Межклеточные взаимодействия на разных этапах онтогенеза. Эмбриональная индукция, её виды. Опыты Г. Шпемана в изучении явления эмбриональной индукции.

Решающее значение имеют контактные индукция и компетенция, в меньшей степени — дистантные взаимодействия клеток, обусловливающие морфогенетические корреляции, контролируемые влияния со стороны более широкого клеточного окружения целого зачатка или зародыша.

Компетенция- способность клеток зародыша животных и растений реагировать на влияние др. частей зародыша образованием соответственных структур или дифференцировкой.

Возникает на определенных стадиях развития организма и сохраняется ограниченное время.

На всякий случай: Межклеточные контакты: адгезивные точечные, замыкающие простой контакт и проводящие нексусы и синапсы

Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. Явление эмбриональной индукции с начала XX в. изучает экспериментальная эмбриология.

опыт Г. Шпемана на зародышах амфибий.

Шпеман использовал два вида тритонов: тритона гребенчатого, яйца которого лишены пигмента и потому имеют белый цвет, и тритона полосатого, яйца которого благодаря пигменту имеют желто-серый цвет.

Один из опытов заключается в следующем: кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого . В месте пересадки происходит развитие нервной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Дополнительный зародыш содержит в основном клетки зародыша реципиента, но светлые клетки зародыша-донора тоже обнаруживаются в составе различных органов.

Из этого и подобных опытов следует несколько выводов.

Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует, или индуцирует, развитие зародыша как в обычном, так и в нетипичном месте.

Во-вторых, боковая и брюшная стороны гаструлы обладают более широкими потенциями к развитию, нежели их презумптивное предполагаемое проспективное направление, так как вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш.

В-третьих, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом, регулируя его в целях достижения этого результата.

60)

Целостность онтогенеза. Эмбриональная регуляция. Детерминация частей развивающегося зародыша; канализация развития. Концепции морфогенеза (физиологических градиентов, позиционной информации, морфогенетических полей)

Эмбриональные регуляции- осуществление нормального целостного развития, а также восстановление нормального плана строения и внутренней структуры развивающегося организма и отдельных зачатков его органов после экспериментального нарушений его целостности удаление или добавление частей, их поворот, пересадка и т. д..

Детерминация – совокупность факторов, обусловливающих закономерный характер формообразовательных процессов или же воздействие одной части зародыша на другие его части , побуждающие эти последние к прохождению в подходящих условиях фрагмента пути своего нормального развития.

По мере прохождения зародышем последовательных стадий эмбриогенеза происходит ограничение или даже утрата отдельными зачатками потенций к изменениям в нескольких направлениях, т.е. имеет место канализация развития.

Морфогенез – процесс возникновения новых структур и изменения их формы в

ходе онтогенеза.

Концепция физиологических градиентов . Концепция физиологических градиентов, предложенная в начале XX в. американским ученым Ч. Чайльдом, заключается в том, что у многих животных обнаруживаются градиенты интенсивности обмена веществ и совпадающие с ними градиенты повреждаемости тканей. Эти градиенты обычно снижаются от переднего полюса животного к заднему. Они определяют пространственное расположение морфогенеза и цитодифференцировки. Возникновение самих градиентов определяется гетерогенностью внешней среды, например питательных веществ, концентрации кислорода или силы тяжести. Любое из условий или их совокупность могут вызвать первичный физиологический градиент в яйцеклетке. Затем возможно возникновение вторичного градиента под некоторым углом к первому. Система из двух градиентов или более создает определенную координатную систему. Функцией координаты является судьба клетки. Так, в яйцеклетке лягушки выявляется отчетливый анимально- вегетативный градиент, сохраняющийся и после оплодоьворения.

Более современной является концепция позиционной информации, по которой клетка как бы оценивает свое местоположение в координатной системе зачатка органа, а затем дифференцируется в соответствии с этим положением. По мнению современного английского биолога Л. Вольперта, положение клетки определяется концентрацией некоторых веществ, расположенных вдоль оси зародыша по определенному градиенту. Ответ клетки на свое местоположение зависит от генома и всей предыдущей истории ее развития. По мнению других исследователей, позиционная информация есть функция полярных координат клетки. Существует также мнение о том, что градиенты представляют собой стойкие следы периодических процессов, распространяющихся вдоль развивающегося зачатка. Концепция позиционной информации позволяет формально интерпретировать некоторые закономерности онтогенетического развития, но она очень далека от общей теории целостности.

