Причины регенерации. Усиленная регенерация у человека
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!
Профессор, доктор биологических наук Л. Полежаев (Институт биологии развития АН СССР)
Регенерация конечности метаморфозирующей лягушки (слева). Справа - контроль, после обычной ампутации идет гладкое заживление.
Регенерация обеих передних конечностей у взрослой лягушки после экспериментального воздействия.
Опыт по восстановлению конечности у новорожденного опоссума.
Регенерация ткани зуба у собаки через 100 дней после операции. На фотографии показан продольный срез зуба; перпендикулярно к зубному каналу, слева - область дефекта с восстанавливающейся тканью.
Регенерация папиллярной мышцы сердца у собаки, оперированной по методу Н. П. Синицына.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Как восстановить поврежденный орган или ткань, как вернуть им утраченную функцию? Хотя проблема эта чисто медицинская, основа ее биологическая. В настоящее время есть три пути ее решения: протезирование, пересадка (трансплантация) и регенерация.
Протезы, заменяющие утраченные руки, ноги, зубы, применяются уже давно и очень помогают людям. Но протез - все же не настоящий орган и функция его неполноценна.
Трансплантация, в наше время широко применяемая в хирургии, особенно больших успехов достигла в пересадке костей. В последние годы стали известны операции по пересадке почки и даже сердца у человека. И тем не менее, несмотря на значительные успехи, проблема трансплантации далеко не разрешена. Науке предстоит преодолеть на этом пути еще немалые трудности, главная из которых - биологическая (иммунологиче-ская) несовместимость тканей донора и нового «хозяина» - реципиента. В большинстве случаев пересаженный орган спустя некоторое время, иногда через один-два-три года после пересадки отторгается. Таким образом, цель остается не достигнутой.
Третий путь - регенерация, полное восстановление у граченных или поврежденных органов и тканен. Этот путь - в значительной степени путь будущего, но путь перспективный. Рассмотрим его детальнее.
Есть три основные формы восстановления поврежденной ткани: рубцевание, гипертрофия и регенерация. Заживают, рубцуются раны, образуется рубец или шрам, но поврежденные специфические ткани не восстанавливаются. При гипертрофии ткань, оставшаяся после частичного удаления органа, например, почки или печени, разрастается, приближаясь по величине к исходной, но прежняя форма, а главное, внутренняя структура органа не восстанавливается. Такое восстановление (более или менее полное, типичное или не совсем типичное) может дать лишь регенерация. Именно поэтому этот путь более всего и привлекает исследователей, занимающихся проблемой восстановления утраченных в результате болезни или травмы органов тела человека.
Сама мысль вырастить, например, новую руку, ногу или даже палец на месте ампутированных кажется фантастической. Но исследования последних лет и некоторые удачные опыты позволяют надеяться, что она в принципе осуществима и, может быть, не в столь уж отдалённом будущем.
Со времен Чарлза Дарвина известны основные правила регенерации: способность к регенерации понижается по мере усложнения организации животного, снижается она и с возрастом. У низших животных - гидр, плоских ресничных червей (планарий), дождевых червей - из отдельных кусочков тела восстанавливается целое животное. У низших позвоночных - тритонов, аксолотлей, саламандр - регенерируют уже только отдельные органы (конечности, хвосты, жабры, челюсти, нос). У млекопитающих и человека не восстанавливаются даже отдельные участки органов - части пальцев, уха, носа и др.
Но если природа не предусмотрела у высших организмов эту способность, то, может быть, ее можно вызвать искусственно?
Работа по этой интересной теоретически и практически чрезвычайно важной проблеме началась давно, причем в основном в Советском Союзе (хотя сейчас над ней работают многие ученые и за рубежом) и в настоящее время вылилась в особое направление - в учение о регенерации.
