 |
Регенерация: ее виды, уровни и способы
|
|
|
|
Регенерация (от греч. regeneratiо – восстановление) – восстановление организмом утраченных структур.
Первые опыты по регенерации были проведены французским ученым Р. Реомюром в 1712 г. (он получил регенерацию клешни у речного рака); в 1740 г. швейцарский исследователь А. Трамбле описал регенерацию гидры.
Виды регенерации
Всем организмам свойственна физиологическая регенерация. В процессе жизнедеятельности происходит разрушение определенных структур и необходимое их восстановление. Например: смена хитинового покрова или линька у членистоногих, замена перьев и шерсти у птиц и млекопитающих, линька у змей, замена клеток эпителия желудочно-кишечного тракта (почти каждые сутки). Идет также обновление клеток крови. В теле человека каждую секунду погибает примерно 4 млн. эритроцитов и одновременно столько же образуется в красном костном мозге.
Физиологическая регенерация – это процесс клеточного обновления.
По регенерационной способности клетки делят на:
· лабильные (эпителий кожи и желудочно-кишечного тракта);
· стабильные (клетки печени);
· статические (нервные клетки).
Регенерация репаративная – это восстановление органов или тканей, разрушенных или утраченных при травмировании или в результате патологических изменений. Репаративная регенерация является следствием нарушения структурной целостности органа или ткани (например: восстановление хвоста у ящерицы). Физиологическая и репаративная регенерация имеют качественно единые механизмы. Любая болезнь начинается с нарушения физиологической регенерации. Как ответная реакция на это нарушение появляется репаративная регенерация.
Патологическая регенерация: образуются ткани неидентичные утраченным (на месте ожога – рубцовая ткань).
|
|
|
Уровни регенерации
1. «Низшим» уровнем регенерации является молекулярная регенерация, или биохимическая. Это обновление химических компонентов клетки, молекулярного ее состава (например, репарация молекул ДНК).
2. Следующий уровень – это субклеточная регенерация, или ультраструктурная: восстановление исходной структуры органоидов, нарушенной под влиянием патогенных факторов или функционального перенапряжения. Возможно восстановление крист митохондрий, цистерн комплекса Гольджи, регенерация целых органоидов.
3. Клеточная регенерация – это митотическое и амитотическое образование клеток вместо разрушенных (замена клеток эпителия). Одна из форм – гипертрофия клеток.
4. Тканевой и органный уровни регенерации (примеры: регенерация мышц и хвоста у ящерицы). Компенсаторная гипертрофия на органном уровне выражается в том, что разрушенный орган не восстанавливается, а растет его оставшаяся часть или происходит увеличение одного из парных органов при поражении другого (примеры: печень, почки млекопитающих).
5. Организменный уровень регенерации. Некоторые виды низших животных способны к восстановлению целого организма из небольшой его части. Например: 1/200 часть может восстановить целую гидру или 1/4500 часть тела планарии восстанавливает целый организм. Кольчатого червя можно разрезать на несколько частей, и каждая часть восстановит целый организм. По мнению Б. П. Токина (1958 г.) эти случаи представляют примеры соматического эмбриогенеза – развитие нового организма из отдельных соматических клеток или их групп. Это разновидность вегетативного размножения у животных низших ступеней организации.
Способы репаративной регенерации
Восстановление органа после нарушения его структурной целостности происходит различными способами.
|
|
|
Необходимым условием для репаративной регенерации является наличие раневой поверхности, где и происходят регенерационные процессы.
1. Эпиморфоз (надставка) – это способ регенерации, при котором утраченный орган отрастает от раневой поверхности. Клетки размножаются, образуется регенерационный зачаток. Дифференцировка его клеток восстанавливает орган. Пример: восстановление хвоста у ящерицы.
2. Морфаллаксис – это способ перестройки оставшейся части органа до начальной его формы (целые гидра и планария).
3. Эндоморфоз, или регенерационная гипертрофия, – это увеличение размеров органа после его повреждения. При удалении части печени или селезенки на раневой поверхности образуется рубцовая ткань, и удаленная часть не восстанавливается. Но разрастается масса оставшейся части и орган достигает прежних размеров.
4. Компенсаторная гипертрофия – изменения в одном из парных органов при нарушении в другом (гипертрофия одной почки при удалении другой).
Регенерация может быть типичной (восстановление конечности после ее ампутации у низших позвоночных) – она называется гомоморфоз – и атипичной (гетероморфоз).
