Вопрос № 57. Роль наследственности и среды в онтогенезе. Критические периоды развития. Тератогенные факторы среды.

Онтогенез протекает в конкретных условиях окружающей среды, и на любом его этапе организм наитеснейшим образом взаимосвязан со средой. Под средой понимают совокупность конкретных абиотических и биотических факторов (условий), в которых обитает данная особь (популяция, вид). Эти взаимосвязи организма и среды складываются и изменяются в процессе эволюции. Развитие каждого конкретного организма - это, по сути, формирование фенотипа (совокупности внешних и внутренних признаков), или реализация генотипа в конкретных условиях среды. Фенотип организма не только обусловлен генотипом, обеспечивающим материальную преемственность между поколениями, но и зависит от факторов внешней среды, в которой формируется и существует данный организм.

В течение всего онтогенеза происходит взаимодействие между генотипом и факторами среды, которые в конечном счёте и детерминируют все биологические признаки данного организма. При этом обе эти группы факторов имеют одинаково важное значение, хотя для отдельных признаков доминирующей может выступать одна из двух групп факторов. Так, группы крови (фенотипический признак) имеют у человека исключительно генетическую природу: при любых условиях среды данный генотип проявляется одинаково и обусловливает строго определённую группу крови. С другой стороны, существуют признаки, обусловленные исключительно факторами среды. Например, количество эритроцитов в циркулирующей крови у людей с разнообразными генотипами прямо зависит от высоты местности проживания над уровнем моря: с увеличением высоты их число у всех возрастает. Тем не менее сама способность к изменению числа эритроцитов в зависимости от парциального давления кислорода в атмосферном воздухе обусловлена генетически. Однако подобные крайние случаи очень редки. В большинстве случаев различия особей определяются факторами обеих групп - наследственными и средовыми. Так, различия в росте обусловлены как генетически, так и конкретными средовыми факторами (климат, характер питания и т.п.).

Значительными могут быть влияния абиотических факторов, или условий среды (атмосферное давление, излучение, температура, влажность, газовый состав, степень освещённости и др.). При снижении температуры с +20° до +15°С зародыши лягушки не могут развиваться дальше стадии ней-рулы. Прекращение доступа кислорода к эмбриону аскариды приостанавливает его развитие. Такие реакции позволяют характеризовать подобные изменения внешней среды как неблагоприятные. К последним можно отнести также действие сильных доз облучения. Если неблагоприятные изменения будут сопутствовать многим поколениям, то может произойти отбор на повышение сопротивляемости этим факторам, при условии, что такие организмы из поколения в поколение не будут погибать.

В процессе эволюции выработались приспособления, уменьшающие зависимость развивающегося организма от прямого воздействия факторов среды. Эмбрион характеризуется определённой степенью автономности, которая увеличивается у более высокоорганизованных животных и достигает максимума у млекопитающих. Эмбрион млекопитающих, развиваясь в утробе материнского организма и осуществляя опосредованную взаимосвязь с внешней средой через плаценту, максимально защищен от прямого действия факторов среды. Его развитие характеризуется максимальной автономизацией.

Часто характер изменений развивающегося организма, вызываемых либо наследственными, либо средовыми факторами, бывает сходным. Например, у женщин, перенесших краснуху на ранних сроках беременности, часто рождаются глухонемые дети или дети с врождённой катарактой, причём эти аномалии не отличимы от соответствующих аномалий, обусловленных генетически. Изменения фенотипа, сходные с изменениями генетической природы, но обусловленные только факторами внешней среды, получили название фенокопий.

Экспериментальное изучение развития животных позволило установить периоды, когда зародыш наиболее чувствителен к повреждающему действию разнообразных факторов, которые могут нарушить нормальное развитие. Эти периоды наименьшей резистентности (устойчивости) зародышей к неблагоприятным факторам внешней среды получили название критических периодов развития. В критические периоды у зародышей изменяется характер метаболизма, резко усиливается дыхание, меняется содержание РНК, синтезируются новые белки, падают темпы роста. Критические периоды совпадают с активной морфологической дифференцировкой, с переходом от одной стадии развития к другой. Критические периоды соответствуют изменениям условий развития зародыша.

В развитии рыб установлено 3 таких периода: 1) первая половина стадии дробления; 2) начало гаструляции; 3) фаза формирования осевых органов (фаза нейруляции). Развивающиеся икринки особенно чувствительны в эти периоды к недостатку кислорода, температуры, тряске и другим неблагоприятным изменениям среды.

У млекопитающих к критическим периодам отнесены: 1) имплантация бластоцисты (сопряжённая с переходом зародыша к новым условиям питания и газообмена, вызывающим потребность в новых приспособлениях); 2) развитие плаценты (переход к плацентарному типу питания, газообмена, выделения).

У человека П.Г. Светлов выделил 3 критических периода: 1) имплантация (6-7-е сутки после оплодотворения яйцеклетки); 2) плацентация (окончание 2-ой недели беременности); 3) перинатальный период (роды). Последний период отличается резким изменением в организме характера кровообращения, газообмена, питания, выделения и др.

Неблагоприятные воздействия среды в течение критических периодов развития зародыша могут вызвать отклонения в развитии органа. Такие отклонения в развитии органа, приводящие к функциональным расстройствам, называются уродствами, или пороками развития. Факторы среды, вызывающие формирование уродств, или пороков развития, названы тератогенными. Непосредственным объектом действия неблагоприятных факторов могут быть половые клетки (гаметопатии) или же сам эмбрион (эмбрионопатии). Действуя на ранних этапах эмбриогенеза, тера-тоген, как правило, вызывает гибель зародыша. Возникновение уродств наиболее вероятно в период органогенеза, когда нарушаются клеточные взаимодействия и морфогенетические движения. Первые экспериментальные уродства получил в 1822 году Ж. Сент-Илер в опытах на куриных зародышах. Он, по сути, стал основателем учения об уродствах. Наука об уродствах - тератология, возникла на стыке эмбриологии, морфологии, физиологии, генетики и медицины. Различают: а) наследственные уродства (генетической природы), которые вызваны изменениями наследственного материала; б) ненаследственные (экзогенные) уродства, которые возникают в связи с действием на зародыш тератогенных факторов среды; некоторые из ненаследственных пороков являются фенокопиями определённых генетических пороков.

Известно несколько разновидностей пороков: аплазия (отсутствие органа или его части), гипоплазия (недоразвитие органа), гипотрофия (уменьшение массы органа), гипертрофия (увеличение массы органа), геторотопия, или эктотопия (нетипичная локализация органа или группы клеток), гетероплазия (нарушение дифференцировки тканей), стеноз (сужение канала), атрезия (отсутствие канала или отверстия), персистирова-ние (сохранение эмбриональных структур).

Пороки развития, возникающие под действием тератогенных факторов, называются первичными. Вторичные пороки являются следствием первичных. Так, в результате атрезии водопровода мозга (первичного порока) возникает водянка головного мозга (вторичный порок).

Анализ уродств важен для понимания закономерностей индивидуального развития. Изучение причин возникновения уродств при действии на зародыш повреждающих химических и физических факторов необходимо для разработки эффективных мер профилактики, ранней диагностики и лечения уродств.Те закономерности и механизмы онтогенеза, которые освещены в этой главе, далеки от многочисленных, реально существующих, но ещё не раскрытых наукой. Актуальной остаётся основная прикладная задача биологии развития - научиться управлять онтогенезом с целью: 1) предотвращения патологий, в том числе и наследуемых; 2) повышения продуктивности сельскохозяйственных животных.

Вопрос № 58. Постнатальный онтогенез и его периоды. Роль эндокринных желез(щитовидной, гипофиза, половых) в регуляции жизнедеятельности организма в постнатальный период.

Постнатальный онтогенез - период развития организма от момента рождения до смерти. Он объединяет две стадии: а) стадию раннего постнатального онтогенеза; б) стадию позднего постнатального онтогенеза. Ранний постнатальный онтогенез начинается с рождения организма и заканчивается наступлением структурно-функциональной зрелости всех систем органов, включая половую систему. Продолжительность его у человека составляет 13-16 лет. Ранний постнатальный онтогенез может включать основные процессы органогенеза, дифференцировки и роста (например, у кенгуру) или же только рост, а также дифференциров-ку позднее созревающих органов (половые железы, вторичные половые признаки). У многих животных в постэмбриональном развитии имеет место метаморфоз. Поздний постнатальный онтогенез включает зрелое состояние, старение и смерть.

Постэмбриональное развитие характеризуется: 1) интенсивным ростом; 2) установлением дефинитивных (окончательных) пропорций тела; 3) постепенным переходом систем органов к функционированию в режиме, свойственном зрелому организму.

Рост - это увеличение массы и линейных размеров особи (организма) за счёт увеличения массы, но главным образом количества клеток, а также неклеточных образований. Для описания роста используют кривые роста (изменение массы или длины тела в течение онтогенеза), показатели абсолютного и относительного прироста за определённый промежуток времени, удельную скорость роста.

