Способность живых организмов к регенерации органов является одной из многих таинственных загадок биологии, которую человек уже давно пытается разгадать. Еще в 2005 году всем известный журнал Science опубликовал список 25 самых важных проблем науки, в которую входит проблема раскрытия загадки регенерации органов .
Пётр Гаряев. ‹Совершенно секретно» Биология молодости
Стволовые клетки – основа регенерации
В настоящее время ученым так и не удалось до конца понять - почему же одни живеые существа, лишаясь конечности, могут быстро ее восстановить, а другие лишены такой возможности. Весь на определенном этапе развития организм знает, как это сделать, но этот этап очень короткий – срок, начинающийся и сразу заканчивающийся, когда эмбрион только начинает развиваться. В настоящее время ученые всего мира пытаются найти ответ на вопрос: можно ли разбудить это «ценное» воспоминание в мозгу взрослого человека и заставить его снова работать.
Некоторые специалисты в сфере регенеративной медицины считают, что данную функцию регенерации можно восстановить с помощью . Данные клетки в организме взрослого человека содержатся в очень маленьком количестве и располагаются в нижнем отделе позвоночника рядом с коренным узлом. Это уникальные клетки, с их помощью зарождался, а затем строился и развивался организм будущего маленького человечка.
Первые восемь клеток, образовавшиеся в результате зачатия, оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом – это первородные стволовые клетки. Ученые выяснили, чтобы активизировать воспроизводство данных стволовых клеток нужно запустить особое вихревое поле (Мерка-ба) . Именно оно будет стимулировать активное производство стволовых клеток. При активном производстве клеток организм человека начнет регенерацию. Это и есть заветная мечта ученых регенеративной медицины.
Повреждение спинного мозга, любого органа или конечности делают из здорового активного человека инвалида на всю оставшуюся жизнь. Полностью разгадав загадку регенерации органов, ученые смогут научиться помогать таким людям, «отращивая» новые здоровые органы. Также процесс регенерации способен значительно увеличить продолжительность жизни.
Регенерация органов и тканей: как это происходит?
Целительная иммунная система саламандры
Пытаясь раскрыть тайну , ученые пристально наблюдали за организмами, которые обладают данными способностями: головастики , ящерицы , моллюски , все ракообразные , амфибии , креветки .
Особенно из данной группы ученые выделяют саламандру . Данная особь способна регенерировать, и не один раз, головной и спинной , сердце, конечности и хвост. Именно данное земноводное специалисты в области регенеративной медицины всего мира считают идеальным образцом способности регенерации.
Данный процесс у саламандры очень точный. Она может восстановить конечность полностью, но если потеряна лишь часть, то восстанавливается именно та потерянная часть. В настоящий момент точно не известно сколько же раз саламандра может восстанавливаться. Стоит отметить, что отращенная в очередной раз конечность без патологий и отклонений. Секрет данного земноводного – иммунная система , именно она помогает восстановлению органов.
Ученые очень внимательно изучают данную иммунную систему на предмет копирования методики восстановления, но уже для человеческого организма. Но пока копирование не получается, несмотря на большое количество исследований саламандры. Лишь ученые Австралийского института регенеративной медицины заявляют, что, скорее всего им удалось обнаружить основополагающий фактор способности регенерирования саламандры.
- Они утверждают, что в основе данной способности лежат клетки иммунной системы, которые предназначены для переваривания умерших клеток, грибков, бактерий, которые отторгнул организм. Ученые долго экспериментировали на саламандрах, живущих в лаборатории. Они искусственно очищали организм земноводных, тем самым «выключая» регенеративные способности. В результате на ранах просто образовывался рубец аналогичный человеческому рубцу, который появляется после серьезных травм;
- Специалисты считают, что именно клетки иммунной системы создают особые химические вещества, которые создают основу регенеративного процесса. Скорее всего, химическое вещество воспроизводится непосредственно на поврежденном участке и начинает его активно восстанавливать;
- Недавно австралийские ученые заявили, что готовят долгосрочное исследование иммунной системы человека и саламандры. Благодаря современной аппаратуре и высокому профессионализму ученых, скорее всего, в ближайшие годы будет выявлено, что именно помогает быстрой регенерации земноводных;
- Также, попутно может быть сделано открытие в сфере косметологии, протезирования и трансплантологии относительно эффективного избавления от рубцов. Данная проблема также много лет не может решиться;
- К сожалению, ни одно не обладает способностью к регенерации органов. Способность человека к регенерации можно активировать, лишь добавив в организм определенные специальные компоненты.
Исследования регенерации у млекопитающих
Однако есть специалисты, которые после долгих исследований и экспериментов, утверждают, что млекопитающие могут регенерировать кончик пальца. Данные выводы они сделали, работая с мышами . Но, степень регенерации очень ограничена. Если сравнивать лапку мыши и палец человека, то возможно отрастить утраченный фрагмент, не доходящий до места кутикулы. Если даже на миллиметр больше, то процесс регенерации уже невозможен.
Есть данные, что сообщество ученых их Японии и США смогли «разбудить» стволовые клетки мыши и отрастили большую часть конечности, равную длине среднего человеческого пальца. Они выяснили, что стволовые клетки расположены по всему телу млекопитаемого, они размножаются и становятся теми клетками, которые в данный момент наиболее нужны организму для благополучного функционирования.
Заключение
Ученые всего мира настойчиво работают, чтобы узнать с помощью чего организм человека может регенерировать органы. Если все же специалисты научатся «будить» стволовые клетки, то это будет одно из самых величайших открытий человечества. Данные знания сильно повлияют на работу абсолютно всех областей клинической медицины, позволив «заменять», в прямом смысле этого слова, негодные, мертвые органы на здоровые и эффективно восстанавливать поврежденные ткани.
В настоящее время все исследования и эксперименты проходят с обязательным участием млекопитающих и земноводных.
Регенерация
I
Регенера́ция (лат. regeneratio возрождение, возобновление)
обновление в процессе жизнедеятельности структур организма (физиологическая регенерация) и восстановление тех из них, которые были утрачены в результате патологических процессов (репаративная регенерация). Физиологическая Р. включает непрерывное обновление структур. Репаративная Р. развертывается на базе физиологической (т.е. в ее основе лежат те же механизмы) и отличается лишь большей интенсивностью проявлений. Поэтому репаративную Р. следует рассматривать как нормальную реакцию организма на , характеризующуюся усилением физиологических механизмов воспроизведения специфических тканевых элементов того или иного органа. Значение Р. для организма определяется тем, что на основе клеточного и внутриклеточного обновления органов обеспечивается широкий диапазон приспособительных колебаний и функциональной активности в меняющихся условиях среды, а также восстановление и функций, нарушенных в результате действия различных патогенных факте. Физиологическая и репаративная Р. является структурной основой всего разнообразия проявлений жизнедеятельности организма в норме и патологии. Процесс Р. развертывается на системном, органном, тканевом, клеточном, внутриклеточном уровнях. Осуществляется путем прямого и непрямого деления клеток, внутриклеточных органелл и их размножения. Универсальными формами Р. являются обновление внутриклеточных структур и их . При этом возможна собственно внутриклеточная Р., когда после гибели части клетки ее строение восстанавливается за счет размножения сохранившихся органелл, либо увеличение числа органелл в одной клетке при гибели другой (компенсаторная гиперплазия органелл). Восстановление исходной массы органа после его осуществляется различными путями.
