Типы клеточных популяций по способности к обновлению. Обновляющиеся популяции: свойства, распространенность в организме человека. Понятие о стволовых клетках и диффероне.

Типы клеточных популяций:

- Эмбриональная популяция.

-Статическая популяция.

-Растущая популяция.

-Обновляющаяся популяция характеризуется множественными митозами и быстрой гибелью клеток. При этом количество вновь образованных клеток слегка превышает клеточные потери (эпидермис, эпителий кишки, клетки тканей внутренней среды).

Стволовые клетки — наименее дифференцированные. Они образуют самоподдерживающуюся популяцию, их потомки способны дифференцироваться в нескольких направлениях под влиянием микроокружения (факторов дифференцировки), образуя клетки-предшественники и, далее, функционирующие дифференцированные клетки. Таким образом, стволовые клетки полипотентны. Они делятся редко, пополнение зрелых клеток ткани, если это необходимо, осуществляется в первую очередь за счет клеток следующих генераций (клеток-предшественников). По сравнению со всеми другими клетками данной ткани стволовые клетки наиболее устойчивы к повреждающим воздействиям.

Клеточный дифферон (или гистогенетический ряд) — это совокупность клеток данного типа (данной популяция), находящихся на различных этапах дифференцировки. Исходными клетками дифферона являются стволовые клетки, далее идут молодые (бластные) клетки, созревающие клетки и зрелые клетки. Различают полный дифферон или неполный в зависимости от того, находятся ли в тканях клетки всех типов развития.

ТИПЫ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ПО СПОСОБНОСТИ К ОБНОВЛЕНИЮ. РАСТУЩИЕ И СТАБИЛЬНЫЕ ПОПУЛЯЦИИ: СВОЙСТВА, РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА. СОМАТИЧЕСКАЯ ПОЛИПЛОИДИЯ: МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЛИПЛОИДНЫХ КЛЕТОК, ЗНАЧЕНИЕ ПОЛИПЛОИДИИ В ДИФФЕРЕНЦИРОВКЕ И ПРОЛИФЕРАЦИИ.

Типы клеточных популяций:

- Эмбриональная популяция.

-Статическая популяция. Гомогенная группа клеток митотически не активная (кардиомиоциты, нейроны)

-Растущая популяция. Клетки, митотическая активность которых по мере роста и дифференцировки затухает (гепатоциты, эпителий почек)

-Обновляющаяся

Соматическая полиплоидия представляет явление ненормированного кратного умножения хромосом в соматических клетках тех или иных тканей. Кратное увеличение числа хромосом в клетках может возникать под действием высокой или низкой температуры, ионизирующих излучений, химических веществ, а также в результате изменения физиологического состояния клетки. Механизм действия этих факторов сводится к нарушению расхождения хромосом в митозе и образованию клеток с кратно увеличенным числом хромосом по сравнению с исходной клеткой. Полиплоидия может возникать и вследствие эндомитоза — удвоения хромосом без деления ядра клетки. В случае нерасхождения хромосом в митозе образуются полиплоидные соматические клетки.

Значение полиплоидии в пролиферации(увеличение числа клеток): рост ткани, увеличение массы

Клеточная теория: основные положения, значение для биологии и медицины. Неклеточные структуры организма: разновидности, характеристика.

Основные положения современной клеточной теории:

1)Клетка - элементарная единица живого, вне клетки жизни нет.

2)Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов.

3)Клетки всех организмов гомологичны(схожи).

4)Клетка происходит только путём деления материнской клетки, после удвоения её генетического материала.

5)Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом.

6)Клетки многоклеточных организмов тотипотентны(способность клетки путем деления дать начало любому клеточному типу организма).

Значение для биологии: Клеточная теория дала возможность сделать вывод о сходстве химического состава всех клеток, плане их строения, что подтверждает филогенетическое единство всех представителей живого мира.

Значение для медицины: понимание процессов жизнедеятельности и развития болезней на клеточной уровне - что открыло немыслимые ранее новые возможности диагностики, лечения заболеваний.

