Лекции

фермент гиалуронидизу, разрушающий фолликулярные клетки, окружающие яйцо.

Акросомная нить сливается с мембраной яйцеклетки, на этом месте образуется воспринимающий бугорок. Он захватывает ядро, центриоли и митохондрии сперматозоида, увлекая их вглубь яйца. Акросомная реакция протекает очень быстро.

Эмбриональный период подразделяется на этапы:

1)создание многоклеточности – период дробления

2)клеточная дифференцировка – во время гаструляции, гистогенеза

3)морфогенез = органогенез

1 этап эмбрионального периода

Дробление зависит от типов яйцеклеток

Различают яйцеклетки:

1)изолецитальные = гололецитальные – желтка мало, он равномерно распределен (иглокожие, ланцетник, млекопитающие, в том числе человек)

2)телолецитальные

– желток смещен к одному из полюсов (вегетативному) на анимальном полюсе находится ядро (рыбы, амфибии, птицы)

3) центролецитальные – желток в центре (у насекомых) От типа яйцеклеток зависит тип дробления.

(для резкотелолецитальных)

Значение дробления:

1)переход к многоклеточности

2)увеличивается число ядер, в которых усиленно происходит синтез и-РНК, обеспечивающий синтез новых белков. Процесс дробления регулируемый.

На стадии дробления различают: а) мозаичный; б) регуляционный.

Мозаичный тип развития зародыша характерен для беспозвоночных. У них зародыш на ранних стадиях эмбриогенеза представляет как бы мозаику, то есть состоит из различно детерминированных бластомеров, не способных изменять направление своего развития.

Регуляционный тип развития свойственен позвоночным. Он характерен тем, что на ранних стадиях судьба клеток может быть искусственно изменена.

Отличия дробления от деления клеток:

1)отсутствие типичной интерфазы, нет пресинтетического перехода σ1, а удвоение ДНК начинается в телофазе предшествующего митоза

2)митозы следуют быстро один за другим, не происходит роста бластомеров, поэтому морула по своей массе не отличается от зиготы.

2 этап эмбрионального периода Клеточная дифференцировка – разделение зародыша на различные участки

и появление различий между составляющими зародыш клетками.

Начальный этап клеточной дифференцировки – гаструляция. Различают следующие типы гаструляции: инвагинация, деляминация, миграция, эпиболия.

Гаструляция приводит к образованию сначала двухслойного, а затем трехслойного зародыша. Появляются 3 зародышевых листа – экто-, энто- и мезодерма. Каждый листок дифференцируется на ткани и органы.

При описании клеточной дифференцировки используются три понятия:

1)компетенция;

2)детерминация;

3)специализация как конечный результат детерминации.

Компетенция – способность клеток при соответствующих условиях дифференцироваться в нескольких направлениях.

Например, способность эктодермы развиваться в нервную ткань или в эпидермис кожи. Нервная ткань образуется только под влиянием хордомезодермального зачатка, из остальной части эктодермы формируется эпидермис.

Стволовые клетки крови в костном мозге способны дифференцироваться в трех направлениях: красные кровяные клетки (эритроциты), лейкоциты, мегакариоциты (кровяные пластинки).

Детерминация – это такое состояние клеток, когда они уже вступили на путь определенной дифференцировки, но внешне она еще никак не проявляется.

На стадии 2-4 бластомеров каждый из них обладает свойством тотипотентности, то есть способен образовывать целый зародыш.

На стадии бластулы клетки не проявляют свойства тотипотентности, но способны изменять свой путь развития. На стадии гаструлы утрачивается и это свойство, то есть лабильная детерминация путей развития на ранних стадиях сменяется стабильной детерминацией.

Например: Из эктодермы образуется участок нервной трубки, из него образуются нейробласты, а из них нейроны. Нейрон – специализированная клетка. Это конечный этап дифференцировки.

3 этап эмбрионального периода

Морфогенез = органогенез - образование органов.

Все этапы эмбрионального развития контролируются генами. Разные гены начинают функционировать на разных этапах онтогенеза и действуют через ферменты, которые они кодируют. Молекулярным проявлением функции генов является транскрипция, то есть синтез РНК. РНК начинает синтезироваться на стадии бластулы и ранней гаструлы, следовательно, процесс формообразования происходит под контролем собственного генома зародыша. Различают работу самих генов и проявление этой работы, то есть проявление тех или иных признаков. Это явление называют экспрессией генов.

