Kvalitativní fenomenologické teorie stárnutí

Video: Kunanbaeva S F - růst, vývoj a pohyb stárnutí teorie Mechnikov

Moderní lineární termodynamika nevratných procesů vznikl asi před 40 lety, a dokonce pak bylo navrženo, že jeho hlavní poměry mohou být použity ke konstrukci fenomenologické teorie změn souvisejících se stárnutím obyvatelstva v organismech (Prigogine, Wiame, 1946- Prigogine, 1960).

Podle tohoto předpokladu, popsat procesy vývoj, růst a stárnutí organismů lze použít kritérium evoluce lineárních termodynamiky nevratných procesů.

Toto kritérium je založeno na teorému Prigozhin (Prigogine, 1960), které lze shrnout takto: V ustáleném stavu výroby entropie v termodynamického systému za konstantních vnějších parametrů je minimální a konstantní.

V případě, že systém není v rovnovážném stavu, změní se tak dlouho, dokud rychlost produkce entropie, nebo jinými slovy, funkce rozptyl (f), systém nepřijme nejnižší hodnotu, tedy např..:

dF / dt >= 0 (1)

kde

(2)

T - absolutní teplota, V - objem systému, DIS / dt - rychlost produkce entropie, JJ - specifických toků, Xj - termodynamických sil, q - intenzita tepla.

Termodynamické toky a síly spojené lineární vztahy:

(3)

pro které je vzájemný vztah:

Lij = Lji, (4)

Kritérium (1) označuje směr vývoje otevřeného termodynamického systému spojeného s přechodem systému z méně pravděpodobný nestacionární stavu do více pravděpodobné ustáleném stavu.

Proto při použití tohoto kritéria se popisují věkem změny organismy Očekává se, že v průběhu těchto změn se přiblížil organismy závěrečnou ustáleného stavu, přechod z obývacího systému na více pravděpodobný stavu. Tyto myšlenky se samozřejmě vyjádřil již dříve (Przibram, 1922- Medawar, 1945), ale pouze teoreticky, Prigogine-VIAM (Prigogine, Wiame, 1946), toto ustanovení bylo vzhledem k tomu skutečný fyzikální význam, protože je založen na kritériu evoluce (1) ,

V živých systémech specifické funkce rozptyl (2), s určitým přiblížení, aby se rovnaly intenzitu tepla a v důsledku toho, intenzitu dýchání a glykolýzy, který převážně určují výrobu tepla organismu. Pak teorie Prigoginem-VIAM má jednoduchý biologický smysl, protože to omezuje na prohlášení, že proces změn souvisejících s věkem v těle je trvalý pokles v intenzitě těchto procesů. Četné experimentální data jsou v dobrém souhlasu s tímto prohlášením (Zotin 1974, 1976).

K tomu, aby se stal jasné, nicméně, to je jasný rozdíl mezi dvěma druhy jevů.

první z nich - změna intenzity tepla (bazální metabolismus) je přímo závislá na změny související s věkem a je charakterizována pouze těmito jevy. Nazýváme tento proces konstitutivní (Ozernyuk et al., Zotin 1971- 1974).

druhý - změna intenzity tepla, definovaný působení různých vnějších a vnitřních faktorů. Takový postup říkáme indukovatelná. Indukovatelné procesy mohou být dvou typů: indukovatelné puls způsobené krátkým vystavením různé vnější a vnitřní podněty (v této kategorii, a zejména se týká aktivní výměnu dospělých zvířat), a indukovatelný související adaptivní organismy přizpůsobení dlouhodobé změny vnějších a vnitřních parametrů (Ozernyuk a kol., Zotin 1971- 1974, 1976).

Schematicky teorie Prigozhin-VIAM a rozdíly v konstitutivních a indukovatelných procesů je možno znázornit pomocí schématu (viz obr. 9), ve kterém míč rolích se na nakloněné žlabu. V daném okamžiku pod vlivem vnější síly Míč může vyhnout stabilním stavu (viz obr. 9B), ale pak se vrátí opět na dno žlabu a pokračuje v pohybu do konečného ustáleném stavu. koule pohyb dna žlabu odpovídá konstitutivní organismů přibližování se k finální ustáleného stavu, vyhnout se míč a vrátit se do proudu ustáleného stavu (obrázek 9, a, a.) (obrázek 9, b, c.) - indukovatelný proces.

Obr. 9. schematický model úniků a přibližování živého systému do ustáleného stavu.

