Что может являться причиной нарушения генетического гомеостаза

Содержание статьи

РАЗДЕЛ 4 ГОМЕОСТАЗ

Тема 4.1. Гомеостаз

Гомеостаз (от греч. homoios — подобный, одинаковый и status —
неподвижность) — это способность живых систем противостоять изменениям и
сохранять постоянство состава и свойств биологических систем.

Термин
«гомеостаз» предложил У. Кеннон в 1929 г. для характеристики состояний и
процессов, обеспечивающих устойчивость организма. Идея о существовании
физических механизмов, направленных на поддержание постоянства
внутренней среде, была высказана еще во второй половине XIX века К.
Бернаром, который рассматривал стабильность физико-химических условий во
внутренней среде как основу свободы и независимости живых организмов в
непрерывно меняющейся внешней среде. Явление гомеостаза наблюдается на
разных уровнях организации биологических систем.

Общие закономерности гомеостаза. Способность
сохранять гомеостаз — одно из важнейших свойств живой системы,
находящейся в состоянии динамического равновесия с условиями внешней
среды.

Нормализация физиологических показателей
осуществляется на основе свойства раздражимости. Способность к
поддержанию гомеостаза неодинакова у различных видов. По мере усложнения
организмов эта способность прогрессирует, делая их в большей степени
независимыми от колебаний внешних условий. Особенно это проявляется у
высших животных и человека, имеющих сложные нервные, эндокринные и
иммунные механизмы регуляции. Влияние среды на организм человека в
основном является не прямым, а опосредованным благодаря созданию им
искусственной среды, успехам техники и цивилизации.

В
системных механизмах гомеостаза действует кибернетический принцип
отрицательной обратной связи: при любом возмущающем воздействии
происходит включение нервных и эндокринных механизмов, которые тесно
взаимосвязаны.

Генетический гомеостаз на
молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровнях направлен
на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю
биологическую информацию организма. Механизмы онтогенетического
(организменного) гомеостаза закреплены в исторически сложившемся
генотипе. На популяционновидовом уровне генетический гомеостаз — это
способность популяции поддерживать относительную стабильность и
целостность наследственного материала, которые обеспечиваются процессами
редукционного деления и свободным скрещиванием особей, что способствует
сохранению генетического равновесия частот аллелей.

Физиологический гомеостаз связан
с формированием и непрестанным поддержанием в клетке специфических
физико-химических условий. Постоянство внутренней среды многоклеточных
организмов поддерживается системами дыхания, кровообращения,
пищеварения, выделения и регулируется нервной и эндокринной системами.

Структурный гомеостаз основывается
на механизмах регенерации, обеспечивающих морфологическое постоянство и
целостность биологической системы на разных уровнях организации. Это
выражается в восстановлении внутриклеточных и органных структур, путем
деления и гипертрофии.

Нарушение механизмов, лежащих в основе гомеостатических процессов, рассматривается как «болезнь» гомеостаза.

Изучение
закономерностей гомеостаза человека имеет большое значение для выбора
эффективных и рациональных методов лечения многих заболеваний.

Цель. Иметь
представление о гомеостазе как свойстве живого, обеспечивающем
самоподдержание стабильности организма. Знать основные виды гомеостаза и
механизмы его поддержания. Знать основные закономерности
физиологической и репаративной регенерации и стимулирующие ее факторы,
значение регенерации для практической медицины. Знать биологическую
сущность трансплантации и ее практическое значение.

Задание для студентов

Работа 1. Виды гомеостаза

Используя
материал учебника и лекций, заполните таблицу, определив биологическую
сущность видов гомеостаза на разных уровнях организации биологических
систем.

Вид гомеостаза	Уровни поддержания гомеостаза	Биологическая сущность
Генетический	Молекулярно-генетический. Клеточный. Организменный. Популяционно-видовой
Физиологический	Клеточный. Тканевый. Органный. Организменный
Структурный	Молекулярно-генетический. Клеточный. Тканевый. Органный. Организменный

Работа 2. Генетический гомеостаз и его нарушения

Изучите и перепишите таблицу.

