Медицинская биология

1.

Севастопольский государственный университет
Кафедра «Радиоэкология и экологическая безопасность»
Медицинская
биология
канд. биол. наук, ст. науч. сотр.
Сытников Денис Михайлович

2.

Медицинская биология
Лекция 9. Онтогенез (4 ч):
Особенности прогенеза
Эмбриогенез
Провизорные органы
Интеграция в онтогенезе
Закономерности онтогенеза
Постэмбриональный период
Регенерация

3.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.1. Особенности прогенеза
Прогенез — процесс развития половых клеток (гамет), протекает в организме родительских особей.
Гаметогенез у животных происходит в половых железах — гонадах (яичники, семенники).
Образование яйцеклеток называется овогенез, сперматозоидов — сперматогенез.
Яички — железы трубчатого строения. Сперматозоиды образуются в просвете канальцев, которые
собираются в семявыносящий проток.
Яичник имеет фолликулярное строение. Яйцеклетка образуется на поверхности яичника в
фолликуле, который затем разрывается (овуляция). Из фолликула яйцеклетка попадает в брюшную
полость, а затем в яйцевод (фаллопиева, или маточная, труба), где происходит оплодотворение.
На ранних стадиях эмбриогенеза происходит разделение клеток на соматические и половые
клетки. Последние являются потомками тотипотентных клеток, присутствующих в
бластодерме зародыша. Оттуда у амниот они попадают в энтодерму желточного мешка, далее
мигрируют в стенку кишки зародыша, а затем перемещаются в закладку гонады. Первичные
половые клетки — гоноциты. При дифференциации семенника гоноциты перемещаются в
мозговой слой гонады, яичника — в корковом слое.
Овогенез включает три стадии — размножение, рост, созревание. В сперматогенез добавляется —
формирование (спермиогенез).
Особые соматические клетки гонад обеспечивают питание и превращение гоний в зрелые половые
клетки. В яичниках — это фолликулярные клетки, образующиеся из коркового слоя яичника. В
семенниках — клетки Сертоли (трофические клетки).

4.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.1. Особенности прогенеза
Размножение. Попав в зачатки половых желёз, гоноциты
превращаются в гонии и размножаются путём митоза.
Формирующиеся женские половые клетки называются овогониями,
мужские — сперматогониями. Размножение сперматогониев в
семенных канальцах происходит в течение периода половой
зрелости; размножение овогониев заканчивается у эмбриона.
Рост. В ядрах овоцитов или сперматоцитов І порядка
осуществляется репликация ДНК и они вступают в профазу I
мейоза. В овогенезе разделяют фазы: 1) превителлогенез (малый
рост), ихарактеризуется синтезом РНК; 2) вителлогенез (большой
рост), накопление желтка.
Созревание — переход клетки из диплоидного состояния в
гаплоидное. (мейоз). При сперматогенезе из одного сперматоцита
I порядка после первого деления мейоза образуются два
сперматоцита II порядка, а после второго деления мейоза —
четыре сперматиды. При овогенезе из одного овоцита І порядка
образуются один овоцит II порядка и первое редукционное
(полярное) тельце I (в него отходит половина хромосомного
набора). После второго деления мейоза из овоцита II порядка
образуются зрелая яйцеклетка (овотида) и второе редукционное
тельце (их может быть три, если разделится первое тельце).
Спермиогенез. В ходе потери цитоплазмы, уплотнения ядра,
образования акросомы (видоизменённый комплекс Гольджи) и
жгутика формируется сперматозоид.

5.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.1. Особенности прогенеза
Особенности сперматогенеза. В эмбриогенезе гоноциты мигрируют в зачаток гонады, где формируют
популяцию сперматогоний. Сперматогенез в извитых канальцах яичка начинается у подростка и протекает всю
жизнь. Время превращения сперматогония в сперматозоид 75 сут. Диплоидные сперматогонии делятся
митотически. Сперматогонии А сохраняют способность к делению и представляют собой популяцию стволовых
клеток. Остальные дифференцируются в сперматогонии В, которые продолжают процесс сперматогенеза.
Особенности овогенеза. Период размножения происходит в эмбриогенезе (3-7 мес.),
завершается к 3 г. Овогонии делятся митотически, на 20-й нед. развития плода их 7
млн, в результате апоптоза при рождении ок. 1 млн, при половом созревании ок. 0,4
млн. Лишь ок. 450 кл. созревают и выходят из яичника в брюшную полость в течение
детородного периода жизни.
В периоде роста образуются овоциты I порядка, которые реплицируют ДНК и
остаются на стадии профазы первого мейотического деления (диктиотена) до
полового созревания. Овоциты I окружены одним слоем плоских фолликулярных
клеток (примордиальные фолликулы). При половой зрелости ежемесячно один
фолликул становится однослойным (zona pellucida — блестящая оболочка), затем
формируется многослойный фолликул (Граафов пузырёк: овоцит II порядка и первое
полярное тельце). Созревание происходит перед овуляцией: овоцит I заканчивает
первое мейотическое деление и образуется овоцит II (Граафов пузырек) и первое
полярное (редукционное) тельце. Граафов пузырек разрывается и овоцит II выходит в
брюшную полость и попадает в маточную трубу (овуляция). Второе мейотическое
деление идет до стадии метафазы, после оплодотворения в яйцеводах. Овоцит II
заканчивает мейоз и образует зрелую овотиду и редукционное тельце.

6.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.1. Особенности прогенеза
Сперматозоиды — небольшие (50—70 мкм), подвижные
клетки с высоким ядерно-цитоплазматическим отношением.
В сперматозоиде различают головку, среднюю часть и
хвост. В головке расположено гаплоидное ядро (хроматин
плотно конденсирован), акросома — содержит литические
ферменты, которые способны растворять оболочки
яйцеклетки, и центриоль, которая формирует цитоскелет
жгутика. Через всю среднюю часть сперматозоида
проходит цитоскелет жгутика, который состоит из
микротрубочек. В средней части вокруг цитоскелета
жгутика располагаются митохондрии, которые синтезируют
АТФ и тем самым обеспечивают движение жгутика.
Хвост, или жгутик, тоньше средней части и значительно
длиннее её. Его строение типично для жгутиков эукариот.
Для уменьшения размера сперматозоида при его
созревании происходят специальные преобразования: ядро
уплотняется за счет уникального механизма конденсации
хроматина (из ядра удаляются гистоны, ДНК связывается с
белками-протаминами), цитоплазма выдавливается в виде
Сперматозоид:
«цитоплазматической капли».
а) общий вид; б) схема строения

7.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.1. Особенности прогенеза
Яйцеклетки — крупные (150—170 мкм) неподвижные клетки с низким ядерно-цитоплазматическим
отношением, содержат много органелл. Яйцевые оболочки обеспечивают защиту зародыша и его связь с
внешней средой: Первичная (желточная) образуется яйцом, называется блестящей оболочкой (zona
pellucida), в её образовании участвуют фолликулярные клетки. Вторичная формируется из
фолликулярных клеток (corona radiata). Третичные образуются железами яйцевода у птиц (белковая,
скорлуповые оболочки).
У яйцеклетки различают анимальный полюс, куда смещено ядро, и вегетативный, где много желтка.
Неравномерно распределены в цитоплазме и органоиды и морфогены (детерминанты дробления).
Внутреннюю разнокачественность участков яйца называют овоплазматической сегрегацией.
Функциональная роль веществ яйцеклетки различна. 1) Ферменты, рибосомы, мРНК, тРНК и их
предшественники необходимы для репликации, транскрипции и трансляции в бластомерах. 2) Для раннего
развития необходимы: факторы дезинтеграции ядерной оболочки, конденсации хромосом, преобразования
ядра сперматозоида в пронуклеус и активирующий в нём синтез ДНК перед дроблением; компоненты так
называемой инозитолфосфатной системы, обеспечивающие активацию яйцеклетки после оплодотворения;
фактор, ответственный за цитотомию во время дробления. 3) Под плазматической мембраной яйцеклетки
находится сократимый слой цитоплазмы (2—3 мкм ) — кортикальный слой (необходим в образовании
оболочки оплодотворения и последующей цитодифференцировке клеток эмбриона). 4) Желток — запас в-в
(гликопротеиды, липопротеиды, гликолипиды, фосфолипиды, нейтральные жиры и минеральные соли).
По количеству желтка яйцеклетки подразделяют на: а-, олиго-, мезо- и полилецитальные. Если желток
распределен равномерно — изо- или гомолецитальная; при неравномерном распределении —
анизолецитальная. Яйцеклетку человека называют олиголецитальной и изозолецитальной.

