Лекция 32: Проблемы регенерации.

Регенерация - способность восстанавливать целостность организма после повреждения или утраты части органов и тканей является фундаментальным свойством живых систем и обнаруживается у всех видов – от простейших до высших млекопитающих и в ходевсего онтогенеза, т.е. от раннего дробящегося эмбриона до взрослого организма.

Регенерация как биологическое явление привлекло внимание исследователей много веков назад. О регенерации упоминается в трудах Аристотеля. Регенерация была объектом пристального внимания и у французских исследователей еще в 18 веке – сохранились описания опытов на улитках – удаление отдельных органов и наблюдения процесса восстановленияих у садовых улиток. В 18 веке формировались 2 позиции в изучении регенерации:

1. Преформизм – регенерацию утраченной части органа объясняли тем, что в тканях поврежденного органа остаются мельчайшие, но вполне сформированные зародыши утраченной части органа и из них происходит регенерация.

2. Эпигенез– регенерация утраченной части или целого органа происходит заново.

Автором первого обширного научного труда по проблеме регенерации являетсяМорган – в 1901 году дал характеристику 2 видам регенерации:

1. Морфолаксис – регенерация поврежденного органа путем сложной перестройки оставшейся части поврежденного органа.

2. Эпиморфоз– регенерация поврежденной части органа путем деленияклетокоставшейся части.

Для разработки проблемы регенерации большое значение имели труды А.А. Заварзина и Г.Г. Хлопина:

1. Теория камбиальности тканей А.А. Заварзина – в гистологии камбием называется совокупность малодифференцированных и активно размножающихся клеток.

Все ткани А.А. Заварзин делил на 2 группы:

1. Камбиальные ткани – имеющие малодифференцированные клетки, за счет деления которых происходит регенерация.

2. Некамбиальные ткани – в этих тканях малодифференцированных клеток не имеется, поэтомуони не способны пополнять запасы своих клеток путем деления.

Вкладом НГ Хлопина в развитие проблемы регенерации являетсяразработка экспериментальных методов для выявления гистобластических потенций и степени детерминированности тканей.

В самом широком смысле регенерация – это замещение различных структур ( от частей одной клетки до органа или крупных частейтела) после естественного изнашивания или после повреждения воздействием различных факторов. Процессы регенерации могут идти на самых уровнях организации живой системы, поэтому различают:

I. Внутриклеточная регенерация (может проявляться как гипертрофия или полиплоидизацияклетки), протекает на уровнях:

1. Молекулярная регенерация – обновление молекул белков, углеводов и липидов вовнутриклеточных структурах.

1. Внутриорганоидная регенерация – восстановление отдельных частей органелл.

В норме при внутриклеточной регенерации скорость процессов восстановления внутриклеточных структур (на молекулярном или органоидном уровне) и их разрушения сбалансированы и поэтомуона может ничем не проявляться. Припреобладании процессов восстановления над разрушениемнаблюдается гипертрофия клеток – увеличение объема и функциональной активности клеток, часто сочетающаяся с полиплоидизацией. При срыве же регенерации процессы разрушения могут превалировать надвосстановлением, что приводит к атрофии клеток- уменьшение их объема и функциональной активности.

II.Клеточная регенерация – деление малодифференциальных камбиальных клеток или зрелых клеток после дедифференцировки.

III.Тканевая регенерация – восстановление тканей (происходит на базе внутриклеточной и клеточной регенерации).

IV.Регенерация на органном уровне – восстановление органа за счет регенерации составляющих его тканей.

Традиционно различают физиологическую и репаративную регенерацию. Физиологическая регенерация – это регенерация биологических структур после их естественного износа при нормальном функционировании. Репаративная регенерация – восстановление биологических структур после повреждения

Механизмыфизиологической регенерации у разных тканей организма несколько отличаются, поэтому по этому признаку можно выделить несколько групп:

К I группе можно отнести эпидермис кожи, эпителий кишечника, клетки крови, рыхлую соединительную ткань и т.д.. Подобные клеточные популяции с закономерно чередующейся гибелью и возмещением погибших клеток новыми делящимися клетками называются обновляющимися или лабильными. Для этих тканей характерно наличие стволовых или камбиальных клеток и их высокая митотическая активность. Гибель клеток в этих тканях генетически запрограммирована.

II группа тканей характеризуется сочетанием клеточной и внутриклеточной регенерации – к этой группе относятся эпителий печени, почек, легких и эндокринных желез, гладкая мышечная ткань. В составе этих тканей имеются камбиальные клетки, но они в норме делятся не так часто, как в I группе, поэтому их называют растущими тканями.

III группа тканей характеризуется только внутриклеточной формой физиологической регенерации. К этой группе относятсяпоперечно-полосатая ткань сердечного типа, нервная ткань, эпителий поджелудочной железы и слюнных желез. В тканях III группы камбиальных клеток не имеется, следовательно обновление путем деления клеток исключается, физиологическая регенерация идет постоянным обновлением изношенных органоидов зрелых клеток. Тканей этой группы называютстабильными или“вечными тканями”.

Вспомном образование тканейв эмбриогенезе, т.е. эмбриональный гистогенез:из эмбриональных источников (эктодерма, мезодерма со всеми ее томами, энтодермы и мезенхимы в результатепролиферации (деления), дифференциации (приобретение специфических морфо-функциональных особенностей), интеграции (установление связей) и функциональной адаптации клеток образовались ткани и органы. Какое отношение это имеет к проблеме регенерации ?

