| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
регенерація (Від лат. Regeneratio - відродження) - процес відновлення організмом втрачених або пошкоджених структур. Регенерація підтримує будову і функції організму, його цілісність. Розрізняють два види регенерації: фізіологічну і репаративну. Відновлення органів, тканин, клітин або внутрішньоклітинних структур після руйнування їх в процесі життєдіяльності організму називають фізіологічної регенерацією. Відновлення структур після травми або дії інших факторів називають репаративної регенерацією. При регенерації відбуваються такі процеси, як детермінація, диференціювання, зростання, інтеграція і ін., Подібні з процесами, що мають місце в ембріональному розвитку. Однак при регенерації все вони йдуть вже вдруге, т. Е. В сформованому організмі.
фізіологічна регенерація являє собою процес оновлення функціонуючих структур організму. Завдяки фізіологічної регенерації підтримується структурний гомеостаз і забезпечується можливість постійного виконання органами їх функцій. З общебиологічної точки зору, фізіологічна регенерація, як і обмін речовин, є проявом такого найважливішого властивості життя, як самовідновлення.
Прикладом фізіологічної регенерації на внутриклеточном рівні є процеси відновлення субклітинних структур в клітинах всіх тканин і органів. Значення її особливо велике для так званих «вічних» тканин, які втратили здатність до регенерації шляхом ділення клітин. В першу чергу це відноситься до нервової тканини.
Прикладами фізіологічної регенерації на клітинному і тканинному рівнях є оновлення епідермісу шкіри, рогівки ока, епітелію слизової кишечника, клітин периферичної крові та ін. Оновлюються похідні епідермісу - волосся і нігті. Це так звана пролиферативная регенерація, т. е. заповнення чисельності клітин за рахунок їх поділу. У багатьох тканинах існують спеціальні камбіальні клітини і вогнища їх проліферації. Це крипти в епітелії тонкої кишки, кістковий мозок, проліферативні зони в епітелії шкіри. Інтенсивність клітинного оновлення в перерахованих тканинах дуже велика. Це так звані «лабільні» тканини. Всі еритроцити теплокровних тварин, наприклад, змінюються за 2-4 міс., А епітелій тонкої кишки повністю змінюється за 2 доби. Цей час потрібний для переміщення клітини з крипти на ворсинки, виконання нею функції і загибелі. Клітини таких органів, як печінка, нирка, наднирник і ін., Оновлюються значно повільніше. Це так звані «стабільні» тканини.
Про інтенсивність проліферації судять за кількістю мітозів, що припадають на 1000 підрахованих клітин. Якщо врахувати, що сам мітоз в середньому триває близько 1 год, а весь мітотичний цикл в соматичних клітинах в середньому протікає 22-24 год, то стає ясно, що для визначення інтенсивності оновлення клітинного складу тканин необхідно підрахувати кількість мітозів протягом однієї або декількох діб . Виявилося, що кількість клітин, які діляться не однаково в різні години доби. Так був відкритий добовий ритм клітинних поділів, приклад якого зображений на рис. 8.26.
Мал. 8.26. Добові зміни мітотичного індексу (МІ) в епітелії стравоходу (1) і рогівки (2) мишей.
Мітотичний індекс виражений в проміле (% о), що відбиває число мітозів в тисячі підрахованих клітин
Добовий ритм кількості мітозів виявлений не тільки в нормальних, а й в пухлинних тканинах. Він є відображенням більш загальної закономірності, а саме ритмічності всіх функцій організму. Одна з сучасних областей біології - хронобіологія - вивчає, зокрема, механізми регуляції добових ритмів мітотичної активності, що має дуже важливе значення для медицини. Існування самої добової періодичності кількості мітозів вказує на можливість регулювання фізіологічної регенерації організмом. Крім добових існують місячні і річні цикли відновлення тканин і органів.
В фізіологічної регенерації виділяють дві фази: руйнівну і відновну. Вважають, що продукти розпаду частини клітин стимулюють проліферацію інших. Велику роль в регуляції клітинного оновлення грають гормони.
Фізіологічна регенерація властива організмам всіх видів, але особливо інтенсивно вона протікає у теплокровних хребетних, так як у них більш висока інтенсивність функціонування всіх органів в порівнянні з іншими тваринами.
