ОСНОВИ МЕДИЧНОЇ БІОЛОГІЇ - 2012

Постнатальний період онтогенезу. Біологічні механізми підтримання гомеостазу організму. Постембріональний період онтогенезу, його періодизація

Постембріональним називають період онтогенезу від моменту народження (або після виходу з яйцевих і зародкових оболонок) і до смерті. Його поділяють на три періоди - ювенільний, зрілий і період старості. Ювенільний - період до статевого дозрівання; зрілий - період дорослого, зрілого стану; за зрілим періодом настає період старості, якій закінчується смертю. За іншою класифікацією, у постембріональному періоді виділяють дорепродуктивний, репродуктивний (дітородний) і пострепродуктивний періоди.

Процеси росту та диференціювання в постнатальному періоді

Ріст проявляється в прогресивному збільшенні розмірів і маси організму за рахунок приросту органічної речовини. Розрізняють наступні типи росту: ізометричний, алометричний, обмежений і необмежений. Ізометричним називають ріст, при якому певний орган росте з тією ж швидкістю, як й інші частини тіла. У таких випадках пропорції тіла в різні вікові періоди однакові. Такий тип росту має місце в риб. Алометричним називають ріст, при якому певний орган росте з іншою швидкістю, ніж решта частин тіла. При цьому ріст організму веде до зміни його форми і пропорцій (ссавці). Необмежений ріст продовжується протягом усього життя (молюски, земноводні, рептилії), обмежений — до досягнення певного віку (комахи, птахи, ссавці). Для людини характерний алометричний, обмежений ріст .

В онтогенезі відбувається чергування періодів росту і диференціювання. Періоди депресії росту супроводжуються посиленим диференціюванням і навпаки. У процесі індивідуального розвитку показники росту змінюються. У людини після народження найбільш інтенсивний ріст спостерігається на першому році життя, коли довжина тіла дитини збільшується в середньому на 23-25 см. На другому році життя темп росту сповільнюється, але лишається ще високим (10-11 см). Потім ріст уповільнюється. З 11-12 років у дівчат і з 13-14 років у хлопчиків до 16-17 років спостерігається останнє різке збільшення росту (7-8 см у рік) - пубертатний (підлітковий) стрибок, пов'язаний з процесом статевого дозрівання.

Ріст - кількісна ознака, яка контролюється кількома генами (полігенне успадкування), а також залежить від умов, в яких відбувається розвиток. Про наявність генетичного контролю росту свідчить той факт, що розміри організмів є видовою ознакою.

На процеси росту і розвитку впливають численні ендо- (наприклад, спадковість) і екзогенні (соціально-економічні) фактори. Серед параметрів соціального фактора важливе значення мають харчування, праця, сімейно-побутові умови, урбанізація, імунізація, захворюваність та ін. У "голодні" роки спостерігається затримка росту. На ріст і розвиток впливає весь комплекс соціально-економічних факторів, які оточують дитину. Існують статеві і расові відмінності в реакції на зміну умов життя. Так, ріст у дівчаток більш стійкий до недоїдання, ніж у хлопчиків. Тривале голодування в дитинстві веде в європейця до зменшення довжини тіла без порушення пропорцій. В японців за тих самих умов відбувається відносне подовження тулуба і вкорочення ніг, в африканців - навпаки.

На ріст і розвиток людини впливають і деякі патологічні стани (наприклад, порушення генетичного матеріалу при змінах кількості статевих хромосом). При синдромі Шерещевського -Тернера різко пригнічується соматичне та статеве дозрівання, а при синдромі XYY чоловіки мають високий ріст та добре розвинену мускулатуру. На процеси розвитку мають вплив відхилення у функціонуванні ендокринних залоз (карликовість, гігантизм та ін.).

В результаті процесів росту та розвитку формується конституція людини. Конституція - це комплексна біологічна характеристика людини, варіант адаптивної норми, що відображає резистентність організму до факторів середовища. Конституцію складають найважливіші параметри статури, фізіологічні та психофізіологічні показники. Дослідження конституційних типів має широке біологічне і прикладне медичне значення. Чітко виявлений зв’язок між типами конституції та схильністю до захворювань.

Нейрогуморальна регуляція процесів росту і розвитку.

Регуляція росту складна. Важливе значення мають генетична конструкція і факори зовнішнього середовища. Реалізація ж генетичної інформації значною мірою залежить від дії гормонів.

Ріст регулюється гормоном росту - соматотропним гормоном (СТГ або соматотропіном), який виробляється передньою долею гіпофізу. При зниженій функції передньої долі гіпофізу в дитячому віці розвивається гіпофізарна карликовість (нанізм), пропорції тіла при цьому не порушуються. Зниження синтезу СТГ веде до статевого недорозвинення. У таких карликів дитячі риси обличчя, недорозвинені вторинні статеві ознаки. Підвищення секреції передньої долі гіпофізу веде до збільшенням росту - гігантизму (у чоловіків понад 2 м). Припинення секреції соматотропного гормону співпадає із статевим дозріванням. Якщо ж цей гормон виділяється в зрілому віці, то спостерігається акромегалія - патологічний ріст окремих органів (розростання кісток кисті, стопи та обличчя).

Для нормального росту і розвитку необхідні також гормони щитоподібної залози - тироксин, трийодтиронін. У людини при недостатній функції щитоподібної залози в дитячому віці розвивається кретинізм, який характеризується психічним недорозвиненням, затримкою росту, статевого розвитку, порушенням пропорцій тіла (трубчасті кістки - короткі і товсті).

Статеві залози утворюють ряд статевих гормонів (сексгормонів) - чоловічих і жіночих. Чоловічі статеві гормони (андрогени, з них основний - тестостерон) синтезуються в інтерстиціальних клітинах сім'яників. Забезпечують розвиток вторинних статевих ознак, репродуктивну функцію чоловічого організму (сперматогенез). Жіночі статеві гормони (естрогени, прогестагени) утворюються в фолікулах яєчників, забезпечують розвиток вторинних статевих ознак, беруть участь у реалізації репродуктивної функції жіночого організму (роблять можливим запліднення, розвиток зародка, нормальне протікання вагітності та пологів).

