Общие сведения
Регенерация (от лат. regeneratio - возрождение) - восстановление (возмещение) структурных элементов ткани взамен погибших. В биологическом смысле регенерация представляет собой приспособительный процесс, выработанный в ходе эволюции и присущий всему живому. В жизнедеятельности организма каждое функциональное отправление требует затрат материального субстрата и его восстановления. Следовательно, при регенерации происходит самовоспроизведение живой материи, причем это самовоспроизведение живого отражает принцип ауторегуляции и автоматизации жизненных отправлений (Давыдовский И.В., 1969).
Регенераторное восстановление структуры может происходить на разных уровнях - молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом и органном, однако всегда речь идет о возмещении структуры, которая способна выполнять специализированную функцию. Регенерация - это восстановление как структуры, так и функции. Значение регенераторного процесса - в материальном обеспечении гомеостаза.
Восстановление структуры и функции может осуществляться с помощью клеточных или внутриклеточных гиперпластических процессов. На этом основании различают клеточную и внутриклеточную формы регенерации (Саркисов Д.С., 1977). Для клеточной формы регенерации характерно размножение клеток митотическим и амитотическим путем, для внутриклеточной формы, которая может быть органоидной и внутриорганоидной, - увеличение числа (гиперплазия) и размеров (гипертрофия) ультраструктур (ядра, ядрышек, митохондрий, рибосом, пластинчатого комплекса и т.д.) и их компонентов (см. рис. 5, 11, 15). Внутриклеточная форма регенерации является универсальной, так как она свойственна всем органам и тканям. Однако структурно-функциональная специализация органов и тканей в фило- и онтогенезе «отобрала» для одних преимущественно клеточнуую форму, для других - преимущественно или исключительно внутриклеточную, для третьих - в равной мере обе формы регенерации (табл. 5). Преобладание той или иной формы регенерации в определенных органах и тканях определяется их функциональным назначением, структурно-функциональной специализацией. Необходимость сохранения целостности покровов тела объясняет, например, преобладание клеточной формы регенерации эпителия как кожи, так и слизистых оболочек. Специализированная функция пирамидной клетки головного
мозга, как и мышечной клетки сердца, исключает возможность деления этих клеток и позволяет понять необходимость отбора в фило- и онтогенезе внутриклеточной регенерации как единственной формы восстановления данного субстрата.
Таблица 5. Формы регенерации в органах и тканях млекопитающих (по Саркисову Д.С., 1988)
Эти данные опровергают существовавшие до недавнего времени представления об утрате некоторыми органами и тканями млекопитающих способности к регенерации, о «плохо» и «хорошо» регенерирующих тканях человека, о том, что существует «закон обратной зависимости» между степенью дифференцировки тканей и способностью их к регенерации. В настоящее время установлено, что в ходе эволюции способность к регенерации в некоторых тканях и органах не исчезла, а приняла формы (клеточную или внутриклеточную), соответствующие их структурному и функциональному своеобразию (Саркисов Д.С., 1977). Таким образом, все ткани и органы обладают способностью к регенерации, различны лишь ее формы в зависимости от структурно-функциональной специализации ткани или органа.
Морфогенез регенераторного процесса складывается из двух фаз - пролиферации и дифференцировки. Особенно хорошо эти фазы выражены при клеточной форме регенерации. В фазу пролиферации размножаются молодые, недифференцированные клетки. Эти клетки называют камбиальными (от лат. cambium - обмен, смена), стволовыми клетками и клетками-предшественниками.
Для каждой ткани характерны свои камбиальные клетки, которые отличаются степенью пролиферативной активности и специализации, однако одна стволовая клетка может быть родоначальником нескольких видов
клеток (например, стволовая клетка кроветворной системы, лимфоидной ткани, некоторые клеточные представители соединительной ткани).
В фазу дифференцировки молодые клетки созревают, происходит их структурно-функциональная специализация. Та же смена гиперплазии ультраструктур их дифференцировкой (созреванием) лежит в основе механизма внутриклеточной регенерации.
Регуляция регенераторного процесса. Среди регуляторных механизмов регенерации различают гуморальные, иммунологические, нервные, функциональные.
Гуморальные механизмы реализуются как в клетках поврежденных органов и тканей (внутритканевые и внутриклеточные регуляторы), так и за их пределами (гормоны, поэтины, медиаторы, факторы роста и др.). К гуморальным регуляторам относят кейлоны (от греч. chalaino - ослаблять) - вещества, способные подавлять деление клеток и синтез ДНК; они обладают тканевой специфичностью. Иммунологические механизмы регуляции связаны с «регенерационной информацией», переносимой лимфоцитами. В связи с этим следует заметить, что механизмы иммунологического гомеостаза определяют и структурный гомеостаз. Нервные механизмы регенераторных процессов связаны прежде всего с трофической функцией нервной системы, а функциональные механизмы - с функциональным «запросом» органа, ткани, который рассматривается как стимул к регенерации.
Развитие регенераторного процесса во многом зависит от ряда общих и местных условий, или факторов. К общим следует отнести возраст, конституцию, характер питания, состояние обмена и кроветворения, к местным - состояние иннервации, крово- и лимфообращения ткани, пролиферативную активность ее клеток, характер патологического процесса.
Классификация. Различают три вида регенерации: физиологическую, репаративную и патологическую.
Физиологическая регенерация совершается в течение всей жизни и характеризуется постоянным обновлением клеток, волокнистых структур, основного вещества соединительной ткани. Нет таких структур, которые не подвергались бы физиологической регенерации. Там, где доминирует клеточная форма регенерации, имеет место обновление клеток. Так происходит постоянная смена покровного эпителия кожи и слизистых оболочек, секреторного эпителия экзокринных желез, клеток, выстилающих серозные и синовиальные оболочки, клеточных элементов соединительной ткани, эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов крови и т.д. В тканях и органах, где клеточная форма регенерации утрачена, например в сердце, головном мозге, происходит обновление внутриклеточных структур. Наряду с обновлением клеток и субклеточных структур постоянно совершается биохимическая регенерация, т.е. обновление молекулярного состава всех компонентов тела.
Репаративная или восстановительная регенерация наблюдается при различных патологических процессах, ведущих к повреждению клеток и тка-
ней. Механизмы репаративной и физиологической регенерации едины, репаративная регенерация - это 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 тканях, где преобладает клеточная регенерация. Так, в соединительной ткани, костях, коже и слизистых оболочках даже относительно крупные дефекты органа могут путем деления клеток 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 при регенерации происходит 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. происходит гипертрофия ткани.
При неполной регенерации, т.е. заживлении ткани рубцом, возникает гипертрофия как выражение регенераторного процесса, поэтому ее называют регенерационной, в ней - биологический смысл репаративной регенерации. Регенераторная 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. Регенерационная 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, размеры мышечных волокон значительно увеличиваются, т.е. они гипертрофируются в связи с гиперплазией их субклеточных элементов (рис. 81). 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
Рис. 81.
