Старение как закономерный этап онтогенеза. Проявления старения на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях

Министерство  Здравоохранения Российской Федерации

Самарский Государственный  Медицинский Университет 

Кафедра Медицинской  Биологии,

Генетики  и Экологии. 
 

Реферат 

Старение, как  закономерный этап онтогенеза. Проявления старения на молекулярном, клеточном, тканевом и организменном уровнях. 

                      Заведующий кафедрой

профессор

Л.Н.Самыкина 

Научный руководитель

старший преподаватель

А.И.Дудина 

Работу выполнила 

студентка 144 группы

педиатрического факультета

А.Г.Яшметова 

Самара,2011

План:

     1.Введение

     2.Общие закономерности развития старения.

     3.Проявление старения на молекулярном и клеточном уровнях.

     4. Проявление старения на субклеточном уровне.

     5. Проявление старения на тканевом уровне.

     6. Проявление старения на организменном и органном уровнях.

     7. Список литературы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Введение

Биология старения стала одной из центральных проблем  современного естествознания. Всё нарастающий интерес исследователей к этой проблеме определяется рядом факторов. Во-первых, крупные достижения биологической науки, в первую очередь раскрытие механизмов передачи генетической информации, биосинтез белка, мембранных механизмов функции клеток, установление общих закономерностей регуляции обмена и функции организма, сделали реальной возможность познания ведущих механизмов старения. Во-вторых, экспериментальные исследования последних лет показали возможность пролонгирования жизни животных и обосновывают возможность перенесения некоторых результатов на человека. В-третьих, в высокоразвитых странах значительно растёт число пожилых и старых людей в обществе, развивается постарение населения, что приводит к возникновению ряда крупных социально-экономических проблем. В-четвертых, возрастные изменения обмена и функции организма – основа развития возрастной патологии, возникновением ряда заболеваний человека, являющихся основной причиной его смерти. Все это привело к тому, что проблемой биологии старения интересуются в последние годы не только биологи, но и клиницисты, экономисты демографы. К этой проблеме обращаются сотни творческих коллективов, многочисленные исследователи. Стало очевидным, что правильное понимание сущности старения необходимо для познания основных механизмов жизненных явлений, их становления и развития. Стало также очевидным, что исследования в области биологии старения приобретают большое значение для практики медицины и ряда социальных мероприятий. Как видно, проблема изучения механизмов старения имеет большое значение для самых разных областей жизни и науки. Данная работа рассматривает механизм старения и его проявления на молекулярном, субклеточном, клеточном и тканевых уровнях организации. 
 
 
 
 
 

2.Общие  закономерности развития  старения.

    Онтогенез-это индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента его зарождения до конца жизни.

    Старение - заключительный этап онтогенеза. Старение - это закономерный процесс возрастных изменений организма, ведущей к изменению его адаптивной возможности и к увеличению вероятности смерти. Старение, закономерно возникающие в процессе развития особи возрастные изменения, начинающиеся задолго до старости и приводящие к постепенно нарастающему сокращению приспособительных возможностей организма. Изучением занимается геронтология.

    Время наступления старости условно. Мужчин и женщин в возрасте от 55—60 до 75 лет считают пожилыми, с 75 лет — старыми, с 90 лет — долгожителями. Предполагается, что видовая продолжительность жизни человека равна 92—95 годам. Но и при старении могут сохраняться умственные и физические силы, определенная работоспособность, общественная или социальная активность и интерес к окружающему миру. Процесс старения начинается в разных органах и тканях не одновременно и протекает с разной интенсивностью. Во многом интенсивность старения зависит от врожденных, генетически детерминированных свойств тканей. Для старения характерны гетерохронность (различие во времени наступления старения отдельных органов и тканей), гетеротопность (неодинаковая выраженность старения в различных органах), гетерокинетичность (развитие возрастных изменений с различной скоростью), гетерокатефтентность (разнонаправленность возрастных изменений клеток и органов).

    Все сдвиги показателей обмена веществ и функции, развивающиеся с возрастом, относятся к одному из трех типов изменений: прогрессивно снижающиеся (сократительная функция сердца, функция пищеварительных и ряда эндокринных желез, память и др.); существенно не изменяющиеся (уровень сахара крови, кислотно-щелочное равновесие и др.); прогрессивно возрастающие (активность ряда ферментов, содержание холестерина, лецитина и др.) Существенные возрастные различия в надежности гомеостаза выявляются при функциональных нагрузках. Поэтому объективная оценка стареющего организма может быть получена на основе не статической, а динамической характеристики с применением функциональных проб.

