Регенерация органов и тканей, её виды
Регенерация – процесс восстановления утраченных или поврежденных тканей или органов.
Различают два вида регенерации:
Физиологическую
Репаративную
Физиологическая регенерация проявляется в восстановлении клеток, тканей отмирающих в процессе нормальной жизнедеятельности организма.
Например, непрерывно отмирают форменные элементы крови – эритроциты, лейкоциты, в органах кроветворения восполняется убыль этих клеток.
Все время отторгаются с поверхности кожи ороговевшие клетки эпидермиса, непрерывно происходит их восстановление.
К физиологической регенерации относят смену волос, замену молочных зубов постоянными.
Репаративная регенерация (греч. – починка) проявляется в восстановлении тканей или органов, утраченных при повреждении.
Репаративная регенерация лежит в основе заживления ран, срастания костей после переломов. Репаративная регенерация происходит после ожогов.
Существуют следующие способы репаративной регенерации:
1. Эпителизация
2. Эпиморфоз
3. Морфаллаксис
4. Эндоморфоз (или гипертрофия)
Эпителизация – заживление эпителиальных ран. Регенерация идёт от раневой поверхности.
Раневая поверхность высыхает с образованием корки. Эпителий по краю раны утолщается за счет увеличения объема клеток и расширения межклеточных пространств. Образуется сгусток фибрина. Вглубь раны мигрируют эпителиальные клетки, обладающие фагоцитарной активностью. Наблюдается вспышка митозов. Эпителиальные клетки с боков раны врастают под неживую некротическую ткань, отделяет корку, покрывающую рану.
Эпиморфоз – способ регенерации, который заключается в отрастании нового органа от ампутированной поверхности. Регенерация идёт от раневой поверхности.
Эпиморфная регенерация может быть типичной, если восстановившийся после ампутации орган не отличается от неповрежденного. Атипичной, когда восстановившийся орган по форме или структуре отличается от нормального. Примером типичной регенерации служит восстановлении конечности у аксолотля после ампутации. Аксолотль (класс земноводные) – личинка амбистомы – объект экспериментальной биологии.
Примером атипичной регенерации служит регенерация конечности у некоторых видов ящериц. В результате образуется вместо конечности хвостообразный придаток.
К атипичной регенерации относят гетероморфоз. Например, при удалении глаза вместе с нервным узлом у основания глаза регенерирует членистая конечность.
Морфаллаксис – регенерация путем перестройки регенерирующего участка – после ампутации орган или организм регенерирует, но меньшего размера.
Примером служит регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела или восстановление из одной десятой или двадцатой части.
Обычно регенерационные процессы происходят в области раневой поверхности.
Но есть особые формы регенерации – это эндоморфоз (гипертрофия ), который имеет две формы:
Регенерационная гипертрофия,
Компенсаторная гипертрофия.
Регенерационная гипертрофия – увеличение размера остатка органа без восстановления исходной формы (увеличивается размер, но не форма)
Если у крысы удалить значительную часть печени или селезенки, раневая поверхность заживает. Внутри оставшегося участка начинается интенсивная пролиферация клеток. Объем печени увеличивается, функция печени возвращается к норме.
Компенсаторная гипертрофия - изменение в одном органе при нарушении в другом, относящегося к той же системе органов.
Если у кролика удалить одну почку, то вторая получает повышенную нагрузку. Это вызывает ее разрастание, при этом объем ее удваивается.
Компенсаторная гипертрофия не является репаративной регенерацией, т.к. разрастается неповрежденный орган. Однако она рассматривается как восстановительный процесс системы органов выделения в целом.
Регенерация не может рассматриваться как местная реакция. Она является процессом, в котором участвует организм как целое. Особенно большое значение имеет нервная регуляция. Регенерация происходит в том случае, если не нарушена иннервация. Одни внешние факторы тормозят, другие стимулируют восстановительные процессы.
Каждый орган и ткань имеет особые условия и закономерности регенерации. В ряде случаев регенерация протекает успешно при использовании специальных протезов стекла, пластмассы, металла. Применяя протезы, удалось получить регенерацию трахеи, бронхов, крупных кровеносных сосудов. Протез служит каркасом, по которому разрастается эндотелий сосуда. В проблеме регенерации много нерешенных вопросов. Например, ухо, язык не регенерирует при краевом повреждении, а при повреждении через толщу органа восстановление идёт успешно.
Трансплантация
Трансплантация – это приживления и развитие пересаженных тканей на новом месте.
Организм, от которого берут материал для пересадки, называют донором, а тот, которому производят пересадку – реципиентом. Пересаживаемую ткань или орган называют трансплантатом.
