Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации жизни

1.2.1.2. Клеточная теория и ее значение для медицины

Немецкий зоолог Т. Шванн (1810-1882) в 1839. опубликовал труд "Микроскопические исследования о соответствии в структуре и росте животных и растений". В этой классической работе были заложены основы клеточной теории. Основываясь на работах М. Шлейдена, Т. Шванн нашел верный принцип сопоставления клеток растительных и животных организмов. Он установил, что клетки животных слишком разнообразны и значительно отличаются от клеток растений, однако ядра во всех клетках подобные. Если в определенном образовании, которое можно увидеть в микроскоп, присутствует ядро, то это образование, по мнению Шванна, можно считать клеткой. Основываясь на таком предположении, Т. Шванн выдвинул основные положения клеточной теории: 1) клетка является главной структурной единицей всех организмов (растений и животных); 2) процесс образования клеток обусловливает рост, развитие и дифференцировку растительных и животных тканей.

Рис. 1.15. Эволюция живого.

Развитие клеточной теории Р. Вірховим (рис. 1.16). В 1858 г. вышла в свет основная труд немецкого патолога Р. Вирховым "Целюлярна патология". Этот произведение, который стал классическим, повлиял на дальнейшее развитие учения о клетке и для своего времени имел большое и прогрессивное значение. До Г. Вирховым основу всех патологических процессов видели в изменении состава жидкости и борьбе нематериальных сил организма. Г. Вирхо подошел к объяснения патологических процессов в связи с морфологическими структурами, с определенными изменениями в строении клеток. Это исследование породило новую науку - патологию, которая является основой теоретической и клинической медицины. Г. Вирхо ввел в науку ряд новых представлений о роли клеточных структур в организме.

Рис. 1.16. Г. Л. К. Вирхо (Rudolf Ludwig Karl Virchow) (1821 -1902).

Положение Г. Вирховым "каждая клетка - из клетки" блестяще подтвердилось дальнейшим развитием биологии и является третьим положением клеточной теории. На данный время неизвестны другие способы появления новых клеток, кроме деления уже существующих. Однако этот тезис не отрицает того, что на заре жизни клетки развились из доклітинних структур.

Положение Г. Вирховым о том, что вне клеток нет жизни, тоже не утратило своего значения. Например, в организме багатоклітинному присутствуют неклеточные структуры, но они - производные клетки. Примитивные формы - вирусы - становятся способными к активным процессов жизнедеятельности и размножения только после проникновения в клетку.

Важным обобщением было утверждение, что наибольшее значение в жизнедеятельности клеток имеет не оболочка, а ее содержание: цитоплазма и ядро.

Современное состояние клеточной теории. С времени создания клеточной теории учение о клетке как элементарной микроскопическую структуру организмов приобрело новый смысл. Для Т. Шванна и его современников клетка оставалась пространством, ограниченным оболочкой. Постепенно это воображение сменилась пониманием того, что основной частью клетки является цитоплазма. К концу прошлого века, благодаря успехам микроскопической техники, была обнаружена сложная строение клетки, описанные органеллы - части клетки, выполняющие разные функции, и исследованы пути образования новых клеток (митоз). Уже в начале XX в. стало понятным первостепенное значение клеточных структур в передаче наследственных свойств. В настоящее время можно считать общепризнанным, что клетка является основной структурной и функциональной единицей организации живого.

На современном этапе развития цитологии клеточная теория включает следующие положения:

- клетка - элементарная единица строения и развития всех живых организмов;

- клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны по происхождению (гомологичные), строению, химическому составу, основными проявлениями жизнедеятельности;

- каждая новая клетка образуется исключительно вследствие размножения материнской путем разделения;

- у многоклеточных организмов, которые развиваются из одной клетки - зиготы, споры и т.п., - различные типы клеток формируются благодаря их специализации в течение индивидуального развития особи и образуют ткани;

- из тканей состоят органы, которые тесно связаны между собой и подчинены нервно-гуморальной и иммунной системам регуляции.

Значение клеточной теории для медицины Клетка - единица патологии. Клетку необходимо знать не только как единицу строения организма, но и как единицу патологических изменений. Практически все болезни связанные с нарушением структуры и функции клеток, из которых образуются все ткани и органы. Нарушение структуры и функции одних клеток является первопричиной возникновения и развития болезни, а нарушение других может быть уже следствием неблагоприятных изменений в организме. Например, при инфаркте миокарда нарушается функционирование, а затем наступает гибель кардиомиоцитов через острую недостаток кислорода. Вследствие того, что часть сердечной мышцы не принимает участия в сокращении, нарушается кровоснабжение в организме, что приводит к гипоксии и изменений функции и структуры клеток, в первую очередь нейронов головного мозга.

Нарушение нормального функционирования клеток (патология) связано с многими разнообразными факторами (физическими, химическими, биологическими) и характеризуется общими или местными нарушениями организации органелл клеток, изменением отдельных метаболических процессов. Неблагоприятными для клетки факторами могут быть волновые, ионизирующие излучение, низкие и высокие температуры, различные химические соединения, вирусные, бактериальные и грибковые инфекции, недостаток питательных веществ или отдельных физиологически активных соединений (незаменимые аминокислоты и жирные кислоты, витамины и микроэлементы), нехватка кислорода и т.д. Негативного воздействия наносят и внутренние факторы, такие как мутации наследственного материала, приводящие к врожденным дефектов синтеза белков, липидов, избыточной продукции гормонов, нарушение утилизации токсичных метаболитов.

Среди патологических изменений клетки можно отметить нарушение структуры и проницаемости мембран митохондрий, лизосом и других внутриклеточных образований. Вследствие неблагоприятных воздействий митохондрии набухают и приобретают вид пузырьков, ограниченных только внешней мембраной. Дегенерация и отек сопровождаются нарушением окислительно-восстановительных реакций в митохондриях, недостаточным образованием высокоэнергетических соединений, что негативно сказывается и на гомеостазе всей клетки. Подобные явления встречаются при сахарном диабете и голодании в клетках печени, при заболеваниях сердца, почек. Патологические изменения мембраны эндоплазматического ретикулума приводят к нарушению синтеза белков клетки. Эти нарушения встречаются и при недостатке в пище незаменимых аминокислот.

Повышение проницаемости мембран лизосом, что наблюдается, например, при авитаминозе Е, или под влиянием ионизирующего облучения может усилить выход гидролитических ферментов в цитоплазму из лизосом, привести к частичному или даже полному разрушению клеток. При многих интоксикациях повреждаются клетки печени или почек, а нарушение функционирования этих органов вызывает изменение других клеток организма через продукты метаболизма.

Широко распространенной причиной патологии клетки является проникновение и размножение в ней вирусов. При этом обменные процессы в клетке нарушаются - вирус заставляет клетку работать исключительно "на себя". После массового образования и выхода вирусных частиц из клетки она погибает. Некоторые патогенные вирусы не убивают клетку, а вызывают ее перерождения.

Если фактор не вполне повредил клетку, то после прекращения его действия клетка может восстановить свою структуру и функции. Этот процесс называется внутрішньоклітинною репарацією.