 Различный баланс  процессов старения и витаукта  определяет биологический возраст  человека, объективную меру степени  возрастных изменений. Различают  синдромы ускоренного (преждевременного) и замедленного старения. Ускоренное  старение способствует раннему  развитию возрастной патологии,  замедленное — долголетию. При  преждевременном старении биологический возраст превышает календарный. Существуют синдромы старения с преимущественными изменениями в различных системах организма — нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и др. Определение биологического возраста, синдрома старения позволяет прогнозировать изменения здоровья человека, темп его старения, рекомендовать систему специфических средств профилактики. Существенное значение в механизме старения имеют ослабление нервных влияний на клетки, сдвиги их реактивности к действию биологически активных веществ. Это вызывает изменение реакции органов и систем на действие лекарственных препаратов. При старении снижается надежность важнейших защитных систем организма — репарации ДНК, антиоксидантов, иммунитета, микросомального окисления и др.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.Проявление  старения на молекулярном  и клеточном уровнях.

    Молекулярные и клеточные проявления старения многообразны. Они заключаются в изменении показателей потоков информации и энергии, состояния ультраструктур дифференцированных клеток, снижении интенсивности клеточной пролиферации.

Молекулярные механизмы  старения клеток различных типов  не универсальны. Нельзя объяснить  молекулярные механизмы старения одних  клеток данными, полученными при  изучении клеток другого типа; нельзя считать последовательность изменений  на молекулярном уровне в клетках  одного типа общей закономерностью  старения для всех клеток. Действительно, последовательность возрастных изменении  в первично стареющем нейроне  и, к примеру, в мышечной клетке после  деструкции под- ходящего к ней нервного окончания во многом отличаются друг от друга. В одних клетках первичные изменения наступают в регулировании генома, в других — в мембранных процессах, в энергетическом обмене и уже вторично в геноме с последующими нарушениями во всех звеньях жизнедеятельности клеток. Старение приводит к функциональной неполноценности клеток самого различного типа.

    Во многих клетках отмечается уменьшение ядерно-цитоплазматического контраста; уменьшение числа митохондрий, их набухание, разрушение, спирализация; нарушение целостности эндоплазматического ретикулума, атрофия канальцев эндоплазматического ретикулума; уменьшение числа рибосом, увеличение числа первичных лизосом, появление вторичных лизосом, накопление липофусцина; появление вакуолей, ограниченных мембраной, изменение толщины; разрывы в плазматической мембране.

Гибель клеток, уменьшение их числа неодинаково выражено в  различных органах, в пределах различных  клеточных популяций. Так, в мозгу, к примеру, в ряде областей коры головного  мозга коры мозжечка, в скорлупе, в голубом пятне отмечается убыль  клеток на 30—40%. В то же время в  ряде структур гиппокампа, ствола мозга, гипоталамуса практически не отмечено потери числа нейронов.

    Убыль числа клеток описана в печени, почках, эндокринных железах, миокарде, скелетных мышцах.  Уменьшение числа клеток неодинаково сказывается на функции различных органов в старости. Особенное значение этот процесс имеет для функции нервных центров, ограниченная популяция клеток которых определяет важные внутри-центральные взаимоотношения, регуляцию метаболизма и функции других тканей. Наряду с этим в старости описываются клетки, находящиеся в состоянии гиперфункции и гипертрофии.  В них отмечается ряд метаболических, структурных феноменов, имеющих явно адаптивный характер — гипертрофия ядра, полиплоидия, многоядерность, увеличение площади ядерных мембран, гипертрофия митохондрий, гиперплазия структур Гольджи, появление мощной сети шероховатого ретикулума, гипертрофия миофибрилл и др. В одних клетках отмечаются отдельные компоненты витаукта в условиях возрастной деградации, в других адаптивный сдвиг характерен для всей клетки в целом. Можно полагать, что при убыли части клеток на оставшиеся ложится повышенная функциональная нагрузка. Метаболические сдвиги, происходящие при этом, активируют генетический аппарат, биосинтез белка клеток и в результате развивается гипертрофия. Развитие ее будет зависеть от степени нагрузки и выраженности возрастных изменений генетического аппарата.  Очень важно, что даже в пределах одного органа изменяется соотношение клеток различной функциональной значимости.

    Таким образом, только простой убылью клеток невозможно объяснить все многообразие функциональных изменений, наступающих в процессе старения. Важно взаимоотношение между деградировавшими клетками и возникающими адаптивными реакциями, состояние механизмов регуляции, определяющих взаимодействие клеток. Так, при старении наступают серьезные нарушения функции иммунитета. Общее содержание Т- и В-лимфоцитов, плазматических клеток, активность макрофагов, уровень иммуноглобулинов изменены мало. Известна роль клеточных мембран в осуществлении функции клеток. В книге приведен обширный материал об изменении электрических и других биофизических свойств мембран клеток различного типа. Оказалось, что в процессе старения они изменяются неодинаково, например, мембранный потенциал клеток скелетных мышц, миокарда, клеток печени в среднем практически не изменяется, а гладкомышечных клеток и сосудов, ацинарных клеток околоушной слюнной железы растет. Неодинаково изменяются и другие свойства клеток, например, прямая возбудимость скелетно-мышечных клеток с возрастом падает, а мотонейронов спинного мозга растет. В неоди-наковой степени изменяется сопротивление мембран разных клеток, их проницаемость. Во многих клетках существенны изменения в течение потенциала действия. Так, в мотонейронах спинного мозга значительно растет продолжительность антидромных потенциалов действия, растет длительность потенциалов действия и скелетно-мышечных волокон. Длительность потенциала действия миокардиальных волокон с возрастом не изменяется.

