Глава 4. Биологическое и медицинское значение регенерации.
Регенерация органов и тканей представляет актуальную медико-биологическую проблему, имеющую самое прямое отношение к различным областям медицины. Последствия травм, оперативных вмешательств, поражений органов при различных патологических процессах тесным образом связаны с регенерацией и компенсацией функций. Заживление кожных ран после травм и ожогов, переломов костей, восстановление повреждений внутренних органов после перенесенных заболеваний невозможны без способности этих органов и поврежденных тканей к регенерации. Поэтому биологи изучают эту проблему как неотъемлемое свойство живых систем, а врачи видят в восстановительной способности организма надежного союзника в борьбе за здоровье человека. Познать сущность регенерационных процессов и на основе этого управлять замечательной способностью организма к восстановлению - это значит существенно расширить наши лечебные возможности.
Биологическое значение регенерации заключается в том, что благодаря способности к регенерации организм может существовать в течение длительного времени в меняющейся окружающей среде и приспосабливаться к ее воздействиям, сохраняя внутреннее постоянство и жизнеспособность даже после повреждений, не являющихся губительными.
Гомеостаз (греч. homeo - подобный, одинаковый и stasis – состояние) – свойство живых систем поддерживать постоянство внутренней среды, а также основные черты присущей им организации, несмотря на непрерывную изменчивость параметров окружающей среды.
Основу гомеостаза составляют наследственно закрепленные механизмы, сложившиеся в процессе эволюции. Их эффективность во многом определяется генотипом. Разнообразием генотипов в пределах вида объясняются индивидуальные различия в реакциях особей на одни и те же воздействия окружающей среды.
Система поддержания организмом гомеостаза сложна и строится на бесконечном разнообразии его компенсаторно-приспособительных реакций. Компенсаторно-приспособительные реакции, обеспечивающие гомеостаз, представляют собой разнообразные комбинации его физиологических функций, развертывающихся на той же, что и в норме, материальной основе.
Современные исследования показывают, что материальное обеспечение структурного гомеостаза строится на следующих принципах:
- в состоянии относительного функционального покоя и общего числа одноименных структур активно функционирует лишь какая-то их часть;
- при более или менее длительной функциональной нагрузке, когда оказывается недостаточным включение в активную работу даже всех структур, которыми располагает орган, происходит увеличение их числа, т.е. гиперплазия. Гиперплазия охватывает все структурные уровни: амплификация (увеличение числа) генов, синтез белка, увеличение числа клеточных органелл, увеличение клетки, увеличение числа клеток за счет их деления.
Если в процессе функционального перенапряжения или под влиянием сильного патогенного воздействия часть структур погибает, то немедленно усиливается их воспроизводство и необходимое число структур быстро восстанавливается.
Таким образом, регенерация является механизмом, обеспечивающим регуляцию структурного гомеостаза, поддержания постоянства строения клеток, тканей и органов.
Способность к восстановлению – наследственное свойство организма, а степень, формы, скорость восстановления зависят от многих генетических и средовых факторов (см. гл. 2).
Исследования регенерации нормальных и патологически измененных органов и обратимости патологического состояния в последние три десятилетия, в силу своей актуальности и клинической значимости, приобрели значение самостоятельной проблемы, имеющей свои специальные методы: воспроизведение патологии на животных с последующим изучением репаративной регенерации в морфо-функциональном аспекте.
Давно известным регенерационным процессом у человека можно считать заживление кожных ран с образованием рубца. Это пример атипичной регенерации. Как показали специальные исследования, рубец, возникающий на месте повреждения кожи у взрослых млекопитающих и человека, практически не может перестроиться в нормальную кожу, содержащую весь комплекс элементов, обеспечивающих ее нормальное строение и функционирование (Е.А. Ефимов, 1975). Рубцовая ткань замещает элементы, характерные для нормальной кожи: дермальные сосочки, сальные и потовые железы, волосяные фолликулы и др. Однако рядом исследователей было показано , что у теплокровных на месте раны возможно образование регенерата, приближающегося по строению к интактной коже. Например, использование дезоксикортикостеронацетата и тироксина в виде аппликации для лечения кожных ран значительно стимулирует скорость регенерации и заживление ран (Л.Б. Миролюбова, 1983).
