Последовательность клеточной дифференцировки.

Последовательность клеточной дифференцировки.

Дифференцировка — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных, специфических для данного клеточного типа, функциональных белков.

Различные типы клеток многоклеточного организма используют разные гены из одинакового набора, присутствующего в каждой клетке. Это означает, что в конкретных клетках активны не все гены, а только часть из них, причем экспрессия тех или иных генов происходит избирательно в зависимости от типа клеток, этапа онтогенеза и других факторов.

Этапы диффернцировки

Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит на этапе формирования бластоцисты, когда однородные клетки морулы разделяются на два клеточных типа: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Трофобласт участвует в имплантации эмбриона и дает начало эктодерме хориона (одна из тканей плаценты). Эмбриобласт даёт начало всем прочим тканям эмбриона. По мере развития эмбриона клетки становятся всё более специализированными (мультипотентные, унипотентные), пока не станут окончательно дифференцировавшимися клетками, обладающими конечной функцией, как например,мышечные клетки.

Роль ранних реакций онкогенов в памяти и других проявлениях деятельности нейрона. Становление нервных связей.

Онкогенами называют гены, вызывающие развитие опухолей.

Роль онкогенов:

1. Ядерные ДНК-связывающие белки - митогены. Они выполняют функции стимуляции деления клетки.

2. Онкобелки способствуют ориентации клетки в сторону опухолевого роста.

Несколько протоонкогенов - и это было уже известно - контролируют процесс роста и дифференцировки клеток. Некоторые проонкогены (предшественники онкогенов) включаются в нервоной клетке в момент запоминания информации. Гены, которые работают в момент формирования памяти (их называют "ранними"), передавая сигналы от мембраны нейрона к ядру, кодируют специфические белки - транскрипционные факторы, которые запускают вторую волну экспрессии генов ("поздние" гены). И они меняют уже всю программу работы нервных клеток. В них появляются модификации, связанные с долговременным хранением следов памяти.

Критические периоды развития мозга и его старение.

Старение мозга.

Различают нормальное и патологическое старение.
При нормальном старении уменьшается масса и объем мозга, происходит атрофия и потеря нейронов в структурах мозга, расширяются желудочки мозга, сглаживаются извилины, изменяются синаптические контакты и медиаторные системы, нарушаются межполушарные взаимодействия.
При патологическом старении развиваются специфические заболевания старости, к наиболее типичным из них относятся болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и инсульты.
Большинство изменений в мозге в процессе старения обнаруживаются в конце второй половины жизни, между 50—60 годами. Некоторые из них становятся заметными после 70 лет, но наибольшие сдвиги отмечаются после 80 лет.

Возбудимые мембраны.

Возбудимые мембраны играют важную роль в процессе передачи и обработки информации. В основе лежит механизм ионной проницаемости мембран. Рецепторы, встроенные в структуру каналов, способны либо их открывать либо закрывать, что приводит к изменению проницаемости мембран для соответствующих ионов, возникновению ионных токов и прохождению импульса возбуждения.

Ассиметричное распределение ионов внутри и вне клетки.

В состоянии внутренняя поверхность мембраны заряжена отрицательно, а наружная – положительно. В связи с тем, что концентрация ионов калия внутри клетки гораздо больше чем снаружи они пытаются выйти из клетки, а ионы натрия, кальция, хлора и некоторые другие, наоборот, пытаются проникнуть в клетку. Но мембрана клеток избирательна проницаема.

Токи покоя.

Мембранный потенциал. Снаружи мембрана заряжена положительно, а изнутри - отрицательной. 70-80 мВ.

Ток повреждения - это разность заряда между неповрежденным и поврежденным. Поврежденный заряжен отрицательно, относительно целой.

Метаболический ток - это разность понетциаловвследствиинеодинакой интенсивности обменных процессов.