Способы поддержания генетического гомеостаза

Механизмы нарушений генетического гомеостаза

Результат нарушений генетического гомеостаза

Репликация

ДНК

Замена, выпадение, дупликация, перестановка нуклеотидов, сдвиг рамки считывания

Окончание табл.

Способы поддержания генетического гомеостаза	Механизмы нарушений генетического гомеостаза	Результат нарушений генетического гомеостаза
Репарация ДНК	1. Наследственное и ненаследственное повреждение репаративной системы. 2. Функциональная недостаточность репаративной системы	Генные мутации
Точное распределение наследственного материала при митозе	1. Нарушение формирования веретена деления. 2. Нарушение расхождения хромосом	1. Хромосомные аберрации. 2. Гетероплоидия. 3. Полиплоидия
Иммунитет	1. Иммунодефицит наследственный и приобретенный. 2. Функциональная недостаточность иммунитета	Сохранение атипичных клеток, приводящее к злокачественному росту, снижению резистентности к чужеродному агенту

Работа 3. Механизмы репарации на примере пострадиационного восстановления структуры ДНК

Репарация
или исправление поврежденных участков одной из цепей ДНК
рассматривается как ограниченная репликация. Наиболее изучен процесс
репарации при повреждении цепи ДНК ультрафиолетовым (УФ) излучением. В
клетках существуют несколько ферментных систем репарации,
сформировавшихся в ходе эволюции. Поскольку все организмы развились и
существуют в условиях УФ-облучения, то в клетках имеется отдельная
система световой репарации, наиболее изученная в настоящее время. При
повреждении молекулы ДНК УФ-лучами образуются тимидиновые димеры, т.е.
«сшивки» между соседними тиминовыми нуклеотидами. Эти димеры не могут
выполнять функцию матрицы, поэтому их исправляют ферменты световой
репарации, имеющиеся в клетках. Эксцизионная репарация восстанавливает
поврежденные участки как УФ-облучением, так и другими факторами. Эта
система репарации имеет несколько ферментов: репарационные эндонуклеаза

и
экзонуклеаза, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза. Пострепликативная репарация
является неполной, так как идет «в обход», и поврежденный участок из
молекулы ДНК не удаляется. Изучите механизмы репарации на примере
фотореактивации, эксцизионной репарации и пострепликативной репарации
(рис. 1).

Рис. 1. Репарация

Работа 4. Формы защиты биологической индивидуальности организма

Изучите и перепишите таблицу.

Формы защиты	Биологическая сущность
Неспецифические факторы	Естественная индивидуальная неспецифическая устойчивость к чужеродным агентам
Защитные барьеры организма: кожа, эпителий, гематолимфатический, печеночный, гематоэнцефалический, гематоофтальмический, гематотестикулярный, гематофолликулярный, гематосаливарный	Препятствуют проникновению в организм и органы чужеродных агентов
Неспецифическая клеточная защита (клетки крови и соединительной ткани)	Фагоцитоз, инкапсулирование, образование клеточных агрегатов, коагуляция плазмы
Неспецифическая гуморальная защита	Действие на патогенные агенты неспецифических веществ в выделениях кожных желез, слюне, слезной жидкости, желудочном и кишечном соке, крови (интерферон) и т.д.
Иммунитет	Специализированные реакции иммунной системы на генетически чужеродные агенты, живые организмы, злокачественные клетки
Конституциональный иммунитет	Генетически предопределенная устойчивость отдельных видов, популяций и особей к возбудителям определенных заболеваний или агентам молекулярной природы, обусловленная несоответствием чужеродных агентов и рецепторов клеточных мембран, отсутствием в организме определенных веществ, без которых чужеродный агент не может существовать; наличие в организме ферментов, уничтожающих чужеродный агент
Клеточный	Появление повышенного количества избирательно реагирующих с данным антигеном Т-лимфоцитов
Гуморальный	Образование циркулирующих с кровью специфических антител к определенным антигенам

Работа 5. Гематосаливарный барьер

Слюнные
железы обладают способностью к избирательной транспортировке веществ из
крови в слюну. Одни из них выделяются со слюной в большей концентрации,
а другие в меньшей концентрации, чем в плазме крови. Переход соединений
из крови в слюну осуществляется так же, как и транспорт через любой
гисто-гематолический барьер. Высокая селективность переносимых веществ
из крови в слюну позволяет выделять гемато-саливарный барьер.

