На универсальное свойство живого сохранять стабильность функций организма независимо от внешних воздействий первым обратил внимание в середине XIX века французский физиолог Бернар
 Скачать 311 Kb.
|
|
Гомеостаз На универсальное свойство живого сохранять стабильность функций организма независимо от внешних воздействий первым обратил внимание в середине XIX века французский физиолог Бернар. Он указал, что постоянство внутренней среды обеспечивает возможность свободной, во многом независимой от внешней среды жизни. По предложению американского физиолога Кеннона универсальное свойство живого активно сохранять стабильность функций организма, несмотря на внешние воздействия, которые могут нарушить эту стабильность, называется гомеостазом. Состояние биологической системы любого структурно-функционального уровня зависит от комплекса влияний. Этот комплекс слагается из взаимодействия многих факторов, как внешних по отношению к ней, так и находящихся внутри ее или образующихся в результате происходящих в ней процессов. Уровень влияния внешних факторов определяется соответствующим состоянием среды: температурой, влажностью, освещенностью, давлением, газовым составом, магнитными полями и т. п. Однако степень воздействия далеко не всех внешних и внутренних факторов организм может и должен поддерживать на постоянном уровне. Эволюция отобрала те из них, которые более необходимы для сохранения жизнедеятельности, или те, для поддержания которых были найдены соответствующие механизмы. Константы гомеостаза не являются строго постоянными. Возможны и отклонения их от какого-то среднего уровня в ту или другую сторону в своеобразном «коридоре». Для каждого параметра границы максимально возможных отклонений свои. Отличаются они и по времени, в течение которого организм может выдерживать нарушение конкретного параметра гомеостаза без каких-либо серьезных последствий. В то же время само по себе отклонение параметра за границы «коридора» может привести к гибели соответствующей структуры — будь то клетка или даже организм в целом. Так, в норме рН крови составляет около 7,4. Но он может колебаться в пределах 6,8-7,8. Крайнюю степень отклонений этого параметра организм человека может выдержать без гибельных последствий лишь в течение нескольких минут. Другой гомеостатический параметр — температура тела при ряде инфекционных заболеваний может возрастать до 40°C и выше и держаться на таком уровне в течение многих часов и даже дней. Таким образом, одни константы организма весьма стабильны — жесткие константы, другие — отличаются более широким диапазоном колебаний — пластичные константы. Совершенствование систем регуляции гомеостаза нашло отражение и в эволюционном развитии. Так, отсутствие системы поддержания постоянной температуры тела у хладнокровных, обусловив зависимость жизненных процессов от меняющейся внешней температуры, резко ограничило их эволюционное развитие. Отсутствие такой зависимости у теплокровных обеспечило их расселение по всей планете и сделало такие организмы действительно свободными существами с высокой эволюционной потенцией. В свою очередь, у разных людей имеются индивидуальные различия функциональных возможностей самих систем регуляции гомеостаза. Это во многом определяет выраженность реакции организма на любые воздействия, а, в конечном итоге сказывается и на продолжительности жизни. Между системами регуляции отдельных параметров гомеостаза имеются сложные иерархические взаимодействия. При этом учитывается то, что какие-то факторы имеют большее значение для обеспечения жизнедеятельности организма и нарушение их может привести к быстрой гибели клеток, а в ряде случаев — даже всего организма. Изменение других организм может какое-то время «потерпеть». К примеру, в состоянии покоя на постоянном уровне поддерживаются рН крови и артериальное давление. Но при выполнении физической нагрузки в первую очередь возникает необходимость адекватного снабжения мышц кровью. Для этого резко усиливается работа сердца, что приводит к повышению артериального давления. Значит, временно, на период выполнения работы, как бы «отменяется» механизм, направленный на сохранение стабильного уровня артериального давления. Оно нормализуется лишь после завершения работы. В реальной жизни человека может возникнуть такая ситуация, когда наиболее важные из них должны выполняться даже при резком нарушении многих важнейших параметров гомеостаза. Так, например, для обеспечения функций ЦНС требуется постоянное