Лекция №4

Тема: Гомеостаз. Биологические ритмы. Регенерация и трансплантация органов и тканей.
1. Понятие о гомеостазе. Роль нервной и эндокринной систем в обеспечении гомеостаза организма.
2. Биологические ритмы, их значение в медицине.
3. Регенерация: ее виды, уровни и способы.
4. Трансплантация органов и тканей. Проблемы трансплантации.
1. Живой организм – это открытая система, через которую проходит поток вещества, энергии и информации.
Стабильность организма поддерживается благодаря его приспособлению (адаптации) к условиям обитания. В ответ на изменения этих условий (если они совместимы с жизнью) организм реагирует собственными изменениями, направлен-ными на устранение или компенсацию биохимических и функциональных отклонений или структурных показателей, поддержание целостности организма.
Более 100 лет назад К. Бернар – постоянство «внутренней среды» организма. В 1929 г. У. Кеннон (США) – термин «гомеостаз».
Гомеостаз – относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости), а также устойчивость структур и основных физиологических функций организма (кровообращения, дыхания, терморегуляции и т.д.).
Различают гомеостаз генетический, структурный и химический.
Уровни и механизмы гомеостаза
1. На молекулярно-генетическом уровне гомеостаз осуществляется реакциями матричного синтеза, репарацией ДНК, экспрессией генов (схема Георгиева) и др.
2. На клеточном и тканевом уровнях гомеостаз осуществляется путем изменения внутри клеточного синтеза, соотношения пролиферации и дифференцировки клеток (регенерации).
3. На органном и организменном уровне (уровень функциональных систем) гомеостаз регулируется центрами спинного мозга и ядрами ствола головного мозга, гормонами желез внутренней секреции. Кора головного мозга-высший регулятор гомеостаза.
Поддержание гомеостаза на организменном уровне обеспечивают:
• неспецифические защитные механизмы (барьерные свойства кожи, бактерицидные свойства лизоцима, фагоцитоз).
• специфические защитные механизмы (клеточный и гуморальный иммунитет, аллергические реакции).
Наличие множества механизмов регуляции позволяет:
• достичь равновесия с окружающей средой и поддерживать неблагоприятные условия, сознательно избегая и устраняя их (условно-рефлекторная деятельность).
• в зависимости от условий жизни ограничить приспособительные изменения только одной системой или осуществить генерализованный ответ (стресс-реакция).
В развитии стресс-реакции выделяют 3 стадии:
1. Мобилизация защитных механизмов или тревоги.
2. Повышение сопротивляемости организма.
3. Истощение защитных механизмов.
Первые 2 стадии соответствует сохранению гомеостаза, 3-я стадия наступает при чрезмерных воздействиях и приводит развитию патологии.
4. На популяционно-видовом уровне примером гомеостаза является закон Харди-Вайнберга.
5. На биогеоценотическом уровне постоянство экосистемы осуществляется за счет сбалансированного взаимодействия всех ее составляющих. Примером является саморегуляция биогеоценоза.
6. На биосферном уровне постоянство биосферы осуществляется за счет глобального биотического круговорота веществ.
2. У организмов в процессе эволюции для поддержания гомеостаза выработались ритмичные процессы жизнедеятельности биоритмы.
2. Биоритмы генерируются самым организмом (эндогенные) или возникают на периодические изменения среды (экзогенные). Эндогенные компонент ритма дает организму возможность ориентироваться во времени (биологические часы) и заранее готовиться к предстоящим изменениям среды.
Одни биоритмы имеют непостоянную частоту, зависящую от состояния организма (физиологические), частота других (экологических) стабильна и соответ-ствует циклическим изменениям среды.
Классификация биоритмов:
1. Биоритмы высокой частоты-частота их до нескольких десятков в минуту (работа сердца, дыхательные движения).
2. Суточные ритмы – изменения интенсивности и характера биологических процессов, повторяющиеся с суточной периодичностью. Температура тела днем повышена, ночью снижена. У одних людей наиболь-шая работоспособность головного мозга наблюдается в утренние часы (с 8 до 12), у других-в вечерние часы (с 17 до 19ч).