В одних случаях сохранившаяся часть органа не изменяется или изменяется мало, а недостающая его часть отрастает раневой поверхности в виде четко отграниченного регенерата. Такой способ восстановления утраченной части органа называют эпиморфозом. В других случаях происходит перестройка оставшейся части органа, в процессе которой он постепенно приобретает исходные очертания и размеры. Этот вариант регенераторного процесса называют морфаллаксисом. Принято считать, что репаративная Р. представляет собой заключительную фазу различных патологических процессов, развертывающуюся после дистрофических, некротических и воспалительных изменений. Однако современные исследования свидетельствуют о том, что немедленно после начала действия патогенного фактора резко интенсифицируется физиологическая Р., направленная на компенсацию внезапно возникшего ускоренного расходования структур или их гибели; в это время она представляет собой по существу уже репаративную регенерацию. Существуют две точки зрения на источники Р. Согласно одной из них, пролиферируют так называемые камбиальные, незрелые клеточные элементы, которые, интенсивно размножаясь и быстро дифференцируясь, восполняют убыль высокодифференцированных клеток данного органа, обеспечивающих его специфическую функцию (теория резервных клеток). Другая точка зрения допускает, что источником Р. могут быть высокодифференцированные клетки органа, которые в условиях патологического процесса перестраиваются, утрачивают часть своих специфических органелл и одновременно приобретают способность к митотическому делению с последующей пролиферацией и дифференцировкой. В одних случаях Р. заканчивается формированием части, идентичной погибшей по форме и построенной из такой же ткани (полная регенерация, гомоморфоз). В других случаях в результате Р. вместо утраченного может образоваться иной , например у ракообразных вместо усика формируется (). Наблюдают также неполное развитие регенерирующего органа - гипотипию, например меньшее число пальцев на конечности у тритона. Случается и обратное - формирование большего по сравнению с нормой, например, числа конечностей, обильное костной ткани в месте перелома (избыточная регенерация, или суперрегенерация). Иногда в зоне повреждения образуется не специфическая для данного органа, а , которая в дальнейшем подвергается рубцеванию (неполная регенерация, или ). По разным причинам течение репаративной Р. может принимать затяжной , качественно извращаться, сопровождаться образованием вяло гранулирующих длительно незаживающих язв, формированием ложного сустава и т.д. В подобных случаях говорят о патологической регенерации. Регенерационная способность у высших животных, в частности у человека, характеризуется разнообразными проявлениями. Так, в некоторых органах и тканях, например в костном мозге, покровном эпителии, слизистых оболочках, костях, физиологическая Р. выражается в непрерывном обновлении клеточного состава, а репаративная - в полном восстановлении дефекта ткани и реконструкции ее исходной формы путем интенсивного митотического деления клеток. В других органах, например в печени, почках, поджелудочной железе, легких, обновление клеточного состава происходит сравнительно медленно, а ликвидация повреждения и нормализация нарушенных функций обеспечиваются в них на основе размножения клеток и наращивания массы органелл в предсуществующих сохранившихся клетках. В результате масса последних увеличивается, они подвергаются гипертрофии, соответственно этому возрастает их функциональная . Характерно, что в этих органах их исходная форма чаще всего не восстанавливается, в месте повреждения образуется , а восполнение утраченной части происходит за счет неповрежденных органов, т.е. восстановительный процесс протекает по типу регенерационной гипертрофии. В ц.н.с. и миокарде, где способность к митотическому делению клеток отсутствует, структурное и функциональное восстановление после повреждения достигается исключительно или почти исключительно за счет увеличения массы органелл в сохранившихся клетках и гипертрофии последних, т.е. восстановительная способность выражается только в форме внутриклеточной регенерации. Эффективность процесса Р. во многом определяется условиями, в которых он протекает. Важное значение имеет общее состояние организма. Так, авитаминозы, нарушения иннервации затормаживают репаративную Р. и способствуют ее переходу в патологическую. Скорость репаративной Р. в известной мере определяется и возрастом. Однако сколько-нибудь заметных отклонений от типичного течения процесса Р. при этом не отмечается. Большее значение имеют тяжесть самой болезни и ее осложнения, чем возрастное ослабление регенерационной . Изменение условий, в которых протекает процесс Р., может приводить как к количественным, так и качественным его изменениям, например, обычно не происходит регенерации костей свода черепа от краев дефекта. Однако, если этот заполнить костными опилками, он закрывается полноценной костной тканью. В регуляции процессов Р. участвуют многочисленные факторы эндо- и экзогенной природы. Наиболее изучено влияние на Р. гормонов. Регуляция митотической активности клеток различных органов осуществляется гормонами коры надпочечников, щитовидной железы, половых желез и др. Важную роль в этом отношении играют Гастроинтестинальные гормоны . Известны мощные эндогенные регуляторы митотической активности - , Простагландины, их антагонисты и другие биологически активные вещества. Важное место в исследованиях механизмов регуляции Р. занимает изучение роли различных отделов нервной системы в их течении и исходах. Новым направлением в разработке этой проблемы является изучение иммунологической регуляции процессов Р., в частности установление факта переноса лимфоцитами «регенерационной информации», стимулирующей пролиферативную активность клеток различных внутренних органов. Знание механизмов регуляции регенерационной способности органов и тканей открывает перспективы создания научных основ стимуляции репаративной Р. и управления процессами выздоровления. Библиогр.:
Новое в учении о регенерации, под ред. Л.Д. Лиознера, М., 1977, библиогр.; Саркисов Д.С. Очерки истории общей патологии, М., 1988; Структурные основы адаптации и компенсации нарушенных функций, под ред. Д.С. Саркисова, М., 1987, библиогр. в биологии - восстановление организмом утраченных или поврежденных частей. Регенера́ция внутрикле́точная
( . Саркисова внутриклеточная регенерация) - Р. поврежденных органоидов и мембранных структур клетки; характерна для клеток миокарда, нервной системы. Регенера́ция кле́точная
- Р. органов или тканей путем размножения неповрежденных клеток; характерна для покровного эпителия, соединительной ткани. Регенера́ция непо́лная
(син. субституция) - P., при которой погибшие участки замещаются тканью иного вида (обычно грануляционной, а затем рубцом). Регенера́ция патологи́ческая
- 1) см. Регенерация репаративная
, 2) P., характеризующаяся замедленным течением процессов заживления или избыточным развитием замещающей ткани. Регенера́ция по́лная
(син. реституция) - P., при которой погибшие участки замещаются тканью того же вида и той же структуры. Регенера́ция репарати́вная
(син.: Р. патологическая, ) - Р. участков органов или тканей, погибших в результате какого-либо патологического процесса. Регенера́ция физиологи́ческая
- Р. тканей, отмирающих в процессе нормальной жизнедеятельности организма, например Р. эпидермиса.
1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг .
Синонимы :Смотреть что такое "Регенерация" в других словарях:
РЕГЕНЕРАЦИЯ - РЕГЕНЕРАЦИЯ, процесс образования нового, органа или ткани на месте удаленного тем или иным образом участка организма. Очень часто Р. определяется как процесс восстановления утраченного, т.. е. образование органа, подобного удаленному. Такое… … Большая медицинская энциклопедия
- (поздн. лат., от лат. re опять, вновь, и genus, eris род, поколение). Возрождение, возобновление, восстановление того, что было разрушено. В фигуральном значении: перемена к лучшему. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка
РЕГЕНЕРАЦИЯ, в биологии способность организма к замещению одной из утраченных частей. Термин регенерация также относится к форме БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ, при котором новая особь возникает из отделенной части материнского организма … Научно-технический энциклопедический словарь
Восстановление, рекуперация; возмещение, регенерирование, возобновление, гетероморфоз, петтенкоферирование, возрождение, морфаллаксис Словарь русских синонимов. регенерация сущ., кол во синонимов: 11 возмещение (20) … Словарь синонимов
1) восстановление с помощью определенных физико химических процессов исходных состава и свойств отработанных продуктов для повторного их использования. В военном деле широкое распространение получила регенерация воздуха (особенно на подводных… … Морской словарь
Регенерация - – возвращение отработанному продукту исходных свойств. [Терминологический словарь по бетону и железобетону. ФГУП «НИЦ «Строительство» НИИЖБ им. А. А. Гвоздева, Москва, 2007 г. 110 стр.] Регенерация – восстановление отработанных… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
РЕГЕНЕРАЦИЯ - (1) восстановление исходных свойств и состава отработавших материалов (воды, воздуха, масел, резины и др.) для их повторного использования. Осуществляется с помощью определённых физ. хим. процессов в специальных устройствах регенераторах. Широко… … Большая политехническая энциклопедия
- (от позднелат. regeneratio возрождение возобновление), в биологии восстановление организмом утраченных или поврежденных органов и тканей, а также восстановление целого организма из его части. В большей степени присуща растениям и беспозвоночным… … Большой Энциклопедический словарь
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение) - процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Различают два вида регенерации: физиологическую и репаративную. Восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма называют физиологической регенерацией. Восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов называют репаративной регенерацией. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. Однако при регенерации все они идут уже вторично, т.е. в сформированном организме.
Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. С общебиологической точки зрения, физиологическая регенерация, как и обмен веществ, является проявлением такого важнейшего свойства жизни, как самообновление.
Примером физиологической регенерации на внутриклеточном уровне являются процессы восстановления субклеточных структур в клетках всех тканей и органов. Значение ее особенно велико для так называемых «вечных» тканей, утративших способность к регенерации путем деления клеток. В первую очередь это относится к нервной ткани.