Различают:
1. Аутотрансплантацию.
2. Гомотрансплантацию (аллотрансплантацию).
3. Гетеротрансплантацию (ксенотрансплантацию)
При аутотрансплантации донор и реципиент – один и тот же организм, трансплантат берут с одного места и пересаживают на другое. Этот вид пересадки широко используют в восстановительной хирургии. Например, при обширных повреждениях лица используется кожа руки или живота того же больного. Путем аутотрансплантации создают искусственный пищевод, прямую кишку.
При алло- или гомотрансплантации донор и реципиент – различные особи одного и того же вида. У человека и высших животных успех гомотрансплантации зависит от антигенной совместимости тканей донора и реципиента. Если ткани донора содержат чужеродные реципиенту вещества – антигены, то они вызывают образование в организме реципиента иммунных антител. Антитела реципиента реагируют с антигенами трансплантата и вызывают изменения структуры и функции антигена и чужеродной ткани, отторжения, значит, ткани иммунологически несовместимы. Примером аллотрансплантации у человека – переливание крови.
При гетеротрансплантации донор и реципиент – животные разных видов. У беспозвоночных возможно приживление. У высших животных при пересадках такого рода трансплантат, как правило, рассасывается.
В настоящее время ученые и медики работают над проблемой подавления иммунной реакции отторжения, преодоления иммунологической несовместимости. Большое значение имеет иммунологическая толерантность (терпимость) к чужеродным клеткам.
В настоящее время существует несколько способов, которые позволяют предотвращать отторжение трансплантата:
Подбор наиболее совместимого донора
Облучение рентгеновскими лучами иммунной системы костного мозга и лимфатических тканей. Облучение подавляет образование лимфоцитов и таким образом замедляется процесс отторжения.
Использование иммунодепрессантов, т.е. веществ которые не просто подавляли иммунитет, а избирательно, специфически подавляли именно иммунитет трансплантационный, сохраняя функцию защиты от инфекций. В настоящее время ведется поиск специфических иммунодепрессантов. Есть примеры жизни больных с пересаженными почками, печенью, поджелудочной железы.
Ученые давно пытаются понять, каким образом земноводные - например, тритоны и саламандры - регенерируют оторванные хвосты, конечности, челюсти. Более того, у них восстанавливаются и поврежденное сердце, и глазные ткани, и спинной мозг. Способ, применяемый земноводными для саморемонта, стал понятен, когда ученые сравнили регенерацию зрелых особей и эмбрионов. Оказывается, на ранних стадиях развития клетки будущего существа незрелы, их участь вполне может измениться.Это показали эксперименты над эмбрионами лягушек. Когда эмбрион имеет всего лишь нескольких сотен клеток, из него можно вырезать часть ткани, которой уготована участь стать шкурой, и поместить ее в область мозга. И эта ткань станет частью мозга. Если же подобная операция производится с более зрелым эмбрионом, то из клеток кожи все равно развивается кожа - прямо посреди мозга. Потому что судьба этих клеток уже предопределена.
Для большинства организмов клеточная специализация, из-за которой одна клетка становится клеткой иммунной системы, а другая, скажем, частью шкурки - это дорога с односторонним движением, и клетки придерживаются своей "специализации" до самой смерти.
А клетки земноводных умеют обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда предназначение могло измениться. И если тритон или саламандра потеряли лапу, на поврежденном участке тела клетки костей, шкуры и крови становятся клетками без отличительных признаков. Вся эта масса вторично "новорожденных" клеток (ее называют бластемой) начинает усиленно делиться. И в соответствии с нуждами "текущего момента" становиться клетками костей, шкуры, крови... Чтобы стать в конце процесса регенерации новой лапой. Лучше прежней.
Регенерация тканей у человека
А как у человека? Известно только два вида клеток, которые могут регенерировать, - это клетки крови и клетки печени. Но здесь принцип регенерации иной. Когда эмбрион млекопитающего развивается, немножко клеток остается в стороне от процесса специализации. Это - стволовые клетки. Они обладают способностью пополнять запасы крови или отмирающих клеток печени. Костный мозг тоже содержит стволовые клетки, которые могут становиться мышечной тканью, жиром, костями или хрящами - в зависимости от того, какие питательные вещества им даются. По крайней мере в кюветах.Если ввести клетки костного мозга в кровь мыши с поврежденными мышцами, эти клетки собираются в месте повреждения и выправляют его. Впрочем, что верно для мыши, неприменимо к человеку. Увы, мышечные ткани взрослого человека не восстанавливаются.
