Автореферат и диссертация по медицине (14.00.23) на тему:Пространственно-временная организация пролиферативной системы и энергетического обмена в структуре "крипта - ворсинка" тонкой кишки мышей и ее изменения при развитии у них острого брюшнотифозного процесса

ДИССЕРТАЦИЯ
Пространственно-временная организация пролиферативной системы и энергетического обмена в структуре "крипта - ворсинка" тонкой кишки мышей и ее изменения при развитии у них острого брюшнотифозного процесса - диссертация, тема по медицине
Слинякова, Алевтина Юрьевна Москва 1998 г.
Ученая степень
кандидата биологических наук
ВАК РФ
14.00.23
 
 

Текст научной работы по медицине, диссертация 1998 года, Слинякова, Алевтина Юрьевна

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Российский Государственный Медицинский Университет Московский Медицинский Стоматологический Институт им. Н.А.Семашко

На правах рукописи УДК 616.98:579.842.14-07:616.329-018.7-092.9-07

СЛИНЯКОВА АЛЕВТИНА ЮРЬЕВНА

ПРОСТРАНСТВЕННО - ВРЕМЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЛИФЕ-

РАТИВНОЙ СИСТЕМЫ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА В СТРУКТУРЕ "КРИПТА - ВОРСИНКА" ТОНКОЙ КИШКИ МЫШЕЙ И ЕЁ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ РАЗВИТИИ У НИХ ОСТРОГО БРЮШНОТИФОЗНОГО ПРОЦЕССА.

14.00.23 - гистология, цитология, эмбриология

Диссертация

на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Научные руководители:

академик РАМН, заслуженный деятель науки РФ, профессор Ю.А.Романов

академик РАЕН, профессор В.В.Маркина

Научный консультант: доцент, кандидат биологических наук А.И.Антохин

Москва 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Стр.

Введение......................................................................................... 1

Глава 1. Литературный обзор.

1. Современные представления о пространственно-временной организации биологических систем.

1.1. Временная организация биологических систем........................ 5

1.2. Пространственная организация биологических систем........... 9

1.3. Пространственно-временная организация биологических

систем.............................................................................................. 10

1.4. Пространственно-временная организация пролиферативных процессов........................................................................................ 12

2. Пространственно-временная организация биологических процессов в эпителии тонкой кишки.

2.1. Морфо-функциональная характеристика эпителия

системы «крипта-ворсинка» тонкой кишки.................................... 15

2.1.1. Пространственная организация микроциркуляторного русла в системе «крипта-ворсинка» тонкой кишки.................................. 17

2.2. Метаболическая гетерогенность энтероцитов...................... 18

2.3. Пролиферативная гетерогенность энтероцитов.

2.3.1. Общие положения о гетерогенности клеток, участвующих

в пролиферации............................................................................. 21

2.3.2. Митотический цикл энтероцитов........................................ 23

2.3.3. Биологические ритмы размножения энтероцитов............... 25

2.3.4. Пространственная гетерогенность пролиферирующих энтероцитов................................................................................... 27

2.4. Структурно-функциональная характеристика биологических процессов, протекающих в тонкой кишке в условиях воздействия различных факторов.

2.4.1. Действие биологически активных веществ........................................................29

2.4.2. Действие ионизирующей радиации..............................................................................30

2.4.3. Влияние репаративной регенерации............................................................................30

2.4.4. Влияние инфекционного и аллергического факторов......................31

2.4.5. Алиментарные воздействия........................................................................................................31

3. Структурно-функциональные изменения при острой брюшнотифозной инфекции......................................................................... 33

4. Заключение по литературному обзору и задачи собственных исследований................................................................................... 38

Глава 2. Материалы и методы исследования.

2.1. Объект исследования................................................................ 41

2.2. Культура возбудителя.............................................................. 42

2.3. Методы исследования.

