Посттрансляционные процессы. 4 страница. Представления о смене организаторов и состояния компетенции зачатков как факторах детерминации последовательных этапов развития структур не противоречит

Представления о смене организаторов и состояния компетенции зачатков как факторах детерминации последовательных этапов развития структур не противоречит положению о том, что на любой стадии организм является целостностью, а не мозаикой органов и частей. Целостность обусловливается системой связей между отдельными элементами зародыша, характеристики которой закономерно изменяются. Лишь условно можно говорить об одних частях зародыша как об индукторах, а о других — как о реагирующих элементах. В процессе развития, включаясь в разные системы связей, «индукторы и реакторы» (по терминологии И. И. Шмальгаузена) постоянно меняются ролями. Факторы, обусловливающие закономерный характер итога развития в целом и на отдельных этапах, возникают по мере дифференцировки зародыша благодаря взаимодействию результатов этой дифференцировки.

Критические периоды развития. Экспериментальное изучение развития животных привело к представлению о так называемых критических периодах. Этим термином обозначают периоды, когда зародыш наиболее чувствителен к повреждению разнообразными факторами, которые могут нарушить нормальное развитие. Иными словами, это периоды наименьшей резистент-ности (устойчивости) зародышей к факторам внешней среды.

В отношении развития человека П. Г. Светлов подчеркивает большое значение следующих критических периодов: имплантации (6—7-е сутки после зачатия), плацентации (конец 2-й недели беременности) и перинатального (роды). С критическим периодом в организме новорожденного связаны резкое изменение условий существования и перестройка деятельности всех систем организма (изменяется характер кровообращения, газообмена, питания и т. д.). Кроме того, отмечены критические периоды развития отдельных органов в различные сроки жизни человеческого эмбриона. Изучение критических периодов в эмбриогенезе показывает необходимость охраны материнского организма от вредных факторов, особенно в самые первые недели беременности. Условия существования зародыша в это время отражаются на его эмбриональном развитии, а следовательно, на всей дальнейшей жизни.

Есть основания полагать, что разные гены начинают функционировать на различных стадиях онтогенеза, совпадающих с критическими периодами. Такой вывод напрашивается на основании того, что под влиянием повреждающих факторов физической и химической природы возникают нарушения нормального развития, напоминающие собой мутации. Советский исследователь И. А. Рапопорт действием разнообразных химических веществ на личинки дрозофилы в различные периоды развития добился модификационных изменений, имитирующих мутации (фе-нокопии). Так, в опытах с солями серебра у дрозофилы получен высокий процент особей с желтым телом, таких же, как при соответствующей мутации.

В опытах на лабораторных млекопитающих установлено, что соединение бета-аминопропионитил вызывает в плодах такое же нарушение образования коллагена в коже, как и при наследственной болезни дерматоспари-ксисе. При этом кожа становится хрупкой, неэластичной, легко повреждаемой.

Не исключена вероятность, что фено-копии возникают в результате того, что повреждение препятствует реализации соответствующего гена. Изучение фенокопий перспективно для выяснения реализации действия генов в онтогенезе.

Тератогенные факторы среды. Факторы среды, способные вызвать нарушение развития, уродства, называются тератогенами (гр. teras — чудовище, урод). В разные периоды развития эмбрион оказывается чувствительным к тем или другим физическим факторам и химическим веществам, попадающим в организм матери. Так, прием внутрь хинина, алкоголя, отравление токсическими веществами, недостаток кислорода, могут нарушить развитие органов и, в первую очередь, нервной системы плода. Иногда после воздействия названных факторов рождаются микроцефалы (гр. mikros — малый, kehpale — голова); иногда у зародыша полностью отсутствует головной мозг. Подобные уродства получены экспериментально у животных, подвергшихся аналогичным воздействиям.

Недостаток витаминов группы В может стать причиной ряда морфологических уродств, в том числе во внутренних органах (сердце, печени). Тера-тогены могут быть причиной не только морфологических, но и функциональных аномалий. Так, дозы гидрокснмо-чевины, не вызывающие морфологических нарушений в центральной системе зародыша, приводят к функциональным расстройствам нервной системы.

Причиной ряда уродств являются токсины паразитов. Отмечены, разнообразные пороки развития при заболевании матери токсоплазмозом, возбудитель которого — одноклеточный организм из типа простейших — токсо-плазма (Тохорlasma gondii).

В настоящее время установлено, что и ряд других фармакологических веществ в организме беременной женщины вызывает гибель плода или уродства.

