Классификация терминов (Вена, 1967 год).
Трансплантат – пересаживаемая ткань или орган.
Реципиент – тот, кому пересаживается орган или ткань.
Донор – тот, от кого берут трансплантат.
Аутотрансплантация– пересадка тканей и органов в пределах одного организма (в таком
случае говорят об аутотрансплантате) Изотрансплантация (изотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами, идентичными по генетическим признакам.
Аллотранспланация (аллотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами одного биологического вида.
Ксенотрансплантация (ксенотрансплантат) – пересадка тканей и органов между организмами разных биологических видов.
Эксплантация (эксплантат) – пересадка небиологического материала.
Комбинированная пересадка (комбинированный трансплантат).
Остро стоят 2 проблемы: сохранение органов и тканей с их неизмененными свойствами. Другая проблема – преодоление трансплантационного иммунитета.
Разные методы консервации.
1) Охлаждение (недолговременное).
2) Замораживание.
3) Лиофилизации.
Заморозка может разорвать ткань, что приводит к гибели ткани. Но сперматозоиды способны жить. Состояние анабиоза некоторых животных. Кровь заменяют криопротекторами, после разморозки производят обратную замену. Метод лиофилизации – заморозка высушиванием в воздухе. Хранение замороженных людей. Существуют банки тканей, банки органов на научной основе.
2 проблема более сложна. Живые организмы многие миллионы лет были индивидуальными т.к. одни индивиды не смешивались с другими, поэтому преодолеть эту проблему весьма сложно, но паразиты не отторгаются организмом. В трансплантологии сначала считали, что отторжение происходит из-за различного макроскопического и микроскопического строения тканей. Однако теперь выяснилось, что реципиент и донор различаются набором специфических белков и антигенов. Аллогенные и ксеногенные органы и ткани, содержащие трансплантационные гены, в организме вызывают защитную реакцию – выработку антител. Защита направлена на уничтожение пересаженных органов и тканей у реципиента и состоит из нескольких сложнейших иммунно-биологических реакций. Человек ощущает эти процессы с 7 дня, максимум процесса достигается на 14-21 сутки.
Преодоление тканевой несовместимости – работа хирургов, иммунологов, физиологов и других специалистов. Целое медицинское направление – иммунодепрессивная терапия – направлено на решение этой проблемы. Используют химические, физические и биологические факторы воздействия на организм реципиента.
Физические методы – радиоактивное излучение, рентгеновские лучи.
Химические методы – введение препаратов, снижающих иммунитет. Они сильно влияют на жизненно важные органы.
Биологические методы– введение антитоксических сывороток, антибиотиков. Принцип действия -
нейтрализация трансплантационных антител. Наиболее перспективный метод. В настоящее время пересаживают практически все: и органы, и ткани.
Идеи о замене больных органов здоровыми возникли у человека еще несколько веков назад. Но несовершенные методы хирургии и анестезиологии не позволяли осуществить задуманное. В современном мире трансплантация органов заняла достойное место в лечении терминальных стадий многих заболеваний. Были спасены тысячи человеческих жизней. Но проблемы возникли с другой стороны. Катастрофический дефицит донорских органов, иммунологическая несовместимость и тысячи людей в листах ожидания того или иного органа, которые так и не дождались своей операции.
Ученые всего мира все чащи задумывались над созданием искусственных органов, которые могли бы заменить настоящие по своим функциям, и в этом направлении были достигнуты определенные успехи. Нам известны искусственные почка, легкие, сердце, кожа, кости, суставы, сетчатка, кохлеарные импланты.
Один из самых необходимых искусственных органов — это почка. В настоящее время сотни тысяч людей в мире для того, чтобы жить, должны регулярно получать лечение гемодиализом. Беспрецедентная « машинная агрессия», необходимость соблюдать диету, принимать медикаменты, ограничивать прием жидкости, потеря работоспособности, свободы, комфорта и различные осложнения со стороны внутренних органов сопровождают эту терапию.