Регенерационная гипертрофия миокарда. По периферии рубца расположены гипертрофированные мышечные волокна
воздействие патогенного фактора прекращается до гибели клетки, происходит постепенное восстановление поврежденных органелл. 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 малооправданно. Репаративная регенерация не местная, а общая реакция организма, охватывающая различные органы, но реализующаяся в полной мере лишь в том или ином из них.
О патологической регенерации говорят в тех случаях, когда в результате тех или иных причин имеется извращение регенераторного процесса, нарушение смены фаз пролиферации
и дифференцировки. Патологическая регенерация проявляется в избыточном или недостаточном образовании регенерирующей ткани (гипер- или гипорегенерация), а также в превращении в ходе регенерации одного вида ткани в другой [метаплазия - см. Процессы приспособления (адаптации) и компенсации]. Примерами могут служить гиперпродукция соединительной ткани с образованием келоида, избыточная регенерация периферических нервов и избыточное образование костной мозоли при срастании перелома, вялое заживление ран и метаплазия эпителия в очаге хронического воспаления. Патологическая регенерация обычно развивается при нарушениях общих и местных условий регенерации (нарушение иннервации, белковое и витаминное голодание, хроническое воспаление и т.д.).
Регенерация отдельных тканей и органов
Репаративная регенерация крови отличается от физиологической прежде всего своей большей интенсивностью. При этом активный красный костный мозг появляется в длинных трубчатых костях на месте жирового костного мозга (миелоидное превращение жирового костного мозга). Жировые клетки вытесняются растущими островками кроветворной ткани, которая заполняет костномозговой канал и выглядит сочной, темнокрасной. Кроме того, кроветворение начинает происходить вне костного мозга - внекостномозговое, или экстрамедуллярное, кроветворение. Оча-
ги экстрамедуллярного (гетеротопического) кроветворения в результате выселения из костного мозга стволовых клеток появляются во многих органах и тканях - селезенке, печени, лимфатических узлах, слизистых оболочках, жировой клетчатке и т.д.
Регенерация крови может быть резко угнетена (например, при лучевой болезни, апластической анемии, алейкии, агранулоцитозе) или извращена (например, при злокачественной анемии, полицитемии, лейкозе). В кровь при этом поступают незрелые, функционально неполноценные и быстро разрушающиеся форменные элементы. В таких случаях говорят о патологической регенерации крови.
Репаративные возможности органов кроветворной и иммунокомпетентной системы неоднозначны. Костный мозг обладает очень высокими пластическими свойствами и может восстанавливаться даже при значительных повреждениях. Лимфатические узлы хорошо регенерируют только в тех случаях, когда сохраняются связи приносящих и выносящих лимфатических сосудов с окружающей их соединительной тканью. Регенерация ткани селезенки при повреждении бывает, как правило, неполной, погибшая ткань замещается рубцом.
Регенерация кровеносных и лимфатических сосудов протекает неоднозначно в зависимости от их калибра.
Микрососуды обладают большей способностью регенерировать, чем крупные сосуды. Новообразование микрососудов может происходить путем почкования или аутогенно. При регенерации сосудов путем почкования (рис. 82) в их стенке появляются боковые выпячивания за счет усиленно делящихся эндотелиальных клеток (ангиобласты). Образуются тяжи из эндотелия, в которых возникают просветы и в них поступает кровь или лимфа из «материнского» сосуда. Другие элементы: сосудистой стенки образуются за счет дифференцировки эндотелия и окружающих сосуд соединительнотканных клеток, В сосудистую стенку врастают нервные волокна из предсуществующих нервов. Аутогенное новообразование сосудов состоит в том, что в соединительной ткани появляются очаги недифференцированных клеток. В этих очагах возникают щели, в которые открываются предсуществующие капилляры и изливается кровь. Молодые клетки соединительной ткани, дифференцируясь, образуют эндотелиальную выстилку и другие элементы стенки сосуда.
Рис. 82.
Регенерация сосудов путем почкования
Крупные сосуды не обладают достаточными пластическими свойствами. Поэтому при повреждении их стенки восстанавливаются лишь структуры внутренней оболочки, ее эндотелиальная выстилка; элементы средней и наружной оболочек обычно замещаются соединительной тканью, что ведет нередко к сужению или облитерации просвета сосуда.
Регенерация соединительной ткани начинается с пролиферации молодых мезенхимальных элементов и новообразования микрососудов. Образуется молодая, богатая клетками и тонкостенными сосудами соединительная ткань, которая имеет характерный вид. Это - сочная темнокрасная ткань с зернистой, как бы усыпанной крупными гранулами поверхностью, что явилось основанием назвать ее грануляционной тканью. Гранулы представляют собой выступающие над поверхностью петли новообразованных тонкостенных сосудов, которые составляют основу грануляционной ткани. Между сосудами много недифференцированных лимфоцитоподобных клеток соединительной ткани, лейкоцитов, плазматических клеток и лаброцитов (рис. 83). В дальнейшем происходит созревание грануляционной ткани, в основе которой лежит дифференцировка клеточных элементов, волокнистых структур, а также сосудов. Число гематогенных элементов уменьшается, а фибробластов - увеличивается. В связи с синтезом фибробластами коллагена в межклеточных пространствах образуются аргирофильные (см. рис. 83), а затем и коллагеновые волокна. Синтез фибробластами гликозаминогликанов служит образованию
основного вещества соединительной ткани. По мере созревания фибробластов количество коллагеновых волокон увеличивается, они группируются в пучки; одновременно уменьшается количество сосудов, они дифференцируются в артерии и вены. Созревание грануляционной ткани завершается образованием грубоволокнистой рубцовой ткани.
Новообразование соединительной ткани происходит не только при ее повреждении, но и при неполной регенерации других тканей, а также при организации (инкапсуляции), заживлении ран, продуктивном воспалении.
Созревание грануляционной ткани может иметь те или иные отклонения. Воспаление, развивающееся в грануляционной ткани, приводит к задержке ее созревания,
Рис. 83.
Грануляционная
ткань. Между тонкостенными сосудами много недифференцированных клеток
соединительной ткани и аргирофильных волокон. Импрегнация серебром
а чрезмерная синтетическая активность фибробластов - к избыточному образованию коллагеновых волокон с последующим резко выраженным их гиалинозом. В таких случаях возникает рубцовая ткань в виде опухолевидного образования синюшно-красного цвета, которая возвышается над поверхностью кожи в виде келоида. Келоидные рубцы образуются после различных травматических поражений кожи, особенно после ожогов.
Регенерация жировой ткани происходит за счет новообразования соединительнотканных клеток, которые превращаются в жировые (адипозоциты) путем накопления в цитоплазме липидов. Жировые клетки складываются в дольки, между которыми располагаются соединительнотканные прослойки с сосудами и нервами. Регенерация жировой ткани может происходить также из ядросодержащих остатков цитоплазмы жировых клеток.