Оказалось, что препарат хлоридин, применяемый для лечения.и профилактики малярии, токсоплазмоза и ряда других протозойных болезней, обладает тератогенным действием (правда, не у всех видов животных). У крыс уродства, им вызываемые, различны.в зависимости от стадии развития,' на которой действовал препарат. Так, в период с 8-го по 11-й день развития у эмбрионов образуются мозговые грыжи, после 12-го дня возникает микроцефалия и аномалии в строении конечностей.

Конечно, тератогенным действием обладают лишь немногие лекарственные препараты, но такое действие некоторых из них следует иметь в виду. При лечении беременных женщин необходимо подбирать безопасные в этом отношении препараты.

Следует также учитывать, что мощным повреждающим тератогенным фактором являются рентгеновские лучи и другие ионизирующие излучения. Это говорит о необходимости осторожного назначения беременным женщинам рентгеноскопических и флюорографических процедур.

(34) Постнатальный онтогенез и его периоды. После рождения или выхода из яйцевых и зародышевых оболочек начинается постэмбриональный, или постнатальный, этап онтогенеза, в течение которого происходит дальнейшее развитие организма. У различных видов животных постнатальный этап жизни может продолжаться от нескольких дней до десятков лет. Продолжительность индивидуальной жизни — видовой признак, не зависящий от высоты организации.

Постэмбриональный онтогенез человека можно разделить на следующие периоды: ювенильный (до полового созревания); зрелый (взрослое, половозрелое состояние); период старости, заканчивающийся естественной смертью.

Ювенильный период (лат. juvenilis — юный) в зависимости от типа онтогенеза протекает с прямым или непрямым развитием. Первое из них характерно для организма с неличиночным и внутриутробным типом развития, второе — для организмов с личиночным типом развития.

При прямом развитии выклюнувшиеся из яйцевых оболочек или новорожденные отличаются от взрослой формы преимущественно размерами, а также недоразвитием ряда органов и пропорциями тела. Сказанное относится не только к животным, но и к человеку. Рис. 7.1 наглядно иллюстрирует относительные размеры скелета, мышц, центральной нервной системы и внутренних органов новорожденного и взрослого человека.

При непрямом развитии личинка претерпевает превращение, иначе называемое метаморфозом (гр. гле1атогрпо515, — превращение). Личинка может резко отличаться от взрослой формы. У нее не только могут отсутствовать или быть недоразвитыми органы, необходимые в половозрелом состоянии, но имеются многие временные (провизорные) органы.

Метаморфоз широко распространен у представителей различных типов животных. Он встречается не только у беспозвоночных животных (у кишечнополостных, плоских и круглых чер-вей, моллюсков, членистоногих), а и у хордовых, например земноводных. Развитие с превращением появилось как одно из приспособлений к условиям обитания и нередко связано с переходом личиночных стадий из одной среды обитания в другую, например развитие насекомых и земноводных.

Рост. Одной из наиболее характерных черт онтогенеза является увеличение размеров развивающегося организма, т. е. рост. Он связан с увеличением количества клеток и с накоплением массы внеклеточных образований. По характеру роста всех животных можно разделить на две группы — с определенным и неопределенным ростом.

Неопределенный рост наблюдается у моллюсков, ракообразных, рыб, земноводных, рептилий и других животных, не прекращающих расти в течение всей жизни. Определенный рост свойствен организмам, которые к определенному возрасту перестают расти, например насекомым, птицам, млекопитающим.

Деление онтогенеза на возрастные периоды у детей отражает этапы созревания ряда систем: костной, нервной, половой. Человек отличается от других видов, в том числе и от приматов, относительно более длинным периодом детства. Это имеет большое значение, так как в этот период происходит не только физическое развитие организма, но и становление личности: в условиях коллектива осуществляются различные пути социального наследования.

Старость как этап онтогенеза. Старение—общебиологическая закономерность,свойственная всем живым организмам. Старость — заключительный этап онтогенеза, воз-растной период, который наступает за зрелостью и характеризуется существенными структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме, ограничивающими его приспособительные возможности.

Наука о старости — геронтология (гр. geron — старик) выясняет основные закономерности старения, начиная от молекулярного и клеточного уровня до целостного организма. Гериатрия (гр. iatros — врач) изучает особенности развития, течения, лечения и предупреждения заболеваний у людей старческого возраста. В состав геронтологии входят также герогигие-на и геронтопсихология.

Старение — процесс закономерного возникновения возрастных изменений, которые начинаются задолго до старости и постепенно приводят к сокращению приспособительных функциональных возможностей организма. Интенсивность старения, темп его развития определяют продолжительность жизни. Признаки старения проявляются на разных уровнях организации живого организма: на молекулярном, клеточном, тканевом, системном и орга-низменном.

