Влияние внешних факторов на онтогенез кратко

Обновлено: 05.07.2024

Генетика развития: влияние генов и окружающей среды

Развитие определяется действием генов, взаимодействующих с клеточным и средовым окружением. Вовлеченные продукты гена включают регуляторы транскрипции, факторы диффузии, взаимодействующие с клетками и направляющие их по специфическим путям развития к рецепторам для таких факторов, структурным белкам, внутриклеточным сигнальным молекулам и многому другому.

Неудивительно поэтому, что наиболее многочисленные нарушения развития, встречаемые у людей, вызваны геномными, хромосомными или генными мутациями. Тем не менее даже если геном явно служит первичным источником информации, регулирующей и определяющей развитие человека, роль генов в развитии часто ошибочно считают основной. Фактически геном не имеет сходства с планом архитектора, точно определяющим, какие материалы должны быть использованы и как они должны быть собраны; это не буквальное описание итоговой формы, используемое всеми эмбриональными и плодными структурами.

Скорее геном определяет набор взаимодействующих белков и некодирующей РНК, указывающий направление процессов роста, миграции, дифференцировки и апоптоза, в конце концов с высокой степенью вероятности приводящих к развитию нормальных зрелых структур. Таким образом, например, нет генетических инструкций, указывающих, что фаланга пальца примет форму часового стеклышка или что глаз будет сферическим. Эти формы возникают как подразумевающиеся последствия процессов развития, тем самым генерируя структурно правильные клетки, ткани и органы.

Хотя первичные регуляторы развития — гены, другие процессы также должны сыграть свою роль. Развитие, регулируемое, но не детерминированное геномом, подчеркивает существенную роль вероятности в нормальном развитии. Например, у мышей мутация в гене формина вызывает аплазию почек только у 20% носителей мутации, даже если мутация передается инбредным животным.

Считают, что инбредные мыши генетически идентичны по всем локусам в их геномах, поэтому 20% пенетрантность единичной мутации в гене формина не может объясняться другими модифицирующими генами у мышей, пораженных почечной агенезией, по сравнению с непораженными мышами. Наиболее правдоподобное объяснение этому феномену — то, что мутация формина смещает баланс некоторого эволюционного процесса, увеличивая вероятность превышения порога одного из факторов почечной аплазии.

генетика развития

Факторы окружающей среды и их влияние на развитие

Локальная среда, в которой находится клетка или ткань, играет центральную роль в обеспечении нормального контекста развития. Неудивительно, что лекарства или другие агенты, проникающие из окружающей среды, могут оказаться тератогенами, поскольку они часто создают помехи, связываясь с молекулами, участвующими в действии генов. Идентификация механизма тератогенеза имеет очевидный смысл не только для клинической медицины и здравоохранения, но также для фундаментальной науки; понимание того, как тератогены вызывают врожденные дефекты, может дать понимание нарушений основных путей развития, приводящих к пороку.

Поскольку молекулярные и клеточные пути, используемые в ходе развития, часто уникальны и не используются после созревания, тератогены, вызывающие тяжелые врожденные пороки, могут не иметь побочных эффектов у взрослых людей, поскольку упомянутые пути больше не функционируют или имеют другие цели во взрослом состоянии. Характерный пример — ретиноидный синдром плода, наблюдаемый у женщин, получавших в течение беременности лекарство изотретиноин. Изотретиноин — пероральный ретиноид, предназначенный для системного лечения фурункулеза.

Он вызывает тяжелые врожденные пороки, если применяется во время беременности, поскольку имитирует действие эндогенной ретиноевой кислоты, вещества, рассредоточенного в тканях плода и взаимодействующего с клетками, заставляя их следовать по конкретному пути развития.

Другие тератогены часто вызывают очень специфические наборы врожденных пороков, риск которых критически зависит от гестационного возраста на момент воздействия, чувствительности разных тканей к тератогену и продолжительности воздействия тератогена в ходе беременности. Один из классических примеров — талидомидный синдром. Талидомид — успокоительный препарат, широко используемый в пятидесятые годы XX в., впоследствии распознан как тератоген.