8.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.1. Особенности прогенеза
При образовании половых клеток возможно нарушение расхождения хромосом (анеуплоидия) или
возникновение генных мутаций.
Мутации, возникающие в половых клетках, называют генеративными. Они передадутся всем клеткам
потомка. В медицинской практике выявлены различные виды патологии развития, обусловленные
аномальным кариотипом.
Причиной аномалий является нерасхождение в анафазе I хромосом или в анафазе II хроматид в
процессе мейоза овоцитов. В результате этого в одну клетку попадают две хромосомы и формируется
набор половых хромосом ХХ, а в другую не попадает ни одна. При оплодотворении таких яйцеклеток
сперматозоидами с Х- или Y-половыми хромосомами могут образоваться следующие кариотипы:
1) кариотип 45, Y0 — нежизнеспособный;
2) кариотип 45, Х0 — женский организм с рядом изменений — невысокий рост, недоразвитие половых
органов (яичника, матки), отсутствие менструаций и вторичных половых признаков (синдром
Тёрнера);
3) кариотип с 47, ХХХ — трисомия по Х (нормальное физическое развитие, пониженная плодовитость
и, как правило, умственная отсталость);
4) кариотип 47, XXY — мужской организм с рядом нарушений — уменьшены мужские половые железы,
отсутствует сперматогенез, увеличены молочные железы (синдром Клайнфельтера, не путать с
болезнью Крейтцфельдта – Якоба).
Слияние двух сперматозоидов с одной яйцеклеткой или же оплодотворение диплоидной яйцеклетки
может вести к триплоидии у зародыша. Такие эмбрионы нежизнеспособны (выкидыши).

9.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Эмбриональный период длится от момента оплодотворения до выхода из яйцевых (зародышевых) оболочек
либо до рождения у плацентарных млекопитающих — пренатальный период (стадии зиготы, дробления,
гаструляции, гисто- и органогенеза). У хордовых выделяют начальный этап органогенеза — нейруляцию, в ходе
которой у амниот (рептилии, птицы, млекопитающие) происходит образование зародышевых оболочек.
Оплодотворение — процесс слияния двух гаплоидных половых клеток, ведущий к образованию диплоидной
зиготы. Проникновение сперматозоида в яйцеклетку у человека происходит на стадии метафазы второго
деления мейоза. В результате образуется одноклеточный зародыш (зигота), первая клетка нового организма. В
процессе оплодотворения 1) сперматозоид активирует яйцеклетку к развитию; 2) вносит в яйцеклетку
наследственный материал. Пронуклеусы сливаются (кариогамия).
Оплодотворению предшествует осеменение (наружное, внутреннее). В эякуляте человека до 150 млн
сперматозоидов, они сохраняют жизнеспособность в женских половых путях до 2 сут. Капацитация
(формирование оплодотворяющей способности) происходит в результате смешивания сперматозоидов с
семенной жидкостью и во время продвижения по женским половым путям. Яйцеклетка (фолликулярные клетки)
высвобождает сигнальные факторы, активирующие хемотаксис и реотаксис. Сперматозоиды выделяют на
поверхности головки гиалуронидазу, которая расщепляет внеклеточный матрикс, соединяющий фолликулярные
клетки corona radiata. Сперматозоид, который первым доберется до блестящей оболочки (zona pellucida),
осуществит оплодотворение.
Акросомная реакция (ферменты) приводит к растворению оболочек и проникновению ядра и центриоли
сперматозоида по цитоплазматическому мостику в цитоплазму яйца (плазмогамии). Реакция активации яйца
проходит параллельно. Проникновение сперматозоида через zona pellucida вызывает диффузию ионов кальция
из головки сперматозоида во внеклеточную среду, окружающую яйцеклетку, меняются свойства поверхностных
гликопротеинов zona pellucida, происходит растворение. Выделяемые ферменты приводят к образованию
оболочки оплодотворения, защищающей от проникновения др. сперматозоидов (кортикальная реакция).

10.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Дробление — митотическое деление зиготы, приводящее к образованию бластулы (бластомеры, бластодерма,
бластоцель), восстановливающее ядерно-цитоплазматическое отношение. Происходит распределение
морфогенетически активных веществ по бластомерам, что приводит к их разнокачественности и определяет
дифференцировку тканей и органов. Митотические циклы укорочены. По расположению митотического веретена
и бластомеров выделяют: радиальное (иглокожие, ланцетник, земноводные); билатеральное (аскариды,
асцидии); спиральное (моллюски, черви); анархическое (кишечнополостные) дробление. Борозды дробления:
меридиональные, экваториальные, широтные.
Дробление у хордовых:
а — ланцетик (целобластула);
б — амфибии (амфибластула);
в — рептилии и птицы (дискобластула);
г — млекопитающие (бластоциста).
1 — анимальный полюс зиготы;
2 — вегетативный полюс зиготы;
3 — зародышевый диск.

11.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Пролиферация — ведущий клеточный механизм дробления, интегративный механизм — межклеточные
контакты. Бластомеры обладают тотипотентностью, при этом наблюдается детерминация. В
бластоцисте плацентарных млекопитающих клетки внутренней клеточной массы только плюрипотентны —
способны дать все типы клеток зародыша, но не клетки плаценты. Хорион и затем плацента разовьются из
клеток трофобласта. Начиная со стадии гаструляции, осуществляется дифференцировка клеток.
Первоначально происходит дифференцировка в пределах зародышевых листков, на более поздних стадиях — в
пределах тканей и органов. В основе дифференцировки лежит процесс постепенной дерепрессии генов
исходно репрессированного генома зиготы. В разных частях зародыша дерепрессируются разные группы
генов.
Дробление зиготы человека является, начинается к концу первых сут, продолжается 3—4 сут после
оплодотворения по мере продвижения зародыша по яйцеводу к матке. Дробление полное, неравномерное,
асинхронное, зародыш может содержать непарное число бластомеров. Первое деление — меридиональное,
при втором — один из двух бластомеров делится меридионально, второй — экваториально (чередующееся или
ротационное дробление).
Митотический цикл достигает 24 ч. Сначала бластомеры плотно прилегают друг к другу (морула), на стадии 8—
16 бластомеров первоначально округлые клетки делятся на две группы. Наружные образуют зачаток
трофобласта. Клетки внутренней клеточной массы (ВКМ) образуют щелевые контакты и эмбриобласт, из
которого формируется зародыш, амнион, желточный мешок и аллантоис. Из трофобласта образуется хорион,
он участвует имплантации и формировании плаценты. На 5—6 сут образуется полость с питательной
жидкостью (бластоциста).
Благодаря тотипотентности бластомеров возможно образование монозиготных близнецов, которые могут иметь
два раздельных или общий хорион, при этом общий или раздельные амнионы.

