Семинар № 9 Рождаемость и смертность
Где применяется Что такое рождаемость и смертность? Как смертность обусловлена эволюционно? Есть ли бессмертные организмы? Области применения математических моделей рождаемости и смертности: • Демография (рост трудовых ресурсов, миграция) • Экономика (планирование социальных программ по рождаемости, продлению жизни и пенсионному страхованию) • Страхование жизни и здоровья (оценка рисков) • Геронтология (способы продления жизни)
Определения Коэффициент смертности / рождаемости — отношение числа смертей / рождений за данный год к средней численности населения за год Ожидаемая продолжительность жизни — среднее количество лет предстоящей жизни человека, достигшего данного возраста Геронтология — наука, изучающая биологические, социальные и психологические аспекты старения человека, его причины и способы борьбы с ним (омоложение).
Смертность Определения: 1) L(x) – кривая дожития
Смертность Определения: 2) d(x) = - d. L(x)/dt – число умерших (вероятность умереть)
Смертность Определения: 3) M(x) = d(x)/L(x) – смертность (интенсивность смерти)
Смертность Определения: 3) M(x) = d(x)/L(x) – смертность (интенсивность смерти)
Смертность Выделяют следующие типы причин смертности: • Эндогенные (внутренние воздействия) • Экзогенные (внешние воздействия) • Квазиэндогенные (накопленные экзогенные воздействия) Основные причины смертности • сердечно-сосудистые заболевания (вместе с онкологией 70%); • болезни органов дыхания, • сахарный диабет, • несчастные случаи (травматизм, убийства, суицид) Коэффициент младенческой смертности • Самый большой — Ангола (180 ‰), Сьерра-леоне (154 ‰), Афганистан (151 ‰), Либерия (138 ‰) • Самый маленький — Сингапур (2, 31 ‰) • Россия — 10, 56 ‰ (73 -е место в мире, в 18 -м веке — 300 -350‰) • Среднемировой — 44, 13 ‰
Ожидаемая продолжительность жизни 2007 год, мужчины
Ожидаемая продолжительность жизни 2007 год, женщины
Ожидаемая продолжительность жизни Средняя (ожидаемая) продолжительность жизни: В России: женщины ~ 74 года, мужчины ~ 62 года
Ожидаемая продолжительность жизни Динамика: Палеолит Неолит Бронзовый век и Железный век Классическая Греция Древний Рим Доколумбовая Северная Америка Средневековый исламский халифат Средневековая Англия XVI—XVIII Начало 20 -го века Настоящее время 33, 3 года для мужчин и 28, 7 — для женщин 20 35+ 28 28 25 -30 35+ 30 40+ 30 -45 67, 2
Ожидаемая продолжительность жизни 2007 год, женщины
Смертность Максимум смертности: Модель Гомперца-Мейкема:
Модель Гомперца-Мейкема Каскадное накопление дефектов систем организма: Sk – состояние организма с дефектами, k = 0, 1, 2, . . . ;
Модель Гомперца-Мейкема При где
Модель Гомперца-Мейкема При больших x :
Апоптоз – программируемая клеточная гибель. Функции: 1. Уничтожение дефектных (повреждённых, мутантных, инфицированных) клеток. 2. Процессы дифференциации и морфогенеза 3. Поддержание клеточного гомеостаза 4. Развитие и функционирование иммунной системы С. Бреннер, Дж. Салстон и Р. Хорвиц – Нобелевская премия по медицине в 2002 году
Теломеры – концевые участки хромосом. Выполняют защитную функцию. Состоит из коротких тандемных повторов (TTAGGG для позвоночных). Укорачиваются при каждом делении клетки, вплоть до некоторого предела (предел Хейфлика – 52 деления для человека). Теломеразная гипотеза старения А. М. Оловникова (1971 г. ): по достижении предела Хейфлика начинают укорачиваться «содержательные» участки ДНК, и транскрипты с них получаются дефектные. Теломераза – специальный фермент, добавляющий тандемные повторы к 3’ –концу ДНК. Состоит из белков и РНК.
Возможные факторы старения 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Мутации генов. Оксиданты (активные формы кислорода). Укорочение теломер. Метилирование ДНК. Гликозилирование белков и ДНК. Нестабильность генома. Гормональный дисбаланс. Канцерогенез. Вредное влияние стрессоров.