Происхождение мембранного потенциала объясняют с точки зрения мембранно-ионной теории, которая учитывает неодинаковую проницаемость мембраны для ионов и разный состав ионов во внутриклеточной и межклеточной жидкости. Установлено, что и внутриклеточная и межклеточная жидкость имеют одинаковое количество и положительных и отрицательных ионов, однако состав разный. Внешняя жидкость: Na⁺, Cl^-Внутренняя жидкость: K⁺, A^-(органические анионы)

В состоянии покоя мембрана по разному проницаема для ионов. Наибольшая проницаемость у калия, затем идет натрий и хлор. Для органических анионов мембраны не проницаемы.

Вследствие повышенной проницаемости для ионов калия, они выходят из клетки. В результате чего внутри скапливаются орг. анионы. В результате создается разница потенциалов (диффузионный калиевый потенциал), который идет до тех пор, пока он может выходить.

Расчетный калиевый потенциал равен -90 мВ. А практический потенциал равен -70 мВ. Это говорит о том, что в создании потенциала участвует и другой ион.

Для того, чтобы сдерживать потенциал в мембране, клетка должна работать, ибо перемещение ионов калия из клетки, а натрия в клетку, привело бы к нарушению равенства знака. Мембраны поляризованы. Снаружи заряд будет положительным, а снаружи - отрицательным.

Роль кальциевых каналов.

В мембране нервов и мышечных волокон содержится большое количество потенциалзависимых кальциевых каналов. Кальций, входящий в клетку через эти каналы во время потенциала действия, оказывает влияние на самые разные процессы.

- кратковременное увеличение уровня кальция в ходе потенциала действия вызывает секрецию как секрецию химических медиаторов в нервном окончании, так и сокращение мышечного волокна

-в некоторых мышечных волокнах и нейронах кальциевые токи достигают такой величины, что либо вносят значительный вклад, либо полностью формируют фазу роста потенциала действия.

-Ионы кальция влияют также на возбудимость мембраны: снижение внеклеточной концентрации кальция приводит к увеличению возбудимости;

-повышение внеклеточного уровня кальция, напротив, влечет за собой снижение возбудимости.

-при снижении внеклеточной концентрации кальция происходит сдвиг потенциала зависимости активации натриевых каналов таким образом, что для достижения порога и генерации натриевого тока нормальной величины требовались меньшие уровни деполяризации

· Кальций играет важную роль в возбуждении.

· В некоторых клетках именно вход кальция, а не натрия, отвечает за фазу роста потенциала действия.

· Кроме того, внеклеточный уровень кальция определяет возбудимость мембраны.

· Снижение внеклеточной концентрации кальция приводит к увеличению возбудимости

Роль хлорных каналов.

С1-каналы присутствуют в плазматической мембране большинства клеток, играя важную роль в регуляции клеточного объема, трансэпителиального транспорта, секреции секреторных желез, стабилизации мембранного потенциала. Обычно, активация Сl-каналов уменьшает нормальную возбудимость и способствует реполяризации клетки во время потенциала действия. Cl- каналы регулируют электрическую возбудимость скелетной мышцы. Они могут активироваться, внутриклеточными ионами кальция, циклическим аденозин монофосфатом, G-белками, механическим растяжением, потенциалом. С1-каналы могут определять количество окончаний разветвлений аксона одного нейрона, активируемых в каждый момент времени. При увеличении хлорной проводимости, например при активации рецепторов гамма аминомаслянная кислота (ГАМК), происходит снижение возбудимости и блок проведения ПД в узле ветвления. Следовательно, изменения хлорной проводимости могут регулировать количество функционирующих нервных окончаний.

Разделы электрофизиологии

Электрофизиологический метод регистрации электрических потенциалов, возникающих во время активных физиологических функций во всех без исключения живых тканях, — наиболее удобный и точный метод исследования этих процессов, измерения их временных характеристик и пространственного распределения, так как электрические потенциалы лежат в основе механизма генерации таких процессов, как возбуждение, торможение, секреция. В настоящее время в исследовательской работе и клинической практике широко применяются основные электрофизиологические методы изучения биопотенциалов:

• сердца — электрокардиография
• мозга — электроэнцефалография
• сетчатки — электроретинография
• кожи — электродерматография
• кровообращения — реография (импедансная плетизмография)
• желудочно-кишечного тракта — электрогастроэнтерография
• скелетных мышц — электромиография

Нейросекреция и пиноцитоз.