На организменном уровне изменения при старении выражаются прежде всего во внешних признаках: изменяется осанка, форма тела, уменьшаются его размеры, появляется седина, кожа теряет эластичность, что приводит к образованию морщин. Наблюдается ослабление зрения и слуха, ухудшение памяти. Истончается компактное и губчатое вещество костной ткани, в частности, это проявляется в изменении лицевого отдела черепа.

На клеточном уровне можно отметить уменьшение содержания воды в протоплазме, изменение активного транспорта ионов, что сказывается на важнейших физиологических свойствах клетки, снижений ее электрического потенциала. В стареющих клетках возрастает значение процесса гликолиза и относительно уменьшается активность процесса окислительного фосфо-рилирования, в связи с этим в протоплазме снижается содержание АТФ, креатинфосфата, особенно в сердце, мозге, скелетных мышцах. Изменяется структура эндоплазматической сети, нередко она фрагментируется, отдельные ее участки неравномерно расширены.

В клетках старого организма уменьшается активность ряда ферментов, снижается интенсивность синтеза ДНК и.РНК. Возникают ошибки присчитывании информационной РНК, вследствие чего нарушается синтез необходимых белков. В цитоплазме накапливаются свободные радикалы. Вследствие этого ассимиляция уже полностью не восполняет потерь, связанных с диссимиляцией. Снижается митоти-ческая активность клеток. Усиливается процесс возникновения хромосомных аберраций в некоторых соматических клетках (анеуплоидии, склеивание хромосом).

Смерть - завершающая фаза индивидуального существования каждого организма. Неизбежность смерти вытекает из противоречивой сущности жизни.

В процессе жизнедеятельности организма непрерывно происходит отмирание клеток; так же непрерывно осуществляется восстановление отмирающих структур. При нарушении согласованных процессов обмена в организме, а также между организмом как целым и средой наступает смерть. Причиной смерти могут быть нарастающие старческие изменения, патологический процесс или воздействия внешней среды, насильственно обрывающие жизнь. Таким образом, смерть является завершающим этапом индивидуального развития.

У высших животных и у человека различают смерть физиологическую (естественную), наступающую в результате старения, одряхления организма, и патологическую (преждевременную), вызванную болезненными состояниями организма, поражением жизненно важных органов. Преждевременная смерть может быть и следствием несчастного случая.

(35) Биологические и социальные аспекты старения и смерти. Старение—общебиологическая закономерность,свойственная всем живым организмам. Старость — заключительный этап онтогенеза, воз-растной период, который наступает за зрелостью и характеризуется существенными структурными, функциональными и биохимическими изменениями в организме, ограничивающими его приспособительные возможности.

наступает смерть. Причиной смерти могут быть нарастающие старческие изменения, патологический процесс или воздействия внешней среды, насильственно обрывающие жизнь. Таким образом, смерть является завершающим этапом индивидуального развития.

Биологический возраст. Различают хронологический и биологический (физиологически и) возраст. Согласно современной классификации, основанной на анализе средних показателей состояния организма, людей, хронологический возраст которых достиг 60—74 лет, называют пожилыми, 75—89 лет — старыми, свыше 90 лет — долгожителями. Точное определение биологического возраста затруднено тем, что отдельные признаки старости появляются в разном хронологическом возрасте и характеризуются различной скоростью нарастания. Кроме того, изменения даже одного параметра, коррелирующего с возрастом, подвержены значительным половым и индивидуальным колебаниям. Так, если исходить из такого показателя, как упругость кожи, то один и тот же биологический возраст достигается женщиной примерно в 30 лет, а мужчиной в 80. С целью определения биологического возраста, что необходимо для суждения о скорости старения, пытаются использовать «батареи тестов» — совокупность многих характеристик, закономерно изменяющихся в процессе жизни. Основу таких «батарей» составят, по-видимому, сложные функциональные показатели, зависящие от согласованной деятельности нескольких систем организма. В этом убеждают результаты поисков тестов старения. Например, скорость прохождения нервного импульса, которая зависит от состояния нервного волокна, снижается в интервале 20—90 лет на 10%, тогда как жизненная емкость легких, определяемая координированной работой нервной и мышечной систем, — на 50%.

Проблемы долголетия. Продолжительность жизни человека в значительной степени зависит от социальных факторов. Свидетельством этого является тот факт, что в разные периоды человеческой истории средняя продолжительность жизни существенно изменялась, хотя биологически за последние несколько тысячелетий и человек не изменился, и в основном действовали те же природные факторы.