Наиболее важное клиническое значение имеет восстановление больного органа с восстановлением и его функций. Повреждение внутренних органов в результате заболевания у человека нередко сопровождается гибелью специфических клеточных элементов и замещением их соединительно-тканными рубцами. Возникает фиброз или цирроз, например, цирроз печени, легкого, почки. Как правило, такие больные погибают. Поэтому большой практический интерес представляет изучение регенерации патологически измененных органов. Клиническое значение регенерации заключается в использовании уникальной способности организма восстанавливать структуру и функцию нарушенных патологическим процессом органов и тканей. Лечебные мероприятия, направленные на восстановление нарушенных функций организма путем усиления естественных регенерационных процессов получили название регенерационной терапии. Некоторые методы регенерационной терапии уже сейчас широко используются в клинике. Например, при лечении ожогов кожи, заживлении ран, удлинении конечностей, ликвидации костных и мышечных дефектов и т.д. Сложнее обстоит дело с использованием регенерационной терапии в клинике внутренних болезней. Большой интерес представляет изучение способности к репаративной регенерации цирротически измененной печени. Эту проблему успешно разрабатывал Б.П. Солопаев (Н. Новгород) и др. До сих пор нет достаточно эффективных терапевтических средств лечения циррозов печени. Как было показано в экспериментах на животных (см.гл.3), печень, даже патологически измененная, способна к репаративной регенерации. Если удалить часть цирротически измененной печени, то в оставшемся органе усиливаются регенерационные процессы, в результате которых разросшаяся соединительная ткань рассасывается и через некоторое время исчезает, а печень восстанавливает свою структуру, функцию и массу. Эти данные послужили основанием для использования резекции печени в клинике.
В 1961-1970 гг. резекцию печени при циррозах с хорошим клиническим эффектом провели хирурги Д.Л. Пиковский и В.А. Гагушин в г. Горьком, А.Ф. Томашевский в г. Ленинграде. Разработаны показания и противопоказания к резекции печени при циррозах. Результаты этих исследований были представлены в докладе академика Б.А. Королева на XXIV Международном конгрессе хирургов в Москве (1971). Сравнение результатов общепринятого метода лечения 160 больных циррозом печени в терапевтических стационарах и оперативного лечения, проведенное Т.В. Нарциссовым (1985), показало преимущество метода регенерационной терапии: резекция печени и введение стимуляторов регенерации.
Д.В. Усовым (1985) разработан и предложен в клинику метод электрокоагуляции поверхности печени как способ регенерационной терапии, которую в сочетании с длительной внутриклеточной оксигенацией (введение О2 в кишечник) дает положительный клинический эффект при лечении больных циррозом печени.
Резекция цирротически измененной печени вирусной этиологии у детей в объеме 7-10% ткани в сочетании с резекцией селезенки или без нее, стимулирует процессы регенерации паренхимы и способствует снижению фиброза и повышению функции органа (Т.В. Лукоянова и др., 1997).
В настоящее время в странах СНГ выполнено более 600 операций резекции печени по поводу цирроза. Все авторы отмечают положительный клинический эффект.
Наряду с резекцией печени для усиления регенерационных процессов предложены ряд биологически активных препаратов (гормоны, пиримидиновые основания, экстракты, гидролизаты печени и др.). Наиболее эффективным оказался хорионический гонадотропин - гормон беременности. Использование хориогонина в клинике при хронических гепатитах и циррозах у детей показало хороший клинический эффект (И.М. Солопаева, А.И. Волкова, Г.В. Малюгин, 1974).
Лечебный эффект методов регенерационной терапии болезней печени обусловлен тем, что в печени происходит усиление пролиферации нормальных гепатоцитов, увеличение их числа и плоидности, повышение коллагенолитической активности клеток соединительной ткани, нормализация структуры и функции органа и резорбция (рассасывание) избыточно разросшейся при циррозе волокнистой соединительной ткани (А.А. Косых, 1992).
В последние годы все чаще для ускорения восстановительных процессов в патологически измененной печени применяются физические факторы: магнитные поля, электрический ток, гипо- и гипертермия, лазерное облучение, гиперборическая оксигенация и др. Так, импульсное магнитное поле может усилить митотическую активность гепатоцитов после резекции нормальной печени у крыс в 5-7 и более раз.
Под действием лазерного излучения уменьшаются дистрофические и некробиотические процессы в печени, нормализуется ультраструктура гепатоцитов. Высокая проникающая способность низкоэнергетического лазерного излучения дала возможность применять его в комплексном лечении больных хроническими заболеваниями печени. При лазерном облучении печени через кожу у больных с разными формами гепатитов раньше, чем в контрольной группе, уменьшаются размеры, плотность и болезненность печени, раньше нормализуется белковый обмен, количество билирубина в крови и активность трансаминаз.