Нейросекреция – это свойство определенного вида нервных клеток, которые называются нейросекреторными, производить и выделять специфическое активное вещество – нейросекрет.

Все нервные клетки организма способны к нейросинтезу и нейросекрету. Нервные клетки обычного классического типа вырабатывают медиаторы, действие которых вызывает локальный эффект непосредственно в синапсах - месте их выделения. Нейрогормоны – это продукт выработки нейросекреторных клеток, которые воздействуют дистантно, т.е. разносясь кровью к органам и системам по типу гормонов эндокринных желез.
Отличие нейросекреторных клеток от обычных нейронов заключается не только в образовании гранул секрета в области ядра клетки, но и сохранении функции передачи возбуждения

Синтез самого нейросекрета берет начало в перикарионе и оканчивается накоплением в комплексе Гольджи - в пластинчатом комплексе. Вдоль аксонов гранулы перемещаются к их терминалям и там аккумулируются. Аксоны непосредственно контактируют с капиллярной сетью организма. Именно в этих контактных аксоно-вазальных связях и происходит переход нейрогормонов в кровь.

К нейрогормонам относится гормоны вазопрессин и окситоцин, вырабатываемые в задней доле гипофиза

Нейросекреторные клетки, воспринимают афферентные сигналы, как и обычные нервные клетки, но дальнейшая передача информации у них осуществляется посредством нейросекрета или нейрогуморальным путем. Такое объединение функций носит название нейроэндокринной системы. Нейросекреция обеспечивает полнообъемную функциональную регуляцию и координацию всех органов и систем в организме.

Пиноцитоз — процесс поглощения клеткой и переноса в глубь ее жидкости в виде пузырьков субмикроскопического размера

При пиноцитозе происходит впячивание поверхностного слоя клетки вместе с капелькой жидкости и образование новой вакуоли, которая вместе с содержимым вовлекается в глубь клетки вследствие движения цитоплазмы.

Закономерности передачи сигнала в химическом синапсе: деполяризация мембраны окончания аксона, роль кальциевых каналов, кальмодулин, роль циклических нуклеотидов в секреции и высвобождении медиаторов.

Потенциал действия (ПД), поступивший в пресинаптическое окончание химического синапса, вызывает деполяризацию (уменьшение разности потенциала) его мембраны, открывающую потенциалзависимые Са-каналы (кальциевые). Ионы Са(2+) входят внутрь нервного окончания согласно электрохимическому градиенту => обеспечивают выделение медиатора в синаптическую щель посредством экзоцитоза (мембранные пузырьки сливаются с внешней клеточной мембраной). Молекулы медиатора, поступившие в синаптическую щель, диффундирует (проникает) к постсинаптической мембране и вступают во взаимодействие с её рецепторами. Действие молекул медиатора ведёт к открытию ионных каналов и перемещению ионов Са и К согласно электрохимическому градиенту с преобладанием тока ионов Са в клетку, что ведет к её деполяризации. Эта деполяризация называется возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП), который в нервномышечном синапсе называют потенциалом концевой пластинки.

Кальмодулин – белок, способный кальцийзависимым образом регулировать (модулировать) активность других белков. Кальмодулин может взаимодействовать и активировать функционирование встроенной в наружную мембрану клетки транспортной АТФазы – фермента, способного за счёт энергии гидролиза АТФ выбрасывать из клетки ионы Са+

Классические медиаторы

Глутаминовая кислота (глутамат, глютамат, он же - пищевая добавка Е-621 для усиления вкуса).

Ацетилхолин.

Норадреналин.

Дофамин.

Серотонин.

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).

Глицин.

ГАМК и глицин являются чисто тормозными медиаторами, причём глицин действует в качестве тормозного медиатора на уровне спинного мозга. Ацетилхолин, норадреналин, дофамин, серотонин могут вызывать как возуждение, так и торможение. Дофамин и серотонин являются "по совместительству" и медиаторами, и модуляторами, и гормонами.

Ритмические движения.

