Клеточная мембрана играет роль в осуществлении
-клеточных контактов
-адгезии
-агрегации.
Межклеточный контакт– подвижные клетки приходят в контакт и расходятся, не теряя подвижности.
Адгезия – пришедшие в контакт клетки длительное время прижаты друг к другу.
Агрегация –между адгезированными клетками возникают специальные соединительнотканные или сосудистые структуры, т.е. происходит формирование простых клеточных агрегатов тканей или органов.
Для формирования органа необходимо присутствие в определенном количестве всех клеток, обладающих общим органным свойством.
Эксперимент с дезагрегированными клетками амфибий. Взяты 3 ткани – эпидермис нервной пластинки, участок нервных валиков, клетки эктодермы кишечника. Клетки дезагрегированы случайным образом и смешаны. Клетки начинают постепенно рассортировываться. Причем процесс сортировки продолжается до тех пор, пока не образуются 3 ткани: сверху слой эпидермальной ткани, затем нервная трубка и внизу - скопление эндодермальных клеток. Это явление получило название сегрегации клеток – избирательной сортировки.
Смешивали клетки глазных зачатков и хряща. Раковые клетки не способны к сегрегации и неотделимы от нормальных. Остальные клетки подвержены сегрегации.
Критические периоды развития.
Критический период – период, который связан с изменением обмена веществ (переключение генома).
В онтогенезе человека выделяют:
1. развитие половых клеток
2. оплодотворение
3. мплантация (7-8 неделя)
4. развитие осевых органов и формирование плаценты(3-8 недели)
5. стадия роста головного мозга (15-20 недели).
6. формирование основных функциональных систем организма и дифференцировка полового аппарата(10-14 недели).
7. рождение(0-10 дней)
8. период грудного возраста – максимальная интенсивность роста, функционирование системы энергопродукции и др.
9. дошкольный (6-9 лет)
10. пубертатный - для девочек 12. для мальчиков 13 лет.
11. окончание репродуктивного периода, у женщин – 55, у мужчин – 60 лет.
В критические периоды развития проявляются мутации, поэтому надо быть внимательным к этим периодам. Все генетические программы связаны с детскими учреждениями.
Наследственные пороки (уродства) вызваны изменениями у родителей в ходе гаметогенеза в генотипе.
Наследственные уродства – выражены из-за повреждающих факторов среды.
Описано около 50 форм наследственной глухоты. Около 250 аномалий глаза, около 100 аномалий скелета.
В развитии организма большое значение имеют иммунная, эндокринная и нервная системы.
Иммунная система способствует сохранению и зарождению жизни, контролирует генотипическое постоянство, выполняет контрольные функции. На ранних стадиях эмбриогенеза формируется из стволовых клеток.
До 2 месячного возраста развивается тимус, угасает к периоду полового созревания.
Иммунная система очищает организм от мутирующих генотипов.
ЛЕКЦИЯ №13
Постнатальный онтогенез.
- Дорепродуктивный онтогенез.
- Репродуктивный онтогенез
- Пострепродуктивный онтогенез.
Рост организма может быть определенным и неопределенным.
Определенный рост - рост прекращается к определенному времени: птицы, насекомые, млекопитающие, человек.
Неопределенный рост – постоянный рост: растения, рыбы, земноводные.
Возрастная периодизация жизни человека (1965).
| пол | возраст | название периода |
| М, Ж | 1-10 дней | Новорожденный, неонатальный |
| М, Ж | 10 дней – 1 год | Грудной |
| М, Ж | 1 – 3 года | Раннее детство |
| М, Ж | 4 – 7 лет | Первое детство |
| Ж | 8 – 11 лет | Второе детство |
| М | 8 – 12 лет | |
| Ж | 12 – 15 лет | Подростковый возраст |
| М | 13 – 16 лет | |
| Ж | 16 – 20 лет | Юношеский возраст |
| М | 17 – 21 год | |
| Ж | 21 – 35 лет | Зрелый возраст ( 1 период) |
| М | 22 – 35 лет | |
| Ж | 36 – 55 лет | Зрелый возраст ( 2 период) |
| М | 36 – 60 лет | |
| Ж | 56 – 74 года | Пожилой возраст |
| М | 61 – 74 года | |
| М, Ж | 75 – 90 лет | Старческий |
| М, Ж | Более 90лет | Долгожители |
Период новорожденности. Приспособление ребенка к новым для него условиям внешней среды. Начинают функционировать система внешнего дыхания, желудочно-кишечный тракт, меняется характер кровоснабжения, со стороны центральной нервной системы преобладают процессы торможения. Температура тела неустойчива в первые дни (+/-2,5 градуса). К концу недели катаболическая фаза сменяется анаболической. Начинается рост тела, улучшаются показатели ферментативных и других систем.