Системні механізми гомеостазу в людини на рівні організму

Гомеостаз — властивість живих організмів підтримувати відносну динамічну сталість свого внутрішнього середовища, незважаючи на мінливість умов навколишнього середовища. Цей термін запровадив американський фізіолог У. Кеннон у 1932 р. Основу гомеостазу складають механізми, які виникли в процесі еволюції і тому закріплені генетично. Гомеостатичні механізми забезпечують певну незалежність організму від навколишнього середовища. Ефективність гомеостазу багато залежить від генотипів особин, різноманітність яких у межах генофонду виду пояснює індивідуальні відмінності норми реакції на одну і ту ж зміну навколишнього середовища.

Живі організми є відкритими саморегулюючими системами. Вони автоматично включають і виключають процеси, які підтримують гомеостаз. Взаємозв'язок між окремими ланками системи здійснюється за допомогою сигналів. Сигналом є зміна, що виникла в якійсь ланці системи. У відповідь на сигнал включається певний процес, що відновлює порушену властивість системи. Кожна система органів бере участь у забезпеченні гомеостазу. Розглянемо ендокринні, нервові й імунні механізми гомеостазу.

Ендокринні механізми гомеостазу. Ендокринна система складається із залоз внутрішньої секреції (ендокринних). Ці залози виробляють хімічні сигнали - гормони. Гормони безпосередньо надходять у кров і лімфу і розносяться по всьому організму, але реагують на них лише компетентні клітини, які мають рецептори до цих сигналів. Центральною ендокринною залозою організму людини та вищих тварин є гіпофіз, який контролює ендокринну діяльність більшості підпорядкованих (периферичних) залоз. Так, при підвищенні в крові рівня тиреоїдного гормону пригнічується тиреотропна (збуджує щитоподібну залозу) функція гіпофіза і зменшується активність щитоподібної залози. Бувають випадки, коли в організмі збільшується активність щитоподібної залози (гіперфункція), підвищується основний обмін, підсилюються окислювальні процеси, але від'ємний зворотний зв'язок не виникає, гіпофіз не реагує на надлишок гормону щитоподібної залози і не гальмує її активність. У результаті гомеостаз не відновлюється і розвивається відхилення від норми - тиреотоксикоз. У свою чергу функціональна активність гіпофізу регулюється нейроендокринними клітинами спеціальних ядер гіпоталамуса.

Нервові механізми гомеостазу. Нервова система регулює функції організму, узгоджує між собою роботу клітин, тканин, органів та їхніх систем, забезпечує взаємозв'язок організму з навколишнім середовищем. Принцип роботи нервової системи - рефлекторний. Нейрони-рецептори сприймають сигнали, кодують їх у формі електричних імпульсів і передають до інших клітин і органів, які здатні відповідати на них. Нервова і ендокринна система діють координовано. Центрами координації є гіпоталамус і гіпофіз.

Імунні механізми гомеостазу. У процесі еволюції організм виробив неспецифічні і специфічні механізми захисту від бактерій, вірусів, найпростіших, гельмінтів - збудників захворювань людини. До неспецифічних захисних механізмів належать: бар'єрні властивості неушкодженої шкіри і слизових оболонок, антимікробні властивості лізоциму слини, фагоцитоз, відкритий І.І. Мечниковим. Специфічні захисні реакції забезпечуються імунною системою. Імунна система найбільш повно вивчена в ссавців і людини. До її складу входять: вилочкова залоза (тимус), кістковий мозок, селезінка, лімфатичні вузли, лімфоїдні скупчення. Основним діючим елементом цієї системи є лімфоцит (різновид лейкоцитів). Функція імунної системи - захист організму від генетично чужорідної інформації, підтримання імунологічного гомеостазу. Спосіб захисту організму від генетично чужорідної інформації називають імунітетом. Носіями чужорідної генетичної інформації можуть бути як зовнішні агенти (бактерії та їх токсини, віруси, гельмінти та їх токсини, інші організми та їх клітини, деякі синтетичні полімери), так і власні мутантні соматичні клітини (наприклад, клітини злоякісних пухлин). Усі вони несуть антигени. Антигени - високомолекулярні сполуки, які є генетично чужорідними для даного організму і здатні викликати імунну відповідь. Антигени вибірково взаємодіють з рецепторами лімфоцитів, викликають синтез антитіл і специфічно реагують з ними.

Формування системи імунного захисту починається з утворення Т- і В-лімфоцитів. Т-лімфоцит утворюється в тимусі з клітини-попередниці з кісткового мозку. В-лімфоцит також формується з клітинних елементів кісткового мозку. Основна властивість Т- і В-лімфоцитів - здатність до специфічного розпізнавання антигена. Специфічна імунна відповідь має два типи - клітинний і гуморальний (клітинний і гуморальний імунітет). Клітинний тип полягає втому, що імунна відповідь забезпечується переважно активністю Т- клітин. Розрізняють декілька видів Т-клітин (субпопуляцій): 1) Т-хелпери (помічники); 2) Т-супресори (пригнічують імунну відповідь,); 3) Т-ефектори, або Т-кілери (лімфоцити - "вбивці", які виробляють цитотоксичні речовини); 4) Т-контрсупресори (їхня дія протилежна дії Т-супресорів). Головними елементами гуморальної імунної відповіді є антитіла. Антитіла - це імуноглобуліни (Ig), які специфічно зв'язуються з антигенами. Антитіла синтезуються плазмоцитами, що походять від В-клітин. Ця форма реакції має місце в основному при антибактеріальному імунітеті. Імуноглобуліни (антитіла) зв'язують своїми активними центрами бактеріальні антигени і перешкоджають їх розмноженню або нейтралізують бактеріальні токсини.

Особливості постнатального періоду розвитку людини в зв'язку з її біосоціальною організацією

У процесі ембріонального розвитку людина підкоряється біологічним законам і з'являється на світ як особливо організована істота із сукупністю біологічних передумов (високорозвинений головний мозок) для розвитку її соціальної сутності. У соціальному відношенні діти в минулому швидше дозрівали (раніше вступали в суспільне виробництво для здобування їжі). З вступом у соціальні взаємозв'язки формується свідомість. Якщо генетично повноцінні діти попадають після народження в джунглі, де вони знаходяться серед звірів, вони лишаються позбавленими соціальних рис, у тому числі мови, свідомості (в Індії описано близько 40 випадків). У той же час глухонімі і сліпі від народження (мають лише дотик, нюх і смак) у результаті виховання, праці і навчання в людському суспільстві стають повноцінними людьми.

