Teoria fenomenologic calitativă a îmbătrânirii

Video: Kunanbaeva cu F - creșterea, dezvoltarea și mișcarea Aging Teoria Mechnikov

termodinamica moderne liniare de procese ireversibile originea în urmă cu aproximativ 40 de ani, și chiar și atunci sa sugerat că principalele sale rapoarte pot fi utilizate pentru a construi teoria fenomenologică a modificărilor legate de vârstă organisme (Prigogine, WIAME, Prigogine 1946, 1960).

Conform acestei ipoteze, pentru a descrie procesele de dezvoltare, creștere și îmbătrânire a organismelor poate utiliza criteriul evoluției termodinamicii liniare de procese ireversibile.

Acest criteriu se bazează pe teorema Prigozhin (Prigogine, 1960), care pot fi rezumate după cum urmează: În producția la starea de echilibru a entropiei într-un sistem termodinamic sub parametri externi constante este minimă și constantă.

Dacă sistemul nu este în starea de echilibru, se va schimba atâta timp cât rata de producție entropiei, sau cu alte cuvinte, funcția de disipare (f), sistemul nu va accepta cea mai mică valoare, adică E..:

dF / dt >= 0 (1)

unde

(2)

T - temperatura absolută, V - volumul sistemului, Dis / dt - rata producției de entropie, Jj - fluxuri specifice, Xj - forțe termodinamice, q - intensitatea căldurii.

fluxurile termodinamice și forțele asociate relații liniare:

(3)

pentru care relația reciproc:

Lij = Lji, (4)

Criteriul (1) indică direcția evoluția unui sistem termodinamic deschis asociat cu tranziția sistemului de la o stare nestaționar mai puțin probabilă la o stare de echilibru mai probabilă.

Prin urmare, atunci când se utilizează acest criteriu pentru a descrie schimbările legate de vârstă de organisme este de așteptat ca, în cursul acestor modificări este abordat organisme la starea de echilibru finală, trecerea unui sistem viu la o stare mai probabilă. Aceste idei, desigur, exprimate mai devreme (Przibram, 1922- Medawar, 1945), dar numai în teorie, Prigogine-VIAM (Prigogine, WIAME, 1946), această prevedere a fost dat un adevărat sens fizic, din moment ce se bazează pe criteriul de evoluție (1) .

În sistemele vii funcție de disipare specifică (2) poate, cu o anumită apropiere, pentru a egala intensitatea de căldură și, în consecință, intensitatea respirației și glicoliza, care determină în principal producerea de căldură a organismului. Apoi, teoria Prigogine-VIAM ia sensul biologic simplu, deoarece reduce la afirmația că procesul de schimbări legate de vârstă în organism este un declin continuu în intensitatea acestor procese. Numeroase date experimentale sunt în concordanță cu această afirmație (Zotin 1974, 1976).

Pentru ca acest lucru să devină clar, cu toate acestea, este o distincție clară între cele două tipuri de fenomene.

în primul rând dintre acestea - modificarea intensității căldurii (rata metabolismului bazal) este direct legată de modificările legate de vârstă și se caracterizează numai prin aceste fenomene. Noi numim acest proces constitutivă (Ozernyuk et al., Zotin 1974 1971).

în al doilea rând - modificarea intensității căldurii, definită prin acțiunea diferiților factori interni și externi. Un astfel de proces am numit inductibile. procesele inductibile pot fi de două tipuri: puls inductibile cauzate de expunerea scurtă la diverși stimuli externi și interni (în această categorie, în special, se referă schimb activ de animale adulte) și inductibile organismelor legate adaptive de adaptare la schimbările pe termen lung ale parametrilor externi și interni (Ozernyuk și colab., Zotin 1974 1971, 1976).

Schematic Teoria Prigozhin-VIAM și diferențele în procesele constitutive și inductibile poate fi ilustrată prin schema (Fig. 9), în care mingea se rostogolește în jos pe jgheabul înclinat. În orice moment dat sub influența unei forțe exterioare mingea poate evita o stare de echilibru (fig. 9b), dar apoi se întoarce din nou la partea de jos a jgheabului și continuă să se deplaseze la starea de echilibru final. mingea circulație a jgheabului de jos corespunde aproximarea organismelor constitutivă la starea de echilibru finală, Dodge minge și a reveni la starea de echilibru curent (Figura 9, o, o.) (figura 9, b, c.) - proces inductibile.

Fig. 9. Un model schematică a evaziunii și apropierea unui sistem viu la o stare de echilibru.

După cum sa menționat, există un număr mare de dovezi care sustin teoria Prigogine-VIAM (Zotin 1974, 1976). Pentru a ilustra, voi da doar două cifre referitoare la păsări, mamifere și oameni, din care rezultă că reducerea intensității căldurii merge până la stadiile tardive îmbătrânirea (Fig. 10, 11).