2.3.1. Приготовление гистологических препаратов тонкой кишки. 42

2.3.2. Графически-параметрический метод изучения биологических ритмов.............................................................................................. 42

2.3.3. Хронотопобиологический метод изучения пространственно-временной организации пролиферативной системы в эпителии крипты тонкой кишки..................................................................... 44

2.3.4. Гистохимический метод......................................................... 50

2.3.5. Цитофотометрический метод................................................. 51

2.3.6. Хронотопобиологический метод изучения пространственно-временной организации энергетического обмена в эпителии системы «крипта-ворсинка» тонкой кишки................................................... 51

2.3.7. Биометрический метод............................................................ 57

2.4. Серии экспериментов................................................................. 57

2.5. Обозначения............................................................................... 62

Глава 3. Результаты собственных исследований.

3.1. Изучение пространственно-временной организации пролиферативной системы в эпителии крипты и энергетического обмена в структуре «крипта-ворсинка» тонкой кишки у животных 1-й серии. 3.1.1. Пространственно-временная организация пролиферативной системы (1-я серия 1-я подсерия)...................................................... 64

3.1.2. Пространственно-временная организация энергетического обмена (1-я серия 2-я подсерия)....................................................... 70

3.2. Изучение пространственно-временной организации пролифе-ративной системы в эпителии крипты и энергетического обмена в структуре «крипта-ворсинка» тонкой кишки у животных 2-й серии -дневное заражение.

3.2.1. Пространственно-временная организация пролиферативной системы (2-я серия 1-я подсерия)...................................................... 76

3.2.2. Пространственно-временная организация энергетического

обмена (2-я серия 2-я подсерия)....................................................... 100

3.3. Изучение пространственно-временной организации пролиферативной системы в эпителии крипты и энергетического обмена в структуре «крипта-ворсинка» тонкой кишки у животных 3-й серии.

3.3.1. Пространственно-временная организация пролиферативной системы (3-я серия 1-я подсерия)......................................................119

3.3.2. Пространственно-временная организация энергетического обмена (3-я серия 2-я подсерия)....................................................... 124

4.4. Изучение пространственно-временной организации пролиферативной системы в эпителии крипты и энергетического обмена в структуре «крипта-ворсинка» тонкой кишки у животных 4-й серии-ночное заражение.

4.4.1. Пространственно-временная организация пролиферативной системы (4-я серия 1-я подсерия)......................................................131

4.4.2. Пространственно-временная организация энергетического обмена (4-я серия 2-я подсерия)....................................................... 154

Глава 4. Обсуждение собственных данных....................................... 174

Выводы............................................................................................. 201

Практические рекомендации........................................................... 204

Таблицы........................................................................................... 205

Литература....................................................................................... 275

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы. К числу центральных проблем современной экспериментальной и теоретической биологии относится проблема пространственно-временной организации биологических систем разного уровня сложности. Её значение определяется тем, что она, наряду с большим методологическим значением, является основой для решения многих важных вопросов строения и функционирования биологических систем. Получивший в последние годы широкое распространение в исследовательской работе системный подход (Блауберг И.В., Юдин Э.Г., 1973; Садовский В.Н., 1974) служит развитию системного представления в целом о мире и о процессах и явлениях, протекающих в нём. Одно из главных положений этого представления состоит в утверждении системной парадигмы (Кун Т., 1975). Но полная характеристика любой системы невозможна без изучения её пространственно-временной организации (Романов Ю.А., 1989,1990; Романов Ю.А., Маркина В.В.,1989).

Изучение пространственно-временной организации биологических систем нашло отражение в ряде работ (Романов Ю.А.,1978; Катинас Г.С.,1981; Романов Ю.А. и др., 1985; Ju.A.Romanov,1986; Ju.A.Romanov, V.V.Markina, T.Y.Savchenco, 1986; Маркина B.B.,1987; Романов Ю.А., Маркина В.В.,1989; Бородин Ю.И.,Труфакин В.А., Летягин А.Ю., Шурлыгина A.B., 1992; Романов Ю.А., Маркина В.В, 1993). Однако, требуются новые исследования для более полного представления закономерностей пространственно-временной организации различных биологических процессов.