Старість як завершальний етап онтогенезу людини

Старість - закономірний етап онтогенезу, який завершується смертю. Старіння - процес прогресуючого незворотного зниження життєздатності організму після досягнення ним зрілості. Біологічна роль старіння полягає в тому, що воно робить неминучою смерть, без якої не було б зміни поколінь - однієї з головних передумов еволюційного процесу. Старіння зачіпає всі рівні структурної організації особини - молекулярний, субклітинний, клітинний, тканинний, органний. Зовнішні ознаки старості: згорблена постать, сивина, облисіння, шкіра тоншає і втрачає еластичність, випадають зуби, послаблюються працездатність і пам'ять. Внутрішні ознаки старості: зменшуються розміри внутрішніх органів, знижується функціональна здатність всіх систем (нервової, ендокринної, серцево- судинної, деградація сполучної тканини), обмін речовин, ферментативна і функціональна активність, звужується норма реакції і як наслідок - зменшується здатність організму адаптуватися до навколишнього середовища. У міокарді і нервових тканинах нагромаджується пігмент старіння — ліпофусцин.

Геронтологія (грец. geron - стара людина) - наука про старіння. Геріатрія, або геріатрична медицина (грец. iatros -лікар) - розділ геронтології, який вивчає хвороби людей похилого і старечого віку.

Проблема старіння багатогранна. Біологічні аспекти старіння пов'язані з роллю спадковості і середовища в процесах старіння; медичні аспекти-з множинним проявом патологій у людей похилого і старечого віку, які одночасно хворіють на кілька хвороб. Соціальні аспекти старіння пов'язані зі зміною демографічної структури населення в бік зростання числа осіб похилого віку, збільшення відсотку непрацюючих.

Теорії старіння

Існує понад 200 теорій і гіпотез старіння. Одна з перших теорій старіння була запропонована 1.1.Мечниковим. Він розрізняв старість фізіологічну і патологічну, надаючи великого значення не тільки біологічним, але й соціальним факторам. I.I. Мечников вважав, що причина старіння - інтоксикація всього організму і особливо нервової системи отруйними продуктами життєдіяльності гнильних бактерій товстої кишки. Для продовження життя він рекомендував вживати в їжу болгарське кисле молоко, яке містить молочнокислі бактерії, які повинні витісняти гнильні бактерії кишечника. Теорія І.І. Мечникова має значення для боротьби з передчасним старінням, але вона не розкриває механізми фізіологічного старіння. Крім того, вона не пояснює причин старіння організмів, які не мають товстої кишки.

Важливу роль у розвитку геронтології відіграли роботи академіка О.О. Богомольця (1881-1946), який вважав, що причина старіння - порушення між тканинних систем співвідношень у організмі. Згідно з теорією О.О. Богомольця, основне значення в процесах старіння має стан сполучної тканини, яка, на його думку, забезпечує фізіологічну активність всього організму. Для стимуляції функції сполучної тканини він запропонував антирекуляторну цитотоксичну сироватку (АЦС). У 1938р. за ініціативою О.О. Богомольця у Києві була проведена перша конференція з проблем старості, профілактики передчасного старіння, що мало визначне значення у розвитку геронтології.

Велике поширення набули теорії, які вважали причиною старіння затухання функцій ендокринних залоз. Прихильником ендокринної теорії старіння був французький фізіолог Ш. Броун-Секар (1889), який головну роль у процесах старіння відводив статевим залозам. Для омоложения старих організмів робили пересадку статевих залоз від молодих організмів (С.О. Воронов, ін.). Але цей прийом не виправдав себе, тому що трансплантат розсмоктувався і ознаки старіння з'являлися знову.

І.П. Павлов та його учні вважали, що на процеси старіння впливає центральна нервова система і особливо кора головного мозку. Експериментально було доведено, що нервове перенапруження і "зриви" нервової діяльності в собак викликають передчасне старіння.

В.В. Фролькіс (Інститут геронтології, Київ) розробив адаптаційно-регуляторну теорію старіння. У процесі старіння відбувається мобілізація важливих адаптаційних механізмів, спрямованих на збереження життєдіяльності організму і збільшення тривалості життя. Проявом таких процесів є підвищення чутливості клітин до дії медіаторів і гормонів в умовах зниження синтезу цих речовин у старечому організмі. Спостерігається збільшення інтенсивності гліколізу, гіпертрофія деяких клітин, виникнення в них поліплоїдії, багатоядерності (клітини печінки).

Процес старіння регулюється генами. На користь генетичного контролю старіння говорить те, що максимальна тривалість життя є видовою ознакою. У людини виявлена позитивна кореляція між тривалістю життя нащадків і батьків, особливо матері. Описані спадкові хвороби з передчасним старінням. Наприклад, при синдромі Хатчінсона-Гілфорда (юнацька прогерія, або передчасне старіння в дитячому віці) уже на першому році життя спостерігається затримка росту, у дітей стареча зовнішність, рідке сиве волосся, пропорційний карликовий зріст, рано починається облисіння, на шкірі з'являються морщини, розвивається атеросклероз. Статева зрілість, як правило, не досягається, смерть настає у віці до 30 років. Тип успадкування хвороби - автосомно-рецесивний.

Гіпотези, які пояснюють механізми старіння можна об'єднати в дві групи - стохастичні і програмні. Згідно із стохастичними гіпотезами в основі старіння лежить нагромадження "помилок" і пошкоджень, які випадково (стохастично) виникають у процесі життєдіяльності індивідуума на різних рівнях його структурної організації. Прихильники різних варіантів таких гіпотез підкреслюють першорядну роль пошкоджень у генетичному апараті (гіпотеза нагромадження соматичних мутацій) або пошкодження біологічних молекул, включаючи РНК, ядерні і цитоплазматичні білки, ліпіди клітинних мембран (вільнорадікальна гіпотеза, гіпотеза пошкодження структури ферментів).

Згідно з програмними гіпотезами старіння генетично детерміноване, тобто інформація про початок і зміст його представлена в геномі клітин. На користь запрограмованості старіння говорить наявність у природі видів, в яких за розмноженням інтенсивно відбуваються зміни, що приводять тварин до загибелі. Так, після нересту гинуть тихоокеанські лососі (горбуша, нерка). Програмові гіпотези старіння ґрунтуються на припущенні, що в організмі функціонує своєрідний "годинник", у відповідності з яким здійснюються вікові зміни, механізм такого годинника точно не встановлений.