Как уже было сказано, у хвостатых земноводных утраченные конечности и другие органы после ампутации восстанавливаются. У пресмыкающихся (у ящерицы вновь отрастает только хвост), у птиц и млекопитающих регенерация органов не происходит. Но есть особая, промежуточная группа животных - бесхвостые амфибии (это лягушки, жабы, жерлянки), у которых конечности хорошо регенерируют в «молодости», то есть на ранних стадиях их развития, позднее они эту способность утрачивают.
В чем же состоит суть дела? Оказывается, у животных, от природы способных к регенерации конечностей (тритонов, аксолотлей, головастиков ранних стадий развития), оставшиеся после ампутации основные ткани органа или культи, то есть мышцы, хрящ, кость, соединительная ткань не рубцуются, не заживают обыкновенным образом, а начинают видоизменяться: они саморазрушаются и дедифференцируются. Иначе говоря, организация этих тканей упрощается, их клетки уподобляются молодым, эмбриональным, утратившим свою специфическую принадлежность к определенной ткани, но зато обладающим высокой способностью к клеточному размножению. В результате такого превращения клеток и их «омоложения» на поверхности раны начинает расти и развиваться ткань, образуется зачаток, который, развивается затем в конечность У прочих же позвоночных этого не происходит: ткани культи не разрушаются и не теряют дифференцировки, на раневой поверхности просто возникает рубец, и она гладко заживает.
Вот эти наблюдения и натолкнули ученых на мысль попробовать искусственно разрушить ткани культи животного, не обладающего способностью к регенерации, искусственно заставить ее клетки упроститься, потерять свою специфику Может быть, тогда начнется регенерация?
Первые опыты такого рода были поставлены в нашей Лаборатории экспериментальной морфологии животных Института биологии развития АН СССР сначала на головастиках поздних стадий развития, на взрослых лягушках и, наконец, на новорожденных крысятах (за рубежом эти опыты идут также и на опоссумах). В опыте культю ампутированной конечности механически травмировали или подвергали специальному химическому воздействию, в результате чего клетки этой ткани теряли свою специфику, свою дифференцировку (впоследствии были найдены и другие способы создавать в организме животного способность к регенерации), и начиналось биологическое восстановление утраченной конечности. Подобные эксперименты проводились во многих лабораториях в нашей стране и за рубежом, и достоверность их не вызывает сомнений.
Установив закономерность воссоздания регенерационной способности конечностей у позвоночных, можно было перейти к работе над получением регенерации других органов и тканей у млекопитающих.
Известно, что длинные трубчатые кости в руках, ногах, пальцах после перелома хорошо восстанавливаются. Регенерация кости в данном случае происходит за счет надкостницы и идет путем так называемого эпиморфоза - ткань отрастает от краев области костного дефекта. А вот удаленный кусок черепной кости никогда не восстанавливается, даже если на месте остаются надкостница и вторая надкостница - твердая мозговая оболочка, и мозг остается незащищенным. Здесь обычно не помогает и трансплантация: пересаженная кость быстро рассасывается. Поэтому хирурги, как правило, закрывают отверстие в черепе неживыми материалами: танталом, органическим стеклом и другими. Однако это небезразлично для соседних с ними живых тканей.
Нашей лабораторией были предложены четыре новых биологических метода, которые позволили добиться полной регенерации черепной кости. Наиболее простой и эффективный из них - метод деструкции. Уже говорилось: чтобы вызвать регенерацию ткани, которая в обычных условиях не регенерирует, ее необходимо сильно разрушить. Так и в данном случае кусок костной ткани, размельченный до состояния опилок и смоченныи кровью реципиента, накладывается на твердую мозговую оболочку. После этого рану зашивают. Опилки быстро, в течение семи дней, полностью растворяются. Из них выделяются костеобразующие вещества, которые действуют на соседние клетки соединительной ткани, побуждая ее к превращению в типичную кость черепа, или, иначе говоря, индуцируют в ней костеобразование.
