Az öregedés népesedési dinamikája

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt hozzászólók, és jelentősen eltérhet a 2017. november 25-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 9 szerkesztést igényelnek .

Az öregedés populációdinamikája - az öregedés  vizsgálatának iránya a populációdinamikai módszerekkel , vagyis az öregedő organizmusok populációinak korösszetételének és e függőség változásainak vizsgálata a szervezet típusától és a környezeti feltételektől függően .

A legérdekesebb több szervezet öregedésének dinamikája , köztük az ember is, amelyben az öregedés a pubertás elérése után hosszú idő elteltével következik be, és fokozatos. A monocita formákkal ellentétben a többszörösen szaporodó szervezeteknek nem kell minden létfontosságú erejüket felhasználniuk a szaporodási szakasz (szaporodási szakasz) végéig a sikeres szaporodáshoz, és a szaporodási periódushoz viszonyított átlagos élettartamuk egyedenként, ill. fajtól függően: a kis rágcsálók és a vadon élő madarak átlagosan a potenciális költési időszakuk 10-20 százalékát használják ki, míg a bálnák , elefántok , majmok és más nagy emlősök természetesen költési időszakuk több mint 50 százalékát használják ki, és gyakran még túlélni is.

A populációs megközelítés a populáció méretének az élőlények életkorától való függőségét veszi figyelembe . A populáció méretében az életkor előrehaladtával bekövetkező változásokat mortalitásnak nevezzük , amely állandósult állapot esetén az időegység alatt elpusztult élőlények számának felel meg. Ennek megfelelően a populáció méretének relatív változásait, vagy az időegység alatti halálozás valószínűségét relatív halandóságnak nevezzük. A halandóság fordított mértéke, amelyet gyakran használnak az öregedés népességdinamikájának leírására is, az időegységre vetített túlélési valószínűség.

A populáció-megközelítés célja, hogy azonosítsa a populáció méretének időbeli függvényét, amelyek segítségével meghatározható az öregedési folyamat üteme. Ezek az adatok pedig felhasználhatók az öregedés fiziológiai és genetikai mechanizmusokból vagy általános szisztémás mechanizmusokból származó mintázatainak tesztelésére.

Az öregedési folyamat grafikus ábrázolása, Gompertz-törvény

A közvetlenül mért mennyiség a népesség korfüggősége, ezért a kívánt érték a halálozás és az öregedés leggyakoribb mérőszáma. Láthatóbb érték azonban a mortalitás vagy a túlélés – olyan mutatók, amelyek magát az öregedési folyamatot nagyobb mértékben jellemzik. Gyakran használnak logaritmikus görbéket, amelyek jobban tükrözik az adott függőségek néhány jellemző jellemzőjét.

Az egyik első és ma legelterjedtebb matematikai modell a többszülő szervezetek öregedésének leírására az úgynevezett Gompertz-Makham [1] [2] (vagy egyszerűen csak Gompertz) mortalitási törvény, amely szerint a halálozás valószínűsége az életkorral exponenciálisan nő. : , ahol x  az életkor, és p  - a halálozás relatív valószínűsége egy bizonyos ideig, a és b  - együtthatók. Így konstans a tag hiányában a populáció mérete az életkor előrehaladtával dupla kitevővel csökken [3] .

A Gompertz-törvény empirikus, és nem érvényes minden állatra és nem minden időszakra, de ez a legegyszerűbb a különböző élőlények öregedésének összehasonlítására, ezért együtthatóit gyakran használják az öregedés sebességének (sebességének) mutatóiként. .

A Gompertz-görbe paramétereinek függősége a szervezettől

A Gompertz-függvény exponenciális együtthatója az öregedés ütemét mutatja. A fajok élettartamának különbségei elsősorban az öregedés ütemének különbségeiből fakadnak, ezért ennek az együtthatónak a különbségeiben fejeződnek ki.

