Структурный гомеостаз. Регенерация, как процесс поддержания морфофизиологической целостности биологических систем. Виды, типы и способы регенерации

Структурный гомеостаз определяет материальную основу разнообразия физиологических реакций организма, осуществляющихся на субклеточном, клеточном, тканевом, органном, системном и организменном уровнях, поскольку особенности строения каждого из них не случайны, адаптированы к выполняемой функции. Структурные основы гомеостаза проявляются в структурных особенностях закономерной организации элементов каждого уровня, соответствующих их функции, а также поддержания закономерной структурной организации каждого уровня на основе непрерывного процесса восстановления структуры - физиологической и репаративной регенерации.

Внутриклеточный гомеостаз обеспечивается определенной организацией цитоскелета, ядра и органелл цитоплазмы, обеспечивающих поступление веществ в клетку, их расщепление, синтез, накопление продуктов синтеза, выделение метаболитов. Материальной основой функционирования клетки является постоянная перестройка ее органелл в процессе функционирования, восстановление их количества и структуры на основе внутриклеточной регенерации. Примером проявления структурного гомеостаза клетки может служить полярная организация и функционирование покровных и железистых эпителиев, нейроцитов и др., определяющих направление потоков вещества, энергии и информации через клетку.

Тканевой гомеостаз реализуется в форме возникновения в процессе дифференцировки клеток определенного тканевого типа, обладающих специальными органеллами, в сохранении их количества (общей массы клеток и оптимального соотношения между числом делящихся, дифференцированных и гибнущих клеток в составе ткани) и структуры, необходимых для нормального функционирования тканн как структурного компонента органа на основе тканевой регенерации (например, воспаления). При бесконечном разнообразии форм участия клеток различных тканей в поддержании структурного гомеостаза эти формы строятся на основе варьирования (мозаичности) числа активно функционирующих структур, из наличного их запаса и на увеличении их массы (гиперплазия), если этого запаса почему-либо недостает.

Жизнь организма, работа его различных систем, органов, отдельных клеток, все многообразие их реакций на внешние воздействия сопровождаются заменой старых структур

новыми, или регенерацией. Регенерация является материальной основой процессов адаптации и компенсации нарушения функций, которые обеспечивают сохранение гомеостаза в меняющихся условиях среды.

Регенерация — совокупность процессов, направленных на восстановление организмом утраченных или поврежденных частей тела, органов или биологических структур.

Способность к регенерации — это биологическое явление, присущее всему живому, один из важнейших факторов существования и приспособительного развития организмов во внешней среде. Без этой способности сохранение жизни на земле было бы невозможно, т. к. любое незначительное повреждение или заболевание привело бы к гибели животного.

Например, пресноводную гидру, планарию можно разрезать на 100 и более частей, каждая из которых способна регенерировать целый организм.

Способность животных самопроизвольно отторгать части тела с последующим восстановлением называетсяавтотомией.Например, способность ящерицы оставлять свой хвост в руках поймавшего и потом восстанавливать его; кузнечик, схваченный за ногу, отрывает ее.

Виды регенерации:

1) физиологическая регенерация — восстановление частей клеток и тканей, происходящее в процессе нормальной физиологической деятельности организма.

Примером может служить восстановление слущивающегося эпителия кожи, слизистой оболочки ЖКТ и т. д.

В процессе жизнедеятельности обязательно происходит утрата и восстановление отдельных структур организма. У млекопитающих и человека непрерывно отмирают и слущиваются наружные слои кожного эпителия, эпителия кишечника. Продолжительность жизни клеток кишечного эпителия составляет всего несколько дней. Быстро сменяются клетки крови. Средняя продолжительность жизни эритроцита около 125 дней. Каждую секунду в организме человека разрушаются от 2 до 10 млн. эритроцитов и одновременно в костном мозге образуется столько же.

На течение физиологической регенерации влияют внешние и внутренние факторы. Например, понижение атмосферного давления вызывает увеличение количества эритроцитов в крови. Поэтому у людей, живущих в горах, содержание эритроцитов выше, чем у живущих в долине.

2)регенерация, проявляющаяся при утрате частей организма, при повреждении или поражении в результате заболевания, называетсярепаративной.

Очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Например, механическая травма, оперативное вмешательство, лучевые воздействия, голодания и т. п. - это повреждающие факторы.

Объем повреждения и последующее восстановление бывают весьма различными. Крайним вариантом является восстановление всего организма из отдельной малой его части, фактически из группы соматических клеток. Среди животных такое восстановление возможно у губок и кишечнополостных.

Типы регенерации.

Внутриклеточная регенерацияохватывает процессы восстановления клеточных органелл (цитоплазматической мембраны. Митохондрий, ЭПС и др.). Она свойственна клеткам всех органов без исключения и является универсальной формой восстановления.

Примером регенерации тканей может быть восстановление мышечной, костной и эпителиальной тканей.

Восстановление целого органа со всеми составляющими его тканями, например печени, которая состоит из эпителиальной и соединительной ткани, является органной регенерацией.

Восстановление целого организма из части, например, гидры из кусочка, будет составлять организменный уровень регенерации.

В основе механизма физиологической и репаративной регенерации любой ткани и органа лежат клеточные реакции — пролиферация, дифференцировка и адаптация. За счет этих процессов восстанавливается количество функционирующих клеток. Восстановление может осуществляться путем гипертрофии, т. е. увеличения числа клеток или их объема за счет полиплоидии и внутриклеточной регенерации. В некоторых тканях источником регенерации могут быть камбиальные клетки. Это малодифференцированные клетки с большими потенциями к развитию, служащие источником образования специализированных клеток. Например, клетки мальпигиевого слоя кожи, летки эпителия крипт кишечника и т. п.

Регенерация может осуществляться следующими способами:

1) эпиморфоз —отрастание утраченного органа от раневой поверхности. Например, ампутированная конечность тритона.

2) Морфолаксис —перегруппировка клеток оставшейся части органа и перемещение его в целый орган, но меньших размеров. Например, восстановление оторванной лапки таракана, восстановление целой планарии из части.

3) Регенерационная гипертрофия или эндоморфоз —восстановление, идущее внутри органа. При этом восстанавливается не форма, а масса органа. При этом масса органа увеличивается за счет пролиферации специфических клеточных элементов диффузно или мелкими очагами. Раневая поверхность закрывается рубцом.

4) Регенерация путем индукции —восстановление дефекта путем внесения в него измельченных тканей. Например, при регенерации костей свода черепа у собак определяющим явлением индукции кости в области дефекта черепа из мигрировавших незрелых клеток соединительной ткани под влиянием веществ, выделяющихся из пересаженных костных опилок.

5) Рубцевание —закрытие раны происходит без восстановления утраченного органа.

Типы регенерации.Эпиморфоз и морфолаксис относятся к типичной регенерации (гомоморфоз). При этом восстановление утраченного органа или его части происходит полностью. Другие способы относятся к атипичной регенерации, когда вместо утраченного органа развивается соединительно-тканый рубец. После перелома кости при отсутствии совмещения обломков ее нормальное строение не восстанавливается, а разрастается хрящевая ткань, образуя ложный сустав.