Методичка по биологии(лекции). Курс лекций для студентов, обучающихся на русском языке Рязань 2008
 Скачать 7.13 Mb.
|
|
Биологические аспекты старения и смерти. Гипотезы старания. Клиническая и биологическая смерть Старение – общебиологическая закономерность угасания организма, свойственная всем живым существам. Старость – это заключительный естественный этап онтогенеза, заканчивающийся смертью. Наука о старости – геронтология. Она изучает основные закономерности старения, которые проявляются на всех уровнях организации – от молекулярного до организменного. Задача геронтологии состоит не только в том, чтобы продлить жизнь человека, но и дать возможность людям старших возрастных групп активно участвовать в трудовой и общественной деятельности. Старость – это не болезнь, которую можно лечить, а этап индивидуального развития. В процессе старения появляются возрастные изменения, которые начинаются задолго до старости и постепенно приводят к ограничению функций. Старческие изменения, прежде всего, обнаруживаются во внешних признаках: изменяется осанка и форма тела, появляется седина, теряется эластичность кожи (образуются морщины), ослабляется зрение и слух, ухудшается память. На органном уровне (изменение внутренних признаков): -у пожилых людей уменьшается жизненная ёмкость легких, -возрастает уровень холестерина в крови, -развивается атеросклероз, -снижается образование половых гормонов, гормонов щито видной железы, -снижается основной обмен, -ухудшается работа органов пищеварения. На клеточном уровне уменьшается: - количество воды, - активный транспорт веществ, - активность ферментных систем репликации ДНК, синтеза РНК, репарации ДНК, - накапливаются генные и хромосомные мутации. В настоящее время выдвинуто около 500 гипотез старения. Некоторые из них имеют чисто исторический интерес. 1. Энергетическая (М. Рубнер, 1908): каждый вид имеет определенный энергетический фонд, растратив который организм стареет и погибает. 2. Гормональная или эндокринная(Ш. Броун-Секар, 1889; С. Воронов, 1924): причина старения – снижение продукции половых гормонов, необратимые изменения в эндокринных железах (гипофиз). 3. Интоксикационная (И.И. Мечников, 1903): причина старения – самоотравление в результате накопления продуктов азотистого обмена и продуктов гниения в толстом кишечнике. 4. Перенапряжение центральной нервной системы (И.П. Павлов, 1912; Г. Селье, 1938): нервные потрясения и перенапряжения вызывают преждевременное старение, изменения в ЦНС, уменьшения количества нервных клеток, уменьшение массы головного мозга. 5. Соединительнотканная (А.А. Богомолец, 1922): изменения в соединительной ткани нарушают межтканевые взаимодействия и приводят к старению. А.А. Богомолец говорил: «Человек имеет возраст своей соединительной ткани». Большинство современных гипотез старения предполагают, что старение – запрограммированный процесс, находящийся под строгим генетическим контролем. Это генетические или программные гипотезы. Согласно генетическим гипотезам в основе старения лежит накопление повреждений в генетическом аппарате, которые возникают в процессе жизнедеятельности организма. Эти повреждения происходят на разных уровнях структурной организации. Другое направление гипотез старения – стохастическое (от греч. вероятные, случайные). Старение – результат «износа» биологических систем, т.е. возрастные нарушения обусловлены случайным характером изменений в организме, прежде всего изменения внутриклеточных структур, « износ» их, поэтому происходят расстройства на клеточном, тканевом и органном уровнях. Единой теории старения нет. Механизмы старения – это результат сложных взаимодействий генетических, регуляторных и трофических изменений. Жизнь любого организма заканчивается смертью. Различают клиническую и биологическую смерть. Признаками клинической смерти служат прекращение дыхания, сердцебиения, потеря сознания. Некоторое время после клинической смерти еще сохраняется метаболизм клеток и органов и возможно возвращение к жизни. В течение 5-6 минут, когда признаки жизни не наблюдаются, но ткани еще живы, то возможна реанимация (возвращение к жизни). Вернуть к жизни можно лишь в тех случаях, когда не повреждены важные органы. Биологическая смерть связана с прекращением процессов самообновления в клетках и тканях, нарушениями порядка химических реакций, которые приводят