Регенерация костной ткани при переломе костей в значительной мере зависит от степени разрушения кости, правильной репозиции костных отломков, местных условий (состояние кровообращения, воспаление и т.д.). При неосложненном костном переломе, когда костные отломки неподвижны, может происходить первичное костное сращение (рис. 84). Оно начинается с врастания в область дефекта и гематомы между отломками кости молодых мезенхимальных элементов и сосудов. Возникает так называемая предварительная соединительнотканная мозоль, в которой сразу же начинается образование кости. Оно связано с активацией и пролиферацией остеобластов в зоне повреждения, но прежде всего в периостате и эндостате. В остеогенной фиброретикулярной ткани появляются малообызвествленные костные балочки, число которых нарастает.
Образуется предварительная костная мозоль. В дальнейшем она созревает и превращается в зрелую пластинчатую кость - так образуется
Рис. 84.
Первичное костное сращение. Интермедиарная костная мозоль (показана стрелкой), спаивающая отломки кости (по Г.И. Лаврищевой)
окончательная костная мозоль, которая по своему строению отличается от костной ткани лишь беспорядочным расположением костных перекладин. После того как кость начинает выполнять свою функцию и появляется статическая нагрузка, вновь образованная ткань с помощью остеокластов и остеобластов подвергается перестройке, появляется костный мозг, восстанавливаются васкуляризация и иннервация. При нарушении местных условий регенерации кости (расстройство кровообращения), подвижности отломков, обширных диафизарных переломах происходит вторичное костное сращение (рис. 85). Для этого вида костного сращения характерно образование между костными отломками сначала хрящевой ткани, на основе которой строится костная ткань. Поэтому при вторичном костном сращении говорят о предварительной костно-хрящевой мозоли, которая со временем превращается в зрелую кость. Вторичное костное сращение по сравнению с первичным встречается значительно чаще и занимает больше времени.
При неблагоприятных условиях регенерация костной ткани может быть нарушена. Так, при инфицировании раны регенерация кости задерживается. Костные осколки, которые при нормальном течении регенераторного процесса выполняют функцию каркаса для новообразованной костной ткани, в условиях нагноения раны поддерживают воспаление, что тормозит регенерацию. Иногда первичная костно-хрящевая мозоль не дифференцируется в костную. В этих случаях концы сломанной кости остаются подвижными, образуется ложный сустав. Избыточная продукция костной ткани в ходе регенерации приводит к появлению костных выростов - экзостозов.
Регенерация хрящевой ткани в отличие от костной происходит обычно неполно. Лишь небольшие дефекты ее могут замещаться новообразованной тканью за счет камбиальных элементов надхрящницы - хондробластов. Эти клетки создают основное вещество хряща, затем превращаются в зрелые хрящевые клетки. Крупные дефекты хряща замещаются рубцовой тканью.
Регенерация мышечной ткани, ее возможности и формы различны в зависимости от вида этой ткани. Гладкие мьшщы, клетки которых обладают способностью к митозу и амитозу, при незначительных дефектах могут регенерировать достаточно полно. Значительные участки повреждения гладких мышц замещаются рубцом, при этом сохранившиеся мышечные волокна подвергаются гипертрофии. Новообразование гладких мышечных волокон может происходить путем превращения (метаплазии) элементов соединительной ткани. Так образуются пучки гладких мышечных волокон в плевральных спайках, в подвергающихся организации тромбах, в сосудах при их дифференцировке.
Поперечнополосатые мышцы регенерируют лишь при сохранении сарколеммы. Внутри трубок из сарколеммы осуществляется регенерация ее органелл, в результате чего появляются клетки, называемые миобластами. Они вытягиваются, число ядер в них увеличивается, в саркоплазме
Рис. 85.
Вторичное костное сращение (по Г.И. Лаврищевой):
а - костно-хрящевая периостальная мозоль; участок костной ткани среди хрящевой (микроскопическая картина); б - периостальная костно-хрящевая мозоль (гистотопограмма через 2 мес после операции): 1 - костная часть; 2 - хрящевая часть; 3 - отломки кости; в - периостальная мозоль, спаивающая смещенные отломки кости
дифференцируются миофибриллы, и трубки сарколеммы превращаются в поперечнополосатые мышечные волокна. Регенерация скелетных мышц может быть связана и с клетками-сателлитами, которые располагаются под сарколеммой, т.е. внутри мышечного волокна, и являются камбиальными. В случае травмы клетки-сателлиты начинают усиленно делиться, затем подвергаются дифференцировке и обеспечивают восстановление мышечных волокон. Если при повреждении мышцы целость волокон нарушается, то на концах их разрывов возникают колбообразные выбухания, которые содержат большое число ядер и называются мышечными почками. При этом восстановления непрерывности волокон не происходит. Место разрыва заполняется грануляционной тканью, превращающейся в рубец (мышечная мозоль). Регенерация мышцы сердца при ее повреждении, как и при повреждении поперечнополосатой мускулатуры, заканчивается рубцеванием дефекта. Однако в сохранившихся мышечных волокнах происходит интенсивная гиперплазия ультраструктур, что ведет к гипертрофии волокон и восстановлению функции органа (см. рис. 81).
Регенерация эпителия осуществляется в большинстве случаев достаточно полно, так как он обладает высокой регенераторной способностью. Особенно хорошо регенерирует покровный эпителий. Восстановление многослойного плоского ороговевающего эпителия возможно даже при довольно крупных дефектах кожи. При регенерации эпидермиса в краях дефекта происходит усиленное размножение клеток зародышевого (камбиального), росткового (мальпигиева) слоя. Образующиеся эпителиальные клетки сначала покрывают дефект одним слоем. В дальнейшем пласт эпителия становится многослойным, клетки его дифференцируются, и он приобретает все признаки эпидермиса, включающего в себя ростковый, зернистый блестящий (на подошвах и ладонной поверхности кистей) и роговой слои. При нарушении регенерации эпителия кожи образуются незаживающие язвы, нередко с разрастанием в их краях атипичного эпителия, что может послужить основой для развития рака кожи.
Покровный эпителий слизистых оболочек (многослойный плоский неороговевающий, переходный, однослойный призматический и многоядерный мерцательный) регенерирует таким же образом, как и многослойный плоский ороговевающий. Дефект слизистой оболочки восстанавливается за счет пролиферации клеток, выстилающих крипты и выводные протоки желез. Недифференцированные уплощенные клетки эпителия сначала покрывают дефект тонким слоем (рис. 86), затем клетки принимают форму, свойственную клеточным структурам соответствующей эпителиальной выстилки. Параллельно частично или полностью восстанавливаются и железы слизистой оболочки (например, трубчатые железы кишки, железы эндометрия).
Регенерация мезотелия брюшины, плевры и околосердечной сумки осуществляется путем деления сохранившихся клеток. На поверхности дефекта появляются сравнительно крупные кубические клетки, которые затем уплощаются. При небольших дефектах мезотелиальная выстилка восстанавливается быстро и полно.