Есть ли шансы на то, что человеческое тело обретет способность регенерировать недостающие части? Или подобное остается уделом научной фантастики?
Регенерация у млекопитающих
Совсем недавно ученые твердо знали, что млекопитающие не могут регенерировать. Все изменилось совершенно неожиданно и, как часто бывает в науке, совершенно случайно. Иммунолог Элен Хебер-Кац из Филадельфии однажды дала своему лаборанту обычное задание: проколоть уши лабораторным мышам, чтобы нацепить им ярлычки. Через пару недель Хебер-Кац пришла к мышам с готовыми ярлычками, но... не нашла в ушках дырочек. Естественно, доктор устроила выволочку своему лаборанту и, невзирая на его клятвы, сама взялась за дело. Прошло несколько недель - и изумленному взору ученых предстали чистейшие мышиные ушки без всякого намека на заживленную ранку.Этот странный случай заставил Хербер-Кац сделать совершенно невероятное предположение: а что если мыши просто регенерировали ткани и хрящи для заполнения ненужных им дырок? При пристальном рассмотрении выяснилось, что в поврежденных участках ушей присутствует бластема - такие же неспециализированные клетки, как у земноводных. Но мыши -млекопитающие, они не должны бы иметь такие способности...
А как другие части тела? Доктор Хебер-Катц отрезала мышкам кусочек хвоста и... получила 75-процентную регенерацию!
Возможно, вы ждете, что сейчас я расскажу, как доктор отрезала мышиную лапку... Напрасно. Причина очевидна. Без прижигания мышь просто умрет от большой потери крови - задолго до того, когда начнется (если вообще начнется) регенерация
потерянной конечности. А прижигание исключает появление бластемы. Так что полный список регенерационных способностей катцевских мышей выяснить не удалось. Однако и это уже немало.
Но только, бога ради, не режьте хвосты своим домашним мышам! Потому что в филадельфийской лаборатории живут особенные питомцы - с поврежденной иммунной системой. И вывод из своих опытов Хебер-Катц сделала такой: регенерация присуща только животным с уничтоженными Т-клетками (клетками иммунной системы).
А у земноводных, кстати, вообще нет никакой иммунной системы. Значит, именно в иммунной системе и коренится разгадка этого феномена. Млекопитающие имеют такие же необходимые для регенерации тканей гены, как и земноводные, но Т-клетки не позволяют этим генам работать.
Доктор Хебер-Катц полагает, что организмы первоначально имели два способа исцеления от ран - иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции обе системы стали несовместимы друг с другом - и пришлось выбирать. Хотя регенерация
может на первый взгляд показаться лучшим выбором, Т-клетки для нас - насущней. Ведь они - основное оружие организма против опухолей. Что толку быть способным отращивать себе заново потерянную руку, если одновременно в организме будут бурно развиваться раковые клетки?
Получается, что иммунная система, защищая нас от инфекций и рака, одновременно подавляет наши способности к "саморемонту".
Дорос Платика, глава бостонской компании Ontogeny, уверен, что однажды мы сможем запустить процесс регенерации, даже если и не поймем все его детали до конца. Наши клетки хранят в себе врожденную способность отращивать новые части тела, точно так, как они это делали в процессе развития плода. Инструкция по выращиванию новых органов записана в ДНК каждой из наших клеток, нам просто нужно заставить их "включить" свою способность, а дальше процесс сам позаботится о себе.
Специалисты Ontogeny работают над созданием средств, включающих регенерацию. Первое - уже готово и, возможно, скоро будет разрешено к продаже в Европе, США и Австралии. Это - фактор роста под названием OP1, он стимулирует рост новой костной ткани. OP1 поможет при лечении сложных переломов, когда две части сломанной кости сильно не совпадают друг с другом и потому не могут срастись. Часто в таких случаях конечность ампутируют. Но OP1 стимулирует костную ткань так, что она начинает расти и заполняет собой промежуток между частями сломанной кости.
Все, что нужно сделать врачам, - это подать сигнал, чтобы костные клетки "росли", а тело само знает, сколько нужно костной ткани и где. Если такие сигналы роста найти для всех типов клеток, отрастить новую ногу можно будет при помощи нескольких инъекций.
