4. Трансплантология
Термин «гомеостаз» был предложен для понимания постоянства состава лимфы, крови и тканевой жидкости. Гомеостаз характерен для любой системы, это своего рода обобщение множества частных проявлений стабильности системы.
Как же организм сохраняет постоянство??
Гомеостаз - поддержание постоянства внутренней среды организма в непрерывно изменяющихся условиях внешней среды. Т.к. организм - многоуровневый саморегулирующийся объект, его можно рассматривать с точки зрения кибернетики. Тогда, организм - сложная многоуровневая саморегулирующаяся система с множеством переменных.
Переменные входа:
- причина;
- стимул;
- раздражение.
Переменные выхода:
- эффект;
- ответ;
- реакция;
- следствие.
Причина - отклонение от нормы реакции в организме. Решающая роль принадлежит обратной связи. Существует положительная и отрицательная обратная связь.
Отрицательная обратная связь уменьшает действие входного сигнала на выходной. Положительная обратная связь увеличивает действие входного сигнала на выходной эффект действия.
Живой организм - ультрастабильная система, осуществляющая поиск наиболее оптимального устойчивого состояния, которое обеспечивается адаптациями.
Адаптация - поддержание переменных показателей на поведенческом, анатомическом, биохимическом и других уровнях.
Этология - наука, изучающая поведение животных и человека. Типы поведения животных и человека ограничены их морфологическими и физиологическими особенностями. У человека есть зависимость поведения от типа сложения. Существуют 3 типа сложения:
1) эндоморфный;
2) эктоморфный;
3) мезоморфный.
Животные могут совершенствовать свои движения за счет информации, кроме того, они имеют возможность регулировать их. Животные должны различать объекты внешней среды, получать информацию при помощи органов чувств. Полученная информация подвергается переработке нервной и эндокринной системами. Многие типы поведения могут вызывать гормональные изменения.
Морфологические и физиологические признаки подвержены естественному отбору, поведение в свою очередь, зависит от этих признаков, а значит, зависит и от естественного отбора. Поведение передается по наследству, повышает приспособляемость, увеличивает продолжительность жизни, количество потомков. Различные поведенческие реакции позволяют использовать благоприятные условия среды, защищают организм от неблагоприятных условий. Например, у пчел поддержание чистоты в улье. За гигиеническое поведение отвечают как минимум 2 гена. Поддержание чистоты защищает пчел от болезней. Поведение ящерицы, отбрасывающей хвост, если это необходимо, - тоже приспособительная реакция. Другие типы поведенческих реакций наблюдаются при защите от хищников, при поиске пищи, партнера, защите потомства и многих других случаях. Некоторые насекомые выделяют особые химические вещества - феромоны для привлечения потомства. В брачный период лягушки квакают и их «песня» видоспецифична.
Поведенческие признаки обладают не только адаптивными свойствами, но могут также и наследоваться, что обусловливает естественный отбор. Не все типы поведения получаются при передаче с генами, они могут приобретаться - благоприобретенные. Резкую границу между теми и другими провести нельзя, т.к. гены и среда тесно взаимодействуют друг с другом, поэтому выделить отдельно генетические и благоприобретенные свойства нельзя.
Можно привести следующие примеры генетических свойств. Хорея Гентингтона - наследственное заболевание, «танец», поражает ЦНС, у больных также нарушена пространственная ориентация. Другой пример, дауны бывают благожелательными, ласковыми, подражают действиям здоровых людей
Итак, важные свойства поведенческих реакций:
1) поведение подвержено действию естественного отбора;
2) поведенческие признак возникают из анатомии, морфологии и физиологии животного неотделимы о них;
3) формы поведения обычно адаптивны и часто могут передаваться либо генетически, либо в результате обучения;
4) у многих биологических видов существуют определенные формы поведения.
Если организм не смог адаптироваться на поведенческом уровне, он делает это на биохимическом уровне. Биохимическая адаптация очень сложна, наиболее характерна для растений, т.к. животному проще мигрировать.
Процесс адаптации бывает по времени:
- эволюционная адаптация;
- акклиматизация;
- немедленная адаптация.