Концепция морфогенетических полей, базирующаяся на предположении о дистантных либо контактных взаимодействиях между клетками зародыша, рассматривает эмбриональное формообразование как самоорганизующийся и самоконтролируемый процесс. Предыдущая форма зачатка определяет характерные черты его последующей формы. Кроме того, форма и структура зачатка способны оказать обратное действие на биохимические процессы в его клетках. Наиболее последовательно эту концепцию разрабатывал в 20—30-х гг. отечественный биолог А. Г. Гурвич, предложивший впервые в мировой литературе математические модели формообразования. Он, например, моделировал переход эмбрионального головного мозга из стадии одного пузыря в стадию трех пузырей.

61)

Влияние факторов среды на онтогенез. Критические периоды в онтогенезе человека. Тератогенез и канцерогенез. Понятие аномалий и пороков развития. Значение нарушений частных и интегративных механизмов онтогенеза в формировании ВПР

Онтогенез протекает в конкретных условиях окружающей среды, и на любом его этапе организм наитеснейшим образом взаимосвязан со средой. Под средой понимают совокупность конкретных абиотических и биотических факторов условий, в которых обитает данная особь популяция, вид. Эти взаимосвязи организма и среды складываются и изменяются в процессе эволюции. Развитие каждого конкретного организма — это, по сути, формирование фенотипа совокупности внешних и внутренних признаков, или реализация генотипа в конкретных условиях среды. Фенотип организма не только обусловлен генотипом, обеспечивающим материальную преемственность между поколениями, но и зависит от факторов внешней среды, в которой формируется и существует данный организм. В течение всего онтогенеза происходит взаимодействие между генотипом и факторами среды, которые в конечном счёте и детерминируют все биологические признаки данного организма.

Существуют признаки, обусловленные исключительно факторами среды. Например, количество эритроцитов в циркулирующей крови у людей с разнообразными генотипами прямо зависит от высоты местности проживания над уровнем моря: с увеличением высоты их число у всех возрастает. Тем не менее сама способность к изменению числа эритроцитов в зависимости от парциального давления кислорода в атмосферном воздухе обусловлена генетически. Однако подобные крайние случаи очень редки.

В большинстве случаев различия особей определяются факторами обеих групп — наследственными и средовыми. Так, различия в росте обусловлены как генетически, так и конкретными средовыми факторами климат, характер питания и т.п..Значительными могут быть влияния абиотических факторов, или условий среды атмосферное давление, излучение, температура, влажность, газовый состав, степень освещённости и др.. При снижении температуры с +20° до +15°С зародыши лягушки не могут развиваться дальше стадии ней-рулы. Прекращение доступа кислорода к эмбриону аскариды приостанавливает его развитие. Такие реакции позволяют характеризовать подобные изменения внешней среды как неблагоприятные. К последним можно отнести также действие сильных доз облучения.

Если неблагоприятные изменения будут сопутствовать многим поколениям, то может произойти отбор на повышение сопротивляемости этим факторам, при условии, что такие организмы из поколения в поколение не будут погибать. В процессе эволюции выработались приспособления, уменьшающие зависимость развивающегося организма от прямого воздействия факторов среды. Эмбрион характеризуется определённой степенью автономности, которая увеличивается уболее высокоорганизованных животных и достигает максимума у млекопитающих. Эмбрион млекопитающих, развиваясь в утробе материнского организма и осуществляя опосредованную взаимосвязь с внешней средой через плаценту, максимально защищен от прямого действия факторов среды. Его развитие характеризуется максимальной автономизацией.

Критические периоды в онтогенезе смотри тетрадь

На протяжении беременности выделяют несколько критических периодов, когда воздействие неблагоприятных факторов на плод наиболее опасно.

Первый критический период – 7–14 день после оплодотворения (имплантация зиготы в слизистую матки).

Основные вредные факторы, нарушающие процесс имплантации, – это ионизирующая радиация, перегревание, кислородная недостаточность.

Второй критический период – 3–6 неделя беременности, когда идет наиболее интенсивная закладка ЦНС (15–25 день), органов зрения (24–40 день), сердца (20–40 день). Поэтому воздействие неблагоприятных факторов в эти периоды скажется позднее в виде аномалий развития той или иной системы.

Во второй половине беременности чувствительность плода к вредным факторам снижается. Однако последние недели внутриутробной жизни плода также наиболее опасны, так как в этот третий критический период быстро увеличивается масса плода, а рост плаценты прекращается. Поэтому осложнения течения беременности в этот период могут отразиться на завершении формирования некоторых органов (половых, мочевыводящих и др.).

Тератогенез – возникновение пороков развития у плода под влиянием тератогенных факторов радиация, химические, лекарственные вещества, инфекции

Канцерогенез – сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли.

Нарушения естественного хода эмбриогенеза приводят к формированию пороков развития.

Пороки развития – стойкие отклонения в строении органа или целого организма, приводящие к функциональным расстройствам.

Аномалия развития синоним порока развития , НО это такие пороки, при которых анатомические изменения не приводят к существенному нарушению функций. пример: деформация ушных раковин

Генетические пороки – в основе мутационные изменения наследственного материала.

