Kvalitatívne fenomenologické teória starnutia

Video: Kunanbaeva S F - rast, vývoj a pohyb starnutie teórie Mechnikova

Moderné lineárne termodynamika nevratných procesov vznikol asi pred 40 rokmi, a dokonca potom bolo navrhnuté, že jeho hlavné pomery môžu byť použité ku konštrukcii fenomenologické teórie zmien súvisiacich so starnutím obyvateľstva v organizmoch (Prigogine, Wiam, 1946- Prigogine, 1960).

Podľa tohto predpokladu, popísať procesy vývoj, rast a starnutie organizmov možno použiť kritérium evolúcie lineárnych termodynamiky nevratných procesov.

Toto kritérium je založené na teorému Prigozhin (Prigogine, 1960), ktoré možno zhrnúť takto: V rovnovážnom stave výroby entropia v termodynamického systéme za konštantných vonkajších parametrov je minimálna a konštantná.

V prípade, že systém nie je v rovnovážnom stave, zmení sa tak dlho, kým rýchlosť produkcie entropie, alebo inými slovami, funkcia rozptyl (f), systém neprijme najnižšiu hodnotu, teda napr ..:

dF / dt >= 0 (1)

kde

(2)

T - absolútna teplota, V - objem systému, DIS / dt - rýchlosť produkcie entropie, JJ - špecifických tokov, Xj - termodynamických síl, q - intenzita tepla.

Termodynamickej toky a sily spojené lineárne vzťahy:

(3)

pre ktorých je vzájomný vzťah:

Lij = Lji, (4)

Kritérium (1) označuje smer vývoja otvoreného termodynamického systému spojeného s prechodom systému z menej pravdepodobný nestacionárne stavu do viac pravdepodobné rovnovážnom stave.

Preto pri uplatňovaní tohto kritéria sa popisujú vekom zmeny organizmy Očakáva sa, že v priebehu týchto zmien sa priblížil organizmy záverečnou ustálený stav, prechod z obývacej systému na viac pravdepodobný stave. Tieto myšlienky sa samozrejme vyjadril už skôr (Przibram, 1922- Medawar, 1945), ale iba teoreticky, Prigogine-Viam (Prigogine, Wiam, 1946), toto ustanovenie bolo vzhľadom k tomu skutočný fyzikálny význam, pretože je založený na kritériu evolúcie (1) ,

V živých systémoch špecifické funkcie rozptyl (2), s určitým priblíženia, aby sa rovnali intenzitu tepla a v dôsledku toho, intenzitu dýchania a glykolýzy, ktorý najviac ovplyvňujú výrobu tepla organizmu. Potom teória Prigogine-Viam má jednoduchý biologický zmysel, pretože to obmedzuje na vyhlásenie, že proces zmien spojených s vekom v tele je trvalý pokles v intenzite týchto procesov. Početné experimentálne dáta sú v dobrom súhlase s týmto vyhlásením (Zotin 1974, 1976).

K tomu, aby sa stal jasné, však, to je jasný rozdiel medzi dvoma druhmi javov.

prvý z nich - zmena intenzity tepla (bazálny metabolizmus) je priamo závislá na zmeny súvisiace s vekom a je charakterizovaná iba týmito javmi. Nazývame tento proces konštitutívny (Ozernyuk et al., Zotin 1971- 1974).

druhý - zmena intenzity tepla, definovaný pôsobenie rôznych vonkajších a vnútorných faktorov. Takýto postup hovoríme indukovatelná. Indukovatelné procesy môžu byť dvoch typov: indukovatelné pulz spôsobené krátkym vystavením rôzne vonkajšie a vnútorné podnety (v tejto kategórii, a najmä sa týka aktívnu výmenu dospelých zvierat), a indukovatelný súvisiace adaptívne organizmy prispôsobenie dlhodobé zmeny vonkajších a vnútorných parametrov (Ozernyuk a kol., Zotin 1971- 1974, 1976).

Schematicky teória Prigozhin-Viam a rozdiely v konštitutívnych a indukovateľných procesov je možno znázorniť pomocou schémy (viď obr. 9), v ktorom lopta úlohách sa na naklonenej žľabu. V danom okamihu pod vplyvom vonkajšie sily Lopta môže vyhnúť stabilnom stave (viď obr. 9B), ale potom sa vráti opäť na dno žľabu a pokračuje v pohybe do konečného rovnovážnom stave. guľa pohyb dna žľabu zodpovedá konštitutívny organizmov približovania sa k finálnej rovnovážny stav, vyhnúť sa lopta a vrátiť sa do prúdu rovnovážneho stavu (obrázok 9, a, a.) (obrázok 9, b, c.) - indukovatelný proces.

Obr. 9. schematický model únikov a približovanie živého systému do rovnovážneho stavu.