Подводные камни регенерации
Правда, на пути к столь светлому будущему есть пара ловушек. Во-первых, стимулирование клеток к регенерации может привести к возникновению рака. Земноводные, не имеющие иммунной защиты, как-то иначе защищены от рака - вместо опухолей у них вырастают новые части тела. Но клетки млекопитающих так легко поддаются бесконтрольному обвальному делению...Другая ловушка - это проблема времени. Когда у эмбрионов начинают расти конечности, химические вещества, диктующие форму новой конечности, легко распространяются по крошечному телу. У взрослых людей расстояния значительно больше. Можно решить эту проблему, сформировав очень маленькую конечность, и затем начать ее выращивать. Именно так и поступают тритоны. Для выращивания новой конечности им требуется всего пара месяцев, но мы-то ведь немного больше. Сколько времени потребуется человеку, чтобы вырастить новую ногу до нормального размера? Лондонский ученый Джереми Брокс считает, что не меньше 18 лет...
А вот Платика более оптимистичен: "Я не вижу причины, по которой нельзя отрастить новую ногу за считанные недели или месяцы".Так когда же врачи смогут предложить инвалидам новую услугу - отращивание новых ног и рук? Платика говорит, что через пять лет.
Регенерация в стоматологии
Неправдоподобно? Но ведь если бы пять лет назад кто-то сказал, что будут клонировать человека, никто бы ему не поверил... Но потом была овечка Долли. А сегодня мы, забыв об удивительности самой этой операции, обсуждаем совсем другую проблему - имеют ли право правительства остановить научный поиск? И принудить ученых искать для уникального эксперимента клочок экстерриториального океана? Хотя существуют и совершенно неожиданные ипостаси. Например стоматология. Хорошо бы если потерянные зубы отрастали... Этого и добились японские ученые.Система их лечения, по информации ИТАР-ТАСС, основана на генах, которые отвечают за рост фибропластов - тех самых тканей, что растут вокруг зубов и держат их. Как сообщают ученые, сначала они проверили свой метод на собаке, у которой предварительно развили тяжелую форму парадонтоза. Когда все зубы выпали, пораженные участки обработали веществом, в состав которого входят эти самые гены и агар-агар - кислотная смесь, обеспечивающая питательную среду для размножения клеток. Спустя шесть недель у пса прорезались клыки. Такой же эффект наблюдался у обезьяны со стесанными до основания зубами. По словам ученых, их метод намного дешевле протезирования и впервые позволяет вернуть в прямом смысле свои зубы огромному числу людей. Особенно если учесть, что после 40 лет склонность к пародонтозу возникает у 80 процентов населения планеты.
Под регенерацией понимается способность организмов восстанавливать свои поврежденные ткани, и даже иногда целые органы. Кроме того, в определение данного понятия входит восстановление организма в целом из его фрагмента, который был отделен искусственно. Примером такой регенерации может служить восстановление гидры из диссоциированных клеток или маленького фрагмента тела.
Также регенерация может рассматриваться в качестве восстановления утраченных частей организмом на какой-либо стадии жизненного цикла. Такое восстановление происходит в результате утраты какого-либо органа или его части. В данном случае имеет место репаративная регенерация . Она бывает типичной и атипичной . Первый вид характеризуется замещением утраченной части точно такой же. Причиной потери части тела может быть внешнее воздействие, , к примеру. При атипичной регенерации происходит замещение утраченной части тела другой, которая отличается от первоначальной качественно или количественно.
Физиологическая регенерация – это регенерация, которая происходит в течение всей нормальной жизнедеятельности организма, и при этом она не связана с утратой, повреждением или угрозой. Примером физиологической регенерации может служить постоянное обновление кожи, а именно ее наружного слоя. Кроме того, к хорошей регенерации способны ногти и волосы, как производные кожи. Восстановление костной ткани после переломов также обеспечивается способностью к самовосстановлению. При утрете участка поджелудочной или щитовидной железы, печени (до 70%), клетки этих органов начинают активно делиться, в результате чего наступает восстановление размеров органа, которые были первоначально. Данной способностью обладают и нервные клетки. Даже кончики пальцев при определенных условиях способны самовосстанавливаться. Физиологическая регенерация бывает клеточной , когда восстановление происходит за счет дифференцированных или камбиальных клеток, и внутриклеточной – за счет обновления органелл. Восстановление каждой отдельной ткани характеризуется специфическими особенностями на субклеточном и клеточном уровнях.
Необходимость в физиологической регенерации возникает благодаря тому, за время жизни в тканях организма происходят процессы, связанные с отмиранием и изнашиванием клеток. Данные процессы получили название физиологической дегенерации . Замена таких клеток новыми как раз и обеспечивается физиологической ренегерацией. Каждый организм на протяжении его жизни проходит через массу процессов обновления и восстановления.
Термин «регенарция» впервые был предложен французским ученым Реомюром в 1712 году.