Экзогенные пороки – в основе действие повреждающих внешник факторов.

Мультифакториальные пороки – сочетание генетических и внешних факторов.

Первичные пороки –возникают под воздействием тератогенных факторов.

Вторичные пороки – являются осложнениями первичных.

Аплазия гипоплазия – отсутствие недоразвитие органа

Гипо- гипер трофия – уменьшение увеличение массы органа

Гетеротопия – нетипичная локализация группы клеток или органа

Гетероплазия – нарушение дифференцировки тканей

Стеноз атрезия – сужение отсутствие канала полового органа.

62)

Врождённые аномалии и пороки развития. Определение, классификация, механизмы возникновения: гаметопатии, бластотопатии,эмбриопатии и фетопатии, механизмы и причины их возникновения.Тератогенез. Примеры

Классификация. Смотри тетрадь 3 страница 30

Механизмы возникновения. Смотри тетрадь 3 страница 78.

Значение нарушений частных и интегративных механизмов онтогенеза в формировании ВПР.

Повреждающее действие во время имплантации приводит к ее нарушению, ранней смерти зародыша и его абортированию. По некоторым данным, 50—70% оплодотворенных яйцеклеток не развиваются в период имплантации. По-видимому, это происходит не только от действия патогенных факторов в момент начавшегося развития, но и в результате грубых наследственных аномалий.

Действие тератогенных факторов во время эмбрионального с 3 до 8 нед периода может привести к врожденным уродствам. Чем раньше возникает повреждение, тем грубее бывают пороки развития. Развивающийся организм можно уподобить большому вееру. Достаточно небольших нарушений у его основания, чтобы вызвать большие изменения во всем веере. При действии тератогенных факторов в фетальном периоде возникают малые морфологические изменения, задержка роста и дифференцировки, недостаточность питания плода и другие функциональные нарушения.

У каждого органа есть свой критический период, во время которого его развитие может быть нарушено. Чувствительность различных органов к повреждающим воздействиям зависит от стадии эмбриогенеза.

Факторы, оказывающие повреждающее воздействие, не всегда представляют собой чужеродные для организма вещества или воздействия. Это могут быть и закономерные действия среды, обеспечивающие обычное нормальное развитие, но в других концентрациях, с другой силой, в другое время. К ним относят кислород, питание, температуру, соседние клетки, гормоны, индукторы, давление, растяжение, электрический ток и проникающее излучение.

63)

Понятие о гомеостазе. Общие закономерности гомеостаза живых систем. Генетические, клеточные и системные основы гомеостатических реакций организма. Роль эндокринной и нервной систем в обеспечении гомеостаза и адаптивных реакций.

Гомеостаз-способность сохранять относительное динамическое постоянство внутренней среды. Г.-свойство, выработавшееся в процессе эволюции и генетически закрепленное. Г. Выражается в относительном постоянстве химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций в организмах растений, животных, человека. Г. Каждого индивидуума специфичен и обусловлен его генотипом.

Виды гомеостаза: генетический гомеостаз — это поддержание генетического постоянства внутренней среды организма. Структурный гомеостаз — это постоянство и целостность морфологической организации организма. Гомеостаз системы крови – это способность организма поддерживать постоянство химического состава и свойств жидкой, внеклеточной его части внутренней среды организма кровь, лимфа, тканевая жидкость, омывающая клетки.

.Регуляторные гомеостатические механизмы функционируют на клеточном, органном, организменном и надорганизменном уровнях. Живые организмы представляют собой открытые системы, имеющие множественные связи с окружающей средой. Эти связи осуществляются через нервную, пищеварительную, дыхательную, выделительную системы. Поток веществ и энергии, наблюдаемый в организме, обуславливает самообновление и самовоспроизведение на всех уровнях от молекулярного до организменного и популяционного. Изменения в окружающей среде вызывают прямо или опосредованно какие-то изменения в функциях организма. Таким образом, понятие гомеостаза не связано со стабильностью процессов.

Установление гомеостаза клеточной среды обеспечивается мембранными системами, с

которыми связаны биоэнергетические процессы и регулирование транспорта веществ в клетку и из нее. В основе реакций осуществляемых в клетке на ультраструктурном уровне лежат генетические механизмы гомеостаза. Важнейшее свойство живого – самовоспроизведение – основано на процессе редупликации днк. Репарация играет важнейшую роль в восстановлении структуры генетического материала и сохранении нормальной жизнеспособности клетки. При повреждении механизмов репарации происходит нарушение гомеостаза, как на клеточном, так и на организменном уровне. Важным механизмом сохранения гомеостаза является диплоидное состояние соматически клеток у эукариот. Диплоидные клетки отличаются большей стабильностью функционирования, так как наличие у них двух генетических программ повышает надежность генотипа. Стабилизация сложной системы генотипа обеспечивается явлениями полимерии. Большую роль в процессах гомеостаза играют регуляторные гены, контролирующие активность оперонов. Системным механизмам гомеостаза обеспечивается взаимодействием важнейших регуляторных систем: нервной, эндокринной и иммунной. Изучение физиологических механизмов гомеостаза требует использование некоторых понятий кибернетики. С точки зрения кибернетики живой организм представляет собой сложную управляемую систему, в которой постоянно происходит взаимодействие многих переменных как внешней, так и внутренней среды. Входные переменные в системе различным образом изменяются и превращаются в выходные переменные. Этот процесс осуществляется посредством механизма обратной связи.