По мнению ряда авторов, развитие исследований в области пространственно-временной организации биологических систем в норме и при патологии, будет способствовать более глубокому пониманию патогенеза заболеваний и разработке способов их профилактики и лечения (Комаров Ф.И., Романов Ю.А., Моисеева Н.И.,1989).

Известно, что к числу достаточно широко распространённых заболеваний человека относятся инфекционные заболевания, в том числе брюшной тиф (Шахбазов М.Г. и др., 1981; Покровский В.И.,1986; Невский М.В.,1989; Борисова М.А. и др., 1990). Хотя в борьбе с этим заболеванием достигнуты определённые успехи, для принятия более эффективных мер в этом направлении необходимы дальнейшие исследования.

Использование хронобиологического подхода оказалось удачным в лечении ряда заболеваний человека, например, сердечно-сосудистых и заболеваний желудочно-кишечного тракта (Заславская P.M., 1989; Заславская P.M., Асланян H.A., Ганелина И.Е.,1989; Комаров Ф.И., Рапопорт С.И.,1989). Можно думать, что применение хронобиологического подхода будет полезным и в борьбе с инфекционными заболеваниями, в том числе с брюшном тифом. Но оно должно основываться на результатах экспериментальных исследований данного вопроса. При этом сегодня, учитывая имеющиеся в литературе разработки, очевидно, надо говорить об изучении пространственно-временной организации состояния систем организма, в которых протекает процесс, то есть применять с этой целью хронотопобиологического подход.

Исходя из того, что первичный очаг брюшнотифозного процесса локализуется в дистальном отделе тонкой кишки (Давыдовский И.В.,1969) и, основываясь на изложенном выше положении о важности экспериментального исследования пространственно-временной организации биологических процессов в норме и при патологии, в настоящем исследовании была поставлена

цель: изучение закономерностей пространственно-временной организации пролиферативной системы и системы энергетического метаболизма в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей в норме и при заражении их брюшнотифозной инфекцией в разное время суток.

В задачи исследования входило:

1) разработка количественных методов хронотопобиологического клеточно-популяционного анализа пролиферативной системы и системы энергетического метаболизма в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей;

2) изучение пространственной и временной организации пролиферации клеток и уровня активности сукцинатдегидрогеназы (СДГ) в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" интактных мышей;

3) изучение пространственной и временной организации пролиферации клеток и уровня активности СДГ в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей после их заражения брюшнотифозной инфекцией;

4) сравнительный анализ состояния пространственной и временной организации пролиферации клеток и уровня активности СДГ в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей в зависимости от времени их заражения брюшнотифозной инфекцией на протяжении суток;

5) оценка состояния единой пространственно-временной организации пролиферации клеток и уровня активности СДГ в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей в норме и после заражения брюшнотифозной инфекцией.

Научная новизна. В диссертации впервые экспериментально с использованием специально разработанных методов исследовано состояние пространственно-временной организации пролиферативной системы и системы энергетического метаболизма в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей в норме и при заражении их брюшнотифозной инфекцией.

В результате хронотопобиологического клеточно-популяционного анализа получены новые данные, характеризующие пространственные и временные показатели размножения клеток и уровня активности СДГ в структурно-

функциональной единице тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей, а также их взаимосвязь в рамках единой пространственно-временной организации и закономерности их изменений в условиях острого инфекционного процесса.

На основании анализа экспериментальных данных впервые сформулировано представление о клеточно-популяционной дискретной единице, участвующей в формировании пространственной, временной и пространственно-временной организаций пролиферативной системы эпителия крипты тонкой кишки

Научно-практическое значение. Теоретическое значение работы состоит в том, что полученные в ней результаты углубляют и развивают системные представления о пространственно-временной организации биологических процессов. В ходе её проведения были разработаны количественные методы хронотопобиологического клеточно-популяционного анализа пролиферативной системы и системы энергетического метаболизма в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки "крипта-ворсинка" мышей, которые могут использоваться в других исследованиях проблемы пространственно-временной организации биологических систем.