12.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Гаструляция — образование зародышевых листков, зародыш становится двух- (кишечнополостные, ланцетник)
или трёхслойным: эктодерма, энтодерма и мезодерма. Происходят клеточные преобразования: деление,
перемещения отдельных клеток и групп, избирательное размножение, сортировка, начало дифференцировки,
тотипотентность утрачивается, клетки плюрипотентны, индукционные взаимодействия.
Эмбриональная индукция — процесс воздействия одних частей зародыша на соседние, выражается в
определении направления их дифференцировки. Осуществляется путем выделения белков-индукторов.
На стадии поздней бластулы амфибий и др. животных можно определить презумптивные зачатки — группы
морфологически недифференцированных клеток, которые в ходе гаструляции дадут зародышевые листки и их
производные — хорду и нервную систему.
Выделяют несколько способов гаструляции: 1) инвагинация бластодермы в бластоцель; 2) эпиболия — обрастание
быстро делящимися микромерами клеток, которые делятся медленнее (макромеров); 3) иммиграция —
выселение клеток бластодермы в бластоцель; 4) деляминация — расслоение бластодермы, благодаря
синхронизации цитокинеза; 5) инволюция — подворачивание пласта клеток. В зависимости от строения бластулы
и систематического положения организма обычно наблюдаются смешанные варианты.
Яйцеклетка плацентарных млекопитающих практически лишена желтка, дробление у них голобластическое
(полное), как у низших хордовых. На стадии бластоцисты видны отличия в строении зародыша. Материалом для
дальнейшего его развития являются только клетки эмбриобласта.
Гаструляция у плацентарных млекопитающих происходит как у птиц и рептилий, путём деляминации (разделение
зародышевого диска на эпи- и гипобласт) и иммиграции. Гипобласт является зачатком внезародышевой
энтодермы. Полость между эпи- и гипобластом — бластоцель. У человека гаструляция начинается на 7 сут вместе
с имплантацией бластоцисты в слизистую матки. В этот период активно формируются внезародышевые органы.

13.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Гаструляция
у плацентарных млекопитающих:
а — бластоциста;
б, в — деляминация эмбриобласта;
г, д — иммиграция клеток эпибласта.
1 — трофобласт;
2 — эмбриобласт; 3 — бластоцель;
4 — эпибласт; 5 — гипобласт;
6 — внезародышевая энтодерма.

14.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Гисто- и органогенез занимают большую часть эмбрионального периода. Нейруляция —
период, когда у хордовых образуется комплекс осевых органов (нервная трубка — дорзально,
хорда под ней, вторичная кишка — вентрально) и мезодермальные комплексы. Вначале
дорзальная эктодерма, отвечая на индукционное воздействие клеток будущей хорды, образует
нервную пластинку (клетки цилиндрической формы), её боковые края приподнимаются,
формируя нервные валики, между которыми образуется нервный желобок. Когда края валиков
смыкаются, возникает трубка с полостью — невроцелем. При смыкании часть клеток образует
нервный гребень.
Мезодерма частично (амфибии) или полностью (амниоты) обособляется в ходе гаструляции в
виде хордомезодермального зачатка. Затем обособляется хорда и происходит
дифференцировка мезодермы. За счёт процессов сгущения и разряжения клеток на спинной
стороне в направлении от головы к хвосту мезодерма образует парные сомиты, которые
соединяются сомитной ножкой (нефрогонотомом) с вентральной несегментированной частью
мезодермы — спланхнотомом (боковая пластинка). Сомиты дифференцируются на
дерматомы, миотомы и склеротомы; клетки боковой пластинки расходятся, образуя
соматоплевру (наружный — париетальный — листок мезодермы) и спланхноплевру
(внутренний — висцеральный — листок мезодермы), между которыми формируется вторичная
полость тела — целом.

15.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.2. Эмбриогенез
Производные эктодермы — эпидермис и его производные (волосы, ногти, эмаль зубов, рога,
копыта, иглы, чешуи, перья; кожные железы — потовые, молочные, сальные, пахучие; эпителий
околоушных слюнных желёз), эпителий ротовой полости и анального отверстия. Нервная трубка
образует ЦНС — головной и спинной мозг, компоненты органов чувств, среднюю и заднюю доли
гипофиза. Клетки нервного гребня мигрируют и дают: спинномозговые и вегетативные ганглии,
пигментные клетки кожи, мозговое вещество надпочечников, элементы висцерального черепа.
Производные мезодермы — дерма кожи, опорно-двигательная система, кровеносная система,
лимфатическая система, половая система, выделительная система, гладкая мускулатура
пищеварительной и дыхательной систем.
Производные энтодермы — ЖКТ, кроме начального и конечного отделов (средняя кишка), эпителий
подчелюстных и подъязычных слюнных желёз, эпителий мочевого пузыря, мочеиспускательного
канала и влагалища, клетки печени и поджелудочной железы, эпителий лёгких и воздухоносных
путей, а также секретирующие клетки щитовидной и паращитовидных желёз.
На стадии нейруляции в процесс морфогенеза вовлечён весь зародыш, поэтому нарушения на
данном этапе приводят к возникновению комплекса пороков развития, обычно несовместимых с
жизнью. Например, платиневрия — нарушение формирования у плода спинного мозга, который
представляет собой деформированную нервную пластинку, не погружённую под кожную эктодерму;
сопровождается микроцефалией. При углублении дифференцировки нарушения морфогенетических
процессов лежат в основе возникновения аномалий, тяжесть которых тем меньше, чем на более
поздних этапах они возникли (расщелина губы и неба, синдактилия — сращение пальцев).

16.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.3. Провизорные органы
Провизорными называются временные органы, функционирующие у личинок и зародышей, к ним
относятся желточный мешок (эволюционно более ранний), амнион, сероза (хорион) и аллантоис.
Формирование аллантоиса и зародышевых оболочек (амнион, хорион) позволило осуществить переход
эмбрионального развития из водной среды в наземную. Эти провизорные органы представлены у амниот
(рептилий, птиц и млекопитающих). У представителей классов Круглоротые, Рыбы и Амфибии (анамнии —
низшие позвоночные) есть только желточный мешок; их размножение и развитие происходит в воде.
У человека имплантация бластоцисты в стенку матки начинается с 7 сут после оплодотворения и
продолжается ок. 40 ч. При этом зародыш погружается в ткани слизистой оболочки. В первой стадии
(адгезии) трофобласт прикрепляется к слизистой и в нём начинают дифференцироваться два слоя —
цитотрофобласт и синцитиотрофобласт. Во второй стадии (инвазии) синцитиототрофобласт,
продуцируя протеолитические ферменты, разрушает слизистую оболочку матки. При этом формирующиеся
ворсинки трофобласта, внедряясь в матку, последовательно разрушают её эпителий, затем подлежащую
соединительную ткань и стенки сосудов; трофобласт вступает в непосредственный контакт с кровью
сосудов. Трофобласт вначале (первые 2 нед.) потребляет продукты распада материнских тканей
(гистиотрофно), затем питание зародыша осуществляется гематотрофно. Из крови матери зародыш
получает питательные вещества, антитела и кислород. Изменение питания сопровождается переходом ко
второй фазе гаструляции и закладке внезародышевых органов.
Амнион выражен и выполняет защитную функцию; формируется после образования бластоцисты и нач. её
имплантации за счёт расслоения клеток внутренней клеточной массы эмбриобласта (8 сут).
Хорион у человека соответствует серозной оболочке; образуется на 12—13-е сут из трофобласта
бластоцисты. В состав его стенки входит трофобласт и париетальный листок мезодермы. Выполняет
функцию связи зародыша с организмом матери, его ворсинки образуют зародышевую часть плаценты.