Репаративна (Від лат. Reparatio - відновлення) регенерація настає після пошкодження тканини або органу. Вона дуже різноманітна за такими чинниками, що викликають пошкодження, за обсягами пошкодження, по способам відновлення. Механічна травма, наприклад оперативне втручання, дія отруйних речовин, опіки, обмороження, променеві впливу, голодування, інші хвороботворні агенти, - все це фактори, що ушкоджують. Найбільш широко вивчена регенерація після механічної травми. Здатність деяких тварин, таких як гідра, планария, деякі кільчасті черви, морські зірки, асцидія і ін., Відновлювати втрачені органи і частини організму ізветность давно.
обсяг пошкодження і подальше відновлення бувають дуже різними. Крайнім варіантом є відновлення цілого організму з окремої малої його частини, фактично з групи соматичних клітин. Серед тварин таке відновлення можливо у губок і кишковопорожнинних. Серед рослин можливий розвиток цілого нового рослини навіть з однієї соматичної клітини, як це отримано на прикладі моркви і тютюну. Такий вид відновлювальних процесів супроводжується виникненням нової морфогенетичної осі організму і названий Б. П. Токін «соматичним ембріогенезу», бо багато в чому нагадує ембріональний розвиток.
Мал. 8.27. Регенерація комплексу органів у деяких видів безхребетних тварин.
Існують приклади відновлення великих ділянок організму, що складаються з комплексу органів. Як приклад служать регенерація ротового кінця у гідри, головного кінця у кільчастого хробака і відновлення морської зірки з одного променя (рис. 8.27).
А - гідра; Б - кільчастий черв'як;
В - морська зірка (пояснення див. У тексті)
Широко поширена регенерація окремих органів, наприклад кінцівки у тритона, хвоста у ящірки, очей у членистоногих. Загоєння шкірних покривів, ран, пошкоджень кісток і інших внутрішніх органів є менш об'ємним процесом, але не менш важливим для відновлення структурно-функціональної цілісності організму. Особливий інтерес представляє здатність зародків на ранніх стадіях розвитку відновлюватися після значної втрати клітинного матеріалу. Ця здатність привела в 1908 р Г. Дріша до концепції ембріональної регуляції.
Існує кілька різновидів або способів репаративної регенерації. До них відносять Епіморфоз, морфаллаксіс, загоєння епітеліальних ран, регенераційні гіпертрофію, компенсаторну гіпертрофію.
епітелізація при загоєнні ран з порушеним епітеліальних покровом йде приблизно однаково, незалежно від того, буде далі відбуватися регенерація органу шляхом Епіморфоз чи ні. Епідермальний загоєння рани у ссавців в тому випадку, коли ранова поверхня висихає з утворенням кірки, проходить наступним чином (рис. 8.28). Епітелій на краю рани потовщується внаслідок збільшення об'єму клітин і розширення міжклітинних просторів. Згусток фібрину грає роль субстрату для міграції епідермісу в глиб рани. У мігруючих епітеліальних клітинах немає митозов, проте вони володіють фагоцитарної активністю. Клітини з протилежних країв вступають в контакт. Потім настає кератинізація раневого епідермісу і відділення кірки, що покриває рану.
Мал. 8.28. Схема деяких подій, що відбуваються при епітелізації шкірної рани у ссавців. А - початок вростання епідермісу під некротичну тканину; Б - зрощення епідермісу і відділення струпа.
1 - сполучна тканина, 2 - епідерміс, 3 - струп, 4 - некротична тканина
До моменту зустрічі епідермісу протилежних країв в клітинах, розташованих безпосередньо навколо краю рани, спостерігається спалах митозов, яка потім поступово падає. За однією з версій, ця спалах викликаний зниженням концентрації інгібітора митозов - кейлони.
Епіморфоз являє собою найбільш очевидний спосіб регенерації, що полягає в отрастании нового органу від ампутаційної поверхні. Регенерація кінцівки тритона і аксолотля вивчена детально. Виділяють регресивну і прогресивну фази регенерації. Регресивна фаза починається з загоєння рани, під час якого відбуваються такі основні події: зупинка кровотечі, скорочення м'яких тканин кукси кінцівки, освіта над рановий поверхнею згустку фібрину і міграція епідермісу, що покриває ампутаційна поверхню.
потім починається руйнування остеоцитів на дистальному кінці кістки і інших клітин. Одночасно в зруйновані м'які тканини проникають клітини, які беруть участь в запальному процесі, спостерігається фагоцитоз і місцевий набряк. Потім замість утворення щільного сплетення волокон сполучної тканини, як це відбувається при загоєнні ран у ссавців, в області під раневим епідермісом втрачаються диференційовані тканини. Характерна Остеопластичні ерозія кістки, що є гістологічним ознакою дедіфференціровкі. Скупчення мезенхімних клітин під раневим епідермісом є головним показником формування регенераційної бластеми.