Направления исследований 1. Идентификация генетических различий, причинно связанных с видовыми различиями продолжительности жизни 2. Создание экспериментальных моделей с существенно замедленным старениием и идентификация генов, ответственных за долголетие 3. Идентификация взаимосвязи между полиморфизмом ДНК и долголетием и/или возрастной патологией 4. Роль окислительного стресса в старении 5. Ограничение калорийности питания (ОКП) 6. Биомаркеры старения 7. Синдром Вернера (WS): модель ускоренного старения человека 8. Клеточное старение in vitro 9. Трансплантация клеток и стволовых клеток 10. Гормональная заместительная терапия
Пренебрежимое старение – отсутствие увеличения темпа смертности и заболеваемости с возрастом после полового созревания, снижения темпа размножения и ряд физиологических показателей. Примеры: • Посидония океанская – 10 тыс. лет • Антарктическая губка – 15 -23 тыс. лет • Сосна долговечная – 4700 лет • Морской окунь алеутский – 205 лет • Щука, осетр, белуга, …, голый землекоп (? ) Как правило, особи гибнут от внешних причин или «вырастания» из своей экологической ниши.
Фертильность Среднее число родившихся детей на 1 женщину
Рождаемость Число родившихся на 1000 населения
Рождаемость
Так от чего же зависит продолжительность жизни?
Животные • L = 5, 5 E 0, 54 S− 0, 34 M− 0, 42. • Продолжительность жизни (L) млекопитающих в годах зависит от: – веса мозга (E) (в граммах) – веса тела (S) (в граммах) – скорости обмена веществ (М) в калориях на грамм за час. • Настоящая формула является чисто эмпирической
Что влияет на продолжительность жизни человека? Проект «Долголетие» • Проект стартовал с 1920 -х гг. XX века • В ходе отбора для участия в проекте было привлечено более 1500 талантливых мальчиков и девочек (в возрасте около 10 лет) – Отбор производился по показателю IQ • В дальнейшем было собрано огромное количество фактов о жизни, карьере, здоровье и т. п. всех участников исследования – фактически, от рождения (опросы родителей) до самой смерти.
Проект «Долголетие» • Ожидания от проекта были – выделить будущую элиту нации (по IQ) и проследить её развитие. • На деле оказалось, что доля успешных и знаменитых людей в избранной когорте оказалось примерно таким же, как и в среднем по стране. • Инициатор проекта – д-р Льюис Терман – скончался в 1956 г. , но работа продолжилась и после его смерти вплоть до смерти последнего из испытуемых. Итоговая продолжительность исследования – более 80 -ти лет. • Материалы исследований дают богатейшую почву для выводов о том, что же на самом деле влияет на продолжительность жизни.
Проект «Долголетие» : некоторые результаты • IQ в детстве слабо влияет на успешность человека в зрелом возрасте. – На настоящий момент признано, что IQ измеряет лишь небольшую часть способностей. По словам одного из специалистов, «тесты IQ измеряют лишь способность человека проходить тесты IQ» . – На сегодняшний день разрабатываются разные концепции многостороннего интеллекта, описывающие способности человека куда более полно и детально. • Влияние конкретных генетических и т. п. факторов на продолжительность жизни существует, но крайне мало. • Основной фактор влияния – черты характера, социальные привычки, обуславливающие выход человека на ту или иную «траекторию» (другие привычки, наклонности и пр. )
Проект «Долголетие» : некоторые результаты • Ключевая черта, влекущая долголетие – добросовестность (последовательность, обязательность) • Чрезвычайно благотворно на долголетие влияет большое количество активных социальных связей – Именно поэтому некоторое время считалось, что религия продлевает жизнь – активисты церкви ведут куда более активный в социальном плане образ жизни, чем многие другие – Кстати, живое общение также весьма положительно сказывается и на умственных способностях, в т. ч. памяти. • Развод может сократить жизнь на 5 -6 лет, но убеждённые холостяки и успешно вышедшие замуж во второй раз женщины живут почти столько же, как и живущие всю жизнь в одном браке люди. • Стресс сам по себе не сокращает жизнь. Люди, живущие сложной, насыщенной (но в итоге – успешной и богатой) жизнью, часто становятся долгожителями.