к процессам разложения в организме. Наиболее чувствительными к недостатку кислорода клетки коры головного мозга, изменения в этих клетках начинаются через 5-6 минут после прекращения поступления кислорода.. Регенерация органов и тканей, её виды Регенерация – процесс восстановления утраченных или поврежденных тканей или органов. Различают два вида регенерации: - физиологическую - репаративную Физиологическая регенерация проявляется в восстановлении клеток, тканей отмирающих в процессе нормальной жизнедеятельности организма. Например, непрерывно отмирают форменные элементы крови – эритроциты, лейкоциты, в органах кроветворения восполняется убыль этих клеток. Все время отторгаются с поверхности кожи ороговевшие клетки эпидермиса, непрерывно происходит их восстановление. К физиологической регенерации относят смену волос, замену молочных зубов постоянными. Репаративная регенерация (греч. – починка) проявляется в восстановлении тканей или органов, утраченных при повреждении. Репаративная регенерация лежит в основе заживления ран, срастания костей после переломов. Репаративная регенерация происходит после ожогов. Существуют следующие способы репаративной регенерации:
Эпителизация – заживление эпителиальных ран. Регенерация идёт от раневой поверхности. Раневая поверхность высыхает с образованием корки. Эпителий по краю раны утолщается за счет увеличения объема клеток и расширения межклеточных пространств. Образуется сгусток фибрина. Вглубь раны мигрируют эпителиальные клетки, обладающие фагоцитарной активностью. Наблюдается вспышка митозов. Эпителиальные клетки с боков раны врастают под неживую некротическую ткань, отделяет корку, покрывающую рану. Эпиморфоз – способ регенерации, который заключается в отрастании нового органа от ампутированной поверхности. Регенерация идёт от раневой поверхности. Эпиморфная регенерация может быть типичной, если восстановившийся после ампутации орган не отличается от неповрежденного. Атипичной, когда восстановившийся орган по форме или структуре отличается от нормального. Примером типичной регенерации служит восстановлении конечности у аксолотля после ампутации. Аксолотль (класс земноводные) – личинка амбистомы – объект экспериментальной биологии. Примером атипичной регенерации служит регенерация конечности у некоторых видов ящериц. В результате образуется вместо конечности хвостообразный придаток. К атипичной регенерации относят гетероморфоз. Например, при удалении глаза вместе с нервным узлом у основания глаза регенерирует членистая конечность. Морфаллаксис – регенерация путем перестройки регенерирующего участка – после ампутации орган или организм регенерирует, но меньшего размера. Примером служит регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела или восстановление из одной десятой или двадцатой части. Обычно регенерационные процессы происходят в области раневой поверхности. Но есть особые формы регенерации – это эндоморфоз (гипертрофия), который имеет две формы: - регенерационная гипертрофия, - компенсаторная гипертрофия. Регенерационная гипертрофия – увеличение размера остатка органа без восстановления исходной формы (увеличивается размер, но не форма) Если у крысы удалить значительную часть печени или селезенки, раневая поверхность заживает. Внутри оставшегося участка начинается интенсивная пролиферация клеток. Объем печени увеличивается, функция печени возвращается к норме. Компенсаторная гипертрофия - изменение в одном органе при нарушении в другом, относящегося к той же системе органов. Если у кролика удалить одну почку, то вторая получает повышенную нагрузку. Это вызывает ее разрастание, при этом объем ее удваивается. Компенсаторная гипертрофия не является репаративной регенерацией, т.к. разрастается неповрежденный орган. Однако она рассматривается как восстановительный процесс системы органов выделения в целом. Регенерация не может рассматриваться как местная реакция. Она является процессом, в котором участвует организм как целое. Особенно большое значение имеет нервная регуляция. Регенерация происходит в том случае, если не нарушена иннервация. Одни внешние факторы тормозят, другие стимулируют восстановительные процессы. Каждый орган и ткань имеет особые условия и закономерности регенерации. В ряде случаев регенерация протекает успешно при использовании специальных протезов стекла, пластмассы, металла. Применяя протезы, удалось получить регенерацию трахеи, бронхов, крупных кровеносных сосудов. Протез служит каркасом, по которому разрастается эндотелий сосуда. В проблеме регенерации много нерешенных вопросов. Например, ухо, язык не регенерирует при краевом повреждении, а при повреждении через толщу органа восстановление идёт успешно. Трансплантация Трансплантация – это приживления и развитие пересаженных тканей на новом месте. Организм, от которого берут материал для пересадки, называют донором, а тот, которому производят пересадку – реципиентом. Пересаживаемую ткань или орган называют трансплантатом. Различают:
При аутотрансплантации донор и реципиент – один и тот же организм, трансплантат берут с одного места и пересаживают на другое. Этот вид пересадки широко используют в восстановительной хирургии. Например, при обширных повреждениях лица используется кожа руки или живота того же больного. Путем аутотрансплантации создают искусственный пищевод, прямую кишку. При алло- или гомотрансплантации донор и реципиент – различные особи одного и того же вида. У человека и высших животных успех гомотрансплантации зависит от антигенной совместимости тканей донора и реципиента. Если ткани донора содержат чужеродные реципиенту вещества – антигены, то они вызывают образование в организме реципиента иммунных антител. Антитела реципиента реагируют с антигенами трансплантата и вызывают изменения структуры и функции антигена и чужеродной ткани, отторжения, значит, ткани иммунологически несовместимы. Примером аллотрансплантации у человека – переливание крови. При гетеротрансплантации донор и реципиент – животные разных видов. У беспозвоночных возможно приживление. У высших животных при пересадках такого рода трансплантат, как правило, рассасывается. В настоящее время ученые и медики работают над проблемой подавления иммунной реакции отторжения, преодоления иммунологической несовместимости. Большое значение имеет иммунологическая толерантность (терпимость) к чужеродным клеткам. В настоящее время существует несколько способов, которые позволяют предотвращать отторжение трансплантата: - подбор наиболее совместимого донора - облучение рентгеновскими лучами иммунной системы костного мозга и лимфатических тканей. Облучение подавляет образование лимфоцитов и таким образом замедляется процесс отторжения. - использование иммунодепрессантов, т.е. веществ которые не просто подавляли иммунитет, а избирательно, специфически подавляли именно иммунитет трансплантационный, сохраняя функцию защиты от инфекций. В настоящее время ведется поиск специфических иммунодепрессантов. Есть примеры жизни больных с пересаженными почками, печенью, поджелудочной железы. Гомеостаз в живых организмах Гомеостазом - называется свойство живых существ поддерживать постоянство своей внутренней среды, несмотря на изменчивость факторов окружающей среды Несмотря на значительные колебания среды, живой организм сохраняет себя как отдельную биологическую единицу, которая отличается постоянством морфологии, физико-химическим составом клеток, тканевой жидкости, крови и т.д. Выделяют различные виды гомеостаза: -структурный; -иммунный; -генетический; -тепловой; -газовый; -химического состава. Основу гомеостаза составляют механизмы, которые сложились в процессе эволюции и поэтому закреплены генетически. Контролируют гомеостаз две системы – нервная и эндокринная. Относительно быстрые изменения состояния организма обеспечиваются нервной системой. Гормональное влияние распространяется на клетки и органы медленнее, но и сохраняется обычно более длительное время. Примером ответа организма на воздействие неблагоприятных жизненных условий, при котором возникает угроза нарушения гомеостаза, служит состояние стресса (стресс-реакция). В развитии стресс-реакции выделяют три стадии: 1)состояние тревоги. Происходит изменение состояния большинства систем (мышечной, дыхательной, пищеварительной, сердечно-сосудистой), органов чувств, уровня кровяного давления. 2)мобилизация защитных механизмов, повышение сопротивляемости организма. Информация о нарушении гомеостаза поступает в гипоталамическую область головного мозга, где синтезируется особый класс гормональных веществ. Они воздействуют на клетки передней доли гипофиза, выделяется адренокортикотропный гормон (АКТГ), который усиливает синтез стероидных гормонов клетками надпочечников. Стероидные гормоны, воздействуя на клетки различных органов, изменяют их функциональное состояние и повышают защитные силы организма. Эти две стадии соответствуют сохранению состояния гомеостаза. 