РЕГЕНЕРАЦИЯ
восстановление организмом утраченных частей на той или иной стадии жизненного цикла. Регенерация обычно происходит в случае повреждения или утраты какого-нибудь органа или части организма. Однако помимо этого в каждом организме на протяжении всей его жизни постоянно идут процессы восстановления и обновления. У человека, например, постоянно обновляется наружный слой кожи. Птицы периодически сбрасывают перья и отращивают новые, а млекопитающие сменяют шерстный покров. У листопадных деревьев листья ежегодно опадают и заменяются свежими. Такую регенерацию, обычно не связанную с повреждениями или утратой, называют физиологической. Регенерацию, происходящую после повреждения или утраты какой-либо части тела, называют репаративной. Здесь мы рассмотрим только репаративную регенерацию. Репаративная регенерация может быть типичной или атипичной. При типичной регенерации утраченная часть замещается путем развития точно такой же части. Причиной утраты может быть внешнее воздействие (например, ампутация), или же животное намеренно отрывает часть своего тела (аутотомия), 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.
РЕГЕНЕРАЦИЯ У ЖИВОТНЫХ
Способность к регенерации широко распространена среди животных. Вообще говоря, низшие животные чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения.
Некоторые близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у дождевого червя из небольшого кусочка тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки неспособны восстановить один утраченный орган. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит. Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У губок, гидроидных полипов, плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок, иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клетки отделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода "узнавание" на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трех разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны "узнавать" в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трем исходным.
Ленточный червь, длина которого во много раз превышает его ширину, способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации 200 000 новых червей. Из одного луча морской звезды может регенерировать целая звезда.
Моллюски, членистоногие и позвоночные не способны регенерировать целую особь из одного фрагмента, однако у многих из них происходит восстановление утраченного органа. Некоторые в случае необходимости прибегают к аутотомии. Птицы и млекопитающие как эволюционно наиболее продвинутые животные меньше других способны к регенерации. У птиц возможно замещение перьев и некоторых частей клюва. Млекопитающие могут восстанавливать покров, когти и частично печень; они способны также к заживлению ран, а олени - к отращиванию новых рогов взамен сброшенных.
Процессы регенерации. В регенерации у животных участвуют два процесса: эпиморфоз и морфаллаксис. При эпиморфической регенерации утраченная часть тела восстанавливается за счет активности недифференцированных клеток. Эти клетки, похожие на эмбриональные, накапливаются под пораненным эпидермисом у поверхности разреза, где они образуют зачаток, или бластему. Клетки бластемы постепенно размножаются и превращаются в ткани нового органа или части тела. При морфаллаксисе другие ткани тела или органа непосредственно преобразуются в структуры недостающей части. У гидроидных полипов регенерация происходит главным образом путем морфаллаксиса, а у планарий в ней одновременно участвуют и эпиморфоз, и морфаллаксис. Регенерация путем образования бластемы широко распространена у беспозвоночных и играет особенно важную роль в регенерации органов у амфибий. Существует две теории происхождения бластемных клеток: 1) клетки бластемы происходят из "резервных клеток", т.е. клеток, оставшихся неиспользованными в процессе эмбрионального развития и распределившихся по разным органам тела; 2) ткани, целостность которых была нарушена при ампутации, "дедифференцируются" в области разреза, т.е. дезинтегрируются и превращаются в отдельные бластемные клетки. Таким образом, согласно теории "резервных клеток", бластема образуется из клеток, остававшихся эмбриональными, которые мигрируют из разных участков тела и скапливаются у поверхности разреза, а согласно теории "дедифференцированной ткани", бластемные клетки происходят из клеток поврежденных тканей. В подтверждение как одной, так и другой теории имеется достаточно данных. Например, у планарий резервные клетки более чувствительны к рентгеновским лучам, чем клетки дифференцированной ткани; поэтому их можно разрушить, строго дозируя облучение, чтобы не повредить нормальные ткани планарии. Облученные таким образом особи выживают, но утрачивают способность к регенерации. Однако если только переднюю половину тела планарии подвергнуть облучению, а затем разрезать, то регенерация происходит, хотя и с некоторой задержкой. Задержка свидетельствует о том, что бластема образуется из резервных клеток, мигрирующих на поверхность разреза из необлученной половины тела. Миграцию этих резервных клеток по облученной части тела можно наблюдать под микроскопом. Сходные эксперименты показали, что у тритона регенерация конечностей происходит за счет бластемных клеток местного происхождения, т.е. за счет дедифференцировки поврежденных тканей культи. Если, например, облучить всю личинку тритона, за исключением, скажем, правой передней конечности, а затем ампутировать эту конечность на уровне предплечья, то у животного отрастает новая передняя конечность. Очевидно, что необходимые для этого бластемные клетки поступают именно из культи передней конечности, так как все остальное тело подверглось облучению. Более того, регенерация происходит даже в том случае, если облучают всю личинку, за исключением участка шириной 1 мм на правой передней лапке, а затем последнюю ампутируют, производя разрез через этот необлученный участок. В этом случае совершенно очевидно, что бластемные клетки поступают с поверхности разреза, поскольку все тело, включая правую переднюю лапку, было лишено способности к регенерации. Описанные процессы анализировали с применением современных методов. Электронный микроскоп позволяет наблюдать изменения в поврежденных и регенерирующих тканях во всех деталях. Созданы красители, выявляющие определенные химические вещества, содержащиеся в клетках и тканях. Гистохимические методы (с применением красителей) дают возможность судить о биохимических процессах, происходящих при регенерации органов и тканей.