Регенерация здесь идет не обычным путем, когда кость отрастает от краев костного дефекта, или от надкостницы, или твердой мозговой обохочки, а путем индукции. Костные опилки являются индуктором, клетки молодой соединительной ткани - реагирующим материалом, а процесс регенерации кости идет по типу эмбриональной индукции, при которой зачаток одного развивающегося органа индуцирует образование другого. Без индуктора - костных опилок - молодая соединительная ткань превращается в рубец, под влиянием индуктора - в кость, заполняющую отверстие в черепе.
Подобный метод вызывает - пока еще в опытах на собаках - регенерацию разрушенных тканей зуба.
Эксперименты показали, что костные опилки можно помчать не только из черепных, но и из трубчатых, реберных и других костей. Мало того, эти опилки можно получать из кости другого животного и не только такого же вида (от одной собаки к другой), но даже от животного другого вида (например, кости кролика или коровы годятся для пересадки собаке).
Индуцируют регенерацию кости как свежеприготовленные костные опилки, так и консервированные, например, быстро замороженные при очень низкой температуре (минус 78° по Цельсию). Несколько слабее «работают» лиофилизированные опилки, то есть замороженные и высушенные под вакуумом.
Успешные эксперименты на собаках позволили перейти к операциям, с помощью которых удалось помочь людям. Сейчас уже прослежены отдаленные результаты операций, длительность некоторых наблюдений достигает 7-8 лет.
Цель дальнейших наших исследований - вызвать регенерацию мышечных волокон в поврежденной мышце сердца у млекопитающих.
И биологи, и врачи знают, что различного рода травмы мышцы сердца, залечиваясь, обязательно дают рубцы, не обладающие способностью к сокращению. Кроме того, в местах повреждения сердца, особенно при инфарктах миокарда, образуются очаги мертвой некротизированной ткани, которая неблагоприятно действует на сердце и его работу. Следовательно, чем быстрее рассосется некротизированная ткань и заживет очаг повреждения миокарда, тем это лучше для здоровья человека.
В нашей лаборатории, а затем и в ряде других лабораторий было показано, что при определенных условиях можно получить регенерацию мышечных волокон сердца у крыс, кроликов и собак. При восстановлении миокарда нормализуется электрокардиограмма и ряд физиологических и биохимических показателей.
Однако проблема эта остается все еще не решенной. В тех случаях, когда сердечная мышца восстанавливается в довольно большом объеме, эффект оказывается временным: через два месяца новообразованная ткань распадается. Если и удается добиться длительного сохранения мышечных волокон, то лишь в том случае, когда объем восстановленного участка весьма невелик.
Многое в проблеме по регенерации миокарда остается неясным, поэтому возбуждает споры и требует дальнейших исследований и проверки. Но работа в этой области продолжается, и есть уже опыты, когда удается получить длительное восстановление участков сердечных мышц, даже папиллярных или сосочковых.
В ходе этих исследовании было проведено специальное изыскание веществ, стимулирующих регенерацию миокарда, и средств, тормозящих и стимулирующих развитие рубца. При этом выявились весьма интересные и важные данные. Оказалось, например, что, применяя эти средства - каждое отдельно или в определенном сочетании,- удается увеличить время сохранения регенерированных сердечных мышечных волокон и их объем. Эти же средства ускоряют рассасывание некротизированной ткани и заживление мест повреждения, иначе говоря, значительно быстрее ликвидируют последствия инфарктов миокарда и некоторых других заболеваний мышцы сердца (в течение ряда лет такие исследования мы проводили в содружестве с другими институтами). Бесспорно, дальнейшая работа в этом направлении может иметь серьезное значение для лечения инфарктов миокарда, для быстрейшего восстановления работоспособности сердца.
Наконец, нельзя не упомянуть еще об одном направлении исследовании До сих пор многие медики и биологи убеждены в том, что нервные клетки не только у человека, но и у любых животных ни при каких условиях не могут восстанавливаться. А это значит что любая травма спинного или головного мозга обязательно влечет за собой неизлечимые, как правило, нарушения в деятельности организма - это может быть частичная или полная потеря способности двигаться, потеря речи, изменения в психике человека и т. д. Однако за последние годы наука обогатилась принципиально новыми данными на этот счёт.
