Введение к работе
Кровь как структурный компонент организма представляет собой сложнейшую морфофункциональную систему, конечным результатом деятельности которой является своевременная доставка кислорода и питательных веществ в ткани, и удаление продуктов метаболизма из органов и межклеточных пространств (Гаврилов О.К., с соавт., 1985; Быков В.Л., 2003). Являясь связующим звеном между нервной системой и гуморальными регуляторами - гормонами и медиаторами, кровь обладает высокодифференцированными функциями, которые строго распределены между ее различными элементами (Косицкий Г.И., 1972; Истаманова Т.С., Алмазов В.А., 1973; Козлов В.А., 2001; Полунин И.Н., Наумова Л.И., Сердюков В.Г., 2007, 2010).
Как система кровь не просто саморегенерирующаяся структура, это сложный комплекс компонентов, включающихся в систему и выпадающих из нее по мере необходимости, исходящей из тканей и органов. При этом она работает на основе саморегуляции, индуцируемой конечным результатом деятельности морфофункциональной системы (Шмальгаузен И.И., 1967; Косицкий Г.И., 1972; Черниговский В.Н., 1979; Майкл Дж.Роуз, Нэнси Берлинер, 2001; Павлова М. М., 2007).
Наряду с эндокринной, иммунной и нервной системами эритрон выполняет стратегическую задачу сохранения фундаментальной целостности организма в изменчивом окружении (Воргова Л. В., 1989; Назаров С.Б., Горожанин Л.С., 1996; Сарычева Т.Г., Козинец Г.И., 2001). Полезный результат её деятельности - оптимальный уровень кислорода и углекислого газа в тканях, обеспечивающий нормальные метаболические процессы. Отклонение от оптимального уровня приводит в действие регулирующие механизмы, которые возвращают систему к заданному уровню, установленному акцептором действия на основе афферентного синтеза (Ненашев А.А., с соавт., 1985; Юшков Б. Г., 2006).
Система эритрона, наделенная способностью эритроцитов адсорбировать, транспортировать, метаболизировать разнообразные вещества, а также передавать их другим клеткам, органично находится в сообществе фундаментальных регулирующих механизмов, сбой которых имеет немалое значение в патогенезе различных заболеваний (Назаров С.Б., Горожанинов Л.С., 1996; Теплый Д.Л., 1997; Дьякова О.Н., 2000; Стародубцева М. Н., 2007).
Нарушения в функциях и структуре биомембран клеток рассматриваются в настоящее время как одно из универсальных звеньев в патогенезе различных заболеваний и патологических состояний (Рыбальченко В.И., Коганов М.М., 1988; Бучин В.Н., Михайлов Г.М., Резаев А.А., 1993; Судаков, К. В., 2002; Тарских, М. М. 2006). Наблюдается тесная взаимосвязь между морфофункциональным состоянием цитолемм эритроцитов и биомембран других клеток организма и, таким образом, мониторинг статуса мембран эритроцитов, как адекватных моделей, весьма важно для понимания возникновения и развития разнообразных патологических состояний (Черницкий Е.А., Воробей А.В., 1981; Тарских. М. М., 2006; Векшина О.М., 2007; Теплый Д. Д., 2009).
Современные исследования показывают, что большинство ксенобиотиков обладает прооксидантными свойствами, вызывая деструкцию липидов клеточных мембран (Забродина З.В. с соавт. 1993; Теплый Д. Л., 2007). Происходит активация перекисного окисления липидов, нарушение баланса между образованием и разрушением перекисей и избыточное накопление токсичных для клетки свободных радикалов, что является составной частью патогенеза при ряде патологических состояний (Мищенко Т.М. с соавт., 1987; Забродина З.В. с соавт., 1993; Кондратенко Е.И., 2004; Теплый Д. Л., 2007). Активация перекисного окисления липидов приводит к искажению информации от внеклеточных регуляторов к внутриклеточным эффекторным системам, к нарушению адаптационных способностей клетки, либо к ее гибели (Владимиров Ю.А. с соавт., 1972, 2000; Лукьянова Л.Д., 1982; Чучалин А.Г., с соавт., 1989)..