17.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.3. Провизорные органы
Зародыш человека на 8-й (А) и 13-й день (Б)
эмбрионального развития:
1 — зародышевый эпибласт;
2 — гипобласт (внезародышевая энтодерма);
3 — полость амниона;
4 — трофобласт;
5 — синцитиальный трофобласт;
6 — амнион;
7 — полость амниона;
8 — зародышевый диск;
9 — эктоденрма амниона;
10 — внутренний листок мезодермы;
11 — наружный листок мезодермы;
12 — стенка желточного мешка;
13 — полость желточного мешка;
14 — экзоцелом;
15 — ворсина хориона;
16 — почка аллантоиса.

18.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.3. Провизорные органы
Желточный мешок не содержит желтка, образуется на месте полости бластоцисты на 9 сут, является первичным
кроветворным органом и поставщиком первичных половых клеток.
Аллантоис образуется на 13 сут эмбриогенеза. В ходе развития проксимальная его часть становится мочевым
пузырём, а дистальная — урахус — является протоком, осуществляющим связь аллантоиса сначала с задней
кишкой, потом с мочевым пузырём зародыша. Урахус находится в пупочном канатике, позднее он редуцируется, а
его соединительнотканная часть становится пупочно-пузырной связкой. Его мезодермальная часть разрастается и
формирует пупочные кровеносные сосуды, которые переходят на хорион и образуют сосудистый компонент
плаценты.
Плацента имеет хориоаллантоидное происхождение. Это область, где тесно прилежат ткани хориона и слизистая
матки. Сосуды материнской части плаценты утрачивают свою непрерывность и ворсины хориона омываются
кровью. Мезодермальная часть аллантоиса формирует сосудистую часть плаценты и сосуды пупочного канатика.
Провизорные органы развиваются из тех же тканей, что и плод, их исследование позволяет судить о генотипе
плода. К методам пренатальной диагностики относятся: амниоцентез, биопсия хориона, кордоцентез, УЗИдиагностика.
Хорион может разрастаться без плода, формировать хориоэпителиомы. Изменения функций амниотической
оболочки могут приводить к нарушению процессов секреции и резорбции амниотической жидкости (маловодие,
многоводие). Амниотические нити, перетяжки, сращения — приводят к амниогенным порокам развития плода
(ампутации, расщелины).
Аномалии редукции желточного протока приводят к пупочно-кишечным свищам, дивертикулу Меккеля.
Незаращение урахуса приводит к сохранению связи между мочевым пузырем и пупочным кольцом, что может
сопровождаться выделением мочи из пупка (пузырно-пупочный свищ), образованию дивертикула мочевого
пузыря.

19.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.4. Интеграция в онтогенезе
Интеграция (взаимосвязь) частей зародыша в процессе развития, включает три уровня:
клетки, ткани и организм. Начиная с двух бластомеров, зародыш становится интегрированной
системой. К механизмам интеграции относят: 1) межклеточные взаимодействия (дробление);
2) взаимодействия тканей и структур (эмбриональная индукция), начиная с гаструлы;
3) гуморальная и нервная регуляция (формирование нервной и кровеносной системы).
Указанные механизмы подключаются поэтапно и обеспечивают взаимосвязь частей.
Межклеточные взаимодействия играют существенную роль на протяжении всего онтогенеза,
особую значимость имеют на ранних этапах эмбриогенеза (дробление). На второй клеточной
стадии зародыш представляет собой не совокупность клеток, а отдельный организм. Способы
воздействия клеток друг на друга различны, главная роль принадлежит особенностям
плазматической мембраны и образуемым ею контактам. Различия между клетками являются
ранним проявлением цитодифференцировки в развитии млекопитающих, выбор направления
которой, определяется характером межклеточных взаимодействий.
Щелевые контакты — это специфические области, где плазматическая мембрана одной
клетки вступает в тесный контакт с плазматической мембраной другой. У большинства
зародышей ранние бластомеры связаны такими контактами, в результате чего небольшие
растворимые молекулы и ионы проходят между бластомерами. Щелевые межклеточные
контакты формируются в определенное время, для передачи информации от одного
бластомера другому. Нарушения контактов в периоде дробления между бластомерами
приводят к рождению монозиготных близнецов.

20.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.4. Интеграция в онтогенезе
Эмбриональная индукция — процесс, в котором одни структуры (индуктор) побуждают к развитию другие,
способные воспринимать данное воздействие (компетентная ткань). Феномен эмбриональной индукции был
открыт немецким эмбриологом Г. Шпеманом в 1921 г. в экспериментах по изучению свойств материала
хордомезодермы. Первичная эмбриональная индукция состоит в том, что под действием клеток будущей хорды
(у амфибий это дорзальная губа бластопора, у рептилий, птиц и млекопитающих — гензеновский узелок) на
стадии ранней гаструлы происходит дифференцировка клеток эктодермы, и они позднее образуют нервную
трубку. В данном случае эктодерма — компетентная ткань, будущая хорда — ткань-индуктор.
В процессе развития осуществляется цепь индукционных влияний: клетки, получившие стимул к
дифференцировке, в свою очередь часто становятся индукторами для других реагирующих систем;
индукционные влияния необходимы и для дальнейшей дифференцировки компетентной ткани в заданном
направлении. Способность клеток, дифференцирующихся под индуктивным воздействием, самим индуцировать
дифференцировку новой группы клеток получило название вторичной индукции.
Во многих случаях установлено, что в процессе индукции не только индуктор влияет на дифференцировку
компетентной ткани, но и она оказывает воздействие на индуктор, необходимое как для его собственной
дифференцировки, так и для осуществления им индуцирующего влияния. В процессе индукции из клеток
индуктора в клетки реагирующей системы переходят вещества (индуцирующие агенты), которые участвуют в
активации ряда генов и синтезе специфических иРНК в ядрах клеток реагирующей системы, необходимых для
синтеза соответствующих белков.
Индукторы представляют собой белки (хордин, ногтин) и неспецифические факторы. Нарушение процессов
эмбриональной индукции может приводить к нарушениям развития (секвенции) или аномаладам, когда
нарушения в формировании одной ткани-индуктора влекут за собой комплекс нарушений (последовательность
дефектов) в компетентных тканях (недоразвитие или отсутствие глаза).

21.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.4. Интеграция в онтогенезе
Гуморальную регуляцию развития, осуществляемую путём распространения различных веществ через
жидкости, следует отнести к дистантным взаимодействиям. Вещества, участвующие в такой регуляции
делят на два типа.
1) Молекулы, способные проникать через липидные компоненты клеточной мембраны, могут проникать в
ядро клетки и непосредственно действовать на ДНК (стероидные гормоны, ретиноевая кислота, окись
азота (NO), активные формы кислорода).
2) Молекулы, не проникающие в цитоплазму, связываются с рецептором клеточной мембраны или с
внеклеточными белками (гормоны, производные аминокислот, белковые гормоны, факторы роста).
Гормон или другой лиганд (вещество, передающее сигнал за счёт связывания с активным центром
молекулярных рецепторов, обладающих специфичностью) взаимодействует только с клетками-мишенями.
В разных клетках-мишенях гормоны воздействуют на различные группы генов, и могут оказывать
разнонаправленное воздействие.
Сложные морфогенезы в онтогенезе амфибий, обеспечивающие превращение головастика в лягушку,
происходят под действием гормонов щитовидной железы, главным образом тироксина. Его влияние
приводит к исчезновению хвоста и жаберных щелей, перестройке черепа, позвоночника и всего
пищеварительного тракта, формированию конечностей, изменению строения кожи, в которой появляются
многоклеточные слизистые железы.
Нервная регуляция развития осуществляется на более поздних стадиях онтогенеза, когда нервная система
будет сформирована и начнет функционировать. С этого момента нервные влияния наряду с
гуморальными воздействиями станут основными интегрирующими механизмами в ходе всего дальнейшего
онтогенеза особи.