Эволюционная адаптация - длительный процесс, приобретение новой генетической информации, изменяется генотип, следовательно, изменяется и фенотип. Для своего завершения подобная адаптация требует многих поколений.
Акклиматизация - адаптации, которые происходят в процессе жизни в естественных условиях.
Акклимация - адаптации, происходящие в искусственных условиях.
Происходит в течение нескольких часов - лет (зима - лето). Смена часовых поясов, перевод времени.
Немедленная адаптация сопровождается почти мгновенной адаптивной реакцией (психогенное воздействие, переход из тепла в холод). Кратковременная реакция.
Любая адаптация возникает в результате взаимодействия генетических факторов и факторов внешней среды.
Клеточное звено адаптации
Генетический аспект гомеостаза рассматривают с 3 позиций:
- гомеостаз генотипа;
- гомеостаз организма как целого. Контроль за единством генотипа всего организма. Поддержание гомеостаза осуществляется при гибели видоизмененных клеток.
- гомеостаз популяции. Закон генетической стабильности в популяции.
В поддержании гомеостаза участвуют различные системы.
Нервная сигнализация - основной инструмент передачи и оценки сигналов из внутренней и внешней среды.
Гормоны принимают участие в регуляции гомеостаза. Регулируют обмен веществ, воды, белков, липидов, углеводов, энергии, электролитов. Контролируют работу всех органов, в том числе почек, печени, ЦНС.
Иммунная система защищает постоянство внутренней среды организма от факторов 2-х групп:
- микроорганизмов и экзогенных факторов с признаками чужеродной генетической информацией;
- соматических мутаций. Достаточно изменений в 1-2 генах, чтобы сработала иммунная система.
Из-за бурного развития трансплантологии остро встал вопрос о трансплантационном иммунитете.
Трансплантология - медико-биологическая наука, изучающая вопросы заготовки, консервирования и пересадки органов и тканей.
Трансплантационный иммунитет - своеобразная реакция организма на трансплантацию, проявляющаяся в отторжении пересаженных органов и тканей.
Классификация терминов (Вена, 1967 год).
Трансплантат - пересаживаемая ткань или орган.
Реципиент - тот, кому пересаживается орган или ткань.
Донор - тот, от кого берут трансплантат.
Аутотрансплантация - пересадка тканей и органов в пределах одного организма (в таком случае говорят об аутотрансплантате)
Изотрансплантация (изотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами, идентичными по генетическим признакам.
Аллотранспланация (аллотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами одного биологического вида.
Ксенотрансплантация (ксенотрансплантат) - пересадка тканей и органов между организмами разных биологических видов.
Эксплантация (эксплантат) - пересадка небиологического материала.
Комбинированная пересадка (комбинированный трансплантат).
Остро стоят 2 проблемы: сохранение органов и тканей с их неизмененными свойствами. Другая проблема - преодоление трансплантационного иммунитета.
Разные методы консервации.
1) Охлаждение (недолговременное).
2) Замораживание.
3) Лиофилизации.
Заморозка может разорвать ткань, что приводит к гибели ткани. Но сперматозоиды способны жить. Состояние анабиоза некоторых животных. Кровь заменяют криопротекторами, после разморозки производят обратную замену. Метод лиофилизации - заморозка высушиванием в воздухе. Хранение замороженных людей. Существуют банки тканей, банки органов на научной основе.
2 проблема более сложна. Живые организмы многие миллионы лет были индивидуальными т.к. одни индивиды не смешивались с другими, поэтому преодолеть эту проблему весьма сложно, но паразиты не отторгаются организмом. В трансплантологии сначала считали, что отторжение происходит из-за различного макроскопического и микроскопического строения тканей. Однако теперь выяснилось, что реципиент и донор различаются набором специфических белков и антигенов. Аллогенные и ксеногенные органы и ткани, содержащие трансплантационные гены, в организме вызывают защитную реакцию - выработку антител. Защита направлена на уничтожение пересаженных органов и тканей у реципиента и состоит из нескольких сложнейших иммунно-биологических реакций. Человек ощущает эти процессы с 7 дня, максимум процесса достигается на 14-21 сутки.