Підтвердженням наявності генетично закодованої "програми життя" є дослідження Л. Хейфліка (1965) на культурах фібробластів ембріонів. Ці культури дають стійке число генерацій (50± 10 поділів клітин), після чого культура неминуче гине. Необмеженою здатністю до проліферації характеризуються лише клітини зі зміненим спадковим апаратом (ракові клітини). Запрограмований час прояву деяких спадкових хвороб. Так, хорея Геттингтона (танець святого Вітта), типовим симптомом якої є сильний тремор (дрижання) голови і кінцівок, проявляється в середньому у віці 38-40 років, причому в чоловіків пізніше, ніж у жінок.

Гіпотеза теломерази. Теломери - це кінці плеч хромосом, які перешкоджають злипанню хромосом між собою і відповідають за правильну орієнтацію хромосом під час поділу клітини. З кожним поділом клітини довжина теломер зменшується в результаті втрати кінцевих ділянок ДНК і клітина втрачає здатність до поділу. У дітей, хворих на прогерію, довжина теломер настільки мала, що клітини дуже швидко втрачають здатність до поділу, а це, у свою чергу, прискорює процес старіння. В експерименті вчені змогли змінити хід процесу старіння в клітинах шляхом введення в ДНК генів, які відповідають за утворення фермента теломерази, який відіграє важливу роль у синтезі теломера. Теломераза (ДНК-нуклеотидилекзотрансфераза) - фермент, який відновлює кінці лінійних молекул ДНК хромосом короткими послідовностями (у хребетних TTAGGG), що повторюються. Теломераза стільки в гаметах і в плода, дорослі організми її не мають. У зв'язку зі зменшенням довжини теломер соматичні клітини ссавців мають обмежене число поділів і вступають у стан незворотного спокою, який називається "проліферативним старінням". Це спричинює сповільнення оновлення клітин, що зумовлює старіння організму.

Досліди з вивчення впливу на процес старіння умов життя дали позитивну відповідь. Середня тривалість життя збільшується в деяких безхребетних (планарія, дафнія) і хребетних при обмеженні харчового раціону. Загальний висновок про вплив умов життя полягає в тому, що фактори, які сповільнюють розвиток, сприяють збільшенню тривалості життя.

Тривалість життя й проблеми довголіття

Тривалість життя окремих видів генетично детермінована. Які б ідеальні умови не були створені для лабораторних мишей, вони живуть не більше 3-3,5 років, причому є лінії короткоживучих і довгоживучих. На середню тривалість життя фактори впливають суттєво, тоді як максимальну тривалість життя змінити дуже важко. Середня тривалість життя людини в різні епохи відрізнялася. Судячи по скелетах, близько 40 % неандертальців вмирали у віці до 14 років, 15 % — від 15 до 20 років і тільки 5 % — у віці близько 40 років і більше. Рідко доживали до 50 років і люди кам'яного віку. Протягом тисячоліть люди вмирали, не досягнувши старості. Рання дитяча смертність, масові епідемії, голод, тяжкі умови життя скорочували і в наступні століття середню тривалість життя. У даний час середня тривалість життя в економічно розвинутих країнах складає 71,1, у країнах, що розвиваються - 52,2 років. Причому жінки живуть у середньому на 3-5 років довше. Хоч середня тривалість життя в результаті успіхів медицини, покращання соціально-гігієнічних умов життя в економічно розвинутих країнах майже подвоїлася, максимальна тривалість життя лишилася майже незмінною.

Розрізняють хронологічний (календарний) і біологічний (фізіологічний) вік. Людей, хронологічний вік яких досяг 60-74 років, називають людьми похилого віку, 75-89 років - старечого віку, понад 90 років - довгожителями. Біологічний вік часто не відповідає календарному. Його оцінка ґрунтується на сукупності тестів (стан серцево-судинної, дихальної і нервової систем, здатність переносити фізичні навантаження тощо). Тривалість життя є результатом взаємодії зовнішніх і внутрішніх (генетичних) факторів. Враховуючи складний характер впливу генетичних і середовищних факторів на процес старіння, нелегко дати відповідь, як довго може жити людина. Якщо в розрахунках виходити з того, що середня тривалість життя ссавців у 5-8 разів перевищує тривалість дорепродуктивного періоду і прийняти тривалість дорепродуктивного періоду людини за 20-25 років, то біологічна тривалість життя може перевищувати 100 років і навіть наближатися до 150-200 років.

Завдання біології і медицини полягає в пошуках шляхів попередження зниження функціональної активності і підтримки здоров'я людини. Це завдання може бути розв'язане не лише на біологічній основі, але і з врахуванням соціальних факторів, які для людини мають велике значення. До факторів, які збільшують тривалість життя належать: 1) фізична активність (помірна фізична праця, заняття фізичною культурою і спортом), серед довгожителів немає лінивих людей; 2) раціональне харчування, зменшення калорійності їжі; 3) застосування антиоксидантів - речовин, які гальмують розвиток вікової патології, зменшують число мутацій (вітаміни Е, А, групи В, Р, амінокислоти: глютамінова, цистеїн, метіонін, інші речовини); 4) здоровий" спосіб життя, основу якого складає визнання нерозривної єдності Природи і Людини; 5) заміна хворих органів або клітинних комплексів.

Клінічна та біологічна смерть

Індивідуальний розвиток неминуче завершується смертю - незворотним припиненням життєдіяльності організму. У вищих тварин і в людини розрізняють природну і передчасну смерть. Природна, або фізіологічна, смерть настає в результаті природного старіння організму, передчасна, або патологічна, смерть — внаслідок хвороби чи нещасного випадку. Смерть внаслідок нещасного випадку може бути на будь-якій стадії онтогенезу. Смерть складається з двох етапів: 1) клінічна смерть і 2) біологічна смерть. Ознаки клінічної смерті - втрата свідомості, відсутність серцебиття і дихання. Проте більшість клітин і органів лишаються ще живими, їхній метаболізм ще впорядкований. Після клінічної смерті настає біологічна смерть, при якій метаболізм стає невпорядкованим, починається аутоліз клітин (самоперетравлення) і розкладання. Ці процеси відбуваються в різних тканинах з неоднаковою швидкістю. Першою гине кора головного мозку, незворотні зміни в якій настають через 5-7 хвилин з моменту клінічної смерті. Волосся, нігті ростуть ще кілька днів. Оскільки між життям і біологічною смертю існує клінічна смерть, то в цей проміжок часу можлива реанімація (оживлення організму) у випадку передчасної смерті, коли залишилися неушкодженими життєво важливі органи. Реанімація включає: штучне дихання, переливання крові, масаж серця, яке зупинилося. З метою продовження періоду клінічної смерті застосовують загальне охолодження організму (гіпотермія). Наука про оживлення організму називається реаніматологією.

Регенерація

Регенерація (грец. regeneratio - відновлення) - відновлення організмом пошкоджених, зношених або втрачених структур. Регенерація підтримує цілісність організму, його гомеостаз. Розрізняють фізіологічну, репаративну і патологічну регенерацію.

Фізіологічна регенерація - відновлення структур, втрачених у процесі нормальної життєдіяльності організму. Наприклад, еритроцити живуть 120 днів і кожної секунди відмирає 4 млрд. цих клітин і стільки ж утворюється нових в органах кровотворіння.

Репаративна (відновлювальна) регенерація — відновлення структур, пошкоджених або втрачених внаслідок патологічних змін, травм. Репаративна регенерація може бути типовою (гомоморфоз), коли відновлений після втрати орган не відрізняється від непошкодженого, і атиповою (гетероморфоз), коли відновлений орган за формою або структурою відрізняється від нормального. Прикладом типової регенерації може бути відновлення кінцівки в тритона, аксолотля, атипової - утворення замість кінцівки в деяких ящірок хвостоподібного придатка.

До репаративної регенерації належать: епіморфоз, морфалаксис, ендоморфоз.

Епіморфоз - відростання втраченого органа від поверхні рани. Шляхом епіморфозу відновлюються кінцівки в тритона і аксолотля, хвіст в ящірки. Процес регенерації при цьому починається з розсмоктування тканин, прилеглих до рани, та інтенсивного розмноження клітин, з яких утворюється регенераційний зачаток (бластема). Подальше розмноження клітин веде до збільшення зачатка, а диференціювання клітин - до формування органа. До епіморфозу відноситься і рубцювання, при якому відбувається закриття рани, але без відновлення втраченого органа.

Морфалаксис - відновлення цілого організму або органа шляхом перебудови і перегрупування клітин частини тіла, що залишилася. Організм або орган, що утворюються при цьому, мають менші розміри, але потім вони збільшуються. Шляхом морфалаксису з частини тіла відновлюється ціла планарія, ціла гідра, з променя - ціла морська зірка.

Ендоморфоз (регенераційна гіпертрофія) - регенерація всередині органу, при якій відновлюється не форма, а маса (об'єм) органа. Шляхом ендоморфозу в ссавців регенерують печінка, легені, нирки, наднирники, підшлункова, слинні, щитоподібна залози. Так, після видалення 2/3 печінки в щура в експерименті поверхня рани гоїться рубцем, видалена частина не відростає і форма органа не відновлюється. Разом з тим завдяки збільшенню числа клітин та їх розмірів маса органа та його функція наближаються до норми.

До регенераційної гіпертрофії близька компенсаторна гіпертрофія, коли після пошкодження або видалення одного з парних органів відбувається збільшення розмірів і посилення функції того органа, що залишився (нирки, яєчники, легені).

Автотомія (самоскалічення) - мимовільне відкидання тваринами частин тіла здебільшого при різкому подразненні їх. У подальшому втрачені частини тіла відновлюються. Автотомія є переважно пристосуванням для пасивного захисту від ворогів. Вона властива багатьом безхребетним. Наприклад, гідроїдні поліпи відкидають щупальця, морські зірки - промені, голотурії - щупальця, нутрощі, деякі ракоподібні - клешні, павуки - ніжки. Серед хребетних автотомія спостерігається лише в ящірок, які відломлюють власний хвіст. Хвіст, який відділився від тіла, відволікає увагу ворога, що дозволяє ящірці утекти від останнього. Автотомія - одна з форм репаративної регенерації.

Патологічна регенерація - відновлення тканин, не ідентичних здоровим тканинам органа. Наприклад, на місці глибоких опіків може бути масивне розростання щільної сполучної тканини, а нормальна шкіра не відновлюється.

Рівні регенерації - внутрішньоклітинний, надклітинний. Внутрішньоклітинна регенерація охоплює процеси відновлення макромолекул і клітинних органел. Період існування молекул білків складає в середньому 12-20 годин, після чого відбувається заміна їх новосинтезованими. Збільшення числа органел цитоплазми досягається, залежно від їхньої будови, шляхом утворення нових або шляхом поділу тих, що лишилися (мітохондрії). Відновлення на надклітинних рівнях (тканинний, органний, організмовий) забезпечується шляхом новоутворення клітин, внутрішньоклітинної регенерації або поєднання названих механізмів.

Особливості регенераційних процесів у людини. У людини проліферація клітин складає основу фізіологічної і репаративної регенерації епідермісу шкіри, епітелію кишечника, кровотворної тканини. У нервовій системі в зв'язку з втратою нервовими клітинами здатності до поділу відновні процеси здійснюються майже виключно шляхом збільшення кількості внутрішньоклітинних структур (внутрішньоклітинна регенерація). З віком здатність до внутрішньоклітинної регенерації в нервових клітинах поступово зменшується. Клітини печінки, нирок, легень зберігають здатність до проліферації, яка особливо збільшується у випадку травми органа. Разом з тим у відновних процесах у цих органах має місце і внутрішньоклітинна регенерація.

Експериментальне вивчення регенерації дозволило встановити фактори, які стимулюють цей процес. Основу складають молекулярно-генетичні і внутрішньоклітинні процеси. Регенерація подібна до ембріогенезу. Тільки при ембріогенезі органи утворюються вперше, а при регенерації- вдруге. При регенерації активізуються ті ж гени, що були активними в ембріональному періоді. При цьому припиняється синтез специфічних білків, тобто йде процес дедиференціювання. У регуляції відновних процесів беруть участь нервова, гуморальна, імунна системи.