Искусственная вентиляция легких (ИВЛ) – эффективное средство интенсивной терапии, обеспечивающее газообмен, имеет все необходимые режимы для обеспечения различных вариантов вентиляции легких. Но как самостоятельное лечение малоэффективно, все достоинства этого метода проявляются в комплексной терапии основного заболевания. При длительном применении также возможно развитие различных осложнений.
Принципы создания искусственного сердца были разработаны В. П. Демиховым еще в 1937 г. С течением времени это устройство претерпело колоссальные преобразования в размерах и способах использования Искусственное сердце – механический прибор, который временно берет на себя функцию кровообращения, в случае если сердце пациента не может полноценно обеспечивать организм достаточным количеством крови. Существенным его недостатком является потребность в постоянной подзарядке от электросети.
Все эти устройства можно рассматривать как временную меру, пока пациент ждет орган для пересадки. Все они далеки от совершенства и доставляют больному массу неудобств.
Идеальный искусственный орган должен соответствовать следующим параметрам:
его можно имплантировать в организм человека;
он не имеет сообщения с окружающей средой;
изготовлен из легкого, прочного, обладающего высокой биологической совместимостью материала;
долговечный, выдерживающий большие нагрузки;
полностью моделирует функции естественного аналога.
В начале XXI века возникли предпосылки появления принципиально новых подходов к восстановлению функций жизненно важных органов, основанных на технологиях клеточной и тканевой хирургии.
Вопрос № 65. Биологические ритмы. Медицинское значение хронобиологии.
С древних времён обращалось внимание на ритмический характер многих биологических явлений и процессов. Однако лишь к середине XX века было сформулировано представление о временной организации живых систем и началось интенсивное изучение биологических ритмов.
Биологические ритмы - это периодические воспроизведения изменений характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Они в той или иной форме присущи всем живым организмам и отмечаются на всех уровнях организации. У растений ритмы проявляются, например, в суточном движении листьев, лепестков, осеннем листопаде и т.д. Ритмы животных чётко выражены в периодичности двигательной активности и многих других функций (колебания температуры, секреция гормонов, синтез РНК, деления клеток и др.). Ритмический характер имеют многие физиологические процессы (суточные колебания артериального давления и
показателей свёртываемости крови, количественные показатели лимфы). Биологические ритмы наследственно закреплены и являются важнейшим фактором адаптации и эволюции в целом.
Биологические ритмы могут возникать как реакция на периодические изменения среды (экзогенные ритмы) либо генерируются самим организмом (эндогенные ритмы). Последние возникают на основе саморегулирующихся процессов в живых системах (клетках, тканях и т.д.). Внешние воздействия оказывают на эндогенные ритмы ограниченное влияние, сдвигая фазу этих биологических ритмов и меняя их амплитуду.
Экзогенные ритмы имеют внутренний компонент, который сохраняется в постоянных лабораторных условиях на фоне температурных сдвигов и изменений химического состава и других условий среды. При этом их период не зависит от интенсивности обменных процессов. Так, у помещённых в лабораторный аквариум морских моллюсков длительно сохраняется приливная и лунная периодичность открывания створок раковин.
Экзогенные ритмы способны «подстраиваться» к изменениям цикличности внешних условий, однако лишь в определённом (ограниченном) временном диапазоне. Такая подстройка возможна потому, что в течение каждой фазы ритма имеются определённые интервалы времени (время потенциальной готовности), когда организм готов к восприятию сигнала извне, например, яркого света или темноты, резкого похолодания и т.д. Поэтому если сигнал несколько запаздывает или приходит преждевременно, то фаза ритма сдвигается: начинается и заканчивается позднее или, наоборот, раньше.
Исходя из продолжительности периода, биологические ритмы подразделяют на:
а) околочасовые ритмы с периодичностью один или несколько (до 6-ти) часов; они свойственны, например, внутриклеточному метаболизму (синтезу белков и т.п.);
б) ультрадианные ритмы с периодичностью 7-15 часов (например, процесс синтеза, накопления и выделения секрета);
в) суточные (циркадные, циркадианные), или околосуточные ритмы с периодом 20-28 часов. Они рассматриваются большинством учёных как собственная спонтанная и генетически закреплённая цикличность биологических процессов в организме, которые приобрели суточную периодичность под влиянием экзогенных факторов (например, суточные колебания артериального давления и свёртываемости крови и др.). Суточные ритмы ограничивают осуществление тех или иных функций определённым временем суток. Суточные ритмы сформировались в конечном итоге как адаптация к смене в течение 24 часов тёмной и светлой фаз суток. Однако
они имеют, по-видимому, эндогенное происхождение и отчётливо проявляющуюся эндогенную составляющую. Последнее подтверждается результатами эксперимента с добровольцами, которых помещали жить на несколько недель в пещеру; при этом личные сутки у всех испытуемых удлинялись и составляли 28, 32, 36 и более часов;
г) инфрадианные ритмы с периодичностью 23-28 дней (например, лунный ритм у женщин с периодичностью 28 дней);
д) окологодичные (цирканные) ритмы - повторяющиеся изменения интенсивности и характера биологических процессов и явлений с периодом от 10 до 13 месяцев. Эти ритмы часто расходятся с периодичностью изменений внешней среды, что указывает на их обусловленность эндогенным фактором.
Биологические ритмы изучает хронобиология и специальный её раздел - биоритмология. Несмотря на интенсивное развитие хронобиологии с середины XX века, многие её ключевые проблемы остаются нерешенными. Нет единого взгляда, в частности, на природу биологических часов - способности живого к отсчёту времени на различных уровнях организации, которая присуща любой клетке эукариот. По-видимому, в основе такой способности лежит строгая периодичность протекающих в клетке физико-химических процессов - т.е. эндогенные биологические ритмы. Многие исследователи считают, что природа биологических часов обусловлена способностью организмов воспринимать циклические колебания геофизических факторов (суточную и сезонную периодичность электрического и магнитного полей Земли, солнечной и космической радиации и др.). Другие полагают, что эндогенные ритмы у млекопитающих регулируются гипота-ламо-гипофизарной системой, или же пейсмекерами, которые расположены в головном мозге и управляют ритмами клеток, органов и целостного организма.
Строго циклические изменения биохимических и физиологических процессов очень часто приурочены к циклическим изменениям во внешней среде. Наиболее ярко это проявляется в суточных ритмах. Ритмический характер многих физиологических процессов обусловливает ритмический характер общего физического состояния и психологических функций, а в конечном итоге - ритмический характер жизнедеятельности человека. Нарушения установившихся ритмов жизнедеятельности могут снижать работоспособность, оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье.
Нарушение приуроченности биоритмов человека к периодическим изменениям во внешней среде получило название десинхроноза. В качестве примеров можно привести перелёт в другой часовой пояс. Последствиями десинхроноза могут являться обострения хронических заболеваний, повышенная утомляемость и снижение работоспособности.
Достижения биоритмологии имеют важное значение для организации рационального режима труда и отдыха человека, особенно в экстремальных условиях (работа в ночную смену, в полярных условиях и в космосе, перелёт в другие часовые пояса и т.п.), когда нарушается приуроченность эндогенных биологических ритмов к циклическим изменениям внешней среды. Суточные ритмы клеточной пролиферации учитываются, например, в онкологических клиниках при назначении лекарств, действующих на делящиеся клетки.
Вопрос №66. Жизнь тканей и органов вне организма. Значение метода культуры тканей в биологии и медицине.
КУЛЬТУРА КЛЕТОК И ТКАНЕЙ, метод сохранения в жизнеспособном состоянии клеток, участков тканей, органов или их частей вне организма. Во 2-й пол. 19 в. развитие микробиологии, прежде всего медицинской (необходимость выделения и изучения микробов, вызывающих инфекционные болезни), а также производств, основанных на процессахброжения (виноделие и др.), привело к созданию методов культивирования клеток бактерий, дрожжей и других микроорганизмов, т. е. методов их выделения, выращивания, размножения и сохранения в искусственных условиях. Были разработаны составы жидких и твёрдых питательных сред, методы, обеспечивающие их стерильность, способы выращивания чистых культур, состоящих из клеток одного вида, и т. д. К сер. 20 в. было освоено культивирование микроорганизмов в промышленных масштабах. Первые опыты по выращиванию клеток и тканей животных вне организма были сделаны в нач. 20 в. Дальнейшее совершенствование метода шло параллельно успехам цитологии, биохимии, генетики, эмбриологии, молекулярной биологии. Его возможности возросли после того, как научились получать изолированные клетки из различных животных тканей (путём их обработки специальными ферментами, растворяющими межклеточное вещество и разрушающими межклеточные контакты) и выяснили потребности разных клеток в гормонах, факторах роста и др. веществах, вносимых в искусственные питательные среды. Очевидные преимущества работы с генетически однородными клетками и тканями в контролируемых условиях вне организма по сравнению с проведением исследований на целых организмах сделали этот метод одним из наиболее универсальных в биологии. Столь же плодотворным оказалось его применение в медицине и при решении ряда задач сельского хозяйства и биотехнологии. Клеточные и тканевые культуры использовались для изучения закономерностей митоза и числа клеточных циклов (делений) у клеток разных типов и выяснения в связи с этим «запрограммированности» процесса старения, для изучения механизмов клеточной дифференцировки, формирования специализированных тканей и органов, а также (при совместном культивировании) влияния друг на друга клеток разных типов. Культура клеток и тканей растений появилась позднее – в 1958 г., но уже всего через 6 лет из единственной клетки, извлечённой из корня моркови, удалось в условиях культуры вырастить целое растение с дифференцированными тканями и органами. Это направление широко применяется в селекции и биотехнологии. Совместное культивирование клеток разных линий (клонов) привело к рождению нового важного раздела в экспериментальной биологии – генетики соматических клеток и прежде всего метода гибридизации соматических клеток. Клеточные и тканевые культуры позволяют исследовать такие важные для медицины проблемы, как перерождение нормальных клеток в опухолевые, всесторонне изучать их свойства, чувствительность клеток к физическим и химическим факторам, в т. ч. к лекарствам, а также определять потенциальную мутагенность и канцерогенно-сти этих факторов, т. е. их способность вызывать мутации и опухоли. Разработка методов длительного культивирования позволяет формировать банки клеточных линий, обладающих определёнными генетическими и биохимическими свойствами. На этой основе создаются методы криоконсервации (от греч. «криос» – холод) – сохранение в условиях глубокого охлаждения клеток, тканей и органов для трансплантации (пересадки), в качестве резервного генофонда редких и исчезающих биологических видов, а также для других целей. С кон. 20 в. стали возникать банки, в которых хранятся замороженные стволовые клетки, используемые для лечения самых различных болезней и травм. Клеточные культуры служат также удобными объектами для изучения тканевой несовместимости и других иммунных реакций. Они используются в диагностике вирусов и для получения вакцин. Таким образом, культура клеток и тканей применяется для решения как фундаментальных теоретических проблем (таких, напр., как клеточная дифференцировка), так и различных практических задач, особенно в области медицины. Этот метод – неотъемлемая составная часть генной инженерии, клеточной инженерии, клонирования и других направлений экспериментальной биологии.
Вопрос №67. Элементарные эволюционные факторы. Мутационный процесс и генетическая комбинаторика. Популяционные волны, изоляция, дрейф генов, естественный отбор. Взаимодействие элементарных эволюционных факторов.
Элементарные эволюционные факторы – это стохастические (вероятностные) процессы, протекающие в популяциях, которые служат источниками первичной внутрипопуляционной изменчивости. Идеализированная (менделеевская) популяция, описываемая законом Харди-Вайнберга, характеризуется стабильностью генофонда в ряду поколений. Благодаря тому, что в естественных условиях среда обитания претерпевает регулярные изменения, в природе существуют процессы, изменяющие генофонды популяций и обеспечивающие приспособляемость популяций к изменяющимся условиям среды. Такие процессы получили название элементарных эволюционных факторов. К ним относят мутации, волны жизни, изоляцию и естественный отбор.