Полярность. Одна из самых загадочных проблем в биологии - происхождение полярности у организмов. Из шаровидного яйца лягушки развивается головастик, у которого с самого начала на одном конце тела находится голова с головным мозгом, глазами и ртом, а на другом - хвост. Подобным же образом, если разрезать тело планарии на отдельные фрагменты, на одном конце каждого фрагмента развивается голова, а на другой - хвост. При этом голова всегда образуется на переднем конце фрагмента. Эксперименты ясно показывают, что у планарии существует градиент метаболической (биохимической) активности, проходящий по передне-задней оси ее тела; при этом наивысшей активностью обладает самый передний конец тела, а в направлении к заднему концу активность постепенно снижается. У любого животного голова всегда образуется на том конце фрагмента, где метаболическая активность выше. Если направление градиента метаболической активности в изолированном фрагменте планарии изменить на противоположное, то и формирование головы произойдет на противоположном конце фрагмента. Градиент метаболической активности в теле планарий отражает существование какого-то более важного физико-химического градиента, природа которого пока неизвестна. В регенерирующей конечности тритона полярность новообразуемой структуры, по-видимому, определяется сохранившейся культей. По причинам, которые еще остаются неясными, в регенерирующем органе формируются только структуры, расположенные дистальнее раневой поверхности, а те, что расположены проксимальнее (ближе к телу), не регенерируют никогда. Так, если ампутировать кисть тритона, а оставшуюся часть передней конечности вставить обрезанным концом в стенку тела и дать этому дистальному (отдаленному от тела) концу прижиться на новом, необычном для него месте, то последующая перерезка этой верхней конечности вблизи плеча (освобождающая ее от связи с плечом) приводит к регенерации конечности с полным набором дистальных структур. У такой конечности имеются на момент перерезки следующие части (начиная с запястья, слившегося со стенкой тела): запястье, предплечье, локоть и дистальная половина плеча; затем, в результате регенерации, появляются: еще одна дистальная половина плеча, локоть, предплечье, запястье и кисть. Таким образом, инвертированная (перевернутая) конечность регенерировала все части, расположенные дистальнее раневой поверхности. Это поразительное явление указывает на то, что ткани культи (в данном случае культи конечности) контролируют регенерацию органа. Задача дальнейших исследований - выяснить, какие именно факторы контролируют этот процесс, что стимулирует регенерацию и что заставляет клетки, обеспечивающие регенерацию, скапливаться на раневой поверхности. Некоторые ученые полагают, что поврежденные ткани выделяют какой-то химический "раневой фактор". Однако выделить химическое вещество, специфичное для ран, пока не удалось.