поступление с кровью большого количества 02 и питательных веществ. И если, например, после кровопотери поступление этих соединений резко снижается, то кровоток перераспределяется таким образом, чтобы по возможности максимально полно удовлетворить в первую очередь нервную систему. При этом в других органах и самой крови гомеостаз многих параметров может нарушаться. Возрастные особенности гомеостазаСистемы гомеостаза постепенно формируются в процессе онтогенеза. Однако отдельные системы гомеостаза как развиваются, так в последующем, при старении, и угасают неравномерно. Возрастное совершенствование их определяется в первую очередь генетически запрограммированной этапностью возрастного развития. Индивидуальные возможности системы гомеокинеза зависят как от генетической предрасположенности, так и от внешних условий — «тренированности» каждой из них. От того, как хорошо они будут развиты в период онтогенеза, каков будет уровень функциональных и структурных резервов каждой функции, во многом зависит здоровье и долголетие человека. У новорожденных большинство показателей, характеризующих гомеостаз, нестабильны. Например, у них легко сдвигаются параметры кислотно-основного состояния крови, водно-электролитного баланса. Столь же легко происходят сдвиги и температуры тела, артериального давления. Совершенствование гомеостатических реакций происходит наиболее активно в первый год жизни. Но окончательное их становление завершается после полового созревания, которое знаменует переход к стабильному состоянию взрослых. К старости механизмы поддержания гомеостаза постепенно истощаются. В результате более выраженные отклонения гомеостаза могут наступать при меньшей интенсивности возмущающего воздействия. Пожилые люди хуже переносят практически любые изменения внешней среды, так же как и отклонения в процессах жизнедеятельности. Это приводит к тому, что болезни у них протекают тяжелее, а восстановление затягивается.   Нормальная жизнедеятельность организма человека, особенно в условиях экологически неблагополучной среды, в значительной степени определяется активностью систем защиты от действия ксенобиотиков, обладающих мутагенными свойствами. На клеточном уровне можно выделить три уровня защиты генетического материала: ферментативные и антиоксидантные системы, репарация ДНК, апоптоз.
  Дорепликативная репарация:  Вывод: Если активность внутриклеточных систем защиты генетической информации (антиоксидантная система, репарация ДНК и клеточный апоптоз) высокая, накоплений мутаций не произойдет даже при значительных загрязнениях окружающей среды различными по природе токсикантами. И наоборот, снижение активности этих механизмов приводит к увеличению риска возникновения опухолевых и эндокринных заболеваний, болезни Альцгеймера и др.  Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение) представляет собой процесс обновления всех функционирующих структур организма (биомолекул, клеточных органелл, клеток, тканей, органов и всего организма) и является проявлением важнейшего атрибута жизни - самообновления. Так, физиологическая регенерация на клеточном и тканевом уровне - это обновление эпидермиса, волос, ногтей, роговицы, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др. Согласно изотопному методу, состав атомов человеческого тела в течение года обновляется на 98%. При этом клетки слизистой желудка обновляются за 5 дней, жировые - за 3 недели, кожи - за 5 недель, скелета - за 3 месяца. Регенерация в широком смысле слова - это и нормальное обновление органов и тканей, и восстановление утраченного, и ликвидация повреждений, и, наконец, реконструкция (воссоздание органа). Организм располагает двумя главными стратегиями замены ткани и самообновления (регенерации). Первый путь состоит в том, что дифференцированные клетки замещаются в результате их образования новых из регионарных стволовых клеток. Примером этой категории являются стволовые кроветворные клетки. Второй путь состоит в том, что регенерация ткани происходит за счет дифференцированных клеток, но сохранивших способность к делению: например, гепатоциты, скелетно-мышечные и эндотелиальные клетки. Фазы регенерации: пролиферация (митоз, увеличение количества недифференцированных клеток), дифференцировка (структурно-функциональная специализация клеток) и формообразование. Виды и формы регенерации