Данные работы будут способствовать более полному пониманию патогенеза заболевания брюшным тифом.

ГЛАВА 1.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1. Современные представления о пространственно-временной организации биологических систем.

В современной биологии и медицине большое внимание уделяется теории систем, в том числе, теории организации и самоорганизации биологических систем. Одним из важных свойств любой биологической системы является пространственная и временная, а точнее единая пространственно-временная организация биосистемы (Романов Ю.А. и др., 1985; Романов Ю.А., Маркина В.В.,1987; Маркина В.В.,1987; Романов Ю.А.,1989; 1990; Romanov Y.А., 1986).

1.1. Временная организация биологических систем.

В последние годы вполне обоснованно заявляет о себе новое направление в медико-биологической науке—хронобиология и хрономедицина, изучающее закономерности процессов жизнедеятельности организма во времени (Комаров Ф.И. и др., 1989; Комаров Ф.И., 1996). В живых системах не существует ни одного физиологического процесса, который находился бы в стационарном состоянии (Романов Ю.А.,1989). Периодичность изменений различных параметров жизнедеятельности имеет важное значение для процессов адаптации (Соколов В.Е., Кузнецов Г.В.,1978).

В биологии и медицине накоплены многочисленные сведения о ритмических изменениях процессов, протекающих в живых системах. Практически любой биологический процесс не находится в стационарном состоянии, а колеблется с определённой частотой (Романов Ю.А., Рыбаков В.П., 1973).

Обнаружено, что сложные спектры колебаний свойственны фактически всем уровням организации человека и животных.

Они, в частности, характерны для таких процессов, как двигательная активность

животных (Гаттерман Р. и др., 1988), пролиферативная активность клеток (Авиньо Марадес Х.М. 1980; Рыбаков В.П. и др., 1988); ритм агрегации митохондрий на клеточном уровне (Загускина Л.Д., Кантор Н.П., 1988), стрессовая реакция организма (Куц М.Ю. и др., 1996) и др.

Биологические ритмы весьма устойчивы, генетически детерминированы и рассматриваются как эндогенные. Под влиянием внешних и внутренних факторов согласованность между отдельными ритмами может нарушаться, что приводит к развитию патологического состояния — десинхронозу, то есть рассогласованию естественных ритмов организма между собой и с датчиками времени (Алякринский Б.С.,1975). Различают два вида десинхроноза: 1) нарушение согласованности и осуществления функциональных ритмов в организме и их дезорганизация и 2) фазовые сдвиги и реактивные перестройки ритмов (Романов Ю.А., Рыбаков В.П., 1975).

Тонкая структура биоритмов и разнообразие реактивных свойств организма является отражением и выражением характеристик структуры "пространства-времени" и динамических изменений этой структуры (Дубров А.П., 1987).

Ф.Халберг (1964) и К.Питтендрай (1964) выдвинули концепцию временной организации биосистем, которая получила развитие в дальнейших исследованиях. В отечественной литературе понятие временной организации по отношению к пролиферативной системе было впервые обосновано Ю.А.Романовым (1972).

Когда речь идёт о временной организации биосистем, то имеется в виду определённая упорядоченность протекания во времени прцессов жизнедеятельности в этих системах. Выделены три вида временной организации биологических процессов (Романов Ю.А.,1991). Первый вид — это совокупность равнопериодических биологических ритмов разных функций организма, например, суточные ритмы различных процессов. Второй вид представляет собой совокупность разнопериодических биологических ритмов одной и той же функции, например,

суточные ультрадианные и околочасовые ритмы деления клеток. Третий вид проявляется в закономерном временном порядке следования (смены) биологических процессов, например, стадии индивидуального развития клеток и организмов.

Протекающие в организме процессы, которым свойственны биологические ритмы, рассматриваются как связанные между собой явления. Временная �