Репаративная, или восстановительная, регенерация возникает при различных патологических процессах, ведущих к повреждению клеток и тканей. Механизмы репаративной и физиологической регенерации в принципе едины.
Репаративная регенерация — это, по существу, усиленная физиологическая регенерация. Однако в связи с тем, что репаративная регенерация побуждается патологическими процессами, она имеет качественные морфологические отличия от физиологической. Репаративная регенерация может быть полной и неполной. Полная регенерация, или реституция, характеризуется возмещением дефекта тканью, которая идентична погибшей. Она развивается преимущественно в тех тканях, в которых преобладает клеточная регенерация. Так, в соединительной ткани, костях, коже и слизистых оболочках даже относительно крупные дефекты органа путем деления клеток могут замещаться тканью, идентичной погибшей.
При неполной регенерации, или субституции, дефект замещается соединительной тканью, рубцом. Субституция характерна для органов и тканей, в которых преобладает внутриклеточная форма регенерации, либо она сочетается с клеточной регенерацией. Поскольку регенерация предусматривает восстановление структуры, способной к выполнению специализированной функции, смысл неполной регенерации не в замещении дефекта рубцом, а в компенсаторной гиперплазии элементов оставшейся специализированной ткани, масса которой увеличивается, т. е. гипертрофируется. Из этого следует, что в процессе неполной регенерации, т. е. заживления ткани рубцом, возникает ее гипертрофия, которую называют регенерационной, в ней — биологический смысл неполной регенерации.
Регенерационная гипертрофия может осуществляться двумя путями — с помощью гиперплазии клеток или гиперплазии и гипертрофии клеточных ультраструктур, т. е. гипертрофии клеток. Восстановление исходной массы органа и его функции за счет преимущественно гиперплазии клеток происходит при регенерационной гипертрофии печени, почек, поджелудочной железы, надпочечников, легких, селезенки и др. Регенерационая гипертрофия за счет гиперплазии клеточных ультраструктур характерна для миокарда, головного мозга, т. е. тех органов, где преобладает внутриклеточная форма регенерации.
В миокарде, например, по периферии рубца, заместившего инфаркт, мышечные волокна значительно увеличиваются в размерах, т. е. гипертрофируются в связи с гиперплазией их ультраструктурных элементов. Оба пути регенерационной гипертрофии не исключают друг друга, а наоборот, нередко сочетаются. Так, при регенерационной гипертрофии печени происходит не только увеличение числа клеток в сохранившейся после повреждения части органа, но и гипертрофия их, обусловленная гиперплазией ультраструктур. Нельзя исключить того, что в мышце сердца регенерационная гипертрофия может протекать не только в виде гипертрофии волокон, но и путем увеличения числа составляющих их мышечных клеток. Восстановительный период обычно не ограничивается только тем, что в поврежденном органе развертывается репаративная регенерация.
Если патогенное воздействие прекращается до того, как наступила гибель клетки, происходит постепенное восстановление поврежденных ультраструктур. Следовательно, проявления репаративной реакции должны быть расширены за счет включения восстановительных внутриклеточных процессов в дистрофически измененных органах. Общепринятое мнение о регенерации только как о завершающем этапе патологического процесса мало оправдано. Репаративная регенерация не местная, а общая реакция организма, охватывающая различные органы, но реализующаяся в полной мере лишь в том или ином из них.
«Патологическая анатомия», А.И.Струков
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).
Выделяют типичную (гомоморфоз) и атипичную репаративную (гетероморфоз) регенерацию.
При типичной регенерации утраченная часть замещается путём развития точно такой же части. Причиной утраты может быть внешнее воздействие (например, ампутация), или же животное намеренно отрывает часть своего тела (автотомия), как ящерица, обламывающая часть своего хвоста, спасаясь от врага.
При атипичной регенерации утраченная часть замещается структурой, отличающейся от первоначальной количественно или качественно. У регенерировавшей конечности головастика число пальцев может оказаться меньше исходного, а у креветки вместо ампутированного глаза может вырасти антенна.
Восстановление утраченных органов осуществляется путем эпиморфоза, морфоллаксиса и эндоморфоза.
Эпиморфоз – отрастание утраченного органа от раневой поверхности. При этом регенерация начинается с рассасывания тканей, прилегающих к ране, и интенсивного размножения клеток, из которых образуется регенерационный зачаток. Дальнейшее размножение клеток приводит к увеличению зачатка, и дифференцировка клеток – к формированию органа. К эпиморфозу примыкает рубцевание, при котором происходит закрытие раны, но без восстановления утраченного органа.