Основные компоненты развития

1)пролиферация – в основном в процессе дробления;

2)миграция – в периоды гаструляции, гисто- и органогенеза;

3)дифференцировка;

4)интеграция – объединение отдельных дифференцированных частей организма в единое целое.

3. Факторы дифференцировки.

1.ооплазматическая сегрегация – первичная клеточная дифференцировка в процессе эмбрионального развития – это разделение цитоплазмы яйца на зоны с различными свойствами. Ооплазматическая сегрегация начинается еще в неоплодотворенном яйце, а продолжается и становится особенно заметной после проникновения в яйцеклетку сперматозоида.

2.эмбриональная индукция – побуждение к развитию в определенном направлении структур зародыша в результате воздействия на них соседних структур.

Критические периоды развития человека

- которые характеризуются повышенной чувствительностью организма к условиям окружающей среды.

1)имплантация – 6-7 дней развития

2)плацентация – конец второй недели (14 д.)

3)периоды дифференцировки органов – первые 2-3 месяца

4)роды

5)п. новорожденности

6)п. полового созревания – когда в организме происходят гормональные перестройки.

Нарушение онтогенеза могут проявляться в форме незначительных отклонений от нормы – аномалий, и резких отклонений – пороков развития и уродств – нарушающих функции организма или делающих его нежизнеспособным.

Причина – лекарственные препараты, токсины, паразиты, стрессы, недостаток кислорода, витаминов группы В, различные виды излучений, инфекционные заболевания и т.д. никотин, алкоголь, токсичные вещества.

4. Медицинское значение эмбриологии

1)пренатальная диагностика (амниоцентез);

2)внутриутробное лечение, например, при резус-конфликте даже возможна полная замена крови через лапароскоп;

3)искусственное осеменение при бесплодии;

4)оплодотворение и выращивание в пробирке яйцеклеток с последующей имплантацией эмбриона в плаценту.

Старение и долголетие.

Постэмбриональное развитие и его регуляция. Старение, смерть. Молекулярно- генетические, клеточные и системные основы старения. Проблемы долголетия.

1.Особенности процесса старения а) гетерохронность, б) гетерокинетичность, в) гетеротопность,

г) гетерокатефтентность.

2.Изменение органов и систем в процессе старения.

3.Молекулярные и клеточные механизмы старения.

4.Физиологическое и патологическое старение. Биологический возраст.

5.Теории и механизмы старения.

6.Продолжительность жизни, пути ее увеличения.

После рождения или выхода из яйцевых и зародышевых оболочек начинается постэмбриональный или постнатальный этап онтогенеза. Постэмбриональный онтогенез можно разделить на следующие периоды: ювенильный (до полового созревания), зрелый (половое созревание), период старости, заканчивающийся естественной смертью.

Одной из наиболее характерных черт онтогенеза является увеличение размеров развивающегося организма, то есть рост. По характеру роста всех животных можно разделить на две группы – с определенным и неопределенным ростом.

Неопределенный рост наблюдается у животных, не прекращающих расти в течение всей жизни (моллюски, ракообразные, рыбы, земноводные, рептилии).

Определенный рост свойственен организмам, которые к определенному возрасту перестают расти, например насекомые, птицы, млекопитающие.

Показатели роста с одной стороны контролируются генетически, а с другой – зависят от условий, в которых происходит развитие.

Рост выражается увеличением длины и массы тела. Процесс роста у человека протекает неравномерно, периоды быстрого роста сменяются периодами его замедления. Самый интенсивный рост наблюдается на первом году жизни, когда длина тела ребенка увеличивается примерно на 25 см. На втором году темп роста замедляется, но остается еще высоким (10 – 11 см), затем рост замедляется. “ Вспышка” роста отмечается с 11-12 лет у девочек и с 13-14 лет у мальчиков до 1617 лет (до 7-8см в год).

Для нормального роста и развития организм нуждается в полноценном питании, витаминах группы А, Д, В.

В регуляции роста принимают участие железы внутренней секреции: щитовидная железа, гипофиз, эпифиз, половые железы, вилочковая железа (тимус).

