Комаров О.М., Рапопорт С.И Хронобиология и хрономедицина

Подождите немного. Документ загружается.

5. Свойства пространственно-временной организации не являются суммой

свойств, составляющих ее пространственную и временную организации, а

характеризуются своими, присущими ей особенностями;

6. При анализе развития патологии в организме необходимо установить: а)

распространяются ли нарушения на пространственную и временную организации

биологической системы или имеются только в одной из них; б) какова степень нарушений

в том и другом случае; в) существует ли зави- _ симость в развитии нарушений в одной из

этих организаций от другой. В зависимости от характера нарушений пространственно-

временной организации предпринимаются соответствующие действия по нормализации

деятельности биологической системы.

Если пространственная организация изучается топобиологией, временная организация —

хронобиологией, то единая пространственно-временная организация биологических

систем является предметом изучения интегральной междисциплинарной науки

хронотопобиологии.

Хронотопобиология и теоретическая биология

В современной теоретической биологии выделяют три основных раздела: 1) формальная

теория или математическая биология; 2) физическая теория или молекулярная и физико-

химическая биология; 3) теория систем. Нередко к теоретической биологии еще относят

количественную биологию, в которую входит биометрия. Теоретическая биология в том

виде, в каком сегодня она есть, в значительной мере сформировалась в связи с развитием

общей теории систем, которое во многом произошло под влиянием работ L. von

Bertalanffy (1968). Эта теория дала импульс к развитию так называемого системного

подхода, рассматривающего объекты и процессы в мире в качестве систем.

В результате анализа организации биологических систем мы сформулировали следующие

характерные для них черты (Ю.А. Романов, 1989, 1990):

1) Множественность элементов (подсистем) в системе. Конечным

элементом системы является тот, который еще вносит вклад в специфическое

функционирование системы. Количество элементов должно быть больше двух;

2) Дифференциация (гетерогенность) элементов (подсистем)

системы;

3) Совместимость, комплементарность элементов (подсистем)

системы;

4) Взаимосвязанность (взаимодействие) и взаимозависимость

подсистем в системе;

5) Иерархическое устройство системы;

6) Наличие в системе регулирующего элемента (подсистемы),

делающего ее самоорганизующейся;

7) Пространственно-временная организация системы;

8) Целостность системы;

9) Открытая (динамическая) система;

10) Окружающая систему среда как необходимый фактор ее существования и

развития;

11) Упорядоченные информационные процессы в системе и информационные

взаимодействия со средой;

12) Наличие в системе антиэнптропийных механизмов. Организация системы

— один из этих механизмов;

13) Целесообразное поведение системы.

Мы полагаем, что одним из главных свойств организации биологических систем является

их пространственно-временная организация. Это мнение основывается, во-первых, на

общем положении о роли и значении категории пространства и времени для любых

систем, в том числе, и для биологических. Во-вторых, пространственно-временная

организация тесным образом участвует в информационных взаимодействиях в

биологической системе (Ю.А. Романов, 1994, 1995; Ю.А. Романов, В.В. Маркина, 1998).

В-третьих, пространственно-временная организация способствует оптимальному режиму

деятельности биологической системы (Ю.А. Романов, 1989). В-четвертых, невозможно

представить осуществление регуляции и управление биологической системы без участия в

этом пространственно-временной организации. В-пятых, понимание генеза нарушений

деятельности биологической системы и принятие мер для их нормализации также

невозможно без учета состояния и реактивности ее пространственно-временной

организации.

Таким образом, если теория биологических систем является важной частью теоретической

биологии, то хронотопобиология, изучающая пространственно-временную организацию

биологических систем, представляет собой важнейшее междисциплинарное направление в

современной теоретической биологии.

Литература

1. А.И. Антохин, С.С. Филиппович, А.Ю. Слинякова, В.В. Евстафьев, В.В.

Маркина, Ю.А. Романов. Состояние пространственно-временной организации проли-

феративной системы крипты тонкой кишки до и после фотоинверсии. В кн.:

Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы. Тезисы, доклады

первого Российского конгресса по патофизиологии с международным участием, М., 1996,

с. 49.

2. Я.ф. Аскин. Направление времени и временная структура. В кн.: Пространство,

время, движение. М., Наука, 1971, с. 56—79.

2139. А.А. Ухтомский. Матер. Архива АН СССР. №88. Черновые материалы к

лекциям 1924— 1936 гг.

40. Ф.Халберг. Временная координация физиологических функций. В кн.: Биол.

часы., М., Мир, 1964, 475—509.

41. Ф. Халберг, Ж. Корнелиссен, Д. Хилман, Д. Хаес, Р. Сонковский, Р. Фегаль, Е.

Халберг, Дж. Халберг, 3. Уонг, Дж. By, К. Отсука, X. Ватанабе, У. Ватанабе, Е.Сютки-на,

С. Сафин, А. Григорьев, Ю. Романов, Ф. Комаров, С. Рапопорт, Т. Бреус, У. Ситка, Д.

Вайнерт, Й. Шу, Д. Гарсиа Алонсо, О. Киаденс, Р. Прикрил, Дж. Сигелова, М. Ми-

кулеску, М.Ходкова, С.К.Артур, Дж. Риго, З.Адам, Ф. Паулин, Н. Маджирова, Р.

Заславская, Е. Хаус, Н. Монтанвегги, С. Бинхам, Д. Уилсон, В. Маркина, С. Иванова.

Хроном — выявление связи многочастотных ритмов с возрастными трендами и хро-

нориском и роль хронома в профилактической медицине. В кн.: Хронобиол. и хро-номед.

и влияние гелиогеофизич. факторов на организм чел. М., 1992, 83—124.

42. J. Aschoff. Orcadian systems. Pflugers Arch., 1985, 403, Suppl. 1.

43. L. von Bertalanffy. Vom Molekul zur organismen Welt. Potsdam, 1949.

44. L. von Bertalanffy. General System Theory. Foundations, Development,

Applications. New York, 1968.

45. E. Bunning. Die Physiologische Uhr. Berlin, Springer, 1958.

46. CM Child. Studies on the dynamics of morphogenesis and inheritance in

experimental reproduction. II. Physiological dominance of anterior over posterior regions in the

regulation of Planariadorotocephala. J. Exp. Zool., 1911, V. 11, №2, 187—220.

47. CM Child. Physiological dominance and physiological isolation in development and

reconstruction. Roux Arch. Entwicklungsmech., 1929, Bd. 117, 21—66.

48. CM Child. Patterns and problems of development. Chicago, 1941, 811 p.

49. G. Cornelissen, F. Halberg. Impeachment of Causal Blood Pressure

Measurements and the fixed limits for Their Interpretation and Chronobiologic Re-

comendations. Annals of the N.Y.Acad. of Sci., 1996, V. 783, 24—46.

50. H. Driesch. Analytische Theorie der organischen Entwicklung. Leipzig, 1894, 184

51. E. Haeckel. Generelle Morphologie der Organismen. Berlin, 1866, Bd. 1—2.

52. F. Halberg. Physiologie 24-hour periodicity in human beings and mice, the lighting

regimen and daily routine. In: Photoperiodism and Related Phenomena in Plants and Animals.

Ed. Withrow. Washington, A.A.A.S., 1959,803—878.

53. F. Halberg. Chronobiology. Am. Rev. Physiol., 1969, 31, 675—725.

54. F. Halberg, E. Halberg. F. Garadente, G. Cornelissen, W. Marz, J. Halberg, J. Drayer,

M. Weber, E. Schaffer, P. Scarpelli, B. Tarquini, M. Candoni, N. Tuna. Dynamic indices from

blood pressure monitoring for prevention, diagnosis and therapy. In: ISAM, 1985. Proc. Int.

Symp. CLEUP Editore, 1986, 205—219.

55. F. Halberg, G. Cornelissen, E. Halberg, J. Halberg, P. Delmore, E. Bakken, M.

Shinoda. Chronobiology of human pressure. Medtronic Continuing Medical Education Seminars,

1988, 4liled., 242 pp.

56. M.C. Moore-Ede, W.S. Chmelzer, D.A. Kass, J.A. Herd. Internal organisation of the

circadian timing system in multicellular animals. Federat. Proc. Federat. of Amer. Soc. for

Experim. Biology, 1976, 35, 2333—2338.

57. J.S.Takahashi, M.Satz. Regulation of circadian rhythmicity. Science, 1982, 217,

№4565, 1104—1111.

58. S. Tschulok. Das system der Biologie in Forschung und Lehre. Jena, 1910.

Хронотопобиологический анализ состояния

пространственно-временной организации систем

пролиферации и энергетического обмена у мышей

до и после заражения их брюшнотифозной инфекцией

Ю.А. Романов, В.В. Маркина, А.Ю. Слинякова, А.И. Антохин, О.А. Ириков, С.С.

Филиппович, В.П. Барышева

Введение

Несмотря на то, что в последние годы в биологических исследованиях широкое

распространение получил системный подход (Блауберг И.В., Юдин Э.Г., 1973; Садовский

В.Н., 1974 и др.), сыгравший большую роль в изучении биологических систем, в нем пока

не нашла должного отражения проблема пространственно-временной организации,

являющейся их важнейшим свойством (Романов Ю.А., 1989, 1990; Романов Ю.А.,

Маркина В.В., 1989). Необходимость исследования пространственно-временной

организации биологических систем диктуется тем, что ее закономерности наиболее полно

выражают механизмы их регуляции и позволяют получить более точное представление о

путях развития в биологических системах нарушений, в том числе патологических, их

структур и функций.

К числу достаточно широко распространенных заболеваний, как известно, относятся

инфекционные болезни, в том числе брюшной тиф (Шахбазов М.Г. и др., 1981;

Покровский В.И., 1986; Невский М.В., 1989; Борисова М.А. и др., 1990).

Изучение течения брюшнотифозного процесса продолжает оставаться актуальной

проблемой. Однако по отношению к нему ни в эксперименте, ни в клинике не

проводилось исследований, направленных на выяснение изменений пространственно-

временной организации биологических процессов в органах и тканях, где развертывается

инфекционный процесс или на которые он оказывает влияние.

Объектами наших исследований служили эпителий структурно-функциональной единицы

«крипта-ворсинка» в дистальном отделе тонкой кишки — органе, являющемся тропным к

брюшнотифозной инфекции, и в эпителии слизистой пищевода — нетропного органа к

этой инфекции. В эпителии тонкой кишки изучали пространственно-временную

организацию систем пролиферации клеток и энергетического метаболизма, а в эпителии

пищевода — временную организацию пролиферации клеток.

Материалы и методы исследования

Исследование выполнено на 140 беспородных белых мышах-самцах (масса 16—18 г). До

начала экспериментов их в течение 7 сут адаптировали к условиям С: Т — 12: 12 (свет с 8

до 20 ч сут) и температуре 23 С. Вода и пища Давались ab libitum.

Животных заражали внутрибрюшинно культурой Salmonella typhi (штамм 4446).

Инфекционная доза равнялась 1 млн КОЕ на 1 мл голодного агара.

Было проведено 4 серии экспериментов. Каждая серия состояла из двух Подсерий.

Продолжительность наблюдений 24 ч, забор материала для исследования производился с

4-х часовыми интервалами.

В 1-й подсерий 1-й серии у интактных мышей изучали пространственно-временную

организацию пролиферативной системы в эпителии крипты тонкой кишки и временную

организацию этой системы в эпителии пищевода. Во

252-й подсерии 1-й серии также у интактных мышей исследовали пространственно-

временную организацию энергетического метаболизма в эпителии структурно-

функциональной единицы тонкой кишки «крипта-ворсинка». В обеих подсериях в течение

24 ч в 14, 18, 22, 2, 6, 10 и 14 ч сут проводили забой животных. 1 -я серия была

контрольной ко 2-й серии опытов.

1-я подсерия 2-й серии поставлена с целью изучения пространственно-временной

организации пролиферативной системы в эпителии крипты тонкой кишки и временной

организации пролиферативной системы в эпителии пищевода зараженных в дневное

время мышей. Во 2-й подсерии этой серии изучали пространственно-временную

организацию энергетического метаболизма в эпителии структурно-функциональной

единицы тонкой кишки «крипта-ворсинка» мышей, зараженных днем.

Заражение мышей данной серии осуществляли путем введения культуры Salmonella typhi

в 10 ч сут и умерщвляли их затем каждые 4 ч в 14, 18, 22, 2, 6 ч первых суток опыта и в 10

и 14 ч вторых его суток.

3-я серия экспериментов служила контролем для их 4-й серии. В ней через 4-х часовые

интервалы в 22, 2, 6, 10, 14, 18, и 22 ч забивали животных, и ее две подсерии аналогичны

таковым в 1 -й серии.

В 1-й подсерии 4-й серии изучали пространственно-временную организацию

пролиферативной системы в эпителии крипты тонкой кишки и временную организацию

этой системы в эпителии пищевода зараженных в ночное время суток мышей. 2-я

подсерия этой серии была поставлена для изучения пространственно-временной

организации энергетического метаболизма в эпителии структурно-функциональной

единицы тонкой кишки «крипта-ворсинка» мышей, зараженных ночью.

Мышей 4-й серии заражали культурой Salmonella typhi в 22 ч первых суток опыта и

забивали их каждые 4 ч в 2 и 6 ч первых и 10, 14, 18, 22 и 2 ч вторых суток опыта.

Об интенсивности пролиферации судили по величине митотических индексов (МИ),

рассчитывавшихся на 1 тыс. клеток эпителия крипты и на 10 тыс. клеток базального слоя

эпителия пищевода на препарате от одного животного и выражавшихся в процентах

(кишка) и в промилле (пищевод).

Состояние энергетического обмена в эпителии крипты и ворсинки тонкой! кишки

оценивали по уровню активности (УА) СДГ, который определяли путем

цитофотометрирования срезов органа на цитофотометре ЛЮМАМ-ИЗ (зонд диаметром а

= 0,5 мкм в монохроматическом луче света с длиной волны 558 нм). Величину УА СДГ

выражали в условных единицах.

Временную организацию системы пролиферации и энергетического обмена изучали с

помощью графически-параметрического метода анализа биологических ритмов (Романов

Ю.А. и др., 1979), который определяет следующие, параметры ритмов: 1) среднесуточную

величину показателя, или мезор,

- ZXi

Х~~7Г'

где ZXi — сумма значений ритмически изменяющегося показателя в разное время суток, п

— количество его определений; 2) акрофазу (Акрф) ритма, то есть время суток, на которое

приходится максимум ритмически изменяющегося показателя; 3) активную фазу (АФ), то

есть длительность отрезка периода суточного ритма показателя, когда его значения

превышают^ (в ч); 4) пассивную фазу (ПФ), то есть длительность отрезка периода

суточного ритма показателя, когда его значения меньше X (в ч); 5) середину АФ — 1/2 L

(Дф) — время суток, на которое приходится середина АФ суточного ритма; 6) фазовый

сдвиг между сравниваемыми ритмами (в ч), то есть разницу между временами их Акрф

или 1/2 1-(АФ); 7) абсолютную амплитуду (АА) — разницу между максимальным и

минимальным значениями показателя в суточном ритме; 8) относительную амплитуду

(ОА) — отношение максимальной величины показателя к минимальной; 9) коэффициент

синхронизации (КС) — отношение ОА к количеству часов между минимумом и

максимумом показателя на протяжении суток; 10) суточный пул митозов (Рм) —

количество клеток, делящихся на протяжении суток, как долю от общего количества

проанализированных клеток (в % или %о); 11) пул митозов в АФ ритма (Рмаф) —долю

клеток, делящихся на протяжении АФ суточного ритма МИ (в % или %о); 12)

относительный пул делящихся клеток в АФ суточного ритма (Рмаф / Рм) как долю

делящихся клеток на протяжении АФ ритма МИ (в%).

Для изучения пространственно-временной организации систем пролиферации и

энергетического обмена в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки

«крипта-ворсинка» были разработаны количественные методы хронотопобиологического

клеточно-популяционного анализа этих систем. Они состоят из определенного набора и

последовательности операций, которые перечисляются ниже.

Хронотопобиологический метод изучения пространственно-временной организации

пролиферативной системы в эпителии крипты тонкой кишки:

1. Определение общего митотического индекса (ОМИ) путем подсчета числа

митозов в двадцати центрально разрезанных криптах на препарате тонкой кишки от

каждого животного. Стенка крипты состояла из 25 эпителиальных клеток (клеточные

позиции).

2. Графическое построение:

1) суточного биологического ритма пролиферации клеток эпителия крипты и

определение его параметров с помощью вышеприведенного графически-

параметрического метода хронобиологического анализа;

2) фазограммы суточного ритма изменений ОМИ по данным о продолжительности

(L) и положении в течение суток АФ ритма, 1/2 L (АФ) и Акрф.

Эти операции осуществляли с целью характеристики временной организации

пролиферативной системы. Для изучения ее пространственной организации производили:

3. Вычисление МИ по клеточным позициям крипты (МИп), где п = 1,2,3.....

25. Для вычисления МИп рассчитывали число митозов, встреченных в клеточной

позиции, на общее количество клеток в ней (40).

4. Графическое построение:

1) суточных ритмов МИп и определение с помощью графически-параметрического

метода их параметров. Этим выявляли зависимость показателей временной организации

пролиферации клетокотее пространственной организации;

2) фазограмм суточных ритмов пролиферации в клеточных позициях по данным

об Ln положении в течение суток АФ, 1/2 ЦАФ) и Акрф ритма в каждой клеточной

позиции;

3) позиционного пространственного градиента изменений уровня размножения

клеток эпителия крипты в различное время суток (ПГпоз (t)), получаемого на основе

данных об МИп для группы животных в каждой точке опыта на протяжении суток (t, ч

сут). ПГпоз начинается 1-й и заканчивается 25-й клеточной позицией по направлению от

дна к шейке крипты;

274) среднесуточного позиционного пространственного градиента МИп (ПГпоз

(т)). Для этого сначала вычисляли мезоры ритмов МИп по формуле'

-- ХМИ (t)

МИ =------ , где

n a

МИп (t) — МИ клеточной позиции в точке опыта (t, ч сут); п — клеточная позиция (п = 1,

2, 3, ..., 25);

а — число точек опыта. __

По полученным значениям МИп строили ПГпоз (т), где т — период наблюдений (период

суток);

5) пространственного градиента изменений АА суточного ритма МИп (ПГМ (мип)'

П0 клеточным позициям.

5. Выделение клеточных субпопуляций (клеточных групп) в эпителии крипты. Это

производили на основе данных о пространственных градиентах ПГпоз (t), ПГпоз (т) и

nrM(MHn), демонстрирующих их колебания в пределах пяти последовательно

расположенных клеток вдоль оси крипты от ее дна к шейке. В результате было выделено

пять пятиклеточных субпопуляций (клеточных групп).

С целью установления связей между временными и пространственными изменениями

впролиферативной системе в эпителии крипты, то есть характеристики ее единой

пространственно-временной организации, осуществляли следующие операции:

6. Вычисление МИ в клеточных субпопуляциях (МИсубп) как среднего из МИп в

каждой субпопуляции.

7. Графическое построение:

1) суточных биологических ритмов клеточной пролиферации в субпопуляциях и

определение их параметров с помощью графически-параметрического метода

хронобиологического анализа;

2) фазограмм суточных ритмов размножения клеток в их субпопуляциях на

основании данных об L и положении на протяжении суток АФ, 1/2ЦАФ) и Акрф в каждой

субпопуляции клеток;

3) субпопуляционного пространственного градиента изменений уровня

клеточного размножения в эпителии крипты в различное время суток (ПГсубп (t)),

вычисляемого поданным об МИсубп для группы животных в каждой точке наблюдения в

течение суток (t, ч сут). Начало ПГсубп приходится на 1 -ю, а конец — на 5-ю

субпопуляции в направлении от дна к шейке крипты;

4) среднесуточного субпопуляционного пространственного градиента МИсубп

(ПГсубп (т)). С этой целью сначала определяли мезоры ритмов МИсубп по формуле:

—

1МИсубп(1)

МИсубп =-------- где

МИсубп (t) — МИ субпопуляции в точке опыта (t, ч сут);

а — число точек опыта. __

По полученным значениям МИсубп строили ПГсубп (т), где т — период наблюдений

(период суток);

8. Определение АА пространственных колебаний МИп в первых четырех

субпопуляциях клеток эпителия крипты (ААпг) как разницу между максимальным и

минимальным значением МИп в пределах субпопуляции. Эту величину вычисляли

какв_каждой точке наблюдения в течение суток (ААпг), так и в среднем за сутки (ААпг)

по данным об МИп.

9. Проведение корреляционного анализа:

1) между ритмическими изменениями МИсубп для выяснения их зависимости от

топографического расположения субпопуляций и степени их удаленности друг от друга. С

этой целью последовательно определяли коэффициент корреляции (г) между соседними

субпопуляциями и субпопуляциями, разделенными одной, двумя и тремя субпопуляциями

криптальных клеток.

2) между пространственными изменениями МИсубп в разное время суток для

определения их зависимости от его временных изменений. Для этого вычисляли

коэффициент корреляции (г) между градиентными изменениями МИсубп в пределах АФ,

ПФ и между этими изменениями в АФ и ПФ суточного ритма. Результаты выражали

средними г внутри и между фазами ритма.

10. Сравнение динамики пространственных изменений МИсубп в АФ и ПФ суточного

ритма. Для этого, основываясь на двуфазном характере кривой этих изменений,

определяли величины первоначального подъема и последующего падения МИсуб (в %)

соответственно в АФ и ПФ ритма, которые выражали средними величинами.

Хронотопобиологический метод изучения пространственно-временной организации

энергетического обмена в эпителии крипты и ворсинки тонкой кишки:

1. Определение общего уровня активности фермента СДГ (ОУАф),

производившегося путем фотометрирования клеточных групп эпителия крипты и

ворсинки, состоявших из 5 клеток. Для анализа выбирали крипты и ворсинки,

принадлежащие одной и той же структурно-функциональной единице кишки и срезанные

вдоль ее центральной оси. Эпителиальный слой с одной стороны включал в крипте 4, а в

ворсинке 8 таких клеточных групп, что составляло всего 12 клеточных субпопуляций по

направлению от дна крипты к вершине ворсинки. Панетовские клетки, расположенные на

дне крипты, при этом не учитывали. На препарате от каждого животного анализу

подвергали не менее пяти структурных образований «крипта-ворсинка». ОУАф

вычисляли как среднее из значений УАф в каждой клеточной группе крипты и ворсинки

(как среднее УАф, субп (п), где а = 1, 2, 3.....12) и выражали его в условных единицах.

С целью характеристики временной организации энергетического обмена в эпителии

структурно-функциональной единицы тонкой кишки «крипта-ворсинка» производили:

2. Графическое построение:

1) суточного биологического ритма ОУАф в эпителии этой единицы с

определением его параметров с помощью графически-параметрического метода

хронобиологического анализа;

2) фазограммы суточного ритма изменений ОУАф на основе данных о

продолжительности (L) и положении в течение суток АФ, 1/2 1_(АФ), Акрф ритма.

Далее изучали временную организацию энергетического обмена в эпителии отдельно

крипты и ворсинки. Для этого осуществляли:

3. Определение уровня активности фермента в эпителии крипты (УАф, кр) как

среднего из значений УАф, субп (п) в каждой клеточной группе эпителия крипты (п = 1, 2,

3, 4) и выражали его в условных единицах.

4. Графическое построение:

1) суточного биологического ритма УАф, кр и определение с помощью графически-

параметрического метода его параметров;

2) фазограммы суточного ритма изменений УАф, кр, привлекая для этого Данные о

продолжительности (L) и положении на протяжении суток АФ, 1/2 L (АФ), Акрф ритма.

5. Определение уровня активности фермента в эпителии ворсинки (УАф, в) как

среднего из значений УАф, субп (п) в каждой клеточной группе эпителия ворсинки (п = 5,

6, 7.....12) и выражали его в условных единицах.

296. Графическое построение:

1) суточного биологического ритма УАф, в с нахождением его параметров

графически-параметрическим методом;

2) фазограммы суточного ритма изменений УАф, в по данным о

продолжительности (L) и положении в течение суток АФ, 1/2 L (АФ), Акрф ритма.

Для изучения пространственной организации энергетического обмена в эпителии крипты

и ворсинки тонкой кишки проводили:

7. Сравнительный анализ величины УАф в эпителии крипты и ворсинки на основе

данных о мезоре суточных ритмов УАф в крипте и ворсинке.

8. Графическое построение:

1) субпопуляционного пространственного градиента УАф, субп (п), относящегося ко всей

структуре «крипта-ворсинка», в различное время суток <ПГ

(У

Аф, субп (n)(t

) на основе данных об УАф, субп (n) (t), где п = 1, 2, 3,

.12-клеточныё субпопуляции, t — ч сут.

2) среднесуточного субпопуляционного пространственного градиента УАф,

субп (п)(ПГ(Удф cy6n(n)(I,), где Т —период наблюдения (ч), на основе данных об

изменениях УАф субп (п) и ПГ (Уд с 6п п ,);

3) пространственного градиента изменений АА суточного ритма УАф, субп

С целью установления связей между пространственными и временными изменениями

УАф и выявления единой пространственно-временной организации энергетического

метаболизма в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки «крипта-

ворсинка» делали следующее:

9. Проведение корреляционного анализа:

1) между временными изменениями УАф в структуре «крипта-ворсинка» и

отдельно в крипте и в ворсинке. В процессе этого определяли коэффициент корреляции

(г) между суточными ритмическими изменениями УАф в: а) эпителии крипты и эпителии

ворсинки; б) эпителии крипты и эпителии всей структуры «крипта-ворсинка»; в) эпителии

ворсинки и эпителии структуры «крипта-ворсинка» в целом. Результаты выражали в

средних значениях г;

2) между временными изменениями УАф в клеточных группах крипты.

Коэффициенты* корреляции находили между суточными ритмическими изменениями

УАф в: а) соседних клеточных группах; б) группах, разделенных одной клеточной

группой; в) группах, разделенных двумя субпопуляциями. Выражением полученных

данных служили средние г;

3) между временными изменениями УАф в клеточных группах ворсинки.

Определение коэффициентов корреляции проводили в: а) соседних клеточных группах; б)

субпопуляциях, разделенных одной, двумя, тремя, четырьмя, пятью и шестью клеточными

группами;

4) между пространственными изменениями УАф в различное время суток в

эпителии отдельно крипты и ворсинки и в целом в структуре «крипта-ворсинка».

Результаты выражали в средних г внутри и между АФ и ПФ суточного ритма УАф.

10. Сравнение динамики пространственных изменений УАф в АФ и ПФ его суточного

ритма в эпителии структурно-функциональной единицы тонкой кишки «крипта-ворсинка»

путем определения величины этих изменений (в %) во время падения и подъема кривой

ПГ cy6n(t]) в АФ и ПФ ритма. Результаты выражали в средних, относящихся к АФ и ПФ

суточного ритма УАф.

Основные результаты и их обсуждение

Пролиферативная система

Временная организация пролиферативной системы как в эпителии крипты тонкой кишки,

так и в эпителии пищевода выражается в суточных ритмических изменениях

интенсивности размножения клеток. АФ монофазного ритма ОМИ в эпителии крипты

интактных мышей приходится на последнюю треть темнового и первую половину

светового периодов суток (рис. 1 А, Б; 2 А, Б). В эпителии пищевода суточный ритм ОМИ

у интактных животных также монофазный с расположением АФ примерно в тех же

отрезках светового и темнового периодов суток (рис. 3 А, Б; 4 А, Б), омн %

время, сутки, час

Рис. 1 А, Б. Суточные изменения ОМИ (А) и фазограммы суточных ритмов ОМИ (Б) в

эпителии крипты тонкой кишки у контрольных (К) и зараженных Salmonella

typhi (О) днем мышей.

Примечание к рис. 1 Б: здесь и далее отрезком обозначается АФ ритма, кружком —

середина АФ и крестиком — акрофаза.

31Выделенным клеточным субпопуляциям в эпителии крипты тонкой кишки как

контрольных, так и зараженных животных свойственны суточные ритмы МИсубп. При

этом оказалось, что целый ряд параметров ритмов (фазовая структура, АА, ОА, мезор, Рм,

КС) заметно отличаются в разных клеточных субпопуляциях.

Колебательный тип пространственных изменений МИп и АА суточного ритма МИп

наблюдается как у интактных, так и у зараженных мышей. Следовательно,

инфицирование животных, независимо от времени суток, в которое оно было произведено

и на какую фазу биологического ритма приходится, принципиально не изменяет характер

пространственной организации пролиферации клеток в эпителии крипты. Это означает,

что в противоположность временной организации пролиферативной системы, параметры

ритмов которой обнаружили значительную лабильность в условиях действия

инфекционного фактора, пространственная организация пролиферативных процессов в

эпителии крипты оказалась достаточно устойчивой к этому воздействию.

Вместе с тем, пространственная градиентная динамика пролиферации эпителиальных

клеток крипты у зараженных мышей имеет ряд отличий от контроля. Эти отличия, кроме

того, неодинаково выражены в случаях дневного и ночного заражения. Так, у животных,

инфицированных днем, уменьшается, по сравнению с контролем, высота первых трех

пиков (на 21-25 %) и на 33 % увеличивается высота четвертого пика градиента МИп. При

ночном заражении высота первых трех пиков этого градиента снижается в большей

степени, чем при дневном заражении (первого, второго и третьего пиков соответственно

на 47,43 и 29 %), а высота четвертого пика возрастает только на 21 %. В зависимости от

времени инфицирования на протяжении суток происходят и неодинаковые изменения_по

отношению к контролю и в средней величине минимальных значений МИп в циклах его

пространственных колебаний, расположенных в различных участках крипты.

В случае дневного заражения эта величина уменьшается только во втором участке крипты

(в направлении от ее дна) на 27 %, а при ночном заражении — во втором, третьем и

четвертом ее участках (соответственно на 41, 39 и 18 %). Таким образом,

пролиферативные процессы в первых двух третях эпителиальной стенки крипты

оказываются более чувствительными к инфекционному воздействию, осуществленному

ночью. Кроме того, в этом случае, по сравнению с дневным воздействием, увеличивается

протяженность стенки крипты, где пролиферация эпителия угнетается инфекционным

фактором (рис. 5 А, Б). Определенные закономерности выявлены и в действии дневного и

ночного заражения животных на пространственную динамику АА суточного ритма МИп

(рис. 5 В, Г). Если при дневном заражении происходит снижение высоты второго и

третьего пиков в ПГ АА (МИп)) соответственно на 58 и 21% и рост величины четвертого

пика на 67 %, то при ночном заражении уменьшается высота уже первого, второго и

третьего пиков градиента, причем второго и третьего более выраженно, чем в случае

дневного заражения (соответственно на 52, 36 и 14 %), а высота четвертого пика

увеличивается всего на 11 %. Таким образом, ночное заражение, по сравнению с дневным,

вызывает более выраженные изменения в ПГ^,^,.

Пространственные изменения мезора МИсубп (ПГсубп (т)) у интактных и зараженных

животных носят иной вид, чем изменения мезора МИпоз. Они теряют колебательный

характер и заключаются в том, что величина МИсубп возрастает от первой ко второй и

затем постепенно снижается до минимальных

А Клеточная группа.

ми %

Б Клеточная группа.

Рис. 6 А, Б. Среднесуточный субпопуляционный градиент

(ПГсубп (т)) изменений уровня размножения клеток в эпителии крипты тонкой

кишки у контрольных (К) и зараженных Salmonella typhi (О)

днем (А) и ночью (Б) мышей.

значений к пятой субпопуляции (рис. 6 А, Б). Из рисунка видно, что у зараженных

животных первая фаза изменений МИсубп (увеличение) менее выражена по сравнению с

контролем. Это особенно относится к ночному заражению.

39Подводя итог данным по пространственной организации пролифератив-ной системы в

эпителии крипты тонкой кишки, надо сказать, что она характеризуется

пространственными градиентными изменениями уровня клеточной пролиферации. Более

сильные отклонения в. этих градиентах пролифе-ративной системы наблюдаются при

ночном заражении. Как уже говорилось выше, менее устойчивой к ночному заражению,

по сравнению с дневным, оказалась и временная организация пролиферативной системы

эпителия крипты тонкой кишки.

Полученные данные также свидетельствуют о том, что выявленная клеточ-но-

популяционная дискретная единица в эпителии крипты тонкой кишки служит основой

формирования временной и пространственной организации, а также, как будет очевидным

из последующего изложения, и единой пространственно-временной организации, его

пролиферативной системы.

В прежних исследованиях (Романов Ю.А. и др., 1985; Маркина В.В., 1987; Романов Ю.А.,

1989; Романов Ю,А., Маркина В.В., 1987, 1989 и др.) было установлено, что единая

пространственно-временная организация морфо-функциональных систем организма

образуется благодаря тесным связям и взаимозависимости пространственных и

временных изменений того или иного биологического процесса в этих системах.

Выявление этих закономерностей оказалось возможным в значительной мере благодаря

корреляционному анализу.

Использование корреляционного метода в данной работе привело к заключению о том,

что величина коэффициента корреляции ритмических изменений МИсубп у контрольных

животных зависит от удаленности друг от друга субпопуляций эпителиальных клеток

крипты. По мере удаления их друг от друга она сначала уменьшается, а затем возрастает

(табл. 1). У животных, инфицированных как днем, так и ночью, эта корреляционная

зависимость отличается от контроля, но происходящие с ней изменения неодинаковы при

заражении днем или ночью. В первом случае величина г прогрессивно уменьшается по

мере удаленности субпопуляций друг от друга фактически до полного исчезновения при

сравнении субпопуляций, разделенных двумя или тремя клеточными группами. Во втором

случае величина г не зависит от степени удаленности субпопуляций друг от друга. Таким