Az azonos fajhoz tartozó különböző egértörzsek mortalitási táblázatainak összehasonlítása azt mutatja, hogy a törzsek közötti különbségek elsősorban a Gompertz-függvény Makeham-termékének (életkortól független kifejezésének) eltéréseiből fakadnak. Ha a leszármazási vonalak csak korfüggetlen távon térnek el egymástól, akkor a rövidebb életű vonalakban magasabb a mortalitás, ami az élet során állandó mértékben magasabb, ami a Gompertz-függvény függőleges eltolódásában nyilvánul meg. Gyakran előfordul, hogy két természetes vonal első generációs (F1) hibridjei tovább élnek, mint bármelyik szülő. Bár az ilyen hibridek biokémiai folyamatait nem vizsgálták, az élettartam táblázatok azt mutatják, hogy a hibridek csak életkortól független tagban különböznek a szülői vonalaktól, az öregedési sebesség változásában azonban nem. Más tanulmányok azt is kimutatták, hogy az egértörzsek élettartamában tapasztalható eltérések nagy része bizonyos betegségekre való örökletes fogékonyság különbségeinek köszönhető.

A 20. század közepére a különböző országok népességének lakossága esetében a várható élettartam különbsége (a csecsemőhalandóságot figyelmen kívül hagyva ) szinte kizárólag Makeham péniszének különbségéből adódott. A 20. század közepe óta a helyzet megváltozott, ami a halálozási görbe szinte párhuzamos jobbra tolódásához vezetett. Bár ennek a változásnak az okai nem ismertek, feltehetően a személyi és közhigiénia terén elért jelentős előrelépésnek , a jobb lakhatásnak és orvosi ellátásnak, a táplálkozási minőségnek, valamint a hatékony vakcinák és antibiotikumok létrehozásának köszönhető [5] .

Eltérések a Gompertz-törvénytől: csecsemőhalandóság

Meg kell jegyezni, hogy a Gompertz-Makham törvény csak közelítés, az átlagos életkorban érvényes. A fiatal kor területén a jelen törvényben előírtnál lényegesen magasabb a halálozási arány. Például az északi tőkehal ívás közben akár 6 millió petét is lerakhat , de csak kis részük éli meg az ivarérettségig [6] . Ez a halálozás túlnyomórészt annak az eredménye, hogy a fiatalok képtelenek elkerülni a ragadozókat, harcolni a betegségekkel, és lehet születési rendellenességek eredménye is, nem pedig az öregedés.

Eltérés a Gompertz-törvénytől: az öregedés lassítása a későbbi életkorban

A késői életkor területén éppen ellenkezőleg, a mortalitás csökkenése a Gompertz-törvényhez képest, pontosabban az időegységenkénti halálozás valószínűségének kilépése egy fennsíkra [8] . Akárcsak a csecsemőhalandóság esetében, ez is egy általános törvény, amelyet még az élettelen természetben is betartanak [7] . És bár a jelenség egyik lehetséges magyarázata a népesség heterogenitása lehet, a jelenlegi adatok egyértelműen jelzik a halandóság platósodásának összefüggését az öregedési folyamat lassulásával [9] .

Modellezés és elméleti munka

Az öregedés tanulmányozásának általános módszere a populációdinamika matematikai modellezése. Az öregedés összes matematikai modellje nagyjából két fő típusra osztható: adatmodellekre és rendszermodellekre [10] . Az adatmodellek vagy analitikai modellek  olyan modellek, amelyek nem használnak vagy próbálnak megmagyarázni semmilyen hipotézist azokban a rendszerekben zajló fizikai folyamatokról, amelyekhez ezeket az adatokat megszerezték. Az adatmodellek közé tartozik különösen a matematikai statisztika összes modellje. Ezzel szemben a rendszer- vagy mechanikai modellek főként fizikai törvények és a rendszer felépítésére vonatkozó hipotézisek alapján épülnek fel, bennük a fő a javasolt mechanizmus ellenőrzése.