Формы атипичной регенерации:
· гетероморфоз – на месте утраченного образуется другой орган (усик вместо глаза у рака; конечность вместо усика);
· гипотипия – неполное развитие регенерирующего органа (меньшее число пальцев на конечности);
· гиперморфоз – избыточная регенерация (большее число органов, избыток костной ткани в месте перелома);
· субституция, или полная регенерация: если в печени погибает паренхима, возможна полная регенерация, если погибает строма – формируется рубцовая ткань – плотная соединительная ткань из коллагеновых волокон.
Рубцовая ткань, или рубец, – это результат патологической регенерации ткани. Значение рубцевания – закрытие патологического очага или изоляция его от окружающих здоровых тканей.
Необходимо различать регенерацию и регенерационную способность. Например, при денервации органа (перерезка нерва) процесса регенерации может не быть, хотя регенерационная способность сохраняется. Регенерационная способность резко меняется в пределах не только одного типа или класса, но и рода, семейства, отряда. Поэтому систематическое положение животного не определяет уровень его регенерационной способности.
|
|
|
«Прогресс» в мире животных сопровождался непрерывным развитием, дифференцировкой и усложнением форм регенерационной способности.
Все членистоногие обладают способностью к регенерации глаз, усиков, частей ротового аппарата, конечностей, жаберного аппарата, у некоторых представителей – задних частей тела.
У моллюсков способны регенерировать раковина, мантия, сифон, щупальца, глаза, жабры, части головы (при сохранении церебрального ганглия).
У рыб восстанавливаются чешуи, плавники, нижние челюсти, участки стенки тела; у хвостатых амфибий – хвост, конечности, кожа, селезенка, печень, легкие, половые железы; у птиц – кожа, части клюва, мышцы, кости, части печени, яичников и семенников.
У млекопитающих способны к регенерации кожа, эпителий внутренних органов, роговица, глаза, печень, части яичников, почек, селезенки, легких, эндокринных желез.
У позвоночных регенерационная способность ограничена внутренними органами и физиологической регенерацией. Исходная форма органов часто не восстанавливается и на месте травмы (повреждения) образуется рубец.
Восстановительные процессы в центральной нервной системе и в миокарде выражаются только в форме внутриклеточной регенерации за счет увеличения массы органелл в сохранившихся клетках.
Эффективность процессов регенерации зависит от многих факторов.
У млекопитающих и человека регенерационные процессы проходят более активно в молодом возрасте, к старости они ослабляются. Тормозят процессы регенерации денервация и рентгеновские лучи. Стимулируют регенерацию нуклеиновые кислоты, гормоны, введение тканей в регенерирующий орган. Пример: «костные опилки» в случае регенерации костной ткани. При восстановлении кости свода черепа у человека вводят опилки кости, смешанные с его кровью. Через неделю эта масса растворяется, а выделяемые вещества стимулируют превращение клеток соединительной ткани в костные клетки.
|
|
|
При регенерации участков трахеи, бронхов, крупных кровеносных сосудов после их операционного иссечения применяют протезы – каркасы.
Источником регенерации органа или ткани могут служить стволовые клетки. Это – неспециализированные клетки, которые проходят ассиметричное деление при митозе – одна клетка остается стволовой, а вторая превращается в специализированную клетку определенной ткани. Кроме того, стволовые клетки способны мигрировать к зоне повреждения органа или ткани.
Механизмы регенерации связаны с появлением новых индукторов и включением новых блоков генов. Регуляция процессов регенерации – это:
- гуморальная регуляция: действие гормонов, простагландинов и других биологически активных веществ на митотическую активность клеток;
- иммунологическая регуляция, связанная с переносом лимфоцитами «регенерационной информации», которая стимулирует пролиферацию (размножение) клеток различных внутренних органов.
Проблема регенерации является частью более широкой и общей проблемы – компенсации и восстановления нарушенных функций.
2. Трансплантация органов и тканей
Трансплантация – это пересадка органов и тканей от одного организма другому. Начало трансплантации было положено в Италии, когда в 1804 году удалось провести пересадку кожи у овец. В 1818 году немецкий хирург Ф. Райзингер пересадил роговицу у кролика. В 1818-1819 годах его коллеги провели пересадку кожи у человека. В конце XIX века русскому врачу В. Г. Григорьеву удалось успешно пересадить у крольчих целый орган – яичник и положить начало новому этапу трансплантации – пересадке органов. В 1967 году американский хирург К. Барнард сделал первую пересадку сердца человеку (пациент прожил меньше месяца).