Составной частью различных сложных двигательных действий, как произвольных, так и непроизвольных, часто являются ритмические рефлексы. Они особенно выражены при выполнении циклической работы, включаются в шагательные рефлексы. Основные механизмы шагательных движений заложены в спинном мозге.

Специальные нейроны и многочисленные взаимосвязи внутри спинного мозга обеспечивают последовательную активность различных мышц конечностей. В среднем мозгу расположены нейроны которые включают этот механизм и регулируют мощность работы мышц. Нейроны промежуточной продольной зоны коры мозжечка согласуют позные реакции с движениями. Значение мозжечка в четком поддержании темпа ритмических движений объясняют геометрически правильным чередованием рядов эфферентных клеток Пуркинье и походящих к ним афферентных волокон. К управлению ритмическими движениями отношение подкорковые ядра, которые организуют автоматическое их протекание и содружественные движения конечностей.

Моторная область коры (прецентральная извилина) посыпает импульсы к отдельным мышцам, преимущественно к дистальным мышцам конечностей. Объединение отдельных элементов движения в целостный акт осуществляют вторичные поля премоторной области. Они определяют последовательность двигательных актов, формируют ритмические серии движений, регулируют тонус мышц.

Циркуляция импульсов в этой замкнутой системе обеспечивает кратковременную память. Она сохраняет в коре возбуждение между временем прихода сенсорных сигналов и формированием ответной эфферентной команды.

Произвольные движения.

Произвольные (целенаправленные) движения управляются волевым усилием при ведущем участии коры головного мозга. Их обеспечивает пирамидная система. Эти движения совершаются за счет сокращения одних групп мышц и одновременного расслабления мышц противоположного действия (антагонистов).

В передних рогах спинного мозга выделяют три типа клеток: альфа-большие клетки – являются вторыми нейронами пирамидного пути и обеспечивают быстрые движения; альфа-малые клетки – связаны с экстрапирамидной системой и поддерживают мышечный тонус; гамма-клетки – связаны с ретикулярной формацией и также обеспечивают мышечный тонус. Волокна гамма-клетки подходят не к самой мышце, а к лежащему в ней проприорецептору (мышечному веретену) и влияют на его возбудимость. При растяжении мышцы веретено через вставочный нейрон посылает импульсы к альфа-большой клетке, которая сокращает мышцу до прежней длины. При сокращении мышцы активность веретена снижается. Эта система действует по принципу обратной связи и замыкает кольцо рефлексов, поддерживающих мышечный тонус. Она противодействует силе тяжести и обеспечивает плавность движений.

Ориентация в пространстве.

Ориентация человека в пространстве осуществляется при помощи ряда анализаторов и тех структур коры головного мозга, которые синтезируют их деятельность в единый процесс отражения пространственных отношений.

Отражение пространственного положения тела относительно плоскости Земли (первый компонент пространственной ориентировки) в каждый момент обеспечивается при помощи зрительного (оптического), стато-кинетическото (вестибулярного), проприоцептивного (мышечно-суставная чувствительность), кожно-механического и интерорецептивного анализаторов. Адекватными раздражителями для соответствующих рецепторов являются: световая энергия — для оптического и механическая — для остальных.

Одним из основных в первом компоненте служит вестибулярный анализатор. Он представляет собой единую систему, состоящую из периферического воспринимающего аппарата, проводящих нервов и центральной части с ядрами в стволовом отделе мозга и участком клеток в коре полушарий. Воспринимающий аппарат, в свою очередь, подразделяется на полукружные каналы и отолитовый прибор, размещающиеся в височной кости. Три полукружных канала располагаются в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и заполнены жидкостью — эндолимфой. У начала каждого канальца имеются кисточки чувствительных окончаний вестибулярного нерва.

Главным координатором движения и ориентации в пространстве служит мозжечок, отдел мозга в который поступают все импульсы от органов чувств и равновесия, и который обрабатывает эту информацию и дает дальнейшие указания мышцам.

Андрогены и экстерогены.

