Возрастные особенности гомеостаза у детей и пожилых людей.

Введение

В современном мире, в связи с ухудшением экологии, произошло
увеличение случаев возникновения мутаций. Мутагенные факторы вызывают мутации,
которые, чаще всего, отрицательно влияют на развитие и существование организма.
Принимая это во внимание, многие люди стремятся защитить свое здоровье,
изменить образ жизни, место своего постоянного проживания, с целью избежать
нежелательных последствий в будущем.

В какой степени на нас отражается действие
мутаций? В своей работе мы хотели бы показать, что, конечно, мутации
представляют значительную опасность, но они не приводят неизбежно к тяжелым
последствиям.

Мутация – стойкое спонтанное изменение
генотипа под воздействием внутренних и (или) внешних факторов.

Мутации обладают определенными свойствами:
они возникают внезапно, наследуются, ненаправленные, то есть, мутировать может
любой ген, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных
признаков.

Современные исследования доказали, что ежесекундно
наш организм противостоит внешней среде в независимости от того, находимся мы в
своей квартире, на работе или же на природе. Чтобы поддерживать общее
нормальное состояние (особенно внутреннее), следовательно, нормальное
функционирование целой системы, организм обладает специальным свойством,
которое называется “гомеостаз”. Значительную роль в поддержания
постоянства внутренней среды играет генетический гомеостаз.

Соответствующие факторы воздействия могут
быть физическими (излучения, температура), биологическими (вирусы, простейшие)
и химическими (алкилирующие соединения, ксенобиотики). Кстати, химические
вещества могут проникать в наш организм и через желудочно-кишечный тракт,
элементарно оставаясь на продуктах питания.

Мутагены непосредственно воздействуют на
молекулу ДНК, модифицируя ее.

Ежечасно в нашем организме происходит до
1000 мутаций в каждой клетке [3]. Почему же мы нормально живем и не замечаем
этого? Потому что есть специальные методы борьбы с мутациями, которые
реализуются на различных уровнях организации живого:

.        Молекулярно-генетический

2.      Клеточный

.        Организменный

.        Популяционно-видовой

Рассмотрим далее немного подробнее каждый из
уровней.

Возрастные
особенности гомеостаза у детей.

Постоянство внутренней среды организма и относительная устойчивость физико-химических
показателей в детском возрасте обеспечиваются при выраженном преобладании анаболических процессов обмена над катаболическими. Это является непременным
условием роста и отличает детский организм от организма взрослых, у которых интенсивность метаболических процессов находится в состоянии динамического
равновесия.

В связи с этим нейроэндокринная регуляция гомеостаза детского организма оказывается более напряженной, чем у взрослых. Каждый возрастной
период характеризуется специфическими особенностями механизмов гомеостаза и их  регуляции. Поэтому у детей
значительно чаще, чем у взрослых, встречаются тяжелые нарушения гомеостаза, нередко угрожающие жизни.

Рост ребенка, выражающийся в увеличении массы его клеток, сопровождается отчетливыми изменениями распределения жидкости в
организме. Абсолютное увеличение объема внеклеточной жидкости отстает от темпов общего нарастания веса, поэтому относительный объем внутренней среды,
выраженный в процентах от веса тела, с возрастом уменьшается.

Эта зависимость особенно ярко выражена на первом году после рождения. У детей более старших
возрастов темпы изменений относительного объема внеклеточной жидкости уменьшаются. Система регуляции
постоянства объема жидкости (волюморегуляция) обеспечивает компенсацию отклонений в водном балансе в достаточно узких пределах.

Высокая степень гидратации тканей у новорожденных и детей раннего
возраста определяет значительно более высокую, чем у взрослых, потребность ребенка в воде (в расчете на единицу массы тела). Потери воды или ее ограничение
быстро ведут к развитию дегидратации за счет внеклеточного сектора, т. е. внутренней среды.

При этом почки – главные исполнительные органы в системе волюморегуляции – не обеспечивают экономии воды. Лимитирующим фактором
регуляции является незрелость канальцевой системы почек. Важнейшая особенность нейроэндокринного контроля
гомеостаза у новорожденных и детей раннего возраста заключается в относительно высокой секреции и почечной экскреции
альдостерона, что оказывает прямое влияние на состояние гидратации тканей и функцию почечных канальцев.

Регуляция осмотического давления плазмы крови и внеклеточной жидкости у детей также ограничена. Осмолярность внутренней среды колеблется в
более широком диапазоне (± 50 мосм/л), чем у взрослых

(± 6 мосм/л). Это связано с большей величиной поверхности
тела на 1 кгвеса и, следовательно, с более существенными потерями воды при дыхании, а также с незрелостью почечных механизмов
концентрации мочи у детей.

Нарушения гомеостаза, проявляющиеся гиперосмосом, особенно часто встречаются у
детей периода новорожденности и первых месяцев жизни; в более старших возрастах начинает преобладать гипоосмос,
связанный главным образом с желудочно-кишечными заболеванием или болезнями почек. Менее изучена ионная
регуляция гомеостаза, тесно связанная с деятельностью почек и характером питания.