РЕГЕНЕРАЦИЯ У РАСТЕНИЙ
Широкое распространение регенерации в царстве растений обусловлено сохранением у них меристем (тканей, состоящих из делящихся клеток) и недифференцированных тканей. В большинстве случаев регенерация у растений - это, в сущности, одна из форм вегетативного размножения. Так, на кончике нормального стебля имеется верхушечная почка, обеспечивающая непрерывное образование новых листьев и рост стебля в длину в течение всей жизни данного растения. Если отрезать эту почку и поддерживать ее во влажном состоянии, то из имеющихся в ней паренхимных клеток или из каллуса, образующегося на поверхности среза, часто развиваются новые корни; почка при этом продолжает расти и дает начало новому растению. То же самое происходит в природе, когда отламывается ветка. Плети и столоны разделяются в результате отмирания старых участков (междоузлий). Таким же образом разделяются корневища ириса, волчьей стопы или папоротников, образуя новые растения. Обычно клубни, например клубни картофеля, продолжают жить после отмирания подземного стебля, на котором они выросли; с наступлением нового вегетационного периода они могут дать начало собственным корням и побегам. У луковичных растений, например у гиацинтов или тюльпанов, побеги формируются у основания чешуй луковицы и могут в свою очередь образовывать новые луковицы, которые в конечном счете дают корни и цветоносные стебли, т.е. становятся самостоятельными растениями. У некоторых лилейных воздушные луковички образуются в пазухах листьев, а у ряда папоротников на листьях вырастают выводковые почки; в какой-то момент они опадают на землю и возобновляют рост. Корни менее способны к образованию новых частей, чем стебли. Клубню георгина для этого необходима почка, образующаяся у основания стебля; однако батат может дать начало новому растению из почки, образуемой корневой шишкой. Листья тоже способны к регенерации. У некоторых видов папоротников, например у кривокучника (Camptosorus), листья сильно вытянуты и имеют вид длинных волосовидных образований, заканчивающихся меристемой. Из этой меристемы развивается зародыш с зачаточными стеблем, корнями и листьями; если кончик листа родительского растения наклонится вниз и соприкоснется с землей или мхом, зачаток начинает расти. Новое растение отделяется от родительского после истощения этого волосовидного образования. Листья суккулентного комнатного растения каланхое несут по краям хорошо развитые растеньица, которые легко отпадают. Новые побеги и корни формируются на поверхности листьев бегонии. Специальные тельца, называемые зародышевыми почками, развиваются на листьях некоторых плауновых (Lycopodium) и печеночников (Marchantia); упав на землю, они укореняются и образуют новые зрелые растения. Многие водоросли успешно размножаются, расчленяясь на фрагменты под ударами волн.
См. также СИСТЕМАТИКА РАСТЕНИЙ . ЛИТЕРАТУРА Мэттсон П. Регенерация - настоящее и будущее. М., 1982 Гилберт С. Биология развития, тт. 1-3. М., 1993-1995
Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .
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
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение) представляет собой процесс обновления всех функционирующих структур организма (биомолекул, клеточных органелл, клеток, тканей, органов и всего организма) и является проявлением важнейшего атрибута жизни - самообновления. Так, физиологическая регенерация на клеточном и тканевом уровне - это обновление эпидермиса, волос, ногтей, роговицы, эпителия слизистой кишечника, клеток периферической крови и др. Согласно изотопному методу, состав атомов человеческого тела в течение года обновляется на 98%. При этом клетки слизистой желудка обновляются за 5 дней, жировые клетки - за 3 недели, клетки кожи - за 5 недель, клетки скелета - за 3 месяца.
Регенерация в широком смысле слова - это и нормальное обновление органов и тканей, и восстановление утраченного, и ликвидация повреждений, и, наконец, реконструкция (воссоздание органа).
Организм располагает двумя главными стратегиями замены ткани и самообновления (регенерации). Первый путь состоит в том, что дифференцированные клетки замещаются в результате их образования новых из регионарных стволовых клеток. Примером этой категории являются стволовые кроветворные клетки. Второй путь состоит в том, что регенерация ткани происходит за счет дифференцированных клеток, но сохранивших способность к делению: например, гепатоциты, скелетно-мышечные и эндотелиальные клетки.
Фазы регенерации : пролиферация (митоз, увеличение количества недифференцированных клеток), дифференцировка (структурно-функциональная специализация клеток) и формообразование.
Виды и формы регенерации
1. Клеточная регенерация - это обновление клеток в результате митоза недифференцированных или слабо дифференцированных клеток.
Для нормального протекания процессов регенерации определяющую роль играют не только стволовые клетки, но и другие клеточные источники, специфическую активацию которых осуществляют биологически активные вещества (гормоны, простагландины, поэтины, специфические факторы роста):
- активация резервных клеток, остановившихся на раннем этапе своей дифференцировки и не участвующих в процессе развития до получения стимула к регенерации
Временная дедифференцировка клеток в ответ на регенеративный стимул, когда дифференцированные клетки утрачивают признаки специализации, а затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип
Метаплазия - превращение в клетки другого типа: например, хондроцит трансформируется в миоцит или наоборот (органопрепарат как адекватный детерминантный стимул физиологической метаплазии клеток).
2. Внутриклеточная регенерация - обновление мембран, сохранившихся органелл либо увеличение их числа (гиперплазия) и размеров (гипертрофия).
3. Биохимическая регенерация - обновление биомолекулярного состава клетки, её органоидов, ядра, цитоплазмы (например, пептидов, факторов роста, коллагена, гормонов и т.д.). Внутриклеточная форма регенерации является универсальной, так как она свойственна всем органам и тканям.