Некоторые тератогены, например рентгеновское излучение, также являются мутагенами. Фундаментальное различие между тератогенами и мутагенами — то, что мутагены вызывают нарушения, создавая наследуемые изменения в генетическом материале, тогда как тератогены действуют непосредственно и однократно на развитие тканей эмбриона. Таким образом, влияние на плод мутагена может вызывать повышенный риск врожденных дефектов или других болезней (например, опухолей) в течение всей жизни человека и даже у его потомства, а влияние тератогенов увеличивает риск врожденных дефектов в данной, но не в последующих беременностях.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

С первых мгновений жизни и до самой последней минуты орга­низм человека взаимодействует с внешней средой.. Это взаимодействие есть необходимое ус­ловие для нормального роста и развития человека.

Под влиянием практически любых воздействий в большей или в меньшей степе­ни происходят изменения внутренней среды организма, и все из­вестные реакции его направлены на сохранение или выравнивание ее параметров. Их называют адаптационно-компенсаторными ре­акциями (адаптация - с лат. приспособление, привыкание), в основе которых лежат адаптационно-компенсаторные механизмы. Если интен­сивность или агрессивность фактора не выходит за пределы адап­тационно-компенсаторных реакций, организм справляется без особого ущерба. При длительном воздействии происходят разрушение указанных меха­низмов и развитие заболевания.

Внешняя среда как целостная система включает в себя большое число различных элементов или факторов, различающихся между собой в количественном и качественном отношении .

Физические факторы. К физическим факторам относятся все виды электромагнит­ных колебаний естественного или искусственного происхожде­ния.

Самым мощным естественным источником электромагнитных колебаний в природе является Солнце. Именно благо­даря солнечной энергии происходят все биологические процессы на Земле. Диапазон длин волн солнечных излучений простирается от нескольких долей нм (гамма-излучение) до мет­ровых радиоволн.

Из всех излучений Солнца в видимом диапазоне наиболее силь­ное биологическое действие имеет ультрафиолетовое излучение. Оно обладает выраженным эритемным действием, т. е. вызывает покраснение кожи человека с последующим образованием пигмен­та. Это не что иное, как защитная реакция организма от перегрева. Таким образом, прямое воздействие ультрафиолетового излучения на жи­вой организм далеко не безопасно.

Естественные природные источники ЭМП можно разделить на две группы. К первой относятся постоянное электрическое и маг­нитное поля Земли, ко второй - радиоволны, генерируемые кос­мическими источниками (Солнце, звезды), а также электрические процессы в атмосфере, например разряды молний. Диапазон час­тот колеблется в широких пределах.

Разные люди неодинаково реагируют на ЭМП, так как обладают разной чувст­вительностью к ним. Одни люди совершенно не замечают маг­нитных бурь, другие, напротив, ощущают даже незначительные изменения электромагнитных полей.

Искусственными источниками электромагнитных излучений являются радиостанции, радиолокационные станции, высоко­вольтные линии электропередач и многие другие передающие технические средства. Они излучают энергию в очень широком диапазоне длин волн - от миллиметров до нескольких десятков и сотен метров. Особенно сильное воздействие наблюдается вблизи источни­ков излучений.

Химические факторы. Химические вещества широко используются человеком на производстве и в быту (консервирующие, моющие, чистящие, де­зинфицирующие средства, а также средства для покраски и склеи­вания различных предметов).

Все химические вещества, используемые в быту, в небольших количествах безопасны для здоровья. Однако нарушение правил их применения может оказать неблагоприятное воздействие на организм.

К химическим веществам следует также отнести и лекарствен­ные препараты, которые назначаются врачами при различных за­болеваниях. Многие современные лекарства выпускаются в виде разно­цветного драже, имеют очень привлекательный вид, поэтому дети нередко путают их с конфетами. Между тем достаточно и одной таблетки, чтобы вызвать у ребенка серьезное отравление, опасное для жизни.