Ako už bolo spomenuté, existuje veľké množstvo dôkazov podporuje teóriu Prigogine-Viam (Zotin 1974, 1976). Pre ilustráciu, dám len dve číselné údaje týkajúce sa vtákov, cicavcov a človeka, z čoho vyplýva, že zníženie intenzity tepla ísť až do neskorých štádií starnutie (Obr. 10, 11).

Obr. 10. Zmena bazálny metabolizmus počas rastu vtákov a cicavcov (Zotin, 1974).
Na osi - bazálny metabolizmus, stolice * d-1 kg-1 na osi x - vek, mesiacov. 1 - kurčatá, kačice 2 -, 3 - krysa 4 - ovce, 5 - 6 - bravčového kone, 7 - krava.

Obr. 11. Zmena bazálny metabolizmus v priebehu rastu a starnutia ľudí (Zotin, 1974).
Na osi - bazálny metabolizmus, stolice * d-1 kg-1 na osi x - vek, let.

Aké sú hlavné dôsledky zaujímať gerontológia, sú odvodené od termodynamickej teórie Prigogine-Viam?

Po prvé, z hľadiska tejto teórie, zmeny s vekom v tele sprevádzané prístupom systému na konečný rovnovážnom stave, tj. E. kontinuálne starnutie obývacej systému. Na rozdiel od embryonálneho obdobia a rastu tohto obdobia, ktoré zvyčajne nazývame starnutie je len v rýchlosti procesu starnutia.

Preto je štúdium mechanizmu zníženie intenzity tepla počas vývoja, rastu a následné zmeny súvisiace s vekom, je v prvom rade štúdium mechanizmu starnutia organizmov. Ďalším zrejmým dôsledkom teórie Prigogine-Viam je tvrdenie, že v ontogenézy nutne musí byť doba, kedy nie je systém chybu, ale vyhýba sa stacionárnym stavu - procesu, sprevádzané zvýšením hodnoty funkcie disipatívny systému. Diagram (obr. 9), čo zodpovedá pohybu loptu až na sklz.

Ak sa v procese starnutia je hodnota zníženie funkcie stratového, opačný jav - jeho navýšenie - možno nazvať omladenie živý systém. Jednoduchá analýza ukazuje, že tento jav môže byť vykonaná v priebehu oogenéza, v počiatočnej fáze regenerácie a liečenie, v skorých štádiách rastu malígnych (Zotin 1974, 1976). Tieto dôsledky teórie Prigogine-Viam je schematicky znázornené na obr. 12.

Obr. 12. Schematické znázornenie termodynamickej teórie Prigogine-Viam a jeho dôsledky.
Na osi y - entropia výrobné rýchlosti, stolice * h-1 * d-1 na osi x. - čas.

Najväčší záujem, pokiaľ ide o problematiku tu riešiť, je v priebehu oogenéza zvieratách, ako v tomto okamihu, podľa diagramu (obr. 12), sa nachádza prírodná omladenie živých systémov. Preto býva len na toto obdobie. Štúdium respiračné rýchlosti v oocytov Loach ukázali, že dych, počítané na 1 mg proteínu zvyšuje oocytov rýchlo počas rastu malých, dosahuje až k hornej časti vysoká, a potom znížená (obr. 13).

Obr. 13. Zmeny v rýchlosti dýchania, a obsah mitohondrnalnogo koncentrácie proteínu mitochondrií v Loach oocytov v rôznych fázach oogenéza (Ozernyuk, 1978).
Na osi y - absorbancia O2, l * h-1 * mg-1 (1), pomer mitochondriálnej proteín / celkový proteín oocytu (2), sa počet mitochondrií v 1 mm3 (3) - na osi x - priemer oocytov, mm.

Intenzita anaeróbne glykolýzy v oogenéza Loach sa mení podobným spôsobom ako v (Ozernyuk et al., Ozernyuk 1971- 1978). Rozdiel spočíva v tom, že maximálna intenzita glykolýza dochádza v neskoršej fáze oogenéza, v porovnaní s maximálnou rýchlosťou dýchania.

Podobné údaje týkajúce sa zmeny rýchlosti respirácie oogenézu sú odvodené pre Xenopus laevis (Zotin, 1976) a Brachydanio rerio (Ozernyuk et al., 1980). Tieto štúdie teda zistené, že konštitutívny odchýlka (prírodné omladenie živé systémy) sa vyskytuje na úzkej časti zvierat ontogenézy: malé oocytov v priebehu rastu. Pri všetkých nasledujúcich stupňoch oogenézu, embryonálny vývoj a rast organizmu je len konštitutívny prístupu obývacia systému na konečnej rovnovážnom stave, tj. E. procesu starnutia.