Репаративная регенерация (от лат. reparatio - восстановление) наступает после повреждения ткани или органа (например, механическая травма, оперативное вмешательство, действие ядов, ожоги, обморожения, лучевые воздействия и др.). В основе репаративной регенерации лежат те же механизмы, которые свойственны физиологической регенерации.
Очень высоки способности к репарации внутренних органов: печени, яичника, слизистой кишечника и др. В качестве примера можно привести печень, в которой источник регенерации практически неиссякаем, доказательством чего являются широко известные экспериментальные данные, полученные на животных: при 12-кратном удалении трети печени в течение года у крыс к концу года под влиянием органопрепаратов печень восстанавливала свои нормальные размеры.
Репаративная регенерация таких тканей, как мышечная и скелетная, имеет определённые особенности. Для репарации мышцы важно сохранение небольших её культей на обоих концах, а для регенерации кости необходима надкостница. Индукторами репарации являются биологически активные вещества, выделяющиеся при повреждении ткани. Кроме того, индукторами могут быть отдельные фрагменты этой же повреждённой ткани: полное замещение дефекта костей черепа удаётся получить после введения в него костных опилок.
Репаративная регенерация может происходить в двух формах.
1. Полной регенерации - участок некроза заполняется тканью, идентичной погибшей, и место повреждения исчезает полностью. Такая форма характерна для тканей, в которых регенерация протекает преимущественно в клеточной форме. К полной регенерации можно отнести восстановление внутриклеточных структур при дистрофии клеток (например, жировая дистрофия гепатоцитов у людей злоупотребляющих алкоголь).
2. Неполной регенерации – участок некрозазамещается соединительной тканью, а нормализация функции органа происходит за счет гиперплазии сохранившихся окружающих клеток (инфаркт миокарда). Такой способ имеет место в органах с преимущественно внутриклеточной регенерацией.
Перспективы научных исследований по регенерации. В настоящее время активно исследуются органопрепараты – экстракты содержимого живой клетки со всеми входящими в нее важными клеточными макромолекулами (белки, биорегуляторные вещества, факторы роста и дифференцировки). Каждая ткань имеет определенную биохимическую специфику клеточного содержимого. Благодаря этому, изготавливается большое количество органопрепаратов с адресной направленностью на определенные ткани и органы.
В целом прямое влияние органопрепаратов, как эталонов биохимизма клеток, состоит в первую очередь в ликвидации клеточного дисбаланса биорегуляторов процессов регенерации, на поддержание баланса оптимальных концентраций биомолекул и на сохранение химического гомеостаза, который нарушен в условиях не только любой патологии, но и при функциональных изменениях. Это приводит к восстановлению митотической активности, дифференцировки клеток и регенераторного потенциала ткани. Органопрепараты обеспечивают качество важнейшей характеристики процесса физиологической регенерации - способствуют появлению в процессе деления и дифференцировки здоровых и функционально активных клеток, устойчивых к токсинам среды, метаболитам и другим воздействиям. Такие клетки формируют специфическое микроокружение, характерное для данного вида здоровой ткани, которая оказывает угнетающее воздействие на существующие "плюс-ткани" и предотвращает появление малигнизированных клеток.
Итак, влияние органопрепаратов на процессы физиологической регенерации состоит в том, что они, с одной стороны, незрелые развивающиеся клетки гомологичной ткани (региональные стволовые клетки и др.) стимулируют к нормальному развитию в зрелые формы, т.е. стимулируют митотическую активность нормальных тканей и дифференцировку клеток, а с другой стороны, нормализуют клеточный метаболизм в гомологичных тканях. В результате в гомологичной ткани осуществляется физиологическая регенерация с образованием нормальных клеточных популяций с оптимальным метаболизмом и весь этот процесс носит физиологический характер. Благодаря этому, при повреждении органа (например, кожи или слизистой желудка) органопрепараты обеспечивают идеальную репарацию - заживление без рубца.
Необходимо подчеркнуть, что восстановление митотической активности и дифференцировки клеток под влиянием органопрепаратов является ключевым в исправлении дефектов и аномалий развития органов у детей.
В условиях патологии или ускоренного старения процессы физиологической регенерации также имеют место, но они не имеют такого качества - появляются молодые клетки, которые не устойчивы к циркулирующим токсинам, недостаточно выполняют свои функции, не способны противостоять патогенам, что создаёт условия для сохранения патологического процесса в ткани или органе, для развития преждевременного старения. Отсюда понятна и очевидна целесообразность применения органопрепаратов как средств, способных наиболее эффективно восстановить регенераторный потенциал и биохимический гомеостаз ткани, органа и всего организма и таким образом воспрепятствовать процессам старения. А это ни что иное, как ревитализация.