Жизнь тканей и органов вне организма. Значение метода культуры тканей в биологии и медицине. Клиническая и

Биологические ритмы. Классификация биоритмов. Мультиосцилляторная модель регуляции биологических ритмов.

Медицинское значение хронобиологии. Принципы хронотерапии.

Биологические ритмы. В эволюции выработалась способность организмов ориентиро­ваться во времени, которая позволяет согласовывать скорость и нап­равление главных физиологических процессов с закономерными и прежде всего циклическими изменениями условий обитания. Меха­низмы, лежащие в основе указанной способности, объединяют под общим термином «биологические часы». Внешним проявле­нием функционирования таких часов служат ритмические колебания функций организма — биологические ритмы. Область био­логии, изучающая закономерности временной организации живых систем, называется хронобиологией.

Циклические изменения характеризуют различные процессы на клеточном, тканевом, органном и организменном структурных уров­нях. Так, с определенной периодичностью изменяется содержание гликогена в клетках печени, количество клеток, редуплицирующих ДНК или делящихся митозом, происходит вылет имаго из куколок у плодовых мух или свечение одноклеточной водоросли Оопуаи1ах, обусловливающее свечение морской воды. Многочисленны примеры таких изменений у растений: поднимание и опускание листьев или движение лепестков в зависимости от времени суток, опорожнение спор из спорангиев у грибов и водорослей.

Биологические ритмы различаются продолжительностью цикла. Околочасовые ритмы характеризуют временную организа­цию некоторых внутриклеточных метаболических процессов, например синтез и выделение белкового секрета клетками некоторых желез. Их изучение начато сравнительно недавно. Изменения растений и животных в связи со сменой времен года, издавна привлекавшие внимание людей, являются примером ритмов с годовой периодичностью.

Интенсивно изучаются суточные (циркадные)ритмы, которые заключаются в закономерных изменениях физиологических показателей организма в зависимости от времени суток.

Суточные ритмы многих физиологических процессов являются эндогенными, т. е. определяются механизмами, действующими в самом организме. В пользу этого говорит, например, сохранение ритма, зависящего от фотопериодичности, даже после помещения организма в условия постоянного освещения. Так, мыши, существуя в течение нескольких поколений при постоянном освещении, по возвращении в условия чередования света и темноты, воспроизводили нормальную суточную периодичность двигательной активности.

Суточные ритмы реагируют на действие внешних факторов, прежде всего чередование света и темноты, высоких и низких температур. При этом изменяется положение фаз ритмических изменений. У челове­ка, например, при переходе к образу жизни, противоположному обычному (бодрствование ночью, сон днем), через 9—10 сут наблюда­ется смена фаз ритма колебаний температуры тела. Внешние факторы способствуют выявлению эндогенных суточных ритмов путем синхро­низации ритмических изменений отдельных клеток или особей. Например, в популяциях плодовых мух, выдерживаемых в постоянных условиях освещения, регистрируется непериодический вылет имаго из куколок. После воздействия светом благодаря синхронизации процесс становится периодическим. Таким образом, внешние факторы могут служить указателем времени.

Средняя длина периодов суточных ритмов у растений варьирует от 22 до 28 ч, у животных в большинстве случаев этот показатель уклады­вается в пределы 23—25 ч. Существуют определенные индивидуальные колебания длины периодов. При постоянных условиях длительность цикла активности у четырех мышей составила в одном из опытов от 25,0 до 25,4 ч.

Эндогенные суточные ритмы ограничивают осуществление тех или

иных функций определенным временем суток. Это имеет большое приспособительное значение, так как приводит организм в состояние «готовности» по отношению к ожидаемым условиям среды в опреде­ленное время. Так, вечерние прыжки лососей, требующие соответству­ющего энергетического подкрепления, совпадают с максимумом активности поедаемых насекомых. Благодаря эндогенному ритму организмы сохраняют экологически целесообразную ориентировку во времени суток, несмотря на периодическое выключение внешних указателей времени, например в связи с непогодой.

Хронобиология представляет собой интенсивно развивающуюся область науки, однако до сих пор нет отчетливого понимания механизма биологических часов или способов сопряжения эндогенных ритмов и циклических изменений внешних факторов. Между тем познание указанного механизма имеет большое значение, например для выбора оптимального режима активности человека. Так, ночная работа в режиме «12-часовая смена, 24-часовой отдых» менее благоприятна, чем многонедельная ночная работа, укладывающаяся в суточный ритм. Данные о суточном ритме клеточной пролиферации используются при выборе времени назначения лекарств, действующих на делящиеся клетки, например в онкологических клиниках.

биологическая смерть. Реанимация.

Жизнь тканей и органов вне организма. Культурой тканей называется метод, дающий возможность выращи­вать вне организма кусочки тканей и да­же отдельные клетки. На теоретическую возможность такого метода указал А. Е. Голубев еще в 1874 г., а применил его впервые И. П. Скворцов в 1885 г. Ме­тоды культуры тканей были усовер­шенствованы американскими биоло­гами Г. Гаррисоном в 1907 г. и Д. Кар-релем в 1910 г. и нашли широкое рас­пространение в лабораториях многих стран.