Генетический водитель суточного ритма локализован в X-хромосоме. У мужчин – одна Х-хромосома, поэтому они или «жаворонки», или «совы». У женщин – две Х-хромосомы; в одной из них может быть ген «жаворонка», а в другой – ген «совы», тогда работоспособность женщин одинакова в дневное и вечернее время («голуби»); если имеются 2 одинаковых гена в обеих Х-хромосомах, то женщины либо «жаворонки», либо «совы».
4. Лунные ритмы – повторяющиеся изменения интенсивности биологических процессов, соответст-вующие циклу фаз луны (29,4 суток). У женщин этому ритму следует менструальный цикл (срок беремен-ности измеряют лунными месяцами).
5. Годичные ритмы – сезонные ритмы, изменения интенсивности биологических процессов, повторяющиеся с годичной периодичностью. Биоэлектрическая актив-ность мозга человека и мышечной системы выше весной и летом и понижается зимой. Внутрисекреторная активность половых желез человека увеличивается весной.
6. Биоритмы низкой частоты (длина периода равна 11,1 года).
При увеличении числа солнечных пятен, на Землю поступают мощные потоки излучения, которые изменяют магнитное поле Земли и ее ионосферу. Ритмические изменения солнечной активности влияет на функциональ-ное состояние различных систем организма (свертывающей системы крови), распространенность инфекционных заболеваний.
Таблица суточных биоритмов человека
2.00 – час слепоты (когда зрение хуже всего).
3.00 – 4. 00 час ошибок (в это время чаще происходят аварии, грубые технологические ошибки).
4.00 – 5.00 час апатии (наиболее низкое кровяное давление).
9.00 час врача (кожа наименее чувствительно к инъекциям).
10.00 – 12.00 часы творчества (наиболее высокая активность головного мозга).
13.00 час пищеварения (образуется наибольшие количество желудочного сока, даже если пища не поступает).
13.30 час гимнастики (повышена мышечная активность).
16.00 – 18.00 часы бега (наиболее интенсивно дышат легкие и насыщают организм кислородом).
часы роста (наиболее интенсивно растут ногти и волосы у взрослых, и весь организм у детей).
18.00 – 20.00 часы красоты (кожа наиболее проницаеа для косметических средств).
часы выпивки (печень наиболее активно выделяет ферменты, расщепляющие алкоголь).
20.00 – 22.00 часы одиночества (одиночество переносится особенно тяжело).
22.00 час иммунитета (повышена способность организма противостоять инфекции).
0.00 – 4.00 часы рождения (большинство детей появляются на свет в это время).
Хронобиология – наука, изучающая ритмические изменения показателей гомеостаза (биоритмы).
Хронодиагностика – учет времени при постановке диагностических тестов (измерение температуры, АД и др).
Хронотерапия – учет времени проведения лечеб-ных мероприятий. Лекарства действуют на организм больного в определенное время. Например, для достижения нормальной глубины наркоза с 0.00 до 5.00 часов ночи требуется меньше наркотических веществ, чем в дневное время. Глюкокортикоиды, мочегонные препараты назначают утром.
Хронопрофилактика – учет времени при проведении профилактических мероприятий. Профлактическое лечение людей с язвенной болезнью, ревматизмом, туберкулезом, хроническими заболеваниями органов дыхания проводят весной и осенью, поскольку обострения этих заболеваний происходят именно в эти периоды из-за рассогласования биоритмов и фотопериодизма. В дни магнитных бурь больным сердечно-сосудистыми заболеваниями рекомендуют ограничить активность и регулярно принимать лекарства.
У человека влияние на биоритмы оказывают социальные факторы. Пересечение нескольких часовых поясов на самолете, работа в ночную смену нарушают биоритмы. Наблюдается дезадаптация, нарушение сна и бодрствования, снижение работоспособности. Приспособление к новым условиям длится несколько дней. Для профилактики срывов «биологических часов» можно перейти на требуемое время за несколько дней до перелета (перенести тренировки спортсменов). Для улучшения адаптации необходимо использовать адаптогены (настойка элеутерококка, поливитамины) и др.