Разберите процесс секреции слюны в ацинарных клетках слюнной железы на рис. 2.

Рис. 2. Секреция слюны

Работа 6. Регенерация

Регенерация —
это совокупность процессов, обеспечивающих восстановление биологических
структур; она является механизмом поддержания как структурного, так и
физиологического гомеостаза.

Физиологическая регенерация осуществляет восстановление структур, изношенных в процессе нормальной жизнедеятельности организма. Репаративная регенерация — это восстановление структуры после травмы или после патологического процесса. Способность к регенера-

ции различается как у разных структур, так и у разных видов живых организмов.

Восстановление
структурного и физиологического гомеостаза может быть достигнуто путем
пересадки органов или тканей от одного организма к другому, т.е. путем
трансплантации.

Заполните таблицу, используя материал лекций и учебника.

Работа 7. Трансплантация как возможность восстановления структурного и физиологического гомеостаза

Трансплантация — замещение утраченных или поврежденных тканей и органов собственными либо взятыми из другого организма.

Имплантация — трансплантация органов из искусственных материалов.

Изучите и перепишите таблицу в рабочую тетрадь.

Вопросы для самоподготовки

1. Определите биологическую сущность гомеостаза и назовите его виды.

2. На каких уровнях организации живого поддерживается гомеостаз?

3. В чем заключается генетический гомеостаз? Раскройте механизмы его поддержания.

4. Какова биологическая сущность иммунитета? 9. Что такое регенерация? Виды регенерации.

10.На каких уровнях структурной организации организма проявляется регенерационный процесс?

11. Что представляет собой физиологическая и репаративная регенерация (определение, примеры)?

12. Каковы виды репаративной регенерации?

13. Каковы способы репаративной регенерации?

14. Что является материалом для регенерационного процесса?

15. Каким способом осуществляется процесс репаративной регенерации у млекопитающих и у человека?

16. Как осуществляется регуляция репаративного процесса?

17. Каковы возможности стимуляции восстановительной способности органов и тканей у человека?

18. Что такое трансплантация и каково ее значение для медицины?

19. Что такое изотрансплантация и в чем ее отличие от алло- и ксенотрансплантации?

20. Каковы проблемы и перспективы пересадки органов?

21. Какие существуют методы преодоления тканевой несовместимости?

22. В чем заключается явление тканевой толерантности? Каковы механизмы ее достижения?

23. В чем преимущества и недостатки имплантации искусственных материалов?

Тестовые задания

Выберите один правильный ответ.

1. НА ПОПУЛЯЦИОННО-ВИДОВОМ УРОВНЕ ПОДДЕРЖИВАЕТСЯ ГОМЕОСТАЗ:

1. Структурный

2. Генетический

3. Физиологический

4. Биохимический

2. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ ОБЕСПЕЧИВАЕТ:

1. Формирование утраченного органа

2. Самообновление на тканевом уровне

3. Восстановление тканей в ответ на повреждение

4. Восстановление части утраченного органа

3. РЕГЕНЕРАЦИЯ ПОСЛЕ УДАЛЕНИЯ ДОЛИ ПЕЧЕНИ

У ЧЕЛОВЕКА ИДЕТ ПУТЕМ:

1. Компенсаторной гипертрофии

2. Эпиморфоза

3. Морфолаксиса

4. Регенерационной гипертрофии

4. ПЕРЕСАДКА ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ ОТ ДОНОРА

К РЕЦИПИЕНТУ ЭТОГО ЖЕ ВИДА:

1. Ауто- и изотрансплантация

2. Алло- и гомотрансплантация

3. Ксено- и гетеротрансплантация

4. Имплантация и ксенотрансплантация

Выберите несколько правильных ответов.