Для культуры тканей небольшие ку­сочки органов или суспензию клеток в строго стерильных условиях выде­ляют, из организма, помещают в стек­лянные камеры на специально приго­товленные стерильные питательные среды и создают необходимый темпе­ратурный режим. После некоторого пе­риода покоя клетки в культуре начи­нают интенсивно размножаться. Пи­тательный материал для роста ткань получает из среды; в нее же поступают продукты жизнедеятельности. Накоп­ление их приводит культуру к старе­нию. Образующиеся клетки становят­ся мельче. Если своевременно не сде­лать пересев (пассаж) в свежую среду, ткань погибает.

Интенсивность роста клеток в куль­туре тканей очень велика.

Культуры тканей используют в на­учных исследованиях для выяснения многих вопросов теоретической и прак­тической биологии и медицины. Так, с помощью культуры тканей были де­тально изучены все стадии митоза. Этот метод был применен также для изучения дифференцировки клеток во время эмбрионального развития орга­нов млекопитающих и птиц. Культуры тканей используют для решения мно­гих вопросов цитологии, гистологии, эмбриологии, физиологии, онкологии, генетики.

Клеточные культуры широко при­меняют для изучения действия раз­личных повреждающих факторов на генетический аппарат клеток, для ис­следования ферментных систем клетки.

Клеточные культуры используют для производства некоторых биологически активных препаратов: ферментов, ан­тител. Так можно размножать вирусы гриппа, полиомиелита, клещевого эн­цефалита, что необходимо для получе­ния профилактических сывороток. Большое практическое значение имеет культивирование клеток костного мозга.

Клиническая и биологическая смерть. У высших многоклеточных ор­ганизмов смерть — не одномоментное событие. В этом процессе различают два этапа — клинической и биологиче­ской смерти. Признаком клинической смерти служит прекращение важней­ших жизненных функций: потеря со­знания, отсутствие сердцебиения и ды­хания. Однако в это время большинство клеток и органов еще остаются живы­ми, в них еще совершаются процессы самообновления, их метаболизм еще упорядочен. Лишь постепенно насту­пает биологическая смерть, связанная с прекращением самообновления, хими­ческие процессы становятся неупоря­доченными, в клетках происходит аутолиз (самопереваривание) и разло­жение. Эти процессы происходят в раз­личных органах с неодинаковой ско­ростью, которая определяется степе­нью чувствительности тканей к нару­шению снабжения их кислородом. Нервные клетки коры мозга являются наиболее чувствительными, в них не­кротические изменения происходят уже через 5—6 мин, при более длительном прекращении дыхания и кровообра­щения наступают необратимые изме­нения в клетках коры

большого мозга. Некоторым больным после этого уда­ется восстановить сердечную деятель­ность, дыхание и другие функции, но сознание не восстанавливается. С це­лью удлинения периода клинической смерти используют обшее. охлаждение организма. Гипотермия, замедляя об­менные процессы, обеспечивает боль­шую устойчивость к кислородному го­лоданию.

Так, при снижении температуры те­ла до 24—26° срок клинической смерти у собак удлиняется до 1 ч, а у обезьян до 30 мин. В эксперименте возможно и более глубокое и длительное охла­ждение.

Реанимация. Изучение процес­са умирания организма привело к за­ключению, что между жизнью и смер­тью существует переходное состояние — клиническая смерть, когда признаки жизни уже не наблюдаются, но ткани еще живы. Следовательно, в это время еще есть возможность возвратить ор­ганизм к жизни.

Разумеется, вернуть к жизни из состояния клинической смерти можно лишь тогда, когда не повреждены жиз­ненно важные органы. Оживление воз­можно при наступлении смерти от кровопотери, поражения электрическим то­ком, утопления и других причин, не связанных с повреждением жизненно важных органов. В случае смерти от рака, далеко зашедшего туберкулеза, повреждений сердца и т. д. период клинической смерти также имеется, поэтому теоретически оживление воз­можно, но организм уже настолько раз­рушен заболеванием, что не будет жизнеспособным. Как показывают ра­боты по оживлению, оно возможно у человека лишь в тех случаях, когда с момента начала клинической смерти прошло не более 6—7 мин. После это­го начинаются уже необратимые про­цессы в коре большого мозга.

Успехи хирургии, особенно грудной и, в частности, операций на сердце, в большой мере связаны с широким внедрением принципов реанимации в клинику. Операции, на которые до середины XX в. хирург решался редко в силу частой смерти больных, нашли широкое распространение. Методы реа­нимации применяются не только в хи­рургической практике, но и при раз­личных угрожающих состояниях в любой области практической меди­цины.

Дата добавления: 2015-04-24