Важное значение для восстановления покровного эпителия и мезотелия имеет состояние подлежащей соединительной ткани, так как эпителизация любого дефекта возможна лишь после заполнения его грануляционной тканью.
Регенерация специализированного эпителия органов (печени, поджелудочной железы, почек, желез внутренней секреции, легочных альвеол) осуществляется по типу регенерационной гипертрофии: в участках повреждения ткань замещается рубцом, а по периферии его происходят гиперплазия и гипертрофия клеток паренхимы. В печени участок некроза всегда подвергается рубцеванию, однако в остальной части органа происходит интенсивное новообразование клеток, а также гиперплазия внутриклеточных стуктур, что сопровождается их гипертрофией. В результате этого исходная масса и функция органа быстро восстанавливаются. Регенераторные возможности печени почти безграничны. В поджелудочной железе регенераторные процессы хорошо выражены как в экзокринных отделах, так и в панкреатических островках, причем эпителий экзокринных желез становится источником восстановления островков. В почках при некрозе эпителия канальцев происходит размножение сохранившихся нефроцитов и восстановление канальцев, однако лишь при сохранении тубулярной базальной мембраны. При ее разрушении (тубулорексис) эпителий не восстанавливается и каналец замещается соединительной тканью. Не восстанавливается погибший канальцевый эпителий и в том случае, когда одновременно с канальцем погибает сосудистый клубочек. При этом на месте погибшего нефрона разрастается рубцовая соединительная ткань, а окружающие нефроны подвергаются регенерационной гипертрофии. В железах внутренней секреции восстановительные процессы также представлены неполной регенерацией. В легком после удаления отдельных долей в оставшейся части происходит гипертрофия и гиперплазия тканевых элементов. Регенерация специализированного эпителия органов может протекать атипично, что ведет к разрастанию соединительной ткани, структурной перестройке и деформации органов; в таких случаях говорят о циррозе (цирроз печени, нефроцирроз, пневмоцирроз).
Регенерация разных отделов нервной системы происходит неоднозначно. В головном и спинном мозге новообразования ганглиозных клеток не про-
Рис. 86.
Регенерация эпителия в дне хронической язвы желудка
исходит и при разрушении их восстановление функции возможно лишь за счет внутриклеточной регенерации сохранившихся клеток. Невроглии, особенно микроглии, свойственна клеточная форма регенерации, поэтому дефекты ткани головного и спинного мозга обычно заполняются пролиферирующими клетками невроглии - возникают так называемые глиальные (глиозные) рубцы. При повреждении вегетативных узлов наряду с гиперплазией ультраструктур клеток происходит и их новообразование. При нарушении целости периферического нерва регенерация происходит за счет центрального отрезка, сохранившего связь с клеткой, в то время как периферический отрезок погибает. Размножающиеся клетки шванновской оболочки погибшего периферического отрезка нерва располагаются вдоль него и образуют футляр - так называемый бюнгнеровский тяж, в который врастают регенерирующие осевые цилиндры из проксимального отрезка. Регенерация нервных волокон завершается их миелинизацией и восстановлением нервных окончаний. Регенерационная гиперплазия рецепторов, перицеллюлярных синаптических приборов и эффекторов иногда сопровождается гипертрофией их концевых аппаратов. Если регенерация нерва в силу тех или иных причин нарушается (значительное расхождение частей нерва, развитие воспалительного процесса), то в месте его перерыва образуется рубец, в котором беспорядочно располагаются регенерировавшие осевые цилиндры проксимального отрезка нерва. Аналогичные разрастания возникают на концах перерезанных нервов в культе конечности после ее ампутации. Такие разрастания, образованные нервными волокнами и фиброзной тканью, называются ампутационными невромами.
Заживление ран
Заживление ран протекает по законам репаративной регенерации. Темпы заживления ран, его исходы зависят от степени и глубины раневого повреждения, структурных особенностей органа, общего состояния организма, применяемых методов лечения. По И.В. Давыдовскому, выделяют следующие виды заживления ран: 1) непосредственное закрытие дефекта эпителиального покрова; 2) заживление под струпом; 3) заживление раны первичным натяжением; 4) заживление раны вторичным натяжением, или заживление раны через нагноение.
Непосредственное закрытие дефекта эпителиального покрова - это простейшее заживление, заключающееся в наползании эпителия нд поверхностный дефект и закрытии его эпителиальным слоем. Наблюдаемое на роговице, слизистых оболочках заживление под струпом касается мелких дефектов, на поверхности которых быстро возникает подсыхающая корочка (струп) из свернувшейся крови и лимфы; эпидермис восстанавливается под корочкой, которая отпадает через 3-5 сут после ранения.
Заживление первичным натяжением (per rimamm intentionem) наблюдается в ранах с повреждением не только кожи, но и подлежащей ткани,
причем края раны ровные. Рана заполняется свертками излившейся крови, что предохраняет края раны от дегидратации и инфекции. Под влиянием протеолитических ферментов неитрофилов происходит частичный лизис свертка крови, тканевого детрита. Нейтрофилы погибают, на смену им приходят макрофаги, которые фагоцитируют эритроциты, остатки поврежденной ткани; в краях раны обнаруживается гемосидерин. Часть содержимого раны удаляется в первый день ранения вместе с экссудатом самостоятельно или при обработке раны - первичное очищение. На 2-3-и сутки в краях раны появляются растущие навстречу друг другу фибробласты и новообразованные капилляры, появляется грануляционная ткань, пласт которой при первичном натяжении не достигает больших размеров. К 10-15-м суткам она полностью созревает, раневой дефект эпителизируется и рана заживает нежным рубчиком. В хирургической ране заживление первичным натяжением ускоряется в связи с тем, что ее края стягиваются нитями шелка или кетгута, вокруг которых скапливаются рассасывающие их гигантские клетки инородных тел, не мешающие заживлению.
Заживление вторичным натяжением (per secundam intentionem), или заживление через нагноение (или заживление посредством гранулирования - per granulationem), наблюдается обычно при обширных ранениях, сопровождающихся размозжением и омертвением тканей, проникновении в рану инородных тел, микробов. На месте раны возникают кровоизлияния, травматический отек краев раны, быстро появляются признаки демаркационного гнойного воспаления на границе с омертвевшей тканью, расплавление некротических масс. В течение первых 5-6 сут происходит отторжение некротических масс - вторичное очищение раны, и в краях раны начинает развиваться грануляционная ткань. Грануляционная ткань, выполняющая рану, состоит из 6 переходящих друг в друга слоев (Аничков Н.Н., 1951): поверхностный лейкоцитарно-некротический слой; поверхностный слой сосудистых петель, слой вертикальных сосудов, созревающий слой, слой горизонально расположенных фибробластов, фиброзный слой. Созревание грануляционной ткани при заживлении раны вторичным натяжением сопровождается регенерацией эпителия. Однако при этом виде заживления раны на месте ее всегда образуется рубец.
Почему человек не может отращивать потерянные части своего тела? Чем мы хуже ящериц?
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 новой лапой. Лучше прежней.
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.