Ранее считалось, что основным фактором, определяющим величину осмотического давления внеклеточной жидкости, является концентрация натрия, однако более поздние исследования показали, что тесной корреляции
между содержанием натрия в плазме крови и величиной общего осмотического давления при патологии не существует.

Исключение составляет плазматическая гипертония. Следовательно, проведение
гомеостатической терапии путем введения глюкозосолевых растворов требует контроля не только за содержанием натрия в
сыворотке или плазме крови, но и за изменениями общей осмолярности внеклеточной жидкости.

Большое значение в поддержании общего осмотического давления
во внутренней среде имеет концентрация сахара и мочевины. Содержание этих осмотически активных веществ и их влияние на водно-солевой обмен при многих патологических
состояниях могут резко возрастать.

Поэтому при любых нарушениях гомеостаза необходимо определять концентрацию сахара и мочевины. В силу
вышесказанного у детей раннего возраста при нарушении водно-солевого и белкового режимов может
развиваться состояние скрытого гипер – или гипоосмоса, гиперазотемии.

Важным показателем, характеризующим гомеостаз у детей, является концентрация водородных ионов в крови и внеклеточной жидкости. В антенатальном и раннем постнатальном периодах регуляция кислотно-щелочного равновесия тесно связана со степенью насыщения крови кислородом, что объясняется относительным преобладанием анаэробного гликолиза в биоэнергетических процессах.

При этом даже умеренная гипоксия у плода сопровождается накоплением в его тканях молочной кислоты.
Кроме того, незрелость ацидогенетической функции почек создает предпосылки для развития «физиологического» ацидоза (сдвиг
кислотно-щелочного равновесия в организме в сторону относительного увеличения количества анионов кислот.).

Перестройка нейроэндокринной системы в пубертатном периоде (периоде полового созревания) также сопряжена с изменениями гомеостаза. Однако функции исполнительных органов (почки, легкие) достигают в этом возрасте максимальной степени зрелости, поэтому тяжелые синдромы или болезни гомеостаза
встречаются редко, чаще же речь идет о компенсированных сдвигах в обмене веществ, которые можно выявить лишь при биохимическом исследовании крови.

В клинике для характеристики гомеостаза у детей необходимо исследовать следующие
показатели: гематокрит, общее осмотическое давление, содержание натрия, калия, сахара, бикарбонатов
и мочевины в крови, а также рН крови, р02 и рСО2.

Гомеостаз.

Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта
способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание.

Для обеспечения стационарного
состояния у всех организмов – от морфологически самых простых до наиболее сложных – выработались разнообразные анатомические, физиологические и
поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды.

Впервые мысль о том, что постоянство внутренней среды обеспечивает оптимальные условия
для жизни и размножения организмов, была высказана в 1857 г. французским физиологом Клодом Бернаром. На протяжении всей его научной деятельности Клода
Бернара поражала способность организмов регулировать и поддерживать в достаточно узких границах такие физиологические параметры, как температура тела
или содержание в нем воды.

Клод Бернар подчеркивал различие между внешней средой, в которой живут организмы, и
внутренней средой, в которой находятся их отдельные клетки, и понимал, как важно, чтобы внутренняя среда оставалась неизменной. Так, например,
млекопитающие способны поддерживать температуру тела, несмотря на колебания окружающей температуры.

Если становится слишком холодно, животное может
переместиться в более теплое или более защищенное место, а если это невозможно, вступают в действие механизмы саморегуляции, которые повышают температуру тела
и препятствуют теплоотдаче. Адаптивное значение этого заключается в том, что организм как целое функционирует более эффективно, так как клетки, из которых
он состоит, находятся в оптимальных условиях.

Системы саморегуляции действуют не только на уровне организма, но и на уровне клеток. Организм является суммой
составляющих его клеток, и оптимальное функционирование организма как целого зависит от оптимального функционирования образующих его частей.

Любая
самоорганизующаяся система поддерживает постоянство своего состава – качественного и количественного. Это явление называется гомеостаз, и оно
свойственно большинству биологических и социальных систем. Термин гомеостаз в 1932 г. ввел американский физиолог Уолтер Кэннон.

Гомеостаз (греч. homoios – подобный, тот же самый; stasis-состояние, неподвижность) – относительное динамическое постоянство внутренней среды
(крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.)
организма человека и животных.

Регуляторные механизмы, поддерживающие физиологическое состояние или свойства клеток, органов и систем целостного
организма на оптимальном уровне, называются гомеостатическими. Исторически и генетически понятие гомеостаза имеет биологические и медико-биологические
предпосылки.

Там оно соотносится как конечный процесс, период жизни с отдельным обособленно взятым организмом или человеческим индивидуумом как чисто
биологическим явлением. Конечность существования и необходимость выполнения своего предназначения – репродукции себе подобного – позволяют определить
стратегию выживания отдельного организма через понятие “сохранение”.