Неклеточные структуры:

- Симпласты — это крупные образования, состоящие из цитоплазмы (протоплазмы) с множеством ядер и мышечные волокна позвоночных, наружный слой трофобласта плаценты и др. Они возникают вторично в результате слияния отдельных клеток или же при делении одних ядер без разделения цитоплазмы.

- Синцитий – сеть, которая образуется в организме, когда исходные клетки митотически делятся, но дочерние клетки полностью не расходятся, оставаясь связанными друг с другом отростками (цитоплазматическими мостиками) (сперматогенный эпителий семенников)

-Межклеточное вещество – состоит из коллагеновых и эластических волокон, а также из основного аморфного вещества. Межклеточное вещество образуется путем секреции, из плазмы крови, поступающей в межклеточное пространство, оно обновляется в течение жизни.СПЕРМАТОГЕНЕЗ: ПЕРИОДЫ, СТРУКТУРНАЯ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАР-КА РАЗВИВАЮЩИХСЯ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК В КАЖДЫЙ ПЕРИОД. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СПЕРМАТОГЕНЕЗ. МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ И УЛЬТРАМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ СПЕРМИЕВ ЧЕЛОВЕКА.

Сперматогенез

В мужской половой системе сперматогенез происходит в по­ловых железах (гонадах), представленных парным органом -яичками, выполняющими две важнейшие функции:

- генеративную (образование мужских половых клеток);

- эндокринную (синтез мужских половых гормонов).

Эти функции взаимосвязаны, хотя и обеспечиваются различ­ными структурными компонентами органа (рис. 2.4). Сперматогенез включает 4 периода:

- размножения;

- роста;

- созревания;

- формирования. Период размножения.

Сперматогенные клетки представлены сперматогониями. Это мелкие округлые диплоидные клетки, располагающиеся на ба-зальной мембране семенных извитых канальцев. Различаются два типа сперматогоний: А и В. Тип А представлен светлыми и темными слегка уплощенными клетками со светлым ядром. Тем­ные сперматогоний — неделящиеся, покоящиеся клетки, счита­ются стволовыми; светлые сперматогоний — клетки, делящиеся митозом. Одни из них поддерживают популяцию камбиальных клеток, другие — в ходе последовательных делений становятся сперматогониями типа В. Последние имеют грушевидную форму, большое округлое ядро и центрально расположенное ядрышко. Они превращаются в первичные сперматоциты (сперматоциты первого порядка).

Период роста.

Сперматоциты первого порядка значительно увеличиваются в объеме и становятся самыми крупными сперматогенными клет­ками, содержание ДНК в ядрах удваивается (2п4с). Они отде­ляются от базальной мембраны канальцев и смещаются по на­правлению к просвету канальца. Сперматоциты первого порядка сразу вступают в профазу первого деления мейоза, продолжи­тельностью около 22 сут.

Период созревания.

У особей мужского пола первое редукционное деление мейоза заканчивается образованием двух сперматоцитов второго поряд­ка, или вторичных сперматоцитов. Это клетки меньших размеров, чем первичные, которые располагаются ближе к просвету ка­нальцев. Второе эквационное деление заканчивается появлением 4 гаплоидных клеток — сперматид.

Период формирования (спермиогенез).

В этом периоде происходит преобразование сперматид в зре­лые половые клетки -- сперматозоиды (спермин) (рис. 2.5). В период формирования происходят лишь структурные изменения клеток, так как хромосомный набор их не меняется, оставаясь гаплоидным. Структурные изменения сперматид заключаются в:

- уплотнении хроматина с изменением размеров и формы ядра;

- образовании акросомы;

- формировании жгутика;

- образовании особых структур цитоскелета в виде 9 про­дольно лежащих сегментированных колонн вокруг центриолей, которые дистально связаны с 9 плотными волокнами, распола­гающимися по периферии пар микротрубочек аксонемы;

- изменении формы и расположения митохондрий;

- удалении избыточной цитоплазмы.