Примерами физиологической регенерации на клеточном и тканевом уровнях являются обновление эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др. Обновляются производные эпидермиса - волосы и ногти. Это так называемая пролиферативная регенерация, т.е. восполнение численности клеток за счет их деления. Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их пролиферации. Это крипты в эпителии тонкой кишки, костный мозг, пролиферативные зоны в эпителии кожи. Интенсивность клеточного обновления в перечисленных тканях очень велика. Это так называемые «лабильные» ткани. Все эритроциты теплокровных животных, например, сменяются за 2-4 мес, а эпителий тонкой кишки полностью сменяется за 2 сут. Это время требуется для перемещения клетки из крипты на ворсинку, выполнения ею функции и гибели. Клетки таких органов, как печень, почка, надпочечник и др., обновляются значительно медленнее. Это так называемые «стабильные» ткани.
Об интенсивности пролиферации судят по количеству митозов, приходящихся на 1000 подсчитанных клеток. Если учесть, что сам митоз в среднем длится около 1 ч, а весь митотаческий цикл в соматических клетках в среднем протекает 22-24 ч, то становится ясно, что для определения интенсивности обновления клеточного состава тканей необходимо подсчитать количество митозов в течение одних или нескольких суток. Оказалось, что количество делящихся клеток не одинаково в разные часы суток. Так был открыт суточный ритм клеточных делений, пример которого изображен на рис. 8.23.
Суточный ритм количества митозов обнаружен не только в нормальных, но и в опухолевых тканях. Он является отражением более общей закономерности, а именно ритмичности всех функций организма. Одна из современных областей биологии - хронобиология - изучает, в частности, механизмы регуляции суточных ритмов митотической активности, что имеет весьма важное значение для медицины. Существование самой суточной периодичности количества митозов указывает на регулируемость физиологической регенерации организмом. Кроме суточных существуют лунные и годичные циклы обновления тканей и органов.
В физиологической регенерации выделяют две фазы: разрушительную и восстановительную. Полагают, что продукты распада части клеток стимулируют пролиферацию других. Большую роль в регуляции клеточного обновления играют гормоны.
Физиологическая регенерация присуща организмам всех видов, но особенно интенсивно она протекает у теплокровных позвоночных, так как у них вообще очень высока интенсивность функционирования всех органов по сравнению с другими животными.
Репаративная (от лат. reparatio - восстановление) регенерация наступает после повреждения ткани или органа. Она очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Механическая травма, например оперативное вмешательство, действие ядовитых веществ, ожоги, обморожения, лучевые воздействия, голодание, другие болезнетворные агенты,- все это повреждающие факторы. Наиболее широко изучена регенерация после механической травмы. Способность некоторых животных, таких, как гидра, планария, некоторые кольчатые черви, морские звезды, асцидия и др., восстанавливать утраченные органы и части организма издавна изумляла ученых. Ч. Дарвин, например, считал удивительными способность улитки воспроизводить голову и способность саламандры восстанавливать глаза, хвост и ноги именно в тех местах, где они отрезаны.
Объем повреждения и последующее восстановление бывают весьма различными. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части, фактически из группы соматических клеток. Среди животных такое восстановление возможно у губок и кишечнополостных. Среди растений возможно развитие целого нового растения даже из одной соматической клетки, как это получено на примере моркови и табака. Такой вид восстановительных процессов сопровождается возникновением новой морфогенетической оси организма и назван Б.П. Токиным «соматическим эмбриогенезом», ибо во многом напоминает эмбриональное развитие.
Существуют примеры восстановления больших участков организма, состоящих из комплекса органов. В качестве примера служат регенерация ротового конца у гидры, головного конца у кольчатого червя и восстановление морской звезды из одного луча (рис. 8.24). Широко распространена регенерация отдельных органов, например конечности у тритона, хвоста у ящерицы, глаз у членистоногих. Заживление кожных покровов, ран, повреждений костей и других внутренних органов является менее объемным процессом, но не менее важным для восстановления структурно-функциональной целостности организма. Особый интерес представляет способность зародышей на ранних стадиях развития восстанавливаться после значительной утраты материала. Эта способность была последним аргументом в борьбе между сторонниками преформизма и эпигенеза и привела в 1908 г. Г. Дриша к концепции эмбриональной регуляции.
Рис. 8.24. Регенерация комплекса органов у некоторых видов беспозвоночных животных. А - гидра;Б - кольчатый червь; В - морская звезда
(пояснение см. в тексте)
Существует несколько разновидностей или способов репаративной регенерации. К ним относят эпиморфоз, морфаллаксис, заживление эпителиальных ран, регенерационную гипертрофию, компенсаторную гипертрофию.
Эпителизация при заживлении ран с нарушенным эпителиальным покровом идет примерно одинаково, независимо от того, будет далее происходить регенерация органа путем эпиморфоза или нет. Эпидермальное заживление раны у млекопитающих в том случае, когда раневая поверхность высыхает с образованием корки, проходит следующим образом (рис. 8.25). Эпителий на краю раны утолщается вследствие увеличения объема клеток и расширения межклеточных пространств. Сгусток фибрина играет роль субстрата для миграции эпидермиса в глубь раны. В мигрирующих эпителиальных клетках нет митозов, однако они обладают фагоцитарной активностью. Клетки с противоположных краев вступают в контакт. Затем наступает кератинизация раневого эпидермиса и отделение корки, покрывающей рану.
Рис. 8.25. Схема некоторых событий, происходящих
при эпителизации кожной раны у млекопитающих.
А- начало врастания эпидермиса под некротическую ткань; Б- срастание эпидермиса и отделение струпа:
1 -соединительная ткань, 2- эпидермис, 3- струп, 4- некротическая ткань
К моменту встречи эпидермиса противоположных краев в клетках, расположенных непосредственно вокруг края раны, наблюдается вспышка митозов, которая затем постепенно падает. По одной из версий, эта вспышка вызвана понижением концентрации ингибитора митозов - кейлона.
Эпиморфоз представляет собой наиболее очевидный способ регенерации, заключающийся в отрастании нового органа от ампутационной поверхности. Регенерация конечности тритона и аксолотля изучена детально. Выделяют регрессивную и прогрессивную фазы регенерации.Регрессивная фаза начинается с заживления раны, во время которого происходят следующие основные события: остановка кровотечения, сокращение мягких тканей культи конечности, образование над раневой поверхностью сгустка фибрина и миграция эпидермиса, покрывающего ампутационную поверхность.
Затем начинается разрушение остеоцитов на дистальном конце кости и других клеток. Одновременно в разрушенные мягкие ткани проникают клетки, участвующие в воспалительном процессе, наблюдается фагоцитоз и местный отек. Затем вместо образования плотного сплетения волокон соединительной ткани, как это происходит при заживлении ран у млекопитающих, в области под раневым эпидермисом утрачиваются дифференцированные ткани. Характерна остеокластическая эрозия кости, что является гистологическим признакомдедифференцировки. Раневой эпидермис, уже пронизанный регенерирующими нервными волокнами, начинает быстро утолщаться. Промежутки между тканями все более заполняются мезенхимоподобными клетками. Скопление мезенхимных клеток под раневым эпидермисом является главным показателем формирования регенерационной бластемы. Клетки бластемы выглядят одинаково, но именно в этот момент закладываются основные черты регенерирующей конечности.
Затем начинается прогрессивная фаза, для которой наиболее характерны процессы роста и морфогенеза. Длина и масса регенерационной бластемы быстро увеличиваются. Рост бластемы происходит на фоне идущего полным ходом формирования черт конечности, т.е. ее морфогенеза. Когда форма конечности в общих чертах уже сложилась, регенерат все еще меньше нормальной конечности. Чем крупнее животное, тем больше эта разница в размерах. Для завершения морфогенеза требуется время, по истечении которого регенерат достигает размеров нормальной конечности.
Некоторые стадии регенерации передней конечности у тритона после ампутации на уровне плеча показаны на рис. 8.26. Время, необходимое для полной регенерации конечности, варьирует в зависимости от размера и возраста животного, а также от температуры, при которой она протекает.
Рис. 8.26. Стадии регенерации передней конечности у тритона
У молодых личинок аксолотлей конечность может регенерировать за 3 нед, у взрослых тритонов и аксолотлей за 1-2 мес, а у наземных амбистом для этого требуется около 1 года.
