Фрактальные свойства клеток и клеточных ансамблей

• Автор: Каретин, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 03.00.25
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 188 с. : ил.

1. Введение

1.1. Актуальность проблемы

1.2. Цели работы

1.3. Задачи работы

1.4. Научная новизна работы

1.5. Основные положения, выносимые на защиту

1.6. Апробация работы

1.7. Публикации

2. Обзор литературы

2.1. Квазифракталыюсть биологических систем

2.2. Фрактальный анализ в нейробиологии

2.3. Моделирование самоорганизации в биологии
2.3.1. Биологическая самоорганизация
2.3.2. Самоорганизация нейрогенеза
2.3.3. Моделированяе самморганизации
2.4. Биология модельных объектов
2.4.1. Клетки гемальной жидкости морских беспозвоночных
2.4.2. Клеточные культуры и спикулогенсз морского ежа БИопдуЬсеЩгоШБ пибиэ
2.4.3. Морфология и классификация ганглиозных клеток сетчатки амфибий
3. Материалы и методы
3.1. Первичные клеточные культуры гемоцитов и эпителиальных тканей беспозвоночных
3.1.1. Получение первичных клеточных культур из эмбриональных клеток морского ежа гопу1осеп1гоШз пиАи
3.1.2. Получение первичной клеточной культуры эпителия гонады
и водных легких трепанга аротсиз
3.1.3. Получение первичной клеточной культуры гемоцитов моллюсков
и целомоцитов иглокожих
3.2. Нейрональный материал
3.3. Морфомстрия, статистическая обработка
4. Результаты
4.1. Первичные культуры гемоцитов и целомоцитов морских беспозвоночных
4.1.1. Культура эмбриональных клеток морского ежа i
4.1.2. Фрактальные размерности клеточных паттернов i vi
4.2. Нейроны головного и спинного мозга рыб
4.2.1. Корелляция значения фрактальной размерности с типом клеток
4.2.2. Корреляция фрактальной размерности с линейными морфометрическими показателями нейронов. Изменение фрактальной размерности нейронов вонтогенезе
4.3. Крупные ганглиозные клетки сетчатки
4.3.1. Корреляция фрактальной размерности с линейными морфометрическими показателями крупных ганглиозных клеток сетчатки опистоцентра i ii
4.3.2. Классификация ганглиозных клетки сетчатки саламандры vii с использованием нелинейных морфометрических параметров
4.4. Моделирование нелинейных процессов биологического паттернообразования
4.4.1. Моделирование аггрегации
4.4.2. Моделирование нейрогенеза
5. Обсуждение
5.1. Нелинейные процессы элементарного паттернообразования при агрегации клеток
5.2. Нейроны головного и спинного мозга рыб
5.2.1. Корелляция значения фрактальной размерности с типом клеток
5.2.2. Корреляция фрактальной размерности с линейными морфометрическими показателями нейронов. Изменение фрактальной размерности нейронов в онтогенезе
5.3. Крупные ганглиозные клетки сетчатки
5.3.1. Корреляция фрактальной размерности с линейными морфометрическими показателями крупных ганглиозных клеток сетчатки опистоцентра РкоИс1ари5 йуЬошкИ
5.3.2. Классификация ганглиозных клетки сетчатки саламандры Ио1орЫка1тш с использованием нелинейных
морфометрических параметров
6. Заключение
7. Выводы
8. Список цитированной литературы
9. Приложение
. Приложение
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВГС относительное положение витреальной границы зоны стратификации
ВСС внутренний сетчатый слой сетчатки
ГКО ганглиозные клетки сетчатки
ДТД длина терминальных дендритов
ИМ индекс мультимодальности
ИР информационная размерность
ИРС информационная размерность скелетонизированных изображений
ИРК информационная размерность контурных изображений
КГКС крупные ганглиозные клетки сетчатки
КИГ коэффициент изрезанности клеточной границы
Л лакунарность
МДТ максимальный диаметр тела
ОДД общая длина дендритов
ОДГ общая длина границы
ОШС относительная ширина зоны стратификации
ПДП площадь дендритного ноля
ПРТ периметр тела
ПрДП периметр дендритного поля
ПК площадь клетки
ПТ площадь тела клетки
СГК слой ганглиозных клеток сетчатки
СНВ слой нервных волокон сетчатки
ЧДПП чисто дендритов первого порядка
ЧТВ число точек ветвления дендритов
ЧТД число терминальных дендритов
ЦНС центральная нервная система
а ошибка первого рода
АЖУА дисперсионный анализ
ранговый дисперсионный анализ
i
ВС x i фрактальная размерность
x i фрактальная размерность скелетонизированных изображений
ВС x i фрактальная размерность контурных изображений фрактальная размерность, оцененная методом i i фрактальная размерность, оцененная методом i фрактальная размерность, оцененная методом ix ii ii ii i размер выборки статистическая мощность теста
Введение