Грудной возраст. Значительное усиление обменной активности при выраженной незрелости систем. Увеличение числа клеток. Размеров органов. Формирование и специализация органов, увеличение массы тела, изменение состава крови: замена фетального гемоглобина на более зрелый гемоглобин. Органы пищеварения, дыхания имеют очень ограниченные возможности. Быстро происходит созревание центральной нервной системы и периферической нервной системы. Приобретение и накопление условно-рефлекторных связей. К концу года повышается психомоторное развитие ребенка.
Изменение длины тела.
| возраст | длина |
| Новорожденный | 46 – 56 |
| За 1 год | + 25 см |
| За 2 год | + 12 – 13 см |
| За 3 год | + 12 – 13 см |
| 4-7 лет (ежегодно) | + 5 – 7 см |
| Второе детство (ежегодно) | + 4 – 5 см |
| Период полового созревания (ежегодно) | + 7 – 8 см |
Масса тела новорожденного. У детей до года увеличение длины тела на 1 см сопровождается увеличением массы на 280 – 320 г. У детей более старшего возраста определяется по формулам.
Поверхность тела на 1 кг его массы у новорожденного в 3 раза больше, чем у взрослого.
Масса мозга новорожденного 330 – 430 г. К концу первого года жизни увеличивается в 2 – 2,5 раза, к концу второго года в 3 раза. После 7 лет увеличение мозга замедляется, а к 20 – 29 годам достигает максимума.(1355г у мужчин и 1220 г у женщин). Количество борозд и извилин у новорожденного такое же, как и у взрослого, но их дифференцировка и развитие выражены слабо. Дифференцировка нервных клеток идет в первые 5 – 6 месяцев и заканчивается в основном к 8 годам. Кора больших полушарий по строению похожа на кору больших полушарий взрослого человека. Совершенствуется двигательная область коры и появляется способность к тонким коордиционным движениям. Активное развитие спинного мозга, к 2 годам как у взрослого.
К 4 годам формируется нижний носовой ход, способствующий согреванию и очищению воздуха.
Жизненная емкость легких, количество альвеол к концу дошкольного периода, как у взрослого. Жизненная емкость легких в 4 года – 1100 мл, в 6 лет -1200 мл.
Масса сердца к 5 годам увеличивается в 4 раза, к 6 годам в 11 раз по сравнению с исходной. Происходит окончательная дифференцировка.
К5-7 лет прорезаются постоянные большие коренные зубы (первые – слева).
Органы чувств. К 5 – 7 годам хорошо развиты все виды чувствительности кожи. Продолжается совершенствование иммунной системы. Процесс иммунизации заканчивается до половой зрелости.
Сроки полового созревания для девочек -12-16 лет, для мальчиков – 13 – 18 лет. В этот период наблюдается быстрое скачкообразное увеличение размеров тела, жизненной емкости легких, мышечной силы и работоспособности. Это пубертатный период. В это время максимальная скорость роста у мальчиков – до 10 см в год. У девочек немного меньше. Пубертатный период у девочек на 2 года меньше. У многих детей наблюдается регулярное сезонное увеличение длины тела (весной быстрее, осенью – медленнее). С изменением роста совладает изменение скелетных размеров, мышечной массы, рост печени, почек.
Не все ткани и системы органов растут одинаково. Выделяют 4 типа.