Биологические факторы. Формы существования живой материи на Земле чрезвычайно многообразны: от одноклеточных простейших до высокооргани­зованных биологических организмов. Все известные микроорганизмы можно разделить на три группы: со­вершенно безопасные для человека (сапрофиты), мы с ними посто­янно контактируем, но это никогда не вызывает заболеваний; без­условно вредные, т. е. опасные для здоровья человека (встреча с ними всегда чревата развитием инфекционного заболевания, прав­да, это случается тогда, когда организм не имеет соответствующей защиты); условно патогенные (это микроорганизмы, которые в обычных условиях не вызывают каких-либо заболеваний у человека, однако, когда организм ослаблен вследствие простудного или хронического за­болевания, недостаточного питания, авитаминоза, стресса, утом­ления и т. д., они могут вызвать заболевания). Выделена группа особо опасных микроорганизмов, вызывающих тяжелей­шие заболевания у человека. Это, например, возбудители натуральной оспы, чумы, холеры, туляремии, сибирской язвы, полиомиелита.

Социальные факторы. Социальные факторы связаны с жизнью людей, с их отношени­ем друг к другу и к обществу. Революционные преобразования почти всегда вызывают в обществе социальную напряженность, которая может оказать негативное влияние на отдельного челове­ка и общество в целом. И напротив, спокойное, поступательное, эволюционное развитие общества и общественных отношений га­рантирует спокойную, созидательную обстановку и уменьшение влияния факторов социальной природы на состояние здоровья человека.

Психические факторы. Факторы внешней среды, имеющие психическую окраску, свя­заны со специфическим аспектом жизнедеятельности человека. Поведение человека в различных ситуациях, его восприятие ок­ружающей действительности, ее эмоциональная окраска, характер поведения человека в той или иной ситуации, формирование его личности тесным образом связаны с факторами внешней и внут­ренней среды и их взаимодействием между собой.

Реализация идей психического и социального здоровья потре­бует от каждого человека переосмысления таких личностных ка­честв, как активность и ответственность, а от общества - пере­смотра сложившихся приоритетов и традиций в сфере воспитания и образования, труда и отдыха.

Критические периоды развития. Одной из основных закономерностей развития является гетерохронность – разновременность образования закладок органов и различная интенсивность их развития.

Первый критический период – в начале или в середине дробления;

Второй-в начале гаструляции;

Третий – совпадает с формированием зачатков всех органов.

- имплантация (6-7 сутки после зачатия)

- плацентация (конец 2- недели беременности)

На этих стадиях зародыш особенно чувствителен к недостатку кислорода, высокой или низкой температуре, механическим воздействиям,и т. д. В критические периоды у зародышей сильно изменяется метаболизм,резко усиливается дыхание, меняется содержание РНК,иммунологически выявляются новые, ранее отсутствовавшие белки. Одновременно падает темп роста. Критические периоды совпадают с активной морфологической дифференцировкой, с переходом от одного периода развития к другому, с изменением условий существования зародыша. (переход зиготы к дроблению, наступление гаструляции, имплантация бластоцисты в стенку матки ( у млекопитающих)). С критическим периодом в организме новорожденного связаны резкое изменение условий существования и перестройка в деятельности всех систем организма.

Тератогенез — возникновение пороков развития под влиянием факторов внешней среды (тератогенных факторов) или в результате наследственных болезней.

Тератогенные факторы включают лекарственные средства, наркотики и многие другие вещества. Действие тератогенных факторов имеет дозозависимый характер. У разных биологических видов дозозависимость тератогенного действия может различаться. Для каждого тератогенного фактора существует определенная пороговая доза тератогенного действия. Обычно она на 1—3 порядка ниже летальной. Различия тератогенного действия у различных биологических видов, а также у разных представителей одного и того же вида связаны с особенностями всасывания, метаболизма, способности вещества распространяться в организме и проникать через плаценту. Чувствительность к разным тератогенным факторам в течение внутриутробного развития может меняться. В случаях, когда тератогенное действие оказывают возбудители инфекций, пороговую дозу и дозозависимый характер действия тератогенного фактора оценить не удается.