Jak již bylo zmíněno, existuje velké množství důkazů podporuje teorii Prigoginem-VIAM (Zotin 1974, 1976). Pro ilustraci, dám jen dvě číselné údaje týkající se ptáků, savců a člověka, z čehož vyplývá, že snížení intenzity tepla jít až do pozdních stadií stárnutí (Obr. 10, 11).

Obr. 10. Změna bazální metabolismus během růstu ptáků a savců (Zotin, 1974).
Na ose - bazální metabolismus, stolice * d-1 kg-1 na ose x - věk, měsíců. 1 - kuřata, kachny 2 -, 3 - krysa 4 - ovce, 5 - 6 - vepřového koně, 7 - kráva.

Obr. 11. Změna bazální metabolismus v průběhu růstu a stárnutí lidí (Zotin, 1974).
Na ose - bazální metabolismus, stolice * d-1 kg-1 na ose x - věk, let.

Jaké jsou hlavní důsledky zajímat gerontologie, jsou odvozeny od termodynamické teorie Prigoginem-Viam?

Za prvé, z hlediska této teorie, změny s věkem v těle doprovázeno přístupem systému na konečný ustáleném stavu, tj. E. kontinuální stárnutí obývacího systému. Na rozdíl od embryonálního období a růstu tohoto období, které obvykle nazýváme stárnutí je jen v rychlosti procesu stárnutí.

Proto je studium mechanismu snížení intenzity tepla během vývoje, růstu a následné změny související s věkem, je v první řadě studium mechanismu stárnutí organismů. Dalším zřejmým důsledkem teorie Prigoginem-VIAM je tvrzení, že v ontogenezi nutně musí být doba, kdy není systém chybu, ale vyhýbá se stacionárním stavu - procesu, doprovázené zvýšením hodnoty funkce disipativní systému. Diagram (obr. 9), což odpovídá pohybu míč až na skluz.

Pokud se v procesu stárnutí je hodnota snížení funkce ztrátového, opačný jev - jeho navýšení - lze nazvat omlazení živý systém. Jednoduchá analýza ukazuje, že tento jev může být provedena v průběhu oogeneze, v počáteční fázi regenerace a léčení, v časných stádiích růstu maligních (Zotin 1974, 1976). Tyto důsledky teorie Prigogine-VIAM je schematicky znázorněno na obr. 12.

Obr. 12. Schematické znázornění termodynamické teorie Prigoginem-VIAM a jeho důsledky.
Na ose y - entropie výrobní rychlosti, stolice * h-1 * d-1 na ose x. - čas.

Největší zájem, pokud jde o problematiku zde řešit, je v průběhu oogeneze zvířatech, jak v tomto okamžiku, podle diagramu (obr. 12), se nachází přírodní omlazení živých systémů. Proto bydlí jen na toto období. Studium respirační rychlosti v oocytů Loach ukázaly, že dech, počítáno na 1 mg proteinu zvyšuje oocytů rychle během růstu malých, dosahuje až k horní části vysoká, a potom snížena (obr. 13).

Obr. 13. Změny v rychlosti dýchání, a obsah mitohondrnalnogo koncentrace proteinu mitochondrií v loach oocytů v různých fázích oogeneze (Ozernyuk, 1978).
Na ose y - absorbance O2, l * h-1 * mg-1 (1), poměr mitochondriální protein / celkový protein oocytu (2), se počet mitochondrií v 1 mm3 (3) - na ose x - průměr oocytů, mm.

Intenzita anaerobní glykolýzy v oogeneze Loach se mění podobným způsobem jako v (Ozernyuk et al., Ozernyuk 1971- 1978). Rozdíl spočívá v tom, že maximální intenzita glykolýza dochází v pozdější fázi oogeneze, ve srovnání s maximální rychlostí dýchání.

Podobné údaje týkající se změny rychlosti respirace ovogenezi jsou odvozeny pro Xenopus laevis (Zotin, 1976) a Brachydanio rerio (Ozernyuk et al., 1980). Tyto studie tedy zjištěno, že konstitutivní odchylka (přírodní omlazení živé systémy) se vyskytuje na úzké části zvířat ontogenezi: malé oocytů v průběhu růstu. Při všech následujících stupních ovogenezi, embryonální vývoj a růst organismu je jen konstitutivní přístupu obývací systému na konečné ustáleném stavu, tj. E. procesu stárnutí.

