Пространственно-
временная орга-
зация- свойство
всех биосистем
|
Временная организация биосистем- это временное согласование состояния организма и требований среды, механизм, обеспечива-ющий информационные взаимодействия между физическим временем окружающей среды и биологическим временем биосистем.
|
Хронобиология.
Основоположник
К.В. Гуфеланд
1797г.
|
-наука, изучающая роль фактора времени в организации и
фнкционировании биосистем.
Две главные характеристики временной организации
биосистем: фазовость и цикличность.
Фазовость- последовательные, необратимые процессы и
явления (периоды онтогенеза, стадии митоза, смена сезонов, этапы биосинтеза, экологическая сукцессия).
Цикличность- ритмичность- относительная повторяемость процессов в живой и неживой природе (смена дня и ночи, приливы- отливы, лунные циклы, более 1000 ритмических процессов у человека).
|
Биоритмология
|
-часть хронобиологии, изучающая механизмы и законно-
мерности биологических ритмов.
|
Структура и характеристики
ритмов
|
- период, мезор, амплитуда,акрофазы, частота, фазовая структура: инверсный, одно-, дву-, многофазовый, пилообразный и т. д.).
|
|
Классификация
биоритмов
|
1.Экологические- совпадают по длительности с естественным ритмом окружающей среды, с изменением освещенности, влажности, температуры, атмосферного давления, геомагнитной напряженности. Их продолжительность от нескольких часов до многих лет.
Физиологические- от долей секунды до нескольких минут ( ритмы биотоков в головном мозге, в сердечной мыщце, изменения артериального давления: систолическое-диастолическое.
У человека известны более 500 суточных ритмов-
циркадианных-с периодом 20-28 часов. Они сформировались как адаптации фукциональной активности разных структур на суточную периодичность освещенности ( синтез ДНК, температура тела, синтез мелатонина, активность головного мозга, пульс, частота дыхания и т.д.)
|
Синхронизаторы
ритмов
|
Структуры ритмов формируются под влиянием внешних
и внутренних факторов- синхронизаторов ритмов.
Экзогенные синхронизаторы: смена освещенности, температура, приливы-отливы, лунные циклы, активность Солнца, атмосферное давление, социальные факторы: режимы труда- отдыха, приема пищи.
Эндогенные синхронизаторы возникают в результате
функции нервной и эндокринной систем, обеспечивающие иерархичность системы внутренних биоритмов.
|
Генетический
контроль
биоритмов
|
В ядрах гипоталамуса расположен главный водитель
ритма –пейсмекер-осциллятор ритма. Ядра активируются сигналами, поступающими от сетчатки глаза в эпифиз, а затем с помощью мелатонина в гипоталамус. Здесь периодически активируются часовые гены. Белки-продукты этих генов блокируют экспрессию генов, при снижении концентрации белков экспрессия генов возобновляется. Сигналы периодических изменений метаболизма передаются в гипофиз, что вызывает циклический синтез его гормонов, из гипофиза- к железам внутренней секреции, далее - к рабочим органам.
|
Хронофизиология
|
Изучает ритмы физиологических показателей тканей, органов, организмов на протяжении определенного времени (например, суток) в норме у разных людей.Четкая согласованность всех биоритмов и их синхрониизация с внешними датчиками- показатель здоровья.
|
|
Хрономедицина
|
Использует знания хронобиологии в диагностике, лечении и профилактике болезней человека. Изменения структуры биоритмов выявляются раньше морфологических.
|
Хронопатология
|
Исследует нарушения в работе внутренних органов при десинхронозах, которые возникают при рассогласованности внутренних ритмов с внешними синхронизаторами
|
|
Хронотерапия
|
Учитывает проведение тяжелых обследований, хрургических вмешательств, операций, физиотерапртических процедур с особенностями ритма чувствительности тканей и органов.
|
|
Хронодиагностика
|
Разрабатывает суточные и сезонные хронограммы физиологических показателей человека, их вариации
в норме и патологии.
|
Хронофармакология
|
Исследует индивидуальные ритмы чувствительности
органов, тканей к лекарственному препарату.
|
|
Временная органи-зация на клеточном
уровне
|
Жизненный( клеточный) цикл- закономерные изменения структурно-фуцкциональных характеристик клетки во времени. Это период существования клетки от её появления до следующего деления или гибели.
