С.М. ПАВЛОВСКАЯ,
учитель химии,
С.Ю. КОСОГОРОВА,
учитель биологии,
ср. школа № 40, г. Владимир

Что такое старение?
Можно ли продлить молодость?

Интегрированное факультативное занятие по химии и биологии в 10–11-м классах

Оборудование : схема «Механизм действия гена долголетия», таблицы «Здоровый образ жизни», «Определение ионов железа (III)», «Средняя продолжительность жизни человека в разные эпохи», «Физиологические механизмы омоложения организма», «ПДК свинца в пищевых продуктах»; динамическое пособие «Механизмы старения и методы продления жизни»; угольный и мембранный фильтры.

Учитель биологии. «Я люблю жизнь и хочу жить...» Эти слова может сказать каждый. Жизнь сама по себе является чудом. И это чудо находится в наших руках. Все здравомыслящие люди хотят долгой и счастливой жизни. Казалось бы, высокая продолжительность жизни и здоровье должны быть правилом, но, увы, они, скорее, исключения.
Средняя продолжительность жизни изменялась с возрастом человека как биологического вида. На ранних этапах эволюции было очень важно обеспечить как можно более быструю смену поколений, т.к. при этом быстрее возникают приспособительные реакции, необходимые виду в целом на данном этапе его развития.
Коренное отличие эволюции человека от эволюции животных заключается в действии специфических социальных факторов. С возрастанием роли интеллекта возрастала и ценность долгой жизни, позволяющей накапливать знания об окружающем мире. Эти знания в результате необходимо было передавать новым поколениям, поэтому эволюция человека пошла не по пути сокращения жизни, а по пути ее продления.

Однако рано или поздно любой организм стареет. Почему же это происходит?

Таблица 1. Средняя продолжительность жизни человека в разные эпохи

Теории старения

Сегодня не существует единой теории старения. Ученые-геронтологи сходятся в том, что старение обусловлено не единственной причиной. Предполагается, что первопричина старения генетическая, и человек рождается с заданной программой старения. Так существует ли ген, определяющий продолжительность жизни – ген долголетия?

Сообщение учащегося: «Долголетие и ген долголетия»

Учащийся рассказывает об исследованиях американских геронтологов Роуза и Джонсона, обнаруживших корреляцию продолжительности жизни и активности антиокислительных ферментов – супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы. Рассказ ведется с использованием схемы «Механизм действия гена долголетия».

Вывод: долголетие организма зависит от специфического гена-регулятора age-1.

Сообщение учащегося: «Старение – это результат нарушения работы иммунной системы»

Иммунная система является главным защитником организма от всего инородного. Ее компоненты находят, распознают и уничтожают вирусы, бактерии, раковые клетки. Однако иммунитет ослабевает в результате переохлаждения, перегрева организма, воздействиях химических соединений искусственного происхождения, тяжелых металлов, нездорового образа жизни. Во время рассказа используется таблица «Здоровый образ жизни».

Вредное влияние тяжелых металлов

Загрязнение окружающей среды металлами велико, особенно вблизи крупных производственных комплексов при наличии химических производств. Серьезной проблемой стало загрязнение природных пресных вод тяжелыми металлами. Рассмотрим влияние некоторых тяжелых металлов на организм человека.

Медь. Сама по себе медь мало- токсична или нетоксична, хотя есть данные о ее влиянии на обмен железа в организме человека. Растворимые соли, особенно сульфат меди (II), оказывают сильное раздражающее действие на кожу и слизистые оболочки. Возможно отравление пищей, приготовленной или хранившейся в медной посуде. У людей, работающих на производствах, связанных с медью и ее солями (например, у медеплавильщиков), наблюдается увеличение печени и другие патологические отклонения.