Nyní zpět k otázce, jak studium mechanismu stárnutí a omlazení živých systémů. Jak již bylo zmíněno, že se nacházejí v mechanismu změn intenzity tepla, t. E. změna intenzity dýchání a glykolýzy ve věku vývoj organismů. Bude se zabývat pouze otázkami souvisejícími ke studiu změn v mechanismu dýchání sazby, což činí nejvíce významný příspěvek k teplu produkce v organismech.

Jak je známo, hlavní dráhy buněčné regulaci metabolismu jsou spojeny na jedné straně, se změnou počtu enzymů, které katalyzují některé biochemické reakce, na druhé straně - se změnou aktivity těchto enzymů a metabolitů obsahu v buňkách.

Pokud jde o regulaci dýchání, změna počtu respiračních enzymů je téměř stejná jako změna v počtu mitochondrií, nebo, přesněji řečeno, mitochondriální membrány. Regulace rychlosti dýchání není spojena se změnami v počtu mitochondrií mohou být provedeny v důsledku změn fyzikálních a chemických podmínek reakce, změny koncentrace substrátů a konečných produktů reakcí, konkurence respirační enzymy glykolytických pro substráty a kofaktory, alosterické regulace enzymové aktivity metabolickými produkty, změny ve vlastnostech různé intracelulární membrány a t. d.

Celý tento složitý systém předpisů obtížně analyzovat při zvažování konkrétních mechanismů, jak snížit nebo zvýšit frekvenci dýchání v průběhu vývoje, růstu a stárnutí organismu. Je však možné zjednodušit problém, protože, rozptylovat některých soukromých prostředků, lze předpokládat, že základní dýchání (bazální metabolismus) je určena především na koncentraci mitochondrií a mitochondriální membrány v buňkách. Skutečnost, že takové prohlášení může ukazovat některé z dostupných údajů v literatuře (Zotin 1974 Kornienko 1976- 1979).

Například, Smith (Smith, 1956), která shrnuje data z různých autorů a jejich vlastních pozorování, k závěru, že snížení respirační rychlosti zvířat se zvýšením jejich hmotnosti je dána změnou koncentrace mitochondrií. Zajímavé výsledky byly získány elektron-mikroskopické počítání počtu mitochondrií na jednotku plochy částí jater a srdce během stárnutí krys (Tauchi et al., 1964- Levkova, Trounov, 1970), stejně jako změny v souvislosti s věkem lidských jater (Tauchi, Sato, 1968) ,

Bylo zjištěno, že po stárnutí krysy počtu mitochondrií na jednotku plochy úseků jater a srdce v průběhu stárnutí klesá. Totéž se děje v játrech lidí. Jaterní úseky 5000 mkm2 počet mitochondrií změnily následovně: u lidí pod 49 let, tam bylo 1893 50-59 - 1829 - 1434 60-64 65-69 let - v roce 1223 a více než 70 let - 1200 (Tauchi, Sato, 1968).

Závislost rychlosti respirace počtu mitochondrií usazených v naší laboratoři pro procesy, jako jsou ryby, ovogenezi regeneraci končetin v AXOLOTL hladovění planarians et al. (Zotin, 1976). Zvláště ilustrativní materiály získané při studiu ryb ovogenezi (Ozernyuk, 1978- Ozernyuk et al., 1980).

Obr. 13 představuje údaje o změnách rychlosti dýchání, koncentrace proteinu a mitochondriální počtu mitochondrií na jednotku objemu oocytů různých fázích oogeneze Loach. Je možné vidět, že existuje dobrá korelace mezi těmito hodnotami.

Pokud se potvrdí tyto údaje, těžiště studovat mechanismus stárnutí a omlazení živých systémů by se měl pohybovat ve směru studovat mechanismus růstu a rozmnožování mitochondriích. Tento problém je však jedním z nejobtížnějších problémů moderní biologie, jak syntézu a dopravu hlavního čísla mitochondriálních proteinů je mimo mitochondrií a je určena tak složité jevy, jako je práce a regulaci jaderného genomu, fungování endoplazmatického retikula, a tak dále. D.

To znamená, že důsledky termodynamické teorie stárnutí, varují před být příliš optimistický postoj k možnosti zavedení metody regulace stárnutí a omlazení.

Z hlediska této teorie, vážným řešení problému zvýšení druh životnosti zvířat a rostlin, je možné pouze po tom, jak bude vyřešen základní problémy buněčné biologii spojené s mechanismem regulace a provozu genomu, přenosového mechanismu látek v buňce, mechanismu přehrávání a růstu mitochondriích.

Sdílet na sociálních sítích:

Podobné