Виды клеточных циклов:
- митотический,
- необратимая (терминальная ) дифференцировка,
- остановка в G0- периоде,
- митотический+ дифференцировка+ новый митотический цикл.
|
Митотический
цикл
|
Включает репродуктивную и разделительную фазы.
Репродуктивная- подготовка клетки к делению- перио-
lы G1+S+G2
В синтетическом периоде проходит репликация ДНК,удваивается клеточный центр, синтезируются гистоны.Разделительная фаза-митоз характеризуется точным распределением наследственного материала между дочерними клетками.
|
Теломерная ДНК
|
С теломерной ДНК, расположенной на концах всех хромосом связана проблема её укорачивания после каждого цикла синтеза ДНК, и снижение её защитной роли. В каждом цикле синтеза, рост дочерней цепи ДНК возможен только после праймера (РНК-затравки), которую осуществляет фермент праймаза,фиксирую-щийся на материнской цепи перед затравкой.
Участок ДНК, равный затравке ( 8-12 нуклеотидов) остается без репликации. (А.М. Оловников 1971г.). В первую очередь укорачивается теломерная ДНК, а затем- основная ДНК хромо-сомы. Это ограничивает число клеточных делений (до 70-90 после рождения)- лимит Хейфлика. Исключение составляют эмбиональ-
ные, стволовые и опухолевые клетки, в которых присутствует фермент теломераза, восстанавливающая теломерную ДНК.
|
|
Митотическая-
пролиферативная
активность тканей
|
-способность ткани к митотическому делению клеток,
выражается через митотический коэффициент,
показывающий число делящихся клеток на 1000.
Виды тканей с разным МК:
-растущие
-обновляющиеся
а) быстрообновляющиеся
б) медленнообновляющиеся
-стабильные (убывающие)
|
|
Митотическая
активность тканей
имеет суточный
ритм
|
Суточный ритм имеют синтез ДНК, митотическая активность тканей, с одним пиком подъема в ранне- утренние часы.
|
|
Регуляция митоти-
ческого цикла
|
Генный контроль- взаимодействие двух групп генов:
протоонкогенов и онкосупрессоров.
Продукты протоонкогенов-циклины и циклинзависимые киназы, обеспечивающие похождение клеткой периодов клеточного цикла. Экспрессия этих генов активируется ростовыми факторами (митогенными сигналами): соматомединами-(ИФР-1,ИФР-2), ТФР,ЭФР,ФРН, инсулином, тироксином, пролактином).
Продукты онкосупрессоров блокируют прохождение клеткой митотического цикла, активируют механизмы апоптоза. Наиболее важный онкосупрессор- белок Р53 –охранитель клеточного генома.
Митогены онкосупрессоров: стероидные гормоны, интерферон, интерлейкины 4, 10, кейлоныи др.
|
Вариант клеточного
цикла с терминальной
дифференцировкой
|
Цитодифференцировка- специализация клетки к вы-
полнению предназначенной функции. Генетический
механизм-избирательная активность генов.В дифференциро-ванных клетках экспрессируется 8-10% генов. Этот период заканчивается апоптозом- генетически запрограммированной гибелью клетки. Он запускается внешними и внутренними факторами, осуществляется каскадом ферментов цитоплазмы и митохондрий, конечным звеном в котором являются
каспазы, расщепляющие белки.
|
|
Популяция клеток
в периоде G0
|
Недифференцированные клетки во всех органов, под-
держивающих постоянство ДНК, численность клеток,
способность к дифференцировке при необходимости.
|
|
Нарушение про-
странственно-временной органи-
зации при онко-
трасформации
|
Изменяюся показатели ритма: структура ( инверсная
структура ритма), несколько вершин подъема, частота.
Нарушается клеточный цикл: отсутствует дифферен-
цировка, аномальный митоз, утрачивается контактное
торможение, связь с межклеточным веществом.
|
