5. Высшие уровни регуляции гомеостаза

Организменный уровень поддержания гомеостаза обеспечи­вает состояние внутреннего и внешнего комфорта, за счет поведенческих реакций.

Популяционно-видовой уровень поддержания гомеостаза. Общество обеспечивает гомеостаз индивидуумов своего вида путем сознательного создания условий, благоприятных для жизни и размножения. К этому можно отнести иерархию общества, создание социально-бытовых условий, организация системы здравоохранения, создание специальных условий для воспроизводства и воспитания потомства, обеспечение системы про­изводства продуктов питания, создание системы образования, науки, обеспечение технического прогресса и др.

И так, любой здоровый организм является хорошо сбалансирован­ной сложной системой, многофункциональной, которая стабильно функ­ционирует благодаря поддержанию целостности и гомеостаза.

6. Клеточные механизмы поддержания целостности и гомеостаза

Нормальная организация тканей, органов и их функций поддержива­ется благодаря тому, что «изношенные» и погибшие клетки замещаются новыми соответствующего типа и дифференцировки. Таким образом, мно­гоклеточный организм можно сравнивать со стабильной системой (попу­ляцией), в которой одно поколение особей сменяется другим, но в целом организация системы остается стабильной.

Каждая ткань или орган состоят из многообразных типов клеток. Например, кожа содержит фибробласты, кровеносные капилляры состоят из эндотелиальных клеток, нервные окончания являются продолжением нервных клеток и др. Организация этой смеси разных клеток, которые непрерывно отмирают и заменятся новыми, поддерживается благодаря клеточной памяти каждой линии клеток. То есть погибшая клетка заме­няется точно такой же. Это позволяет дифференцированным клеткам поддерживать структуру и функции органов, их гомеостаз и передавать свою специализацию дочерним клеткам. В тоже время функционирующие клет­ки любого типа постоянно «чувствуют» свое окружение и делятся только в соответствии с необходимостью.

Различают ткани с перманентными клетками, которые существуют в организме на протяжении всей жизни (нейроны, клетки хрусталика, сер­дечной мышцы). Такие клетки образовались еще в эмбриональный пери­од, никогда не делятся и в случае гибели никогда не могут быть замене­ны. В зрелом хрусталике клеточные ядра дегенерировали еще в эмбриоге­незе, и синтез белков прекратился. Поэтому во внутренней центральной области хрусталика находятся белки, синтезированные еще в раннем эм­бриогенезе. Но в других перманентных клетках метаболическая актив­ность сохраняется и идет постоянное обновление клеточных компонен­тов. То есть механизмом длительного поддержания тканей с перманент­ными клетками является генетически запрограммированное постоянное обновление ферментов, структурных белков, биологических мембран, кле­точных органелл и частей клеток.

Большинство клеток позвоночных не являются перманентными – они время от времени погибают и заменяются новыми. Отмечают два механизма обновле­ния дифференцированных клеток:

• деление существующих дифференциро­ванных клеток на две дочерние:

• обновление изношенных клеток за счет об­разования подобных из недифференцированных стволовых клеток.

Обновление путем деления. Примером могут служить клетки печени. Интенсивность их обновления регулируется для поддержания их посто­янного количества и функций печени. Если значительная часть клеток печени разрушена в результате интоксикации, скорость деления остав­шихся гепатоцитов существенно возрастает для восполнения потери. Де­лятся, в основном, гепатобласты – малодифференцированные коммитированные клетки печени. В таких клетках под действием сигнальных мо­лекул включаются генетические механизмы, активирующие деление и дифференцировку. В некоторых случаях (хронический алкоголизм) баланс восстановления нарушается. Так как скорость деления фибробластов пре­восходит интенсивность деления гепатоцитов, постепенно печеночная ткань замещается фиброзной, и в результате возможен цирроз.

Обновление за счет стволовых клеток. Некоторые ткани, например, эпи­телий тонкого кишечника, кожа, кровь и др. обновляются за счет деления ство­ловых недифференцированных клеток. Они встречаются в тка­ни в небольшом количестве, но являются прародительскими клетками для мно­гих поколений дифференцированных клеток. Стволовые клетки обладают следующими свойствами:

• они не являются дифференцированными;

• они спо­собны к «неограниченному» делению;

• после деления одна дочерняя остается стволовой, а вторая дифференцируется в необходимую клетку.

Стволовые клетки не дифференцированы, но генетически детерми­нированы. Из стволовой клетки в скелетной мышце образуется мышечная клетка, из сперматогония – спермий, базальная клетка эпидермиса дает на­чало только эпителиальным клеткам. Это унипотентные клетки. В отли­чие от них, плюрипотентные стволовые клетки дают начало целому семей­ству различных клеток, например, плюрипотентные кроветворные клетки костного мозга дают начало эритроцитам, лейкоцитам, моноцитам, лим­фоцитам и др. Это связано со способностью плюрипотентных клеток изби­рательно экспрессировать гены, которые нужны в конкретном случае.

Примером функционирования стволовых клеток может служить процесс обновления эпителия тонкого кишечника. Этот эпителий выстилает поверх­ность ворсинок выступающих в просвет кишки и крипты уходящие в слой подлежащей соединительной ткани. Стволовые клетки расположены в глубине крипт. Они непрерывно делятся, одна из дочерних клеток перемещается вверх по плоскости эпителия крипт и быстро дифференцируется в полноценную клетку эпителия ворсинки. Постепенно перемещаясь вверх по ворсинке и выполняя свои функции, они в конце концов слущиваются в просвет ки­шечника, а их место заполняется другими. Скорость деления регулируется ге­нетически и зависит от скорости гибели клеток.

Таким образом, длительное функционирование организма, состоящего из значительного количества коротко живущих клеток, органелл и молекул обусловлено постоянным их обновлением. Эти процессы генетически запрограммированы и относятся к явлению физиологической регенерации.

Механизмы гомеостаза претерпевают значительные изменения на протяжении онтогенеза человека. Только на 2-й неделе после рождения вступают в действие биологические защитные реакции (образуются клетки, обеспечивающие клеточный и гуморальный иммунитет), а их эффективность продолжает повышаться к 10 годам. В этот период совершенствуются механизмы защиты от чужеродной генетической информации, а также повышается зрелость нервной и эндокринной регуляторной систем. Наибольшей надежности механизмы гомеостаза достигают в зрелом возрасте, к концу периода развития и роста организма (19 – 24 года). Старение организма сопровождается снижением эффективности механизмов генетического, структурного, физиологического гомеостаза, ослаблением регуляторных влияний нервной и эндокринной систем.

8