Как известно, живая клетка представляет подвижную, саморегулирующую систему. Ее
внутренняя организация поддерживается активными процессами, направленными на ограничение, предупреждение или устранение сдвигов, вызываемых различными
воздействиями из окружающей и внутренней среды.

Способность возвращаться к исходному состоянию после отклонения от некоторого среднего уровня, вызванного
тем или иным «возмущающим» фактором, является основным свойством клетки. Многоклеточный организм представляет собой целостную организацию, клеточные
элементы которой специализированы для выполнения различных функций.

Взаимодействие внутри организма осуществляется сложными регулирующими,
координирующими и коррелирующими механизмами с участием нервных, гуморальных, обменных и других факторов. Множество отдельных механизмов, регулирующих
внутри- и межклеточные взаимоотношения, оказывает в ряде случаев взаимно противоположные воздействия, уравновешивающие друг друга.

Это приводит к установлению в
организме подвижного физиологического фона (физиологического баланса) и позволяет живой системе поддерживать относительное динамическое постоянство,
несмотря на изменения в окружающей среде и сдвиги, возникающие в процессе жизнедеятельности организма.

Как показывают исследования, существующие у живых организмов способы регуляции
имеют много общих черт с регулирующими устройствами в неживых системах, таких как машины. И в том и в другом случае стабильность достигается благодаря
определенной форме управления.

Само представление о гомеостазе не соответствует концепции устойчивого (не колеблющегося) равновесия в организме – принцип равновесия не приложим к
сложным физиологическим и биохимическим процессам, протекающим в живых системах. Неправильно также противопоставление гомеостаза ритмическим
колебаниям во внутренней среде.

Гомеостаз в широком понимании охватывает вопросы циклического и фазового течения реакций, компенсации, регулирования и
саморегулирования физиологических функций, динамику взаимозависимости нервных, гуморальных и других компонентов регуляторного процесса.

Особое значение для жизнедеятельности организма имеет постоянство состава крови –
жидкой основы организма (fluid matrix), по выражению У. Кеннона. Хорошо известна устойчивость ее активной реакции (pH), осмотического давления,
соотношения электролитов (натрия, кальция, хлора, магния, фосфора), содержания глюкозы, числа форменных элементов и т. д.

Так, например, pH крови, как правило, не выходит за
пределы 7,35-7,47. Даже резкие расстройства кислотно-щелочного обмена с патологическим накоплением кислот в тканевой жидкости, например при
диабетическом ацидозе, очень мало влияют на активную реакцию крови.

Несмотря на то, что осмотическое давление крови и тканевой жидкости подвергается
непрерывным колебаниям вследствие постоянного поступления осмотически активных продуктов межуточного обмена, оно сохраняется на определенном уровне и
изменяется только при некоторых выраженных патологических состояниях.

Сохранение постоянного осмотического давления имеет первостепенное значение для
водного обмена и поддержания ионного равновесия в организме. Наибольшим постоянством отличается концентрация ионов натрия во внутренней среде.
Содержание других электролитов колеблется также в узких границах.

Наличие большого количества осморецепторов в тканях и органах, в том числе в
центральных нервных образованиях (гипоталамусе, гиппокампе), и координированной системы регуляторов водного обмена  и
ионного состава позволяет организму быстро устранить сдвиги в осмотическом давлении крови, происходящие, например, при введении воды в организм.

Несмотря на то, что кровь представляет общую внутреннюю среду организма, клетки органов
и тканей непосредственно не соприкасаются с ней. В многоклеточных организмах каждый орган имеет свою собственную внутреннюю среду (микросреду), отвечающую
его структурным и функциональным особенностям, и нормальное состояние органов зависит от химического состава, физико-химических, биологических и других
свойств этой микросреды.

Особо важное значение имеет постоянство внутренней среды для деятельности центральной нервной системы: даже незначительные химические и
физико-химические сдвиги, возникающие в цереброспинальной жидкости, глии и околоклеточных пространствах, могут вызвать резкое нарушение течения жизненных
процессов в отдельных нейронах или в их ансамблях.

Сложной гомеостатической системой, включающей различные нейрогуморальные, биохимические,
гемодинамические и другие механизмы регуляции, является система обеспечения оптимального уровня артериального давления. При этом верхний предел уровня
артериального давления определяется функциональными возможностями барорецепторов сосудистой системы тела, а нижний предел – потребностями
организма в кровоснабжении.

К наиболее совершенным гомеостатическим механизмам в организме высших животных и человека относятся процессы терморегуляции; у
гомойотермных животных колебания температуры во внутренних отделах тела при самых резких изменениях температуры в окружающей среде не превышают десятых
долей градуса.

Организующая роль нервного аппарата (принцип нервизма) лежит в основе широко известных представлений о сущности принципов гомеостаза.
Однако ни принцип доминанты, ни теория барьерных функций, ни общий адаптационный синдром, ни теория функциональных систем, ни гипоталамическое
регулирование гомеостаза и многие другие теории не позволяют полностью решить проблему гомеостаза.

