Физиологические и биохимические основы адаптации. Адаптации организмов к условиям обитания Биохимическая адаптация

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ»:

И. о. проректора-начальник

_______________________

__________ _____________ 2011 г.

БИОХИМИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для аспирантов специальности (03.01.04 Биохимия)

очной и заочной форм обучения

«ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:

«______»___________2011 г.

Рассмотрено на заседании кафедры анатомии и физиологии человека и животных «24 »мая 2011 г. Протокол № 11.

Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.

Объем 9 стр.

Зав. кафедрой ______________________________//

Рассмотрено на заседании УМК Биологического департамента ИМЕНИТ

«30 »мая 2011 г. Протокол №2

Соответствует ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура)

«СОГЛАСОВАНО»:

Председатель УМК ________________________/

«30 »мая 2011 г.

«СОГЛАСОВАНО»:

Нач. отдела аспирантуры

и докторантуры_____________

«______»_____________2011 г.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт математики, естественных наук и информационных технологий

кафедра анатомии и физиологии человека и животных

БИОХИМИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа

для аспирантов специальности 03.01.04 Биохимия

Тюменский государственный университет

Кыров адаптация Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для аспирантов специальности 03.01.04 Биохимия. Тюмень, 2011, 9 стр.

Рабочая программа составлена в соответствии с ФГТ к структуре основной профессиональной образовательной программы послевузовского профессионального образования (аспирантура).

ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: , д. м.н., профессор, заведующий кафедрой анатомии и физиологии человека и животных

© Тюменский государственный университет, 2011.

Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы:

1. Пояснительная записка :

1.1. Цели и задачи дисциплины

Цель: Изучение основы адаптации метаболических процессов на молекулярном уровне.

Задачи: изучить основные понятия, связанные с адаптацией на молекулярном уровне, обсудить пути адаптации организма к различным условиям обитания, изучить методы оценки адаптационных изменений

1.2. Место дисциплины в структуре ООП.

Специальная дисциплина отрасли науки и научной специальности.

Содержание дисциплины: активность ферментов при адаптационном изменении метаболизма, биохимические аспекты адаптации к различным условиям среды, стресс и транспортные системы клетки.

Биохимия, Основы энзимологии, Мембранный транспорт, Регуляция метаболических процессов.

В качестве предпосылочных знаний для освоения данной дисциплины необходимы: Физиология человека, Биохимия и молекулярная биология .

1.3. Требования к результатам освоения дисциплины:

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Базовые представления о стратегии биохимической адаптации и ферментативной изменчивости, основные понятия метаболической адаптации

Гибернация при изменениях факторов среды. Механизмы терморегуляции организма. Ангидробиоз. Гибернация. Выключение активного метаболизма. Диапауза у насекомых. Роль липидов при спячке. Замедление циклов распада веществ при зимней спячке. Спячка мелких и крупных млекопитающих. Адаптация к температуре гомотермных животных. Адаптация к температуре пойкилотермных животных.

Пути выведения продуктов распада из организма. Роль иммунной системы в поддержании активности адаптирующегося организма. Аммонийные животные. Модификация цикла мочевины. Адаптация в процессе онтогенеза. Адаптация к обитанию в водных растворах. Адаптация к морским глубинам.

Биохимическая адаптация: механизмы и стратегии.

1. Стратегия долговременной биохимической адаптации.

2. Стратегия кратковременной биохимической адаптации.

Клеточный метаболизм. Адаптация ферментов к метаболическим изменениям

1. Количественная адаптация фермента.

2. Качественная адаптация фермента.

3. Промежуточные метаболиты и восстановительные эквиваленты.

Адаптация к физической нагрузке. Стресс и транспортные системы клеток.

1. Пассивный и активный транспорт при адаптации

2. Холинэргическая система при измени условий окружающей среды

Адаптация к кислородному режиму и нырянию

1. Условия гипоксии и энергетический обмен.

2. Адаптация аэробного и анаэробного пути расщепления метаболитов.

Система дыхания при изменениях факторов среды. Механизмы терморегуляции организма.

1. Криопротекторные белки.

2. Гибернация у животных

3. Механизмы терморегуляции

Система детоксикации организма. Иммунная система и экологические воздействия.

2. Научная дискуссия «Детоксикация организма как защитный механизм»

8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы аспирантов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Таблица 3

Осуществляемые студентами виды самостоятельных работ при изучении дисциплины и контроль за их выполнением

Вид самостоятельной работы

Деятельность студентов в ходе выполнения данного вида самостоятельной работы

Способ оценки

Углубление и систематизация полученных знаний с использованием основной литературы

Предполагается, что по мере освоения материала студенты дополнительно самостоятельно прорабатывают конспекты лекций , а также рекомендованные разделы основной и дополнительной литературы.

ответ на семинаре

Подготовка к семинару по теме

По мере освоения лекционного материала проводится контроль теоретических знаний студентов по определенным темам дисциплины представленным в разделе тематическое планирование. Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов лекций, основной и дополнительной литературы.

ответ на семинаре

Знакомство с содержанием электронных источников (по теме)

Студенты самостоятельно готовятся к семинару с использованием материалов электронных источников.

ответ на семинаре

Подготовка презентаций

Студенты самостоятельно в ходе подготовки к семинару готовят при помощи соответствующего программного обеспечения слайды для более полного освещения вопросов семинара.

ответ на семинаре

Подготовка рефератов

Тема включает самостоятельную подготовку студентами рефератов, затрагивающих различные аспекты предмета.

Подготовка к научной дискуссии «Детоксикация организма как защитный механизм»

В рамках темы проводиться дискуссия об оценке механизмов детоксикации.

ответ на семинаре

Примерные темы рефератов и контрольных работ :

1. Аэробное приспособление к физическим нагрузкам.

2. Анаэробное приспособление к физическим нагрузкам.

3. Энергетические субстраты в условиях приспособления.

4. Адаптация пассивных транспортных систем клетки

5. Адаптация систем активного транспорта клетки.

6. Ферментативные изменения путей расщепления энергетических субстратов.

7. Регуляция метаболизма при физической нагрузке.

Вопросы к зачету:

1. Основные механизмы и стратегии биохимической адаптации.

2. Адаптация ферментов к метаболическим нагрузкам.

3. Адаптация к короткой высокоинтенсивной физической нагрузке.

4. Адаптация к длительной физической нагрузке.

5. Адаптация в условиях аноксии.

6. Адаптация к температуре гомотермных животных.

7. Адаптация к температуре пойкилотермных животных.

8. Адаптация холинэргических систем.

9. Стресс. Срыв механизмов адаптации.

10. Влияние аэробных и анаэробных тренировок к физической нагрузке.

11. Адаптация к нырянию.

12. Выключение активного метаболизма. Роль спячки.

13. Адаптация в процессе онтогенеза.

14. Адаптация к обитанию в водных растворах.

15. Адаптация к морским глубинам.

16. Криопротекция.

17. Детоксикация организма.

18. Адаптация транспортных систем клетки

9. Образовательные технологии.

При реализации различных видов учебной работы в ходе освоения дисциплины используются следующие виды образовательных технологий:

Мультимедийные средства обучения:

В лекционном курсе студентам демонстрируются анимированные слайды, видео ролики для более полного освещения материала. В ходе самостоятельной подготовки к семинарским занятиям студенты разрабатывают с помощью ПО - "PowerPoint" слайды для более полного освещения излагаемого материала.

Специализированные программы и оборудование:

При подготовке и чтении лекционного курса используется программы пакета Microsoft Office ("МО PowerPoint, Windows Media Player, Internet Explorer"), указанное ПО также используют студенты в ходе самостоятельной работы.

Интерактивные технологии:

Дискуссии в рамках семинарских занятий

Научная дискуссия на тему «Детоксикация организма как защитный механизм»

10. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.

10.1. Основная литература:

1. Варфоломеев энзимология,. М: Академия, 20с.

2. , Шведова. М: Дрофа. 20с.

3. Биохимия человека 2т. М: Мир. 20с.

4. Сомеро Дж. Биохимическая адаптация. М: Мир. 19с.

5. Зимницкий, в биохимических механизмах адаптации организма. – М.: Глобус, 2004. – 240 с.

6. . Биохимические основы химии биологически активных веществ. Учебное пособие. БИНОМ. 20с.

7. Публикации в журнале «Биологические мембраны» 2005-н. в.

8. Публикации в журнале «Биохимия» 2005 – н. в.

9. Публикации в журнале «Эволюционная физиология и биохимия» 2005-н. в.

10.2. Дополнительная литература:

1. Плакунов энзимологии. М.: Логос, 20с.

2. Регуляция ферментативной активности. М.: Мир, 19с.

3. Курганов ферменты. М. Наука, 19с.