Teraz späť k otázke, ako štúdium mechanizmu starnutia a omladenie živých systémov. Ako už bolo spomenuté, že sa nachádzajú v mechanizme zmien intenzity tepla, t. E. zmena intenzity dýchania a glykolýzy vo veku vývoj organizmov. Bude sa zaoberať len otázkami súvisiacimi na štúdium zmien v mechanizme dýchania sadzby, čo činí najviac významný príspevok k teplu produkcie v organizmoch.

Ako je známe, hlavnou dráhy bunkovej regulácii metabolizmu sú spojené na jednej strane, so zmenou počtu enzýmov, ktoré katalyzujú niektoré biochemické reakcie, na druhej strane - so zmenou aktivity týchto enzýmov a metabolitov obsahu v bunkách.

Pokiaľ ide o reguláciu dýchanie, zmena počtu respiračných enzýmov je takmer rovnaká ako zmena v počte mitochondrií, alebo, presnejšie povedané, mitochondriálnej membrány. Regulácia rýchlosti dýchanie nie je spojená so zmenami v počte mitochondrií môžu byť vykonané v dôsledku zmien fyzikálnych a chemických podmienok reakcie, zmeny koncentrácie substrátov a konečných produktov reakcií, konkurencia respiračné enzýmy glykolytických pre substráty a kofaktory, alosterické regulácia enzýmovej aktivity metabolickými produktmi, zmeny vo vlastnostiach rôzne intracelulárnu membrány a t. d.

Celý tento zložitý systém predpisov ťažko analyzovať pri zvažovaní konkrétnych mechanizmov, ako znížiť alebo zvýšiť frekvenciu dýchania v priebehu vývoja, rastu a starnutia organizmu. Je však možné zjednodušiť problém, pretože, rozptyľovať niektorých súkromných prostriedkov, možno predpokladať, že základná dýchanie (bazálny metabolizmus) je určená predovšetkým na koncentrácii mitochondrií a mitochondriálnej membrány v bunkách. Skutočnosť, že takéto vyhlásenie môže ukazovať niektoré z dostupných údajov v literatúre (Zotin 1974 Kornienko 1976- 1979).

Napríklad, Smith (Smith, 1956), ktorá zhŕňa dáta z rôznych autorov a ich vlastných pozorovaní, k záveru, že zníženie respiračné rýchlosti zvierat sa zvýšením ich hmotnosti je daná zmenou koncentrácie mitochondrií. Zaujímavé výsledky boli získané elektrón-mikroskopické počítanie počtu mitochondrií na jednotku plochy častí pečene a srdca počas starnutia krýs (Taucha et al., 1964- Levkovo, Trounov, 1970), rovnako ako zmeny v súvislosti s vekom ľudských pečene (Taucha, Sato, 1968) ,

Bolo zistené, že po starnutí krysy počtu mitochondrií na jednotku plochy úsekov pečene a srdca v priebehu starnutia klesá. To isté sa deje v pečeni ľudí. Pečeňové úseky 5000 mkm2 počet mitochondrií zmenili nasledovne: u ľudí pod 49 rokov, tam bolo 1893 50-59 - 1829 - 1434 60-64 65-69 rokov - v roku 1223 a viac ako 70 rokov - 1200 (Taucha, Sato, 1968).

Závislosť rýchlosti respirácie počtu mitochondrií usadených v našom laboratóriu pre procesy, ako sú ryby, oogenézu regeneráciu končatín v Axolotl hladovania planarians et al. (Zotin, 1976). Zvlášť ilustratívny materiály získané pri štúdiu rýb oogenézu (Ozernyuk, 1978- Ozernyuk et al., 1980).

Obr. 13 predstavuje údaje o zmenách rýchlosti dýchanie, koncentrácia proteínu a mitochondriálnej počtu mitochondrií na jednotku objemu oocytov rôznych fázach oogenéza Loach. Je možné vidieť, že existuje dobrá korelácia medzi týmito hodnotami.

Ak sa potvrdí tieto údaje, ťažisko študovať mechanizmus starnutia a omladenie živých systémov by sa mal pohybovať v smere študovať mechanizmus rastu a rozmnožovanie mitochondriách. Tento problém je však jedným z najťažších problémov modernej biológie, ako syntézu a dopravu hlavného čísla mitochondriálnych proteínov je mimo mitochondrií a je určená tak zložité javy, ako je práca a reguláciu jadrového genómu, fungovanie endoplazmatického retikula, a tak ďalej. D.

To znamená, že dôsledky termodynamickej teórie starnutia, varujú pred byť príliš optimistický postoj k možnosti zavedenia metódy regulácie starnutia a omladenie.

Z hľadiska tejto teórie, vážnym riešenie problému zvýšenie druh životnosti zvierat a rastlín, je možné len po tom, ako bude vyriešený základné problémy bunkovej biológii spojené s mechanizmom regulácie a prevádzky genómu, mechanizmu prenosu látok v bunke, mechanizme prehrávanie a rastu mitochondriách.

Delež v družabnih omrežjih:

Podobno