В некоторых случаях представление о гомеостазе не совсем правомерно используется для объяснения изолированных физиологических  состояний, процессов и даже социальных
явлений. Так возникли встречающиеся в литературе термины «иммунологический», «электролитный», «системный», «молекулярный», «физико-химический»,
«генетический гомеостаз» и т.п.

Предпринимались попытки свести проблему гомеостаза к принципу саморегулирования. Примером решения проблемы гомеостаза с
позиций кибернетики является попытка Эшби (W.R. Ashby, 1948) сконструировать саморегулирующее устройство, моделирующее способность живых организмов
поддерживать уровень некоторых величин в физиологически допустимых границах.

Перед исследователями и клиницистами на практике встают вопросы оценки приспособительных (адаптационных) или компенсаторных
возможностей организма, их регулирования, усиления и мобилизации, прогнозирования ответных реакций организма на возмущающие воздействия.

Некоторые состояния вегетативной неустойчивости, обусловленные недостаточностью, избытком или неадекватностью регуляторных механизмов, рассматриваются как
«болезни гомеостаза». С известной условностью к ним могут быть отнесены функциональные нарушения нормальной деятельности организма, связанные с его
старением, вынужденная перестройка биологических ритмов, некоторые явления вегетативной дистонии гипер – и гипокомпенсаторная реактивность при стрессовых
и экстремальных воздействиях и т.д.

Для оценки состояния гомеостатических механизмов в физиологическом эксперименте и в
клинической практике применяются разнообразные  дозированные функциональные пробы (холодовая, тепловая, адреналиновая,
инсулиновая, мезатоновая и др.) с определением в крови и моче соотношения биологически активных веществ (гормонов, медиаторов, метаболитов) и т.д.

Особенности
гомеостаза в пожилом и старческом возрасте.

Один и тот же уровень гомеостатических величин в различные возрастные периоды поддерживается за счет различных сдвигов
в системах их регулирования. Например, постоянство уровня артериального давления в молодом возрасте
поддерживается за счет более высокого минутного сердечного выброса и низкого общего периферического сопротивления
сосудов, а в пожилом и старческом — за счет более высокого общего периферического сопротивления и уменьшения величины минутного сердечного выброса.

При старении организма постоянство важнейших физиологических функций поддерживается
в условиях уменьшения надежности и сокращения возможного диапазона физиологических изменений гомеостаза. Сохранение
относительного гомеостаза при существенных структурных, обменных и функциональных изменениях достигается тем,
что одновременно происходит не только угасание, нарушение и деградация, но и развитие специфических приспособительных
механизмов.

Существенное значение в сохранении гомеостаза в процессе старения организма имеют изменения механизмов
нейрогуморальной регуляции, увеличение чувствительности тканей к действию гормонов и медиаторов на фоне ослабления нервных влияний.

При старении организма существенно изменяется работа сердца, легочная вентиляция, газообмен, почечные функции, секреция пищеварительных желез, функция желез
внутренней секреции, обмен веществ и др. Изменения эти могут быть охарактеризованы как гомеорезис — закономерная траектория (динамика) изменения интенсивности обмена и физиологических функций с возрастом во
времени.

В пожилом и старческом возрасте снижаются общие потенциальные возможности приспособительных механизмов.
Поэтому в старости при повышенных нагрузках, стрессах и других ситуациях вероятность срыва адаптационных
механизмов и нарушения гомеостаза увеличиваются.

Таким образом, гомеостаз – это интегральное понятие, функционально и морфологически объединяющее сердечно-сосудистую систему, систему дыхания,
почечную систему, водно-электролитный обмен, кислотно-щелочное равновесие.

Основное назначениесердечно-сосудистой системы – подача и распределение крови по всем бассейнам микроциркуляции. Количество
крови, выбрасываемое сердцем в 1 мин., составляет минутный объем. Однако функция сердечно-сосудистой системы заключается не просто в поддержании
заданного минутного объема и его распределении по бассейнам, а в изменениях минутного объема в соответствии с динамикой потребностей тканей при разных
ситуациях.

Главная задача крови – транспорт кислорода. Многие хирургические больные испытывают острое падение минутного объема, что нарушает доставку кислорода к
тканям и может быть причиной гибели клеток, органа и даже всего организма. Поэтому оценка функции сердечно-сосудистой системы должна учитывать на только
минутный объем, но и снабжение тканей кислородом и их потребность в нем.

Основное назначениесистемы дыхания – обеспечение адекватного газообмена между организмом и окружающей средой при
постоянно меняющейся скорости обменных процессов. Нормальная функция системы дыхания – это поддержание постоянного уровня кислорода и углекислоты в
артериальной крови при нормальном сосудистом сопротивлении в малом круге кровообращения и при обычной затрате энергии на дыхательную работу.