Морфоллаксис ведет за собой перегруппировку оставшейся части организма.эта форма связана с дальнейшим значительным разрушением оставшейся части и завершается образованием из этого материала целого организма или органа. Новая особь (или восстановленный орган) сначала оказывается меньше исходной и равно лишь взятому фрагменту, но в дальнейшем увеличивается. Обычно эпиморфоз и морфоллаксис сопутствуют друг другу, но в одних случаях преобладает первая форма, в других – вторая.
Атипичная, неполная регенерация, происходящая внутри органа – эндоморфоз, или регенерационная гипертрофия – восстановление, идущее внутри органа. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. Регенерация начинается с заживления раны, а затем – увеличение оставшейся части органа за счет размножения клеток и гипертрофии. Отрастание от раневой поверхности не происходит, поэтому восстановившийся в размерах орган сохраняет форму культи. Так протекает регенерация печени у млекопитающих, трахейных жабр личинок и насекомых.
4.36.Трансплантация органов и тканей. Проблема тканевой несовместимости .
Трансплантация (позднелат. transplantatio, от transplanto – пересаживаю), пересадка тканей и органов.
Трансплантация у животных и человека – приживление органов или участков отдельных тканей для замещения дефектов, стимулирования регенерации, при косметических операциях, а также в целях эксперимента и тканевой терапии. Организм, от которого берут материал для трансплантации, называют донором, организм, которому приживляют пересаживаемый материал, – реципиентом, или хозяином.
Виды трансплантации:
Аутотрансплантация – пересадка частей в пределах одной особи.
Гомотрансплантация – пересадка от одной особи к другой особи того же вида.
Гетеротрансплантация – пересадка, при которой донор и реципиент относятся к разным видам одного рода.
Ксенотрансплантация – пересадка, при которой донор и реципиент относятся к разным родам, семействам и даже отрядам.
Все виды трансплантации, противопоставляемые аутотрансплантации, называются аллотрансплантацией.
Трансплантируемые ткани и органы. В клинической трансплантологии наибольшее распространение получила аутотрансплантация органов и тканей, т.к. при этом виде пересадок отсутствует тканевая несовместимость. Более часто проводят трансплантации кожи, жировой ткани, фасций (соединительная ткань мышц), хряща, перикарда, костных фрагментов, нервов.
В реконструктивной хирургии сосудов широко применяется трансплантация вен, особенно большой подкожной вены бедра. Иногда для этой цели используют резецированные артерии – внутреннюю подвздошную, глубокую артерию бедра.
Примером органной аутотрансплантации является пересадка почки, которую проводят при протяженных стенозах (сужениях) мочеточника или с целью экстракорпоральной реконструкции сосудов ворот почки.
Особый вид аутотрансплантации – переливание собственной крови больного при кровотечениях или преднамеренной эксфузии (изъятия) крови из кровеносного сосуда больного за 2-3 суток перед операцией с целью ее инфузии (введения) ему же во время оперативного вмешательства. Массовым является переливание аллогенной крови (крови братьев, сестер или родителей) и ее компонентов.
ТКАНЕВАЯ НЕСОВМЕСТИМОСТЬ, иммунная реакция организма, направленная против чужеродных клеток (тканей) и вызванная различиями их антигенного состава. В основе механизма несовместимости тканей лежит реакция антител организма-хозяина на антигены клеточных мембран пересаживаемой или вводимой ткани. Результаты тканевой несовместимости – отторжение пересаженной ткани или органа, осложнения при переливании крови и беременности. Для преодоления этих последствий при подборе пары донор – реципиент учитывают их совместимость по антигенному составу ткани и группам крови. После пересадки реципиенту назначают иммунодепрессанты, подавляющие активность иммунных клеток и образование антител.
Репаративная регенерация возникает, когда в организме происходит повреждение и гибель клеток и тканей. Репаративная регенерация широко распространена, но способность к ней выражена не одинаково у различных животных. Есть организмы, у которых регенерационные способности настолько велики, что из части тела или даже из отдельных клеток развивается целый организм (имеет место соматический эмбриогенез).
Репаративная, или восстановительная, регенерация может быть типичной (гомоморфоз) и атипичной (гетероморфоз). При гомоморфозе восстанавливается такой же орган, как и утраченный. При гетероморфозе восстановленные органы отличаются от типичных. Изучение гетероморфоза важно для изучения факторов, влияющих на регенерацию, что необходимо для управления процессом воостановления утраченных органов.
Восстановление утраченных органов осуществляется путем эпиморфоза, морфаллаксиса и эндоморфоза.