1. Общий тип в целом тело. Мышцы, скелет, органы дыхания, печень. Повторяют ход кривой роста длины тела. Имеются 2 пика – в первый год жизни и в пубертатный период
2. Мозговой и головной тип. Головной, спинной мозг, глаза, размеры головы. Развиваются раньше. Интенсивный рост: к 10-12 годам достигают размеров взрослого человека.
3. Лимфоидный тип. Тимус, лимфатические узлы, лимфатическая ткань кишечника, селезенки, миндалин. Интенсивного развития достигают к 11 – 12 годам (большего размера, чем у взрослых). У людей старшее 35 – 40 лет происходит редукция лимфатических сосудов. Некоторые лимфатические сосуды запустевают.
4. Репродуктивный тип. Предстательная железа, семенные пузырьки, яичники, фаллопиевы трубы. Почти не растут до периода полового созревания, а затем быстро достигают размеров взрослого человека.
На 34 неделе эмбрионального развития у плода закладывается подкожная жировая клетчатка. Продолжается до 6 -7 месяца после рождения. До 6 – 7 лет отсутствует, потом начинается вновь. У мальчиков на конечностях падает, у девочек на конечностях приостанавливается, но не уменьшается. Продолжается на теле до 16 лет.
Дорепродуктивный период направлен на подготовку к размножению. Те организмы, что дожили до половой зрелости, участвуют в эволюционном процессе.
Репродуктивный период у женщин до 45 – 55 лет характерная особенность – преобладание скорости воспроизведения в начале периода, которая падает к концу периода. Позвоночный столб растет до 30 – 33 лет, в 30 – 50 лет длина позвоночника постоянна. В 20 – 60 лет происходит увеличение большей части головы и лица на 2 – 4%.
На рост и развитие детей сильное влияние оказывает социально – экономическое развитие. Деи из более обеспеченных семей быстрее растут. Последние 100 – 120 лет произошло увеличение роста детей (характерно для стран Европы, Японии) – акселерация. Грудные дети чаще увеличивают вес. На 1 год раньше прорезываются зубы. Половое созревание раньше на 2 года. Юноши стали выше на 12 – 14 см. Темп акселерации замедляется. Есть отрицательные моменты акселерации: у таких детей часты неврозы, нарушения высшей нервной деятельности. Не очень благоприятные отношения между ростом. Весом и размерами сердца.
Четких границ между репродуктивным и пострепродуктивным периодами нет. Переход постепенен. Он характеризуется постепенным угасанием функций организма и отдельных органов.
Старение– многоэтапный процесс, включающий влияние факторов внешней и внутренней среды. Старение общебиологическая закономерность «увядания» организма, свойственная всем живым существам.
Старость - естественный этап онтогенеза, заканчивающийся смертью. Старость – следствие старения.
Карл Маркс: « Мы должны рассматривать старение и смерть как естественный завершающий этап индивидуального развития. Жить – значит умирать».
У разных биологических видов продолжительность жизни различна (даже у видов, занимающих сходные экологические ниши). Поэтому продолжительность жизни является видовой биологической индивидуальностью, сложившейся в ходе эволюционного процесса, контролируемой генетически. В пределах вида возможны отклонения до 50% средней продолжительности жизни в обе стороны.
Кенгуру – 5 лет.
Бобр – 50 лет.
Тигр – 40 – 50 лет.
Осел – 47 лет.
Индийский слон – 70 – 77 лет.
У человека средняя продолжительность жизни мужчин – 58 – 62 года, у женщин – 74 года (Воронеж).
Хронологический возраст – количество прожитых лет человеком по документам.
Биологический возраст – показывает, на сколько выглядит человек, (степень окостенения, зубная зрелость, степень развития половых органов).
Признаки старения.
Старение происходит на всех уровнях
1. во внешних признаках
изменяется осанка, форма тела
появляется седина
теряется эластичность кожи, что приводит к появлению морщин
ослабляется зрение и слух
ухудшается память
психомоторная реакция начинает замедляться к 25 – 30 годам, память – к 30 годам, способность к обучению – к 20 годам.
2. на уровне органов
уменьшается жизненная емкость легких
повышается артериальное давление
развивается атеросклероз
происходит инволюция половых желез
уменьшается продукция половых желез и гормонов щитовидной железы
падает основный обмен
уменьшается работа желудочно–кишечного тракта.