А некоторые мыши — умеют
Есть ли шансы на то, что человеческое тело обретет способность регенерировать недостающие части
? Или подобное остается уделом научной фантастики?
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».
На какую клетку нажать
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.
Когда нога станет взрослой?
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.
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.
регенерация
Регенерация (в патологии) - восстановление целости тканей, нарушенной каким-либо болезненным процессом или внешним травмирующим воздействием. Восстановление происходит за счет размножения соседних клеток, заполнения молодыми клетками дефекта и последующего превращения их в зрелую ткань . Такая форма носит название репаративной (возмещающей) регенерации. При этом возможны два варианта регенерации: 1) убыль возмещается тканью того же вида, что и погибшая (полная регенерация); 2) убыль замещается молодой соединительной (грануляционной) тканью, превращающейся в рубцовую (неполная регенерация), что является не регенерацией в собственном смысле, а заживлением тканевого дефекта.
Регенерация предшествует освобождение данного участка от погибших клеток путем ферментативного их расплавления и всасывания в лимфу или кровь или путем фагоцитоза (см.). Продукты расплавления являются одним из стимуляторов размножения соседних клеток. Во многих органах и системах существуют участки, клетки которых являются источником размножения клеток при регенерации. Например, в костной системе таким источником является надкостница , клетки которой, размножаясь, образуют вначале остеоидную ткань, в дальнейшем превращающуюся в кость; в слизистых оболочках - клетки глубоколежащих желез (крипты). Регенерация клеток крови происходит в костном мозге и вне его в системе ретикулярной ткани и ее производных (лимфатических узлах, селезенке).
Способностью к регенерации обладают далеко не все ткани и не в одинаковой степени. Так, мышечные клетки сердца не способны к размножению, завершающемуся образованием зрелых мышечных волокон, поэтому всякий дефект мышц миокарда замещается рубцом (в частности, после инфаркта). При гибели ткани мозга (после кровоизлияния, артериосклеротического размягчения) дефект не замещается нервной тканью, а образуется киота.
Иногда возникающая при регенерации ткань по строению отличается от исходной (атипическая регенерация) или объем ее превышает объем погибшей ткани (гиперрегенерация). Такое течение регенерационного процесса может привести к возникновению опухолевого роста.
Регенерация (лат. regenerate - возрождение, восстановление) - восстановление анатомической целости органа или ткани после гибели структурных элементов.
В физиологических условиях процессы регенерации происходят непрерывно с различной интенсивностью в разных органах и тканях соответственно интенсивности отживания клеточных элементов данного органа или ткани и замещения их новообразованными. Непрерывно замещаются форменные элементы крови, клетки покровного эпителия кожи, слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, дыхательных путей. Циклические процессы в женской половой сфере приводят к ритмическому отторжению и обновлению эндометрия путем его регенерации.
Все эти процессы являются физиологическим прототипом патологической регенерации (ее называют еще репаративной). Особенности развития, течения и исхода репаративной регенерации определяются размерами гибели ткани и характером патогенных воздействий. Последнее обстоятельство особенно надо иметь в виду, так как условия и причины гибели ткани имеют существенное значение для регенерационного процесса и его исходов. Так, например, особый характер имеют рубцы после ожогов кожи, отличающиеся от рубцов другого происхождения; сифилитические рубцы грубы, приводят к глубоким втяжениям и обезображиванию органа ит. д. В отличие от физиологической регенерации, репаративная регенерация охватывает широкий круг процессов, ведущих к возмещению дефекта, вызванного утратой ткани вследствие ее повреждения . Различают полную репаративную регенерацию - реституцию (замещение дефекта тканью того же вида и той же структуры, что и погибшая) и неполную репаративную регенерацию (заполнение дефекта тканью, обладающей большими пластическими свойствами, чем погибшая, т. е. обычной грануляционной тканью и соединительной тканью с дальнейшим превращением ее в рубцовую). Таким образом, в патологии под регенерацией часто подразумевают заживление.
С понятием регенерации связано также понятие об организации, поскольку в основе обоих процессов лежат общие закономерности новообразования тканей и понятие субституции, т. е. вытеснения и замещения новообразованной тканью ткани предсуществовавшей (например, субституция тромба фиброзной тканью).
Степень полноты регенерации определяется двумя основными факторами: 1) регенерационная потенция данной ткани; 2) объем дефекта и одноили разнородность видовой принадлежности погибших тканей.
Первый фактор нередко связывают со степенью дифференцировки данной ткани. Однако само понятие дифференцировки и содержание этого понятия являются весьма относительными, и сравнение тканей по этому признаку с установлением количественной градации дифференцированности в функциональном и морфологическом отношениях невозможно. Наряду с тканями, обладающими высокой регенерационной потенцией (например, ткань печени, слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, органы кроветворения и др.), существуют органы с ничтожной потенцией к регенерации, в которых регенерация никогда не завершается полным восстановлением утраченной ткани (например, миокард, ЦНС). Чрезвычайно высокой пластичностью обладают соединительная ткань, элементы стенки мельчайших кровеносных и лимфатических сосудов, периферические нервы , ретикулярная ткань и ее производные. Поэтому пластическое раздражение, каковым является травма в широком смысле этого слова (т. е. все формы ее), прежде всего и полнее всего стимулирует рост этих тканей.
Объем погибшей ткани имеет существенное значение для полноты регенерации, и эмпирически более или менее известны количественные границы потери ткани для каждого органа, определяющие степень восстановления. Полагают, что для полноты регенерации значение имеет не только объем как чисто количественная категория, но и комплексное разнообразие погибших тканей (это особенно относится к гибели тканей, вызванной токсикоинфекционными воздействиями). Для объяснения этого факта следует, по-видимому, обратиться к общим закономерностям стимуляции пластических процессов в условиях патологии: стимуляторами являются сами продукты тканевой гибели (гипотетические «некрогормоны», «митогенетические лучи», «трефоны» и т. д.). Одни из них являются специфическими стимуляторами для клеток определенного вида, другие - неспецифическими, стимулирующими наиболее пластические ткани. К неспецифическим стимуляторам относят продукты распада и жизнедеятельности лейкоцитов. Их наличие при реактивном воспалении, развивающемся всегда при гибели не только паренхиматозных элементов, но и сосудоносящей стромы, способствует размножению наиболее пластических элементов - соединительной ткани, т. е. развитию в конечном счете рубца.