Оказалось, что удаленные в эксперименте большие участки головного мозга рыб, тритонов, аксолотлей, личинок лягушек при наличии определенных условий полностью восстанавливаются. Удалось добиться (это сделали и американские и советские исследователи) и регенерации нервных проводников поврежденного спинного мозга у крыс, кошек собак. Позже удалось получить известный положительный результат при восстановлении поврежденного спинного мозга у людей. Это открывает новый путь для лечения параличей, вызванных травмой спинного мозга.
Однако надо сразу же оговориться, что эти методы пока еще недостаточно разработаны, их применение встречается с большими трудностями. Нужны еще многочисленные опыты на животных, прежде чем метод можно будет считать отработанным.
В нашей лаборатории поставлены опыты, которые показывают возможность стимулировать деление нервных клеток в головном мозге взрослых крыс, что сопровождается изменениями в работе высшей нервной деятельности, Делаются попытки вызвать подобного рода изменения в условиях патологии - при гипоксии. Гипоксия - это недостаточность кислорода в тканях. Нервные клетки очень чувствительны к недостатку кислорода и при значительной или длительной гипоксии погибают. Наши опыты показали, что при определенных условиях опыта даже в условиях гипоксии можно стимулировать восстановительные процессы в нервной ткани мозга у крыс. Пока применяемые нами методы еще очень несовершенны. Однако мы полагаем, эти первые данные могут послужить началом для новых и весьма важных исследований в биологии и медицине.
Конечно, сегодня можно пока говорить лишь об определенном направлении исследований в области регенерации, о перспективах. Реальной возможности и выращивать у человека ампутированные руки, ноги или хотя бы пальцы пока еще нет. Также рано говорить о регенерации мышцы сердца или нервной ткани головного мозга у человека. Однако все больше данных говорит за то, что проблема восстановления поврежденных или утраченных тканей, конечностей и участков жизненно важных органов у высших животных и человека в принципе разрешима. Над ней работают, над ней надо работать, и это может привести к важнейшим результатам, значение которых трудно переоценить.
Литература
Полежаев Л. В. и др. Стимуляция регенерации мышцы сердца . «Наука», 1965.
Полежаев Л. В. Утрата и восстановление регенерационной способности органов и тканей у животных . «Наука», 1968.
Регенерация утраченных органов у животных — тайна, издревле волнующая ученых. До последнего времени считалось, что этим великолепным свойством наделены только низшие виды живых существ: ящерица отращивает оторванный хвост, некоторых червей можно разрубить на мелкие куски, и каждый вырастет в целого червя — примеров множество.
Но ведь эволюция живого мира шла от низших организмов ко все более высокоорганизованным, так почему на каком-то ее этапе это свойство пропало? И пропало ли?
Лернейская гидра, Медуза Горгона или наш трехглавый Змей Горыныч, у которого Иван-царевич без устали рубил «самовосстанавливающиеся» головы, — персонажи хотя и мифические, но явно состоящие в «родственных отношениях» с вполне реальными существами.
К ним, например, относятся тритоны — разновидность хвостатых амфибий, которые по праву считаются одними из самых древних животных на Земле. Их удивительной особенностью является способность к регенерации — отращиванию поврежденных или потерянных хвостов, лап, челюстей.
Более того, у них восстанавливаются и поврежденное сердце, и глазные ткани, и спинной мозг. По этой причине они незаменимы для лабораторных исследований, да и в космос тритонов отправляют не реже, чем собак и обезьян. Этими же свойствами обладают и многие другие существа.
Так, рыбкам данио рерио черно-белого окраса, длиной всего в 2—3 см, свойственно регенерировать части плавников, глаза и даже восстановить клетки собственного сердца, вырезанные хирургами в процессе опытов по регенерации. Это можно сказать и о других видах рыб.