Рост особи характеризуется либо изометрией - равномерным ростом частей и органов тела, либо аллометрией - неравномерным ростом частей тела. Аллометрия бывает отрицательной (например, замедленный рост головы по отношению к телу у ребёнка) и положительной (например, ускоренный рост рогов у жвачных). Скорость роста с возрастом, как правило, снижается. Животные с неопределённым ростом растут в течение всей жизни (моллюски, ракообразные, рыбы, земноводные). У животных с определённым ростом к определённому возрасту рост прекращается (насекомые, птицы, млекопитающие). Однако резкой грани между определённым и неопределённым ростом не существует. Человек, млекопитающие, птицы после прекращения роста всё же могут несколько увеличиваться в размерах.

Изучению роста посвятили ряд работ американский зоолог Дж. Майнот (1885-1956) и И.И. Шмальгаузен (1884-1963). Установлено, что интенсивность роста существенно различается в разные периоды онтогенеза. Так, в начале постна-тального онтогенеза она более высокая, чем в последующие годы. И.И. Шмальгаузен показал, что ^ ""s на протяжении определённых отрезков онтогенеза интенсивность роста характеризуется более или менее постоянной величиной - константой роста. Например, у человека, по данным И.И. Шмальгаузена, константа роста изменяется

следующим образом: на протяжении первого года Ш^27ш-Ш3) жизни она составляет 1,3; далее снижается до 0,7;

в период полового созревания (12-19 лет) снова возрастает до 1,6; затем резко падает, стабилизируясь до окончания роста на уровне 0,6.

На примере цыплёнка И.И. Шмальгаузен установил, что периоды усиленного роста и дифференцировки чередуются: периоды депрессии роста характеризуются усиленной дифференцировкой и наоборот; хотя оба процесса протекают параллельно, один может преобладать над другим.

Процессы роста контролируются генотипом, одновременно завися от условий среды. Рост человека, обусловливаясь сочетанием наследственных и средовых факторов, обнаруживает изменчивость (возрастную, половую, групповую, внутригрупповую или индивидуальную и эпохальную). Наиболее высокая константа роста отмечается в утробном периоде. Прирост в первый год жизни - 24 см; ежегодное увеличение роста до 3 лет - 10 см; с 3 до 7 лет - 6-6,5 см; в пубертатный период - 5-7 см. С 10 до 14 лет девочки растут более интенсивно и обгоняют мальчиков, но после 14 лет мальчики снова становятся выше. Процесс роста заканчивается у мужчин в 18-20 лет, у женщин - в 16-18 лет.

Эндотерриториальные различия роста человека не всегда связаны с географическим положением и климатом: малый рост (ниже 160 см у мужчин) имеют эскимосы, буряты, вьетнамцы; большой рост (выше 170 см) -шотландцы, шведы, жители Балканского полуострова. Средний рост пигме-ев-бамбути, живущих в бассейне реки Конго, всего 144 см, а африканцев племени тутси из соседней Руанды - 176,5 см. Эпохальная изменчивость роста проявляется в наблюдаемой в XX веке акселерации.

Показано, что наследуется также реакция на изменение условий среды, в которых происходит рост организма. Например, рост девочек более устойчив к недоеданию, чем рост мальчиков. Длительное недоедание в детстве приводит к удлинению туловища и укорочению ног у японца и к прямо

противоположным изменениям у жителя Африки. Для нормального протекания процессов, обеспечивающих рост организма, необходима полноценная пища, содержащая белки, витамины, минеральные соли и микроэлементы.

На рост и развитие организма его генотип может оказывать также опосредованное влияние через синтез биологически активных веществ -гормонов. Это - нейросекреты, вырабатываемые нервными клетками, гормоны эндокринных желез. Гормоны могут влиять как на обменные процессы (биосинтез), так и на экспрессию других генов, в свою очередь оказывающих влияние на рост. Между всеми эндокринными железами существует взаимосвязь, регулируемая по принципу обратных связей. Так, гормоны гипофиза влияют на эндокринную функцию половых желез, щитовидной железы и надпочечников. Гипофиз вырабатывает соматотропный гормон, недостаток которого приводит к карликовости - нанизму, а избыток - к гигантизму.

С середины XX века интенсивно изучается особый класс регуляторов роста и размножения клеток - кейлоны. Это полипептиды или низкомолекулярные гликопротеиды, которые образуются всеми клетками высших организмов, обнаруживаются в различных жидкостях организма, в том числе в моче. Действуя по принципу обратной связи, кейлоны тормозят деление клеток и стимулируют их дифференцировку. Уменьшение численности популяции клеток, например, потеря эпидермиса кожи при ранении или потеря лейкоцитов при ранении и кровотечении, вызывает снижение содержания кейлонов и усиление митотической активности соответствующих тканей.

Вопрос № 59. Биологические и социальные аспекты старения и смерти. Генетические, молекулярные и системные механизмы старения. Проблема долголетия. Понятие о геронтологии и гериатрии.

Старение представляет собой всеобъемлющий процесс, охваты­вающий все уровни структурной организации особи —от макромолекулярного до организменного.

Ряд наблюдений легли в основу достаточно распространенной точки зрения о наследуемости продолжительности жизни и, следо­вательно, наличии генетического контроля или даже особой генети­ческой программы старения.Представ­ление о величине наследуемости продолжительности жизни полу­чают, определяя коэффициент наследуемости. Результаты оценки степени генетического контроля старения путем расчета коэффициента наследуемости долгожительства ука­зывают лишь на отсутствие специальной генетической программы старения.При отсутствии специальных генов или целой программы, прямо определяющих развитие старческих признаков, процесс старения находится тем не менее под генетическим конт­ролем путем изменения его скорости. Называют разные пути такого контроля. Во-первых, это плейотропное действие, свойственное многим генам. Во-вторых, со временем в генотипах соматических клеток, особенно в области регуляторных нуклеотидных последовательно­стей,накапливаются ошибки (мутации). Следствием этого является нарастающее с возрастом нарушение работы внутриклеточных ме­ханизмов, процессов репликации, репарации, транскрипции ДНК. В-третьих, генетические влияния на скорость старения могут быть связаны с генами предрасположенности к хроническим заболе­ваниям, таким, как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз сосудов головного мозга, гипертония, наследуемым по полигенному типу.

В ис­следованиях зависимости скорости старения от условий жизни, проводимых на лабораторных животных,используют следующие признаки: 1) состояние белков соединительной ткани коллагена и эластина; 2) показатели сердечной деятельности и кровообращения; 3) содержание пигмента липофусцина в клетках нервной системы и сердца; 4) показатели произвольной двигательной активности; 5) способность к обучению.

Влияние социально-экономических условий на длительность жиз­ни может быть оценено путем сравнения названного показателя для одной и той же популяции (например, население страны), но в разные исторические периоды или же путем сопоставления продол­жительности жизни в двух популяциях, различающихся по жизнен­ному уровню и сосуществующих в одно и то же историческое время.

Социальный статус каждой возрастной группы и её влияние в обществе тесно связаны с экономической продуктивностью этой группы. В аграрных обществах пожилые люди имеют высокий статус и являются объектом внимания. Их жизненный опыт и знания высоко ценятся, особенно в дописьменных обществах, где знания передаются устно. Потребность в их знаниях позволяет пожилым людям продолжать быть продуктивными членами общества.

В обществах с высоким уровнем индустриализации и урбанизации статус пожилых людей заметно изменился, уменьшив значение пожилых людей, а в некоторых случаях даже достигнув негативного отношения к старым людям —эйджизма. Оказывается, физическая неспособность пожилых людей трудиться имеет относительно небольшую роль, а за потерю значения отвечает несколько иных факторов. Среди них наибольшую роль играет постоянное введение новых технологий, которые требуют непрерывного образования и тренировки, которые в меньшей мере доступны старым людям. Меньшую роль играет большое число всё ещё достаточно крепких старых работников, которые ограничивают возможности трудоустройства новому поколению и уменьшение количества людей, которые работают на себя, что могло бы дать старым людям возможность постепенного снижения количества работы. В связи с общим повышением уровня образования, опыт старых людей, наоборот, играет всё меньшую роль.

Хотя в некоторых областях старые люди всё ещё сохраняют высокую активность, например в политике, в общем случае всё чаще пожилые люди уходят на пенсию с окончанием наиболее продуктивного периода жизни, что приводит к проблемам психологической адаптации к новым условиям. В первую очередь проблемы появляются в связи с уменьшением влияния старых людей, чувства собственной невостребованности и наличия значительного количества свободного времени. Кроме того, для большого количества людей в старости становятся острее финансовые проблемы, хотя во многих случаях эти проблемы ложатся на общество.

В связи с наличием свободного времени, семейные взаимоотношения в большей мере стремятся быть центром внимания пожилых людей. Тем не менее, в связи с изменениями в семейной структуре в развитых странах, большие семьи разделились и пожилые люди всё чаше не живут рядом со своими детьми и другими родственниками. Из-за этого перед обществами становится проблема большей приспособляемости пожилых людей к независимому существованию.

Важным фактором в социологии старения является сексуальная и репродуктивная активность. В развитых странах мужчины продолжают становиться отцами даже в возрасте 65 лет и старше.