У молодых животных удаление щитовидной железы приводит к понижению основного обмена, задержке роста трубчатых костей и полового созревания. Понижается возбудимость Ц.Н.С. и замедляется образование рефлексов. У человека при недостатке функции щитовидной железы в детском возрасте – развивается заболевание кретинизм, характеризующееся психической отсталостью, задержкой роста и полового развития, нарушение пропорций тела (трубчатые кости короткие и толстые). Из передней доли гипофиза был выделен гормон роста - соматотропный гормон. Если у молодых щенков удалить переднюю долю гипофиза, их рост резко замедляется. При пониженной функции в детском возрасте развивается гипофизарная карликовость (нанизм) – рост замедляется , но части тела сохраняют

нормальные пропорции. Пониженная активность передней доли гипофиза приводит к половому недоразвитию вследствие нарушения образования половых гормонов. Повышение функции передней доли гипофиза сопровождается увеличением роста, приводящим к гигантизму (более 200см). Обычно прекращение секреции соматотропного гормона совпадает с половым созреванием. Если же этот гормон выделяется в зрелом возрасте, то происходит патологический рост отдельных органов. При этом заболевании наблюдается разрастание костей кисти, стопы и лица (акромегалия).

Эпифиз (шишковидное тело)

1)Регулятор биологических часов в организме приспособлен к условиям освещенности.

2)Принимает участие в таких жизненно важных процессах, как рост и половое созревание. При удалении у цыплят в 3-5 недельном возрасте происходит раннее половое созревание.

3)В связи с высокой чувствительностью к изменению магнитного поля Земли

шишковидное тело представляет собой своеобразный “ компас”, участвующий в ориентировке животных в пространстве. Обладает способностью к дифференциации и интеграции данных о разнообразных влияниях окружающей среды на организм.

Удаление эпифиза в молодом возрасте у животных сокращает продолжительность жизни по сравнению с контрольными (у этих животных угнетен иммунитет и ускоряется развитие многих новообразований). Пептидный экстракт эпифиза восстанавливает у старых самок крыс регулярные эстральные циклы, увеличивает репродуктивный период, на 25% - среднюю продолжительность жизни. Показано, что этот препарат уменьшает частоту появления новообразований.

Отсутствие железы клинически не проявляется за счет компенсации других желез.

Чувствительные клетки сетчатки передают информацию от интенсивности света и его качества по нервным путям в эпифиз, специфические клетки которого содержат реагирующую на свет ферментативную систему, обеспечивающую синтез мелатонина.

Свет угнетает продукцию и секрецию мелатонина, поэтому ночью его содержание в эпифизе и крови человека и животных многих видов самое высокое (в 3-10 раз больше, чем днем), а днем – минимальное.

Особенности ритма эпифиза имеют огромное значение для регуляторных систем – нейроэндокринной и иммунной. Установлено, что мелатонин самый сильный из образующихся в организме естественных антиоксидантов (защищает генетический аппарат клетки и клеточные мембраны от повреждений); функция свободных радикалов – вещества, образующиеся в результате взаимодействия с вредными факторами окружающей среды. Свободным радикалам отводится роль в механизмах канцерогенеза и старения. При старении активность эпифиза падает, что проявляется в снижении секреции мелатонина.

Вилочковая железа – тимус, зобная железа.

Центральный орган системы иммуногенеза, ответственный за формирование и функционирование клеточной системы иммунитета (закладывается в эмбриогенезе ранее других лимфоидных образований). Лимфоузел и селезенка – периферические органы иммунной системы. Впервые

появляются вилочковая железа у позвоночных животных. У высших рыб она уже сформирована.

Возрастные особенности:

-от 1 до 3 лет увеличивается в размерах,

-от 3 до 20 лет – стабилизация массы,

-более 20 лет – уменьшается и в старческом возрасте инволюция (замещение жировой тканью)

Тимэктомия у животных приводит к “ вастинг-синдрому” – истощению (англ.):

1)отставание в весе;

2)выпадение шерсти у животных;

3)поражение кожи и кишечника;

4)геморрагии;

5)воспалительные процессы.