Эпиморфоз - отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Процесс регенерации при этом начинается с рассасывания тканей, прилегающих к ране, и интенсивного размножения клеток, из которых образуется регенерационный зачаток. Дальнейшее размножение клеток приводит к увеличению зачатка, а дифференцировка клеток - к формированию органа.
К эпиморфозу примыкает рубцевание, при котором происходит закрытие ран, но без восстановления утраченного органа.
Морфаллаксис влечет за собой перегруппировку оставшейся части организма. Эта форма регенерации нередко связана с дальнейшим значительным разрастанием оставшейся части и завершается образованием из этого материала целого организма или органа. Новая особь, или восстановленный орган, сначала оказывается меньше исходной и равна лишь взятому фрагменту, но в дальнейшем увеличивается.
Обычно эпиморфоз и морфаллаксис сопутствуют друг другу, но в одних случаях преобладает первая форма, в других - вторая. Так, при отрастании хвоста у ящерицы или гидры, ноги таракана - морфаллаксис, ноги у тритона имеет место преимущественно эпиморфоз. Регенерация, происходящая внутри органа, получила название эндоморфоза, или регенерационной гипертрофии. Эндоморфоз - это восстановление, идущее внутри органа. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. Регенерация по типу эндоморфоза начинается с заживления раны, а затем происходит увеличение оставшейся части органа за счет размножения клеток и их гипертрофии. Отрастание от раневой поверхности не происходит, поэтому восстановившийся в размерах орган сохраняет форму культи. Так протекает регенерация печени у млекопитающих.
В некоторых случаях наблюдается патологическая регенерация: при этом происходит разрастание тканей, не идентичных здоровым тканям в этом органе. Например, на месте глубоких ожогов может быть массивное разрастание плотной соединительной рубцовой ткани, а нормальная структура не восстанавливается.
После перелома кости при отсутствии совмещения обломков ее нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань, образуя ложный сустав.
Репаративная регенерация в различных тканях проявляется по-разному. В соединительной ткани, коже, слизистых оболочках после повреждения происходит интенсивное размножение клеток и восстановительной ткани, подобной утраченной. Это - полная регенерация (реституция). В случае неполного восстановления ткани говорят о субституции.
Регенерация хрящевой ткани осуществляется за счет камбиальных элементов надхрящницы. Однако новообразование и полное восстановление, в отличие от кости, может происходить только при небольших дефектах.
Нервные клетки вскоре после рождения теряют способность делиться митозом; способностью к регенерации обладают периферические нервы - отростки нервных волокон. При ранении периферический отрезок подвергается дегенерации, но сохраняются клетки его оболочки, они размножаются и образуют русло, по которому растет центральный отрезок. Поэтому хирурги сшивают рассеченные нервы. Если концы перерезанного нерва не соединить, то на месте перерыва образуется рубец с вросшими в него беспорядочно располагающимися нервными отростками. Это не приводит к восстановлению нервного волокна, но рубцовая ткань приобретает болезненную чувствительность. Это также патологическая регенерация. Она характеризуется часто избыточным разрастанием тканей или перехода одного типа тканей в другой (метаплазия). Патологическая регенерация может быть вызвана и нарушениями гормональной регуляции, например разрастанием хрящевой ткани при акромегалии.
Процесс регенерации происходит во многих внутренних органах после различных патологических процессов (воспалительные процессы вирусного и бактериального происхождения) а также после каких-либо эндогенных нарушений. Известно, что мышечная ткань сердца очень чувствительна к недостатку кислорода. При нарушении кровоснабжения, какого-либо участка миокарда в мышечных волокнах сравнительно быстро появляются вначале микроскопические мелкоочаговые участки распада миофибрилл, а затем и более крупные некротические очаги (инфаркт). В этом случае после фазы лейкоцитарной реакции происходит размножение клеток соединительной ткани, которая как бы замещает дефект, закрывает его, происходит рубцевание. Строго говоря, в данном случае регенерация миокарда является атипичной, так как в этом месте, где раньше была мышечная ткань, развивается соединительно-тканый рубец. Однако в результате происходит более или менее полная компенсация, степень её зависит от обширности поражения, применяемого лечения и от общего состояния организма.
Основой регенерации являются молекулярно-генетические механизмы и внутриклеточные механизмы: редупликация ДНК, синтез белка, накопление АТФ, митоз. Изучение процесса регенерации привело к установлению факта, что регенерирующие ткани в известной степени приближаются к эмбриональным. В обоих случаях клетки малодифференцированны, имеется и биохимическое сходство. Эти изменения клеток регенерата в сторону, близкую к эмбриональным, можно объяснить следующим образом. Каждая соматическая клетка имеет полный набор клеток. В дифференцированных клетках разных тканей активны определенные гены, программирующие синтез специфических белков, все остальные гены репрессированные, неактивны. При регенерации прекращается синтез специфических белков (дедифференцировка). Это связано с тем, что происходит активизация тех генов, которые были активны в эмбриональном периоде.