Существует общая схема последовательности процессов регенерации независимо от области, где она происходит. В условиях патологии процессы регенерации в узком смысле этого слова и процессы заживления имеют различный характер. Это различие определяется характером гибели ткани и избирательной направленностью действия патогенного фактора. Чистые формы регенерации, т. е. восстановление ткани, идентичной утраченной, наблюдаются в тех случаях, когда под влиянием патогенного воздействия погибают только специфические паренхиматозные элементы органа при условии их высокой регенерирующей потенции. Примером этого является регенерация эпителия канальцев почки , избирательно поврежденного токсическим воздействием; регенерация эпителия слизистых оболочек при десквамации его; регенерация альвеолоцитов легкого при десквамативном катаре; регенерация эпителия кожи; регенерация эндотелия кровеносных сосудов и эндокарда и др. В этих случаях источником регенерации являются оставшиеся клеточные элементы, размножение , созревание и дифференциация которых приводит к полному замещению утраченных паренхиматозных элементов. При гибели сложных структурных комплексов восстановление утраченной ткани идет из особых участков органа, являющихся своеобразными центрами регенерации. В слизистой оболочке кишечника, в эндометрии такими центрами являются железистые крипты. Их размножающиеся клетки покрывают дефект сначала одним слоем недифференцированных клеток, из которых затем дифференцируются железы и восстанавливается структура слизистой. В костной системе таким центром регенерации является надкостница, в покровном плоском эпителии - мальпигиев слой, в системе крови - костный мозг и экстрамедуллярные производные ретикулярной ткани.
Общим законом регенерации является закон развития, согласно которому в процессе новообразования возникают юные недифференцированные клеточные производные, в дальнейшем проходящие этапы морфологической и функциональной дифференцировки вплоть до формирования зрелой ткани.
Гибель участков органа, состоящих из комплекса различных тканей, вызывает реактивное воспаление (см.) по периферии. Это приспособительный акт, так как воспалительная реакция сопровождается гиперемией и повышением тканевого метаболизма, что способствует росту новообразующихся клеток. Помимо того, клеточные элементы воспаления из группы гистофагоцитов являются пластическим материалом для новообразования соединительной ткани.
В патологии нередко анатомическое заживление достигается при помощи грануляционной ткани (см.) - этапа новообразования фиброзного рубца. Грануляционная ткань развивается почти при всякой репаративной регенерации, но степень ее развития и конечные исходы варьируют в очень широких пределах. Иногда это с трудом различимые при микроскопическом исследовании нежные участки фиброзной ткани, иногда грубые плотные тяжи гиалинизированной брадитрофной рубцовой ткани, нередко подвергающейся кальцинозу (см.) и оссификации.
Помимо регенерационной потенции данной ткани, характера ее поражения, объема его, важное значение в регенерационном процессе имеют общие факторы. К ним относят возраст субъекта, характер и особенности питания, общую реактивность организма. При нарушениях иннервации, авитаминозах обычное течение репаративной регенерации извращается, что чаще всего выражается в замедлении процесса регенерации, вялости клеточных реакций. Существует также понятие о фибропластическом диатезе как о конституциональной особенности организма реагировать на различные патогенные раздражения повышенным образованием фиброзной ткани, что проявляется формированием келоида (см.), спаечной болезнью. В клинической практике важно учитывать общие факторы для создания оптимальных условий полноты регенерационного процесса и заживления.
Регенерация является одним из важнейших приспособительных процессов, обеспечивающих восстановление здоровья и продолжения жизни при чрезвычайных обстоятельствах, создаваемых болезнью. Однако, как и любой приспособительный процесс, регенерация на известном этапе и при некоторых путях развития может терять приспособительное значение и сама создавать новые формы патологии. Обезображивающие рубцы, деформирующие орган, резко нарушающие его функцию (например, рубцовое превращение клапанов сердца в исходе эндокардита), создают нередко тяжелую хроническую патологию, требующую специальных лечебных мероприятий. Иногда новообразованная ткань количественно превосходит объем погибшей (суперрегенерация). Помимо того, во всяком регенерате имеются элементы атипизма, резкая выраженность которых является этапом развития опухоли (см.). Регенерация отдельных органов и тканей - см. в соответствующих статьях об органах и тканях.
Удивительно, но если хвост ящерицы отпадет, то недостающая его часть вновь сформируется из оставшейся. В некоторых случаях репаративная регенерация настолько совершенна, что весь многоклеточный организм восстанавливается лишь из небольшого фрагмента ткани. Наше тело самопроизвольно теряет клетки с поверхности кожи и замещает их вновь образованными. Это происходит именно из-за регенерации.
Виды регенерации
Репаративная регенерация - это естественная способность всех живых организмов. Она применяется для замены изношенных частей, обновления поврежденных и утраченных фрагментов или воссоздания тела из небольшого участка в период постэмбриональной жизни организма. Регенерация - это процесс, который включает в себя рост, морфогенез и дифференцировку. Сегодня все типы и виды репаративной регенерации активно используются в медицине. Такой процесс встречается не только у людей, но и у животных. Регенерация делится на два типа:
- физиологическая;
- репаративная.
Существует постоянная потеря многих структур нашего организма из-за износа и повреждений. Замена этих клеток обусловлена физиологической регенерацией. Примером такого процесса может служить обновление эритроцитов. Изношенные клетки кожи постоянно заменяются новыми.
Репаративная регенерация - это процесс восстановления утраченных или поврежденных органов и частей тела. В данном типе ткани образуются путем расширения прилегающих фрагментов.
- Регенерация конечностей у саламандры.
- Восстановление утраченного хвоста ящерицы.
- Заживление раны.
- Замена поврежденных клеток.
Разновидности репаративной регенерации. Морфаллаксис и эпиморфоз
Существуют различные типы репаративной регенерации. В нашей статье вы можете найти более подробную информацию о них. Регенерация эпиморфозного типа включает в себя дифференцировку взрослых структур с целью формирования недифференцированной массы клеток. Именно с этим процессом связано восстановление удаленного фрагмента. Примером эпиморфоза является регенерация конечностей у амфибий. В морфаллаксисном типе регенерация происходит в основном за счет перестановки уже существующих тканей и восстановления границ. Примером такого процесса является формирование гидры из небольшого фрагмента ее тела.
Репаративная регенерация и ее формы
Восстановление происходит благодаря распространению соседних тканей, которые заполняют собой молодые клетки с дефектом. В дальнейшем из них формируются полноценные зрелые фрагменты. Такие формы репаративной регенерации называют восстановлением.
Существует два варианта такого процесса:
- Убыток возмещается тканью аналогичного типа.
- Дефект заменяется новой тканью. Образуется рубец.
Регенерация костной ткани. Новый метод
В современном медицинском мире, репаративная регенерация костной ткани - это реальность. Такая техника наиболее часто используется в операции по пересадке костного трансплантата. Стоит отметить, что собрать достаточное количество материала для такой процедуры невероятно трудно. К счастью, новый операционный метод восстановления поврежденных костей возник.
Благодаря биомимикрии исследователи разработали новый метод восстановления костной структуры. Главная его цель - это использование кораллов морских губок в качестве каркасов или рам для костной ткани. Благодаря этому поврежденные фрагменты смогут восстанавливать себя самостоятельно. Кораллы идеально подходят для такого рода операций, потому что они легко интегрируются в существующие кости. Совпадает и их структура с точки зрения пористости и состава.