Вивчення проблем регенерації має значення для практичної медицини. Регенерація лежить в основі загоєння ран, зростання кісток після переломів, пластичної хірургії, нормалізації внутрішніх органів після патологічних станів (інфаркт ділянки міокарда, інсульт). Біологічні стимулятори регенерації (алоє, скловидне тіло) застосовуються для тканинної терапії ряду хвороб. Для відновлення деяких внутрішніх органів практична медицина застосовує заміщення видалених ділянок органів гомо- і гетеротрансплантатом, по якому йде регенераційний процес. У ряді випадків регенерація успішно відбувається при використанні спеціальних протезів. Протез слугує ніби каркасом, по якому розростається регенеруюча тканина. З цією метою найчастіше застосовують пластмасові пористі каркаси (каркасна регенерація). Клітини проростають через пори і цілісність органа відновлюється. Регенерацією по каркасу вдалося відновити ділянки крупних кровоносних судин, трахеї, бронхів після їх операційного висічення.

Пухлинний ріст

Клітини різних тканин і органів постійно розмножуються, що пов'язано з ростом, розвитком, регенерацією і цей процес контролюється регуляторними системами (нейрогуморальною, імунною). Проте при деяких патологічних станах у тому чи іншому органі починається інтенсивне розмноження (проліферація) клітин, яка веде до розростання тканин і утворення пухлин. Пухлину називають бластомою. Розрізняють злоякісні і доброякісні пухлини.

Доброякісні пухлини ростуть, як правило, повільно, не руйнують оточуючі тканини і не проростають в них, а лише відсувають їх (експансивний ріст), метастаз вони не утворюють. їхні контури чітко окреслені, іноді вони зовні вкриті капсулою. Клітини доброякісних тканин переважно мало відрізняються від здорових клітин. Доброякісну пухлину, яка утворилася із сполучної тканини, називають фібромою, а з м'язової - міомою.

Злоякісні пухлини не мають чітких контурів, швидко ростуть, проростають в оточуючі тканини і руйнують їх (інфільтруючий ріст), здатні до метастазування. Суть метастазування полягає в тому, що клітини злоякісних пухлин можуть заноситися течією крові і лімфи в інші органи. Розмножуючись у новому місці, вони можуть дати початок вторинним пухлинним вузлам. Злоякісні пухлини, які утворилися з епітеліальних тканин, називаються раком(cancer) або карциномою, зі сполучної тканини - саркомою. Процес перетворення нормальної клітини в ракову (малігнізація) вивчений недостатньо. Ракові клітини відрізняються від нормальних комплексом ознак; з них основна - здатність до необмеженого неконтрольованого розмноження, що веде до необмеженого росту пухлини.

Фактори, які зумовлюють утворення пухлин, називають бластомогенними або канцерогенними. Розрізняють три групи канцерогенних факторів: фізичні, хімічні і біологічні. До фізичних факторів належать іонізуюче випромінювання (гамма- і рентгенівські промені, електрони, протони, ін.), ультрафіолетові промені; до хімічних - продукти переробки кам'яного вугілля, нафти, вихлопні гази, смоли; до біологічних - онкогенні віруси. Онкогенні віруси - це РНК-вмісні віруси з родини ретровірусів. Характерною рисою ретровірусів є наявність ферменту - зворотної транскриптази (ревертази), яка забезпечує зчитування генетичної інформації з РНК на ДНК. Онкогенні віруси викликають онкологічні захворювання в тварин, зокрема в птахів. У людини онкогенні віруси спричинюють Т-клітинний лейкоз дорослих людей. З генетичної точки зору виникнення злоякісних пухлин пов'язують із соматичними мутаціями. Пухлинні клітини мають специфічні, не властиві даному організму антигени, тому імунна система сприймає їх як генетично чужорідні і знищує. При ослабленні імунних реакцій організм не може їх знищити.

Трансплантація органів і тканин

Трансплантація (грец. transplantatio - пересадка) - пересадка органів і тканин. Орган або тканина, яку пересаджують, називають трансплантатом. Донор - організм, від якого беруть трансплантат. Реципієнт - організм, якому пересаджують трансплантат. Розрізняють аутотрансплантацію, алотрансплантацію і ксенотрансплантацію. При аутотрансплантації донором і реципієнтом є один і той же організм. Аутотрансплантат не має генетично чужорідних речовин і добре приживлюється на новому місці. Цей вид трансплантації широко застосовується у відновній хірургії. Наприклад, при значних пошкодженнях обличчя використовують шкіру рук або живота того самого хворого. Шляхом аутотрансплантації створюють штучний стравохід, пряму кишку, піхву. При алотрансплантації донор і реципієнт належать до різних особин одного і того ж виду. Прикладом алотрансплантації в людини може бути переливання (трансфузія) крові. Успіх алотрансплантації залежить від антигенної сумісності тканин донора і реципієнта. Антитіла реципієнта реагують з антигенами трансплантата і викликають його розсмоктування або відторгнення. У людини повна сумісність антигенів спостерігається в однояйцевих близнят, оскільки вони розвиваються з однієї зиготи і в генетичному та імунологічному відношенні ідентичні. Донор і реципієнт при ксенотрансплантації належать до різних видів. У вищих тварин при таких пересадках, як правило, відбувається розсмоктування трансплантата. У рослин прищепи (трансплантат) успішно приживлюються і в тих випадках, якщо їх взято від рослин іншого виду, роду або навіть родини.

Можна вважати, що хірургічний етап пересадки органів і тканин вирішений. Хірурги технічно можуть пересадити будь-який орган або тканину. Однак в усіх випадках, крім аутотрансплантації, наступає відторгнення трансплантата через тканинну несумісність донора і реципієнта. Відторгнення трансплантата відбувається за рахунок імунних реакцій, які розвиваються у відповідь на його антигени. Отже, причини відторгнення - генетичні, механізми відторгнення — імунні. Реакція відторгнення трансплантата полягає у формуванні Т-ефекторів (Т-кілерів), які виділяють цитотоксичні речовини. У цьому полягає трансплантаційний імунітет - надійний захист організму від чужорідних білків. Будь-який механізм прагне до збереження імунологічного гомеостазу, тобто сталості антигенного складу тканин. Тому подолання імунологічного бар’єру несумісності тканин - найважча проблема.

