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

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 