3) истощение защитных механизмов. Эта стадия наступает при чрезмерных по силе или продолжительности воздействиях и заключается в срыве механизмов гомеостаза и развитии патологических изменений. Биологические ритмы. Хронобиология Биологические ритмы – регулярно повторяющиеся изменения интенсивности биологических процессов. Биологические ритмы обнаружены у всех живых существ, они наследственно закреплены и являются факторами адаптации организмов. Биоритмы подразделяются на физиологические и экологические. К физиологическим относят, например, ритмы давления, биения сердца, частота дыхания. К экологическим относятся суточные, сезонные (годовые), приливные и лунные ритмы. Суточным колебания подвержены, например, ритм клеточных делений; содержания различных веществ в тканях и органах: глюкозы, натрия и калия в крови, гормонов роста и др. Например, многие животные впадают в спячку или совершают миграции задолго до наступления холодов. Наука о биологических ритмах (хронобиология) имеет большое значение для медицины. Обнаружены биологические ритмы чувствительности организмов к действию факторов химической природы (лекарственным средствам). Это стало основой для развития хронофармакологии – изучения действия лекарств в зависимости от времени введения. Физиологические показатели одного и того же человека, полученные утром, в полдень и ночью, существенно отличаются. Стоматологи, например, знают, что чувствительность зубов к боли максимальна к 18 часам, поэтому все наиболее болезненные процедуры они стремятся выполнить утром. У каждого человека в течение дня работоспособность меняется. Установлено, что период активности это с 10 до 12 и с 16 до 18 часов. К 14 часам и вечернее время работоспособность снижается. Одни люди успешно справляются с работой с утра и в первой половине дня (их называют «жаворонками»), другие вечером и даже ночью (их называют «совы»). Хронобиология разрабатывает рекомендации режима активности человека, связанных с учетом психологических особенностей «сов», «жаворонков», сменой часовых поясов, работой в ночное время. Новые направления в хронобиологии, а именно: хронодиагностика, хронотерапия и хронопрофилактика учитывают биологические ритмы при профилактике, диагностике и лечении заболеваний. Лекция 8 Паразитизм и его формы План 1.Взаимодействие живых организмов в биотическом сообществе. 2.Паразитизм. 3.Происхождение паразитизма. 4.Взаимодествия паразита и хозяина. 5.Распространение паразитизма. Взаимодействие живых организмов в биотическом сообществе Любой вид организованных существ и любая популяция какого либо вида не существует изолированно от других существ, а образуют сложное и противоречивое единство называемое биотическим сообществом. Биотическое сообщество представляет собой совокупность популяций, населяющих определённую территорию или биотоп. Оно функционирует как единое целое благодаря взаимосвязанным метаболическим превращениям. Сообщества состоят из продуцентов, микроконсументов и макроконсументов и редуцентов. В пределах этих групп могут доминировать один или несколько видов, оказывая существенное влияние на среду обитания других видов (дубовая роща, сосновая роща). Можно выделить следующие взаимоотношения между организмами: отрицательные: конкуренция за пищу, свет, местообитание и т.д., внутривидовые и межвидовые: хищничество – поедание жертвы, предварительно убитой; паразитизм – жизнь за счёт другого и различные виды положительного сожительства (симбиоз): комменсализм – сожительство выгодное для одного вида и безразличное для другого. Например, в каждой раковине моллюсков есть «незваные гости», использующие объедки хозяина, акула и рыба-прилипала. У человека кишечная флора, использующая неиспользованные остатки пищи. мутуализм – взаимовыгодное сожительство, без которого ни тот ни другой обойтись не могут. Например, термиты и жгутиковые простейшие, перерабатывающие целлюлозу в их кишечном тракте. Молодые термиты заражают себя, слизывая испражнения взрослых особей или, например, микориза грибов и высшие растения. Особое место в медицине занимает изучение одного из отрицательных видов сожительства – паразитизма. |