3. на уровне клеток
падает количество воды
уменьшается активность окислительного фосфорилирования в ферментных системах
уменьшается репликация ДНК
падает активность синтеза РНК
увеличивается количество генных и хромосомных мутаций из-за снижения эффективности процесса репарации.
Старость и болезни – единый патологический процесс. Например, наследственные синдромы преждевременного старения (прогерии). Симптомы: поседение, морщинистость кожи, облысение, атеросклероз, инфаркт миокарда, гиперхолестерин и другие симптомы. Могут проявляться в детском возрасте. В 3 – 5 лет имеют вид старческий вид, к 7 годам умирают от старости. Средняя продолжительность жизни таких больных – 12 лет, иногда доживали до 30 лет (максимум – 39 лет).
Прогерии– наследственные заболевания, при которых получают резкое развитие один или несколько симптомов есте6ственного старения.
Гипотезы старения.
Существуют более300 различных гипотез.
1. Энергетическая. Автор – Рубнер- 1908 год. Каждый вид имеет определенный энергетический фон, распространив который организм стареет и умирает.
2. Гормональная теория. Причина старения – снижение синтеза половых гормонов.
3. Интоксикационная. Автор – Мечников. Самоотравление организма, в основном вызванное гниением в толстом кишечнике.
4. Перенапряжение ЦНС. Автор – Павлов. Нервные потрясения и стрессы приводят к старению
5. Соединительнотканная теория. Автор – Богомолец. В результате нарушения межтканевых взаимодействий наступает старение.
6. Генетические теории старения – наиболее молодые. Первично возникающие изменения генетического аппарата клеток приводят к повышению количества мутаций, падению скорости синтеза ДНК и старению.
7. Программная теория. Основана на том, что в организме функционируют особые часы. Которые запускают механизмы возрастных изменений.
8. Теория Хейфлига – 1965 год. Количество митозов ограничено. Клетки организма – 50 – 60 потомки зиготы. Более 50 – 60 раз клетки не делятся. Рассматривал эту теорию на фибробластах.
Геронтология – наука о старости, изучающая основные закономерности старения на всех уровнях организации от молекулярного до организменного.
Гериатрия– наука, изучающая особенности развития, течения, предупреждения заболеваний у людей преклонного возраста.
Задача геронтологии – качественное и количественное продление жизни человека.
ЛЕКЦИЯ №14
Регенерация.
- Уровни регенерационной реакции.
- Физиологическая репарация.
- Репаративная регенерация.
- Проявление регенерации в онтогенезе и филогенезе.
Важнейшая проблема медицины – восстановление поврежденных тканей и органов и возвращение им их функций. Проблема медицинская, но основа ее биологическая.
Регенерация – процесс вторичного развития органа или ткани, вызванный повреждениями какого – либо рода.
Первичное развитие – онтогенез.
Вторичное развитие – развитие, связанное не с естественным размножением, а с внешними воздействиями, но организм. Внешнее воздействие вовлекает дефинитивные органы и ткани в процесс развития. Дарвин подчеркивал, что половое размножение, бесполое размножение и регенерация – проявление одного и того же свойства организма.
Регенерация происходит на всех уровнях материи.
В процессе жизнедеятельности изменяется структура ДНК – молекулярная регенерация.
Регенерация может происходить внутри органоидов – внутриорганоидная регенерация. Восстанавливаются кристы митохондрий, цистерны комплекса Гольджи, части ЭПР и др. Например, гепатоцит человека, злоупотребляющего алкоголем.
Возможна регенерация целых органелл - органоидная. Восстанавливается число митохондрий, лизосом и других органоидов – гиперплазия.
Все вместе эти 3 уровня регенерации составляют внутриклеточную регенерацию.
Клеточная регенерация – увеличение количества клеток.
По способности к регенерации выделяют 3 группы тканей и органов:
1. Регенераторная реакция в форме новообразования клеток: эпителий кожи, костный мозг, костная ткань, эпителий тонкой кишки, лимфатическая система.
2. Промежуточная форма. Происходит деление клеток и внутриклеточная регенерация. Печень, легкие, почки, надпочечники, скелетная мускулатура.