Fig. 10. Schimbarea metabolismului bazal în timpul creșterii păsărilor și a mamiferelor (Zotin, 1974).
Pe ordonată - bazală metabolismul, fecale * * d-1 kg-1 pe abscisă - Vârsta, luni. 1 - Pui, 2 - rațe, 3 - 4 șobolani - oi, 5 - porci 6 - cai, 7 - vaci.

Fig. 11. Schimbarea metabolismului bazal în timpul creșterii și a îmbătrânirii oamenilor (Zotin, 1974).
Pe ordonată - bazală metabolismul, fecale * * d-1 kg-1 pe abscisă - vârsta, ani.

Care sunt principalele consecințe de interes pentru Gerontologie, sunt derivate din teoria termodinamică a Prigogine-VIAM?

În primul rând, din punctul de vedere al acestei teorii, legate de vârstă modificările din organism însoțite de abordarea sistemului la starea de echilibru finală, adică. E. îmbătrânirea continuă a sistemului de viață. Spre deosebire de perioada embrionară și creșterea perioadei respective, pe care o numim de obicei îmbătrânirea este doar în viteza procesului de îmbătrânire.

Prin urmare, studiul mecanismului de reducere a intensității căldurii în timpul dezvoltării, creșterii și modificările ulterioare legate de vârstă este în primul rând, studiul mecanismului organismelor de îmbătrânire. O altă consecință evidentă a teoriei Prigogine-VIAM este afirmația că, în ontogenie trebuie să fie în mod inevitabil, o perioadă în care sistemul nu este trăi aproape, dar shies departe de starea staționară - proces însoțit de o creștere a valorii unei funcții de sistem disipativ. Diagrama (fig. 9), acest lucru corespunde cu mișcarea mingii în sus jgheabul.

Dacă în procesul de îmbătrânire este o valoare de reducere a funcției de disipare, fenomenul opus - creșterea acestuia - poate fi numită întinerire a sistemului viu. O analiză simplă arată că acest fenomen poate fi realizată în timpul ovogeneză, în etapa inițială de regenerare și vindecare, în primele stadii ale creșterii maligne (Zotin 1974, 1976). Aceste consecințe teoria Prigogine-VIAM este prezentată schematic în Fig. 12.

Fig. 12. Reprezentarea schematică a teoriei termodinamice a Prigogine-VIAM și consecințele acesteia.
Pe ordonata - viteza de producție entropie, fecale * h-1 * d-1 pe abscisă. - Timpul.

Cel mai mare interes în ceea ce privește aspectele abordate aici este timpul animalelor ovogeneză, ca în acest moment, în conformitate cu diagrama (fig. 12), există o întinerire naturală a sistemelor vii. De aceea, locuiesc numai pe această perioadă. Studiul ratei respirației în grindel oocite au aratat ca respiratie, calculat la 1 mg de proteină crește ovocitului rapid în timpul creșterii mici, ajunge la partea superioară a unui înalt, și apoi redus (Fig. 13).

Fig. 13. Modificări ale frecvenței respiratorii, și conținutul mitohondrnalnogo concentrația proteinei a mitocondriilor în Loach ovocite în diferite stadii ale ovogeneză (Ozernyuk, 1978).
Pe ordonată - absorbanta O2, l * h-1 * mg-1 (1), raportul de proteine mitocondriale / total ovocitului proteină (2), numărul mitocondriilor în 1 mm3 (3) - abscisă - diametrul ovocitului, mm.

Intensitatea glicoliza anaerobă în grindel oogenesis variază într-un mod similar (Ozernyuk și colab., Ozernyuk 1971 1978). Diferența constă în faptul că intensitatea maximă glicoliza are loc într-o etapă ulterioară oogenesis, în comparație cu o rată maximă de respirație.

Date similare referitoare la modificările oogenesis viteza de respirație sunt derivate pentru Xenopus laevis (Zotin, 1976) și Brachydanio rerio (Ozernyuk și colab., 1980). Astfel, aceste studii a constatat că abaterea constitutivă (sistemele vii de intinerire naturală) are loc la animalele porțiilor înguste ontogeneză: ovocite mici în timpul creșterii. În toate etapele ulterioare ale ovogeneză, dezvoltării embrionare și de creștere a corpului este doar constitutivă abordarea sistemului viu în starea de echilibru finală, adică. E. Procesul de îmbătrânire.

Acum, înapoi la întrebarea privind modul în care studiul mecanismului de îmbătrânire și de întinerire a sistemelor vii. După cum sa menționat, ele se găsesc în mecanismul schimbărilor de intensitate a căldurii, t. E. O schimbare în intensitatea respirației și glicoliză la evoluția vârstei organismelor. Se va discuta doar problemele legate de studiul schimbărilor în mecanismul ratei de respirație, ceea ce face cea mai importantă contribuție la căldură de producție în organisme.