Данная система теснейшим образом связана с другими системами, и в первую очередь с сердечно-сосудистой. Функция системы дыхания включает в себя
вентиляцию, легочное кровообращение, диффузию газов через альвеолярно-капиллярную мембрану, транспорт газов кровью и тканевое дыхание.

Функции почечной системы: почки являются основным органом, предназначенным для сохранения постоянства
физико-химических условий в организме. Главная из их функций экскреторная. Она включает: регуляцию водно-электролитного баланса, поддержания
кислотно-щелочного равновесия и удаление из организма продуктов обмена белков и жиров.

Функции водно-электролитного обмена: вода в организме играет транспортную роль, заполняя собой клетки,
интерстициальные (промежуточные) и сосудистые пространства, является растворителем солей, коллоидов и кристаллоидов и принимает участие в
биохимических реакциях.

Все биохимические жидкости представляют собой электролиты, так как растворенные в воде соли и коллоиды находятся в
диссоциированном состоянии. Перечислить все функции электролитов невозможно, но главными из них являются: сохранения осмотического давления, поддержание
реакции внутренней среды, участие в биохимических реакциях.

Главное назначение кислотно-щелочного равновесия заключается в сохранении постоянства pH жидких сред организма как основы для нормальных биохимических
реакций и, следовательно, жизнедеятельности. Метаболизм происходит при непременном участии ферментативных систем, активность которых тесно зависит от
химической реакции электролита.

Литература:

1.Большая медицинская энциклопедия (том 6);

2.Б.А. Константинов «Физиологические и клинические основы хирургической кардиологии»;

3.Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор «Биология» (том 3).

Поддержание генетического гомеостаза на клеточном уровне

На клеточном уровне также могут происходить
ошибки, связанные с сохранением генома. Они образуются при нарушении
формирования веретена деления или при нарушении расхождении гомологичных
хромосом.

Если не устранить повреждения, то
результатами нарушения генетического гомеостаза на клеточном уровне могут быть
хромосомные аберрации (перестройки), полиплоидия и анеуплоидия.

К хромосомным аберрациям относятся делеции,
инверсии, дупликации, транслокации.

Пример хромосомной аберрации – делеция
хромосом – синдром “кошачьего крика”.

Существует несколько форм анеуплоидии.
Приведем их примеры:

Моносомия – синдром Шерешевского – Тернера
(ХО)

Трисомия – синдром Патау (13 ), синдром
Кляйнфельтера (ХХУ) [Приложение 2]

Целостность генетического материала клетки
проверяется в течение всего митотического цикла, а именно на его контрольных
точках:

В точке G1/ S проверяется целостность ДНК;

Если обнаружены повреждения в ДНК, то ген
р21 синтезирует белки-ингибиторы других ферментов, что и приводит к задержке
перехода клетки из фазы G1 в фазу S [10];

В S/ G2 – правильность репликации ДНК;

В G2/М проверка повреждений, пропущенных при
прохождении предыдущих сверочных точек, либо полученные на последующих стадиях
клеточного цикла; проверяется полнота репликации ДНК;

Клетки, в которых ДНК недореплицированна, не
входят в митоз

Также имеется контрольная точка сборки
веретена деления, на которой проверяется, все ли прикреплены центромеры к
микротрубочкам [11].

Если генетический материал клетки значительно поврежден, то
она сразу может отправляться в дифференцировку.

Однако существует еще фаза G0, или “фаза
покоя”. В этом периоде клетка не делится, только функционирует, однако,
может вступить в деление. Опять же, если ее материал имеет серьезные
повреждения, клетка может сразу отправится в дифференцировку.

Одна из главных ролей в регуляции
митотического цикла клетки принадлежит белку, называемому “молекулярным
стражем” генома – р53.

Доказано, что при повреждении ДНК повышается
уровень нормального белка р53. Это инициирует временную преостановку или даже
прекращение митотического цикла в двух его контрольных точках: G1/S и G2/M, тем
самым предотвращая репликацию. [12]

“Если же повреждения
существенны и не могут быть репарированы, то р53 индуцирует экспрессию белков,
приводящих к гибели клетки – апоптозу”. [13]

Поддержание генетического гомеостаза на молекулярно-генетическом уровне

Поддержание генетического гомеостаза на
молекулярно-генетическом уровне является одним из базовых звеньев на этапе регулирования
постоянства своего внутреннего состояния и дальнейшего сбалансированного
функционирования.

Основными способами поддержания
генетического гомеостаза являются:

·        Репликация

·        Репарация
(может происходить как во время, так и после репликации)

·        Точное
распределение наследственного материала при митозе

Репарация активируется при следующих видах
повреждения ДНК:

.        Повреждение одиночных нуклеотидов
или их пары

2.      Разрыв цепи ДНК

.        Образование поперечных сшивок между
основаниями одной цепи или разных цепей ДНК

Выделяют множество видов репараций,
рассмотрим некоторые из них:

.        Прямая

2.      Эксцизионная

3.      Пострепликативная

4.      Mismatch

5.      SOS-репарация

6.      Самокоррекция

1. Прямая репарация – простейший путь
устранения повреждений в цепочке ДНК с помощью регенерации неповрежденных
азотистых оснований алкилтрансферазами либо окислением алкильной группы.