Самоорганизация и саморегуляция, присущие живым организмам, имеют в своей основе некий универсальный механизм, придающий этим системам способность не растрачивать свою упорядоченность, обеспечивающую выполнение функций системы, а с течением времени даже повышать ее. Эта удивительная способность организмов реализуется с помощью функционирующих систем связи, обеспечивающих передачу потока информации. Вследствие этого информационный аспект должен обязательно учитываться при рассмотрении механизмов поддержания стационарных состояний открытых систем, поддерживающих гомеостаз организма, к которым, несомненно, относится система крови.
К сожалению, в доступной литературе нам не встретились исследования, в которых было бы приведено комплексное исследование динамики морфофункционального состояния эритроцитов и плазмы крови человека на этапах его индивидуального развития и изменения этой динамики под воздействием антропогенных поллютантов, широко распространенных в настоящее время. Данная работа является попыткой решения этих проблем.
Таким образом, цель настоящего исследования – выявить закономерности динамики статуса плазмы крови и эритроцитов, как единой морфофункциональной системы, в неблагоприятных условиях на этапах оптимально трудоспособного периода онтогенеза человека.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:
-
Выявить динамику содержания в плазме крови макро- и микроэлементов в норме и при воздействии серосодержащих поллютантов на этапах онтогенеза, соответствующих юношескому, взрослому и зрелому возрасту человека.
-
Определить изменение функциональных характеристик плазмы крови (осмолярность, уровень ПОЛ) и эритроцитов (уровень ПОЛ, осмотическая и перикисная резистентность, СОЭ), как элементов единой морфофункциональной системы, в норме и в условиях воздействия серосодержащих поллютантов.
-
Исследовать взаимосвязь информационных характеристик системы белков плазмы крови и интенсивности процессов ПОЛ в ней при воздействии серосодержащих поллютантов.
-
Изучить реакцию эритропоэза на воздействие серосодержащих поллютантов путем выявления качественных и количественных характеристик эритроцитов кровеносного русла (содержание, форма, размеры, объем) на этапах постнатального онтогенеза человека.
-
Методами ультраструктурного анализа (сканирующая и трансмиссионная электронная микроскопия) изучить механизмы влияния серосодержащих поллютантов на морфофункциональное состояние эритроцитов.
Научная новизна исследования заключается в том, что впервые с позиций системного подхода комплексно на молекулярном, субклеточном и клеточном уровнях организации изучена динамика состояния плазмы крови и эритроцитов как компонентов единой морфофункциональной системы организма на тех этапах онтогенеза, которые соответствуют оптимально трудоспособным возрастам человека, а именно, юношескому, взрослому и зрелому.
Определены эффекты воздействия на данную биологическую систему на изучаемых уровнях организации и этапах онтогенеза техногенных серосодержащих поллютантов как у человека, так и у экспериментальных животных (крыс). Выявлен возраст, наиболее сенситивный по данным вредностям.
Впервые проведено экспериментальное, математическое и структурно-информационное моделирование реакции морфофункциональной системы "плазма-эритроциты" на воздействие техногенных серосодержащих поллютантов на этапах онтогенеза, которые соответствуют юношескому, взрослому и зрелому возрастам человека. Выявлено и изучено взаимовлияние качественных и количественных характеристик двух компонентов данной биологической системы друг на друга.
Научно-практическая значимость работы. Результаты данной работы демонстрируют процесс и механизмы адаптации системы красной крови (“плазма-эритроциты") к возрасту и воздействию негативных факторов внешней среды, что имеет гностическое и методологическое значение для понимания сущности категорий адаптации, гомеостаза, развития биологических систем.
Доказано существование онтогенетических периодов повышенной чувствительности системы “плазма крови - эритроциты” к негативному экзогенному влиянию, примером которого явилось воздействие техногенных серосодержащих поллютантов. Это может быть полезным для обоснования комплексных охранных и профилактических мероприятий на территориях, где возможно внезапное появление или длительное присутствие токсикантов.