Регенерация. Общая характеристика. Типы.
Регенерация – процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. Различают два вида регенерации: физиологическая и репаративная. Объем повреждения и последующее восстановление бывают различными. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части, например, у губок и кишечнополостных. Известны примеры восстановления больших участков организма, состоящих из комплекса органов, например, восстановление ротового конца у гидры, морской звезды из одного луча. Широко распространена регенерация отдельных органов, например, конечности у тритона, хвоста у ящерицы, глаз у членистоногих.
Физиологическая регенерация - процесс обновления функционирующих структур организма. Особенно интенсивно этот процесс протекает у теплокровных позвоночных. Ее значение особенно велико для «вечных тканей», утративших способность к регенерации путем деления клеток, например, нервной ткани. Примерами физиологической регенерации являются обновления эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой оболочки кишечника, клеток крови, костного мозга и пр.
Репаративная регенерация наступает после повреждения ткани или органа. Она очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Повреждающими факторами являются механические травмы, действие ядов, ожоги, обморожения, лучевые воздействия, голодание, действие бактерий. Объем повреждения и последующее восстановление бывают различными. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части. Например, у губок и кишечнополостных - гидры, морской звезды из одного луча восстанавливается весь организм. Широко распространена регенерация отдельных органов, например, конечности у тритона, хвоста у ящерицы, глаз у членистоногих.
Способы репаративной регенерации.
Существуют несколько способов репаративной регенерации.
1.Заживление эпителиальных ран (у млекопитающих; когда поверхность раны заживает с образованием корки).
2.Эпиморфоз - отрастание нового органа от ампутационной поверхности. Выделяют регрессивную и прогрессивную фазы эпиморфоза. Для первой характерны заживление раны и разрушение поврежденных структур. Прогрессивная фаза сопровождается процессами роста и морфогенеза. При эпиморфозе не всегда образуется точная копия удаленной структуры. Такую регенерацию называют атипичной . Есть несколько разновидностей атипичной регенерации. Гипоморфоз – регенерация с частичным замещением ампутированной структуры. Например, у взрослой шпорцевой лягушки возникает шиповидная структура вместо конечности. Гетероморфоз – появление иной структуры на месте утраченной. Например, у членистоногих на месте антенны могут развиться конечность или глаз. Встречается образование дополнительных структур, или избыточная регенерация . Например, после надреза культи при ампутации головного отдела планарии возникает образование двух голов или более.
3. Морфаллаксис - регенерация путем перестройки регенерирующего участка. Пример – восстановление целой планарии из 1/20 ее части. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь уменьшенных размеров, которая затем растет.
4.Регенерационная гипертрофия . Заключается в увеличении размеров остатка органа без восстановления исходной формы. Пример – регенерация печени млекопитающих. При краевом ранении печени удаленная часть органа никогда не восстанавливается. При этом внутри оставшейся части усиливается размножение клеток и в течение двух недель после удаления 2/3 печени восстанавливаются исходные масса и объем, но не форма.
5.Компенсаторная гипертрофия - изменения в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. Например, гипертрофия (усиленная работа) в одной из почек при удалении другой или увеличение лимфоузлов при удалении селезенки.
6.Восстановление отдельных тканей (мышечной и скелетной) - тканевая регенерация . Для регенерации мышцы важно сохранение хотя бы небольших ее культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница.
7.Регенерация путем индукции происходит в определенных мезодермальных тканях в ответ на действие специфических индукторов, которые вводят внутрь поврежденной области. Например, происходит замещение дефекта костей черепа человека после введения в него костных опилок.
Регуляция регенерационных процессов осуществляется при участи нервной системы. Имеются также данные в пользу гуморальной регуляции регенерационных процессов. Например, после введения нормальным животным плазмы крови от животных с удаленной печенью, у первых наблюдалась стимуляция митотической активности клеток печени.
Зависимость способности к регенерации от уровня организации животного не выявлена, хотя замечено, что более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов, например, гидры, планарии, кольчатые черви, иглокожие. Из позвоночных наилучшей регенерационной способностью обладают хвостатые земноводные. Способность же к регенерации внутренних органов выше у теплокровных животных. У человека может регенерировать эпителиальная, мышечная, соединительная ткани, периферические нервы. Чаще всего регенерация у млекопитающих приводит к заживлению ран, что препятствует проникновению болезнетворных микробов в организм. Знание процессов регенерации необходимо в хирургической практике.