Эндокринная система играет важную регуляторную роль в организме. Гормоны, выделяемые железами внутренней секреции, оказывают влияние на различные стороны обменных процессов обеспечивающих гомеостаз. Для сохранения гомеостаза необходимо уравновешивание функциональной активности железы с концентрацией гормона находящегося в циркулирующей крови. Высшим центром регуляции эндокринных функций является подбугорная область – гипоталамус. Именно здесь происходит интеграция нервных и эндокринных элементов в общую нейроэндокринную систему.

Особенность нервной регуляции состоит в быстроте наступления ответной реакции причем эффект ее проявляется непосредственно в том месте куда поступает по соответствующей иннервации этот сигнал; реакция кратковременна. В эндокринной системе регуляторные влияния связаны с действием гормонов разносимых с кровью по всему организму; эффект действия длительный и не имеет локального характера.

64)

Регенерация как процесс поддержания целостности биологических систем. Физиологическая регенерация, её значение. Фазы, механизмы регуляции. Значение регенерации для биологии и медицины

Регенерация — процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Следовательно она является важным процессом для поддержания биологических систем.

Физиологическая регенерация — восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма.

Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Поддерживается структурный гомеостаз, обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Является проявлением свойства жизни, как самообновление обновление эпидермиса кожи, эпителия слизистой кишечника.

Фазы регенерации:

Фаза пролиферации – происходит увеличение числа клеток или ультраструктур, эта фаза осуществляется за счет факторов роста : тромбоцитарного, эпидермального, фибробластического. Макрофагального и лимфоцитарного.

Фаза дифференцировки – молодые клетки созревают, происходит их структурно-функциональная специализация.

Регуляция регенерации.

Факторы, регулирующие регенерацию:

1. Гуморальные факторы – вещества выбрасываются в кровь и сдерживают пролиферацию, повышают синтез ДНК, снижают митотическую активность

2. Гормоны — биологически активные вещества

а соматотропный гормон гипофиза – стимулирует пролиферацию и активную регенерацию

б минералокортикоиды – стимулируют , а глюкокортикостероиды – сдерживают воздействие а регенерацию

в гормоны щитовидной железы стимулируют процесс регенерации

3. Медиаторы — индикаторы метаболических процессов

4. Кейлоны — это вещества гликопротеидной природы, которые синтезируются соматическими клетками, основная функция — торможение клеточного созревания

4. Антагонисты кейлонов — факторы роста

5. иммунные факторы – лимфоциты выполняют информационную роль, Т лимфоциты стимулируют эффект заживления, а В лимфоциты угнетают

6. нервные механизмы регуляции прежде всего связаны с трофической функцией нервной системы.

Проблема регенерации представляет первостепенный интерес для медицины, особенно для восстановительной хирургии

Р. в медицине. Различают физиологическую, репаративную и патологическую Р. При травмах и др. патологических состояниях, которые сопровождаются массовой гибелью клеток, восстановление тканей осуществляется за счёт репаративной восстановительной Р. Если в процессе репаративной Р. утраченная часть замещается равноценной, специализированной тканью, говорят о полной Р. реституции; если на месте дефекта разрастается неспециализированная соединительная ткань, — о неполной Р. субституции, или заживлении посредством рубцевания. В ряде случаев при субституции функция

восстанавливается за счёт интенсивного новообразования ткани аналогичной погибшей в неповрежденной части органа. Это новообразование происходит путём либо усиленного размножения клеток, либо за счёт внутриклеточной Р. — восстановления субклеточных структур при неизмененном числе клеток сердечная мышца, нервная ткань. Возраст, особенности обмена веществ, состояние нервной и эндокринной систем, питание, интенсивность кровообращения в поврежденной ткани, сопутствующие заболевания могут ослабить, усилить или качественно изменить процесс Р. В некоторых случаях это приводит к патологической Р. Её проявления: длительно незаживающие язвы, нарушения срастания переломов костей, избыточные разрастания тканей или переход одного типа ткани в другой см. Метаплазия. Лечебные воздействия на процесс Р. заключаются в стимуляции полной и предотвращении патологической Р.

65)