Полученные данные о состоянии плазмы и эритроцитов в норме и в условиях воздействия серосодержащих поллютантов, как в качестве единой морфофункциональной системы, и как отдельных её элементов, могут служить основой для диагностики и выяснения патогенеза заболеваний системы красной крови (апластических и неопластических), а также для выбора мер профилактики и тактики лечения этих заболеваний.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
На функционально-морфологическое состояние биологической системы "плазма крови - эритроциты" эндогенные (в том числе возраст) и экзогенные (в том числе техногенные поллютанты) факторы оказывают влияние через оба её элемента - плазму крови и эритроциты.
-
На изучаемых этапах онтогенеза мужчин (юношеский возраст, взрослый возраст I и II периоды и зрелый возраст) исследуемые экзогенные факторы (серосодержащие поллютанты в реально существующих на производстве концентрациях) оказывают более выраженное воздействие на морфофункциональное состояние системы "плазма – эритроциты" по сравнению с эндогенным фактором – возрастом, что выражается ускоренным "старением" данной системы.
-
Воздействие серосодержащих поллютантов вызывает ухудшение как физико-химических (содержание макро- и микроэлементов, осмолярность и уровень перекисного окисления в плазме и эритроцитах, осмотическая и перекисная резистентность эритроцитов, СОЭ), так и информационных характеристик системы "плазма крови - эртроциты", что приводит к её деградации, особенно быстрой у молодых субъектов с длительным контактом с профессиональными вредностями.
-
Эритроциты могут служить адекватной моделью и чувствительным объектом мониторинга экологического неблагополучия, так как реагируют на него на макро- , микро- и ультраструктурных уровнях своей организации.
Апробация материалов диссертации. По материалам исследования опубликовано: 51научная работа, в том числе 17 в центральных рецензируемых и международных журналах, 1 монография «Структурно-ирформационный анализ биологических систем».
Основные положения диссертации обсуждены на II - й Всероссийской конференции “Влияние антропогенных факторов на структурные преобразования органов, тканей, клеток человека и животных (Саратов, 1993), III Съезде анатомов, гистологов, эмбриологов Российской Федерации (Тюмень, 1994), 3 Всероссийской конференции (Волгоград, 1995), III Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Тверь, 1996), Международной конференции посвященной 100-летию со дня рождения проф. Н.П.Поповой-Латкиной (Астрахань, 1996), научно-практической конференции морфологов Тюменской области (Тюмень, 1996), итоговых конференциях Астраханского государственного медицинского института (Астраханской государственной медицинской академии) 1991 - 2009 гг., заседаниях Астраханского отделения ВрНОАГЭ, кон посв. 150-етию со дня рождения проф. А.И.Таранецкого", С.-Петербург, 1996, III Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Тверь,20- 21 июня 1996 г.), научной конференции, посвящ.125-летию акад.В.Н.Тонкова) С.-Петербург, 1997, IY Национальном конгрессе по профилактической медицине и валеологии", С.-Петербург, 1997, юбилейной научной конференции, посвящ. 100-летию кафедры нормальной анатомии СПбГМУ им. акад. И.П.Павлова), С.-Петербург, 1997, Всероссийской научной конференции анатомов, гистологов и эмбриологов, Тюмень, 22-23 апреля 1998 г., IV Съезде российских морфологов, 1999 г., V конгрессе международной ассоциации морфологов., 2000, Семинаре "Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода "Астрахань, 2000, II Всеросийском конгрессе по патофизиологии. (Москва 2000 г), всероссийской конференции "ХХI век: актуальные задачи морфологии» (Саратов, 2001 г.), 6 конгрессе международной ассоциации морфологов. "Морфология", 2002, Общероссийской конференции «Проблемы морфологии». Дагомыс, 2003, конференции» Успехи современного естествознания» Дагомыс, 2003, конгрессе международной Ассоциации морфологов, 2006, конференции «Природные факторы и здоровье подрастающего поколения» Коломна, 2007, V Российской научной конференции, Уфа, 2007, IX Конгрессе международной ассоциации морфологов, Бешкек 2008, 9 Съезде морфологов, Саратов 2009, научно-практических конференциях Астраханского государственного университета 2004 - 2011год.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов и выводов. Общий объем диссертации – 234 страниц компьютерного текста. Она содержит 44 рисунка, 9 таблиц. Библиографический список включает 499 источников, из них 105 – иностранных.