22.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.5. Закономерности онтогенеза
В XVII и XVIII вв. по представлениям преформистов онтогенез являлся процессом количественного увеличения
заранее предсуществующих частей организма (решался вопрос о роли женских и мужских половых клеток). С
точки зрения эпигенеза в онтогенезе осуществляются качественные изменения, приводящие к возникновению
структур организма из бесструктурной яйцеклетки. В XIX в. К. Бэр описал яйцеклетку млекопитающих, а также
зародышевые листки и обнаружил сходство плана строения зародышей различных классов позвоночных —
рыб, амфибий, рептилий, птиц, млекопитающих. Он установил, что содержимое яйцеклетки неоднородно и
степень структурированности увеличивается по мере развития зародыша. Одним из важнейших открытий кон.
XX — нач. XXI в. стало выявление ключевых генов дифференцировки и управление их работой.
Биология развития изучает молекулярные, клеточные и системные механизмы онтогенеза. Морфогенез —
процесс формирования структур и органов, преобразования их формы в течение индивидуального развития.
Он связан с неоднородностью цитоплазмы яйцеклетки, с распределением БАВ по разным бластомерам при
дроблении, перемещением клеточных масс в ходе гаструляции и закладок органов, изменения пропорций. На
клеточном, субклеточном и молекулярном уровнях имеют значение дифференциальная экспрессия генов,
детерминация и дифференцировка клеток. Разработано несколько концепций морфогенеза.
Американский биолог Ч. Чайлд в начале ХХ в. предложил концепцию физиологических градиентов
(количественные различия в уровне метаболизма, градиенты, имеют значение для процессов клеточной
дифференцировки и морфогенеза; их возникновение определяется гетерогенностью внешней среды). В 1969
г. английский биолог Л. Вольперт рассмотрел морфогенез с точки зрения концепции позиционной
информации, источниками которой являются детерминанты цитоплазмы и индукционные воздействия
(морфогены). Концепция морфогенетического поля разработана австрийским биологом П. Вейсом и русскими
учёными А.Г. Гурвичем и Н.К. Кольцовым. Они рассматривают зародыш как единое целое развитием которого
управляет поле этого целостного образования, созданное всей совокупностью элементов данного поля.

23.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.5. Закономерности онтогенеза
В основе индивидуального развития лежат следующие процессы: 1) пролиферация клеток; 2) движение
клеточных пластов, миграция отдельных клеток; 3) сортировка, избирательная адгезия клеток; 4) контактные
и дистантные взаимодействия; 5) индукционные взаимодействия клеток; 6) апоптоз; 7) детерминация и
дифференцировка клеток.
Пролиферация (деление) клеток происходит на протяжении всего онтогенеза. Зигота, первая соматическая
клетка организма, бластомеры и все последующие клетки (кроме предшественников половых) делятся
митозом. Благодаря делению из одноклеточной зиготы возникает многоклеточный организм. Пролиферация
клеток, происходящая после стадии дробления, обеспечивает рост организма (алло-, изометрический).
Нарушения пролиферации проявляются в виде недоразвития (aгенезия, аплазия, гипоплазия) или же
чрезмерного развития (гиперплазии, гипертрофии) органов зародыша.
Миграция клеток приобретает значение на стадии гаструляции (формирование зародышевых листков),
обеспечивает доставку клеточного материала (пластов) в нужную область. Например, клетки нервного гребня
(«четвёртый зародышевый листок») выделяются из нейроэктодермы при смыкании нервной трубки, их
миграция определяется взаимодействием с межклеточным веществом (матриксом). В зачатке головного мозга
клетки перемещаются из зоны размножения, прилежащей к полости невроцеля, к внешней стороне нервной
трубки и образуют ряд выпячиваний (мозговых пузырей). Нарушения миграции приводят к врожденным
порокам развития — гетеротопии и эктопии (аномальная локализация) органов (ПЖ в нетипичном месте).
Сортировка и слипание (адгезия), когда клетки «узнают» друг друга в зависимости от свойств, избирательно
образуют скопления и пласты. Этот механизм важен при формировании зародышевых листков, образовании
структур в органогенезе, осуществлении регенерации в постнатальном развитии. Молекулы межклеточной
адгезии (четыре семейства белков): кадгерины (объединяют в ткани), селектины (клетки крови — эндотелий
сосудов), интегрины (меж- и внеклеточные взаимодействия), иммуноглобулины (неконтактная адгезия).

24.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.5. Закономерности онтогенеза
Апоптоз — запрограммированная клеточная гибель за счёт которой формируются отверстия и полости тела,
ликвидируются ненужные структуры зародыша, устанавливается количество клеток в составе органа. Апоптоз
обеспечивает также и исчезновение органов, например при метаморфозе у земноводных. Нарушение механизма
апоптоза приводит к формированию аномалий развития: син-, полидактилия (сращение, многопалость),
гипертрихоз (повышенное оволосение). Могут не возникать естественные отверстия (атрезия ануса).
В бластоцисте млекопитающих клетки внутренней клеточной массы (эмбриобласта) уже не способны дать клетки
плаценты, клетки трофобласта — дать клетки зародыша. Зигота и ранние бластомеры тотипотентны, клетки
бластоцисты уже плюрипотентны. В эмбриогенезе потенции сужаются (феномен коммитирования), давая полимульти- унипотентные клетки. Коммитирование происходит и во взрослом организме (дифференцировка
полипотентных стволовых клеток), его механизм — стойкая репрессия одних и дерепрессия других генов.
Детерминация — процесс формирования спектра экспрессирующихся генов групп клеток, занимающих разную
позицию в зародыше в результате взаимодействия генома и эпигенетических факторов. Регулирующее влияние
на дифференциальную активность генов оказывают генетические и эпигенетические механизмы. К первым
относится регуляция экспрессии генов на этапах реализации транскрипции, посттранскрипционных процессов,
трансляции и посттрансляционных процессов. Эпигенетические механизмов представлены ооплазматической
сегрегацией, клеточными взаимодействиями, действием гормонов.
Клеточной дифференцировкой называют процесс приобретения клетками биохимических, морфологических и
функциональных различий. Клонирование (трансплантация ядер дифференцированных соматических клеток в
энуклеированные яйцеклетки) свидетельствует о том, что геном соматических клеток не претерпевает
необратимых изменений в ходе их дифференцировки и может быть репрограммирован. При этом небольшой
процент животных развивался нормально. Стволовая клетка является неспециализированной клеткой, которая
может одновременно воспроизводить себя и в соответствующих условиях дифференцироваться в
специализированные клетки одного или более типов.

25.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.5. Закономерности онтогенеза
Стволовые клетки взрослого организма
обладают меньшей потентностью в
сравнении с эмбриональными.
Они играют центральную роль в
образовании тканей развивающегося
организма и составляют
восстановительный резерв, способствуя
замещению повреждений органов.

26.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.5. Закономерности онтогенеза
Клетки различных клеточных типов входят в состав тканей, ткани — в состав органов, органы образуют системы
органов организма. В ходе онтогенеза возникают субклеточные, клеточные, многоклеточные структуры тканей и
органов. У человека гистологи определяют около 250 типов клеток, относящихся к четырём основным видам
тканей — эпителиальной, мышечной, нервной и соединительной. Разные типы клеток этих тканей синтезируют
разные наборы белков.
Выбор программы развития в нервную, мышечную или иную клетку происходит до того, как это проявилось во
внешней дифференцировке. Во время дифференцировки клетки получают информацию относительно спектра
белков, которые им предстоит синтезировать. Однако до этого клетки должны определить свою позицию.
Внешние воздействия доставляют позиционную информацию клеткам, причем детальную информацию клетки
приобретают не сразу — она накапливается постепенно, фиксируясь в клеточной памяти в разное время. Такую
запись, реализующуюся в виде определенного свойства клеток, обычно называют позиционным значением.
В цитоплазме яйцеклеток многих животных содержатся локальные морфогены (детерминанты), которые
попадают на ранних стадиях дробления в разные бластомеры и определяют путь их развития. Детерминация
судьбы бластомеров, определяемая составом веществ попавшего туда участка цитоплазмы яйца, обнаружена у
ряда животных (гребневики, черви, моллюски). Помимо овоплазматической сегрегации в определении судьбы
бластомеров на ранних этапах развития могут принимать участие и межклеточные взаимодействия.
В клеточном поле образуется концентрационный градиент, тогда клетки в различных участках поля
испытывают влияния различных концентраций данного вещества, в результате могут появиться различия в их
собственных свойствах. На ранних этапах развития определяется общий план строения взрослого организма.
Дальнейшие, всё более тонкие детали добавляются позже путем накопления элементов позиционной информации
о положении клеток внутри организма, полученных в разное время. Клетки различных эмбриональных полей
интерпретируют позиционную информацию в зависимости от своей предыстории.

27.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.5. Закономерности онтогенеза
Индивидуальное развитие — многоступенчатый динамический процесс с постоянно меняющимися спектрами
экспрессирующихся генов в зависимости от стадии онтогенетической дифференцировки. В каждый момент
развития число вовлеченных в этот процесс генов — многие сотни и тысячи, что предполагает координацию их
экспрессии, в т.ч. у сформированного организма. Детерминация и дифференцировка клеток обусловлены
генетическим контролем развития.
Генетическая регуляция индивидуального развития основана на иерархии групп генов, последовательно
кодирующих транскрипционные факторы. Продукты активированных ранее генов влияют на экспрессию
следующих групп. В генных каскадах существуют ключевые «мастер-гены», активация транскрибции которых
инициирует процесс и включает экспрессию комплекса подчинённых «генов-рабов», что обеспечивает синтез
тканеспецифичных белков и приводит к формированию определённой структуры (органа).
Функционирование генов происходит в соответствии с позицией клеток на продольной оси зародыша. Влияние
среды и взаимодействие продуктов различных генов детерминируют судьбу клеток. Достижения в области
молекулярной биологии развития смогут более полно охарактеризовать механизмы клеточных взаимодействий и
регуляторных процессов, обеспечивающих целостность развивающегося организма.

28.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.6. Постэмбриональный период
Постэмбриональное развитие начинается с момента выхода организма из яйцевых оболочек (либо после
рождения у плацентарных млекопитающих — постнатальный период) и до смерти. Различают развитие с
метаморфозом и прямое развитие.
При развитии с метаморфозом из яйца появляется личинка, порой внешне не похожая и отличающаяся по ряду
анатомических признаков от взрослой особи. Она ведёт иной образ жизни по сравнению с взрослыми (гусеницы и
бабочки). Превращение личинки во взрослую особь сопровождается глубокими морфологическими и
физиологическими преобразованиями. Наиболее часто такое развитие встречается у беспозвоночных и у низших
хордовых (оболочники, ланцетники), реже — у позвоночных (круглоротые, двоякодышащие рыбы, земноводные).
Метаморфоз насекомых бывает двух типов — с неполным превращением и с полным превращением. У
головастика земноводных выражено сходство с рыбами: обтекаемая форма, хвостовой плавник, боковая линия,
жабры, короткий кишечник, двухкамерное сердце, один круг кровообращения, питание планктоном.
Значение метаморфоза заключается в том, что личинки могут самостоятельно питаться и растут, накапливая
клеточный материал для формирования постоянных органов, свойственных взрослым животным. Личинки и
взрослые организмы используют различные экологические ниши, питаются различным кормом, что позволяет
более эффективно осваивать среду обитания. Также свободноживущие личинки прикрепленных или
паразитических животных играют важную роль в расселении вида, в расширении ареала их обитания.
При прямом развитии молодая особь мало отличается от взрослого организма и ведет тот же образ жизни.
Родившийся организм отличается меньшими размерами и недоразвитием органов. Личиночный тип развития
сменяется неличиночным при переходе к образованию крупных яиц (рептилии, птицы, первозвери).
Млекопитающие переходят к внутриутробному развитию (сумчатые и плацентарные). Онтогенез таким образом
становится более устойчивым. При этом происходит снижение детерминирующей роли физико-химических
факторов среды в индивидуальном развитии.

29.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.6. Постэмбриональный период
Постэмбриональное развитие сопровождается увеличением массы тела. Рост — количественный признак,
характеризующийся увеличением числа клеток и размера организма, накоплением массы внеклеточного
вещества. Увеличение размеров прекращается при установлении равновесия между расходованием материала и
синтезом. По характеру роста живые существа могут быть с ограниченным (насекомые, птицы, млекопитающие) и
неограниченным (моллюски, ракообразные, рыбы, земноводные, рептилии) ростом. Рост человека заканчивается
к 25 г. В постэмбриональном развитии у животных выделяют три периода — ювенильный, зрелости, старости.
Ювенильный период (лат. juvenilis — юный) начинается с рождения и заканчивается половым созреванием.
Особенности периода в своеобразии питания, поведения, степени зависимости от родителей. Происходят
интенсивное развитие жизненно важных систем (особенно нервной и эндокринной) и рост. Формирование
подростка происходит под воздействием половых гормонов, гормонов гипофиза, надпочечников, щитовидной
железы и др. Характерно становление пропорций между различными частями тела, вторичных половых
признаков, завершение развития скелета, кожных покровов, смена зубов.
Период зрелости наиболее продолжительный в развитии. Завершается созревание, постепенно является
старение. Период имеет условные границы, характеризуется сформированной половой системой, участием в
размножении. В пожилом возрасте человека (60—75) начинаются инволюционные изменения.
Старение и смерть — последние этапы индивидуального развития. Старение (75—90) характеризуется
морфологическими и физиологическими имениями, ведущими к общему понижению жизненных процессов и
устойчивости организма к неблагоприятным воздействиям среды. Процесс захватывает все уровни структурной
организации организма (молекулярный, клеточный, тканевой, органный), что приводит к прогрессивному
повышению вероятности смерти. Смерть — необратимое прекращение жизнедеятельности организма,
естественный финал существования живых существ. С биологической точки зрения она обеспечивает смену
поколений, необходимую для протекания эволюционного процесса.

30.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.6. Постэмбриональный период
Продолжительность жизни является видовым признаком и зависит от сложного взаимодействия множества
факторов. Существует несколько гипотез о его механизмах. Согласно одним, старение в значительной мере
генетически запрограммировано, в результате активность генома снижается вследствие дифференцированного
роста и созревания. Другие предполагают, что старение является результатом накопления в организме случайно
поврежденных молекул. Геронтологи сходятся в том, что возрастные изменения обусловлены многими
причинами.
На молекулярном уровне с возрастом частота повреждений ДНК в соматических клетках существенно
повышается, это сказывается на синтезе РНК и белков, нарушается энергетический обмен. Снижается
эффективность работы системы репарации ДНК. Накопление соматических мутаций в различных тканях может
приводить к возникновению опухолей.
Метаболические нарушения ускоряют старение. Важную роль в обмене веществ играют процессы, идущие с
образованием свободных радикалов кислорода и др. молекул (супероксида, нитроксида, убихинона, липидных
радикалов). Их реактогенность обусловлена наличием на внешней электронной орбитали неспаренного
электрона. Они выступают активными окислителями, захватывающими недостающий электрон, повреждая
структуру макромолекул, мембран. Антиоксиданты (витамины А, С, Е, мелатонин, каротиноиды, селен, цинк)
нейтрализуют свободные радикалы. По мере старения активность свободных радикалов возрастает, что приводит
к атеросклерозу, катаракте, иммунодепрессии, энцефалопатии, раку.
При делении клетки теломеры (концевые участки хромосом) укорачиваются, достигая в критического уровня:
соматическая клетка не может делиться, стареет (погибает). Соматические клетки лишены теломеразной
активности. Теломераза активна в делящихся стволовых, незрелых половых и др. клетках. Малигнизация клеток
сопровождается активацией теломеразы. Сенесценция (репликативное старение) — механизм защиты от рака,
изменяющий метаболизм: активируются воспалительные реакции, образование свободных радикалов. Нейроны,
кардиомиоциты не делятся, в них накапливается старческий пигмент липофусцин, который запускает апоптоз.

31.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Регенерация (лат. regentratio — восполнение, возрождение) — морфогенез, направленный на поддержание
гомеостаза или восстановление структурно-функциональной целостности тканей и организма в целом. Различают
физиологическую и репаративную регенерацию.
Физиологическая регенерация — восполнение утраченных в процессе выполнения физиологических функций
внутриклеточных, клеточных и тканевых структур. В регенераторной реакции выделяют ряд событий.
На внутриклеточном уровне происходит постоянное обновление макромолекул, мембран и органоидов
цитоплазмы. Для каждой макромолекулы (белок, РНК, жир) характерна определенная продолжительность жизни.
Органоиды функционируют непродолжительное время. Элиминируются также мембранные структуры ЭПС и
аппарата Гольджи. Новообразование внутриклеточных структур происходит за счет процессов биосинтеза в
клетке: рибосомы образуются в ядре, в зоне ядрышка; восполнение числа митохондрий обеспечивается их
делением; новые мембраны формируются за счет синтетической активности гранулярной ЭПС.
Регенерации на клеточном и тканевом уровнях (обновление эпидермиса, роговицы, эпителия кишечника,
периферической крови) обусловлены регуляцией жизненного цикла клеток. В разные периоды онтогенеза
действуют различные механизмы, обеспечение гомеостаза достигается балансом между репродукцией клеток и
апоптозом. Выделяют до 100 генов, участвующих в определении пролиферативного статуса организма, помимо
регуляции митотического цикла они участвуют в обеспечении апоптоза.
Обновляющиеся ткани характеризуются тем, что убыль дифференцированных и неспособных к делению клеток
восполняется за счет деления недифференцированных (камбиальных или стволовых) клеток и их последующей
дифференцировки. Например, в эпителии тонкой кишки, как и в костном мозге, доля камбиальных клеток
достигает нескольких десятков процентов; для эпителия пищевода, языка, роговицы и кожи — немного меньше.
Для растущих тканей характерно непрерывное новообразование клеток, которое обеспечивает не только
обновление клеточной популяции, но и рост. Дифференцировка определяется сигналами, поступающими извне
(межклеточные взаимодействия, гормоны), избирательно активирующими конкретные гены.

32.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Схема
дифференцировки
стволовых клеток

33.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Стволовые клетки кишечного эпителия локализуются
на дне крипты, где находятся в состоянии покоя или
делятся. Различают два способа деления этих клеток:
Симметричное деление, при котором в результате
клеточного размножения образуются две клетки и обе
они остаются стволовыми.
Ассиметричное деление, смысл которого
заключается в том, что одна из дочерних клеток
остается стволовой, а другая вступает на путь
специализации.
Благодаря такой организации пролиферативных
процессов в эпителии крипт тонкой кишки, с одной
стороны, обеспечивается постоянство пула стволовых
клеток, с другой — восполняется естественная убыль
дифференцированных клеток, выполняющих
специфические функции.

34.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Клетки, ориентированные на специализацию,
покидают исходное место и начинают перемещаться
вверх по крипте (А). По мере продвижения они
продолжают делиться, так что каждая дочерняя
клетка примерно за трое суток образует до 64
потомков, в основном создающих пролиферативный
пул. В ходе движения по ворсинке клетки дают
начало кишечным клеткам разных типов: одни
дифференцируются во всасывающие клети, другие в
клетки, образующие слизь, третьи в клетки Панета
(выделяют антимикробные вещества в просвет
крипты), четвертые — в секреторные.
А
Б
Дифференцировка и миграция клеток:
А — эпителия тонкой кишки млекопитающих;
Б — эпидермиса млекопитающих.
Механизмы, определяющие скорость деления
стволовых и комитированных клеток, не достаточно
изучены, не вызывает сомнений, что совокупность
описанных событий определяется сигналами белков
группы WNT, поступающих от клеток Панета и из
других отдаленных источников.

35.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Обеспечение определенного уровня пролиферативной активности различных тканей осуществляется на всех
уровнях регуляции в организме. На каждом из них существуют компоненты с противоположным действием.
Нервные влияния (в т.ч. через медиаторы) на процессы клеточного размножения различаются.
Парасимпатические воздействия заключаются в уменьшении размеров пролиферативного пула и снижении
интенсивности деления; симпатическая н.с. усиливает размножение клеток в тканях.
Аналогичная картина во влиянии гормонов на интенсивность клеточного деления. Гормоны щитовидной
железы усиливают активность процесса, адреналин (гормон мозгового в-ва надпочечников) резко снижает
число делящихся клеток во всех тканях. Сложнее влияют на процесс гормоны коры надпочечников
(глюкокортикоиды). В производных энтодермы они понижают уровень клеточного деления; при применении
больших доз в эпителии тонкой кишки и желудке могут возникать язвы. Напротив, в эпителиях
эктодермального происхождения они увеличивают число делящихся клеток и скорость митоза.
В регуляции митотического цикла участвуют факторы роста (эпидермальный, фактор из тромбоцитов,
фактор роста нервов и др.), которые являются внешним стимулом для экспрессии ряда генов,
определяющих синтез регуляторов событий митотического цикла — циклинов и киназ. На тканевом уровне
образуются также ингибиторы деления клеток, которые оказывают влияние на активность генома, на
инициацию процессов репрессии «генов пролиферации».
Увеличение числа клеток в тканях — не единственная возможность корректировать клеточные потери. С
возрастом у животных в растущих тканях проявляется клеточная гипертрофия. Клетки увеличивают число
хромосомных наборов в результате редупликации ДНК и становятся полиплоидными. Это приводит к
сбалансированному увеличению дозы каждого гена и усиливает функцию клетки. В результате восполняется
не количество клеток, а функция органа. У взрослого человека в печени насчитывают ок. 5 % тетраплоидных
(4n4с) и ок. 1% октаплоидных (8n8c) клеток. Гипертрофия клеток характерна для физиологической
регенерации стабильных нервной и поперечнополосатой мышечной ткани.

36.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Репаративная регенерация (лат. reparatio — возмещение, восстановление) — восполнение клеточных потерь
или нарушений целостности тканей организмов, возникающих в результате травмы или заболевания.
У кишечнополостных, плоских червей, иглокожих способность восстанавливать утраченное высока. У гидры
целостный организм может сформироваться из 1/200 её части; известна способность дождевого червя к
регенерации из отдельных фрагментов; у морской звезды восстанавливаются отломанные лучи и целый
организм из луча; восстанавливаются конечности некоторых ракообразных и земноводных.
После ампутации у саламандры кровеносные сосуды в культе тромбируются, слой эпидермальных клеток быстро
покрывает раневую поверхность, мигрируя с краёв раны. В течение нескольких дней слой эпидермиса
преобразуется апикальную «шапочку». Из соединительной ткани выселяются фибробласты и перемещаются к
границе раны, собираются в центре и активно делятся. Образуется бластема — скопление
недифференцированных клеток, сходных со стволовыми, дающих начало конечности. При формировании
конечности в онтогенезе и при восстановлении задействованы одни и те же генетические программы.
В ходе эмбрионального развития специфика дифференцировки клеток и клеточных ансамблей зависит от их
расположения в развивающимся организме, от позиционной информации, влияющей на судьбу клеток.
Позиционное значение клеток обусловлено экспрессией различных генов в разных частях эмбриона. В каждый
момент развития число вовлеченных в этот процесс генов очень велико — сотни и тысячи. Решающее значение
придают гомеозисным генам. Во взрослом состоянии необходимость их экспрессии отпадает, в момент
инициации формирования бластемы — возникает вновь. Гомеозисные гены экспрессируются и обмениваются
информацией (белками-гомеодоменами) с другими клетками, что позволяет организму оценить масштабы
повреждения.
Известна регенерация растений. При вспашке корневища осота и др. сорняков разрываются, но каждый отрезок
способен дать начало целому растению. Полноценное растение образуется у бегонии из одного листа и т.п.

37.

Медицинская биология
Лекция 9. Индивидуальное развитие организмов
9.7. Регенерация
Таким образом, регенерация способствует поддержанию структурной целостности и,
следовательно, выживанию животных и растений в процессе непрерывного взаимодействия с
факторами окружающей среды и другими организмами.
Знание закономерностей восстановления органов и тканей после их повреждения чрезвычайно
важно для практической медицины. Например, недостаток в пище витамина А нарушает
процессы клеточного обновления в тканях. Добавление этого витамина в рацион приводит к
нормализации структуры и функционирования тканей.
Врачи широко используют природные и искусственные препараты, ускоряющие регенерацию,
для лечения больных, перенёсших инфекционные заболевания или травму. Сроки
выздоровления людей при этом значительно сокращаются. Так изучение биологического
явления регенерации помогает бороться за здоровье человека.

38.

Контрольные вопросы (письменно)
Что представляет собой прогенез? Какие стадии он в себя включает?
Опишите пять стадий профазы первого деления в мейозе.
Какие клетки обеспечивают питание и превращение гоний в зрелые половые клетки?
Опишите главные особенности ово- и сперматогенеза.
Опишите общий план строения сперматозоида и функциональную роль акросомы.
Охарактеризуйте функциональную роль веществ яйцеклетки.
Какие виды патологии развития, обусловленные аномальным кариотипом, выявлены в медицинской практике?
Опишите основные события, происходящие в процессе оплодотворения.
Перечислите виды дробления у хордовых. Охарактеризуйте дробление зиготы человека.
Что может служить следствием тоти- и плюрипотентности?
Выделите несколько способов гаструляции.
Опишите период нейруляции у хордовых.
Перечислите производные экто-, энто- и мезодермы.
Какие органы называют провизорными и каковы их функции?
К каким аномалиям развития приводит редукция желточного протока?
Охарактеризуйте основные механизмы интеграции в онтогенезе.
В чём заключается первичная и вторичная эмбриональная индукция?
Какие два типа веществ участвуют в гуморальной регуляции развития организма?
На чём основаны представления преформистов и сторонников эпигенеза? Раскройте концепции морфогенеза.
Какие процессы лежат в основе индивидуального развития?
Какова роль апоптоза, детерминации и клеточной дифференцировки в онтогенезе?
Какова роль морфогенов в создании концентрационного градиента клеточного поля?
На чём основана генетическая регуляция индивидуального развития?
В чём значение метаморфоза и каковы преимущества прямого развития?
Охарактеризуйте основные периоды постэмбрионального развития у животных.
Чем обусловлены возрастные изменения, приводящие к смерти?
Как осуществляется физиологическая регенерация на клеточном и тканевом уровнях?
Опишите два способа деления стволовых клеток.
Как проявляется клеточная гипертрофия в тканях?
Как восстанавливаются конечности в онтогенезе земноводных?

39.

Практическое занятие 11
Предзародышевое развитие (2 ч)
Задания
Изучить лекционный и дополнительный [1] материал по теме «Онтогенез» и письменно
ответить на контрольные вопросы 1–15 (см. выше).
Получить у преподавателя методические рекомендации (Пз_11) по теме практической
работы и 1) зарисовать в альбоме фазы мейоза, подробно описать пять стадий профазы
первого мейотического деления (С. 103–106); 2) разобрать все определения, зарисовать
схему бесполого размножения (С. 74), полового размножения (С. 75); 3) зарисовать
сперматогенез (см. схемы), овогенез (см. схемы), яйцеклетку со схемой её
классификации (см. схемы); 4) выписать и усвоить основные термины и понятия (С. 79);
5) выполнить тестовые задания 127–136 (С. 193) и 132–139 (С. 213–214).
1.
Биология : учебник / коллектив авторов ; под ред. А.Г. Мустафина. — Москва : КНОРУС, 2022. — С. 103—106;
256—330.

40.

Практическое занятие 12
Эмбриональное и постэмбриональное развитие (4 ч)
Задания
Изучить лекционный и дополнительный [1] материал по теме «Онтогенез» и письменно
ответить на контрольные вопросы 16–30 (см. выше).
Получить у преподавателя методические рекомендации (Пз_12) по теме практической
работы и 1) разобрать все определения, зарисовать в альбоме схему периодизации
онтогенеза (С. 80), выписать периодизацию эмбрионального развития человека (С. 80),
зарисовать схему реализации генетической информации (С. 83), зарисовать схему этапов
дифференцировки (С. 84), выписать основные термины и понятия (С. 85); 2) начертить
таблицу с классификацией типов дробления (см. схемы), зарисовать оплодотворение и
асинхронное голобластическое дробление млекопитающих (см. схемы), зарисовать
гаструляцию у млекопитающих (см. схемы), зарисовать схему гистоорганогенеза (см.
схемы); 3) разобрать все определения, выписать периодизацию и критические периоды
постнатального онтогенеза человека (С. 86–87), выписать типы конституции человека
(С. 88–89), выписать и усвоить основные термины и понятия (С. 91); 4) выполнить
тестовые задания 137–153 (С. 194) и 140–155 (С. 214–216).
1.
Биология : учебник / коллектив авторов ; под ред. А.Г. Мустафина. — Москва : КНОРУС, 2022. — С. 103—106;
256—330.