3. Преобладает внутриклеточная регенерация. Клетки центральной нервной системы, миокарда.
Регенерация присуща всем организмам. С потерей или отсутствием способности к бесполому размножению теряется способность к соматической регенерации (из участка тела организм не образуется, но регенеративная функция отдельных частей организма сохраняется).
Регенерация может быть физиологической и репаративной. В свою очередь репаративная регенерация бывает нескольких видов:
- возмещающая;
- посттравматическая;
- восстановительная;
- патологическая.
По степени восстановления репаративная репарация может быть типической (полной) – гомоморфоз, морфолаксис и атипическая - неполная, гетероморфоз.
Физиологическая регенерация – восстановление частей организма, износившихся в процессе жизнедеятельности. Действует на протяжении всего онтогенеза, поддерживает постоянство структур, несмотря на гибель клеток. Интенсивные процессы физиологической регенерации при восстановлении клеток крови, эпидермиса, слизистых оболочек. Примерами могут быть линька птиц, рост зубов у грызунов. Физиологическая регенерация происходит не только в тканях с интенсивно делящимися клетками, но и там, где клетки делятся незначительно. 25 гепатоцитов из 1000 погибают и столько же восстанавливаются. Физиологическая регенерация – динамический процесс, который включает в себя клеточное деление и другие процессы. Обеспечение функций лежит в основе нормального функционирования организма.
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. Разница происходит из-за развития в эмбриональном периоде. У взрослых организмов очень мощно функционирует ЭПР и это тормозит клеточное деление.
Процесс регенерации конечности у тритона/ саламандры.
После ампутации регенерация конечности происходит строго упорядоченно, всегда одинаково. Восстанавливающийся конец округляется, затем приобретает коническую форму, растет в длину, становится похожим на ласт. Потом закладываются пальцы. К 8 неделе регенерация конечности полностью завершена.
На клеточном уровне выделяют несколько фаз регенерации конечности:
1) фаза заживления раны;
2) процесс демонтирования;
3) фаза « конической бластемы»;
4) фаза редифференцировки.
Фаза заживления раны. В этот период происходит обрастание клетками раны на культе, возникает апикальная «шапочка» (если контакт нарушен – регенерации не будет).
Процесс демонтирования. После заживления, в тканях, прилежащих к культе, происходит рассасывание ткани. Мышечные волокна утрачивают упорядоченность, становятся «растрепанными». В костной ткани утрачивается надкостница, появляются гигантские фагоцитирующие клетки, имеющие не менее 3-х ядер. Эти клетки захватывают матрикс и освобождают место для роста новой кости и хряща, удаляя ненужный материал. Концевая часть культи становится отечной и выпячивается. В культе накапливаются однотипные дедифференцированные клетки, уподобленные эмбриональным клеткам. Через некоторое время начинается деление дедифференцированных клеток.
В отрастающую культю врастают нервы, и наступает стадия « конической бластемы». Конечность имеет форму ласта, нарастает клеточная масса, восстанавливается кровоток. Возникает «регенерационная почка».
Фаза редифференцировки. Конечность удлиняется, начинается редифференцировка, и процесс регенерации подходит к концу. Если денервировать конечность - регенерация не произойдет т.к. нервная ткань выполняет эндокринную, проводящую функции. Кроме того, нервная ткань осуществляет секрецию белкового гормона, под контролем которого осуществляется регенерация.
Процесс регенерации у человека.
При разрезе в рану устремляется кровь, лейкоциты которой запускают воспалительный процесс. Клетки прилежащей эпителиальной ткани делятся и образуют «струп» (рубец). Потом начинается процесс заживления.
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.
1. Регенерация после воздействия токсических веществ.
2. Регенерация после воздействия вредных физических факторов.
3. Регенерация после заболеваний, вызываемых микроорганизмами и вирусами.
4. Регенерация после нарушения кровоснабжения.
5. Регенерация после голода, гипокинезии (обездвиживании), атрофии.
6. Регенерация после повреждений, вызываемых в организме нарушением функции органов.
ЛЕКЦИЯ №16