Трансферазы – это специфические ферменты,
которые способствуют переносу функциональных групп. У млекопитающих они
используются для восстановления только гуанина – ферменты O6-алкилгуанинтрансферазы. Они присоединяют к себе метильную группу, таким образом, инактивируются. [Приложение 1]

Окисление алкильной группы происходит с
помощью белков AlkB Escherichia coli (E. coli) и его человеческих аналогов hABH2 и hABH3 [4], которые
окисляют метильные группы метиладенина и метилцитозина,
восстанавливая их до аденина и цитозина
соответственно.

2. Эксцизионная репарация – наиболее
распространенный метод удаления поврежденных или ошибочно спаренных азотистых
оснований из цепочки ДНК с последующим восстановлением молекулы путем синтеза
последовательности, комплементарной неповрежденной нити.

Ферментами являются репарационные эндонуклеаза
и экзонуклеаза, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза.

Например, при УФ-облучении в клетках имеется
система световой репарации. При повреждении ДНК ультрафиолетовыми лучами
образуются тиминовые димеры – соединения двух соседних азотистых тиминовых
оснований. Т.к. эти нуклеотиды “сшиты”, они не могут играть роль
матрицы.

Последствием дефектного действия
эксцизионной репарации является пигментная ксеродерма, которая выражается в
неспособности клеток кожи противостоять ультрафиолетовому излучению. Это
заболевание в дальнейшем может привести к раку кожи.

3. Пострепликативная репарация
заключается в том, что между двумя вновь образованными цепочками молекулы ДНК
происходит обмен фрагментами.

Например, восстановление молекулы ДНК при
возникновении тиминовых димеров, не удаленных с помощью эксцизионной репарации.
Затем происходит рекомбинация исходной цепи, находящейся напротив димера, с
другой дочерней ДНК. Образовавшийся пробел в исходной цепи заполняется путем
синтеза на комплементарной цепи.

. Mismatch – система, которая
позволяет обнаружить и подвергнуть репарации вставки и пропуски ошибочно
спаренных нуклеотидов в молекуле ДНК.

Процесс репарации заключается в
распознавании дефекта, определении исходной и дочерней нити ДНК, удалении
ошибочно включённого нуклеотида и его замена правильным нуклеотидом. Удаляется
обычно не только неправильный нуклеотид, но и часть нити ДНК вокруг него, после
чего дочерняя нить восстанавливается, используя основную нить как матрицу.

К сожалению, данный процесс изучен только у
грам-положительных бактерий. [5]

5. SOS-репарация – репарация,
используемая при большом количестве повреждений в молекуле ДНК. Специальные
ферменты восстанавливают целостность цепей ДНК, заполняя брешь без точного
соблюдения принципа комплементарности.

Болезни, возникающие при активации
SOS-репарации: пигментная ксеродермия, синдром Гетчинсона (Хатчинсона) –
Гилфорда. Последнее
заболевание также называется прогерией. Проявляется в преждевременном старении
организма.

6. Самокоррекция – отщепление
ошибочно вставленного в цепь ДНК нуклеотида, не спаренного с матричной цепью.

В результате химических реакций в организме
образуются или же в него попадают свободные радикалы. Они могут окислить его
белки, тем самым запустить цепную реакцию изменения структуры взаимодействующих
с ними других химический соединений. Следовательно, необходима защита от
воздействия данных генотоксикантов.

генетический гомеостаз мутаген мутация

Именно такой защитной функцией обладают антиоксиданты. Антиоксиданты – химические вещества, натуральные или
искусственные, замедляющие процесс окисления.

Действие наиболее распространённых антиоксидантов заключается
в обрыве запущенной цепной реакции: “молекулы антиоксиданта
взаимодействуют с активными радикалами с образованием малоактивных радикалов”
[6].

Следует заметить, что “на долю интронов приходится
92-95% длины гена” [7]. Следовательно, мутации, произошедшие в
неинформативных участках молекулы ДНК, также могут не передаться, так как
удаляются в посттранскрипции у эукариот.

Кроме того,”на каждые 30 млн нуклеотидов в одном
поколении приходится одна мутация”, – вывод, сделанный после совместно
проведенного эксперимента учеными из Великобритании и Китая. То есть за 13
поколений в исследуемом участке У-хромосомы произошло лишь 4 естественных
изменения (замены) одного нуклеотида. [8]

При замене нуклеотида в следствии мутации может образоваться
стоп-кодон, так называемая “нонсенс-мутация”. Это является причиной
невозможности синтеза белка, кодируемого данным участком гена. [9]

Наглядным примером результата соответствующей мутации является
синдром Тричера Коллинза.

На молекулярно-генетическом уровне удаляется
около 99,9% изменений генотипа. И все-таки это не 100%, поэтому срабатывают
следующие уровни поддержания генетического гомеостаза.