1. Клеточная регенерация - это обновление клеток в результате митоза недифференцированных или слабо дифференцированных клеток. Для нормального протекания процессов регенерации определяющую роль играют не только стволовые клетки, но и другие клеточные источники, специфическую активацию которых осуществляют биологически активные вещества (гормоны, простагландины, поэтины, специфические факторы роста): - активация резервных клеток, остановившихся на раннем этапе своей дифференцировки и не участвующих в процессе развития до получения стимула к регенерации - временная дедифференцировка клеток в ответ на регенеративный стимул, когда дифференцированные клетки утрачивают признаки специализации, а затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип - метаплазия - превращение в клетки другого типа: например, хондроцит трансформируется в миоцит или наоборот (органопрепарат как адекватный детерминантный стимул физиологической метаплазии клеток). 2. Внутриклеточная регенерация - обновление мембран, сохранившихся органелл либо увеличение их числа (гиперплазия) и размеров (гипертрофия). 3. Биохимическая регенерация - обновление биомолекулярного состава клетки, её органоидов, ядра, цитоплазмы (например, пептидов, факторов роста, коллагена, гормонов и т.д.). Внутриклеточная форма регенерации является универсальной, так как она свойственна всем органам и тканям. Репаративная регенерация (от лат. reparatio - восстановление) наступает после повреждения ткани или органа (например, механическая травма, оперативное вмешательство, действие ядов, ожоги, обморожения, лучевые воздействия и др.). В основе репаративной регенерации лежат те же механизмы, которые свойственны физиологической регенерации. Очень высоки способности к репарации внутренних органов: печени, яичника, слизистой кишечника и др. В качестве примера можно привести печень, в которой источник регенерации практически неиссякаем, доказательством чего являются широко известные экспериментальные данные, полученные на животных: при 12-кратном удалении трети печени в течение года у крыс к концу года под влиянием органопрепаратов печень восстанавливала свои нормальные размеры. Репаративная регенерация таких тканей, как мышечная и скелетная, имеет определённые особенности. Для репарации мышцы важно сохранение небольших её культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Индукторами репарации являются биологически активные вещества, выделяющиеся при повреждении ткани. Кроме того, индукторами могут быть отдельные фрагменты этой же повреждённой ткани: полное замещение дефекта костей черепа удаётся получить после введения в него костных опилок. Репаративная регенерация может происходить в двух формах.
 Перспективы научных исследований по регенерации. В настоящее время активно исследуются органопрепараты – экстракты содержимого живой клетки со всеми входящими в нее важными клеточными макромолекулами (белки, биорегуляторные вещества, факторы роста и дифференцировки). Каждая ткань имеет определенную биохимическую специфику клеточного содержимого. Благодаря этому, изготавливается большое количество органопрепаратов с адресной направленностью на определенные ткани и органы. В целом прямое влияние органопрепаратов, как эталонов биохимизма клеток, состоит в первую очередь в ликвидации клеточного дисбаланса биорегуляторов процессов регенерации, на поддержание баланса оптимальных концентраций биомолекул и на сохранение химического гомеостаза, который нарушен в условиях не только любой патологии, но и при функциональных изменениях. Это приводит к восстановлению митотической активности, дифференцировки клеток и регенераторного потенциала ткани. Органопрепараты обеспечивают качество важнейшей характеристики процесса физиологической регенерации - способствуют появлению в процессе деления и дифференцировки здоровых и функционально активных клеток, устойчивых к токсинам среды, метаболитам и другим воздействиям. Такие клетки формируют специфическое микроокружение, характерное для данного вида здоровой ткани, которая оказывает угнетающее воздействие на существующие "плюс-ткани" и предотвращает появление малигнизированных клеток. Итак, влияние органопрепаратов на процессы физиологической регенерации состоит в том, что они, с одной стороны, незрелые развивающиеся клетки гомологичной ткани (региональные стволовые клетки и др.) стимулируют к нормальному развитию в зрелые формы, т.