Az alábbiakban felsoroljuk a javasolt matematikai modellek közül a legfontosabbakat [11] :

A halálozási adatmodellek voltak az első ilyen matematikai modellek, amelyek megjelentek. Jóval az öregedés hátterében álló folyamatok megértése, sőt kutatása előtt gyakorlati érdeklődés mutatkozott a jövőbeni várható élettartam előrejelzésében a biztosítási és demográfiai felhasználás érdekében . A biztosítási díjak kiszámításához még a 19. században kidolgozták az első halandósági táblázatokat, és megfogalmazták Gompertz [12] és Gompertz-Makham [2] jól ismert modelljeit . Egy egyszerű, kétparaméteres mortalitási modell bevezetésével Gompertz lehetővé tette a kutatóknak, hogy ne csak a hosszú élettartam jövőbeli esélyeit számolják ki, hanem két alapvető paraméter változását is feltárják: a kezdeti mortalitás és az öregedés üteme. Az életkori komponensnek a halálozási adatoktól való elkülönítése a matematikai gerontológiát eredményezte [11] .

A 20. század végén a halandóság számos új demográfiai mintája kezdett kialakulni. Jelentős mennyiségű, gyakran heterogén populációkra vonatkozó új adat megszerzése új módszereket eredményezett az élettáblázatok elemzésére [26] [27] . Ezek a gyakran sztochasztikus folyamatelemzési módszereket alkalmazó modellek lehetővé tették a mortalitás egyes összetevőinek elkülönítését, valamint a betegségek és környezeti tényezők élettartamra gyakorolt ​​hatásának leírását [28] .

Tekintettel arra, hogy régóta ismert a szervezet funkcionális képességeinek hanyatlásának linearitása [29] , szükségessé vált ennek a dinamikának a relatív halálozási arányának exponenciális növekedésével való összekapcsolása. Ennek a jelenségnek az egyik első magyarázata a Strehler-Mildvan modell volt [13] . Ez a modell rendszeringadozásokat feltételez, amelyek valószínűsége a mérettel exponenciálisan csökken. Ezek leküzdéséhez a szervezetnek energiát kell fordítania, de a maximális költségek az életkorral lineárisan csökkennek. Emiatt a halálozás valószínűsége, vagyis a fluktuáció leküzdésére való képtelenség exponenciálisan növekszik. Hasonló modell a Sechera-Trucco modell [30] , amely a külső hatások Gauss-féle eloszlását javasolja, és bizonyos feltételek mellett a mortalitás exponenciális életkorfüggőségéhez is vezet. A függőség magyarázatának alternatív megközelítése a megbízhatóság elméletének alkalmazása , amely az exponenciális függést a biológiai rendszerek jelentős redundanciáján keresztül magyarázza [15] .

A matematikai modellezés következő lépése a halandóság klasszikus függőségtől való eltérésének magyarázata volt, elsősorban a halandóság későbbi korban egy fennsíkon való megjelenése. Általánosságban elmondható, hogy a javasolt modellek az említett Strehler-Mildvan modell sztochasztikus adatok felhasználásával készült módosításai, a leghíresebb a Muller és Rose modell [31] . Ezen a modellen kívül számos módosítást javasoltak, például a megbízhatóság elméletén alapuló módosítást [16] . A mögöttes sztochasztikus megközelítés a biológiai rendszerredundancia hatásának csökkentését javasolja a rendszerkárosodás legforgalmasabb csatornáinak kiemelésével [32] . Egy másik, a populáció heterogenitásán alapuló megközelítés képtelenséget mutatott a kísérleti adatok magyarázatára [9] . A relatív halálozási kimeneti probléma evolúciós megközelítése a Hamilton-modell [33] módosítása, amely az antagonista pleiotrópia elvén alapul . Az ötlet az, hogy a természetes szelekció nyomása csökken azoknál a mutációknál, amelyek olyan változásokkal járnak, amelyek csak későbbi életkorban jelentkeznek, de nem feltétlenül érik el a nullát [9] , például a tapasztalt öregek értékének növelésével kapcsolatos hatások miatt. élőlények a fiatalokhoz képest. , számuk csökkenése ellenére [34] .