Особенностью сперматогенеза является образование функци­онального синцития, объединяющего клоны сперматогенных кле­ток, включенных в этот процесс. Межклеточные связи сперма­тогенных клеток обеспечивают их синхронное развитие, перенос

питательных веществ и межклеточный обмен продуктами эксп­рессии генов.

Сперматогенез у человека длится 64-74 дня, начинаясь в период полового созревания и продолжаясь в течение всей жизни. После 50 лет его интенсивность значительно снижается. У че­ловека ежедневно вырабатывается около 250 млн сперматозоидов. Сперматогенез нормально протекает при температуре на 3° С ниже температуры тела (температура в мошонке). Он угнетается при повышении температуры (ношении излишне теплой одежды), крипторхизме (неопущении яичка в мошонку) и давлении на него окружающих тканей в полости брюшины и паховом канале.

Факторы, влияющие на сперматогенез:

Протекают в присутствии…

• ФСГ (фолликулостимулирующий гормон)

• ЛГ (лютеинизирующий гормон)

• Высокой концентрации тестостерона

• Пониженной t (на 3 градуса ниже t тела)

При неопущении яичка в мошонку оно подвергается постоянному перегреву и сдавлению ткани, что приводит к необратимым изменениям и нарушению сперматогенеза.

Отрицательно сказывается на сперматогенез облачение, неполноценное питание, различные интоксикации. После снятия повреждающего фактора возможно восстановление сперматогенеза, если сохранились наиболее устойчивые к повреждению сперматогонии.

Строение сперматозоида

Сперматозоид (сперматозоон) состоит из 5 частей: головки, шейки, вставочной части, хвоста и концевой части аксонемы. Длина сперматозоида человека составляет 55—60 мкм. Головка может быть овальной, грушевидной и уплощенной формы, дли­ной около 5 мкм и шириной 3 мкм. Основной составной частью головки является ядро с плотным высоко конденсированным хроматином, среди которого иногда обнаруживаются мелкие ва­куоли и каналы — дефекты процесса конденсации. Конденсация достигается благодаря замещению гистонов специатьными не-гистонными белками, в частности, содержащими аргинин. Уп­лотненный хроматин ядра сперматозоидов чрезвычайно устойчив к действию различных физических и химических факторов, в том числе и ДНК-азы. Он неактивен, так как в нем не происходит транскрипция РНК и репликация ДНК. К лишенной пор пере­дней поверхности ядерной оболочки прилежит акросомальный пузырек, формирующийся из комплекса Гольджи, который в виде шапочки распластан на передней поверхности почти 1/3 ядра. Акросома содержит густой материал, состоящий из углеводов и различных литических ферментов, необходимых для оплодотворения яйцеклетки. Наружные и внутренние мембраны акросомы различаются составом ферментативных белков.

Шейка сперматозоида находится между головкой и вставочной частью, в которой располагается ближняя центриоль, лежащая у нижнего полюса ядра, а также 9 сегментированных колонн, связанных с 9 волокнами толстыми вставками и нитями. На гра­нице шейки и вставочной части располагается дистальная цен­триоль, имеющая форму кольца, охватывающего хвост.

Вставка является частью сперматозоида между шейкой и дис-тальным кольцом. Она содержит осевое волокно, проходящее

через всю аксонему. Осевое волокно состоит из характерно рас­положенных по периферии 9 дуплетов микротрубочек и одной центральной пары. Снаружи каждой периферической пары мик­ротрубочек находится толстое волокно. Толстые волокна тянутся на всем протяжении аксонемы. Вначале их толщина составляет около 100 нм, но затем она становится постепенно тоньше. Между плазмолеммой и толстыми волокнами вставочного отдела спиралевидно располагаются митохондрии, связанные с толстыми волокнами и тесно прилегающие друг к другу.

Аксонема (осевая нить), идущая от дистальной центриоли до концевой части сперматозоида, имеет длину около 45 мкм. На всем протяжении хвоста осевая нить и толстые волокна фор­мируют волокнистое влагалище. Концевая часть хвоста длиной около 5 мкм содержит только окончания парных микротрубочек осевого волокна, окруженные клеточной оболочкой.