Поддержание генетического гомеостаза на организменном уровне

На организменном уровне мы можем
рассматривать несколько видов отбора. Данные стадии чаще всего проявляются в
раннем возрастом исследуемого объекта.

.        Отбор презиготный (отбор на стадии
образования гамет)

2.      Отбор зиготный

.        Отбор эмбриональный

.        Отбор пренатальный (дородовой)

.        Натальный (в период родов)

.        Постнатальный (послеродовой).

Рассмотрим некоторые из этих этапов:

Рассмотрим некоторые из этих этапов:

В некоторых случаях оплодотворение яйцеклетки может быть
неполноценным (фактически – нет оплодотворения), так как происходит раннее
прерывание беременности, замаскированное под так называемую задержку
менструации.

Мутационные процессы происходят у половины
эмбрионов, таким образом, жизнеспособными остаются только 50% эмбрионов.

Также мы должны акцентировать внимание на
спонтанных абортах. Потому что почти 15% всех зарегистрированных беременностей
(то есть начиная примерно с 4-5-й недели) прерываются спонтанными абортами.
[16,17]

Частота хромосомных аномалий, ставших
причиной выкидыша, впечатляет не в меньшей степени: треть от упомянутых 15%.

Более 5% всех зигот гибнут из-за
несовместимости соединившихся яйцеклетки и спермия по антигенам системы АВО.
Это антигены, определяющие основные группы крови человека. А помимо подобной
антигенной несовместимости известны и многочисленные другие: ведь антигенов
различных классов и видов – огромное количество.

И вот если подвести черту под всеми этими, а
также не упомянутыми здесь процентами, то выяснится: лишь одно зачатие из семи
приводит, в конце концов, к рождению ребенка. Одно из семи, 15%. Таким образом,
мы можем заметить, насколько хорошо работает этот этап избавления организма от
мутаций.

Поддержание генетического гомеостаза на популяционно-видовом уровне

Популяционный гомеостаз – свойство
популяции, позволяющее при изменении условий среды сохранять инвариантность
(относительную независимость функционирования) вследствие соответствующих
изменений внутри самой популяции. Это касается разных внутрипопуляционных
групп: половых, возрастных, территориальных.

Если происходят какие-то глобальные
количественные или качественные изменения в составе генотипа особи, не
удаленные предыдущими уровнями защиты генов, то включаются механизмы контроля
генофонда. Как таковая элиминация мутантных клеток здесь уже не применяется.

Но
защита от мутаций все равно остается. Таким образом, поддержание гомеостаза на популяционно-видовом уровне является
последней стадией. То есть если все-таки мутациям удалось порваться через
предыдущие уровни, то “просыпается” этот уровень защиты.

Мы можем рассматривать множество
заболеваний. К примеру, если при дородовой диагностике, которая является ветвью искусственного отбора, не удалось выявить, что
ребенок чем-то болен и в итоге мать его рожает, то сам ребенок рождается с
какими-либо отклонениями.

Тогда срабатывает естественный отбор: чаще
всего иммунитет такого организма ослаблен (пример – синдром Эдвардса – трисомия
18 : пороки сердца и крупных сосудов, гипоплазия (недоразвитие) мозжечка и
мозолистого тела, выраженная умственная отсталость, снижение тонуса мышц).

Также мутировавшие организмы зачастую просто не выживают (синдром Патау – трисомия
13 : гибель в первые недели или месяцы жизни [1]) или же не имеют возможности
продолжить свой род, дать потомство, то есть они
не могут дать потомство и не могут таким образом передать свою мутацию в
популяцию (синдром Шерешевского-Тёрнера: гипоплазия матки).

Рассмотрим подробнее такое заболевание, как
синдром Шерешевского-Тёрнера. Это хромосомная болезнь, обусловленная моносомией
по Х-хромосоме (ХО). И признаками являются некоторые внешние синдромы, но нам
стоит обратить внимание на половое развитие женщин с этим заболеванием.

Матка у
них недоразвита. То есть возможность вынашивать ребенка в нормальных условиях
исключается. Но есть возможность вырастить матку до нормальных размеров с
помощью гормонатльной терапии. Затем происходит искусственное оплодотворение
при имплантации (вживлении) яйцеклетки в матку женщины с мутацией.

Но женщина с
мутацией все-таки не сможет передать свои гены ребенку. “А случаи, где
сохранились свои яйцеклетки, единичны. ” [19] В целом, мы можем заметить,
что данная болезнь не является смертельной. Но все-таки это мутация. И это
определенно отрицательная мутация.

Отрицательные мутации не нужны для
генофонда, и поэтому именно на данном этапе в силу вступает генетический
гомеостаз. Люди с подобным заболеваниям находятся под действием искусственного
отбора, куда входит и социальный фактор. Людям с подобным заболеванием сложнее коммуницировать
с остальными людьми, чем людям без схожих серьезных мутаций, а также в
дальнейшем найти пару для того, чтобы оставить потомство.