Недостаток средств к существованию, увеличение расходов на медицинское обслуживание, неуверенность в завтрашнем дне — все эти факторы ведут к снижению уровня жизни. В ряде стран, которые в недавнем прошлом были колониями или полуколониями, еще высока смертность от инфекционных заболеваний.

Занятия физическим и умственным трудом должны чередоваться. Следует предпочитать активный отдых: прогулки, туризм, спорт. Большое значение имеет нормальный сон.

(36) Регенерация. Во взрослом организме продолжаются процессы развития, связанные с делением и специализацией клеток. Эти процессы могут быть как нормальными, физиологическими, так и направленными на восстановление организма как целого в случае нарушения его целостности. К таким явлениям относится регенерация. Близкие к регенерации явления наблюдаются при трансплантации, т. е. пересадке органов и тканей.

Под регенерацией (гр. regeneratio — восстановление) понимается восстановление организмом утраченных частей. Проблема регенерации представляет первостепенный интерес для медицины, особенно для восстановительной хирургии. Различают физиологическую, репаративную и патологическую регенерацию.

В процессе жизнедеятельности происходит утрата клеток и их комплексов. Восстановление их получило название физиологической регенерации. В тех случаях, когда восстанавливаются части тела, отторгнутые насильственным путем, говорят о репаративпой регенерации (гр. reparatio — возмещение). Многие биологи к этой форме регенерации относят также случаи восстановления целого организма из части. Однако правильнее, как это сделал Б. П. Токин (1958), выделить их в особую группу явлений — соматический эмбриогенез.

Соматический эмбриогенез, т. е. развитие нового организма из отдельных соматических клеток или их комплексов,— форма вегетативного размножения. Еще Дарвин указывал на большое сходство этих явлений. Оба они подчиняются одной закономерности: чем проще организация тех или иных организмов, тем чаще у них встречается бесполое размножение и тем легче у них получить экспериментально соматический эмбриогенез. Вегетативное размножение и соматический эмбриогенез широко распространены у растений.

Cоматический эмбриогенез характерен только для организмов, обладающих способностью к бесполому размножению.

Физиологическая регенерация. Свойственна всем организмам. Процесс жизнедеятельности обязательно включает два момента — утрату (деструкцию) и восстановление морфологических структур на клеточном, тканевом, органном уровнях. У млекопитающих и человека непрерывно отмирают и слущиваются наружные слои кожного эпителия, продолжительность жизни клеток кишечного эпителия составляет несколько дней. Сравнительно быстро происходит смена эритроцитов, средняя продолжительность жизни которых около 125 дней. Это значит, что в теле человека каждую секунду гибнет около 4 млн. эритроцитов и одновременно в костном мозге образуется столько же новых.

Судьба клеток, погибших в процессе жизнедеятельности, неодинакова. Клетки наружных покровов после гибели слущиваются и попадают во внешнюю среду. Клетки внутренних органов претерпевают дальнейшие изменения и могут играть определенную роль в процессе жизнедеятельности. Так, клетки слизистой оболочки кишок богаты ферментами и после слущивания, входя в состав кишечного сока, принимают участие в пищеварении.

Погибшие клетки заменяются новыми, образующимися в результате деления. На течение физиологической регенерации влияют внешние и внутренние факторы. Так, понижение атмосферного давления вызывает увеличение количества эритроцитов, поэтому у людей, постоянно

живущих в горах, содержание эритроцитов в крови больше, чем у живущих в долинах. Такие же изменения происходят у путешественников при подъеме в горы. На число эритроцитов оказывают влияние физическая нагрузка, питание,свет.

В нервных клетках, которые неспособны к размножению, процессы физиологической регенерации осуществляются на субклеточном, ультраструктурном уровнях. Раньше считали, что в высокодифференцированных нервных клетках и в мышечных волокнах регенерация не происходит. В действительности процесс физиологической регенерации протекает во всех тканях, причем наиболее универсальной его формой следует считать регенерацию, происходящую внутри клеток. Высокая интенсивность этого процесса обеспечивает возможность длительной жизни этих клеток, равной жизни всего организма.

(37) Репаративная регенерация. Репаративная регенерация возникает, когда в организме происходит повреждение и гибель клеток и тканей. Репаративная регенерация широко распространена, но способность к ней выражена неодинаково у различных животных. Есть организмы, у которых регенерационные способности настолько велики, что из части тела или даже из отдельных клеток развивается целый организм (т. е. имеет место соматический эмбриогенез).