В прогресивної фазі здійснюються зростання і морфогенез. Довжина і маса регенераційної бластеми швидко збільшуються. Паралельно відбувається морфогенез кінцівки. Для завершення морфогенезу потрібен час, після закінчення якого досягається розмір нормальної кінцівки.
Стадії регенерації передньої кінцівки у тритона після ампутації на рівні плеча показані на рис. 8.29. Час, необхідний для повної регенерації кінцівки, варіюється в залежності від розміру і віку тварини, а також від температури, при якій вона протікає.
Мал. 8.29. Стадії регенерації передньої кінцівки у тритона
У молодих личинок аксолотлів кінцівку може регенерувати за 3 тижні., У дорослих тритонів і аксолотлів - за 1-2 міс., А у наземних амбістом для цього потрібно близько 1 року.
Мал. 8.30. біполярна планария
При епіморфной регенерації не завжди утворюється точна копія віддаленої структури. Таку регенерацію називають атипової. Регенерація з частковим заміщенням ампутованою структури - гіпоморфоз. Так, у дорослої шпорцевой жаби виникає шипоподібному структура замість кінцівки. Гетероморфоз - поява іншої структури на місці втраченої. Це може проявлятися у вигляді гомеозісной регенерації, що полягає в появі кінцівки на місці антен або очі у членистоногих, а також у зміні полярності структури. З короткого фрагмента пла- наріі можна стабільно отримувати біполярну планарию (рис. 8.30).
Зустрічається освіту додаткових структур, або надлишкова регенерація. Після надрізу кукси при ампутації головного відділу пла- наріі виникає регенерація двох голів або більше (рис. 8.31). Можна отримати більше пальців при регенерації кінцівки аксолотля, повернувши кінець кукси кінцівки на 180 °.
Додаткові структури є дзеркальним відображенням вихідних або регенерувати структур, поруч з якими вони розташовані (закон Бейтсона). Морфаллаксіс -
це регенерація шляхом перебудови "___
регенеруючого ділянки. прикладом рія отримана після ампута. Служить регенерація гідри з кільця, ції голови і нанесення насічок вирізаного з середини її тіла, або на куксу відновлення планарії з однієї десятої або двадцятої її частини. На поверхні рани в цьому випадку не відбувається значних формообразовательних процесів. Відрізаний шматочок стискається, клітини всередині нього перебудовуються, і виникає ціла особина зменшених розмірів, яка потім зростає. Цей спосіб регенерації вперше описав Т. Морган в 1900 р Відповідно до його описом морфаллаксіс здійснюється без мітозів. Нерідко має місце поєднання епіморфного зростання на місці ампутації з реорганізацією шляхом морфаллаксіса в прилеглих частинах тіла.
Регенераційна гіпертрофія відноситься до внутрішніх органів. Цей спосіб регенерації полягає в збільшенні розмірів залишку органу без відновлення вихідної форми. Ілюстрацією служить регенерація печінки хребетних, в тому числі ссавців. При крайовому пораненні печінки віддалена частина органу ніколи не відновлюється. Ранова поверхня заживає. У той же час всередині решти посилюється розмноження клітин (гіперплазія) і протягом двох тижнів після видалення 2/3 печінки відновлюються вихідні маса і об'єм, але не форма. Внутрішня структура печінки виявляється нормальною, часточки мають типову для них величину. Функція печінки також повертається до норми.
компенсаторна гіпертрофія полягає у змінах залишився органу при видаленні іншого. Прикладом є гіпертрофія в одній з нирок при видаленні інший або збільшення лімфатичних вузлів при видаленні селезінки.
Відновлення окремих мезодермальних тканин, таких як м'язова і скелетна, називають тканинної регенерацією. Для регенерації м'язи важливо збереження хоча б невеликих її куксою на обох кінцях, а для регенерації кістки необхідна окістя. Регенерація шляхом індукції відбувається в певних мезодермальних тканинах ссавців у відповідь на дію специфічних індукторів, які вводять всередину пошкодженої області. Цим способом вдається отримати повне заміщення дефекту кісток черепа після введення в нього кісткових тирси.
Таким чином, існує безліч різних способів або типів морфогенетичних явищ при відновленні втрачених та пошкоджених частин організму.