Из аксонемы сперматозоида наряду с белками тубулинами, входящими в состав микротрубочек, и динеином, способным взаимодействовать с тубулинами при затрате АТФ, приводя к скольжению динеиновых ручек относительно микротрубочек и изгибанию всей системы, придающим сперматозоиду поступа­тельное движение, выделено еще два сократительных белка: спер-миозин и флактин, которые имеют сходное строение с актином и миозином мышечной ткани. Благодаря им аксонема выполняет волнообразные движения. Энергия, необходимая для движения, получается от митохондрий вставочного отдела из фруктозы, использующейся в гликолитическом цикле.ООГЕНЕЗ: ПЕРИОДЫ, СТРУКТУРНАЯ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИВАЮЩИХСЯ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК В КАЖДЫЙ ПЕРИОД. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ООГЕНЕЗ. МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ И УЛЬТРАМИКРОСКОПИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ЯЙЦЕКЛЕТКИ ЧЕЛОВЕКА.

Овогенез – процесс образования женских половых клеток – яйцеклеток. В нем выделяют 3 периода:

1)Первая стадия — период размножения оогониев — осуществляется в период внутриутробного развития, а у некоторых видов млекопитающих и в первые месяцы постнатальной жизни, когда в яичнике зародыша происходит деление оогониев и формирование первичных фолликулов. Период размножения завершается вступлением клетки в мейоз, - началом дифференцировки в овоцит 1-го порядка. Мейотическое деление останавливается в профазе, и на этой стадии клетки сохраняются до периода полового созревания организма.

2)Вторая стадия — период роста — протекает в функционирующем зрелом яичнике (после полового созревания девочки) и состоит в превращении овоцита 1-го порядка первичного фолликула в овоцит 1-го порядка в зрелом фолликуле. В ядре растущего овоцита происходят конъюгация хромосом и образование тетрад, а в их цитоплазме накапливаются желточные включения.

3)Третья (последняя) стадия — период созревания — начинается образованием овоцита 2-го порядка и завершается выходом его из яичника в результате овуляции. Период созревания, как и во время сперматогенеза, включает два деления, причем второе следует за первым без интеркинеза, что приводит к уменьшению (редукции) числа хромосом вдвое, и набор их становится гаплоидным. При первом делении созревания овоцит 1-го порядка делится, в результате чего образуются овоцит 2-го порядка и небольшое редукционное тельце. Овоцит 2-го порядка получает почти всю массу накопленного желтка и поэтому остается столь же крупным по объему, как и овоцит 1-го порядка. Редукционное же тельце представляет собой мелкую клетку с небольшим количеством цитоплазмы, получающую по одной диаде хромосом от каждой тетрады ядра овоцита 1-го порядка. При втором делении созревания в результате деления овоцита 2-го порядка образуются одна яйцеклетка и второе редукционное тельце. Первое редукционное тельце иногда тоже делится на две одинаковые мелкие клетки. В результате этих преобразований овоцита 1-го порядка образуются одна яйцеклетка и два или три редукционных (т.н. полярных) тельца.

Факторы, влияющие на оогенез: гормоны, возраст, питание, здоровье, экологические факторы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭТАПОВ ЭМБРИОГЕНЕЗА ХОРДОВЫХ

Эмбриогенез по характеру процессов, происходящих в зародыше, подразделяется на три периода:

1) период дробления;

2) период гаструляции;

3) период гистогенеза (образования тканей), органогенеза (образования органов), системогенеза (образования функциональных систем организма).

Дробление. Продолжительность жизни нового организма в виде одной клетки (зиготы) продолжается у разных животных от нескольких минут до нескольких часов и даже дней, а затем начинается дробление. Дробление — процесс митотического деления зиготы на дочерние клетки (бластомеры). Дробление отличается от обычного митотического деления следующими особенностями:

• бластомеры не достигают исходных размеров зиготы;

2) бластомеры не расходятся, хотя и представляют собой самостоятельные клетки.