При эпиморфной регенерации не всегда образуется точная копия удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной. Существует много разновидностей атипичной регенерации. Гипоморфоз - регенерация с частичным замещением ампутированной структуры. Так, у взрослой шпорцевой лягушки возникает шиловидная структура вместо конечности. Гетероморфоз - появление иной структуры на месте утраченной. Это может проявляться в виде гомеозисной регенерации, заключающейся в появлении конечности на месте антенн или глаза у членистоногих, а также в изменении полярности структуры. Из короткого фрагмента планарии можно стабильно получать биполярную планарию (рис. 8.27).
Встречается образование дополнительных структур, или избыточная регенерация. После надреза культи при ампутации головного отдела планарии возникает регенерация двух голов или более (рис. 8.28). Можно получить больше пальцев при регенерации конечности аксолотля, повернув конец культи конечности на 180°. Дополнительные структуры являются зеркальным отражением исходных или регенерировавших структур, рядом с которыми они расположены (закон Бэйтсона).
Рис. 8.27. Биполярная планария
Морфаллаксис - это регенерация путем перестройки регенерирующего участка. Примером служит регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела, или восстановление планарии из одной десятой или двадцатой ее части. На раневой поверхности в этом случае не происходит значительных формообразовательных процессов. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь
уменьшенных размеров, которая затем растет. Этот способ регенерации впервые описал Т. Морган в 1900 г. В соответствии с его описанием морфаллаксис осуществляется без митозов. Нередко имеет место сочетание эпиморфного роста на месте ампутации с реорганизацией путем морфаллаксиса в прилежащих частях тела.
Рис. 8.28. Многоголовая планария, полученная после ампутации головы
и нанесения насечек на культю
Регенерационная гипертрофия относится к внутренним органам. Этот способ регенерации заключается в увеличении размеров остатка органа без восстановления исходной формы. Иллюстрацией служит регенерация печени позвоночных, в том числе млекопитающих. При краевом ранении печени удаленная часть органа никогда не восстанавливается. Раневая поверхность заживает. В то же время внутри оставшейся части усиливается размножение клеток (гиперплазия) и в течение двух недель после удаления 2/3 печени восстанавливаются исходные масса и объем, но не форма. Внутренняя структура печени оказывается нормальной, дольки имеют типичную для них величину. Функция печени также возвращается к норме.
Компенсаторная гипертрофия заключается в изменениях в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. Примером является гипертрофия в одной из почек при удалении другой или увеличение лимфатических узлов при удалении селезенки.
Последние два способа отличаются местом регенерации, но механизмы их одинаковы: гиперплазия и гипертрофия.
Восстановление отдельных мезодермальных тканей, таких, как мышечная и скелетная, называют тканевой регенерацией. Для регенерации мышцы важно сохранение хотя бы небольших ее культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Регенерация путем индукции происходит в определенных мезодермальных тканях млекопитающих в ответ на действие специфических индукторов, которые вводят внутрь поврежденной области. Этим способом удается получить полное замещение дефекта костей черепа после введения в него костных опилок.
Таким образом, существует множество различных способов или типов морфогенетических явлений при восстановлении утраченных и поврежденных частей организма. Различия между ними не всегда очевидны, и требуется более глубокое понимание этих процессов.
Изучение регенерационных явлений касается не только внешних проявлений. Существует целый ряд вопросов, носящих проблемный и теоретический характер. К ним относятся вопросы регуляции и условий, в которых протекают восстановительные процессы, вопросы происхождения клеток, участвующих в регенерации, способности к регенерации у различных групп, животных и особенностей восстановительных процессов у млекопитающих.
Установлено, что в конечности амфибий после ампутации и в процессе регенерации происходят реальные изменения электрической активности. При проведении электрического тока через ампутированную конечность у взрослых шпорцевых лягушек наблюдается усиление регенерации передних конечностей. В регенератах увеличивается количество нервной ткани, из чего делается вывод, что электрический ток стимулирует врастание нервов в края конечностей, в норме не регенерирующих.
Попытки стимулировать подобным образом регенерацию конечностей у млекопитающих оказались безуспешными. Так, под действием электрического тока или при сочетании действия электрического тока с фактором роста нервов удавалось получить у крысы только разрастание скелетной ткани в виде хрящевых и костных мозолей, которые не походили на нормальные элементы скелета конечностей.
Несомненна регуляция регенерационных процессов со стороны нервной системы. При тщательной денервации конечности во время ампутации эпиморфная регенерация полностью подавляется и бластема никогда не образуется. Были проведены интересные опыты. Если нерв конечности тритона отвести под кожу основания конечности, то образуется дополнительная конечность. Если его отвести к основанию хвоста - стимулируется образование дополнительного хвоста. Отведение нерва на боковую область никаких дополнительных структур не вызывает. Эти эксперименты привели к созданию концепции регенерационных полей. .
Было установлено, что для инициации регенерации решающим является число нервных волокон. Тип нерва роли не играет. Влияние нервов на регенерацию связывается с трофическим действием нервов на ткани конечностей.
Получены данные в пользу гуморальной регуляции регенерационных процессов. Особенно распространенной моделью для изучения этого является регенерирующая печень. После введения нормальным интактным животным сыворотки или плазмы крови от животных, подвергшихся удалению печени, у первых наблюдалась стимуляция митотической активности клеток печени. Напротив, при введении травмированным животным сыворотки от здоровых животных получали снижение количества митозов в поврежденной печени. Эти опыты могут свидетельствовать как о присутствии в крови травмированных животных стимуляторов регенерации, так и о присутствии в крови интактных животных ингибиторов клеточного деления. Объяснение результатов опытов затрудняется необходимостью учитывать иммунологический эффект инъекций.
Важнейшим компонентом гуморальной регуляции компенсаторной и регенерационной гипертрофии является иммунологический ответ. Не только частичное удаление органа, но и многие воздействия вызывают возмущения в иммунном статусе организма, появление аутоантител и стимуляцию процессов клеточной пролиферации.
Большие разногласия существуют по вопросу о клеточных источниках регенерации. Откуда берутся или как возникают недифференцированные клетки бластемы, морфологически сходные с мезенхимными? Существует три предположения.
1. Гипотеза резервных клеток подразумевает, что предшественниками регенерационной бластемы являются так называемые резервные клетки, которые останавливаются на некоем раннем этапе своей дифференцировки и не участвуют в процессе развития до получения стимула к регенерации.
2. Гипотеза временной дедифференцировки, или модуляции, клеток предполагает, что в ответ на регенерационный стимул дифференцированные клетки могут утрачивать признаки специализации, но затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип, т.е., потеряв на время специализацию, они не утрачивают детерминацию.
3. Гипотеза полной дедифференцировки специализированных клеток до состояния, сходного с мезенхимными клетками и с возможной последующей трансдифференцировкой или метаплазией, т.е. превращением в клетки другого типа, полагает, что в этом случае клетка утрачивает не только специализацию, но и детерминацию.
Современные методы исследования не позволяют с абсолютной достоверностью доказать все три предположения. Тем не менее абсолютно верно, что в культях пальцев аксолотля происходит высвобождение хондроцитов из окружающего матрикса и миграция их в регенерационную бластему. Дальнейшая их судьба не определена. Большинство исследователей признают дедифференцировку и метаплазию при регенерации хрусталика у амфибий. Теоретическое значение этой проблемы заключается в допущении возможности или невозможности изменений клеткой ее программы до такой степени, что она возвращается в состояние, когда снова способна делиться и репрограммироватьсвой синтетический аппарат. Например, хондроцит становится миоцитом или наоборот.
Способность к регенерации не имеет однозначной зависимости от уровня организации, хотя давно уже было замечено, что более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов. Это подтверждается удивительными примерами регенерации гидры, планарий, кольчатых червей, членистоногих, иглокожих, низших хордовых, например асцидий. Из позвоночных наилучшей регенерационной способностью обладают хвостатые земноводные. Известно, что разные виды одного и того же класса могут сильно отличаться по способности к регенерации. Кроме того, при изучении способности к регенерации внутренних органов оказалось, что она значительно выше у теплокровных животных, например у млекопитающих, по сравнению с земноводными.
Регенерация у млекопитающих отличается своеобразием. Для регенерации некоторых наружных органов нужны особые условия. Язык, ухо, например, не регенерируют при краевом повреждении. Если же нанести сквозной дефект через всю толщу органа, восстановление идет хорошо. В некоторых случаях наблюдали регенерацию сосков даже при ампутации их по основанию. Регенерация внутренних органов может идти очень активно. Из небольшого фрагмента яичника восстанавливается целый орган. Об особенностях регенерации печени уже было сказано выше. Различные ткани млекопитающих тоже хорошо регенерируют. Есть предположение, что невозможность регенерации конечностей и других наружных органов у млекопитающих носит приспособительный характер и обусловлена отбором, поскольку при активном образе жизни нежные морфогенетические процессы затрудняли бы существование. Достижения биологии в области регенерации успешно применяются в медицине. Однако в проблеме регенерации очень много нерешенных вопросов.