Проте в певних випадках організм може сприймати чужі антигени як свої власні і не виробляти проти нього антитіл. Таке явище назване імунологічною толерантністю. Імунологічна толерантність була відкрита в 1953 р. на різних об'єктах незалежно двома вченими - чеським ембріологом М. Гашеком і англійським зоологом П. Медаваром. Проведені ними експерименти показали: якщо на ембріональному етапі розвитку ввести в організм чужорідні білки (антигени), то надалі дорослі тварини будуть сприймати їх як свої власні. Організм буде до них толерантний. Ці дослідження підтвердили гіпотезу Ф. Берета (1949) про те, що створення імунологічного гомеостазу відбувається в ранній період розвитку організму в процесі закладання і формування лімфоїдної тканини. Таким тваринам можна пересаджувати трансплантат, не побоюючись за його відторгнення. Також можливим є утворення в організмі полівалентної толерантності до всіх тканинних антигенів даного виду. Для цього необхідно вводити в організм відразу суміш антигенів від великої кількості тварин. Метод полівалентної толерантності демонструє можливість подолання імунологічної несумісності, а це відкриває нові перспективи для медицини.

Шляхи подолання тканинної несумісності:

1. Підбір донора і реципієнта за HLA-системою. Проблема підбору донора і реципієнта - надзвичайно складна. Для її розв'язання створені спеціальні міжнародні організації, куди поступає інформація про імунологічний, гематологічний і клінічний статус людей, які потребують пересадки. Створені також банки донорських органів, тканин, клітин.

2. Пригнічення імунітету (імунодепресія) шляхом: а) опромінення; б) застосування антиметаболітів, які пригнічують синтез нуклеїнових кислот (імуран та ін.) або блокують білковий синтез (глюкокортикоїди); в) застосування антилімфоцитарної сироватки; г) застосування гепарину, який покращує мікроциркуляцію.

Найважливіше завдання сучасної імунології - пригнічення не імунітету взагалі, а пригнічення саме трансплантаційного імунітету при збереженні функції захисту організму від інфекційних чинників.

Досягнення трансплантології

Трансплантологія - наука, яка вивчає проблеми трансплантації, розробляє методи консервування органів і тканин, створення штучних органів. Найбільш часто пересаджують нирки. У клінічних умовах проводять пересадку легень, серця, печінки. Добрі результати одержано при пересадці ендокринних залоз, зокрема яєчників, щитоподібної і вилочкової залоз. Перший орган, який вдалося пересадити від людини до людини, була нирка. Першу пересадку нирки здійснив у 1933 р. український вчений Ю.Ю.Вороний. Донором був 60 - річний чоловік з переломом черепа, який помер у приймальному відділенні лікарні. Трупна нирка була пересаджена 26-річній хворій з отруєнням сулемою. Операція була виконана в звичайній лікарні м. Херсона. Хвора, проживши з пересадженою ниркою 48 годин, померла. Значення першої пересадки органу - вперше був подоланий трансплантаційний імунітет. Нині в світі виконано понад 400 тисяч пересадок нирок. Кількість таких операцій невпинно зростає з кожним роком і досягає 30 тисяч на рік. Максимальний термін спостережень після трансплантації нирок перевищує 25 років.

Першу операцію з пересадки серця людині виконав у 1967 р. південноафриканський хірург Крістіан Барнард у госпіталі м. Кейптаун. Серце взяли у молодої жінки, яка загинула в автомобільній катастрофі. Пацієнт прожив менше місяця і помер від ускладнень, пов'язаних з імунною реакцією. Тепер пересадку серця роблять в багатьох медичних центрах США, Європи. Максимальна тривалість життя людей з пересадженим серцем - 12 років.

Для трансплантації використовують тканини і органи людей, які загинули в результаті травм або раптово померли, наприклад, від інфаркту міокарда. Забір тканин і органів здійснюють за умови додержання як медичних, так і юридичних правил. Біоматеріал ретельно відмивають, а потім консервують. Консервовані тканини і органи зберігають у спеціальних контейнерах і при потребі доставляють з лабораторії в клініку.

Методи консервації різні: 1) консервування в розчинах; при цьому клітини, тканини, органи зберігають здатність до пересадки 24-48 годин; 2) швидке заморожування до температури -196°С у рідкому азоті; у такий спосіб консервують клітини крові, сперму, рогівку, шкіру, хрящ, кістки; біоматеріал, заморожений у розчинах кріопротекторів (гліцерин), може зберігатися протягом кількох років; 3) заморожування з наступним висушуванням у вакуумі (ліофілізація) застосовують для зберігання кісток, мікроорганізмів.

У ряді випадків застосовують органи, частини тіла, які зроблено з небіологічних матеріалів - штучні органи. Наприклад, фарфорові або пластикові зуби, металеві або пластикові кістки, штучні клапани серця, пластикові протези крупних судин, штучний кришталик ока, штучна шкіра, штучні протези суглобів. Життя багатьох людей вдалося спасти, імплантуючи мініатюрні електрокардіостимулятори. Апарати штучного дихання, кровообігу, апарат "штучна нирка" теж розглядаються як штучні фізіологічні системи людини.

Експлантація — культивування ізольованих тканин і органів. Ізольовані органи (пальці, вушні раковини, залози) місяцями "живуть" поза організмом у штучно створених умовах. Для їх живлення застосовують спеціальні фізіологічні розчини, насичені киснем, які поступають у кровоносні судини ізольованих органів.

Вперше роботу ізольованого серця теплокровної тварини спостерігали І.П. Павлов та І.Я. Чистяков (1887). У 1902 р. О.О. Кулябко "оживив" ізольоване серце дитини, що померла від пневмонії.

Культури ізольованих органів використовують для вивчення фізіології і фармакологічної дії на них різноманітних лікарських засобів.

Поняття про біополя

Біологічний об’єкт - це динамічна самокерована цілісна система, гомеостаз якої забезпечується одночасним функціонуванням як окремих органів, так і фізіологічних систем - кровообігу, метаболізму, нейрогуморальної регуляції тощо. Функціонування систем живого організму віддзеркалюється у складній картині фізичних полів і випромінювань, що генеруються ним, а також у параметричних змінах природних фонових полів і випромінювань, які оточують організм. Біологічні об’єкти в процесі життєдіяльності генерують випромінювання різної природи.

Біополе - сукупність фізичних полей, які є навколо живого організму і які продукуються його органами і системами. За допомогою біополей здійснюється міжсистемна регуляція функцій і формування цілісних дій організму. Біополе непостійне в просторі і в часі. Воно може різко змінюватися залежно від перебування людини в салюберогенних (корисних для здоров'я) і патогенних зонах, залежно від ступеня дії космічних променів і магнетизму, від емоціонального стану і способу життя. Існування біополя науково доведено.