е. стимулируют митотическую активность нормальных тканей и дифференцировку клеток, а с другой стороны, нормализуют клеточный метаболизм в гомологичных тканях. В результате в гомологичной ткани осуществляется физиологическая регенерация с образованием нормальных клеточных популяций с оптимальным метаболизмом и весь этот процесс носит физиологический характер. Благодаря этому, при повреждении органа (например, кожи или слизистой желудка) органопрепараты обеспечивают идеальную репарацию - заживление без рубца. Необходимо подчеркнуть, что восстановление митотической активности и дифференцировки клеток под влиянием органопрепаратов является ключевым в исправлении дефектов и аномалий развития органов у детей. В условиях патологии или ускоренного старения процессы физиологической регенерации также имеют место, но они не имеют такого качества - появляются молодые клетки, которые не устойчивы к циркулирующим токсинам, недостаточно выполняют свои функции, не способны противостоять патогенам, что создаёт условия для сохранения патологического процесса в ткани или органе, для развития преждевременного старения. Отсюда понятна и очевидна целесообразность применения органопрепаратов как средств, способных наиболее эффективно восстановить регенераторный потенциал и биохимический гомеостаз ткани, органа и всего организма и, таким образом, воспрепятствовать процессам старения. А, это ни что иное, как ревитализация.      Барьерные функции организма - физиологические механизмы (барьеры), обеспечивающие защиту организма и отдельных его частей от изменений окружающей среды и сохранение необходимого для их нормальной жизнедеятельности постоянства состава, физико-химических и биологических свойств внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости). Условно различают внешние и внутренние барьеры. К внешним барьерам относят кожу, органы дыхания, пищеварения, почки, а также слизистые оболочки рта, носа, глаз, половых органов. Кожа предохраняет организм от механических, радиационных и химических воздействий, препятствует проникновению в него микроорганизмов, ядовитых веществ, способствует выведению некоторых продуктов метаболизма. В органах дыхания, помимо обмена газов, происходит очистка вдыхаемого воздуха от пыли и мелкодисперсных вредных веществ. На протяжении пищеварительного тракта осуществляются специфическая обработка попадающих в него пищевых веществ, удаление не использованных организмом продуктов, а также газов, образующихся в кишечнике при брожении. В печени обезвреживаются чужеродные ядовитые соединения, поступающие с пищей или образующиеся в процессе пищеварения. За счет функции почек обеспечиваются постоянство состава крови, выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Внутренние барьеры регулируют поступление из крови в органы и ткани необходимых для их деятельности веществ и своевременное выведение конечных продуктов клеточного метаболизма, обеспечивают постоянство оптимального состава тканевой (внеклеточной) жидкости. Одновременно они препятствуют поступлению из крови в органы и ткани чужеродных и ядовитых веществ. Основными структурными элементами гистогематических барьеров являются эндотелий кровеносных сосудов, базальная мембрана, в состав которой входит большое количество нейтральных мукополисахаридов, основное аморфное вещество, волокна и т.д. Структура гистогематических барьеров определяется в значительной степени особенностями строения органа и варьирует в зависимости от морфологических и физиологических особенностей органа и ткани. В основе барьерных функций лежат процессы диализа, ультрафильтрации, осмоса, а также изменение электрических свойств, растворимости в липидах, тканевого сродства или метаболической активности клеточных элементов. Важное значение в функции некоторых гистогематических барьеров придается ферментному барьеру, например, в стенках микрососудов мозга и окружающей их соединительнотканной стромы (гематоэнцефалический барьер) — обнаружена высокая активность ферментов — холинэстеразы, карбоангидразы, ДОФА-декарбоксилазы и др. Эти ферменты, расщепляя некоторые биологически активные вещества, препятствуют их проникновению в мозг. Гистогематический барьер — это общее название физиологических «фильтров», находящихся между кровью и тканевой жидкостью. Функции: - обеспечение постоянства состава и физико-химических свойств тканевой жидкости; - защитная функция — препятствие перехода из крови в ткани и из тканей в кровь чужеродных веществ; - осуществление и регуляция обменных процессов между кровью и тканями. Виды гистогематических барьеров: 1. Гематоартикулярный барьер (гемато- + лат. articularis — суставной) — гистогематический барьер между кровью и синовиальной жидкостью. 