Свинец. Элементарный свинец и его нерастворимые соли безвредны для человека. Однако все растворимые соли – яды, причем их токсичность увеличивается с ростом растворимости. При остром отравлении появляется боль в животе, потеря аппетита, понос с последующим запором, рвота, общее недомогание, головная боль, конвульсии из-за повышения внутричерепного давления. Острое отравление у детей может приводить к необратимым изменениям в головном мозге. При хроническом отравлении человек теряет в весе, чувствует постоянную слабость. Во всех случаях наблюдается повышение концентрации свинца в крови (>0,05 мг%). Почти весь свинец поступает в организм с пищей и водой, но возможно его попадание в организм и с загрязненным воздухом, и через повреждения кожи. В воздух свинец попадает при сгорании бензина с добавками тетраэтилсвинца.

(Комментарии к таблице «ПДК свинца в пищевых продуктах».)

Таблица 2. ПДК свинца в пищевых продуктах (мг/кг)

Железо. Отравление солями железа бывает острым и хроническим. При остром отравлении изъязвляются слизистые оболочки желудка и кишечника, что приводит к внутренним кровотечениям с возможным летальным исходом. Острые отравления возникают при избыточном употреблении лекарственных препаратов, содержащих железо. Хронические отравления часто наблюдаются в местностях, где используют контейнеры из железа и его сплавов для хранения кислых пищевых продуктов, например, вина.
В экологии используется термин «железнение среды», характеризующий количество железа антропогенного происхождения в природной среде. ПДК Fe³⁺ в родниковых водах – 0,3 мг/л, в речной воде – 0,1 мг/л.

Таблица 3. Определение ионов железа (III)

(Проведение опыта, демонстрирующего определение железа, см. Приложение 1.)

В пробах воды из реки Клязьмы содержание железа равно 0,1–0,5 мг/л (слабое желтовато-розовое окрашивание) и 0,5–1,0 мг/л (желтовато-розовое окрашивание). Таким образом, в речной воде концентрация Fe³⁺ превышает ПДК.

Дополнение. Воду необходимо нейтрализовать до pH=7, и, если появится осадок или муть, отфильтровать через мембранный фильтр.

Что можно предпринять для очистки воды в быту?

Учитель химии. В настоящее время существуют фильтры, позволяющие решать практически любые проблемы очистки воды. Фильтры могут быть классифицированы по своему назначению или по типу устройства.

(Дается краткая характеристика распространенных бытовых фильтров для воды, при возможности – демонстрация фильтров.)

• Мы знаем, что в современном мире сельское хозяйство не может обойтись без минеральных удобрений. Могут ли удобрения повлиять на здоровье человека?

Ответы учащихся

1. В почве, в воде и пищевых продуктах могут накапливаться большие количества нитратов и нитритов. Их источники: интенсивное использование азотсодержащих удобрений, экскременты животных, оксиды азота из атмосферы, городские, транспортные отходы.

2. Малое количество нитритов окисляется в нитраты в организме человека. Но если нитритов много, то их взаимодействие с аминами приводит к образованию в организме нитрозаминов, обладающих мутагенной активностью.

3. Для предупреждения образования нитрозаминов в желудочно-кишечном тракте рекомендуется использовать пищу, содержащую различные восстановители – дубильные вещества, гидросульфит натрия, аскорбиновую кислоту, аминокислоты – метионин, цистеин.

4. В процессе хранения овощей, выращенных с применением нитратов, может происходить превращение нитратов в нитриты, в результате чего количество последних возрастает до 3500 мг на 1 кг сухой массы.

5. В желудочно-кишечном тракте часть нитратов легко всасывается, но если их концентрация в пище очень высока, то нитраты, в зависимости от присутствия микроорганизмов, значения рН и некоторых других условий, могут восстанавливаться в более ядовитые нитриты, аммиак и гидроксиламин. Доказана возможность образования в кишечнике человека из нитритов вторичных N-нитрозаминов, обладающих высокой мутагенной и канцерогенной активностью.

(Демонстрация определения нитратов в пробе речной воды или натуральном соке, см. Приложение 2.)

• Как вы считаете, в чем разница между кожей ребенка и пожилого человека?

Ответ. Важное отличие заключается в том, что клетки кожи ребенка содержат больше воды, чем клетки кожи пожилого человека.

• В связи с этим какие методы вы могли бы предложить для замедления старения?

Ответ. Употреблять больше воды.

Одним из действенных способов физического омоложения является рациональное голодание, проводимое по рекомендации и под наблюдением врача. Голодание направлено, прежде всего, на выведение шлаков из организма. При этом повышается активность биосинтеза, восстанавливаются некоторые ферментные системы (улучшается пищеварение), активизируется иммунная система.

• Какие вы могли бы предложить способы очистки организма кроме голодания?

Возможные ответы

Применение лекарственных растений.

Введение в пищу большого количества клетчатки.

Употребление чистой воды, подкисленной лимонным соком.

Выводы. В нормально функционирующих клетках идет активный обмен веществ, они поглощают необходимые и выделяют вредные вещества. Тяжелые металлы, попадающие в клетку из окружающей среды, накапливаются в ней и приводят к ее повреждениям, в частности, могут приводить к перерождению клетки в раковую. В стареющих клетках могут накапливаться продукты распада (метаболиты), которые клетка не успевает выводить с нужной скоростью, поэтому человек должен помочь своему организму очиститься от шлаков.

Контрольные вопросы

1. Какой возраст считают возрастом долгожителя?
2. Каков может быть предел жизни организма?
3. Почему эволюция человека пошла по пути увеличения сроков жизни?
4. Какова средняя продолжительность жизни человека в наше время?
5. В чем суть генетической теории старения?
6. Как можно продлить жизнь человека, используя достижения современной биологии?
7. Как связано старение с нарушениями функций ДНК в течение жизни?
8. Какие факторы среды снижают защитные силы организма?
9. Как можно укрепить иммунитет? Какую роль в этом играет здоровый образ жизни?
10. Приведите примеры, доказывающие связь долголетия и образа жизни.
12. Предложите способы омоложения организма.

Приложения

1. Методика определения ионов железа в родниковых водах

Реактивы:

1. 50%-ный р-р KCNS или NH₄CNS.
2. HCl, удельный вес 1,12 (24%).
Качественное и приближенное количественное определение ионов железа основано на свойстве Fe(III) давать с ионами роданида CNS– в кислой среде интенсивно окрашенное в красный цвет комплексное соединение роданистого железа:

2FeCl₃ + 6KCNS K₃[Fe(CNS)₆] + 3KCl

Реакцию нужно проводить в сильно кислой среде, чтобы препятствовать гидролизу солей Fe³⁺:

FeCl₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃+ 3HCl.

Для подкисления употребляют HCl или HNO₃, но не H₂SO₄, т.к. последняя с ионами железа образует соли, в присутствии которых окраска K₃[Fe(CSN)₆] ослабевает.

ХОД РАБОТЫ

Для демонстрации используют две пробы воды. Одна из них взята из достаточно загрязненной реки (Клязьмы), другая – дистиллированная вода.
К 10 мл исследуемой воды прибавить 1–2 капли HCl и 0,2 мл (4 капли) 50%-го р-ра KCNS. Пробу перемешивают и наблюдают появление окраски. Приближенное содержание железа находят по таблице.
Метод чувствителен, можно определить Fe³⁺ в концентрации 0,02 мг/л. Точность определения – около 5%.
Применение этого метода для окрашенных вод затруднено.

2. Методика определения нитритов в пробе воды из реки

Оборудование и реактивы

1. Раствор сульфаниловой кислоты.
2. Раствор a-нафтиламина.
3. Раствор ацетата натрия.
4. Колба объемом 50 мл.
5. 3 пипетки.

ХОД РАБОТЫ

К 50 мл исследуемой воды прибавляют 1 мл сульфаниловой кислоты, встряхивают, добавляют 1 мл a-нафтиламина, встряхивают, затем добавляют 1 мл раствора ацетата натрия.
В результате появляется осадок белого цвета, свидетельствующий о наличии нитрит-ионов.