Процесс восстановления костной ткани при помощи кораллов
Для того чтобы восстановить используя новый метод, хирурги должны подготовить коралловые или морские губки. Им также необходимо подобрать такие вещества, как стромальные или костного мозга, которые способны стать любым другим адамантобластом в организме. Репаративная регенерация тканей - это достаточно трудоемкий процесс. В ходе операции губки и клетки вставляются в секцию поврежденной кости.
Со временем костные фрагменты либо восстанавливаются, либо стволовые адамантобласты расширяют существующую ткань. Как только кость срастается, коралл или становятся ее частью. Это происходит благодаря их сходству по строению и составу. Репаративная регенерация и способы ее осуществления изучаются специалистами со всего мира. Именно благодаря этому процессу можно справиться с некоторыми приобретенными недостатками организма.
Восстановление эпителия
Способы репаративной регенерации играют важную роль в жизни любого живого организма. Переходный эпителий - это многослойный покров, который характерен для мочеотводящих органов, таких как мочевой пузырь и почки. Они наиболее подвержены растяжениям. Именно в них между клетками расположены плотные контакты, которые предотвращают проникновение жидкости через стенку органа. Адамантобласты мочеотводящих органов быстро изнашиваются и ослабевают. Репаративная регенерация эпителиев происходит за счет содержания в органах стволовых клеток. Именно они сохраняют способность к делению на протяжении всего жизненного цикла. Со временем процесс обновления значительно ухудшается. С этим связаны многочисленные заболевания, которые возникают у многих с возрастом.
Механизмы репаративной регенерации кожных покровов. Их влияние на восстановление тела после ожоговых повреждений
Известно, что ожоги - это самая распространенная травма среди детей и взрослых. Сегодня тема такого травматизма необычайно популярна. Не секрет, что ожоговые повреждения могут не только оставить на теле рубец, но и стать причиной хирургического вмешательства. На сегодняшний день не существует такой процедуры, которая позволила бы полностью избавиться от полученного шрама. Это связано с тем, что механизмы репаративной регенерации изучены не до конца.
Различают три степени ожоговых повреждений. Известно, что более 4 миллионов человек страдают от повреждений кожи, которые появились после воздействия на нее пара, горячей воды или химического вещества. Стоит отметить, что рубцовая кожа не соответствует той, которую она заменяет. Отличается она и по своим функциям. Новообразованная ткань более слабая. Сегодня специалисты активно изучают механизмы репаративной регенерации. Они считают, что в скором времени смогут полностью избавить пациентов от ожоговых шрамов.
Уровень репаративной регенерации костной ткани. Оптимальные условия для процесса
Репаративная регенерация костной ткани и ее уровень определяются степенью повреждений в области перелома. Чем больше микротрещин и травм, тем медленнее будет протекать образование костной мозоли. Именно по этой причине специалисты отдают предпочтение методам лечения, которые не связаны с нанесением дополнительных повреждений. Наиболее оптимальные условия для репаративной регенерации в костных фрагментах - это неподвижность обломков и замедленная дистракция. В случае их отсутствия на месте перелома образуются соединительные волокна, которые в дальнейшем формируют
Патологическая регенерация
Физическая и репаративная регенерация играет важную роль в нашей жизни. Не секрет, что у некоторых такой процесс может быть замедлен. С чем это связано? Это и многое другое вы можете выяснить в нашей статье.
Патологическая регенерация - это нарушение восстановительных процессов. Существует два вида такого восстановления - гиперрегенерация и гипорегенерация. Первый процесс образования новой ткани ускоренный, а второй замедленный. Два этих вида являются нарушением регенерации.
Первые признаки патологической регенерации - это образование долгое заживление травм. Такие процессы возникают как следствие нарушения местных условий.
Как ускорить процесс физиологической и репаративной регенерации
В жизни каждого живого существа важную роль играет физиологическая и репаративная регенерация. Примеры такого процесса известны абсолютно каждому. Не секрет, что у некоторых пациентов достаточно долго заживают травмы. Любой живой организм должен иметь полноценный рацион, который включает в себя разнообразие витаминов, микроэлементов и полезных веществ. При недостатке питания возникает дефицит энергии, и нарушаются трофические процессы. Как правило, у пациентов развивается та или иная патология.
Для ускорения процесса регенерации необходимо в первую очередь удалить отмершие ткани и взять во внимание иные факторы, которые могут повлиять на восстановление. К ним можно отнести стрессы, инфекции, протезы, недостаток витаминов, и многое другое.
Для ускорения процесса регенерации специалист может назначить витаминный комплекс, анаболические средства и биогенные стимуляторы. В домашней медицине активно используется облепиховое масло, каротолин, а также соки, настойки и отвары лекарственных трав.
Мумие для ускорения регенерации
К репаративной регенерации относят полное или частичное восстановление поврежденных тканей и органов. Ускоряет ли такой процесс мумие? Что это такое?
Известно, что мумие используют уже на протяжении 3 тысяч лет. Это биологически активное вещество, которое вытекает из расщелин скал южных гор. Его месторождение встречается в более чем 10 странах мира. Мумие представляет собой клейкую массу темно-коричневого цвета. Вещество хорошо растворяется в воде. В зависимости от места сбора состав мумие может отличаться. Тем не менее абсолютно в каждом из них содержится витаминный комплекс, ряд минеральных веществ, эфирные масла и пчелиный яд. Все эти компоненты способствуют быстрому заживлению ран и травм. Они также улучшают реакцию организма на неблагоприятные условия. К сожалению, препарата на основе мумие для ускорения регенерации нет, поскольку вещество плохо поддается обработке.
Регенерация у животных. Общая информация
Как мы говорили ранее, процесс регенерации происходит в абсолютно любом живом организме, в том числе и у животного. Стоит отметить, что чем выше оно организованно, тем хуже в его организме проходит восстановление. У животных репаративной регенерацией является процесс воспроизведения утерянных или поврежденных органов и тканей. Простейшие организмы восстанавливают свое тело только при наличии ядра. В случае если оно отсутствует, то утерянные части не воспроизводятся.
Существует мнение, что чижи могут восстанавливать свои конечности. Однако данная информация не подтверждена. Известно, что млекопитающие и птицы восстанавливают только ткани. Тем не менее процесс не изучен до конца.
Легче всего у животных восстанавливается нервная и мышечная ткань. В большинстве случаев новые фрагменты образуются за счет остатков старых. У амфибий было замечено значительное увеличение регенерирующих органов. Подобное встречается и у ящериц. Например, вместо одного хвоста вырастают два.
Проведя целый ряд исследований, ученые доказали, что если ящерице отрезать хвост наискось и задеть при этом не один, а два или более позвоночников, то у рептилии вырастет 2-3 хвоста. Встречаются также случаи, когда у животного может восстановиться орган не там, где он был расположен ранее. Удивительно, но путем регенерации может быть также воссоздан орган, которого не было раньше в теле того или иного существа. Такой процесс называется гетероморфозом. Все способы репаративной регенерации необычайно важны не только для млекопитающих, но и для птиц, насекомых, а также одноклеточных.