2. Гематолабиринтный барьер (гемато- + перепончатый лабиринт) — гистогематический барьер между кровью и эндолимфой. 3. Гематолимфатический барьер (гемато- + лимфа) — гистогематический барьер между кровью и лимфой. 4. Гематоофтальмический барьер (гемато- + греч. ophthalmos глаз) — гистогематический барьер между кровью и водянистой влагой глаза. 5. Гематоретинальный барьер (гемато- + анат. retina — сетчатка) — составная часть гематоофтальмического барьера, представленная стенками кровеносных капилляров сетчатки; проницаемость гематоретинального барьера ниже, чем средняя проницаемость гематоофтальмического барьера. 6. Гематоэнцефалический барьер (гемато- + анат. encephalon — головной мозг)- гистогематический барьер между кровью, ликвором и нервной тканью. 7. Гематоплевральный барьер (гемато- + плевра) — гистогематический барьер между кровью и жидкостью полости плевры. 8. Гематотестикулярный барьер (testis-яичко) - гистогематический барьер межде кровью и сперматогенным эпителием яичка. 9. Гематоплацентарный барьер - гистогематический барьер между кровью и плодом. Роль жидких сред организма в гомеостазеЦентральным звеном сохранения гомеостаза являются жидкие среды организма. Для большинства органов ими являются кровь и лимфа, а для мозга — кровь и ликвор. Особенно велика роль крови. Кроме того, для клетки жидкими средами являются ее цитоплазма и межклеточная жидкость. Функции жидких сред в поддержании гомеостаза весьма многообразны. Во-первых, жидкие среды обеспечивают обменные процессы с тканями. Они не только приносят к клеткам необходимые для их жизнедеятельности вещества, но и транспортируют от них метаболиты, которые иначе могут накапливаться здесь в высокой концентрации. Во-вторых, жидкие среды имеют собственные механизмы, необходимые для поддержания некоторых параметров гомеостаза. Например, буферные системы смягчают сдвиг кислотно-основного состояния при поступлении в кровь кислот или щелочей. Гематоэнцефалический барьер и ликвор препятствуют проникновению из крови в мозг многих веществ, могущих нарушить его функцию. В-третьих, жидкие среды участвуют в организации системы контроля гомеостаза. Здесь также имеется несколько механизмов. Так, за счет транспорта метаболитов для поддержания гомеостаза подключаются отдаленные органы и системы (почки, легкие и т. п.). Кроме того, находящиеся в крови метаболиты, воздействуя на структуры и рецепторы других органов и систем, могут запускать сложные рефлекторные ответы, гормональные механизмы. Например, терморецепоры реагируют на «горячую» или «холодную» кровь и соответствующим образом изменяют активность органов, участвующих в образовании и отдаче тепла. Под влиянием ряда метаболитов хеморецепторы продолговатого мозга вызывают одышку, осморецепторы гипоталамуса обеспечивают образование гормонов, участвующих в сохранении нормального осмотического давления крови. Рецепторы располагаются также и в самих стенках кровеносных сосудов. Они участвуют в регуляции химического состава крови, ее объема, давления. С раздражения сосудистых рецепторов начинаются рефлексы, эффекторным звеном которых являются многие органы и системы организма. Центральная роль крови в поддержании гомеостаза послужила основой формирования специальной системы гомеостаза многих параметров самой крови, ее объема. Для их сохранения имеются сложные механизмы, включенные в единую систему регуляции гомеостаза организма. Сказанное выше можно наглядно проиллюстрировать на примере уже упомянутой интенсивной мышечной деятельности. Во время ее выполнения из мышц в русло крови выходят продукты обмена в виде молочной, пировиноградной, ацетоуксусной и других кислот. Кислые метаболиты вначале нейтрализуются щелочными резервами крови. Кроме того, они через рефлекторные механизмы активируют кровообращение и дыхание. Подключение указанных систем организма, с одной стороны, улучшает поступление 02 к мышцам, а значит, уменьшает образование недоокисленных продуктов; с другой — способствует увеличению выделения СО2 через легкие, многих метаболитов через почки, потовые железы. Барьерные функции меняются в зависимости от возраста, пола, нервных, гуморальных и гормональных взаимоотношений в организме, тонуса вегетативной нервной системы, многочисленных внешних и внутренних воздействий. В частности, воздействие на организм ионизирующего излучения вызывает снижение защитной функции гистогематических барьеров, причем степень снижения и обратимость функциональных