В настоящее время пересаживают почки, печень, легкие, эндокринные железы; при пластических операциях пересаживают кожу, хрящи, мышцы, сухожилия, кровеносные сосуды.
В процессе развития и совершенствования трансплантации остро встала проблема получения и консервации органов для пересадки. В 1902 году русский физиолог А. А. Кулябко оживил сердце человека через 20 часов после смерти. Ученые рассматривали возможность использования для пересадки трупного материала, оживление изолированных органов, замораживание тканей и органов (кости, хряща, роговицы глаза, костного мозга). Первая в мире пересадка почки от трупа была проведена русским хирургом В. В. Вороным в 1934 году.
Виды трансплантации
Пересаживаемый участок органа или ткани называется трансплантат. Организм, от которого берут ткань для пересадки, является донором; организм, которому пересаживают трансплантат, является реципиентом.
|
|
|
Аутотрансплантация – пересадка собственных органов и тканей, например, кожи при ожогах.
Гомо (или алло-) трансплантация: донор и реципиент является особями одного вида. Пример: переливание крови у человека.
Гетеро (или ксено-) трансплантация: донор и реципиент относятся к разным биологическим видам; в этих случаях пересаженный орган, как правило, не приживает, так как проявляется реакция тканевой несовместимости.
В 1923 году русский хирург Н. В. Соколов доказал, что трансплантат действует на организм реципиента как антиген и вызывает ответную реакцию с образованием антител. Возникает реакция отторжения, и орган не приживается.
В 1958 году французский иммунолог Ж. Доссэ выделил первый трансплантационный (лейкоцитарный) антиген – сокращенно ТЛА. В настоящее время выделено более 40 ТЛА, которые играют основную роль в реакциях тканевой несовместимости. Содержание ТЛА в разных тканях неодинаково, поэтому в зависимости от пересаживаемой ткани трансплантационный иммунитет проявляется по-разному. Реакции отторжения слабо выражены при пересадке кости и хряща, сильнее – при пересадке кожи и различных органов. Из всех органов идеальным биологическим протезом, по которому происходит восстановление собственной структуры, является кость.
Для успешной пересадки органов и тканей необходимо решить такие проблемы как предупреждение отторжения трансплантата и получение донорских органов.
Существуют следующие пути преодоления тканевой несовместимости:
1. Подбор максимально совместимой ткани среди близких родственников реципиента: а) по группам крови; б) по трансплантационным антигенам, которые содержатся, в основном, в лимфоцитах; это системы HLA (human lymphocyte antigen) и гистосовместимости тканей, связанные с рецепторами на поверхности клеток, которые узнают «свое – чужое»; их гены локализованы на коротком плече 6-й хромосомы – 6р23;
2. Подавление тканевой несовместимости иммуносупрессивными методами: удаление селезенки и тимуса (вилочковой железы), введение АЛС (антилимфоцитарной сыворотки), введение кортикостероидов и антиметаболитов, угнетающих синтез белков; одновременно подавляется и общий иммунитет, что ведет к повышению риска раковых заболеваний;
3. Действие на костный мозг и лимфоузлы рентгеновских лучей – отторжение трансплантата замедляется за счет подавления образования Т-лимфоцитов, но снижается защитная функция крови и появляется риск возникновения различных инфекций;
4. Введение реципиенту в кровь или в красный костный мозг моноклональных антител, которые узнают и разрушают антигены трансплантата.
Способы получения органов и тканей для пересадки различны. Широко применяется консервирование трупного материала: кости, кожа, хрящ, сосуды, нервы, твердая мозговая оболочка, роговица и другие. Возможно использование культивирования на специальных физиологических растворах изолированных органов (изолированные пальцы, ушные раковины, некоторые железы). В последние годы создают и применяют при трансплантации искусственные органы: клапаны сердца, электрокардиостимуляторы, протезы суставов, которые могут работать от биотоков больного.
Вероятно, наиболее перспективным может оказаться «выращивание» органов для пересадки (путем клонирования клеток человека).
Трансплантация органов и тканей у человека сталкивается с массой юридических и морально-этических проблем, когда возникает необходимость взятия трансплантата у погибшего или умершего человека, или одного из парных органов (например, почки) у близкого родственника.
|
|
|