Андрогены — мужские половые гормоны тестостерон и андростерон, которые вырабатываются интерстициальными клетками семенников. В надпочечниках вырабатываются стероиды, которые обладают андрогенной активностью. Андрогены стимулируют сперматогенез и оказывают влияние на развитие половых органов и вторичных половых признаков (конфигурация гортани, рост усов, бороды, распределение волос на лобке, развитие скелета, мускулатуры).
Выделение половых гормонов регулируется гонадотропными гормонами гипофиза.

Эстрогены — женские половые гормоны, представленные эстрадиолом и продуктами его превращения эстроном и эстриолом.
Эстрогены вырабатываются клетками фолликула в яичнике. Некоторое количество эстрогенов образуется также в коре надпочечников. Они обеспечивают развитиеженских половых органов и вторичных половых признаков.

Половая дифференцировка.

Следует различать дифференциацию пола (фенотипический пол), т. е. появление внешних гениталий и вторичных половых признаков, и первичное определение пола. Кроме этого, выявлена дифференциация мозга по мужскому и женскому типу.

Фенотипический пол обусловлен развитием половых органов, их существует три категории: гонады репродуктивные органы (яички, или тестисы, и яичники), внутренние половые органы и внешние гениталии. Первичное определение пола связано с появлением гонад

Генетический пол, определяемый хромосомным набором клеток организма. Различия в формировании мужского и женского организма обнаруживаются с первых недель его развития. Все клетки человека, за исключением половых, имеют 23 пары хромосом, из которых одна пара половые. Половые клетки (гаметы) яйцеклетки и сперматозоиды образуются путем особого деления мейоза, отличающегося от обычного деления митоза тем, что при этом вновь возникшие клетки получают одну хромосому из каждой пары.

Генетический пол определяется отцовской половой клеткой (сперматозоидом) во время оплодотворения. Это связано с тем, что развитие женского пола у человека обусловлено наличием в зиготе (оплодотворенной яйцеклетке) двух половых хромосом X и X, а мужского X и V. Все яйцеклетки в результате мейоза имеют одинаковые хромосомы X, тогда как сперматозоиды могут быть двух типов: с Х или с V хромосомами, В зависимости от того, какой сперматозоид оплодотворит яйцеклетку, зародыш будет либо мужским, либо женским.

Химический термогенез.

а) окислительное фосфорилирование Б, Ж, У, при этом 25% энергии превращается в тепловую.

Активируется:- физической активностью:

ходьба – в 3 – 4 раза,

работа – в 7 – 10 раз,

- адреналином (при эмоциях, страхе).

б) неокислительноефосфоририрование – в тепло превращается 75% энергии.

Активируетсяпри снижении температуры в течение нескольких дней при снижении температуры окружающей среды. При этом увеличивается выработка тироксина, адреналина.

В результате – распад жира в адипоцитах и выход ЖК в кровь, их окисление с образованием тепла. Используется бурый жир (особенно у новорожденных; содержит много цитохрома – отсюда название).

Сократительный термогенез.

а) 60% теплопродукции в покое образуется за счет тонуса мышц.

При снижении температуры появляются терморегуляторные тонические сокращения, развивающиеся в области мышц спины, шеи и некоторых других областей. Теплопродукция возрастает на 40 – 50%. Терморегуляторные тонические сокращения скелетных мышц начинается при снижении температуры внешней среды на 2^оС относительно уровня комфорта.

Повышение тонуса мышц происходит путем активации α – мотонейронов. При этом формируется поза, уменьшающая теплоотдачу.

б) Холодовая дрожь– непроизвольное сокращение мышц, возникающее при снижении температуры сердцевины тела. Осуществляется через активацию α – мотонейрона. В отличие от теплообразования при произвольных мышечных сокращениях теплообразование при дрожи является экономным способом теплопродукции, т. к. в тепловую энергию переходит почти вся энергия мышечного сокращения. Отсутствует ее потеря за счет конвекции (как при произвольных сокращениях).

Теплоотдача осуществляется путем испарения воды с поверхности тела и несколькими способами, связанными с величиной кожного кровотока.

Вазомоторный тонус регулируется адренергическими симпати­ческими нервными волокнами, которые меняют приток крови к ко­нечностям и температуру крови, поступающей в кожу.