    Известна роль клеточных мембран в осуществлении функции клеток. В книге приведен обширный материал об изменении электрических и других биофизических свойств мембран клеток различного типа. Оказалось, что в процессе старения они изменяются неодинаково, например, мембранный потенциал клеток скелетных мышц, миокарда, клеток печени в среднем практически не изменяется, а гладкомышечных клеток и сосудов, ацинарных клеток околоушной слюнной железы растет. Неодинаково изменяются и другие свойства клеток, например, прямая возбудимость скелетно-мышечных клеток с возрастом падает, а мотонейронов спинного мозга растет. В неодинаковой степени изменяется сопротивление мембран разных клеток, их проницаемость. Во многих клетках существенны изменения в течение потенциала действия. Так, в мотонейронах спинного мозга значительно растет продолжительность антидромных потенциалов действия, растет длительность потенциалов действия и скелетно-мышечных волокон. Длительность потенциала действия миокардиальных волокон с возрастом не изменяется. Однако при гиперфункции у старых наступают более выраженные изменения в потенциалах действия миокардиальных волокон.

    Существенное значение имеет изменение белковой и фосфолипидной части мембран. Во многих типах клеток при старении снижается активный транспорт ионов и ряда других веществ. Это во многом связано с падением активности мембранной К+-, Nа+- АТФазы, очевидно, с изменением количества и состояния самих ионных каналов. Блокада К+, Nа+- АТФазы вызывает в клетках старых организмов менее выраженные сдвиги в величине мембранного потенциала. Процессы активного транспорта ионов, осуществление функции требуют определенных энергетических трат.  Также при старении наступает перераспределение различных путей энергетического обеспечения клетки, во многих клетках уменьшается число белковых рецепторов на мембране и, очевидно, дрейф рецепторов по поверхности мембраны. Это ограничивает возможность реакции на большие дозы веществ. Следует указать, что изменяется не только количество рецепторов, но и их состояние, зависимое от фосфолипидного окружения.

Открыт новый важный физиологический механизм старения клеток. Речь идет о существовании  связи между активацией биосинтеза белка и электрическими свойствами плазматической мембраны. Оказалось, что  при активации биосинтеза белка, вызванной различными факторами, в  различных клетках возникает  однотипная реакция — гиперполяризация. Благодаря гиперполяризации изменяются ответные реакции клетки, проницаемость ее мембраны, участие в системных реакциях. Это обеспечивает определенные условия для переключения функции клетки на биосинтез белка, сдерживает течение этого процесса. Предполагается, что развитие гиперполяризации связано с образованием специального фактора, который в меньших количествах синтезируется в клетках старых животных. 
 

4.Проявление  старения на субклеточном  уровне.

    Старение организма начинается не только в клетках. Вполне очевидно, что нарушение структуры и функции клеток может быть связано с уменьшением кровоснабжения органа, изменением химического состава крови и, прежде всего, концентрации гормонов. Нарушение кровоснабжения имеет особенно большое значение в старении и гибели клеток половых органов, головного мозга и мышц. Действительно, кровоснабжение этих органов в старости нарушается особенно существенно, а их клетки наиболее чувствительны к недостатку кислорода. Более того, характер биохимических изменений при старении в клетках яичника в общем соответствует тому, что наблюдается в этих клетках при недостаточном снабжении их кислородом.

В мышечных клетках  диафрагмы в процессе старения наблюдается  резкое изменение структуры фибрилл, и характер этих изменений также  аналогичен тем, которые происходят при недостаточном снабжении  мышцы кислородом. С другой стороны, старение клеток яичника в значительной степени обусловлено нарушением соотношения различных гормонов, регулирующих их функцию. В пожилом  организме к этим механизмам старения и гибели клеток «подключаются» и  иммунологические механизмы. Эффективное  функционирование иммунологической системы  — одно из условий надежного существования  многих животных, в том числе человека, подвергающихся воздействию различных  чужеродных антигенов. В процессе старения эта эффективность понижается. И  дело не только (и не столько) в том, что снижается способность организма  противостоять чужеродным антигенам. Хуже то, что клетки, способные к  синтезу антител, начинают вырабатывать их против собственных структур. Такие  антитела называют аутоантителами.  Основной причиной их синтеза является потеря способности клетками, синтезирующими антитела, различать «свое» от «чужого». Количество аутоантител увеличивается в процессе старения. Следовательно, в пожилом организме существует постоянная опасность повреждения ими клеток соответственно головного мозга и щитовидной железы. Ведь аутоантитела, реагируя со специфическими для них антигенами, нарушают функцию структур, в состав которых эти антигены входят.