После рождения в течение всей последующей жизни ткани, органы активно функционируют, работают, что приводит к их изнашиванию, т.е. гибели клеток и тканей. Восполнение этой естественной убыли и есть физиологическая регенерация. Другими словами физиологическая регенерация это тоже гистогенез (образование тканей), но гистогенез уже в постэмбриональном периоде. Причем физиологическая регенерация базируется на тех же процессах, что и эмбриональный гистогенез - пролиферация, дифференциация, интеграция и функциональная адаптация клеток, с той лишь разницей, что при этомзначительно ограничивается степень свободы системы. Поэтому, хотя регенерацияпроисходит на всех этапах онтогенеза (от дробящегося зародыша до смерти), но в то же время меняется как темп (скорость) регенераторных процессов, так и сами механизмы этих процессов. Так, если пролиферация (деление) клеток явяляется основным способом физиологической регенерации тканей эмбрионов и в детском возрасте, то во взрослом организме интенсивность пролиферативных процессов клеток тканейснижается и сочетается с полиплоидизацией и гипертрофией клеток.

Если же дальше сравнить уже физиологическую и репаративную регенерацию, то здесь тоже механизмы этих процессов, независимо от уровня их развертывания (субклеточный, клеточный и т.д.),качественно едины ипринципиальных отличий не имеют.Отличия между ними лежат лишь в плоскости количественной. Репаративная регенерация – в той или иной мере усиленная физиологическая регенерация, или регенерация в больном организме. Репаративная регенерация включает процессы распада поврежденных клеток, дедифференцировку сохранивших жизнеспособность клеток, их пролиферацию (а при наличии камбиальных клеток – их пролиферацию), вторичную дифференцировку размножившихся клеток, установление межклеточных связей и адаптационную перестройку клеток регенерата. В то же время следует отметить, что репаративная регенерация чаще завершается на низщих уровнях организации (на субклеточном и клеточном – появление гипертрофированных и полиплоидизированных клеток из сохранившихся клеток или появление новых рабочих клеток в результате деления), так как для III и IV уровней организации, т.е. восстановление полноценной рабочей ткании органа из элементов I и II уровней организации требуются особые условия: наличие определенной межтканевой корреляции, иннервации, хорошей васкулиризации и соответствующего гуморального фона и т.д.

Изучение условий успешной регенерации тканей является одним из важнейших медико-биологических проблем. Решение этой проблемы возможно на путях более глубокого изучения закономерностей гистогенеза, поскольку стимуляция регенерации должна проводиться с учетом особенностей эмбрионального развития, регенерационного гистогенеза каждой конкретной ткани.

Одним из важных условий для эффективной регенерации является взаимодействие регенерирующей системы с остальными частями организма. Эта связь осуществляется через влияние на регенерат нервной системы, т.е. иннервацией. Другими словами для нормальной регенерации очень часто обязательным условием является нормальная иннервация. Первое сообщение о влиянии нервной системы на регенерацию конечности было опубликовано еще в 1823 году Тоддом. Тодд в экспериментах на низших позвоночных показал, что перерезка седалищного нерва ингибирует регенерацию конечности, а приотсроченных перерезках этого нерва регенераты ранних стадий резорбируются.

В дальнейшемЗингер (1952) разработал пороговую теорию нервноговлияния на регенерат – для нормальной регенерации конечности должно иметь место минимальное пороговое число нервных волокон, приходящихся на площадь поперечного сечения конечности. Если это число больше указанного порогового уровня, то происходит регенерация. Влияние нервов на регнерацию связывают с трофическим действиемнервов на ткани, т.е. они продуцируют химический трофический фактор, стимулирующий ткани к регенерации.. Нейротрофическая теория наиболее полно разработана Зингером (1974):

1. Все нейроциты (двигательные, чувствительные, нейроциты ЦНС и т.д.) способны продуцировать нейротрофический фактор.

2. Центральные связи и рефлекторная цепь для нейротрофического действия не требуются.

3. Нейротрофический фактор влияет на скорость митозов в регенерате (ускоряя синтез белков и нуклеиновых кислот).

4. Количество нервных волокон на площадь ампутационной поверхности у животных не способных к регенерации ампутированной конечности ниже порогового уровня; у этих животных можно стимулировать регенерацию конечности усилением нервного обеспечения (опыты на тритонах: удаляли одну переднюю конечность, подведение нерва с противоположной конечности стимулировала регенерацию).

Задача стимуляции регенерации структур, которые не способны в норме регенерировать, является одним из интересных областейисследований. Известны следующие методы:

1. Усиление нервного обеспечения регенерата.

2. Дополнительная травматизация тканей ампутированной конечности (вызывает дедифференцировку сохранившихся зрелых клеток и их пролиферацию).

3. Устранение формирования фиброзного рубца в регенерате (ферментами трипсином, эластазой; иньекция АКТГ; имплантация кусочка надпочечников ® усиление синтеза глюкокортикоидов ® снижение образования рубца).

4. Стимуляция регенерации воздействием химических факторов (NaCl, CaCl2,,трипсин, кислоты и т.д.) ® механизм такой же как в пункте 2.

5. Электрический ток.

6. Стимуляция методом индукции (примеры: имплантирование эпителия мочевого пузыряпод кожу запускает остеогенезрядом с имплантантом; такой же эффект дает введение костной опилки).