Если брать для примера другое генетическое
заболевание, вызванное мутацией, то исход может быть несколько другим. Мы знаем
такой известную болезнь, как синдром Дауна (трисомия по паре хромосом 21) –
одна из форм геномной патологии, при которой чаще всего кариотип представлен 47
хромосомами вместо нормальных 46.

Статистика показывает, что даже социальная
неадаптированность не мешает многим людям вступать в брак с данной патологией.
Конечно, репродуктивная функция снижена: у мужчин количество сперматозоидов
значительно меньше, нежели у здоровых людей. Но у женщин “наблюдаются
регулярные месячные” [20]

“50 % женщин с синдромом
Дауна могут иметь детей. 35-50 % детей, рождённых от матерей с синдромом Дауна,
рождаются с синдромом Дауна или другими отклонениями.” [21]

И здесь мы можем заметить, что вероятность
беременности значительно выше. Конечно, не очень высокий процент, многие все
равно не могут зачать ребенка. Но даже если это получается, то высок уровень
подобный или других отклонений у ребенка. Так природа сама защищает себя от
мутаций, уменьшая их количество.

Панмиксия – еще один хороший способ, чтобы
избежать мутаций, которые создала природа. По определению, панмиксия –
свободное скрещивание разнополых особей в популяции. То есть это еще один
способ комбинировать гены. Здесь уменьшается возможность проявления
вышеназванной мутации и возможность внезапной встречи двух людей с рецессивными
аллелями данного гена.

Движущими силами эволюции применительно
генетики популяцию можно считать естественный отбор, мутагенез, дрейф генов и
поток генов.

И если мы говорим, что поддержание
гомеостаза бывает в разных внутрипопуляционных группах (территориальная,
половая, возрастная), то мы также должны привести аргументы.

Мы помним, что мутации бывают положительные,
отрицательные, летальные и нейтральные. Если мутация будет положительной и
вызовет признак, который в данных условиях будет наиболее приемлем, то,
например, животные с этим признаком будут увеличивать (размножаются, особи
лучше приспосабливаются) популяцию с подобным признаком, соответственно, будут
занимать большую территорию.

Большинство мутаций врожденные. Получается,
что пренатально их можно диагностировать. И, осознавая всю ответственность,
либо отказаться от ребенка, либо принять это заболевание и пытаться справиться
с ним. Пренатальная диагностика – комплексная дородовая диагностика с целью
обнаружения патологии на стадии внутриутробного развития.

Позволяет обнаружить
более 98 %плодов с синдромом Дауна, синдромом
Эдвардса, синдромом Патау. В случае
наличия у плода болезни родители при помощи врача-консультанта тщательно
взвешивают возможности современной медицины и свои собственные в плане
реабилитации ребёнка.

В настоящее время в ряде стран уже доступна
преимплантационная генетическая диагностика (до имплантации в матку) эмбриона,
развившегося в результате искусственного оплодотворения. Определяется около
6000 наследственных заболеваний, после чего решается вопрос о целесообразности
имплантации эмбриона в матку. Это позволяет иметь собственного ребёнка парам,
ранее не рисковавшим из-за высокого риска наследственных заболеваний.

Существует возможность составлять прогнозы
на появление мутаций в популяции. “В медицинской генетике закон Харди –
Вайнберга позволяет оценить популяционный риск генетически обусловленных
заболеваний, поскольку каждая популяция обладает собственным аллелофондом и,
соответственно, разными частотами неблагоприятных аллелей.

Для подтверждения гипотез о негативном влиянии мутагенов на
будущие поколения были проведены множество опытов:

В начале XXI века ученые из
Университета Ньюкасла (University of Newcastle), Австралия, проводили серию
экспериментов. Целью было изучить “влияние курения матерей во время
беременности на способность их сыновей к воспроизведению потомства в
будущем”. То есть влияние мутагенов на способность воспроизводить
потомство.

Несмотря на то, что данное исследование
включало только изучения влияния сигаретного дыма на животных во время
беременности и лактации, ученые отмечают, что полученные результаты также
актуальны и для человека.

В ходе эксперимента одну контрольную группу
животных подвергали воздействию сигаретного дыма, другую – нет.

И, после получения потомства, было
обнаружено, что “у самцов животных, рожденных от самок, которые
подвергались воздействию сигаретного дыма во время беременности и лактации,
уменьшилось количество сперматозоидов, их уровень активности, многие из них
имели аномальную форму и не могли оплодотворить яйцеклетку”.

“По словам ученых, результаты
свидетельствуют, что когда такие животные достигают зрелости, то часто не могут
воспроизводить потомство, являются субфертильными или бесплодными”. Это
позволило доказать, что воздействие мутагенов на организм влечет за собой ущерб
для здоровья не только данного организма, но и для его потомства в будущем.

Конечно, эксперимент, проведенный на
животных, не показывает полной картины, потому что это всего лишь имитация
воздействия мутагенов на организм человека. Но данные, полученные от этого
эксперимента, помогают подтверждению наших гипотез.