Преодоление тканевой несовместимости - работа хирургов, иммунологов, физиологов и других специалистов. Целое медицинское направление - иммунодепрессивная терапия - направлено на решение этой проблемы. Используют химические, физические и биологические факторы воздействия на организм реципиента.
Физические методы - радиоактивное излучение, рентгеновские лучи.
Химические методы - введение препаратов, снижающих иммунитет. Они сильно влияют на жизненно важные органы.
Биологические методы - введение антитоксических сывороток, антибиотиков. Принцип действия - нейтрализация трансплантационных антител. Наиболее перспективный метод.
В настоящее время пересаживают практически все: и органы, и ткани.
История трансплантологии в России.
1933 - Ю.воронов - первая в мире пересадка почки.
1937 год - Демихов - первая в СССР пересадка сердца собаке.
1946 - Демихов - пересадил сердце и легкие собаке.
1948 - Демихов, Швековский - пересадка печени собаке.
1954 - Демихов пересадил вторую голову собаке.
1965 - Петровский - первая успешная пересадка почки.
1986 - Шумаков - первая в СССР пересадка сердца человеку.(1967 - Кристиан Бернард - ЮАР - успешная пересадка сердца человеку).
1990 - Ерамишанцев - первая в СССР пересадка печени человеку.
В Воронеже существует центр по пересадке почек. В клинике Шарите в Германии ежегодно делаются 60-100 операций по пересадке печени.
В 2005 году в Англии произведена успешная операция по пересадки печени от одного донора - ребенку и взрослому человеку.
Несмотря на заслуги, трансплантология ограничена законодательством, кроме того, многие органы являются «дефицитными».
Смерть у организмов состоит из 2-х этапов:
- клиническая смерть. Потеря сознания, прекращение дыхания, сердцебиения, отсутствие рефлексов, гомеостаз не нарушен и реанимация возможна.
- биологическая смерть. Прекращается обмен веществ, происходят аутолитические изменения, неупорядоченные биохимические реакции, идет нарушение гомеостаза.
Через 5-8 минут погибает кора больших полушарий головного мозга. Через 24 часа - сердечная мышца,
Смерть - завершающий этап онтогенеза.
ЛЕКЦИЯ №11
Биология индивидуального развития
1. Онтогенез как процесс формирования фенотипа
2. Периоды онтогенеза
3. Общая характеристика дефинитивного фенотипа
Онтогенез - «онтос» - существо, «генес» - развитие.
При половом размножении онтогенез начинается с развития зиготы и продолжается до смерти организма. При бесполом размножении: начинается с процесса деления материнского организма или специальных клеток, а заканчивается смертью или делением.
Онтогенез - реализация генетической информации, происходящая на всех стадиях. Онтогенез - генетически контролируемый процесс. В ходе онтогенеза реализуется генотип и формируется фенотип.
1966 год. Эрлих, Хомис (?) Онтогенез - непрерывно меняющаяся реакция данного комплекса генетического материала на данную среду.
Онтогенез начинается с зиготы.
Эмбриология восходит к Аристотелю (4 век до нашей эры). Аристотель в своем труде о возникновении животных высказал идею: « Развитие организма - цепь последовательных новообразований из неорганизованного зародышевого материала» - теория эпигенеза («после развития»).
Гиппократ: « В теле матери уже заложен маленький, но вполне сформировавшийся организм, который растет, лишь увеличивая размеры» - теория преформизма. Наибольшее развитие обеих теорий в XVII - XVIII веках. Обе гипотезы - метафизические. Преформизм отрицал развитие, эпигенез предполагал развитие, но не указывал на связи между предшественниками.
Каспар Фридрих Вольф в 1759 году издал труд «Теории развития». Там он пишет: «Каждое отдельное тело или его часть возникает первоначально без органической структуры. Развитие происходит с листов, затем формируются органы»,
Начало ХIX века. Христиан Иванович Пандер и Карл Бэр провели эксперименты, описали эмбриогенез, начиная с яйцеклетки (Карл Бэр открыл яйцеклетку), получили большое количество данных о развитии организмов. Карл Бэр открыл: яйцеклетку. Оболочки плода, стадию бластулы, сходство зародышей и т.д. Открыто явление зародышевого сходства (эмбрионы всех позвоночных схожи на определенных стадиях развития).