Репаративная, или восстановительная, регенерация может быть типичной (гомоморфов) и атипичной (гетероморфоз). При гомоморфозе восстанавливается такой же орган, как и утраченный. При гетероморфозе восстановленные органы отличаются от типичных. Изучение гетероморфоза 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 ран, но без восстановления утраченного органа.

Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части организма. Эта форма регенерации нередко связана с дальнейшим значительным разрастанием оставшейся части и завершается образованием из этого материала целого организма или органа. Новая особь (или восстановленный орган) сначала оказывается меньше исходной и равна лишь взятому фрагменту, но в дальнейшем увеличивается.

Регенерация, происходящая внутри органа, получила название эндоморфэза, или регенерационной гипертрофии. Эндоморфоз, как показывает его название,— восстановление, идущее внутри органа. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. 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 размерах орган сохраняет форму культи. Так протекает, например, регенерация печени у млекопитающих.

Проявление регенерации в филогенезе. Физиологическая регенерация представляет собой процесс, свойственный всем живым организмам.

Масштабы и способы репаративной регенерации существенно варьируют у представителей групп животных, различающихся систематическим положением (рис. 104). В ходе эволюции отдельных групп организмов повышалась роль одних способов регенерации на фоне снижения роли других. Изменялись и масштабы регенерации. Так, амфибии обладают большей способностью к восстановлению типичной структуры органов, чем круглоротые. У губок, кишечнополостных и червей регенерация нередко осуществляется в полном объеме — из части восстанавливается целый организм. Ряд биологов выделяют это явление в самостоятельное и называют соматическим эмбриогенезом,

рассматривая его как вариант вегетативного размножения. У червя планарии, например, целый организм восстанавливается из 1/10 части исходного, а у гидры —из 1/200.

У членистоногих и моллюсков наблюдается регенерация отдельных органов. Низшие представители хордовых способны восстанавливать целый организм из его части (асцидии). Позвоночные в целом имеют суженный масштаб регенерации путем эпиморфоза. Правда, представители амфибий и рептилий могут восстанавливать отдельные органы, например конечности, хвост. Птицы и млекопитающие восстанавливают кожу, кости, мышцы, внутренние органы. Восстановление способом регенерационной гипертрофии, например, позволяет компенсировать потерю 4/5 печени.

(38) Патологическая регенерация. При этом происходит разрастание тканей, не идентичных здоровым тканям в этом органе. Например, на месте глубоких ожогов может быть массивное разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, а нормальная структура кожи не восстанавливается.

После перелома кости при отсутствии совмещения обломков ее нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань, образуя ложный сустав.

Репаративная регенерация в различных тканях проявляется по-разному. В соединительной ткани, коже, слизистых оболочках после повреждения происходит интенсивное размножение клеток и восстановление ткани, подобной утраченной. Это — полная регенерация (реституция). В случае неполного восстановления ткани говорят о субституции.

При повреждении покровов восстанавливается как соединительно-тканная часть (дерма), так и эпителий (эпидермис). Однако темп размножения клеток рыхлой соединительной ткани более высокий, поэтому они частично заполняют дефект, образуются волокна и после больших повреждений на их месте формируется рубцовая ткань. Чтобы предотвратить это, применяют пересадку кожи, взятой у того же больного со здоровых участков тела или у другого человека. Хорошие способности к регенерации имеет костная ткань.

Регенерация хрящевой ткани осуществляется за счет камбиальных элементов надхрящницы. Однако новооб-разование и полное восстановление, в отличие от кости, может происходить только при небольших дефектах.

Нервные клетки вскоре после рождения теряют способность делиться митозом; способностью к регенерации обладают периферические нервы — отростки нервных волокон. При ранении периферический отрезок подвергается дегенерации, но сохраняются клетки его оболочки, они размножаются и образуют русло, по которому растет центральный отрезок. Поэтому хирурги сшивают рассеченные нервы. Если концы перерезанного нерва не соединить, то на месте перерыва образуется рубец с вросшими в него беспорядочно располагающимися нервными отростками. Это не приводит к восстановлению нервного волокна, но рубцовая ткань приобретает болезненную чувствительность. Это также патологическая регенерация. Она характеризуется часто избыточным разрастанием тканей или переходом одного типа ткани в другой (метаплазия). Патологическая регенерация может быть вызвана и нарушениями гормональной регуляции, например разрастанием хрящевой ткани при акромегалии.

После повреждения исчерченных (поперечно-полосатых) мышечных волокон на месте травмы развивается соединительная ткань и восстановления непрерывности волокон не происходит. После глубоких ожогов развивается плотная соединительная рубцовая ткань — неполная компенсация.