Подводим итоги
Каждому из нас известно, что ящерицы с легкостью могут полностью восстановить свой хвост. Далеко не все знают, почему это происходит. Физиологическая и репаративная регенерация играет важную роль в жизни каждого. Для ее восстановления можно использовать как лекарственные препараты, так и домашние методы. Одним из лучших средств считается мумие. Оно не только ускоряет процесс регенерации, но улучшает общий фон организма. Будьте здоровы!
Сейчас много говорят о выращивании отдельных органов вне организма и приращении их взамен утраченных. Но, может быть, есть способ лучше — просто восстанавливать или, выражаясь по-научному, регенерировать свои органы?
В принципе, человек отчасти наделен этим даром. Наши порезы зарастают благодаря регенерации кожи. Кровь тоже регенерируется. Но хочется большего. Причем мечтают об этом не только простые обыватели, но и ученые.
Скажем, сотрудники Лаборатории проблем регенерации Института биологии развития РАН, которой руководит доктор биологических наук Виктор Миташов, давно разрабатывает различные методы восстановления кости и нервных тканей человека, а в последнее время и сетчатки глаза. Вообще-то низшие организмы чаще способны к регенерации, чем более высокоорганизованные.
Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но лишь у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена.
Многие бы хотели получит себе регенерацию как у Росомахи, героя американских комиксов. Он может за считанные минуты залечить даже самые страшные раны
Особенно удивительна способность к регенерации у губок. Ученые поставили необычный эксперимент; продавили тело взрослой губки через сетчатую ткань и отделили все образовавшиеся фрагментики друг от друга. Оказалось, что если затем поместить эти маленькие кусочки в воду и хорошенько перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то некоторое время спустя они начнут постепенно сближаться и в конце концов воссоединятся, образовав целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода «узнавание» на клеточном уровне.
Еще один рекордсмен регенерации — ленточный червь, который способен воссоздать целую особь из любого участка своего тела. Теоретически возможно, разрезав одного червя на 200 000 кусочков, получить из него в результате регенерации столько же новых червей. А из одного луча морской звезды может возродиться целая звезда.
Но куда более известен другой пример — ящерицы, которые отращивают себе хвост, и тритоны, которые могут регенерировать глаза, лапы и хвост до шести раз.
Увы, человек этого бесценного свойства лишен. А не может ли современная наука помочь нам овладеть соответствующими механизмами?
При пересчете на жизнь человека процесс восстановления подобный тритоновскому мог бы занять у нас всего полгода. Однако разобраться до конца, каким образом тритон за месяц восстанавливает глаз, очень непросто. Ученые повторить его подвиги пока не могут. Но уже стало ясно, как он и ему подобные, это делают.
Начнем с самого начала — с рождения организма. Известно, что в ходе зародышевого развития клетки любого многоклеточного организма проходят специализацию. Из одних получаются, например, ноги, из других, скажем, мускулы, жабры или глаза. Так называемые Дох-гены дают команду как всему организму, так и конкретным органам развиваться по определенному плану — чтобы не получилось, что глаз вырастет там, где должна быть нога.
У мушки дрозофилы 8 Дох-генов, у лягушки — 6, а у человека — 38. И выяснилось, что при регенерации тритон «вспоминает» свое эмбриональное прошлое, включая генетическую программу, которая активирует Дох-гены и восстанавливает удаленные или поврежденные ткани и органы.
Но глаз или хвост должен из чего-то возникнуть — не может же он регенерироваться из воздуха. У организма есть два пути — нарабатывать новые клетки, новый строительный материал либо пользоваться тем, что осталось после утраты органа.
Выяснилось, что природа использует оба этих способа. «Кирпичами» для регенерации служат эмбриональные стволовые клетки. Так называют клетки эмбриона, которые в своем развитии просто не доросли до стадии специализации и, следовательно, способны под воздействием тех или иных факторов превратиться в клетки различных тканей и органов более чем двух сотен типов.
Причем при регенерации «старые» клетки тритона путем сложных манипуляций превращаются в сходные с эмбриональными. С ними в последнее время связано много споров. Дело в том, что для ученых главный источник эмбриональных стволовых клеток — человеческие эмбрионы. Биологи с большим энтузиазмом изучают свойства эмбриональных стволовых клеток: ведь в случае успеха эти клетки откроют совершенно новые возможности в хирургии и обеспечат восстановление тех или иных органов. Если в результате заболевания выйдут из строя какие-то группы клеток, пусть даже узкоспециализированных, то будет возможность их заменить.
И наши биологи в этих работах вовсе не на последних ролях. Скажем, академик Российской академии естественных наук Леонид Полежаев на протяжении десятилетий занимался проблемой регенерации костей свода черепа. Сначала ему удалось добиться регенерации костей черепа у собак и крыс. Затем совместно с медиками из Института нейрохирургии имени Н.Н. Бурденко АМН СССР попытались восстанавливать кости черепа у больных с травмами головы.
При этом использовались костные опилки, которые «побуждали» кости человеческого черепа к регенерации. В результате область травмы полностью закрывалась новой костью. При помощи этой методики было проведено более 250 операций.
Недавно группа ученых из Токийского университета под руководством Макото Асашимы культивировала в специальном растворе витамина А тысячи эмбриональных стволовых клеток, варьируя концентрацию витамина. Низкая концентрация активирует гены, которые контролируют развитие глазной ткани, тогда как высокая концентрация запускает работу генов, ответственных за формирование органа слуха.
Макото Асашима заявил, что таким образом целый лягушачий глаз можно получить за пять дней. Подобным, но более простым методом прежде были выращены и успешно пересажены лягушке новые почки. Животное-реципиент после этой операции прожило месяц.
А специалисты из токийского Университета Кэйо опубликовали отчет об успешном эксперименте по использованию стволовых клеток человеческого эмбриона для восстановления поврежденных тканей спинного мозга у обезьян. Как сообщил руководитель работ профессор Хидэюки Окано, исходные стволовые клетки были взяты у погибшего человеческого эмбриона с согласия родителей и одобрения университетского совета по этике.
Затем эти клетки размножили в питательной среде и подсадили пятерым обезьянам (по 10 млн клеток каждой), у которых передние конечности были обездвижены в результате травмы позвоночника. У одного примата все опорно-двигательные функции вошли в норму уже через два месяца, а у остальных процесс восстановления продолжается.
В лаборатории Виктора Миташова успешно проведены опыты по восстановлению глаза тритона. А ныне исследователи готовятся к экспериментам по выращиванию сетчатки глаза человека.
Но вот о возможности выращивания целого глаза специалисты говорят осторожно. Их можно понять: слишком велика эволюционная пропасть между тритоном и человеком. Нос другой стороны, механизмы развития органов похожи, поэтому есть надежда, что когда-нибудь биологам удастся заставить травмированного человека, «впадая в детство», выращивать нужные органы — зубы, взамен выпавших, новые клетки печени, почек, поджелудочной железы, новые мышечные ткани для сердца, пораженного инфарктом миокарда.