A rendszermodellek általában számos egyedi tényezőt, eseményt és jelenséget vesznek figyelembe, amelyek közvetlenül befolyásolják az élőlények túlélését és az utódok születését. Ezek az eldobható szóma elméleten alapuló modellek általában az öregedést az erőforrások egyensúlyának és újraelosztásának tekintik, mind fiziológiai (egy szervezet élete során), mind evolúciós szempontból. Főszabály szerint, különösen az utóbbi esetben, az utódok születésének közvetlen költségei és a szülők túlélésének költségei közötti forrásmegosztásról beszélünk [10] . A fent felsorolt ​​modellek közül sok statisztikai modellezési technikákon alapul. Gyakran felmerül az a kérdés, hogy az élettörténeti modellek megfelelnek-e az állatkísérletek eredményeinek, elsősorban a populációs adatoknak.

Jegyzetek

A cikk a cikk ukrán nyelvű fordítása : Population dynamics of old

  1. ↑ itannica.com/eb/article-63929/aging Öregedés  (angolul)  (a link nem érhető el) . Encyclopedia Britannica . Letöltve: 2019. október 5. Az eredetiből archiválva : 2013. július 16.
  2. ↑ 1 2 3 Makeham WM A halandóság törvényéről és a járadéktáblázatok felépítéséről  //  JIA : folyóirat. - 1860. - Kt. VIII .
  3. ↑ Gompertz- görbe  . wolfram mathworld . Letöltve: 2007. október 30. Az eredetiből archiválva : 2007. szeptember 13..
  4. ↑ Yashin AI, Begun A., Boiko SI, Ukraintseva SV, Oeppen J. A túlélés javulásának új korai Svédországban: jellemzik-e az egyéni öregedés változásait? (angol)  // Mechanisms of Aging and Development : folyóirat. - 2002. - 20. évf. 123 . - P. 637-647 .
  5. ↑ Az öregedési tényező az egészségben és a betegségekben. Workshop Report  (angol) . – New York: International Longevity Center, Ltd, 1999.
  6. ↑ Északi tőkehal – a túlélés  kérdése . Letöltve: 2007. október 30. Az eredetiből archiválva : 2012. január 28..
  7. ↑ 12 Angelos Economos . Nem Gompertzi paradigma a metazoa állatok mortalitási kinetikájához és a gyártott termékek meghibásodási kinetikájához   // Életkor . - 1989. - T. 2 . - S. 74-76 .
  8. ↑ Késői halálozás lassulása, halandóság kiegyenlítése, mortalitási  fennsíkok . Az emberi hosszú élet titkainak megfejtése . Letöltve: 2007. október 30. Az eredetiből archiválva : 2012. január 28..
  9. ↑ 1 2 3 Rose MR, Rauser CL, Mueller LD, Benford G. Forradalom az öregedéskutatásért  (határozatlan)  // Biogerontológia. - 2006. - 4. sz . - S. 269-277 . — PMID 16612665 .
  10. ↑ 1 2 Novoszelcev V.N., Novoszelceva Zh.A., Yashin A.I. Matematikai modellezés a gerontológiában - stratégiai perspektívák  (orosz)  // Advances in gerontology. - 2003. - T. 12 . - S. 149-165 .
  11. ↑ 1 2 V.N. Anisimov. Az öregedés molekuláris és élettani mechanizmusai . - Szentpétervár: Nauka, 2003.
  12. ↑ 1 2 Gompertz B. Az emberi halandóság törvényét kifejező funkció természetéről   // Phil . Trans. Royal Soc. (London): folyóirat. — 1825.
  13. ↑ 1 2 Strehler BL, Mitdvon AS A mortalitás és az öregedés általános elmélete   // Tudomány . - 1960. - T. 132 . - S. 14-21 .
  14. ↑ Brown KS, Forbes WF Az öregedési  folyamatok matematikai modellje . - 1974. - S. 46-51 .
  15. ↑ 1 2 3 4 Gavrilov L. A., Gavrilova N. S. Élettartam biológia. Mennyiségi szempontok . - 2. - Moszkva: Nauka, 1991. - S. 280.