Изучение процессов регенерации имеет большое значение в пульмонологии. Так, отмечена возможность рассасывания фиброзных изменений в легких в исходе туберкулеза после проведения комбинированного противотуберкулезного лечения.
С целью ускорения процессов заживления операционных ран используются лекарственные стимуляторы регенерации: пуриновые и пиримидиновые производные (оратат калия, пентоксил, метилурацил и др.). Положительный эффект этих препаратов отмечен при лечении холецистита, спаечной болезни, панкреатита, язвенных дефектов слизистой оболочки желудка и 12-перстной кишки, трофических язв конечностей и др. Эти препараты повышают иммунобиологические (защитные) реакции организма, оказывают противоспаечное и противовоспалительное действие.
В экспериментах на животных показана возможность регенерации симпатических нейронов. Восстановительные процессы начинаются в области тела нейрона и затем распространяются на отростки и терминальные структуры. Кроме того, на фоне начавшейся регенерации ранее денервированный нейрон восстанавливает свои пластические свойства, которые проявляются в образовании новых отростков и синаптических структур. У человека при некоторых хронических заболеваниях, в частности при коронарной недостаточности наряду с дистрофическими и некробиотическими процессами со стороны нервных элементов имеют место явления регенерации. Процессы регенерации выражаются в гипертрофии некоторых нейронов и гиперплазии их отростков. Новообразовательные процессы отмечаются также со стороны некоторых преганглионарных волокон. Регенерация преганглинарных волокон ведет к образованию новых синаптических структур (А.Т. Гретен, 1970; А.П. Хренов, 1970).
Высокие регенерационные возможности слизистой оболочки желудка и 12-перстной кишки отмечены у детей при язвенных дефектах различной этиологии. При своевременной диагностике и правильном лечении регенерация протекает активно и ведет к обратимости патологического процесса.
Слизистой оболочке желудка свойственно непрерывное обновление эпителия. Процессы физиологической и репаративной регенерации находятся под контролем различных регуляторных механизмов: гормональных, нервных, межтканевых, внутритканевых и внутриклеточных, функциональных (Лиознер Л.Д., 1977). Регенерационная способность слизистой оболочки желудка зависит от таких факторов как голодание, денервация, воздействие гормонов и др. биологически активных веществ, от повреждающих факторов. Высокая активность пролиферативных процессов в слизистой оболочке желудка обеспечивается не только за счет увеличения числа клеток-предшественников в зоне камбиальных элементов, но и за счет расширения зоны расположения пролиферирующих клеток вдоль желудочных желез. (Т.В. Цодиков, 1983).
Высокой регенерационной способностью обладают кости, мышцы. Отмечено полное восстановление сосудистой стенки и эндотелия при использовании сосудосшивающих аппаратов.
Основными механизмами регенерации патологически измененных органов являются пролиферация, полиплоидизация и гипертрофия клеточных элементов поврежденных органов.
Процессы регенерации находятся под гормональным, нервным и генетическим контролем.
Деструктивные изменения органов с одной стороны, и репаративная регенерация - с другой, представляют собой два варианта отклонения физиологической регенерации от ее нормального хода: "отрицательный" и "положительный". По мнению Д.С. Саркисова деструктивные изменения, физиологическая и репаративная регенерация - не разные, четко отграниченные друг от друга процессы, а только разные формы, которые под влиянием внешней среды принимает всегда одни и тот же процесс - обновление структур организма. Дистрофия и репаративная регенерация - полярные состояния физиологической регенерации в больном организме.
Существующее до сих пор представление о том, что восстановительные процессы включаются в общую схему болезни лишь на этапе выздоровления несостоятельны. Современные электронно-радиоавтографические исследования показали, что интенсификация компенсаторно-приспособительных реакций происходит с самого начала действия патогенного раздражителя. Поэтому, по мнению Д.С. Саркисова, репаративную регенерацию следует рассматривать не в качестве завершающего этапа болезни, а такой реакции организма, которая включается в ходе патологического процесса немедленно, практически одновременно с началом действия патогенного фактора и сосуществует с дистрофическими и некротическими изменениями в качестве противовеса им на всем протяжении болезни.