Для пожилых людей характерно сопротивление изменениям, хотя в большей мере это поясняется не неспособностью к приспосабливаемости, а увеличением толерантности. В помощь приспосабливаемости пожилых людей к новым условиям разрабатываются специальные учебные программы, рассчитанные на эту категорию людей.

Геронтология — это наука, изучающая биологические механизмы и процессы, обуславливающие и сопровождающие старение живых существ, а также способы замедления старения и увеличения продолжительности жизни.

Гериатрия — медицинская дисциплина, занимающаяся изучением особенностей заболеваний у лиц пожилого и старческого возраста и их лечением.

ТЕОРИИ СТАРЕНИЯ

Молекулярные механизмы

 

Существуют свидетельства нескольких важнейших механизмов повреждения макромолекул, которые обычно действуют параллельно один другому или зависят один от другого. Вероятно, любой из этих механизмов может играть доминирующую роль при определённых обстоятельствах.

 

Во многих из этих процессов важную роль играют (в частности свободные радикалы), набор свидетельств о их влиянии был получен достаточно давно и сейчас известен под названием «свободно-радикальная теория старения». Сегодня, тем не менее, механизмы старения намного более детализированы.

 

Теория соматических мутаций

 

Многие работы показали увеличение с возрастом числа соматических мутаций и других форм повреждения ДНК, предлагая репарацию (ремонт) ДНК в качестве важного фактора поддержки долголетия клеток. Повреждения ДНК типичны для клеток, и вызываются такими факторами как жёсткая радиация и активные формы кислорода, и потому целостность ДНК может поддерживаться только за счёт механизмов репарации. Действительно, существует зависимость между долголетием и репарацией ДНК, как это было продемонстрировано на примере фермента поли-АДФ-рибоза-полимеразы-1, важного игрока в клеточном ответе на вызванное стрессом повреждение ДНК. Более высокие уровни PARP-1 ассоциируются с большей продолжительностью жизни.

 

Теория накопление изменённых белков

 

Также важен для выживания клеток кругооборотбелков, для которого критично появление повреждённых и лишних белков. Окисленные белки являются типичным результатом влияния активных форм кислорода, которые образуются в результате многих метаболических процессов клетки и часто мешают корректной работе белка. Тем не менее, механизмы репарации не всегда могут распознать повреждённые белки и становятся менее эффективными с возрастом за счёт снижения активности протеосомы. В некоторых случаях белки являются частью статических структур, таких как клеточная стенка, которые не могут быть легко разрушены. Кругооборот белков зависит также и от белков-шаперонов, которые помогают белкам получать необходимуюконформацию. С возрастом наблюдается снижение репарирующей активности, хотя это снижение может быть результатом перегрузки шаперонов (и протоасомы) повреждёнными белками.

 

Существуют свидетельства, что накопление повреждённых белков действительно происходит с возрастом и может отвечать за такие ассоциированные с возрастом болезни как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и катаракта.

 

Митохондриальная теория

 

Важность связи между молекулярным стрессом и старением была предположена, основываясь на наблюдениях за эффектом накопления мутаций в митохондриальной ДНК (мтДНК). Эти данные были подкреплены наблюдением увеличения с возрастом числа клеток, которым не хватает цитохром-с-оксидаза (COX), что ассоциировано с мутациями мтДНК. Такие клетки часто имеют нарушения в производстве АТФ и клеточном энергетическом балансе.

 

Теория утрата теломер

 

Во многих клетках человека утрата способности клеток к делению связана с утратой теломер на концах хромосом, которые утрачиваются после определённого количества делений. Это происходит из-за отсутствия фермента теломеразы, который обычно экспрессуется только у зародышевых и стволовых клеток. Недавно было обнаружено, что окислительный стресс (чрезмерное выделение активных форм кислорода) также может иметь влияние на утрату теломер, значительно ускоряя этот процесс в определённых тканях.

 

Системные и сетевые механизмы старения

 

На первых этапах исследования старения, многочисленные теории рассматривались как конкурирующие в пояснении эффекта старения. Тем не менее, сегодня считается, что многие механизмы повреждения клеток действуют параллельно, и клетки также должны тратить ресурсы на борьбу со многими механизмами. Для исследования взаимодействия между всеми механизмами борьбы с повреждениями был предложен системный подход к старению, который пытается одновременно принять во внимание большое количество таких механизмов. Более того, этот подход может чётко разделить механизмы, которые действуют на разных стадиях жизни организма. Например, постепенное накопление мутаций в митохондриальной ДНК часто приводит к накоплению активных форм кислорода и снижению производства энергии, что в свою очередь приводит к увеличению скорости повреждения ДНК и белков клеток.

 

Другой аспект, который делает системный подход привлекательным, это понимание разницы межу разными типами клеток и тканей организма. Например, клетки, которые активно делятся, с большей вероятностью пострадают от накопления мутаций и утраты теломер, чем дифференцированные клетки. В тоже время необходимо уточнить, что данный тезис не относится к быстро и многократно делящимся трансформированным и опухолевым клеткам, которые не утрачивают теломеры и не накапливают мутации. Дифференцированные клетки с большей вероятностью пострадают от повреждения белков, чем клетки, которые быстро делятся и "разбавляют" повреждённые белки вновь синтезированными. Даже если клетка теряет способность к пролиферации за счёт процессов старения, баланс механизмов повреждения в ней сдвигается.

 

Популяционный теория старения

 

Другим подходом к изучению стареняя являются исследования популяционной динамики старения. Все математические модели старения можно примерно разбить на два главных типа: модели данных и системные модели. Модели данных — это модели, которые не используют и не пытаются пояснить какие-либо гипотезы о физических процессах в системах, для которых эти данные получены. К моделям данных относятся, в частности, и все модели математической статистики. В отличие от них, системные модели строятся преимущественно на базе физических законов и гипотез о структуре системы, главным в них является проверка предложенного механизма.

 

Первым законом старения является закон Гомпертца, который предлагает простую количественную модель старения. Этот закон даёт возможность разделить два типа параметров процесса старения. Исследования отклонения закона старения от кривой Гомпертца могут дать дополнительную информацию относительно конкретных механизмов старения данного организма. Самый известный эффект такого отклонения — выход смертности на плато в позднем. Для пояснения этого эффекта было предложено несколько моделей, среди которых вариации модели Стрелера-Милдвана и теории надежности.

 

Системные модели рассматривают много отдельных факторов, событий и явлений, которые непосредственно оказывают влияние на выживание организмов и рождение потомства. Эти модели рассматривают старение как баланс и перераспределение ресурсов как в физиологическом (в течение жизни одного организма), так и эволюционном аспектах. Как правило, особенно в последнем случае, речь идёт о распределении ресурсов между непосредственными затратами на рождение потомства и затратами на выживание родителей.

Старость и смерть, настигающие живые организмы с непостижимой закономерностью, всегда вызывали у людей жгучий интерес. Появлялись одна за другой гипотезы, улучшались, обобщались, отвергались, а человечество, как и ранее, очень далеко от того, чтобы глубоко постичь эти явления. До настоящего времени продолжаются дискуссии о том, что такое старость: болезнь, естественный процесс изнашивания или же постепенное угасание? Первой появилась эндокринная теория старения, авторы которой полагали, что старение обусловлено угасанием деятельности эндокринных желез. Начало ей ещё в XIX веке положил французский физиолог Ш. Броун-Секар (1817-1894), считавший, что главенствующая роль в процессе старения принадлежит половым железам. Опыты, проведенные позже австрийцем Г.Штейнахом и отечественным учёным С.А. Вороновым по введению в стареющий организм половых гормонов, пересадке человеку от обезьян семенников, показали, что после этого наступает временное «омоложение», не сказывающееся, однако, на закономерном ходе процесса старения в последующем.

Румынский учёный К.И. Пархон усматривал причину старения в расстройстве тканевой корреляции, связанном с гормональными нарушениями. С его взглядами созвучна широко распространившаяся в настоящее время адаптационно-регуляторная теория старения, рассматривающая старение результатом расстройства регуляторыых механизмов всех уровней и снижением в связи с этим адаптационных возможностей организма.

Согласно иммунологической теории старения, с возрастом ослабевает активность иммунологического аппарата по отсеиванию собственных стареющих и повреждённых клеток. Их количество вследствие этого возрастает, что приводит к нарушениям и ослаблению деятельности различных систем организма. Академик И.П. Павлов и его сотрудница М.К. Петрова показали большое значение состояния другой регуляторной интегрирующей системы (нервной) в профилактике преждевременного старения.

Соответственно современным представлениям, старость - это закономерный процесс возрастных разрушительных изменений организма, ведущий к снижению его приспособительных возможностей и увеличению вероятности смерти. В основе старения лежат процессы, протекающие на всех уровнях - молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом, органном и организменном.