  16. ↑ 1 2 Gavrilov LA, Gavrilova NS Az öregedés és a hosszú élettartam megbízhatósági elmélete  (meghatározatlan)  // Hatodik kiadás / Academic Press. - 2006. - S. 3-42 . — ISBN 0-12-088387-2 .
  17. ↑ Penna TJP A biológiai öregedés bitsoros modellje  //  Journal of Statistical Physics. - 1995. - T. 78 . - S. 1629-1633 .
  18. ↑ Pletcher SD, Neuhauser C. title=Biológiai öregedés – A modellezés kritériumai és egy új mechanikus modell. {{{title}}}  (angol)  // International Journal of Modern Physcis. - 2000. - T. 11 . - S. 525-546 .
  19. ↑ Reznick DN Reprodukciós költség: tapasztalati bizonyítékok értékelése  //  Oi-cos. - 1995. - T. 44 . - S. 257 .
  20. ↑ Partridge L., Barton NH Optimalitás, mutáció és az öregedés evolúciója   // Természet . - 993. - T. 361 . - S. 305-311 .
  21. ↑ Dasgupta S. Számítógépes szimuláció a biológiai öregedéshez  (fr.)  // Journal de physique . - 1994. - T. 4 . - S. 1563-1570 .
  22. ↑ Stauffer D. Monte-Carlo szimuláció biológiai öregedéshez  (neopr.)  // Brazília. J. Fizika .. - 1994. - T. 24 . - S. 900-906. .
  23. ↑ Orr WC, Sohal RS Élettartam meghosszabbítása szuperoxid-diszmutáz és kataláz túlzott expressziójával Drosophila melanogaster II-ben   // Tudomány . - 1994. - T. 263 . - S. 1128-1130 .
  24. ↑ Szolovjov M. V. A génszabályozási rendszer kaotikus viselkedésének lehetséges szerepéről a szervezet öregedésében  (orosz)  // Advances in Gerontology. - 2001. - T. 8 . - S. 27-33 .
  25. ↑ Koltover VK A megbízhatósági koncepció, mint az öregedés biofizikájának irányzata  //  Elméleti biológia. - 1997. - T. 184 . - S. 157-163 .
  26. ↑ Rogers A., Rogers RG, Branch LG Az aktív élettartam többállapotú elemzése   // Közegészségügyi jelentések : folyóirat. - 1989. - 1. évf. 104 . - P. 222-226 .
  27. ↑ Keyfitz N., Littman G. Halandóság heterogén populációban  (neopr.)  // Population Studies. - 1979. - T. 33 . - S. 333-342 .
  28. ↑ Yashin AI, Manton KG Meg nem figyelt és részben megfigyelt kovariáns folyamatok hatásai a rendszerhibára: A modellek és becslési stratégiák áttekintése  //  Statisztikai tudományok : folyóirat. - 1997. - 1. évf. 12 . - P. 20-34 .
  29. ↑ Strehler B. Idő , sejtek, öregedés  . - Moszkva, 1966.
  30. ↑ G. A. Sacher és E. Trucco. A halandóság sztochasztikus elmélete  (neopr.)  // Annals of the New York Academy of Sciencer.
  31. ↑ Mueller LD, Rose MR Az evolúciós elmélet előrejelzi a késői életkor halálozási fennsíkjait  //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA : Journal. - 1996. - 1. évf. 93 . - P. 15249-15253 .
  32. ↑ Golubev A. G. Az öregedéssel és a várható élettartammal kapcsolatos elképzelések, mechanizmusaik és megnyilvánulásaik a szervezet és a populáció szintjén, valamint evolúciójuk kölcsönös kompatibilitása  // Advances in Gerontology: Journal. - 1997. - T. 1 . - S. 25-33 .
  33. ↑ Hamilton WD Az öregedés formálása természetes szelekcióval  //  Journal of Theoretical Biology : folyóirat. - 1966. - 1. évf. 12 . - P. 12-45 .
  34. ↑ The Evolution of Aging  (angol)  (elérhetetlen link) . Letöltve: 2007. október 30. Az eredetiből archiválva : 2012. január 28..

Külső linkek