При этом неоформленность, отсутствие чтко структурированной системы знаний и направлений научного поиска, подобных сложившимся в традиционной классической науке, заставляет нас пытаться как можно шире охватить всю эту аморфную массу научного материала. Структурированность же системы знаний может возникнуть только на основе постулирования теорий, открытия законов, которые смогли бы вывести массу накопленного эмпирического опыта на качественно новый уровень, подведя под ней черту прозрения причины наблюдаемых явлений, за которой только и начинается то, что можно назвать наукой. Сегодня объединяющее теоретическое ядро в области нелинейных наук остатся за математическим описанием свойств систем и моделированием, позволяющим продемонстрировать верность и достаточность этого описания для объяснения рассматриваемых свойств системы, при этом оказывается, что многие далкие друг от друга объекты, лежащие в сфере рассмотрения различных наук, описываются одинаковым набором логических шагов, переменных, воспроизводятся в модели по единой формуле или системе уравнений. Массу работ, посвящнных исследованиям фрактальной организации живого мира, логично классифицировать по уровням организации рассматриваемых живых систем. При этом работы касаются либо описания и расчта фрактальных характеристик структур, будь то фрактальность морфологической структуры какоголибо органа, отдельного организма или фрактальность распределения популяций в пространстве, либо выявления фракгальности в динамике изменения состояния биосистемы, т. Чтоб не повторять многочисленные обзоры, посвящнные общим вопросам применения фрактальной геометрии к биологии, дам лишь краткие очертания сегодняшнего положения в этой области исследований, подробнее остановись на работах, наиболее близких теме данного исследования. Уже стали классическими и известными многим биологам такие примеры фрактальных процессов на уровне организма, как нормальный сердечный ритм , Ivv . Интересный пример появления фракталыюсти формы в патологии представляют собой раковые опухоли. Было отмечено iv, , iv, что доброкачественные опухоли обладают признаком самоподобия, что предположительно можно объяснить частичной потерей способности надклеточной регуляции формы клетками опухоли и самоорганизацией их в виде обособленной клеточной системы на основе элементарных оставшихся контактных реакций. При переходе к злокачественности фрактальность опухоли исчезает. Наличие или отсутствие самоподобия опухоли было предложено как признак для определения е злокачественности рис. Сегодня создан банк физиологической информации с долговременными записями кардиореспираторных, нейральных и других биомедицинских сигналов здоровых людей и при различных заболеваниях. Объм и уровень разрешения записей этих ритмов позволяет использовать их для биомедицинских исследований, в том числе для анализа нелинейной динамики этих процессов. Программное обеспечение можно найти на том же сайте адрес банка в i . На молекулярном уровне подробно изучена фрактальность расположения нуклеотидных последовательностей ДНК . Проведен анализ фрактальной организации целых геномов с построением двумерного, уникального для каждого вида геномного портрета Нао . ДНК i, , . Рис. Кровеносная система почки свиньи. Слепок сделан введением Мегсох смеси. Говоря о биологии клетки в общем, можно отметить небольшую работу, в которой была предложена концептуально важная идея фрактальной природы клеточной цитоплазмы с рассмотрением клетки как единого перколяционного кластера, все биохимические процессы которого протекают в трхмерной фрактальной структуре , , . Фрактальный анализ в нейробиологии. Для количественной оценки качественных различий нейронов разработаны различные методики морфометрии Леонтович, . С этой же целью в течение последних лет начали применять методы определения фрактальной размерности, лакунарности и другие подходы фрактальной формализации. Следует отметить, что один из давних морфометрических методов, логарифмический метод Шолла см. Леонтович, , в сущности, представляет собой способ определения фрактальной размерности. Фрактальная размерность как силуэта, так и контура нейронов спинного мозга на плоскости, варьирующая в пределах 1. Доброкачественная опухоль человека Струков и др.