Основные пороки развития
Пороки развития ЦНС

Генетика развития: влияние генов и окружающей среды

Развитие определяется действием генов, взаимодействующих с клеточным и средовым окружением. Вовлеченные продукты гена включают регуляторы транскрипции, факторы диффузии, взаимодействующие с клетками и направляющие их по специфическим путям развития к рецепторам для таких факторов, структурным белкам, внутриклеточным сигнальным молекулам и многому другому.

Неудивительно поэтому, что наиболее многочисленные нарушения развития, встречаемые у людей, вызваны геномными, хромосомными или генными мутациями. Тем не менее даже если геном явно служит первичным источником информации, регулирующей и определяющей развитие человека, роль генов в развитии часто ошибочно считают основной. Фактически геном не имеет сходства с планом архитектора, точно определяющим, какие материалы должны быть использованы и как они должны быть собраны; это не буквальное описание итоговой формы, используемое всеми эмбриональными и плодными структурами.

Скорее геном определяет набор взаимодействующих белков и некодирующей РНК, указывающий направление процессов роста, миграции, дифференцировки и апоптоза, в конце концов с высокой степенью вероятности приводящих к развитию нормальных зрелых структур. Таким образом, например, нет генетических инструкций, указывающих, что фаланга пальца примет форму часового стеклышка или что глаз будет сферическим. Эти формы возникают как подразумевающиеся последствия процессов развития, тем самым генерируя структурно правильные клетки, ткани и органы.

Хотя первичные регуляторы развития — гены, другие процессы также должны сыграть свою роль. Развитие, регулируемое, но не детерминированное геномом, подчеркивает существенную роль вероятности в нормальном развитии. Например, у мышей мутация в гене формина вызывает аплазию почек только у 20% носителей мутации, даже если мутация передается инбредным животным.

Считают, что инбредные мыши генетически идентичны по всем локусам в их геномах, поэтому 20% пенетрантность единичной мутации в гене формина не может объясняться другими модифицирующими генами у мышей, пораженных почечной агенезией, по сравнению с непораженными мышами. Наиболее правдоподобное объяснение этому феномену — то, что мутация формина смещает баланс некоторого эволюционного процесса, увеличивая вероятность превышения порога одного из факторов почечной аплазии.

генетика развития

Факторы окружающей среды и их влияние на развитие

Локальная среда, в которой находится клетка или ткань, играет центральную роль в обеспечении нормального контекста развития. Неудивительно, что лекарства или другие агенты, проникающие из окружающей среды, могут оказаться тератогенами, поскольку они часто создают помехи, связываясь с молекулами, участвующими в действии генов. Идентификация механизма тератогенеза имеет очевидный смысл не только для клинической медицины и здравоохранения, но также для фундаментальной науки; понимание того, как тератогены вызывают врожденные дефекты, может дать понимание нарушений основных путей развития, приводящих к пороку.

Поскольку молекулярные и клеточные пути, используемые в ходе развития, часто уникальны и не используются после созревания, тератогены, вызывающие тяжелые врожденные пороки, могут не иметь побочных эффектов у взрослых людей, поскольку упомянутые пути больше не функционируют или имеют другие цели во взрослом состоянии. Характерный пример — ретиноидный синдром плода, наблюдаемый у женщин, получавших в течение беременности лекарство изотретиноин. Изотретиноин — пероральный ретиноид, предназначенный для системного лечения фурункулеза.

Он вызывает тяжелые врожденные пороки, если применяется во время беременности, поскольку имитирует действие эндогенной ретиноевой кислоты, вещества, рассредоточенного в тканях плода и взаимодействующего с клетками, заставляя их следовать по конкретному пути развития.

Другие тератогены часто вызывают очень специфические наборы врожденных пороков, риск которых критически зависит от гестационного возраста на момент воздействия, чувствительности разных тканей к тератогену и продолжительности воздействия тератогена в ходе беременности. Один из классических примеров — талидомидный синдром. Талидомид — успокоительный препарат, широко используемый в пятидесятые годы XX в., впоследствии распознан как тератоген.