Различают следующие уровни регенерации: молекулярная, ультрасруктурная, клеточная, тканевая, органная.
23. Репаративная регенерация может быть типичной (Гомоморфоз) и атипичной (гетероморфоз). При гомоморфози восстанавливается такой же орган, как и потерян. При гетероморфози восстановлены органы отличаются от типовых. При этом восстановление утраченных органов может проходить путем епимор- фозу, морфалаксису, ендоморфозу (или регенерационной гипертрофией), компенсаторной гипертрофией.
Епиморфоз (от греч. ??? - после и????? - форма) - Это восстановление органа путем отрастания от раневой поверхности, подлежащей при этом чувственной перестройке. Ткани, прилегающих к поврежденному участки, рассасываются, происходит интенсивный деление клеток, дающих начало зачатке регенерата (бластемы). Затем происходит дифференцировка клеток и формирования органа или ткани. За типом епиморфозу проходит регенерация конечностей, хвоста, жабр в аксолотля, трубчатые кости от надкостницы после вылущивание диафиза у кроликов, крыс, мышцы от мышечной культи у млекопитающих и др.. К епиморфозу относится и рубцевания, при котором происходит закрытие ран, но без восстановления утраченного органа. Епиморфозна регенерация не всегда дает точную копию удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной. Отличают несколько разновидностей атипичной регенерации.
Гипоморфоз (от греч. ??? - под, внизу и????? - форма) - регенерация с частичным замещением ампутированной структуры (у взрослого шпорцевых лягушки возникает остеподибна структура вместо конечности). Гетероморфоз (от греч. ?????? - другой, другой) - Появление другой структуры на месте утраченной (появление конечности на месте антенн или глаза у членистоногих).
Морфалаксис (от греч. ????? - форма, вид, ?????, ?? - обмен, смена) - это регенерация, при которой происходит реорганизация тканей с участка, оставшаяся после повреждения, почти без клеточного размножение путем перестройки. Из части тела путем перестройки образуется целая животное или орган меньших размеров. Затем размеры особи, что образовалась, или органа увеличиваются. Морфалаксис наблюдается в основном в низкоорганизованных животных, в то время как епиморфоз - в более високоорганизованых. Морфалаксис является основой регенерации гидр. гидроидных полипов, планарий. Часто морфалаксис и епиморфоз происходят одновременно, в сочетании.
Регенерация, что происходит внутри органа, называется ендоморфозом, или регенерационной гипертрофией. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. Например, при краевом ранении печени отделенная часть органа никогда не восстанавливается. Поврежденная поверхность восстанавливается, а внутри другой части усиливается размножение клеток и в течение нескольких недель после удаления 2 / 3 печени восстанавливается исходная масса и объем, но не форма. Внутренняя структура печени оказывается нормальной, ее частички имеют типичный размер и функция органа восстанавливается. Близкой к регенерационной гипертрофии является компенсаторная гипертрофия, или викарная (заместительная). Этот средство регенерации связан с увеличением массы органа или ткани, вызванный активным физиологическим нагрузкам. Увеличение органа происходит за счет деления клеток и их гипертрофии.
Гипертрофия клеток заключается в росте, увеличении числа и размеров органелл. В связи с увеличением структурных компонентов клетки повышается ее жизнедеятельность и работоспособность. При компенса- полуторной гипертрофии отсутствует поврежденная поверхность.
Наблюдается этот вид гипертрофии при удалении одного из парных органов. Так, при удалении одной из почек другая испытывает повышенной нагрузки и увеличивается в размере. Компенсаторная гипертрофия миокарда часто возникает у больных гипертонической болезни (при сужении периферических кровеносных сосудов), при пороках клапанов. У мужчин при разрастании предстательной железы затрудняется выделение мочи и гипертрофируется стенка мочевого пузыря.
Регенерация происходит во многих внутренних органах после различных воспалительных процессов инфекционного происхождения, а также после эндогенных нарушений (нейроэндокринные расстройства, опухолевый рост, действие токсических веществ). Репаративная регенерация в различных тканях проходит по-разному. В коже, слизистых оболочках, соединительной ткани после повреждение происходит интенсивное размножение клеток и восстановление ткани, подобной утраченной. Такую регенерацию называют полной, или pecmu- туцийною. В случае неполного восстановления, при котором замещение происходит другой тканью или структурой, говорят о субституции.
Регенерация органов происходит не только после удаление их части хирургическим путем или в наследствии травмирования (механического, термического и др.), но и после переноса патологических состояний. Например, на месте глубоких ожогов могут быть массивные разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, но нормальная структура кожи не восстанавливается. После перелома кости в отсутствие смещения отломков нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань и образуется ненастоящий сустав. При повреждении покровов восстанавливается как соединительнотканная часть, так и эпителий. Однако скорость размножены клеток рыхлой соединительной ткани является более высокой, поэтому эти клетки заполняют дефект, образуют венные волокна и после больших повреждений формируется рубцовая ткань. Чтобы не допустить этого, применяют пересадку кожи, взятой у той же или другого человека.
В настоящее время для регенерации внутренних органов применяют искусственные пористые каркасы, по которым растут ткани, регенерируют. Ткани прорастают через поры и целостность органа восстанавливается. Регенерацией за каркасом можно восстановить кровеносные сосуды, мочеточник, мочевой пузырь, пищевод, трахею и другие органы.
Стимуляция регенерационных процессов. При обычных условий эксперимента у млекопитающих ряд органов не регенерируется (головной и спинной мозг) или восстановительные процессы в них выражены слабо (кости свода черепа, сосуды, конечности). Однако существуют методы воздействия, которые позволяют в эксперименте (а иногда и в клинике) стимулировать регенерационные процессы и применительно отдельных органов добиться полноценного восстановление. К таким воздействиям относится замещения удаленных участков органов гомо-и гетеротранс- плантатом, который способствует заместительной регенерации. Сущность заместительной регенерации заключается в замещении или прорастании трансплантатов регенерационными тканями хозяина. Кроме того, трансплантат является каркасом, благодаря которому направлена??регенерация стенки органа.
Для инициирования стимуляции регенерационных процессов исследователи используют также ряд веществ разнообразной природы - экстракты из животных и растительных тканей, витамины, гормоны щитовидной железы, гипофиза, надпочечников и лекарственные препараты.
24. ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ
Физиологическая регенерация свойственна всем организмам. Процесс жизнедеятельности обязательно включает два момента: утрату (деструкцию) и восстановление морфологических структур на клеточном, тканевом, органном уровнях.
У членистоногих физиологическая регенерация связана с ростом. Например, у ракообразных и личинок насекомых сбрасывается хитинизированный покров, становящийся тесным и тем самым препятствующий увеличению тела. Бурная смена покровов, также называемая линькой, наблюдается у змей, когда животное одномоментно освобождается от старого ороговевшего кожного эпителия, у птиц и млекопитающих при сезонной смене перьев и шерсти, У млекопитающих и человека систематически слущивается кожный эпителий, целиком обновляющийся практически в течение нескольких дней, а клетки слизистых оболочек кишечника заменяются почти ежесуточно. Сравнительно быстро происходит смена эритроцитов, средний продолжительность жизни которых около 125 дней. Это значит, что в теле человека каждую секунду гибнет около 4 млн. эритроцитов и одновременно в костном мозге образуется столько же новых красных кровяных телец.
Судьба клеток, погибших в процессе жизнедеятельности, неодинакова. Клетки наружных покровов после гибели слущиваются и попадают во внешнюю среду. Клетки внутренних органов претерпевают дальнейшие изменения и могут играть важную роль в процессе жизнедеятельности. Так, клетки слизистой оболочки кишечника богаты ферментами и после слущивания, входя в состав кишечного сока, принимают участие в пищеварении,
Погибшие клетки заменяются новыми, образующимися в результате деления. На течение физиологической регенерации влияют внешние и внутренние факторы. Так, понижение атмосферного давления вызывает увеличение количества эритроцитов, поэтому у людей, постоянно живущих в горах, содержание эритроцитов в крови больше, чем у живущих в долинах; такие же изменения происходят у путешественников при подъеме в горы. На число эритроцитов оказывают влияние физическая нагрузка, прием пищи, световые ванны.
О влиянии внутренних факторов на физиологическую регенерацию можно судить по следующим примерам. Денервация конечностей изменяет функцию костного мозга, что сказывается на снижении числа эритроцитов. Денсрвация желудка и кишечника ведет к замедлению и нарушению физиологической регенерации в слизистой этих органов.
Б. М. Завадовский, скармливая птицам препараты щитовидной железы, вызывал преждевременную бурную линьку. Циклическое обновление слизистой оболочки матки находится в связи с женскими половыми гормонами и т. д. Следовательно, воздействие желез внутренней секреции на физиологическую регенерацию несомненно. С другой стороны, деятельность желез обусловлена функцией нервной системы и факторами внешней среды, например полноценным питанием, светом, микроэлементами, поступающими с пищей, и т. д.
Регенерация (в патологии) - это восстановление целости тканей, нарушенной каким-либо болезненным процессом или внешним травмирующим воздействием. Восстановление происходит за счет соседних клеток, заполнения молодыми клетками дефекта и последующего превращения их в зрелую ткань. Такая форма носит название репаративной (возмещающей) регенерации. При этом возможны два варианта регенерации: 1) убыль возмещается тканью того же вида, что и погибшая (полная регенерация); 2) убыль замещается молодой соединительной (грануляционной) тканью, превращающейся в рубцовую (неполная регенерация), что является не регенерацией в собственном смысле, а заживлением тканевого дефекта.
Регенерация предшествует освобождение данного участка от погибших клеток путем ферментативного их расплавления и всасывания в лимфу или кровь или путем (см.). Продукты расплавления являются одним из стимуляторов размножения соседних клеток. Во многих органах и системах существуют участки, клетки которых являются источником размножения клеток при регенерации. Например, в костной системе таким источником является надкостница, клетки которой, размножаясь, образуют вначале остеоидную ткань, в дальнейшем превращающуюся в кость; в слизистых оболочках - клетки глубоколежащих желез (крипты). Регенерация клеток крови происходит в костном мозге и вне его в системе и ее производных (лимфатических узлах, селезенке).
Способностью к регенерации обладают далеко не все ткани и не в одинаковой степени. Так, мышечные клетки сердца не способны к размножению, завершающемуся образованием зрелых мышечных волокон, поэтому всякий дефект мышц миокарда замещается рубцом (в частности, после инфаркта). При гибели ткани мозга (после кровоизлияния, артериосклеротического размягчения) дефект не замещается нервной тканью, а образуется киота.
Иногда возникающая при регенерации ткань по строению отличается от исходной (атипическая регенерация) или объем ее превышает объем погибшей ткани (гиперрегенерация). Такое течение регенерационного процесса может привести к возникновению опухолевого роста.
Регенерация (лат. regenerate - возрождение, восстановление) - восстановление анатомической целости органа или ткани после гибели структурных элементов.
В физиологических условиях процессы регенерации происходят непрерывно с различной интенсивностью в разных органах и тканях соответственно интенсивности отживания клеточных элементов данного органа или ткани и замещения их новообразованными. Непрерывно замещаются форменные элементы крови, клетки покровного эпителия кожи, слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей. Циклические процессы в женской половой сфере приводят к ритмическому отторжению и обновлению эндометрия путем его регенерации.
Все эти процессы являются физиологическим прототипом патологической регенерации (ее называют еще репаративной). Особенности развития, течения и исхода репаративной регенерации определяются размерами гибели ткани и характером патогенных воздействий. Последнее обстоятельство особенно надо иметь в виду, так как условия и причины гибели ткани имеют существенное значение для регенерационного процесса и его исходов. Так, например, особый характер имеют рубцы после ожогов кожи, отличающиеся от рубцов другого происхождения; сифилитические рубцы грубы, приводят к глубоким втяжениям и обезображиванию органа и т. д. В отличие от физиологической регенерации, репаративная регенерация охватывает широкий круг процессов, ведущих к возмещению дефекта, вызванного утратой ткани вследствие ее повреждения. Различают полную репаративную регенерацию - реституцию (замещение дефекта тканью того же вида и той же структуры, что и погибшая) и неполную репаративную регенерацию (заполнение дефекта тканью, обладающей большими пластическими свойствами, чем погибшая, т. е. обычной грануляционной тканью и соединительной тканью с дальнейшим превращением ее в рубцовую). Таким образом, в патологии под регенерацией часто подразумевают заживление.
С понятием регенерации связано также понятие об организации, поскольку в основе обоих процессов лежат общие закономерности новообразования тканей и понятие субституции, т. е. вытеснения и замещения новообразованной тканью ткани предсуществовавшей (например, субституция тромба фиброзной тканью).
Степень полноты регенерации определяется двумя основными факторами: 1) регенерационная потенция данной ткани; 2) объем дефекта и одно- или разнородность видовой принадлежности погибших тканей.
Первый фактор нередко связывают со степенью дифференцировки данной ткани. Однако само понятие дифференцировки и содержание этого понятия являются весьма относительными, и сравнение тканей по этому признаку с установлением количественной градации дифференцированности в функциональном и морфологическом отношениях невозможно. Наряду с тканями, обладающими высокой регенерационной потенцией (например, ткань печени, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, органы кроветворения и др.), существуют органы с ничтожной потенцией к регенерации, в которых регенерация никогда не завершается полным восстановлением утраченной ткани (например, миокард, ЦНС). Чрезвычайно высокой пластичностью обладают соединительная ткань, элементы стенки мельчайших кровеносных и лимфатических сосудов, периферические нервы, ретикулярная ткань и ее производные. Поэтому пластическое раздражение, каковым является травма в широком смысле этого слова (т. е. все формы ее), прежде всего и полнее всего стимулирует рост этих тканей.
Объем погибшей ткани имеет существенное значение для полноты регенерации, и эмпирически более или менее известны количественные границы потери ткани для каждого органа, определяющие степень восстановления. Полагают, что для полноты регенерации значение имеет не только объем как чисто количественная категория, но и комплексное разнообразие погибших тканей (это особенно относится к гибели тканей, вызванной токсикоинфекционными воздействиями). Для объяснения этого факта следует, по-видимому, обратиться к общим закономерностям стимуляции пластических процессов в условиях патологии: стимуляторами являются сами продукты тканевой гибели (гипотетические «некрогормоны», «митогенетические лучи», «трефоны» и т. д.). Одни из них являются специфическими стимуляторами для клеток определенного вида, другие - неспецифическими, стимулирующими наиболее пластические ткани. К неспецифическим стимуляторам относят продукты распада и жизнедеятельности лейкоцитов. Их наличие при реактивном воспалении, развивающемся всегда при гибели не только паренхиматозных элементов, но и сосудоносящей стромы, способствует размножению наиболее пластических элементов - соединительной ткани, т. е. развитию в конечном счете рубца.
Существует общая схема последовательности процессов регенерации независимо от области, где она происходит. В условиях патологии процессы регенерации в узком смысле этого слова и процессы заживления имеют различный характер. Это различие определяется характером гибели ткани и избирательной направленностью действия патогенного фактора. Чистые формы регенерации, т. е. восстановление ткани, идентичной утраченной, наблюдаются в тех случаях, когда под влиянием патогенного воздействия погибают только специфические паренхиматозные элементы органа при условии их высокой регенерирующей потенции. Примером этого является регенерация эпителия канальцев почки, избирательно поврежденного токсическим воздействием; регенерация эпителия слизистых оболочек при десквамации его; регенерация альвеолоцитов легкого при десквамативном катаре; регенерация эпителия кожи; регенерация эндотелия кровеносных сосудов и эндокарда и др. В этих случаях источником регенерации являются оставшиеся клеточные элементы, размножение, созревание и дифференциация которых приводит к полному замещению утраченных паренхиматозных элементов. При гибели сложных структурных комплексов восстановление утраченной ткани идет из особых участков органа, являющихся своеобразными центрами регенерации. В слизистой оболочке кишечника, в эндометрии такими центрами являются железистые крипты. Их размножающиеся клетки покрывают дефект сначала одним слоем недифференцированных клеток, из которых затем дифференцируются железы и восстанавливается структура слизистой. В костной системе таким центром регенерации является надкостница, в покровном плоском эпителии - мальпигиев слой, в системе крови - костный мозг и экстрамедуллярные производные ретикулярной ткани.
Общим законом регенерации является закон развития, согласно которому в процессе новообразования возникают юные недифференцированные клеточные производные, в дальнейшем проходящие этапы морфологической и функциональной дифференцировки вплоть до формирования зрелой ткани.
Гибель участков органа, состоящих из комплекса различных тканей, вызывает реактивное воспаление (см.) по периферии. Это приспособительный акт, так как воспалительная реакция сопровождается гиперемией и повышением тканевого метаболизма, что способствует росту новообразующихся клеток. Помимо того, клеточные элементы воспаления из группы гистофагоцитов являются пластическим материалом для новообразования соединительной ткани.
В патологии нередко анатомическое заживление достигается при помощи грануляционной ткани (см.) - этапа новообразования фиброзного рубца. Грануляционная ткань развивается почти при всякой репаративной регенерации, но степень ее развития и конечные исходы варьируют в очень широких пределах. Иногда это с трудом различимые при микроскопическом исследовании нежные участки фиброзной ткани, иногда грубые плотные тяжи гиалинизированной брадитрофной рубцовой ткани, нередко подвергающейся кальцинозу (см.) и оссификации.
Помимо регенерационной потенции данной ткани, характера ее поражения, объема его, важное значение в регенерационном процессе имеют общие факторы. К ним относят возраст субъекта, характер и особенности питания, общую реактивность организма. При нарушениях иннервации, авитаминозах обычное течение репаративной регенерации извращается, что чаще всего выражается в замедлении процесса регенерации, вялости клеточных реакций. Существует также понятие о фибропластическом диатезе как о конституциональной особенности организма реагировать на различные патогенные раздражения повышенным образованием фиброзной ткани, что проявляется формированием келоида (см.), спаечной болезнью. В клинической практике важно учитывать общие факторы для создания оптимальных условий полноты регенерационного процесса и заживления.
Регенерация является одним из важнейших приспособительных процессов, обеспечивающих восстановление здоровья и продолжения жизни при чрезвычайных обстоятельствах, создаваемых болезнью. Однако, как и любой приспособительный процесс, регенерация на известном этапе и при некоторых путях развития может терять приспособительное значение и сама создавать новые формы патологии. Обезображивающие рубцы, деформирующие орган, резко нарушающие его функцию (например, рубцовое превращение клапанов сердца в исходе эндокардита), создают нередко тяжелую хроническую патологию, требующую специальных лечебных мероприятий. Иногда новообразованная ткань количественно превосходит объем погибшей (суперрегенерация). Помимо того, во всяком регенерате имеются элементы атипизма, резкая выраженность которых является этапом развития опухоли (см.). Регенерация отдельных органов и тканей - см. в соответствующих статьях об органах и тканях.
Министерство здравоохранения РФ
Кировский государственный медицинский институт
Кафедра медицинской биологии и генетики
РЕГЕНЕРАЦИЯ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ
БИОЛОГИЧЕСКИЕ И
МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ
Учебно-методическое пособие
Для студентов медицинских вузов
КИРОВ - 1998
УДК 57 (075.4)
Печатается по разрешению редакционно-издательского совета Кировского государственного медицинского института
Регенерация органов и тканей. Биологические и медицинские аспекты. Учебно-методическое пособие для студентов медицинских вузов. /Составитель зав. кафедрой медицинской биологии и генетики Кировского государственного медицинского института, доктор медицинских наук А.А. КОСЫХ/ - Киров: Кировский государственный медицинский институт, 1998 г., 30 с. - Библиогр. в конце.
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов медицинских вузов. В пособии кратко изложены биологические и медицинские аспекты регенерации, способы и механизмы регенерации нормальных и патологически измененных органов и тканей, значение регенерации для биологии и медицины, дано понятие структурного гомеостаза.
Список литературы 33 названия.
Рецензенты:
Ответственный редактор - доктор медицинских наук А.А. Косых
Технический редактор - Г.В. Мамаева
© Косых А.А., 1998.
Введение
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов медицинских вузов и составлено в соответствии с программой по биологии, утвержденной Управлением учебных заведений Минздравмедпрома РФ 24.01.1995 г.
В пособии даны биологические и медицинские аспекты восстановительных процессов в организме и понятие структурного гомеостаза. Разбираются молекулярно-генетические, клеточные и системные механизмы регенерации нормальных и патологически измененных органов и тканей, вопросы стимуляции регенерационных процессов и значение регенерации для биологии и медицины.
Издание данного пособия обусловлено насыщенностью программного материала по биологии и недостатком аудиторных часов для его глубокого изучения. Пособие является основой для подготовки к семинарским занятиям по медицинской биологии и генетике. В конце пособия даются темы докладов для студентов, вопросы для подготовки и перечень основных источников информации по данным проблемам.
Глава 1. Понятие о регенерации. Физиологическая и репаративная регенерация.
Жизнь организма, работа его различных систем, органов, отдельных клеток, все многообразие их реакций на внешние воздействия сопровождаются заменой старых структур новыми, их обновлением или регенерацией. Регенерация является материальной основой процессов адаптации и компенсации нарушенных функций, которые обеспечивают сохранение гомеостаза в меняющихся условиях среды.
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение, восстановление) - совокупность процессов, направленных на восстановление организмом утраченных или поврежденных частей тела, органов или биологических структур. Регенерация является одним из замечательных и удивительных свойств организма. Способность к регенерации - это биологическое явление, присущее всему живому, это один из важных факторов существования и приспособительного развития организмов во внешней среде. Без этой способности сохранение жизни на Земле было бы невозможно, т.к. любое незначительное повреждение или заболевание привело бы к гибели животного.
Пресноводную гидру, планарию или немертину можно разрезать на 100 и более частей, каждая из которых способна регенерировать целый организм. Подобным же образом растения можно размножить черенками. Целые растения могут регенерировать даже из отдельных клеток. (Рис. 1).
Рис. 1. Регенерация целого растения у бегонии (по Э.Либберту, 1982)
1. - изолированный лист с регенерировавшими придаточными растениями.
2. - дедифференцировка клетки эпидермиса в меристему, из которой затем разовьется придаточное растение.
Явление регенерации известно давно и привлекало к себе внимание людей еще в глубокой древности. Например, была известна способность ящерицы оставлять свой хвост в руках поймавшего и потом восстанавливать его. Кузнечик, схваченный за ногу, отрывает ее. Схваченная голотурия разрывается пополам, заяц оставляет в пасти волка клок кожи, осьминог мощным сокращением мускулатуры может отрывать схваченное щупальце и т.д. Такая способность животных самопроизвольно отторгать части тела с последующим восстановлением называется автотомией (самокалечением). Она помогает животным выжить за счет потери части тела или органа.
Первое научное описание регенерационного процесса дал Реомюр (Reaumer) в 1712 г. для конечностей речного рака. В 1742 г. Трамбле описал регенерацию гидры. С исследованиями Бонне (Bonnet, 1745) по регенерации червей, насекомых и слизней, саламандры, а также публикацией Spallanzani (1769) была заложена основа для научного изучения регенерации.
Восстановление частей клеток и тканей, происходящее в процессе нормальной физиологической деятельности организма, называется физиологической регенерацией. Примером физиологической регенерации может служить восстановление слущивающегося эпителия кожи, слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта и т.д.
Вопрос о физиологической регенерации стал привлекать внимание исследователей, когда выяснилось, что деление клеток происходит путем митоза. Обнаружение митозов в тканях взрослых животных, у которых процессы развития уже закончились, приводило к мысли о клеточном обновлении, т.е. физиологической регенерации.
Одним из первых исследователей, обративших внимание на физиологическую регенерацию, был Flemming. Flemming с сотр. (1885) в ряде работ на различных млекопитающих изучили физиологическую регенерацию лимфатических узлов, эпителия воздухоносных путей и других органов.
Значительный подъем интереса к проблеме физиологической регенерации появился в конце 40-х и начале 50-х годов XX века и связан с именами отечественных ученых М.А. Воронцовой, А.Н. Студитского, Л.Д. Лиознера, Л.В. Полежаева, Б.П. Солопаева. Все эти исследователи считают физиологическую регенерацию универсальным явлением, свойственным всем организмам и всем тканям без исключения, независимо от степени их дифференцировки.
В процессе жизнедеятельности обязательно происходит утрата и восстановление отдельных структур организма. У млекопитающих и человека непрерывно отмирают и слущиваются наружные слои кожного эпителия, эпителия кишечника. Продолжительность жизни клеток кишечного эпителия составляет всего несколько дней. Быстро сменяются клетки крови. Средняя продолжительность жизни эритроцитов около 125 дней, лейкоцитов – от нескольких дней до 10 и более лет. Каждую секунду в организме человека разрушается от 2 до 10 млн. эритроцитов и одновременно в костном мозге образуется столько же.
На течение физиологической регенерации влияют внешние и внутренние факторы. Так, понижение атмосферного давления вызывает увеличение количества эритроцитов в крови. Поэтому у людей, живущих в горах, содержание эритроцитов выше, чем у живущих в долинах.
Регенерация, проявляющаяся при утрате частей организма, при повреждении или поражении в результате заболевания, называется репаративной.
В зависимости от уровня структурной организации, на котором осуществляется восстановление, различают внутриклеточную, тканевую, органную и организменную регенерацию.
Теоретические основы внутриклеточной регенерации успешно разрабатывает академик РАМН Д.С. Саркисов и его школа. Внутриклеточная регенерация охватывает процессы восстановления клеточных органелл (цитоплазматические мембраны, митохондрии, ЭПС и др.). Она свойственна клеткам всех органов без исключения и является универсальной формой восстановления. Примером регенерации тканей может быть восстановление мышечной, костной и эпителиальной тканей. Восстановление целого органа со всеми составляющими его тканями, например печени, которая состоит из эпителиальной и соединительной ткани, является органной регенерацией. Восстановление целого организма из части, например, гидры из кусочка, будет составлять организменный уровень регенерации. Регенерация, по выражению М.А. Воронцовой (1949) является процессом вторичного развития тканей и органов, вызванным повреждением. Этим регенерация отличается от эмбрионального развития. В результате повреждения ткани животных вновь вступают на путь развития. Для того чтобы клетки приступили к развитию, они должны испытать повреждение, утратить свое устойчивое состояние, т.е. претерпеть дедифференцировку. В результате этого клетки становятся по своей структуре ближе к эмбриональным малодифференцированным. Однако, как правило, при регенерации специфичность тканей у позвоночных сохраняется.
В основе механизма физиологической и репаративной регенерации любой ткани и органа лежат клеточные реакции - пролиферация (деление клеток митотическим путем), дифференцировка и адаптация . За счет этих процессов восстанавливается количество функционирующих клеток. Восстановление может осуществляться путем гипертрофии, т.е. увеличения числа клеток (гиперплазии) или их объема за счет полиплоидии и внутриклеточной регенерации. В некоторых тканях источником регенерации (регенерационным материалом) могут быть камбиальные клетки . Это малодифференцированные клетки с большими потенциями к развитию, служащие источником образования специализированных клеток. Такими, например, являются клетки мальпигиевого слоя кожи, клетки эпителия крипт кишечника, клетки сателлиты в поперечно-полосатой мускулатуре. В процессе репаративной регенерации органов, обновляющихся при помощи камбиальных клеток, трудно разграничить долю пролиферации, обусловленную физиологической регенерацией поврежденного органа, или уровнем митотической активности, который определяется объемом удаленной ткани и характером операции. В этих случаях репаративная и ускоренная физиологическая регенерация являются выражением единого компенсаторно-восстановительного процесса, направленного на ликвидацию последствий повреждения.
Источником регенерации могут быть стволовые клетки , являющиеся резервом для пополнения дифференцированных клеток (кроветворные клетки эритробласты, сперматогонии в семенниках и др.). В обычных условиях они находятся вне пролиферативного пула (митотического цикла) в G 0 -периоде (периоде покоя). Эти клетки находятся в организме на всем протяжении жизни.
Медленно обновляющиеся органы и ткани (печень, почки, легкие, надпочечники, поджелудочная железа) восстанавливаются за счет митотического деления дифференцированных клеток. При этом клетки, вступающие в митоз, частично могут претерпевать дедифференцировку, но сохранить наследственные потенции. Например, после резекции 30% массы печени у взрослых крыс первые митозы гепатоцитов появляются через 20 часов. Максимальные значения митотического индекса в печени наблюдаются через 28-30 часов. Через двое суток масса оставшейся после операции части печени удваивается, а через 1-2 недели регенерирующая печень достигает массы контрольных не оперированных животных. Таким образом, происходит полная компенсация того, что было удалено.
Высокой полипотентностью обладают недифференцированные клетки соединительной ткани: они дифференцируются в разные типы зрелой соединительной ткани - в фиброзную, жировую, гладкомышечную, хрящевую, костную. Считается, что такой способностью обладают мезенхимные клетки стенок мелких сосудов (перициты, адвентициальные клетки)
Дифференцированные клетки определенной ткани после соответствующей структурно-функциональной перестройки митотически делятся и дают начало новым клеткам. В процессе тонкой предмитотической внутренней перестройки эти клетки не утрачивают своей специфической тканевой дифференцировки, не упрощаются в своем строении, как бы возвращаясь к эмбриональному состоянию.
Наконец, органы и ткани, которые в физиологических условиях не размножаются митозом (нервные клетки), восстанавливаются за счет внутриклеточной регенерации. Всестороннее изучение закономерностей внутриклеточной регенерации показало, что в одноименных органеллах клеток различных органов (миокард, печень, легкие, почки, поджелудочная железа, нервная система и др.) она протекает стереотипно. Процесс нормализации строения органелл после прекращения патогенного воздействия не зависит от вызвавшего это повреждение фактора (гипоксия, ожог, токсины, лучевое воздействие, механическая травма и т.д.). Наблюдаемые при этом особенности имеют скорее количественный, чем качественный характер. Возникающая гипертрофия клетки (увеличение ядра и числа органелл) обеспечивает дефицит функционирующих структур. На примере регенерации печени после резекции показано, что в раннем предмитотическом периоде происходит перепрограммирование генома гепатоцитов (О.М. Платонов, 1989). Одним из наиболее ранних проявлений изменения генетической информации служит появление в цитоплазме клетки "фактора регенерации". Механизм действия "фактора" заключается в переводе неактивной формы ядерной РНК-полимеразы в активное матричное связанное состояние. Предполагается, что это полипептидный фактор и синтезируется он на митохондриальных рибосомах сразу же после частичной гепатэктомии.
Непрерывное обновление клеточного состава органов и внутриклеточных структур каждой отдельной клетки в целостном организме имеет сложную регуляцию. Эта регуляция обеспечивается взаимно дополняющими друг друга нервными, гормональными, гуморальными, иммунными механизмами по принципу антагонистических влияний. При этом одни влияния оказывают стимулирующий, а другие - тормозящий эффект. Благодаря этим влияниям живая система быстро восстанавливает оптимальное состояние внутренней среды, нарушенное чрезвычайными раздражителями. Утрата такой способности организма приводит к болезни (гипертония-гипотония; понижение-повышение свертываемости крови; остеосклероз-остеопороз и т.д.)
Регенерация может осуществляться следующими способами:
1. Эпиморфоз - отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Например, ампутированная конечность тритона. На месте удаления части органа образуется регенерационный узелок - регенерационная бластема, из которой в дальнейшем развивается недостающая конечность. (Рис.2).
2. Морфаллаксис - перегруппировка клеток оставшейся части органа и превращение его в целый орган, но меньших размеров. Например, ампутированная конечность таракана, восстановление целой планарии из части. (Рис. 3)
3. Регенерационная гипертрофия или эндоморфоз (М.А. Воронцова. 1953) - восстановление, идущее внутри органа. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. Этим способом восстанавливаются, как правило, внутренние органы высших животных и человека. При этом масса органа увеличивается за счет пролиферации (размножения) специфических клеточных элементов диффузно или мелкими очагами. Раневая поверхность закрывается рубцом. (Рис.4)
4. Регенерация путем индукции (Л.И. Полежаев, 1977) - восстановление дефекта путем внесения в него измельченных тканей. Например, при регенерации костей свода черепа у собак определяющим является индукция кости в области дефекта черепа из мигрировавших незрелых клеток соединительной ткани под влиянием веществ, выделяющихся из пересаженных костных опилок.
5. Рубцевание - так же является одним из способов регенерации. При этом закрытие раны происходит без восстановления утраченного органа.
Эпиморфоз и морфаллаксис относятся к типичной регенерации (гомоморфоз). При этом восстановление утраченного органа или его части происходит полностью. Другие способы относятся к атипичной регенерации , когда вместо утраченного органа развивается соединительно-тканый рубец (рубцевание). Например, на месте глубоких ожогов может быть массивное разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, а нормальная структура кожи не восстанавливается.
После перелома кости при отсутствии совмещения обломков ее нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань, образуя ложный сустав.
Другим примером атипичной регенерации является регенерация антенны вместо глаз у рака, или хвост вместо конечности у ящерицы (гетероморфоз).