Вивчення регенераційних явищ стосується не тільки зовнішніх проявів. Існує цілий ряд питань, що носять проблемний характер. До них належать питання регулювання та умов, в яких протікають відновні процеси, питання походження клітин, що беруть участь в регенерації, здатності до регенерації у різних груп тварин і особливостей відновних процесів у ссавців.
Встановлено, що в кінцівці амфібій після ампутації і в процесі регенерації відбуваються реальні зміни електричної активності. При проведенні електричного струму через ампутовану кінцівку у дорослих шпорцевих жаб спостерігається
посилення регенерації передніх кінцівок. У регенерату збільшується кількість нервової тканини, з чого робиться висновок, що електричний струм стимулює вростання нервів в краю кінцівок, в нормі не регенерують.
Спроби стимулювати таким чином регенерацію кінцівок у ссавців виявилися безуспішними. Так, під дією електричного струму або при поєднанні дії електричного струму з фактором росту нервів вдавалося отримати у щура тільки розростання скелетної тканини у вигляді хрящових і кісткових мозолів, які не були схожі на нормальні елементи скелета кінцівок.
Безсумнівна регуляція регенераційних процесів з боку нервової системи. При ретельної денервации кінцівки під час ампутації епіморфная регенерація повністюпригнічується і бластема ніколи не утворюється. Були проведені цікаві досліди. Якщо нерв кінцівки тритона відвести під шкіру підстави кінцівки, то утворюється додаткова кінцівку. Якщо його відвести до основи хвоста - стимулюється утворення додаткового хвоста. Відведення нерва на бічну область ніяких додаткових структур не викликає. Ці експерименти привели до створення концепції регенераційних полів.
Було встановлено, що для ініціації регенерації вирішальним є число нервових волокон. Тип нерва ролі не грає. Вплив нервів на регенерацію зв'язується з трофічних дією нервів на тканини кінцівок.
Отримано дані на користь гуморальної регуляції регенераційних процесів. Особливо поширеною моделлю для вивчення цього є регенерує печінку. Після введення нормальним інтактним тваринам сироватки або плазми крові від тварин, які зазнали видалення печінки, у перших спостерігалася стимуляція мітотичної активності клітин печінки. Навпаки, при введенні травмованим тваринам сироватки від здорових тварин отримували зниження кількості мітозів в пошкодженій печінці.
Найважливішим компонентом гуморальної регуляції компенсаторною і регенераційної гіпертрофії є імунологічний відповідь. Не тільки часткове видалення органу, а й багато впливу викликають обурення в імунному статусі організму, поява аутоантитіл і стимуляцію процесів клітинної проліферації.
Великі розбіжності існують щодо питання про клітинних джерелах регенерації. Звідки беруться або як виникають недиференційовані клітини бластеми, морфологічно подібні до мезенхимной? Існує три припущення.
Сучасні методи дослідження не дозволяють з абсолютною достовірністю довести все три припущення. Проте абсолютно вірно, що в куксах пальців аксолотля відбувається вивільнення хондроцитов з навколишнього матриксу та міграція їх в регенераційні бластів.
Здатність до регенерації не має однозначної залежності від рівня організації, хоча давно вже було відмічено, що більш низько організовані тварини мають кращу здатність до регенерації зовнішніх органів. Це підтверджується дивовижними прикладами регенерації гідри, планарій, кільчастих хробаків, членистоногих, голкошкірих, нижчих хордових, наприклад асцидій. З хребетних найкращою регенераційної здатністю володіють хвостаті земноводні. Відомо, що різні види одного і того ж класу можуть сильно відрізнятися за здатністю до регенерації. Крім того, при вивченні здатності до регенерації внутрішніх органів виявилося, що вона значно вище у теплокровних тварин, наприклад у ссавців, у порівнянні з земноводними. регенерація у ссавців відрізняється своєрідністю. Для регенерації деяких зовнішніх органів потрібні особливі умови. Мова, вухо, наприклад, не регенерують при крайовому пошкодженні. Якщо ж нанести наскрізний дефект через всю товщу органу, відновлення йде успішно. У деяких випадках спостерігали регенерацію сосків навіть при ампутації їх по основі. Регенерація внутрішніх органів може йти дуже активно. З невеликого фрагмента яєчника відновлюється цілий орган. Про особливості регенерації печінки вже було сказано вище. Різні тканини ссавців теж добре регенерують. Є припущення, що неможливість регенерації кінцівок і інших зовнішніх органів у ссавців носить пристосувальний характер і обумовлена відбором, оскільки при активному способі життя ніжні морфогенетичні процеси ускладнювали б існування. Досягнення біології в області регенерації успішно застосовуються в медицині.