Старость развивается гетерохронно, т.е. с различной скоростью в различных клетках, тканях, органах. Ведущими механизмами старости являются:

а) на молекулярном уровне: необратимые изменения ДНК, накапливающиеся в ходе онтогенеза, изменения в системе передачи генетической информации, изменения в синтезе РНК и белков разных классов, нарушения процессов преобразования, транспорта и использования энергии, снижение активности систем антиоксидантов, падение интенсивности синтеза гормонов и медиаторов;

б) на клеточном и субклеточном уровнях: деградация и гибель части клеток, снижение митотической активности клеток, уменьшение количества митохондрий, разрушение лизосом, изменение свойств (в том числе электрических) плазмолеммы, обезвоживание коллоидов цитоплазмы, накопление шлаков (например, пигмента липофусцина);

в) на органном и организменном уровнях: ослабление функции основных систем организма (нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой, пищеварительной и др.), снижение нервного и гуморального контроля за их деятельностью, изменение чувствительности к действию гормонов.

 

Во взглядах на сущность старения и первичность механизмов старения нет единого мнения до настоящего времени. По мнению одних учёных, это запрограммированный процесс снижения активности генома. По мнению других, старение - результат повреждения генетического аппарата в ходе онтогенеза, нарушения его регуляции, появления и накопления ошибок в системе хранения и реализации генетической информации, что ведёт к вышеописанным необратимым изменениям на всех уровнях организации. О том, что старение - генетически контролируемый процесс, свидетельствует тот факт, что максимальная продолжительность жизни является видовым признаком. По мнению третьих, старение - детерминированный процесс, определяемый всей биологической организацией живого на планете Земля.

Процессы старения организма изучает специальная наука - геронтология. Её задачами являются изучение биологических и социальных зако-

продолжительность человеческой жизни должна достигать 120-150 лет.

Реальная средняя продолжительность жизни человека, имеющего биосоциальную природу, зависит не столько от биологических, сколько от социальных факторов. Подтверждением этому являются исторические факты. Так, в Европе средняя продолжительность жизни составляла: в XVI веке - 21 год; в XVII веке - 26 лет; в XVIII веке - 34 года; в начале XX века достигла 50 лет; в середине XX века - 70 лет. В настоящее время в развитых странах она составляет примерно 70 лет для мужчин и около 76 лет - для женщин. Известны случаи долгожительства: в 1951 году умер наш соотечественник Василий Тишкин в возрасте 145 лет; в 60-х годах XIX столетия в Пакистане умер вождь племени Махммад Афзат в возрасте 180 лет.

Родоначальником геронтологии можно считать И.И. Мечникова (1845-1916) - основателя учения ортобиоза. И.И. Мечников полагал, что соблюдение правил гигиены, трудолюбивая умеренная жизнь, употребление кисломолочных продуктов для подавления гнилостных процессов в кишечнике позволяют продлить активную жизнь. В начале XIX века Ж. Бюффон (1707-1788) подсчитал, что продолжительность жизни у животных превышает период роста в 5-7 раз. Исходя их этих расчётов и дополнительных данных, А.А. Богомолец, И.И. Шмальгаузен и другие исследователи пришли к заключению, что естественная

 

Предполагается, что при оптимальных условиях окружающей среды средняя продолжительность жизни человека может достигнуть 85 лет. Для дальнейшего её увеличения потребуются более глубокие знания и радикальное вмешательство в механизмы старения. К настоящему времени не достигнуто единство взглядов на биологический возраст человека: авторы указывают величины от 70 до 200 лет. Однако большинство из них сходятся в том, что биологическая продолжительность жизни человека превышает 100 лет.

Поскольку мы знаем основные причины, ведущие к старению, то основываясь на этом знании мы можем разработать конкретный план действий по борьбе со старением:

1. Исключить воздействие разрушающих факторов. Поскольку полностью исключить повреждения нельзя, то 2. Стимулировать организм таким образом, чтоб восстанавливающие системы лучше ремонтировали наши клетки. 3. Повысить экономичность обменных процессов, иначе говоря замедлить обмен.

Некоторые меры оказывают многостороннее положительное действие на организм. Например, изменив питание, можно и уменьшить разрушительные процессы и существенно замедлить обмен.

Исключение разрушающие факторов .

1. Борьба со свободными радикалами: а) Употребление лекарственных препаратов, обезвреживающих свободные радикалы (антиоксиданты). б) Преимущественно растительное питание с минимумом животных продуктов.

2. Меры против кислородного голодания: а) использование сосудорасширяющих и стимулирующих кровоток процедур. Это парные, ванны, алкоголь в небольших дозах, некоторые лекарственные средства. б) для укрепления сердца и сосудов физические упражнения на выносливость. в) употребление кислорода в виде добавок, коктейлей, озонотерапия; использование Люстры Чижевского.

3. Меры против сшивок или сцепления молекул: а) низкокалорийное питание, ведущее к снижению сахара в крови; использование сахарозаменителей. б) употребление некоторых препаратов.

4. Профилактика хронического утомления : а) исключение систематического физического перенапряжения; полноценный отдых и особенно сон. б) использование парных, ванн, небольших доз алкоголя. в) лекарственные препараты (поливитаминные комплексы, адаптогены и др.).

5. Профилактика стрессов .

6. Борьба с загрязнениями внешнего и внутреннего происхождения : а) употребление экологически чистых продуктов и воды; выбор экологически чистого местожительства; отказ от курения и др. б) использование очистительных процедур.

Стимулирующие меры, которые позволят восстанавливающим системам лучше исправлять повреждения: 1. Укрепление Иммунитета (играет решающую роль в обновлении клеток организма). 2. Укрепление организма с помощью физупражнений. 3. Использование лекарственных препаратов (адаптогены и др.)

Замедление обмена веществ: 1. Низкокалорийное питание с пониженным содержанием белка 2. Физические упражнения на выносливость 3. В будущем, применение лекарственных препаратов, которые без побочных эффектов будут замедлять обмен.

Вопрос № 60. Регенерация как свойство живого к самообновлению и восстановлению. Физиологическая регенерация, её биологическое значение.

Регенерация — способность живых организмов со временем восстанавливать повреждённые ткани, а иногда и целые потерянные органы. Регенерацией также называется восстановление целого организма из его искусственно отделённого фрагмента (например, восстановление гидры из небольшого фрагмента тела или диссоциированных клеток). У протистов регенерация может проявляться в восстановлении утраченных органоидов или частей клетки.

Регенерацией называется восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация, происходящая в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма, называется репаративной. Регенерацию в процессе нормальной жизнедеятельности организма, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической.

Способность к регенерации широко распространена среди животных. Низшие животные, как правило, чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого её фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как круглые черви и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения. Некоторые сравнительно близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у многих видов дождевых червей только из передней половины тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки не способны восстановить даже отдельные утраченные органы. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит. Нет также чёткой связи между характером эмбрионального развития и способностью к регенерации. Так, у некоторых животных со строго детерминированным развитием (гребневики, полихеты) во взрослом состоянии регенерация развита хорошо (у ползающих гребневиков и некоторых полихет целая особь может восстановиться из небольшого участка тела), а у некоторых животных с регулятивным развитием (морские ежи, млекопитающие) — достаточно слабо.

Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У большинства видов губок, гидроидных полипов, многих видов плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок,иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клеткиотделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трёх разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны «узнавать» в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трём исходным. Из других животных к восстановлению целого организма из взвеси клеток способна только гидра.

У человека хорошо регенерирует эпидермис, к регенерации способны также такие его производные, как волосы и ногти. Способностью к регенерации обладает также костная ткань (кости срастаются после переломов). С утратой части печени (до 75 %), щитовидной или поджелудочной железы клетки оставшихся фрагментов начинают усиленно делиться и восстанавливают первоначальные размеры органа. Нервные клетки также обладают такой способностью. При определённых условиях могут регенерировать кончики пальцев^[1]. В связи с обнаружением на регенерирующих тканях слабых электрических напряжений можно предположить, что слабые электрофорезные токи ускоряют регенерации.

Физиологическая регенерация

 Клетки большинства органов и тканей продолжают делиться и дифференцироваться в постэмбриональный период жизни, а рост и дифференцировка управляются таким образом, чтобы поддерживалась нормальная структура специфической ткани.

Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. С общебиологической точки зрения, физиологическая регенерация, как и обмен веществ, является проявлением такого важнейшего свойства жизни, как самообновление. При этом восстановление структуры может происходить на разных уровнях - молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом и органном.

Примером физиологической регенерации на внутриклеточном уровне являются процессы восстановления субклеточных структур в клетках всех тканей и органов. Значение ее особенно велико для долговечных тканей, утративших способность к регенерации путем деления клеток (например, нервная ткань).

Примерами физиологической регенерации на клеточном и тканевом уровнях являются обновления эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др. Обновляются производные эпидермиса - волосы и ногти. Это так называемая пролифера-тивная регенерация, т.е. восполнение численности клеток за счет их деления. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их пролиферации. Такими являются, например, крипты в эпителии тонкой кишки, костный мозг, пролиферативные зоны в эпителии кожи. Интенсивность клеточного обновления в перечисленных лабильных тканях очень велика. Все эритроциты теплокровных животных, например, сменяются за 2-4 месяца, а эпителий тонкой кишки полностью обновляется за 2-3 суток. Такое время требуется для перемещения клетки из крипты на ворсинку, выполнения ею функции и гибели. Клетки стабильных тканей таких органов, как печень, почка, надпочечник и др., обновляются значительно медленнее .

В физиологической регенерации выделяют разрушительную и восстановительную фазы. Полагают, что продукты распада части клеток стимулируют пролиферацию других.

Физиологическая регенерация присуща организмам всех видов, но особенно интенсивно она протекает у теплокровных позвоночных, отличающихся наиболее высокой интенсивностью функционирования всех органов.

Вопрос № 61. Репаративная регуляция и способы её осуществления. Проявление регенерационной способности в филогенезе. Соматический эмбриогенез. Аутотомия.

Регенерация может быть физиологической и репаративной. В свою очередь репаративная регенерация бывает нескольких видов:

- возмещающая

- посттравматическая

- восстановительная

- патологическая.

Репаративная регенерация– восстановление поврежденных тканей и органов после чрезвычайных воздействий. При полной регенерации восстанавливается полное исходное строение ткани после ее повреждения, её архитектура остается неизменной. Распространена у организмов, способных к бесполому размножению. Например, белая планария, гидра, моллюски (если удалить голову, но оставить нервно – узловую структуру). Типичная репаративная регенерация возможна у высших организмов, в т.ч. и человека. Например, при устранении некротических клеток органов. В острой стадии пневмонии происходит

деструкция альвеол и бронхов, затем происходит восстановление. При действии гепатотропных ядов возникают диффузные некротические изменения печени. После прекращения действия ядов восстанавливается архитектоника за счет деления гепатоцитов – клеток печеночной паренхимы. Восстанавливается исходная структура. Гомоморфоз – восстановление структуры в том виде, в котором она существовала до разрушения. Неполная репаративная регенерация – регенерированный орган отличается от удаленного  – гетероморфоз. Исходная структура не восстанавливается, а иногда вместо одного органа развивается другой орган. Например, глаз у рака. При удалении в некоторых случаях развивается антенна. У человека печень при удалении части печеночной доли аналогично регенерирует. Возникает рубец и через 2 – 3 месяца после операции масса печени восстанавливается, а восстановления формы органа не происходит. Это происходит из-за удаления и повреждения соединительной ткани во время операции. У млекопитающих могут регенерировать все 4 вида ткани.

1. Соединительная ткань. Рыхлая соединительная ткань обладает высокой способностью к регенерации. Лучше всего регенерируют интерстициальные компоненты – образуется рубец, замещающийся тканью. Костная ткань – аналогично. Основные элементы, восстанавливающие ткань – остеобласты (малодифференцированные камбиальные клетки костной ткани)

2. Эпителиальная ткань. Обладает выраженной регенерационной реакцией. Эпителий кожи, роговая оболочка глаза, слизистые оболочки полости рта, губ, носа, желудочно-кишечного тракта, мочевого пузыря, слюнные железы, паренхима почек. При наличии раздражающих факторов могут происходить патологические процессы, приводящие к разрастанию тканей, что приводит к раковым опухолям.

3. Мышечная ткань. Значительно меньше регенерирует, чем эпителиальная и соединительная ткани. Поперечная мускулатура – амитоз, гладкая – митоз. Регенерирует за счет недифференцированных клеток – сателлитов. Могут разрастаться и регенерировать отдельные волокна, и даже целые мышцы.

4. Нервная ткань. Обладает плохой способностью к регенерации. В эксперименте показано, что клетки периферической  и вегетативной нервной системы, двигательные и чувствительные нейроны в спинном мозге мало регенерируют. Аксоны хорошо регенерируют за счет Шванновских клеток. В головном мозге вместо них  – глия, поэтому регенерация не происходит.

При регенерации миокарда и центральной нервной системы сначала образуется рубец, а затем идет регенерация за счет увеличения размеров клеток, внутриклеточная регенерация также имеет место. Клетки миокарда митозом не делятся.

Одним из первых исследователей репаративной регенерации был швей­царский натуралист XVIII века А. Трамблс (1710-1784), обнаружив­ший это явление у пресноводного полипа гидры. Репаративная регенера­ция широко распространена, но способность к ней выражена неодина­ково у различных животных. У одних организмов регенерационные спо­собности настолько велики, что из части тела или даже из отдельных клеток развивается целый организм (т. е. имеет место соматический эмбриогенез). У других регенерационные потенции несколько ниже, но восстанавливаются наружные органы. У третьих регенерируют внутрен­ние органы. Наконец, регенерационные способности могут сводиться лишь к рубцеванию ран.

Хорошо выражена репаративная регенерация у некоторых кишечно­полостных и ресничных червей, в связи с чем гидры и планарии стали классическими объектами для изучения этого явления. Ракообразные восстанавливают утраченные конечности, антенны, глаза. Хвостатые амфибии и личинки бесхвостых восстанавливают конечности, хвост и не­которые другие органы. У млекопитающих и человека регенерация раз­личных тканей выражена в неодинаковой степени. Эпителиальная ткань в покровах кожи, слизистых оболочек, серозных покровов обладает вы­сокой способностью к репаративной регенерации. Хорошими регенера­ционными свойствами обладает соединительная, мышечная и костная ткань. Хрящевая ткань регенерирует слабо.

Восстановление органа происходит только тогда, когда сохраняется хотя бы остаток этого органа и не потеряны коррелятивные связи со всем организмом. Конечности аксолотля и тритона способны к регенера­ции при ампутации на любом уровне. Но если удален и пояс конечно­стей, регенерации не происходит. Ампутированная мышца у птиц и гры­зунов способна к восстановлению, если осталась хотя бы небольшая культя.

Для регенерации наружных органов необходима открытая раненая поверхность. В опытах на хвостатых амфибиях, когда рану закрывали кожным лоскутом, отрастания ампутированных органов не происходило. Было принятым считать, что способность к регенерации падает по мере эволюции животных, в связи с повышением организации, а также уменьшается с возрастом организма. Действительно, нельзя отрицать, что очень часто у низкоорганизованных животных способность к реге­нерации выражена сильнее, чем у стоящих на более высоких ступенях эволюции. Точно так же у молодых особей нередко утраченные органы восстанавливаются энергичнее и полнее, чем у старых. Однако эти пра­вила имеют очень много исключений. Среди близких в систематическом отношении форм есть как обладающие хорошо выраженной способ­ностью к регенерации, так и не способные к ней. Например, из кишечно­полостных гидры обладают большой регенерационной потенцией, а у ме­дуз она почти полиостью отсутствует. Хорошо регенерируют много- и малощетинковые кольчатые черви, а пиявки - нет. Взрослые лягушки плохо регенерируют, а у тритонов восстанавливаются не только ноги, но и глаза и многие другие органы.

У низших хордовых - асцидий - регенерационные способности взрос­лых особей несравненно выше, чем личинок.

Как показал советский исследователь А, Н. Студитский, интенсивность регенерационного процесса у наиболее высокоорганизованных живот­ных- птиц и млекопитающих- может быть даже больше, чем у земно­водных. Следовательно, в процессе эволюции регенерационные способно­сти не снижаются, а принимают различные формы.

Параллельно утрате способности к бесполому размножению теряется и способность к соматическому эмбриогенезу, но сохраняется регенера­ция отдельных органов.

Есть все основания считать, что способность к регенерации носит при- способительный характер. Она лучше выражена в тех органах, которые чаще подвергаются утрате, и у тех животных, которые в природных усло­виях теряют органы.

Нередко способность к регенерации появлялась параллельно аутотомин (самокалечению). Животное из типа иглокожих - голотурия - при преследовании ее врагом выбрасывает кишечник и другие внутренние органы, а через несколько дней потерянные органы восстанавливаются. У ящерицы строение позвонков в хвосте таково, что они переламы­ваются в тех случаях, когда хвост оказывается сильно сжат зубами и когтями хищника. Как известно, у ящерицы потерянный хвост отрастает. Регенерация у млекопитающих, приводящая чаще всего к заживле­нию ран, также имеет приспособительное значение. Быстрое закрытие раны кровяным сгустком, а затем рубцом из соединительной ткани пре­пятствует проникновению в организм болезнетворных микроорганизмов, к которым млекопитающие очень чувствительны.

Формы и способы репаративной регенерации

Различают регенерацию типичную, или гомоморфоз,  и   атипичную, или  гетероморфоз. При гомоморфозе восстанавливается такой же

орган, как и утраченный. При гетероморфозе восстановленные органы отличаются от типичных.

В ряде случаев при гетероморфозе вместо прежнего органа развивает­ся совершенно иной. Например, у рака иногда на месте удаленного глаза вырастает видоизмененная антенна {рис. 88). При гетероморфозе отме­чено развитие атавистических органов. Так, на регенерирующем хвосте ящерицы появляются чешуи более древнего типа.

Иногда восстанавливается большее число органов, чем их бывает В норме: у планарин может образоваться несколько головных концов, у ам­фибии - лишние конечности и т. д.

Изучение гетероморфозов важно для выяснения факторов, влияющих на регенерацию, что необходимо для управления процессом восстановле­ния утраченных органов.

Восстановление утраченных органов осуществляется путем эпимор­фоза, морфаллаксиса и эндоморфоза.

Эпиморфоз - отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Процесс регенерации при этом начинается с рассасывания тканей, при­легающих к ране, и интенсивного размножения клеток, из которых обра­зуется регенерационный зачаток. Дальнейшее размножение клеток при­водит к увеличению зачатка, а дифференцировка клеток - к формиро­ванию органа. К эпиморфозу примыкает рубцевание, при котором про­исходит закрытие раны, но без восстановления утраченного органа.

Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части ор­ганизма. Эта форма регенерации нередко связана с дальнейшим значи­тельным разрушением оставшейся части и завершается формированием из этого материала целого организма или органа. Величина новой особи или восстановленного органа оказывается сначала меньше исходной, равной лишь взятому фрагменту, но в дальнейшем увеличивается.

Обычно эпиморфоз и морфаллаксис сопутствуют друг другу, но в од­них случаях преобладает первая форма, а в других - вторая. Так, при отрастании хвоста у ящерицы или ноги у тритона имеет место преиму­щественно эпиморфоз, а при регенерации планарий, гидры, ноги тара­кана преобладает морфаллаксис.

Атипичная, неполная регенерация, характерная для большинства внут­ренних органов млекопитающих, получила название эндоморфоза, или регенерационной гипертрофии.

При эндоморфозе восстанавливается не форма, а масса органа. Этот способ регенерации характерен для органов с относительно однородной структурой, у которых форма не имеет существенного значения для нормального функционирования. Регенерация по типу эндоморфоза на­чинается с заживления раны, а затем происходит увеличение оставшейся

части органа за счет размножения клеток и их гипертрофии. Отрастания от раневой поверхности не происходит, поэтому восстановившийся в своих размерах орган сохраняет форму культи. Так протекает, напри­мер, регенерация печени

Вопрос № 62. Биологическое и медицинское значение проблем регенерации. Проявление регенерационной способности у человека. Регенерация патологически измененных тканей и органов. Регенерционная терапия.

Регенерация (лат. regeneratio возрождение, возобновление) — обновление в процессе жизнедеятельности структур организма (физиологическая регенерация) и восстановление тех из них, которые были утрачены в результате патологических процессов (репаративная регенерация). Физиологическая Р. включает непрерывное обновление структур. Репаративная Р. развертывается на базе физиологической (т.е. в ее основе лежат те же механизмы) и отличается лишь большей интенсивностью проявлений. Поэтому репаративную Р. следует рассматривать как нормальную реакцию организма на повреждение, характеризующуюся усилением физиологических механизмов воспроизведения специфических тканевых элементов того или иного органа.

Значение Р. для организма определяется тем, что на основе клеточного и внутриклеточного обновления органов обеспечивается широкий диапазон приспособительных колебаний и функциональной активности в меняющихся условиях среды, а также восстановление и компенсация функций, нарушенных в результате действия различных патогенных факте. Физиологическая и репаративная Р. является структурной основой всего разнообразия проявлений жизнедеятельности организма в норме и патологии.

Процесс Р. развертывается на системном, органном, тканевом, клеточном, внутриклеточном уровнях. Осуществляется путем прямого и непрямого деления клеток, внутриклеточных органелл и их размножения. Универсальными формами Р. являются обновление внутриклеточных структур и их гиперплазия. При этом возможна собственно внутриклеточная Р., когда после гибели части клетки ее строение восстанавливается за счет размножения сохранившихся органелл, либо увеличение числа органелл в одной клетке при гибели другой (компенсаторная гиперплазия органелл).

Восстановление исходной массы органа после его повреждения осуществляется различными путями. В одних случаях сохранившаяся часть органа не изменяется или изменяется мало, а недостающая его часть отрастает от раневой поверхности в виде четко отграниченного регенерата. Такой способ восстановления утраченной части органа называют эпиморфозом. В других случаях происходит перестройка оставшейся части органа, в процессе которой он постепенно приобретает исходные очертания и размеры. Этот вариант регенераторного процесса называют морфаллаксисом.

Принято считать, что репаративная Р. представляет собой заключительную фазу различных патологических процессов, развертывающуюся после дистрофических, некротических и воспалительных изменений. Однако современные исследования свидетельствуют о том, что немедленно после начала действия патогенного фактора резко интенсифицируется физиологическая Р., направленная на компенсацию внезапно возникшего ускоренного расходования структур или их гибели; в это время она представляет собой по существу уже репаративную регенерацию.

Существуют две точки зрения на источники Р. Согласно одной из них, пролиферируют так называемые камбиальные, незрелые клеточные элементы, которые, интенсивно размножаясь и быстро дифференцируясь, восполняют убыль высокодифференцированных клеток данного органа, обеспечивающих его специфическую функцию (теория резервных клеток). Другая точка зрения допускает, что источником Р. могут быть высокодифференцированные клетки органа, которые в условиях патологического процесса перестраиваются, утрачивают часть своих специфических органелл и одновременно приобретают способность к митотическому делению с последующей пролиферацией и дифференцировкой.

В одних случаях Р. заканчивается формированием части, идентичной погибшей по форме и построенной из такой же ткани (полная регенерация, реституция, гомоморфоз). В других случаях в результате Р. вместо утраченного может образоваться иной орган, например у ракообразных вместо усика формируется конечность (гетероморфоз). Наблюдают также неполное развитие регенерирующего органа — гипотипию, например меньшее число пальцев на конечности у тритона. Случается и обратное — формирование большего по сравнению с нормой, например, числа конечностей, обильное новообразование костной ткани в месте перелома (избыточная регенерация, или суперрегенерация). Иногда в зоне повреждения образуется не специфическая для данного органа, а соединительная ткань, которая в дальнейшем подвергается рубцеванию (неполная регенерация, или субституция). По разным причинам течение репаративной Р. может принимать затяжной характер, качественно извращаться, сопровождаться образованием вяло гранулирующих длительно незаживающих язв, формированием ложного сустава и т.д. В подобных случаях говорят о патологической регенерации.

Регенерационная способность у высших животных, в частности у человека, характеризуется разнообразными проявлениями. Так, в некоторых органах и тканях, например в костном мозге, покровном эпителии, слизистых оболочках, костях, физиологическая Р. выражается в непрерывном обновлении клеточного состава, а репаративная — в полном восстановлении дефекта ткани и реконструкции ее исходной формы путем интенсивного митотического деления клеток. В других органах, например в печени, почках, поджелудочной железе, легких, обновление клеточного состава происходит сравнительно медленно, а ликвидация повреждения и нормализация нарушенных функций обеспечиваются в них на основе размножения клеток и наращивания массы органелл в предсуществующих сохранившихся клетках. В результате масса последних увеличивается, они подвергаются гипертрофии, соответственно этому возрастает их функциональная активность. Характерно, что в этих органах их исходная форма чаще всего не восстанавливается, в месте повреждения образуется рубец, а восполнение утраченной части происходит за счет неповрежденных органов, т.е. восстановительный процесс протекает по типу регенерационной гипертрофии. В ц.н.с. и миокарде, где способность к митотическому делению клеток отсутствует, структурное и функциональное восстановление после повреждения достигается исключительно или почти исключительно за счет увеличения массы органелл в сохранившихся клетках и гипертрофии последних, т.е. восстановительная способность выражается только в форме внутриклеточной регенерации.

Эффективность процесса Р. во многом определяется условиями, в которых он протекает. Важное значение имеет общее состояние организма. Так, истощение, авитаминозы, нарушения иннервации затормаживают репаративную Р. и способствуют ее переходу в патологическую. Скорость репаративной Р. в известной мере определяется и возрастом. Однако сколько-нибудь заметных отклонений от типичного течения процесса Р. при этом не отмечается. Большее значение имеют тяжесть самой болезни и ее осложнения, чем возрастное ослабление регенерационной способности. Изменение условий, в которых протекает процесс Р., может приводить как к количественным, так и качественным его изменениям, например, обычно не происходит регенерации костей свода черепа от краев дефекта. Однако, если этот дефект заполнить костными опилками, он закрывается полноценной костной тканью.

В регуляции процессов Р. участвуют многочисленные факторы эндо- и экзогенной природы. Наиболее изучено влияние на Р. гормонов. Регуляция митотической активности клеток различных органов осуществляется гормонами коры надпочечников, щитовидной железы, половых желез и др. Важную роль в этом отношении играютгастроинтестинальные гормоны. Известны мощные эндогенные регуляторы митотической активности — кейлоны, простагландины, их антагонисты и другие биологически активные вещества. Важное место в исследованиях механизмов регуляции Р. занимает изучение роли различных отделов нервной системы в их течении и исходах. Новым направлением в разработке этой проблемы является изучение иммунологической регуляции процессов Р., в частности установление факта переноса лимфоцитами «регенерационной информации», стимулирующей пролиферативную активность клеток различных внутренних органов.

Знание механизмов регуляции регенерационной способности органов и тканей открывает перспективы создания научных основ стимуляции репаративной Р. и управления процессами выздоровления.

В настоящее время интенсивно изучаются проблемы регенерации, особенно связанные с медициной. Стволовые клетки обладают свойствами:

- стволовая клетка не является окончательно дифференцированной (она скорее детерминирована)

- стволовая клетка способна к неограниченному делению

- при делении часть клеток остается стволовыми, другая часть подвергается процессу дифференцировки.

Центров по применению стволовых клеток очень мало, в России существует только 2 таких центра. Однако стволовые клетки есть везде. Для лечения и экспериментов берется пуповинная кровь с целью получения стволовых клеток.

Кости черепа в норме не регенерируют. Под руководством И.И.Полежаева происходило удаление участка 10х10 см черепа собаки. Из кости получали путем измельчения костные опилки, которые помещали на рану. В другом эксперименте использовали костные опилки донора и кровь реципиента. Через неделю происходило рассасывание опилок, а к концу 1 года рана зарастала.

Большое значение имеет регенерация после радиоактивного облучения. Малые дозы стимулируют, а большие, наоборот ингибируют данный процесс.

Если провести механическое раздавливание культи или помещение ее в кислоту – регенерация идет в 50% случаев.

Елизаров проводил ломку и удлинение костей. Им были созданы уникальные аппараты, благодаря которым было возможно раздвижение костей скелета и коррекция их формы.

Остро стоит проблема регенерации печени. При циррозе печени приходится проводить ее частичное удаление. Иногда подобная операция проводится несколько раз, печень быстро регенерирует без сохранения формы, сохраняя функцию и общую массу. Регенерацию можно стимулировать антикейлоном, витамином В12, АТФ, РНК.

Выделяют типы регенерации в патологически измененных органах.

-   Регенерация после воздействия токсических веществ.

-   Регенерация после воздействия вредных физических факторов.

-   Регенерация после заболеваний, вызываемых микроорганизмами  и вирусами.

-   Регенерация после нарушения кровоснабжения.

-   Регенерация после голода, гипокинезии (обездвиживании), атрофии.

-   Регенерация после повреждений, вызываемых в организме нарушением функции органов.

Изучение условий успешной регенерации тканей является одним из важнейших медико-биологических проблем. Решение этой проблемы возможно на путях более глубокого изучения закономерностей гистогенеза, ПОСКОЛЬКУ стимуляция регенерации должна проводиться с учетом особенностей эмбрионального развития, регенерационного гистогенеза каждой конкретной ткани. Одним из важных условий для эффективной регенерации является взаимодействие регенерирующей системы с остальными частями организма. Эта связь осуществляется через влияние на регенерат периной системы, т.е. иннервацией. Другими словами для нормальной регенерации очень часто обязательным условием является нормальная иннервация. 

Задача стимуляции регенерации структур, которые не способны в норме регенерирован,, является одним из интересных областей исследований. Известны следующие методы: 1. Усиление нервного обеспечения регенерата. 2. Дополнительная травматизация тканей ампутированной конечности (вызывает дедифференцировку сохранившихся зрелых клеток и их пролиферацию). 3. Устранение формирования фиброзного рубца в регенерате (ферментами трипсином, эластазой, инъекция АКТГ, имплантация кусочка надпочечников -> усиление синтеза глюкокортикоидов —> снижение образования рубца). 4. Стимуляция регенерации воздействием химических факторов (NaCl, СаСl, трипсин, кислоты и тл) -> механизм такой же как в пункте 2. 5. Электрический ток. 6. Стимуляция методом индукции (примеры имплантирование эпителия мочевого пузыря под кожу запускает остеогенез рядом с имплантантом, такой же эффект дает введение костной опилки)

Вопрос № 63. Понятие о гомеостазе. Общие закономерности гомеостаза живых систем. Генетические, клеточные и системные основы гомеостатических реакций. Роль эндокринной, нервной и имунной систем в обеспечении гомеостаза и адаптивных изменений.

Несмотря на то, что живой организм - открытая система, обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой и существующая в единстве с ней, он сохраняет себя во времени и в пространстве как отдельную биологическую единицу, сохраняет своё строение (морфологию), поведенческие реакции, специфические физико-химические условия в клетках, тканевой жидкости. Способность живых систем противостоять изменениям и сохранять динамическое постоянство состава и свойств получила название гомеостаза. Термин «гомеостаз» предложил У. Кеннон в 1929 году. Однако идея о существовании физиологических механизмов, обеспечивающих поддержание постоянства внутренней среды организмов, была высказана ещё во второй половине XIX века К. Бернаром.

Гомеостаз совершенствовался в ходе эволюции. У многоклеточных появилась внутренняя среда, в которой находятся клетки различных органов и тканей. Затем образовались специализированные системы органов (кровообращения, питания, дыхания, выделения и др.), участвующие в обеспечении гомеостаза на всех уровнях организации (молекулярном, суб-

клеточном, клеточном, тканевом, органном и организменном). Наиболее совершенные механизмы гомеостаза сформировались у млекопитающих, что способствовало значительному расширению возможностей их приспособления к окружающей среде. Механизмы и виды гомеостаза складывались в процессе длительной эволюции, закрепляясь генетически. Появление в организме чужеродной генетической информации, которая часто вносится бактериями, вирусами, клетками других организмов, а также собственными мутировавшими клетками, может существенно нарушить гомеостаз организма. Как защита от чужеродной генетической информации, проникновение которой внутрь организма и последующая её реализация привели бы к отравлению токсинами (чужеродными белками), возник такой вид гомеостаза, как генетический гомеостаз, обеспечивающий генетическое постоянство внутренней среды организма. В его основе лежат иммунологические механизмы, включающие неспецифическую и специфическую защиту собственной целостности и индивидуальности организма. Неспецифические механизмы лежат в основе врождённого, конституционального, видового иммунитета, а также индивидуальной неспецифической резистентности. К ним относят барьерную функцию кожи и слизистых оболочек, бактерицидное действие секрета потовых и сальных желез, бактерицидные свойства содержимого желудка и кишечника, лизоциму секрета слюнных и слезных желез. Если же организмы проникают во внутреннюю среду, то устраняются в ходе воспалительной реакции, которая сопровождается усиленным фагоцитозом, а также вирусостатическим действием интерферона (белка с молекулярным весом 25000 - 110000).

Специфические иммунологические механизмы лежат в основе приобретённого иммунитета, осуществляемого иммунной системой, которая распознаёт, перерабатывает и устраняет чужеродные антигены. Гуморальный иммунитет осуществляется посредством образования антител, циркулирующих в крови. В основе клеточного иммунитета лежит образование Т-лимфоцитов, появление долгоживущих Т- и В-лимфоцитов «иммунологической памяти», возникновение аллергии (повышенной чувствительности к специфическому антигену). У человека защитные реакции вступают в действие только на 2-ой неделе жизни, достигают наивысшей активности к 10 годам, с 10 до 20 лет несколько уменьшаются, с 20 до 40 лет остаются примерно на одном уровне, затем постепенно угасают.

Механизмы иммунологической защиты являются серьёзным препятствием при трансплантации органов, вызывая рассасывание трансплантанта. Наиболее успешными являются в настоящее время результаты ауто-трансплантации (пересадки тканей в пределах организма) и аллотрансплан-тации между однояйцевыми близнецами. Гораздо менее успешны они при межвидовой трансплантации (гетеротрансплантация или ксенотрансплантация).

Другой вид гомеостаза - биохимический гомеостаз способствует поддержанию постоянства химического состава жидкой внеклеточной (внутренней) среды организма (крови, лимфы, тканевой жидкости), а также постоянства химического состава цитоплазмы и плазмолеммы клеток. Физиологический гомеостаз обеспечивает постоянство процессов жизнедеятельности организма. Благодаря ему возникли и совершенствуются изоосмия (постоянство содержания осмотически активных веществ), изотермия (поддержание в определённых пределах температуры тела птиц и млекопитающих) и др. Структурный гомеостаз обеспечивает постоянство строения (морфологической организации) на всех уровнях (молекулярном, субклеточном, клеточном и т.д.) организации живого.

Популяционный гомеостаз обеспечивает постоянство численности особей в популяции. Биоценотический гомеостаз способствует постоянству видового состава и численности особей в биоценозах.

В связи с тем, что организм функционирует и взаимодействует со средой как единая система, процессы, лежащие в основе различных видов го-меостатических реакций, тесно взаимосвязаны друг с другом. Отдельные гомеостатические механизмы объединяются и реализуются в целостной приспособительной реакции организма как единого целого. Такое объединение осуществляется благодаря деятельности (функции) регуляторньгх интегрирующих систем (нервной, эндокринной, иммунной). Наиболее быстрые изменения состояния регулируемого объекта обеспечиваются нервной системой, что связано с быстротой процессов возникновения и проведения нервного импульса (от 0,2 до 180 м/сек). Регуляторная функция эндокринной системы осуществляется медленнее, так как ограничена скоростью выделения гормонов железами и их переноса в кровеносном русле. Однако результат воздействия на регулируемый объект (орган) накапливающихся в нём гормонов значительно более продолжительный, чем при нервной регуляции.

В основе саморегуляции биологических систем лежит принцип прямой и обратной связи.

Информация об отклонении регулируемой величины от заданного уровня по каналам обратной связи передаётся регулятору и изменяет его деятельность таким образом, что регулируемая величина возвращается к исходному (оптимальному) уровню (рис.122). Обратная связь бывает отрицательной (когда регулируемая величина отклонилась в положительную сторону (синтез вещества, например, чрезмерно увеличился)) и положительной (когда регулируемая величина отклонилась в отрицательную сторону (вещество синтезируется в недостаточном количестве)). Этот механизм, а также более сложные комбинации нескольких механизмов имеют место на разных уровнях организации биологических систем. В качестве примера их функционирования на молекулярном уровне можно указать ин-гибирование ключевого фермента при избыточном образовании конечного продукта или репрессию синтеза ферментов. На клеточном уровне механизмы прямой и обратной связи обеспечивают гормональную регуляцию и оптимальную плотность (численность) клеточной популяции. Проявлением прямой и обратной связи на уровне организма является регуляция содержания глюкозы в крови. В живом организме механизмы автоматического регулирования и управления (изучаемые биокибернетикой) особо сложные. Степень их усложнения способствует повышению уровня «надёжности» и устойчивости живых систем по отношению к изменениям окружающей среды.

Механизмы гомеостаза дублируются на разных уровнях. Этим в природе реализуется принцип многоконтурности регуляции систем. Главные контуры представлены клеточными и тканевыми гомеостатическими механизмами. Им свойственна высокая степень автоматизма. Основная роль в управлении клеточными и тканевыми гомеостатическими механизмами принадлежит генетическим факторам, местным рефлекторным влияниям, химическим и контактным взаимодействиям между клетками.

Механизмы гомеостаза претерпевают значительные изменения на протяжении онтогенеза человека. Только на 2-ой неделе после рождения вступают в действие биологические защитные реакции (образуются клетки, обеспечивающие клеточный и гуморальный иммунитет), а их эффективность продолжает повышаться к 10 годам. В этот период совершенствуются механизмы защиты от чужеродной генетической информации, а также повышается зрелость нервной и эндокринной регуляторных систем. Наибольшей надёжности механизмы гомеостаза достигают в зрелом возрасте, к концу периода развития и роста организма (19-24 года). Старение организма сопровождается снижением эффективности механизмов генетического, структурного, физиологического гомеостаза, ослаблением регуляторных влияний нервной и эндокринной систем.

Вопрос № 64. Проблема трансплантации органов и тканей. Ауто- и гетеротрансплантация. Трансплантация жизненно важных органов. Тканевая несовмеместимость и пути её преодоления. Искусственные органы.

Трансплантация органов и тканей (лат. transplantare пересаживать) — замещение отсутствующих или необратимо поврежденных патологическим процессом тканей или органов собственными тканями либо органами (тканями), взятыми от другого организма.

Различают аутотрансплантацию — пересадку органов и тканей в пределах одного организма; изотрансплантацию — пересадку органов и тканей, взятых от организмов генетически идентичных (например, однояйцовых близнецов); аллотрансплантацию (устаревшее гомотрансплантация) — пересадку органов и тканей между двумя организмами одного и того же вида; ксенотрансплантацию (устаревшее гетеро-трансплантация) — пересадку органов и тканей между двумя организмами разных видов. Т. может быть ортотопической и гетеротопической. Ортотопическая трансплантация (греч. orthos прямой, правильный + topos место) — пересадка, при которой орган или ткань помещают на место такого же отсутствующего или удаленного органа или ткани. Гетеротопическая трансплантация (греч. heteros другой, иной, необычный + topos место) — пересадка, при которой орган или ткань помещают на несвойственное им место. Гетеротопическая Т. в некоторых случаях может иметь вспомогательный характер, например, когда трансплантат (сердце, печень, поджелудочная железа) выполняет вспомогательную роль в отношении пораженного, но еще в какой-то степени функционирующего органа.

Трансплантат — участок ткани, органа или целый орган, которые используют для трансплантации. Организм, от которого берут органы или ткани для пересадки, называют донором, а организм, которому пересаживают ткани или органы, — реципиентом. Для обозначения повторной пересадки того или иного трансплантата служит термин «ретрансплантация».

Различают экспериментальную и клиническую Т. Экспериментальная Т. необходима как предклинический этап разработки всех биологических, хирургических и организационных проблем пересадки тех или иных органов или тканей. В эксперименте осуществляют Т. практически всех тканей и органов, включая головной мозг (пересадка головы). Экспериментальная Т. необходима для дальнейшего изучения иммунных реакций со стороны реципиента после Т. ему аллогенных или ксеногенных органов и тканей. Экспериментальная Т. крайне важна и для разработки новых методов иммунодепрессивной терапии, обеспечивающих необходимую иммунологическую толерантность в отношении пересаженных генетически отличных органов и тканей. Большое значение экспериментальная Т. имеет и в онкологии, особенно для изучения так называемых перевариваемых штаммов опухолей.

В клинической трансплантологии наибольшее распространение получила аутотрансплантация органов и тканей, т.к. при этом виде пересадок отсутствует тканевая несовместимость. Более часто проводят трансплантации кожи, жировой ткани, фасций, хряща, перикарда, костных фрагментов, нервов. В реконструктивной хирургии сосудов широко применяется трансплантация вен, особенно большой подкожной вены бедра. Иногда для этой цели используют резецированные артерии — внутреннюю подвздошную, глубокую артерию бедра. С внедрением в клиническую практику микрохирургической техники значение аутотрансплантации возросло еще больше. Получили распространение Т. на сосудистых (иногда и нервных) связях кожных, кожно-мышечных лоскутов, мышечно-костных фрагментов, отдельных мышц. Важное значение приобрели пересадки пальцев со стопы на кисть, трансплантации большого сальника на голень (при облитерирующем эндартериите), сегментов кишки для пластики пищевода и т.д. Примером органной аутотрансплантации является пересадка почки, которую проводят при протяженных стенозах мочеточника или с целью экстракорпоральной реконструкции сосудов ворот почки. Аутотрансплантация почки может быть выполнена как ортотопически, так и гетеротопически (в подвздошную область). В отдельных случаях прикрипторхизме осуществляется аутотрансплантация яичка с перемещением его на микрососудистых анастомозах в мошонку. Особый вид аутотрансплантации — переливание собственной крови больного при кровотечениях или преднамеренной эксфузии крови у больного за 2—3 сут. перед операцией с целью ее инфузии ему же во время оперативного вмешательства.

Аллотрансплантация тканей используется наиболее часто при пересадке роговицы, костей (обычно лиофилизированных), костного мозга, значительно реже — при трансплантации -клеток поджелудочной железы для лечения сахарного диабета, гепатоцитов (при острой печеночной недостаточности); редко применяют Т. ткани головного мозга (при паркинсонизме). Массовым является переливание аллогенной крови и ее компонентов

Довольно широкое распространение в развитых странах получила Т. аллогенных жизненно важных органов. Только в США ежегодно выполняется более 10 тыс. пересадок почек, 1,5 тыс. пересадок сердца и 1 тыс. трансплантации печени. По данным ведущих клиник мира, эти органы хорошо функционируют в течение 5 лет у 40—60% больных. Поджелудочную железу, легкие, сегменты кишечника из-за недостаточно хороших результатов пока пересаживают сравнительно редко. Особенно это относится к пересадкам легкого и сегментов кишечника.

Донорами при аллогенных трансплантациях в клинике, как правило, являются люди, погибшие от тяжелой черепно-мозговой травмы или опухоли головного мозга. В большинстве развитых стран мира органы для трансплантации изымают при так называемой смерти мозга. Нескольким ведущим медицинским учреждениям нашей страны разрешено устанавливать диагноз смерти мозга и изымать при этом состоянии донора органы для трансплантации. Кровные родственники (мать, отец, братья, сестры) могут выступать в качестве доноров в основном при трансплантации почки и костного мозга.

Ксенотрансплантация органов и тканей является главным образом уделом экспериментальной трансплантологии. В клинической практике используют в основном специально обработанную свиную кожу, бычьи артерии, свиные клапаны сердца и -клетки поджелудочной железы. Редкие попытки Т. жизненно важных органов людям от человекообразных обезьян закончились неудачно.

Трансплантация органов и тканей тесно связана с проблемой их консервирования. Современные методы консервирования позволяют сохранять некоторые ткани и органы в течение многих месяцев и даже лет (кости, сосуды и др.). Что касается длительности безопасного консервирования жизненно важных органов, то она исчисляется несколькими часами (сердце, печень, поджелудочная железа), редко — днями (2—3 сут. максимально для почки).

 

Из-за бурного развития трансплантологии остро встал вопрос о трансплантационном иммунитете.

Трансплантология – медико-биологическая наука, изучающая вопросы заготовки, консервирования и пересадки органов и тканей.

Трансплантационный иммунитет – своеобразная реакция организма на трансплантацию, проявляющаяся в отторжении пересаженных органов и тканей.