Некоторые тератогены, например рентгеновское излучение, также являются мутагенами. Фундаментальное различие между тератогенами и мутагенами — то, что мутагены вызывают нарушения, создавая наследуемые изменения в генетическом материале, тогда как тератогены действуют непосредственно и однократно на развитие тканей эмбриона. Таким образом, влияние на плод мутагена может вызывать повышенный риск врожденных дефектов или других болезней (например, опухолей) в течение всей жизни человека и даже у его потомства, а влияние тератогенов увеличивает риск врожденных дефектов в данной, но не в последующих беременностях.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021


Нами на протяжении более десяти лет проводились экспериментально-морфологические исследования по изучению адаптивной изменчивости растущего организма (Смирнов А.В., 1996; Самусев Р.П. и др., 1997; Писарев В.Б. и др., 2003). Среди наиболее актуальных антропогенных факторов окружающей среды, оказывающих выраженное воздействие на организм человека и экспериментальных животных в препубертатном периоде онтогенеза, можно выделить все возрастающее влияние ограничения двигательной активности (факторы гиподинамии и гипокинезии), нервно-психического перенапряжения (эмоциональный стресс). При изучении влияния экзогенных факторов на растущий организм важен период онтогенеза, в течение которого действует внешний стимул, поскольку незрелые в структурном и функциональном плане регуляторные системы не обеспечивают всю полноту и адекватность компенсаторно - приспособительных реакций (Parker E.A. et al., 2004).

При моделировании воздействия ограничения двигательной активности путем помещения неполовозрелых беспородных белых крыс в возрасте 30 суток в специально сконструированные нами клетки-пеналы с изменяющимся объемом внутреннего пространства круглосуточно сроком на 1, 3, 7, 15 и 30 суток отмечалось отставание темпов роста массы тела животных, относительной и абсолютной массы сердца, тимуса. При этом динамика изменения морфометрических параметров различных органов отличалась по выраженности и направленности. Так, относительная масса надпочечников достоверно увеличивалась на 13,9 % в ранние сроки воздействия (на 1 сутки) по сравнению с контролем того же возраста. В то же время отмечалось значимо снижение вышеуказанных параметров в поздние сроки иммобилизации на 29,2 % и на 41,6 % на 15 и 30 сутки, соответственно. Эти изменения сопровождались появлением эрозий и язв в слизистой оболочке желудка, уменьшением количества тимоцитов в корковом веществе долек тимуса в ранние сроки воздействия, что свидетельствует о наступлении у растущего организма в остром периоде изменений характерных для стадий общего адаптационного синдрома. При длительных сроках ограничения двигательной активности нами отмечено снижение абсолютной массы тимуса, надпочечников, сердца, головного мозга. При изучении микроскопической картины в головном мозге, тимусе, надпочечниках, сердце отмечено отставание темпов роста элементов паренхимы органов на фоне увеличения удельного объема стромы. В мозговом стволе отмечена мозаичность и разнонаправленность картины морфологических изменений, начиная с ранних сроков эксперимента. В тимусе и надпочечниках обнаруживалась четко выраженная стадийность структурных изменений. В миокарде и внутрисердечных автономных нервных ганглиях морфологические изменения носили однонаправленный характер, мозаичные повреждения нейронов и кардиомиоцитов наблюдались в поздние сроки ограничения двигательной активности. Эти и другие морфологические признаки рассматриваются как свидетельство нарушения гистогенеза органов нервной, иммунной, эндокринной, сердечно-сосудистой систем растущего организма при длительном воздействии ограничения двигательной активности.

Таким образом, на 3-7 сутки опыта на первый план выходят неспецифические изменения (акцидентальная инволюция тимуса, гипертрофия коркового вещества надпочечников) характерные для эмоционально-болевого стресса, а уже к 15-30 суткам проявляются признаки, свойственные воздействию факторов гиподинамии и гипокинезии.

Читайте также: