Старение и смерть как биологические явления
Старость представляет собой закономерную стадию индивидуального развития, по достижении которой организм приобретает определенные изменения во внешнем виде и физическом состоянии.
Старость наступает в пострепродуктивном периоде онтогенеза, однако начало угасания репродуктивной функции и её полная потеря не могут служить нижней границей старости. Многие изменения, выраженные в старости, начинаются задолго до снижения репродуктивной активности. Это относится как к физическим признакам (поседение волос), так и к функциям отдельных органов.
Различают хронологический и биологический возраст. По современной классификации людей, хронологический возраст которых достиг 60-74 лет, называют пожилыми, 75-89 лет - старыми, свыше 90 лет - долгожителями. Точное определение биологического возраста затруднено тем, что отдельные признаки старости появляются в разном хронологическом возрасте и характеризуются различными темпами нарастания. Кроме того, изменения даже одного параметра, коррелирующего с возрастом, подвержены значительным половым и индивидуальным колебаниям. Так, если исходить из такого показателя, как упругость кожи, то один и тот же биологический возраст достигается женщиной примерно в 30 лет, а мужчиной в 80.
Состояние старости в биологическом понимании достигается благодаря изменениям, составляющим содержание процесса старения. Эти изменения распространяются на все биологические системы. Суммарный их результат заключается в нарастающем с возрастом снижении жизнеспособности особи, уменьшении эффективности адаптационных, гомеостатических механизмов. Таким образом, биологический смысл старения заключается в том, что оно делает неизбежной смерть. Смерть представляет собой универсальный механизм от ограничения определённым пределом участия организмов в репродукции себе подобных. Без смерти не было бы смены поколений - одной из главных предпосылок эволюционного процесса.
Скорость нарастания и выраженность изменений в процессе старения находятся под генетическим контролем. В пользу этого говорит то, что продолжительность жизни является видовым признаком.
Учитывая сложный характер влияния генетических и средовых факторов на процесс старения, нелегко ответить на вопрос о том, как долго может жить человек. Разные авторы называют величины от 70 до 200 лет. По-видимому, истинная величина биологической продолжительности жизни укладывается в эти пределы. Если основываться на статистическом анализе показателей смертности, то интересующая нас величина находится в области 90 лет. В настоящее время средняя продолжительность жизни в экономически развитых странах составляет 71,1, а в развивающихся - 52,2 года. При этом женщины живут в среднем на 10-12 лет дольше мужчин. Как правило, после 50 лет у человека возникают стойкие внешние проявления старения кожи. Появляются рубцы, пигментные пятна, бородавки и родинки, а также морщины, которые образуются из-за потери подкожного жира. Уменьшается число потовых желез, что делает кожу более сухой и шершавой. Кожа становится дряблой (потеря коллагена). Другие характерные признаки - выпадение или поседение волос на голове.
Изменения в пищеварительной системе заключаются в потере зубов и снижении уровня пищеварительных соков.
Примерно с 40 лет начинается прогрессивный подъём артериального давления, снижается эластичность сосудов. Как правило, наблюдается разрастание соединительной ткани.
В старости снижается интенсивность фильтрации в почечных клубочках. Дыхательная система: после 40 лет наблюдается снижение жизненной ёмкости лёгких.
Мышцы: снижается сила сокращений, быстрее наступает утомление. Мышцы становятся более расслабленными и вялыми. С возрастом заметно изменяются иммунные реакции организма. Особенность НС высших позвоночных заключается в том, что предшественники нервных клеток прекращают своё деление в конце эмбрионального периода. Благодаря этому количество нервных клеток в течение жизни организма может только снижаться. К функциональным изменениям, которые развиваются в процессе старения НС, относятся снижение памяти, нарушения двигательной координации (тремор) и т. д.
Органы чувств: уменьшается способность глаза к аккомодации, так как слабеют глазо-двигательные мышцы, и изменяется структура вещества хрусталика. Это приводит к старческой дальнозоркости. У старых людей хрусталик часто мутнеет - развивается катаракта. Острота зрения падает. Снижается чувствительность органа слуха, особенно к звуковым волнам высокой частоты. Старый человек хуже различаем запах и вкус. У него нарушается чувство равновесия.
Таким образом, в процессе старения изменяются функции всех органов, однако эти изменения развиваются в организме неравномерно. Более того, в одном и том же органе старого человека обнаруживаются клетки с разной степенью выраженности изменений или вовсе без них.
Старение сопровождается выраженными изменениями структуры и функции генетического аппарата клеток. Отмечается снижение содержания ДНК и РНК, однако химический состав их существенно не меняется. При старении повреждаются все основные молекулярно-генетические процессы: транскрипция и трансляция наследственной информации, репликация и репарация ДНК. Накопление в старости дефектов макромолекул сказывается на функции клеток. Особо следует становиться на изменении в процессе старения способности клеток многоклеточного организма к делению. Продолжительность жизни клеточного клона ограниченна. Неограниченной способностью к пролиферации обладают лишь клетки с измененным наследственным аппаратом, например раковые. Согласно стохастическим гипотезам, в основе старения лежит накопление «ошибок» и повреждений, случайно (стохастическим) возникающих в процессе жизнедеятельности индивида на разных уровня его структурной организации. Разного рода повреждения в генетическом аппарате возникают вследствие «ошибок» в ходе естественных внутриклеточных процессов. Первичные изменения на молекулярном уровне преобразуются в функциональные нарушения на более высоких структурных уровнях. Согласно программным гипотезам старение детерминировано генетически, т.е. информация о начале и содержании его представлена в геноме клеток. В пользу запрограммированности старения говорит наличие в природе видов, у которых вслед за размножением бурно нарастают изменения, приводящие животных к гибели (тихоокеанские лососи - горбуша, нерпа - погибают после нереста).
Генетические программы старения организмов представляют собой результат эволюционного процесса. Рассмотренная гипотеза отвечает на вопрос о множественном проявлении старческих изменений на всех структурных уровнях организации. Хотя проблема старения интересует науку давно, целенаправленные исследования в этой области начаты сравнительно недавно. Главным стимулом работ служат настоящая демографическая ситуация и прогноз изменения возрастной структуры населения планеты на ближайшее будущее.
Смерть как биологическое понятие является выражением необратимого прекращения жизнедеятельности организма. С наступлением смерти человек превращается в мертвое тело, труп. В зависимости от причины, ведущей к наступлению смерти, различают естественную, насильственную и смерть от болезней. Но иногда смерть поступает неожиданно, как бы среди полного здоровья - внезапна или скоропостижная смерть. В зависимости от развития обратимых или необратимых изменений жизнедеятельности организма различают смерть клиническую и биологическую. Клиническая смерть характеризуется остановкой дыхания и кровообращения, однако эти изменения жизнедеятельности организма в течение нескольких минут обратимы. В основе клинической смерти лежит своеобразное гипоксическое состояние в связи с прекращением кровообращения и отсутствием центральной его регуляции.
Наступлению клинической смерти предшествует агония, отражающая нескоординированную деятельность гомеостатических систем в терминальном периоде. Поэтому агонию, которая может длиться от нескольких минут до нескольких часов, относят к так называемым терминальным состояниям, заканчивающимся клинической смертью. При терминальном состоянии и клинической смерти используют комплекс реанимационных мероприятий. Основные закономерности угасания и восстановления жизненных функций человека изучает особый раздел медицины, называемый реаниматологией.
Биологическая смерть - необратимые изменения жизнедеятельности организма, начало аутолитических процессов. Однако гибель клеток и тканей при наступлении биологической смерти происходит не одновременно. Первой погибает ЦНС; уже через 5-6 мин после остановки дыхания и кровообращения происходит разрушение ультраструктурных элементов паренхиматозных клеток головного и спинного мозга. В других органах я тканях этот процесс растягивается на несколько часов и даже суток, общая структура многих органов и тканей, наблюдаемая после смерти под световым микроскопом, довольно долго сохраняется, лишь при электронно-микроскопическом исследовании отмечается деструкция ультра-структур клеток. Поэтому патологоанатом, изучая микроскопический материал, взятый от трупа, может судить о характере патологических изменений органов и тканей. Вскоре после наступления биологической смерти и появляется ряд признаков смерти и посмертных изменений: охлаждение трупа; трупное окоченение; трупное высыхание; перераспределение крови; трупные пятна; трупное разложение.
Вопросы для самоконтроля
I. Онтогенез:
а) понятие «онтогенез» и «филогенез»;
б) типы онтогенеза: непрямой и прямой.
II. Предзиготная стадия:
а) строение и функции яйцеклеток;
б) строение и функции сперматозоидов.
III. Оплодотворение:
а) фазы оплодотворения.
IV. Эмбриональный период:
а) дробление и его типы;
б) способы гаструляции и образования зародышевых листков;
в) гистогенез и органогенез.
V. Особенности эмбрионального развития человека. Возможные аномалии развития человека:
а) внутриутробное развитие человека;
б) нарушения эмбриогенеза у человека;
в) причины аномалий у человека;
г) критические периоды в эмбриогенезе и дальнейшем развитии человека.
Тестовый контроль
Вариант 1.
I. Укажите производные эктодермы:
а) хорда
б) эмаль зуба
в) головной мозг
г) потовые железы
д) мышцы
е) эпидермис кожи
ж) собственно кожа
з) эпителий полости рта
и) пигментные клетки кожи
к) волосы
II. Подберите соответствующие ответы.
Типы яйцеклеток: Типы дробления:
1. резко телолецитальные а) полное
2. умеренно телолецитальные б) равномерное
3. центролецитальные в) неполное
4. изолецитальные г) неравномерное
5. алецитальные д) поверхностное
е) дискоидальное
ж) асинхронное
III. При образовании бластулы ее клетки:
а) делятся и растут
б) клетки не делятся, но растут
в) клетки делятся и не растут
IV. Определите, верно ли утверждение, что в процессе дробления у чело-
века всегда образуется четное число бластомеров:
1. да
2. нет
Вариант 2
I. Какое время соответствует стадиям эмбриогенеза у человека? Подберите соответствующие ответы (пары).
Стадия Время
1. дробление а) 7-й день
2. имплантация б) 16-21-й день
3. образование бластоцисты в) 4-й день
4. нейруляция г) 14 -й день
5. образование плаценты д) 1-3 -й день
II. Как называется отверстие, с помощью которого гастроцельная полость сообщается с окружающей средой?
а) бластопор б) гастроцель
в) бластоцель г) цитостом
III. Процессы дробления завершаются в:
а) матке
б) яйцеводе
в) брюшной полости
IV. Определите, верно ли утверждение, что целобластула человека состоит из эмбриобласта и трофобласта:
а) да
б) нет
Вариант 3.
I. Укажите производные мезодермы:
а) головной мозг
б) эпителий кишечника
в) половые органы
г) волосы
д) дерма кожи
е) поперечнополосатая мускулатура
ж) брюшина
з) эпителий легких
к) кости
II. Перечислите основные способы гаструляции:
а) инвагинация
б) дифференциация
в) эпиболия
г) комбинирование нескольких способов
д) деляминация
е) бластуляция
III. Определить, верно ли утверждение о том, что личиночный тип он-
тогенеза характерен для организмов с большим количеством желтка в
яйце:
1.да
2.нет
IV. Подберите соответствующие ответы ( пары ):
1. гипоплазия а) недоразвития органа
2. гипертрофия б) уменьшение массы тела
3. аплазия в) увеличение длины тела
4. гипотрофия г) отсутствие органа
5. гигантизм д) увеличение массы органа
6. стеноз к) сужение каналов
Вариант 4
I. Хронология закладки органов:Время закладки Органы
1. 21-32 дня а) сердце
2. 31-й день б) головной мозг
3. 6 недель в) гонады
4. 8 недель. г) почки
д) зачатки рук и ног
е) тимус
ж) черты лица
II. Из какого зародышевого листка образуются сомиты?
а) мезодерма
б) энтодерма
в) эктодерма
г) бластодерма