организми сближаване на крайния равновесно състояние, народна топка и да се върнете към текущия режим (Фигура 9, а, а.) (Фигура 9, б, в.) - индуциран процес.

Фиг. 9. Схема модел на данъци и сближаване на жива система в стабилно състояние.

Както бе споменато, има голям брой доказателства в подкрепа на теорията на Пригожин-VIAM (Zotin 1974, 1976). За да се убедите, ще дам само два фигури, свързани с птици, бозайници и хора, от което следва, че намаляването на интензитета на топлината отива в късните етапи застаряването (Фиг. 10, 11).

Фиг. 10. Промяна на базално метаболизма по време на растежа на птици и бозайници (Zotin, 1974).
На ордината - метаболизма базалната, изпражнения * * г-1 кг-1 по абсцисата - Възраст, месеци. 1 - пилета, патици 2 -, 3 - плъх 4 - овце, свине 5 - 6 - коне, 7 - крава.

Фиг. 11. Промяна на базалната метаболизма по време на растежа и възрастните хора (Zotin., 1974)
На ордината - метаболизма базалната, изпражнения * * г-1 кг-1 по абсцисата - годишна възраст, години.

Какви са основните последици от интерес за геронтологията, са получени от термодинамична теория на Пригожин-VIAM?

На първо място, от гледна точка на тази теория, свързани с възрастта промени в организма, придружени от подхода на системата на крайния равновесно състояние, т.е.. Д. непрекъснато застаряването на живот система. За разлика от ембрионални период и развитието на този период, което ние обикновено наричаме стареене е само в скоростта на процеса на стареене.

Поради това изследването на механизма на намаляване на интензитета на топлина по време на развитието, растежа и последващите свързани с възрастта промени е основно изследване на механизма на възрастните организми. Друг очевиден резултат от теорията на Пригожин-VIAM е твърдението, че в онтогенезата неизбежно трябва да е период, когато системата не е живеят близо, но странят от стационарен държавата - процес, съпроводено с увеличаване на стойността на функция отвеждаща система. Диаграмата (фиг. 9), това отговаря на придвижване на топката улея.

Ако в процеса на стареене е стойност, намаляване на функцията на разсейване, обратното явление - увеличението му - може да се нарече подмладяване на живот система. Прост анализ показва, че това явление може да се проведе по време на овогенезата, в началния етап на регенериране и рани, в ранните етапи на злокачествен растеж (Zotin 1974, 1976). Тези последици Пригожин-VIAM теория е показано схематично на фиг. 12.

Фиг. 12. Схематично представяне на термодинамична теория на Пригожин-VIAM и неговите последици.
На ординатата - ентропия скоростта на производството, изпражнения * з-1 * г-1 по абсцисата -. Time.

Най-голям интерес от гледна точка на въпросите, разгледани тук, е по време на овогенезата животни, тъй като по това време, според схемата (фиг. 12), съществува естествено подмладяване на живите системи. Затова се спрем само на този период. Проучване на скоростта на дишане в ооцити щипок показа, че въздух, изчислена за 1 мг протеин ооцитни увеличава бързо по време на растежа на малките, достига до върха на висок, и след това се редуцира (фиг. 13).

Фиг. 13. Промените в скоростта на дишане и съдържание mitohondrnalnogo протеин концентрация на митохондриите в Лоуч ооцити на различни етапи от овогенезата (Ozernyuk, 1978).
На ординатата - абсорбция O2, л * Н-1 * мг-1 (1), отношението на митохондриална протеин / общ протеин яйцеклетка (2), на броя на митохондриите в 1 mm3 (3) - абсцисата - диаметър на яйцеклетка, мм.

Интензитетът на анаеробно гликолизата в овогенезата щипок варира по подобен начин (Ozernyuk и сътр., 1971 Ozernyuk 1978). Разликата се състои в това, че интензивността на гликолиза максимално се случва на по-късен етап от овогенезата, в сравнение с максимална скорост на дишане.

Подобни данни, отнасящи се до промени в скоростта на дишане овогенезата са получени за Xenopus Laevis (Zotin, 1976) и Brachydanio rerio (Ozernyuk и сътр., 1980). По този начин, тези изследвания са установили, че конститутивен отклонение (естествено подмладяване живите системи) протича при тесните порциите животните онтогенеза: малки яйцеклетките по време на растежа. На всички последващи етапи на овогенезата, ембрионалното развитие и растеж на тялото е само конститутивен на подхода жива система на крайния равновесно състояние, т.е.. Е. В процеса на стареене.