При охлаждении общая вазомоторная реакция снижает приток крови на периферию посредством эффективного сужения сосудов. У человека по мере прохождения крови по крупным артериям рук и ног температура ее значительно падает. Прохладная венозная кровь, возвращаясь внутрь тела по сосудам, расположенным близ арте­рий, захватывает большую долю тепла, отдаваемого артериальной кровью. Такая система называется противоточным теплообменни­ком. Она способствует возвращению большого количества тепла к внутренним областям тела при завершении кровотоком круга че­рез конечности. Суммарным эффектом такой системы является снижение теплоотдачи.

При сильной жаре резко увеличивается приток крови к коже и избыток тепла рассеивается от конечностей. Кровь возвращает­ся к внутренним областям тела по венам, лежащим под самой поверхностью кожи. Изменяя свой путь, венозная кровь минует противоточный теплообменник, благодаря чему снижается коли­чество тепла, которое захватывается из нисходящей артериаль­ной крови. Близость вен к кожной поверхности сильно увеличи­вает охлаждение венозной крови, возвращающейся к внутренним областям тела.

Концепция триединого мозга.

Основываясь на всестороннем сравнении мозга рептилий, низших и высших млекопитающих, Пол Маклин заключил, что, хотя человеческий мозг существенно развился, он сохраняет родственные черты с мозгом рептилий, а также с мозгом ранних и современных млекопитающих. Эти базовые черты позволяют выделить три формации в человеческом мозге, которые радикально различаются по структуре и химическому составу. Эти три формации и составляют то, что Маклин назвал «триединым» мозгом.

Древний мозг, мозг рептилии отвечает за выполнение простейших базовых функций, за ежедневное, ежесекундное функционирование организма: дыхание, сон, циркуляция крови, сокращение мышц в ответ на внешнюю стимуляцию. Все эти функции сохраняются, даже когда сознание отключено, например во сне или при наркозе.

Средний мозг, лимбическая система надетая на древний мозг встречается у всех млекопитающих. Она участвует в регуляции функций внутренних органов, обоняния, инстинктивного поведения, памяти, сна, бодрствования , но в первую очередь лимбическая система отвечает за эмоции.

И наконец, неокортекс, кора больших полушарий головного мозга, отвечает за высшую нервную деятельность. Именно эта часть мозга наиболее сильно развита у Homo sapience и определяет наше сознание.

Психоэмоциональный стресс.

Стресс высвобождает кортизол. Было доказано, что в избыточном окружении кортикоидов нейрон слабеет и даже дегенерирует. Поэтому при повторных воздействиях стресса некоторые зоны мозга повреждаются. Основное последствие – депрессия. Гипокапмп, связанный с запоминанием, атрофируется, а миндалина, ответственная за реакции страха, становится сверхактивной. Связи между орбитофронтальной зоной коры (цепь вознаграждения) и лимбические зоны (цепь эмоций) нарушаются, предлобная кора (размышление, организация) замедляет свою работу. Отсюда нехватка желания, неуверенность, гипермотивация..

Последовательность клеточной дифференцировки.

Дифференцировка — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных, специфических для данного клеточного типа, функциональных белков.

Различные типы клеток многоклеточного организма используют разные гены из одинакового набора, присутствующего в каждой клетке. Это означает, что в конкретных клетках активны не все гены, а только часть из них, причем экспрессия тех или иных генов происходит избирательно в зависимости от типа клеток, этапа онтогенеза и других факторов.

Этапы диффернцировки

Самая первая дифференцировка в процессе развития эмбриона происходит на этапе формирования бластоцисты, когда однородные клетки морулы разделяются на два клеточных типа: внутренний эмбриобласт и внешний трофобласт. Трофобласт участвует в имплантации эмбриона и дает начало эктодерме хориона (одна из тканей плаценты). Эмбриобласт даёт начало всем прочим тканям эмбриона. По мере развития эмбриона клетки становятся всё более специализированными (мультипотентные, унипотентные), пока не станут окончательно дифференцировавшимися клетками, обладающими конечной функцией, как например,мышечные клетки.