5. К НЕСПЕЦИФИЧЕСКИМ ФАКТОРАМ ИММУННОЙ ЗАЩИТЫ У МЛЕКОПИТАЮЩИХ ОТНОСЯТСЯ:

1. Барьерные функции эпителия кожи и слизистых оболочек

2. Лизоцим

3. Антитела

4. Бактерицидные свойства желудочного и кишечного сока

6. КОНСТИТУЦИОННЫЙ ИММУНИТЕТ ОБУСЛОВЛЕН:

1. Фагоцитозом

2. Отсутствием взаимодействия между клеточными рецепторами и антигеном

3. Антителообразованием

4. Ферментами, разрушающими чужеродный агент

7. ПОДДЕРЖАНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ГОМЕОСТАЗА НА МОЛЕКУЛЯРНОМ УРОВНЕ ОБУСЛОВЛЕНО:

1. Иммунитетом

2. Репликацией ДНК

3. Репарацией ДНК

4. Митозом

8. ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИОННОЙ ГИПЕРТРОФИИ ХАРАКТЕРНО:

1. Восстановление первоначальной массы поврежденного органа

2. Восстановление формы поврежденного органа

3. Увеличение количества и размеров клеток

4. Образование рубца на месте травмы

9. У ЧЕЛОВЕКА ОРГАНАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ ЯВЛЯЮТСЯ:

1. Печень

2. Лимфатические узлы

3. Пейеровы бляшки

4. Костный мозг

5. Сумка Фабрициуса

Установите соответствие.

10. ТИПЫ И СПОСОБЫ РЕГЕНЕРАЦИИ:

1. Эпиморфоз

2. Гетероморфоз

3. Гомоморфоз

4. Эндоморфоз

5. Вставочный рост

6. Морфолаксис

7. Соматический эмбриогенез

БИОЛОГИЧЕСКАЯ

СУЩНОСТЬ:

а) Атипичная регенерация

б) Отрастание от раневой поверхности

в) Компенсаторная гипертрофия

г) Регенерация организма из отдельных клеток

д) Регенерационная гипертрофия

е) Типичная регенерация ж)Перестройка оставшейся части органа

з) Регенерация сквозных дефектов

Литература

Основная

Биология / Под ред. В.Н. Ярыгина. — М.: Высшая школа, 2001. —

С. 77-84, 372-383.

Слюсарев А.А., Жукова С.В. Биология. — Киев: Высшая школа,

1987. — С. 178-211.

Дополнительная литература

Иммунология:
в 3-х т. / Под ред. У. Пола — М.: Мир, 1987. Новое в учении о
регенерации / Под ред. Л.Д. Лиознера. — М.: Медицина, 1997.

Денисов А.Б. Слюна и слюнные железы. — М.: Издательство РАМН,

2006. — С. 372.

Источник

Нарушения гомеостаза

Нарушения гомеостаза – патологические состояния организма, связанные с изменением процессов саморегуляции, направленных на поддержание динамического равновесия генетических, структурных, функциональных элементов, постоянного состава внутренней среды. Этиологическими факторами нарушений могут являться сбои внутренних взаимодействий или внешние причины. Клинические проявления патологии очень разнообразны в зависимости от звена, в котором произошло нарушение, продолжительности его существования, степени выраженности: высокая или низкая температура, респираторные симптомы, задержка физического или психического развития, сосудистые проявления. Лечение нарушений направлено на восстановление равновесия явлений, взаимодействий.

Что такое гомеостаз

Гомеостаз представляет собой совокупность процессов, обеспечивающих нахождение в динамическом равновесии всех структурных, генетических, иммунных компонентов организма, поддержание постоянства состава внутренней среды, адекватное взаимодействие с внешней средой.

Все клетки, клеточные органоиды способны существовать и качественно функционировать при наличии определённых условий. Они нуждаются в поступлении кислорода, питательных веществ, отведении продуктов обмена. Перемещение веществ в клетки происходит путём осмоса или диффузии, для этого должна сохраняться, поддерживаться разница концентраций определённых ионов на клеточной мембране.

Большинство биохимических процессов, происходящих в тканях, являются каталитическими, протекают лишь в присутствии стимулирующих ферментов. Работа ферментов связана с условиями среды. Все эти условия определяются элементами гомеостаза.