Различают следующие типы дробления:

1) полное, неполное;

2) равномерное, неравномерное;

3) синхронное, асинхронное.

Яйцеклетки и образующиеся после их оплодотворения зиготы, содержащие небольшое количество лецитина (олиголецитальные), равномерно распространенного в цитоплазме (изолецитальные), делятся полностью на две дочерние клетки (бластомеры) равной величины, которые затем одновременно (синхронно) делятся снова на бластомеры. Такой тип дробления является полным, равномерным и синхронным. Яйцеклетки и зиготы, содержащие умеренное количество желтка, также дробятся полностью, но образующиеся бластомеры имеют разную величину и дробятся неодновременно — дробление полное, неравномерное, асинхронное. В результате дробления образуется вначале скопление бластомеров, и зародыш в таком виде носит название морулы. Затем между бластомерами накапливается жидкость, которая отодвигает бластомеры на периферию, а в центре образуется полость, заполненная жидкостью. В этой стадии развития зародыш носит название бластулы.

Бластула состоит из:

1) бластодермы — оболочки из бластомеров;

2) бластоцели — полости, заполненной жидкостью.

Бластула человека — бластоциста. После образования бластулы начинается второй этап эмбриогенеза — гаструляция.

Гаструляция — процесс образования зародышевых листков, образующихся посредством размножения и перемещения клеток. Процесс гаструляции у разных животных протекает неодинаково.

Различают следующие способы гаструляции:

• деламинацию (расщепление скопления бластомеров на пластинки);

2) иммиграцию (перемещение клеток внутрь развивающегося зародыша);

3) инвагинацию (впячивание пласта клеток внутрь зародыша);

4) эпиболию (обрастание медленно делящихся бластомеров быстро делящимися с образованием наружного пласта клеток).

В результате гаструляции в зародыше любого вида животного образуются три зародышевых листка:

1) эктодерма (наружный зародышевый листок);

2) энтодерма (внутренний зародышевый листок);

3) мезодерма (средний зародышевый листок).

Каждый зародышевый листок представляет собой обособленный пласт клеток. Между листками вначале имеются щелевидные пространства, в которые вскоре мигрируют отростчатые клетки, образующие в совокупности зародышевую мезенхиму (некоторые авторы рассматривают ее как четвертый зародышевый листок). Зародышевая мезенхима образуется путем выселения клеток

из всех трех зародышевых листков, главным образом из мезодермы. Зародыш, состоящий из трех зародышевых листков и мезенхимы, носит название гаструлы. Процесс гаструляции у зародышей разных животных существенно отличается как по способам, так и по времени. В образующихся после гаструляции зародышевых листках и мезенхиме содержатся презумптивные (предположительные) зачатки тканей. После этого начинается третий этап эмбриогенеза — гисто- и органогенез.

Гисто- и органогенез (или дифференцировка зародышевых листков) представляет собой процесс превращения зачатков тканей в ткани и органы, а затем и формирование функциональных

систем организма.

В основе гисто- и органогенеза лежат следующие процессы: митотическое деление (пролиферация), индукция, детерминация,рост, миграция и дифференцировка клеток. В результате этих процессов вначале образуются осевые зачатки комплексов органов (хорда, нервная трубка, кишечная трубка, мезодермальные комплексы). Одновременно постепенно формируются различные ткани, а из сочетания тканей закладываются и развиваются анатомические органы, объединяющиеся в функциональные системы — пищеварительную, дыхательную, половую и др. На начальном этапе гисто- и органогенеза зародыш носит название эмбриона, который в дальнейшем превращается в плод.

В настоящее время окончательно не установлено, каким образом из одной клетки (зиготы), а в дальнейшем из одинаковых зародышевых листков образуются совершенно различные по морфологии и функции клетки, а из них — ткани (из эктодермы образуются

эпителиальные ткани, роговые чешуйки, нервные клетки и клетки глии). Предположительно в данных превращениях играют ведущую роль генетические механизмы.