După cum se știe, principalele cai de reglare celulară a metabolismului sunt asociate, pe de o parte, cu schimbarea numărului de enzime care catalizează anumite reacții biochimice, pe de altă parte - cu o schimbare în activitatea acestor enzime și metaboliți conținut în celule.

Când este vorba de reglarea respirației, modificarea numărului de enzime respiratorii este aproape la fel ca și modificarea numărului de mitocondrii, sau, mai precis, membranele mitocondriale. Reglarea frecvenței respiratorii nu este asociată cu modificări ale numărului mitocondriilor pot fi efectuate ca urmare a unor modificări ale condițiilor fizice și chimice ale reacțiilor, schimbările în concentrația substraturilor și produsele finale ale reacțiilor, enzimele concurenței respirației și glicolitice pentru substraturi și cofactori, reglementarea alosterică a activității enzimatice de produse metabolice, modificări ale proprietăților diverse membrane intracelulare și t. d.

Acest întreg sistem complex de reglementări dificil de analizat, atunci când se analizează mecanisme specifice pentru a reduce sau de a crește rata respirației în timpul dezvoltării, creșterii și îmbătrânire a organismelor. Cu toate acestea, puteți simplifica problema, deoarece, fiind distras de unele mijloace particulare, se poate presupune că linia de bază de respirație (rata metabolismului bazal) este determinată în principal de concentrația de mitocondrii și membranele mitocondriale în celulele. Faptul că o astfel de declarație poate arăta unele dintre datele disponibile în literatura de specialitate (Zotin 1974, Kornienko 1976- 1979).

De exemplu, Smith (Smith, 1956), care rezumă datele diverșilor autori și propriile observații, a concluzionat că reducerea ratei de respiratie a animalelor cu o creștere a greutății lor este determinată de modificarea concentrației de mitocondrii. Rezultate interesante au fost obținute prin electroni microscopice numărarea numărului de mitocondrii pe unitatea de suprafață a secțiunilor de ficat și inimă în timpul șobolanilor îmbătrânire (Tauchi și colab., 1964 Levkova, Trounov, 1970), precum și schimbările legate de vârstă în ficatul uman (Tauchi, Sato, 1968) .

Sa constatat că, la îmbătrânire număr șobolanilor mitocondriilor per unitate de suprafață de secțiuni ale ficatului și inimii scade în timpul îmbătrânirii. Același lucru se întâmplă și în ficat de oameni. Numărul secțiunilor de ficat 5000 mkm2 mitocondriilor modificat după cum urmează: la persoanele sub 49 de ani, au existat 1893 50-59 - 1829 60-64 - 1434 65-69 ani - în 1223 și peste 70 de ani - 1200 (Tauchi, Sato, 1968).

Dependența ratei respirației a numărului de mitocondrii stabilit în laboratorul nostru pentru procese precum ovogeneză pește, regenerarea extremităților în axolotl planarians de foame și colab. (Zotin, 1976). Materiale în special ilustrative obținute în studiul oogenesis pește (Ozernyuk, 1978- Ozernyuk și colab., 1980).

Fig. 13 prezintă datele privind modificarea ratei de respiratie, concentrația de proteină mitocondrială și numărul mitocondriilor per unitate de volum a ovocitelor diferite stadii ale Loach oogenesis. Se poate observa că există o bună corelație între aceste valori.

În cazul în care aceste date sunt confirmate, centrul de greutate al studierea mecanismului de îmbătrânire și de întinerire a sistemelor vii trebuie să se deplaseze în direcția studierii mecanismului de creștere și reproducere a mitocondriilor. Această problemă, cu toate acestea, este una dintre cele mai dificile probleme ale biologiei moderne, ca sinteza și transportul numărului principal de proteine mitocondriale este în afara mitocondriile și este determinată de astfel de fenomene complexe precum activitatea și reglementarea genomului nuclear, functionarea reticulului endoplasmatic, și așa mai departe. D.

Astfel, consecințele teoriei termodinamică a îmbătrânirii, avertizează împotriva a fi atitudine prea optimistă asupra posibilității de stabilire a metodelor de reglementare a îmbătrânirii și întinerire.

Din punct de vedere al acestei teorii, o soluție serioasă la problema creșterii duratei de viață de specii de animale și plante va fi posibilă numai după modul în care vor fi rezolvate problemele de bază ale biologiei celulare legate de mecanismul de reglementare și funcționare a genomului, substanțele mecanism de transport în celulă, mecanismul de redare și creșterea mitocondriilor.

Distribuiți pe rețelele sociale:

înrudit