изменений зависят от величины поглощенной дозы. На проницаемость гистогематических барьеров влияют также механические и термические воздействия. Отмечено избирательное изменение проницаемости клеточных мембран гистогематических барьеров при введении в организм психотропных препаратов, этанола. Гематоэнцефалический барьер - физиологический механизм, избирательно регулирующий обмен веществ между кровью, цереброспинальной жидкостью и центральной нервной системой и обеспечивающий постоянство внутренней среды головного и спинного мозга. Важное значение в функции гематоэнцефалического барьера придается так называемому ферментному барьеру. В стенках микрососудов мозга, окружающей их соединительнотканной стромы, а также в сосудистом сплетении обнаружены ферменты, способствующие нейтрализации и разрушению поступающих из крови веществ. Распределение этих ферментов неодинаково в капиллярах разных структур мозга, их активность изменяется с возрастом, в условиях патологии. Имеются многочисленные доказательства снижения защитной функции барьера под влиянием алкоголя, в условиях эмоционального стресса, перегревания и переохлаждения организма, воздействия ионизирующего излучения и т. д. Различные патологические состояния могут нарушать проницаемость гистогематических барьеров. например, при менингоэнцефалите резко повышается проницаемость гематоэнцефалического барьера, что вызывает различного рода нарушения целостности окружающих тканей. Проницаемость гистогематических барьеров можно изменять направленно, что находит применение в клинике (например, для повышения эффективности химиотерапевтических препаратов). Снижение проницаемости гематоэнцефалического барьера способствует проникновению в ц.н.с. разнообразных чужеродных веществ, продуктов нарушенного метаболизма. В то же время направленное снижение проницаемости гематоэнцефалического барьера используют в клинической практике для повышения эффективности химиотерапевтических препаратов, антибиотиков, а также введения антител, гормонов, медиаторов, в обычных условиях не попадающих в мозг, благодаря функционированию гематоэнцефалического барьера. Различные патологические состояния могут нарушать проницаемость гистогематических барьеров. При менингоэнцефалите резко повышается проницаемость гематоэнцефалического барьера, что вызывает различного рода нарушения целостности окружающих тканей. Гематотестикулярный барьер. Поскольку сперма не образуется в организме до начала периода полового созревания, специфические антигены спермы не распознаются как «свои» иммунной системой. Однако сперматозоиды не атакуются иммунной системой, поскольку защищены от контактов с клетками иммунной системы, циркулирующими в кровеносном русле, несколькими физиологическими механизмами. Первым механизмом является существование биологического барьера между семенными канальцами и кровеносными сосудами, так называемого гематотестикулярного барьера. Он образован плотными соединениями между клетками Сертоли и базальной мембраной. Гематотестикулярный барьер предохраняет клетки яичка от попадания иммунных клеток в семенные канатики. Нарушения гематотестикулярного барьера, такие как травма, инфекции или оперативные вмешательства, могут инициировать проникновение циркулирующих иммунных клеток в мужской генитальный тракт и делать доступной сперму для иммунной системы. Антиспермальные антитела могут образовываться и в женском организме. Основные механизмы – нарушения целостности слизистой оболочки половых путей, попадание большого количества сперматозоидов в брюшную полость. Несмотря на присутствие «чужеродных» спермальных клеток при половом акте, продукции антиспермальных антител у женщин обычно не происходит. Подобно клеткам мужского генитального тракта, клетки, выстилающие влагалище, служат эффективным физиологическим барьером и ограничивают представление спермальных компонентов для иммунной системы. Влияние антиспермальных антител на процессы репродукции: - снижение подвижности сперматозоидов, нарушение их функциональной активности, - блокада проникновения сперматозоидов в цервикальную слизь, - влияние на такие важнейшие этапы подготовки сперматозоида к оплодотворению как капацитацию и акросомальную реакцию, - воздействие на процесс оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки (взаимодействие сперматозоида и яйцеклетки), - влияние на процесс имплантации бластоцисты (оплодотворенной яйцеклетки), - ингибиция (подавление) роста и развития зародыша. | ||||||||||||||