4. Розанов процессы и их коррекция при экстремальных состояниях. Киев: Здоровья, 19с.

5. Химическая энзимология. / Под ред. , К. Мартинека. М.: Изд-во МГУ, 19с.

6. Проблемы биохимической адаптации/ Под. ред. М:Медицина. 19с.

7. , Пшенникова к стрессорным ситуациям и физическим нагрузкам. М: Медицина. 19с.

10.3. Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:

11. Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.

Дисциплина обеспечена компьютерными презентациями, составленными автором. На факультете имеется 4 мультимедийные аудитории для проведения лекционных занятий. Лабораторный кабинет оснащен оборудованием и реактивами для проведения практических биохимических исследований.

Адаптация - это совокупность процессов в организме, форми­рующих его устойчивость к изменившимся условиям существования. В зависимости от уровня приспособительных реакций можно выделить фи­зиологическую (системную) и биохимическую (клеточную) адаптацию.

Физиологическая адаптация связана с перестройкой деятельно­сти системных функций организма (например, кровообращения, дыхания, нервной системы и т.д.), позволяющих сохранить постоянство внутренней среды организма и облегчить деятельность органов и тканей, улучшая их снабжение питательными веществами и кислородом, ускоряя вывод про­дуктов жизнедеятельности.

Клетки, являясь частью организма, обладают собственными ме­ханизмами перестройки обмена веществ, основанными на изменениях в протекании биохимических реакций внутри клеток.

Два вида адаптации тесно взаимосвязаны и дают возможность приспособиться организму к неблагоприятным условиям.

Адаптация связана с регуляцией, так как направить в нужное русло обмен веществ можно только с помощью системы внеклеточных регуляторов. Биохимическая адаптация и регуляция может быть срочной и долговременной.

Срочная адаптация связана с быстрой перестройкой обмена ве­ществ, происходящей в начале критической ситуации. При этом все из­менения обмена веществ обусловлены включением срочных механизмов регуляции клеточного метаболизма, а именно действием нервно-гормональных стимулов на проницаемость клеточных мембран и актив­ность ферментов.

Если срочная адаптация направлена на выживание клетки, то долговременная - на сохранение жизнеспособности ее в неблагоприятных условиях. При долговременной адаптации перестройка метаболизма обу­словлена включением долговременных механизмов регуляции, т.е. влия­нием нервно-гормонольных стимулов на синтез ферментов и других функциональных белков, обеспечивающих иной тип обмена веществ, соответствующий изменившимся условиям.

Если по каким-либо причинам нервно-гормональная регуляция нарушена, то организм долго не может приспособиться к сложившимся условиям среды, что проявляется в виде болезней адаптации и акклима­тизации.


1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Меди­цина, 1999.

2. Гофман Э. Динамическая биохимия. - М.: Медицина, 1971.

3. Гудман М., Морхауз Ф. Органические молекулы в действии. М.: Мир, 1977

4. ЛенинджерА. Биохимия. - М.: Мир, 1986.

5. Марри Р., Греннер Д., Мейс П., Родуэл В. Биохимия человека. М.: Мир, 1993.

6. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: Высшая школа 1989.

7. Николаев Л.А. Химия жизни. - М.: Просвещение, 1973.

8. Страйер Л. Биохимия. В 3-х тт. - М.: Мир, 1984.

9. Строев Е.А. Биологическая химия. - М.: Высшая школа, 1986.

10. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. И др. Основы биохимии. - М. Мир, 1981.

11. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. - М.: Агар, 1999.

Адаптация - это совокупность процессов в организме, форми­рующих его устойчивость к изменившимся условиям существования. В зависимости от уровня приспособительных реакций можно выделить фи­зиологическую (системную) и биохимическую (клеточную) адаптацию.

Физиологическая адаптация связана с перестройкой деятельно­сти системных функций организма (например, кровообращения, дыхания, нервной системы и т.д.), позволяющих сохранить постоянство внутренней среды организма и облегчить деятельность органов и тканей, улучшая их снабжение питательными веществами и кислородом, ускоряя вывод про­дуктов жизнедеятельности.

Клетки, являясь частью организма, обладают собственными ме­ханизмами перестройки обмена веществ, основанными на изменениях в протекании биохимических реакций внутри клеток.

Два вида адаптации тесно взаимосвязаны и дают возможность приспособиться организму к неблагоприятным условиям.

Адаптация связана с регуляцией, так как направить в нужное русло обмен веществ можно только с помощью системы внеклеточных регуляторов. Биохимическая адаптация и регуляция может быть срочной и долговременной.

Срочная адаптация связана с быстрой перестройкой обмена ве­ществ, происходящей в начале критической ситуации. При этом все из­менения обмена веществ обусловлены включением срочных механизмов регуляции клеточного метаболизма, а именно действием нервно-гормональных стимулов на проницаемость клеточных мембран и актив­ность ферментов.

Если срочная адаптация направлена на выживание клетки, то долговременная - на сохранение жизнеспособности ее в неблагоприятных условиях. При долговременной адаптации перестройка метаболизма обу­словлена включением долговременных механизмов регуляции, т.е. влия­нием нервно-гормонольных стимулов на синтез ферментов и других функциональных белков, обеспечивающих иной тип обмена веществ, соответствующий изменившимся условиям.

Если по каким-либо причинам нервно-гормональная регуляция нарушена, то организм долго не может приспособиться к сложившимся условиям среды, что проявляется в виде болезней адаптации и акклима­тизации.

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. - М.: Меди­цина, 1999.

2. Гофман Э. Динамическая биохимия. - М.: Медицина, 1971.

3. Гудман М., Морхауз Ф. Органические молекулы в действии. М.: Мир, 1977

4. ЛенинджерА. Биохимия. - М.: Мир, 1986.

5. Марри Р., Греннер Д., Мейс П., Родуэл В. Биохимия человека. М.: Мир, 1993.

6. Николаев А.Я. Биологическая химия. - М.: Высшая школа 1989.

7. Николаев Л.А. Химия жизни. - М.: Просвещение, 1973.

8. Страйер Л. Биохимия. В 3-х тт. - М.: Мир, 1984.

9. Строев Е.А. Биологическая химия. - М.: Высшая школа, 1986.

10. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э. И др. Основы биохимии. - М. Мир, 1981.

11. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. - М.: Агар, 1999.

Предисловие

Введение

Предмет и задачи биохимии

Методы исследования

Основные признаки живой материи

Глава 1. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ОРГАНИЗМОВ

Глава 2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕЛКОВ

2.1. Роль белков в построении живой материи. Определе­ние белков

2.2. Элементный состав белков. Содержание белков в ор­ганах и тканях

2.3. Аминокислотный состав белков

2.4. Кислотно-основные свойства аминокислот

2.5. Стереохимия аминокислот

2.6. Строение белков

2.7. Уровни структурной организации белков

Первичная структура белков

Вторичная структура белков

Третичная структура белков

Четвертичная структура белков

2.8. Денатурация и ренатурация

2.9. Определение молекулярной массы белков

2.10. Физико-химические свойства белков

Кислотно-основные и буферные свойства белков

Гидратация белков и факторы, влияющие на их растворимость

2.11. Функции белков в организме

2.12. Методы выделения и очистки белков

Методы выделения

Очистка белков, оценка гомогенности белка

2.13. Классификация белков

Глава 3. УГЛЕВОДЫ

3.1. Понятие об углеводах и их классификация

3.2. Моносахариды

Оптичекие свойства моносахаридов

Структура моносахаридов

3. 3 Основные реакции моносахаридов

Реакции с участием карбонильной группы

Реакции с участием гидроксильных групп

3.4. Сложные углеводы

Олигосахариды

Полисахариды

3.5. Биологичекие функции углеводов

Глава 4. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

4.1. Общая характеристика нуклеиновых кислот

4.2. Химический состав и строение нуклеиновых кислот

4.3. Уровни структурной организации нуклеиновых кислот

Первичная структура нуклеиновых кислот

Вторичная структура ДНК

Вторичная структура РНК

Третичная структура РНК и ДНК

Глава 5. ЛИПИДЫ

5 1. Общая характеристика и классификация липидов

5.2. Липидные мономеры

5.3. Многокомпонентные липиды

5. 4. Биологические функции липидов

Глава 6. ФЕРМЕНТЫ

6.1. Методы выделения и очистки ферментов

6.2. Химическая природа и структура ферментов

6.З. Кофакторы ферментов

Ионы металлов как кофакторы ферментов

Коферменты

6.4. Механизм действия ферментов

6.5. Свойства ферментов

6. 6. Специфичность действия ферментов

7.7. Факторы, влияющие на скорость ферментативного катализа

Влияние температуры на активность ферментов

Влияние рН на активность ферментов

Влияние концентраций субстрата и фермента на скорость ферментативной реакции

Зависимость скорости реакции от времени

6.8. Регуляция активности ферментов

Активация ферментов

Ингибирование ферментов

Аллостерическая регуляция действия ферментов

6.9. Определение активности ферментов

6.10. Номенклатура и классификация ферментов

6.11. Локализация ферментов в организме и клетке

6.12. Применение ферментов

Глава 7. ВИТАМИНЫ

7.1. Понятие о витаминах

7.2. Классификация витаминов

7.3. Жирорастворимые витамины

Витамин А (ретинол)

Витамин D (кальциферол)

Витамин Е (токоферолы)

Витамин К (нафтохиноны)

7.4. Водорастворимые витамины

Витамин B 1 (тиамин)

Витамин В 2 (рибофлавин)

Витамин В 3 (пантотеновая кислота)

Витамин В 5 (РР, ниацин, никотинамид, никотино­вая кислота)

Витамин В 6 (пиридоксин)

Витамин В 9 (В с, фолиевая кислота)

Витамин В 12 (кобаламин)

Витамин С (аскорбиновая кислота)

Витамин Н (биотин)

Витамин Р (рутин, витамин проницаемости)

7.5. Витаминоподобные вещества

Глава 8. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В ОРГАНИЗМЕ

8.1. Обмен веществ

8.2. Обмен энергии

Глава 9. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ

9.1. Сущность биологического окисления

9.2. Дыхательная цепь

9.3. Окислительное фосфорилирование

Глава 10. ОБМЕН УГЛЕВОДОВ

10.1. Переваривание углеводов

10.2. Метаболизм глюкозы

10.3. Биосинтез гликогена

10.4. Распад гликогена

10.5. Анаэробный гликолиз

10.6. Аэробный распад глюкозы

10.7. Пентозофосфатный цикл

10.8. Биосинтез глюкозы (глюконеогенез)

10.10. Регуляция обмена углеводов

Глава 11. ОБМЕН ЛИПИДОВ

11.1. Переваривание липидов

11.2. Метаболизм глицерина

11.3. Метаболизм жирных кислот

11.4. Биосинтез жиров

11.5. Регуляция обмена липидов

Глава 12. ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

12.1. Пути распада РНК и ДНК

12.2. Распад пуриновых и пиримидиновых оснований

12.3. Биосинтез нуклеотидов

12.4. Биосинтез нуклеиновых кислот

12.5. Путь информации от генотипа к фенотипу

Глава 13. ОБМЕН БЕЛКОВ

13.1. Понятие об обмене белков

13.2. Переваривание белков пищи и распад белков тканей

13.3. Метаболизм аминокислот

13.4. Удаление аммиака из организма. Орнитиновый цикл

13.5. Синтез аминокислот

13.6. Биосинтез белков (трансляция)

Глава 14. ВОДНО-СОЛЕВОЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН

14.1. Водно-солевой обмен

Роль и функции воды в процессе жизнедеятельно­сти

14.2. Регуляция водно-солевого обмена

Регуляция осмотического давления и объема вне­клеточной жидкости

Регуляция рН

14.3. Минеральный обмен

Минеральные вещества

Функции минеральных веществ

Минеральные вещества и обмен нуклеиновых ки­слот

Минеральные вещества и обмен белков

Минеральные вещества и обмен углеводов и липи­дов

14.4. Регуляция минерального обмена

Глава 15. ВЗАИМОСВЯЗЬ ОБМЕНА БЕЛКОВ, ЖИРОВ, УГЛЕВОДОВ И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Глава 16. ГОРМОНЫ. НЕРВНО-ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ОБ­МЕНА ВЕЩЕСТВ

16.1. Понятие о гормонах. Основные принципы регуляции обмена веществ

16. 2. Классификация гормонов

16.3. Общие представления о действии гормонов

16. 4. Гормоны щитовидной и паращитовидных желез

Гормоны щитовидной железы

Гормоны паращитовидных желез

16.5. Гормоны поджелудочной железы

16.6. Гормоны надпочечников

16.7. Гормоны половых желез

16.8. Гормоны гипоталамо-гипофизарной системы

16.9. Гормоны тимуса и эпифиза

16.10. Простагландины

16.11. Биохимическая адаптация

Общие представления о биохимических механизмах

Адаптации живых организмов к среде

Выделяют 3 типа адаптивных механизмов:

1. Приспособление макромолекулярных компонентов клеток или жидкостей организмов.

Существует 2 типа такого приспособления:

- изменение количества (концентрации) уже имеющихся типов макромолекул, например ферментов;

- образование макромолекул новых типов , например, новых изоферментов, которыми заменяются ранее имевшиеся макромолекулы.

2. Приспособление микросреды, в которой функционируют макромолекулы. Например, изменяются осмотические свойства среды или состав растворенных веществ.

3. Приспособление на функциональном уровне . В данном слу4чае изменение эффективности макромолекулярных систем, в особенности ферментов, не связано с изменением числа имеющихся в клетке макромолекул или их типов. В этом случае адаптацию обеспечивает изменение в использовании уже существующих макромолекулярных систем в соответствии с текущими локальными потребностями в той или иной активности. Это осуществляется на уровне метаболической регуляции за счет увеличения или уменьшения активности ферментов.

Адаптивные изменения ферментных систем

2 главных функции ферментов: каталитическая и регуляторная.

Причины, обуславливающие необходимость реализации адаптации за счет изменения набора ферментов или их концентрации:

1. изменение потребности организма при изменении окружающей среды или переход к новой стадии развития;

2. изменение физических факторов среды (температуры, давления и т.д.);

3. изменение химических факторов среды.

Адаптации на уровне микроокружения макромолекул

· Важность осморегуляции.

· Выбор определенных типов растворенных веществ в качестве «осмотических эффекторов».

· Важность липидного окружения макромолекул.

· Обеспечение величины рН.

При надлежащей регуляции микроокружения макромолекул для адаптации организма к изменениям внешней среды может не требовать какого-либо изменения самих макромолекул.

Адаптация путем изменения метаболической активности

Эта адаптация может быть ответом на:

1. изменение энергетических потребностей;

2. изменение в обеспеченности кислородом;

3. воздействие факторов, связанных с миграцией и голоданием;

4. изменение физических условий среды;

5. изменение гормонального статуса.

Скорость биохимической адаптации

Чем больше времени предоставляется для адаптивных изменений, тем больше выбор возможных приспособительных механизмов.

Генетическая адаптация происходит на протяжении многих поколений. Происходят мутации в регуляторных генах, аминокислотные замены с образованием новых изоферменов, возникновение новых молекул.

Пример: появление гликопротеиновых полипептидных «антифризов» у морских костных рыб, живущих среди льдов.

В течение всей жизни организмы приспосабливаются к непрерывно меняющимся факторам внешней и внутренней среды. При этом непременным и единственным условием жизни живых организмов является постоянство внутренней среды, т.е. гомеостаз. Относительное динамическое постоянство среды организма и функционирование всех органов и систем, необходимое для сохранения жизни поддерживаются приспособительными или адаптивными реакциями организма.

Адаптация - это система внутреннего и взаимного прилаживания организма и вышестоящих биологических, экологических и других систем друг к другу при определяющей роли последних.

Различают следующие уровни адаптации:

субклеточный (усиление синтеза нуклеиновых кислот и белков, активация митохондриального аппарата клетки, как энергетической станции клетки).

клеточный

тканевой

отдельного органа

отдельной системы органов

целостного организма

групповой

популяционный

биоценотический

экосферный.

Не следует рассматривать понятие адаптации применимо только к отдельному организму, адаптация - это процесс поддержания всей экосферы в относительно стабильном состоянии, т.е. ее гомеостаза и отдельные организмы являются лишь звеньями этого механизма.

С физиологической и патофизиологической точек зрения понятия "приспособление", "норма" и "патология" должны даваться только в целях обоснования взгляда, что нормологический и патологический процессы являются различными качественными проявлениями одного и того же процесса - приспособления или адаптации. При этом патология не всегда является адаптивной аномалией, как и адаптивной нормой.

Исходя из этого все болезни являются результатом ошибок в адаптивных реакциях на внешние раздражители, с этой точки зрения большая часть болезней (нервные расстройства, ГБ, ЯБЖ и ЯБДК, некоторые типы ревматических, аллергические, сердечно-сосудистые заболевания и почечные болезни) являются болезнями адаптации, т.е. патологические процессы и болезни это всего лишь особенности приспособительных реакций.

Одним из путей сохранения гомеостаза является реагирование - развитие общих адаптационных реакций. Развитие этих реакций подчинено количественно-качественному принципу: на различное количество раздражителя организм отвечает качественно разными реакциями. При этом количество (мера) является общим в действии самых различных по качеству раздражителей и служит основой формирования нескольких стандартных ответов организма. Качество раздражителя накладывается на этот стандартный ответ как основа.

При этом следует различать меру и норму адаптации. Выделяют индивидуальную, строго детерминированную неповторимую норму и популяционную (видовую) норму, являющуюся в своей основе статистической, вероятностной (референтные величины). В медицинской диагностике, лечении и профилактики болезней необходимо учитывать обе нормы. Каждая конкретная норма строго индивидуальна и практически каждый человек представляет собой в том или ином отношении отклонение от нормы.

Согласно теории адаптационных реакций в зависимости от силы (меры) воздействия, в организме могут развиваться 3 типа адаптационных реакций:

реакция на слабые воздействия - реакция тренировки

реакция на воздействия средней силы - реакция активации

реакция на сильные, чрезвычайные воздействия - стресс-реакция по Г. Селье.

Реакция тренировки имеет 3 стадии: стадию ориентировки, стадию перестройки, стадию тренированности. В ЦНС преобладает охранительное торможение. В эндокринной системе вначале умеренно повышается активность глюко- и минералокортикоидных гормонов, а затем постепенно увеличивается секреция МК и нормализуется секреция ГК на фоне умеренно повышенной функциональной активности щитовидной и половых желез.

Реакция активации имеет 2 стадии: стадию первичной активации и стадию стойкой активации. В ЦНС преобладает умеренное, физиологическое возбуждение. В эндокринной системе отмечается увеличение секреции МК при нормальной секреции ГК и повышении функциональной активности щитовидной и половых желез. Повышение активности желез внутренней секреции выражено больше, чем при реакции тренировки, но не носит характера патологической гиперфункции. В обеих стадиях реакции активации повышается активная резистентность к повреждающим агентам различной природы.

Реакция активации подразделяется на спокойную активацию (СА) и повышенную активацию (ПА). ПА вызывается раздражителями, несколько большими по абсолютной величине, чем СА. При ПА наблюдаются большие сдвиги в АД, уровне ГК и энергетическом обмене.

Реакции тренировки и реакция адаптации - это те адаптационные реакции, которые встречаются в течение нормальной жизни организма.

Реакция стресса развивается в ответ на сверхсильные раздражители. Стресс, является неспецифической основой патологических процессов - синдромом болезни вообще, что способствует пониманию общности в течение различных патологических процессов, что помогает не только вскрыть патогенез, но и обосновать терапию целого ряда болезней. В настоящее время считают, что на основе стресса развивается около 10 000 заболеваний и более 100 тысяч симптомов болезней.

Стресс-теория Селье. Реакция организма не зависит от качества раздражителя, а зависит только от силы действия раздражителя. В первой стадии стресса - реакции тревоги, длящейся 24-48 часов происходит выброс в кровь А надпочечниками, стимуляция секреции АКТГ гипофиза, приводящая к повышению секреции ГК коры надпочечников. Угнетается секреция МК.

После реакции тревоги наступает стадия резистентности. В этой стадии устойчивость к внешним раздражителям повышена.

Если действие стрессора повторяется или он очень сильный, то стадия резистентности переходит в стадию истощения. Характер изменений близок к тому, что наблюдается при реакции тревоги: ГК преобладают над МК, снижена активность щитовидной и половых желез, иммунной системы.

В чем же биологический смысл первой стадии - реакции тревоги?

При встрече с сильным раздражителем основная задача - любой ценой получить энергию в короткие сроки, чтобы обеспечить необходимые условия для "битвы" или "бегства". Быстрый выброс энергии мобилизуется А и ГК даже невыгодным путем за счет распада жиров, углеводов и белков (прежде всего лимфоидной ткани). ГК в больших количествах угнетают тимус, лимфатические железы, иммунные реакции, а также участвуют в п/воспалительных реакциях, т.е. подавляют деятельность защитных систем организма. МК, оказывающие противоположное влияние на восп. процессы наоборот, угнетены. Эти изменения биологически целесообразны, т.к. защитный ответ, адекватный большой силе раздражителя (например, воспалительная реакция), мог бы привести организм к гибели. Если бы не развивалась иммунодепрессия, то при стрессе в условиях повреждения тканей в постстрессорный период могли бы возникнуть аутоиммунные заболевания. Поэтому вначале организму приходится не усиливать, а ослаблять свой ответ: в ответ на действие сильного раздражителя активность основных защитных систем не нарастает, а падает.

Все эти приспособительные изменения, происходящие в первую стадию стресса, могут вызывать тяжелые последствия в организме, особенно в условиях гипокинезии и гиподинамии, когда изменения, присущие стрессу, не реализуются на мышечную работу. Реакция тревоги - это пример того случая в организме, когда защита достигается ценой повреждения.

Но как представить себе, почему вслед за реакцией тревоги, т.е. на фоне угнетения защитных сил организма, формируется без каких-либо дополнительных воздействий стадия резистентности, т.е. происходит нормализация или даже повышение устойчивости? Известно, что в ЦНС под влиянием сильных раздражителей развивается резкое возбуждение, которое затем сменяется запредельным торможением - "крайней мерой защиты" по И.П. Павлову. При запредельном торможении чувствительность центральных нервных аппаратов понижается, благодаря этому падающие на организм другие сильные воздействия уже воспринимаются не как сильные, и тем самым устойчивость организма повышается. Т.о. переход стадии тревоги в стадию резистентности связан с запредельным торможением в ЦНС.

Стадия истощения еще в большей степени, чем стадия тревоги, является примером такого состояния, когда сохранение жизни достигается ценой повреждения. В наиболее тяжелых случаях эта стадия может привести к гибели.

Все реакции организма иметь нечто общее в ответной реакции на разные по качеству раздражители, сформировать основу для стандартного приспособительного ответа. Качество не может явиться такой основой, так как каждому раздражителю присуще свое качество. Общее, что характеризует действие самых различных раздражителей, - это количество, определяемое в отношении живого как степень биологической активности. Количество, мера является основой общности реакции организма на действие разных по качеству раздражителей, основой для развития в процессе эволюции биологически целесообразных комплексных, стандартных ответных реакций организма.

В основе механизмов неспецифических адаптационных реакций лежат общие принципы.

Эти комплексные реакции характеризуются, прежде всего, автоматизмом. Важнейшая роль в приспособлении принадлежит ЦНС - основной регулирующей системе организма. Кора ГМ с системой анализаторов принимает информацию от внешнего мира, подкорковые образования ГМ - от внутренней среды. Автоматическая регуляция постоянства внутренней среды осуществляется, главным образом, гипоталамической областью ГМ, являющейся центром интеграции вегетативного отдела НС и эндокринной системы - основных исполнительных звеньев, реализующих влияние ЦНС на внутреннюю среду организма. В гипоталамусе сочетаются нервный и гуморальный пути автоматической регуляции. В осуществлении адаптивных функций принимают участие все системы организма, при этом ГМ является высшим координаторным центром адаптационных процессов.

При действии слабых, пороговых (для общих реакций) раздражений развивается реакция тренировки. В ЦНС при этом преобладает охранительное торможение. Биологическая целесообразность этого - в снижении возбудимости, реактивности по отношению к слабому раздражителю, на который наиболее целесообразно не отвечать.

При действии раздражителей средней силы происходит развитие "реакции активации". В ГМ преобладает умеренное возбуждение. По-видимому, раздражение средней силы является оптимальным для возбуждения защитной деятельности организма. На такое раздражение наиболее целесообразно реагировать путем первичной активации защитных систем организма.

При действии сильных, чрезвычайных раздражителей (реакции стресс) в ЦНС развивается резкое возбуждение, сменяющееся запредельным торможением - крайней мерой защиты. Биологическая целесообразность этого - в снижении возбудимости, реактивности, так как адекватный чрезмерной силе ответ мог бы погубить организм. Затем, вследствие снижения реактивности, сильные воздействия уже не воспринимаются как сильные, развивается стадия резистентности. Снижение возбудимости при развитии запредельного торможения приводит к тому, что сильные раздражители (в случае повторения действия стрессора) уже не являются для организма сильными и вызывают развитие не стресса, а реакции активации или даже тренировки. Если же действие стрессора не повторяется и на организм падают обычные раздражители физиологических параметров, развивается чаще реакция тренировки, но возможно развитие и реакции активации. Если действие стрессора систематически повторяется или разовый стрессор был чрезвычайно сильным, стадия резистентности переходит в стадию истощения, которая может привести к гибели.

Таким образом, фактически нервная система организует патологический процесс. Все адаптационные реакции формируются в ЦНС, в частности в гипоталамусе. В ЦНС формируется и реакции стресс, являющейся неспецифической основой патологического процесса.

Там же формируются реакции тренировки и активации, являющиеся неспецифической основой нормы и повышающие неспецифическую резистентность организма, т.е. иными словами НС организует и защиту от патологических процессов.