Сега обратно към въпроса за това как изучаването на механизма на стареене и подмладяване на живите системи. Както бе споменато, те могат да бъдат намерени в механизма на промените на интензивност топлина, т. Е. промяна в интензитета на дишането и гликолиза на възраст еволюция на организмите. Той ще обсъди само въпросите, свързани с изучаването на промените в механизма на честотата на дишане, което го прави най-значим принос за затопляне на производството в организма.

Както е известно, основните пътища на клетъчната регулация на метаболизма са свързани, от една страна, с промяната в броя на ензими, които катализират някои биохимични реакции, от друга страна - с промяна в активността на тези ензими и метаболити съдържание в клетките.

Когато става дума за регулиране на дишане, промяната в броя на респираторни ензими е почти същата като промяна в броя на митохондриите, или по-точно, на митохондриалните мембрани. Регулиране на скоростта на дишане не е свързано с промени в броя на митохондриите могат да се извършват в резултат на промяна на физичните и химичните условия на реакциите, промени в концентрацията на субстратите и крайните продукти от реакциите, конкуренция дишане ензими и гликолитични за субстрати и кофактори, алостеричен регулиране на ензимната активност от метаболитни продукти, промени в свойствата различни вътреклетъчни мембрани и т. г.

Цялата тази сложна система от правила е трудно да се анализират, когато обмислят конкретни механизми за намаляване или увеличаване на скоростта на дишане по време на развитие, растеж и стареене на организмите. Въпреки това, може да се опрости проблема, тъй като се разсейва от някои частни средства, може да се предположи, че базовата линия дишане (базално метаболитната скорост) се определя главно от концентрацията на митохондриите и митохондриалните мембрани в клетките. Фактът, че такова изявление може да покаже някои от най-добрите в литературата данни (Zotin 1974 г., 1976 г. Kornienko 1979).

Например, Смит (Smith, 1956), обобщаваща данни от различни автори и техните собствени наблюдения, заключи, че намаляването на скоростта на дишане на животните с увеличаване на теглото им се определя от промяната в концентрацията на митохондриите. Интересни резултати са получени чрез електронно-микроскопски преброяване на броя на митохондриите на единица площ на части от черния дроб и сърцето по време на стареене плъхове (Tauchi и сътр., 1964- Левкова, Trounov, 1970), както и свързани с възрастта промени в човешки черен дроб (Tauchi, Sato, 1968) ,

Установено е, че при стареене плъхове броя на митохондриите на единица площ на части от черния дроб и сърцето намалява по време на стареене. Същото нещо се случва в черния дроб на човека. Чернодробните секции 5000 mkm2 брой митохондриите се променили, както следва: при хора под 49 години, имаше 1893 50-59 - 1829 60-64 - 1434 65-69 години - в 1223 и над 70-годишна възраст - 1200 (Tauchi, Сато, 1968).

Зависимостта от скоростта на дишане на броя на митохондриите, установени в нашата лаборатория за процеси, като например риба овогенезата, регенерация на крайниците в саламандър глад planarians и сътр. (Zotin, 1976). Особено илюстративни материали, получени при изследването на риба овогенезата (Ozernyuk, 1978- Ozernyuk и сътр., 1980).

Фиг. 13 представя данните за промените в скоростта на дишане, митохондриална концентрация на протеин и на броя на митохондриите на единица обем ооцити различни етапи на овогенезата Лоуч. Това може да се види, че има добра корелация между тези стойности.

Ако се потвърдят тези данни, центърът на тежестта на изучаване на механизма на стареене и подмладяване на живите системи трябва да се движат в посока на изучаване на механизма на растежа и размножаването на митохондриите. Този проблем, обаче, е един от най-трудните проблеми на съвременната биология, като синтез и транспортирането на главния броя на митохондриалните протеини е извън митохондриите и се определя от такива сложни явления като работата и регулирането на ядрения геном, функционирането на ендоплазмения ретикулум, и така нататък. Г.

По този начин, последиците от термодинамична теория на стареене, предупреждават срещу твърде оптимистично отношение към възможността за създаване на методи за регулиране на стареене и подмладяване.

От гледна точка на тази теория, сериозно решение на проблема за увеличаване на видове живот на животни и растения ще бъде възможно само след как ще бъде решен основните проблеми на клетъчната биология, свързани с механизма на регулирането и експлоатацията на генома, че транспортният механизъм вещества в клетката, механизмът за възпроизвеждане и растежа на митохондриите.

Споделяне в социалните мрежи:

сроден