Целесообразно рекомендовать отдых и лечение больных в санаториях своего региона. Человек, прибывший из региона с другим часовым поясом, 7-10 дней находится в состоянии десинхроноза, то же наблюдаются при возвращении домой.
Достижения хронобиологии используются:
• при составлении рационального режима труда и отдыха у рабочих ночных смен, пилотов, космонавтов.
• в профилактической медицине.
3. Регенерация – универсальное свойство живого, присущее всем организмом, восстановление утраченных или поврежденных органов и тканей (собственно регенерации), а также восстановление целого организма из его части (соматический эмбриогенез). Термин регенерация предложил в 1712 г. Р.Реомюр.
Уровни регенерации.
Внутриклеточная регенерация – процесс восстановления макромолекул и органелл. Увеличен-ие числа органелл достигается усилением их образования (лизосомы), сборки элементарных структурных единиц (микротрубочки) или путем их деления (митохондрии).
Регенерация на тканевом, органном и организменном уровнях обеспечивается делением, детерминацией, дифференцировкой и ростом клеток.
Виды регенерации.
1. Физиологическая регенерация - восстановление органов, тканей, клеток в процессе нормальной жизнедеятельности организма.
2. Репаративная регенерация – восстановление структур после травмы или действия других патологических факторов.
Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз. Физиологическая регенерация – это проявление фундаментального свойства жизни–самообновления.
Различные ткани имеют неодинаковую способность к внутриклеточной физиологической регенерации.
1. Лабильные ткани образованы постоянно обновляющимися популяциями клеток (эпидермис, эпителий кишечника, клетки костного мозга). Они имеют низкую способность к внутриклеточной регенерации, поскольку популяции этих клеток находятся в состоянии постоянного деления и имеют небольшой срок жизни.
2. Стабильные ткани образованы статическими популяциями клеток (клетки печени, почек, надпочеч-ников), для которых характерна незначительная утрата и восстановление после завершения фазы роста организма. Для этих клеток внутриклеточная регенерация имеет гораздо большее значение вследствие большей продолжительности жизни.
3. Вечные ткани (нервная) образованы клетками неспособными к делению, поэтому физиологическая регенерация на клеточном уровне имеет для них огромное значение.
Репаративная регенерация наступает при повреждении ткани или органа. Ее проявления разнообразны в зависимости от повреждающего фактора, объема повреждения и способа восстановления.
Способы репаративной регенерации: эпиморфоз, морфаллаксис, эпителиализация при заживлении ран, регенерационная гипертрофия, компенсаторная гипертрофия, соматический эмбриогенез.
I. Эпиморфоз – способ регенерации, заключаю-щийся в отрастании копии органа от ампутационной поверхности.
Выделяют 2 фазы эпиморфоза.
Регрессивная фаза включает следующие стадии:
1. Заживления раны – остановка кровотечения, образование сгустка фибрина и миграция эпидермиса, покрывающего ампутационную поверхность.
2. Фагоцитоз и разрушение – в разрушенные ткани проникают клетки, участвующие в воспалении, наблюдается фагоцитоз и местный отек. Остеоциты на дистальном конце кости разрушаются.
3. Дедифференцировка – утрата дифференцированных тканей в области под раневым эпидермисом и появление клеток мезенхимы.
4. Образование бластемы – раневой эпидермис быстро утолщается за счет деления и миграции клеток мезенхимы, закладываются черты регенерирующей конечности.
В прогрессивную фазу происходят рост и морфогенез. Серия сложных клеточных взаимодействий приводящих к формированию черт конечности и ее дальнейшему росту до нормальных размеров.
При эпиморфной регенерации не всегда образуется точная копия удаленной структуры:
• гипоморфоз – регенерация с частичным замещением ампутированной структуры, приводящая к образованию регенерата меньшего размера, чем исходный орган или часть тела;
• гетероморфоз – появление иной структуры на месте утраченной.
II. Морфаллаксис – регенерация путем перестройки части организма без уселенной митотической активности клеток раневой поверхности. При регенерации головного конца кольчатых червей морфаллаксис происходит на границе между эпиморфно регенерирующим компонентом и оставшейся задней частью тела.