Теорію біополя розробляв А.Г. Гурвич (1874-1954). У 1944 р. вийшла його книга "Теорія біологічного поля", в якій він розвинув уявлення про елементарні анізотропні клітинні поля, які синтезуються в поле цілого за правилами складання векторів. Поняття "поля" використовується для пояснення проблем морфогенезу в онтогенезі.

Поняття про біологічні ритми

Біологічні ритми - періодично повторювані циклічні зміни інтенсивності й характеру біологічних процесів і явищ. Вони виникли в процесі еволюції як пристосування організмів до циклічних змін неживої природи, тобто мають адаптивне значення. Зустрічаються майже в усіх організмів, у тому числі і в людини, і на всіх рівнях організації живого - від молекулярно-генетичного до біосферного. Прикладом можуть бути добові рухи листків і пелюсток в рослин. Біологічні ритми властиві й окремим біохімічним ферментативним реакціям. З біологічними ритмами пов'язане явище "біологічного годинника" - здатність організмів орієнтуватися в часі. Наприклад, в один і той же час співають півні, вилітають на полювання кажани.

Розрізняють добові, місячні, припливно-відпливні, сезонні, річні, багаторічні біологічні ритми. Найбільш вивчені добові (циркадні) ритми. Вони пов'язані зі зміною дня і ночі в результаті обертання Землі навколо своєї осі. Періодичного коливання протягом доби зазнають близько 300 фізіологічних функцій людини. Так, протягом доби ритмічно змінюється температура тіла: вдень вона підвищена (максимальне значення - у 18 год.), вночі знижується. Найнижчий рівень - між 1 год. ночі і 5 год. ранку, амплітуда коливань становить 0,6-1,3°. Температура тіла залежить від швидкості перебігу біохімічних процесів. У денний час обмін речовин відбувається більш інтенсивно і це визначає велику активність людини. Частота серцевих скорочень максимальна в 15-16 год., частота дихання - у 13-15, рівень систолічного артеріального тиску - у 15-18, кількість еритроцитів крові - у 11-12, лейкоцитів — у 21-23 години. При патології спостерігається порушення багатьох ритмів. Наприклад, у хворих на гіпертонічну хворобу вночі відбувається не зниження, а, навпаки, підвищення артеріального тиску.

Виділяють групи людей ранкового і вечірнього типів. Перші ("жайворонки") рано ввечері засинають і рано вранці просипаються. Навпаки, інші ("сови") засинають пізно і відповідно пізніше прокидаються. Люди вказаних різних типів відрізняються за своєю працездатністю в ранкові й вечірні години. Існують також групи людей, які не підпадають під ці типи ("голуби").

Біоритми організму різко не узгоджуються з добовим біоритмом, якщо людина перебуває в іншому годинному поясі. Тоді порушується координація тих чи інших біоритмів, що сприяє виникненню своєрідного патологічного стану - десинхронозу. У людини знижується працездатність. При зміщенні на 12-годинний пояс організм пристосовується до нових умов протягом 10-15 днів. Зміщення біоритму на 2 год дає мінімальний негативний вплив.

Лунно-місячні біоритми (28 діб) зумовлені обертанням Місяця навколо Землі. Вони найбільш виражені в мешканців моря (припливно-відпливні біоритми). У людини цьому ритму підпорядковується менструальний цикл у жінок; тривалість вагітності в акушерстві вимірюють лунними місяцями. В організмі тварин і людини спостерігаються і сезонні коливанні, пов'язані зі збільшенням світлового дня весною і зменшенням його восени і взимку. Біоелектрична активність мозку і м'язової системи вища весною і влітку, взимку- нижча. Описана сезонна динаміка загострень деяких хвороб - туберкульозу, гіпертонічної хвороби, ревматизму.

На живі організми впливають ритмічні зміни сонячної активності, які повторюються в середньому через 11,1 роки. Коли на Сонці збільшується число плям (активних ділянок), на Землю поступають потужні потоки випромінювання, які діють на її магнітне поле та іоносферу. Деякі учені одержали дані, що число хворих, які поступають у психіатричні клініки, різко зростає в дні посиленої сонячної активності. Збільшується також частота серцево-судинних захворювань і ускладнень.

У кінці XIX ст. чеський психолог Г. Свобода і німецький лікар В. Флейс висловили гіпотезу, що у кожної людини з моменту народження існують три цикли, пов'язані з фізіологічною (23 дня), емоціональною (28 днів) і інтелектуальною (33 дні) активністю. Посередині кожного циклу є критичний, або нульовий, день. Перша половина циклу (перед критичним днем), вважається позитивним періодом (підйом працездатності, фізичного, емоціонального та інтелектуального станів). Друга половина - це від'ємний період, протягом якого стан погіршується. Є спостереження, що в нульові дні фізичного циклу частіше відбуваються нещасні випадки, емоціонального циклу - емоціональні зриви, інтелектуального - погіршення розумової роботи. Співпадіння всіх критичних днів буває один раз на рік. Гіпотеза про наявність вищевказаних біоритмів не знайшла загального визнання.

Треба відмітити, що в людини на біологічні ритми великий вплив становлять соціальні фактори, трудовий розпорядок (соціальні датчики часу). Перебудова ритмів, пов'язана зі зміною режиму праці і відпочинку, спостерігалась при тривалому перебуванні в ізольованому середовищі (сурдокамері).

Хронобіологія (грец. chronos - час) - розділ біології, який вивчає біоритми. Медичне значення хронобіології: 1) вибір часу призначення ліків, проведення операцій; 2) вибір оптимального режиму активності людини; так, нічна праця в режимі "12-годинна зміна, 24- годинний відпочинок" менш сприятлива, ніж багатотижнева нічна праця, яка вкладається в добовий ритм; 3) сезонні курси профілактичного лікування виразкової хвороби, ревматизму, ангін; 4) прогнозування попередження загострення деяких хвороб, нещасних випадків; 5) вибір часу спортивних тренувань. Вважається більш раціональним рекомендувати відпочинок і лікування хворим на стадії видужання (зокрема, при серцево-судинній патології) у санаторіях того ж регіону. Пояснюється це тим, що людина, яка прибула з іншого годинного поясу перші декілька днів знаходиться в стані десинхронозу, те ж спостерігається при поверненні - перебудова біоритмів у зворотному порядку.