Механизмами осуществления регуляции является положительная и отрицательная обратная связь. Положительная обратная связь приводит к дестабилизации состояний, нарушает равновесие. Отрицательная обратная связь служит основным способом приведения систем к гармонии внутренней и обеспечивает адекватный ответ на внешние раздражители. Например, в ответ на повышение концентрации углекислоты в крови через посредство участия структур головного мозга активизируется дыхание, увеличивается число и глубина дыхательных движений. Избытки углекислого газа удаляются, система приходит к равновесию. В норме гомеостаз обеспечивается совокупностью обоих типов обратной связи.

Виды гомеостаза

Различают гомеостаз генетический, структурный, обеспечивающий постоянный состав, кислотность жидкой внутренней среды.

Поддержание неизменности генетического материала клеток, симметричности воспроизводимых генетических структур является важным для жизни и размножения тканей и организма.
Структурный гомеостаз подразумевает адекватность процессов функционального обновления тканей и репаративной, посттравматической регенерации.

К жидкой среде организма относится кровь, лимфа, цереброспинальная и тканевая жидкость. Постоянство клеточного и химического состава жидкой среды обеспечивает полноценное существование и функционирование всех органов.

Регуляция гомеостаза осуществляется посредством нервной, эндокринной и иммунной системы. Центральным звеном регуляторных процессов является нервная система. Участки коры головного мозга, гипофиза, гипоталамуса, симпатические и парасимпатические элементы вегетативной системы играют решающую роль.

Нервная система обеспечивает поступление импульсов к эндокринным органам: щитовидной железе, надпочечникам, паращитовидным железам, вилочковой железе, половым железам. Клетками эндокринных органов вырабатываются и выделяются в кровь гормоны, осуществляющие руководство химическими процессами, двигательными актами тканей.

Иммунная система посредством клеточного и гуморального составляющего элемента обеспечивает постоянство биологической среды макроорганизма.

Этиология нарушений

Причины патологии гомеостаза могут быть связаны с внутренними или внешними факторами.

Этиологическими факторами могут явиться:

травмы механические, химические, термические;
воздействие электрического тока, электромагнитных полей;
радиационное поражение;
стресс;
отравления;
инфекции бактериальные, вирусные, грибковые;
аллергические, аутоиммунные заболевания;
заболевания головного мозга, эндокринных желёз;
онкологические процессы;
генетические сбои, мутации.

Причинные факторы могут воздействовать изолированно или несколько одновременно.

Клиника, симптомы нарушений гомеостаза

Клинические проявления патологии очень разнообразны в зависимости от звена, в котором произошло нарушение, продолжительности его существования, степени выраженности.

При нарушении в одном из звеньев терморегуляции у человека наблюдается повышение или понижение температуры тела. Для её нормализации под руководством гипоталамуса происходит изменение теплопродукции, потоотделения, увеличивается или уменьшается периферический кровоток.
При патологии углеводного обмена, повышении уровня глюкозы в крови страдает нервная система, сосуды, обеспечивающие микроциркуляцию во всех органах, органы чувств, почки. Содержание сахара в крови приводится в норму под воздействием гормонов. Инсулин, вырабатываемый в поджелудочной железе, снижает концентрацию глюкозы, катехоламины, глюкагон, кортизол увеличивают. Гармоничная выработка этих гормонов обеспечивает необходимую концентрацию сахара.
Изменение содержания в крови кальция приводит к появлению патологии костной системы, зубов, судорогам. При недостаточной концентрации ионов кальция включаются паращитовидные железы, выделяют паратиреоидный гормон, который способствует высвобождению кальция из депо в костях. Избыток ионов влечёт выработку кальцитонина щитовидной железой и фиксацию избытка кальция в костях.
Избыток или недостаток объёма жидкости в организме приводит к отёкам, нарушению сердечной деятельности, сбою в работе почек. Количество жидкости в организме регулируется альдостероном, который способствует выведению лишней воды, и антидиуретическим гормоном, который уменьшает мочевыделение.

Лечение

Лечение патологии направлено на восстановление равновесия явлений, взаимодействий между органами и системами, компенсацию нарушений. Единого плана лечебных мероприятий нет, меры выбираются индивидуально в каждом конкретном случае. Лечение может включать медикаменты, гормоны, физиотерапию, рефлексотерапию, оперативные вмешательства, устранение этиологических факторов.

Евдокимова Ольга Александровна

Источник