Половые железы

Важнейшее значение в опосредовании влияния генотипа принадлежит гормонам гипофиза, щитовидной и половых желез. Большая заслуга в разработках вопросов влияния эндокринных желез на рост и развитие организма в постнатальном периоде принадлежит М.М.Завадовскому.

Ко времени полового созревания гипофиз начинает выделять гонадотропный гормон, стимулирующий развитие семенников и яичников. Половые железы вырабатывают половые гормоны, обуславливающие развитие вторичных половых признаков.

М.М.Завадовский провел интересные опыты на курах. После кастрации петухов – перестает расти гребень, исчезает бородка, утрачивается способность петь, теряется мужской половой инстинкт. Кастрированная курица лишается полового инстинкта, а после линьки приобретает петушиное оперение. При пересадке кастрату (независимо от того, какого пола он был ранее) семенника у него развиваются все признаки петуха, а если пересажен яичник – то курицы.

Зрелый возраст наступает в 21-22 года. Первый период зрелого возраста – до 35 лет, второй – от 36 до 60 лет у мужчин и до 55 у женщин. В возрасте 30-35 лет обнаруживаются изменения физиологических реакций, обмена веществ. После 45 лет наблюдаются ощутимые изменения эндокринных функций. В течение пятого десятилетия происходят изменения, определяющие процесс старения. Вместе с тем включаются механизмы, обеспечивающие перестройку организма и его адаптацию. Пожилой возраст начинается с 75 лет.

Различают хронологический и биологический возраст. Биологический возраст определяется совокупностью обменных, структурных, функциональных особенностей организма, включая его приспособительные возможности. Он может не соответствовать календарному возрасту.

1. Особенности процесса старения.

Старение – общебиологическая закономерность, свойственная всем живым организмам. Старость характеризуется структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме, ограничивающие его приспособительные возможности. Оно развивается и прогрессирует в течение всей жизни.

Старение и старость нужно рассматривать как причину и следствие. Старение начинается с момента рождения организма, а старость – заключительный этап онтогенеза, заканчивающийся смертью.

Наука о старости – геронтология выясняет основные закономерности старения, начиная с молекулярного и клеточного уровня до целостного организма.

1) Гетерохронность – неодновременность наступления старения различных клеток, тканей, органов.

Например, атрофия тимуса у человека начинается в возрасте 13-15 лет, угасание функции яичников в 48-52 года, а некоторые функции гипофиза сохраняются на высоком уровне и в старческом возрасте.

2) Гетерокинетичность – в одних системах возрастные изменения возникают рано, но развиваются медленно (например, в костной ткани), в других – наступают позже, но затем быстро прогрессируют ( в ЦНС ).

3) Гетеротопность – неодинаковое проявление изменений в различных органах и разных структурах одного органа Например, пучковой зоне коры надпочечников, вырабатывающей

глюкокортикоиды, старение выражено в меньшей степени, чем в клубочной зоне, вырабатывающей минералокортикоиды.

4) Гетерокатефтентность – т.е. возрастные изменения разнонаправлены. Одни функции прогрессивно снижаются, другие - существенно не изменяются, а некоторые показатели возрастают. Сократительная способность сердца падает, снижаются гормональные активности желёз внутренней секреции (щитовидная, половая), ослабевает зрение и слух, но уровень сахара в крови, количество эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина не изменяется; синтез гипоризирных гормонов, чувствительность клеток к гуморальным и химическим факторам возрастает.

2. Изменение органов и систем организма человека в процессе старения.

Как правило, после 50 лет у человека возникают стойкие внешние проявления старения кожи, появляются рубцы, пигментные пятна, бородавки и родинки, морщины. Кожа становится дряблой. Другие характерные внешние признаки – это выпадение и поседение волос.

Изменение в системе пищеварения заключается в потере зубов, снижении уровня пищеварительных соков.

Начиная примерно с 40 летнего возраста, отмечается подъём артериального давления, в стенках кровеносных сосудов откладывается холестерин, снижается их эластичность.

Функциональные расстройства в дыхательной системе – уменьшение жизненной ёмкости лёгких.

Изменения со стороны мышц – с возрастом снижается сила сокращений, быстрее наступает утомление.

Возрастные изменения органов эндокринной системы – происходит инволяция половых желёз, снижается синтез гормонов щитовидной железы, надпочечников; тогда как гормоны гипофиза образуются в большом количестве.

С возрастом заметно изменяются иммунные реакции организма: ослабевают реакции как гуморального, так и клеточного иммунитета.

К старости иммунокомпетентные клетки ошибочно вырабатывают антитела против собственных антигенов организма, это могут быть мутантные клетки иммунной системы. У человека с возрастом увеличивается число соматических

мутаций, т.е. накапливаются клетки, на которые вырабатываются антитела. Т.о., старение сопровождается нарастанием аутоиммунных реакций.

По статистике у молодых людей – 4% дефектных хромосом, а у стариков –

16%.

В нервной системе старческие изменения появляются позднее. Особенность нервной системы заключается в том, что предшественники нервных клеток прекращают деление в конце эмбрионального или в самом начале постэмбрионального периода. Поэтому количество нервных клеток в течении жизни может только снижаться. Работы Павлова показали, что с возрастом ослабевают процессы торможения и возбуждения, медленнее вырабатываются условные рефлексы.

3. Молекулярные и клеточные механизмы старения.

На молекулярном уровне при старении повреждаются транскрипция и трансляция наследственной информации, репликация и репарация ДНК, часто это происходит в результате мутаций.

Дифференцированные клетки стареют по-разному. В нервных клетках и поперечно-полосатых мышцах, являющихся долгоживущими, типично накопление липофусцина. В короткоживущих эритроцитах этого не наблюдается, а на первый план выступает изменение плазматической мембраны.

Ряд исследователей связывают старение с программой дифференцировки клеток. Дифференцирование клетки, осуществляя до конца программу специализации, утрачивают способность к синтезу, что обрекает их на гибель.

Американский исследователь Хейфлик в работах на культуре клеток (фибробласты эмбрионов) установил, что клетки способны дать всегда только ограниченное постоянное число генераций (50-60).

Это явление получило название феномен Хейфлика = лимит Хейфлика: в условиях нормального развития потомки каждой клетки проходят ограниченное число клеточных циклов. Подобный ограниченный митотический потенциал свойственен и клеткам в организме. Однако старение сложного организма нельзя свести к ограниченности митотического потенциала его клеток.

4. Физиологическое и патологическое ( преждевременное ) старение.

Большой вклад в науку о старении и долголетии внёс выдающийся русский учёный С.Б. Боткин. С.Б. Боткин описал признаки, характерные для физиологической (естественной) и анатомической (преждевременной) старости. Патологическое старение наступает раньше, чем у людей этого возраста. Т.о. биологический возраст опережает паспортный. При физиологическом старении наряду с возрастными изменениями активизируются компенсаторноприспособительные возможности организма. При патологическом старении компенсаторный механизм подавлен в связи с болезнями человека (атеросклероз, аллергия, ожирение и т.д.). Всего лишь 1-2% людей доживают до глубокой старости в результате физиологического старения. Сопоставление биологического и календарного возраста даёт представление о темпах старения. Если биологический возраст отстаёт от календарного – потенциальный долгожитель и наоборот.

Разработаны 3 категории тестов биологической скорости старения: 1. Категория - глобальные:

1) время включения и выключения репродуктивной функции;

2)активность иммунной системы;

3)способность клеток к делению, биосинтезу белка.

2. Категория - обычные тесты для оценки функциональной активности в состоянии покоя.

1)антропологические данные

2)степень окостенения (состояние компактного и губчатого вещества костной ткани)

3)масса тела

4)артериальное давление, содержание холестерина в крови, зрение, слух и т.д.

3. категория – адаптационные – для оценки функциональной активности организма при функциональной нагрузке (например, сахарные кривые – способность утилизировать глюкозу).

По данным ВОЗ: 45-59 лет – средний возраст 60-74 – пожилой

75-89 – старый

90 и более – долгожитель Продолжительность жизни в 1985-90 гг. в экономически развитых странах

составляла – 74 г., в менее развитых – 61,5 , в развивающихся – 52,2 , в Японии – 78,3. При этом женщины живут в среднем на 3-5 лет дольше. Это объясняется социальными факторами: особенностями труда мужчин, большим травматизмом, вредными привычками, особенностями нейрогуморальной регуляции у женщин, своеобразие защитных действий женских половых гормонов.

Возможно, что наличие двух Х-хромосом у женщин обеспечивает большую надёжность генетического аппарата. По статистике смертность холостых мужчин на 25% больше, чем женатых в молодом возрасте.

Смерть – завершающая фаза индивидуального существования каждого организма. Это не одномоментальное событие. Различают клиническую и биологическую смерть.

Признаком клинической смерти служит прекращение важнейших жизненных функций; потеря сознания. отсутствие сердцебиения и дыхания. Но большинство клеток и органов ещё остаются живыми. Лишь постепенно наступает биологическая смерть, связанная с прекращением самообновления, в клетках происходит аутолиз (самопереваривание) и разложение. Эти процессы происходят в различных органах с неодинаковой скоростью, которые определяются чувствительностью клеток к кислородному голоданию.

Нервные клетки коры головного мозга являются чувствительными, в них некротические изменения происходят уже через 5-6 минут.

С целью удлинения периода клинической смерти используют общее охлаждение организма. Гипотермия, замедляя обменные процессы, обеспечивает большую устойчивость к кислородному голоданию.

4. Теории и механизмы старения.

Выдвинуто свыше 400 гипотез о причинах старения.

1.Энергетическая (М. Рубнер, 1908) – каждый вид имеет свойственный ему энергетический фонд, который растрачивается в течение жизни. Время, в течение которого этот запас энергии будет израсходован, зависит от величины поверхности тела. Чем больше теплоотдача с поверхности тела, тем интенсивнее обмен энергии и меньше продолжительность жизни ( крыса 2-3 года, слон – более 80 лет ).

2.В 1922 г. академик А.А. Богомольц предложил теорию, по которой причина старения – нарушение межтканевых системных соотношений в организме. Особое значение он придавал соединительной ткани. По этой теории старение протоплазмы клеток является следствием созревания клеточных коллоидов, образующих биохимически инертные комплексы.

3.В 1936 г. – причина старения – накопление в клетках липофусцина.

4.Одна из первых теорий старения была предложена И.И. Мечниковым – с возрастом в организме усиливается процесс интоксикации в результате накапливающихся продуктов азотистого обмена, а так же под влиянием продуктов гниения в толстых кишках. Согласно этой теории, интоксикация сильнее поражает специфические паренхиматозные ткани (клетки печени, мозга), а клетки соединительной ткани наоборот, размножаются, замещая собой погибшие клетки. Для прекращения гнилостных процессов в кишках Мечников предлагал употреблять в пищу молочно-кислых продуктов, что создаёт неблагоприятную среду для гнилостных бактерий. Он разработал учение об ортобиозе нормальной жизни – соблюдение правил гигиены, трудолюбивой, умеренной жизни без роскоши и излишеств.

5.Свободно-радикальная теория – возрастные изменения являются результатом

накапливающихся повреждений в различных биологических молекулах под действием свободных радикалов ( ОН-, ООН, Н+ ). В результате этого возникают соматические мутации.

6.Теория маргинотонии – укорочение длин молекул ДНК на определённый участок при каждом последующем делении клетки. Эта теория объясняет лимит Хейфлика, что в основе старения лежит определённое число делений

клеток.

Старение представляет собой следствие естественного отбора. Естественный отбор действует в направлении большой приспособленности организма на ранних этапах онтогенеза, отодвигая время проявления неблагоприятных аллелей. Учитывая явление плейотропии, легко представить, что один и тот же ген может контролировать как полезные, так и вредные признаки. Эти гены сохраняются в генофонде популяций, если на время нейтрализуются их отрицательные эффекты, например, при помощи генов – модификаторов.

Характерен пример с таким наследственным заболеванием, как хорея Геттингтока, типичным симптомом которого служит сильный тремор (дрожания) головы и конечностей. Это заболевание проявляется обычно в возрасте 35-39 лет. Кроме перечисленных выше существует.

7.Адаптационно-регуляторная теория старения Фролькиса, по которой старение рассматривается как неоднонаправленный процесс (только угасания), потому что в ходе старения происходит мобилизация адаптивных механизмов, направленных на увеличение продолжительности жизни.

Витаукт предполагает:

1)репарацию ДНК;

2)выработку антиоксидантов;

3)активацию обменных процессов;

4)гипертрофию клеток;

5)активацию обратных связей.