III. Регенерационная гипертрофия характерна для внутренних органов. Рана заживает рубцом, удален-ный участок не отрастает и форма органа не восстанавливается. Благодаря увеличению числа клеток и их размеров, масса органа и его функциональный потенциал приближаются к исходным.
IV. Компенсаторная гипертрофия – изменения в одном из парных органов при нарушении в другом (гипертрофия почки при удалении другой).
V. Соматическая эмбриогенез – для этого способа характерно образование нового целого организма из соматических клеток старого. Целая планария восстанавливается из 1/10 или 1/20 ее части.
VI. Эпителизация при заживлении ран. Эпителий на краю раны утолщается. Сгусток фибрина – субстрат для миграции эпидермиса в глуб раны. Мигрирующие клетки обладают фагоцитарной активностью. Клетки с противоположных краев вступают в контакт. Затем наступает кератинизация раневого эпидермиса, отделение корки, покрывающей рану.
Регуляция регенерации:
Нервная регуляция регенерации: влияние нервов связано с их трофическим действием на ткани конечностей.
Гуморальная регуляция: при введении животным сыворотки крови от животных, подвергшихся удалению печени, наблюдалось стимуляция митозов клеток печени. При введении травмированным животным сыворотки от здоровых животных – снижение митозов в поврежденной печени.
Физиологическая регенерация свойственна всем организмом.
Масштабы и способы репаративной регенерации варьирует у животных, различающихся систематическим положением.
Способность к регенерации не имеет однозначной зависимости от уровня организации, но более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов. У губок, кишечнополостных и червей из части организма восстанавливается целая особь. У членистоногих и моллюсков регенерируют отдельные конечности и части тела.
Низшие хордовые способны восстанавливать целый организм из его части (асцидии). Амфибии и рептилии восстанавливают отдельные органы (конечности, хвост).
Регенерация у млекопитающих: из небольшого фрагмента яичника восстанавливается целый орган, регенерационная гипертрофия позволяет компенсировать потерю 4/5 печени.
4. Трансплантация – пересадка ткани или органа.
В зависимости от родства донора (у него берут ткань или орган) и реципиента (ему пересаживают ткань или орган) различают виды трансплантации:
• аутотрансплантации (собственных тканей);
• аллотрансплантации (из организма того же вида);
• изотрансплантации (от генетически идентичных организмов);
• ксенотрансплантации (от организма другого вида).
До конца XIX –начала XX в. в клинике и эксперименте пересаживали кожу, кости, слизистые оболочки, роговицу и т.д.
Появление сосудистого шва в начале XX в. позволило осуществить пересадки органов с соединением кровеносных сосудов. Достижения в области консервации органов и тканей привели к использованию кадаверных (трупных) органов. Это позволило с середины XX в. начать широкую практику пересадок почек, эндокринных желез, печени, сердца, костного мозга и др.
Тканевая совместимость – состояние, при котором клетки или органы донора приживаются и функционируют в организме реципиента.
Отторжение иммунной системой реципиента донорских тканей, а также разрушение донорскими иммунокомпетентными клетками тканей реципиента – тканевая несовместимость.
В природе есть универсальная несовместимость тканей, обусловленная генами, кодирующими структуру мембранных гистосовместимости.
У человека главный комплекс гистосовместимости находится в 6-й хромосоме и имеет 6 сублокусов, каждому из которых принадлежит до 40 аллельных генов. Каждый аллель кодирует свой гистосовместимости. С помощью типирования АГ гистосовместимости подбирают совместимые ткани для трансплантации.
Толерантность иммунологическая (терпимость) – отсутствие или ослабление ответа на данный АГ при сохранении реактивности организма ко всем другим АГ (Медавар, 1953):
Толерантность можно создать:
• облучением;
• иммунодепрессантами;
• введением малых доз растворимых растворимых дезагрегированных АГ (соединяются с встроенными в мембрану лимфоцитов иммуноглобулинами и блокируют их);
• введением избытка АТ (они перехватывают АГ на их пути к лифоцитами, либо экранируют АГ от иммунокомпетентных клеток).
При пересадках органов и тканей судьба трансплантата определяется толерантностью реципиента к АГ гистосовместимости донора.