Классическими примерами регенерации стали ящерицы и головастики, восстанавливающие потерянный хвост; раки и крабы, отращивающие утраченные клешни; улитки, способные вырастить новые «рожки» с глазами; саламандры, у которых происходит естественная замена ампутированной лапки; морские звезды, регенерирующие свои оторванные лучи.
Кстати, из такого вот оторванного луча, как из черенка, может развиться новое животное. Но чемпионом регенерации стал червь плосковик, или планария. Если его перерезать пополам, то на одной половинке тела вырастает недостающая голова, а на другой — хвост, то есть образуются две совершенно самостоятельные жизнеспособные особи.
А возможно появление совершенно необыкновенной, двухголовой и двухвостой планарии. Такое произойдет, если на переднем и заднем концах сделать продольные надрезы и не давать им срастаться. Даже из 1/280 части тела этого червя получится новое животное!
Люди долго наблюдали за братьями нашими меньшими и, чего греха таить, втайне завидовали. А ученые перешли от бесплодных наблюдений к анализу и попытались выявить законы этого «самоисцеления» и «самовосстановления» животных.
Первым попытался внести научную ясность в это явление французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр. Именно он ввел в науку термин «регенерация» — восстановление утраченной части тела с ее структурой (от лат. ге — «снова» и generatio — «возникновение») — и провел ряд опытов. Его работа о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 году. Увы, коллеги не обратили на нее внимания, и Реомюр оставил эти исследования.
Лишь спустя 28 лет швейцарский натуралист Абраам Трамбле продолжил опыты по регенерации. Существо, на котором он экспериментировал, на тот момент не имело даже собственного имени. Более того, ученые еще не знали, животное это или растение. Полый стебелек с щупальцами, задним концом прикрепляющийся к стеклу аквариума или к водным растениям, оказался хищником, к тому же весьма удивительным.
В опытах исследователя отдельные фрагменты тела маленького хищника превращались в самостоятельные особи — явление, известное до тех пор лишь в растительном мире. А животное продолжало удивлять естествоиспытателя: на месте продольных разрезов на переднем конце тельца, сделанных ученым, оно отращивало новые щупальца, превращаясь в «многоголовое чудовище», миниатюрную мифическую гидру, с которой, по мнению древних греков, сражался Геракл.
Неудивительно, что и лабораторное животное получило то же имя. Но исследуемая гидра обладала еще более чудесными особенностями, чем ее лернейская тезка. Она дорастала до целой даже из 1/200 части своего односантиметрового тела!
Реальность превосходила сказки! Но факты, которые известны сегодня каждому школьнику, в 1743 году опубликованные в «Трудах Лондонского Королевского общества», ученому миру показались неправдоподобными. И тогда Трамбле поддержал к этому времени уже авторитетный Реомюр, подтвердив достоверность его исследований.
«Скандальная» тема сразу же привлекла внимание многих ученых. И вскоре список животных со способностями к регенерации оказался довольно внушительным. Правда, долгое время считалось, что только низшие живые организмы обладают механизмом самообновления. Затем ученые обнаружили, что птицы способны отращивать клювы, а молодые мыши и крысы — хвосты.
Даже у млекопитающих и человека есть ткани с большими возможностями в данной области — регулярно меняют шерсть многие животные, обновляются чешуйки человеческого эпидермиса, отрастают остриженные волосы и сбритые бороды.
Человек — существо не только чрезвычайно любознательное, но и страстно желающее любое знание использовать себе во благо. Поэтому вполне понятно, что на определенном этапе исследования загадок регенерации возник вопрос: а почему это происходит и нельзя ли вызывать регенерацию искусственно? И почему высшие млекопитающиеся почти утратили эту способность?
Во-первых, специалисты отметили, что регенерация тесно связана с возрастом животного. Чем оно моложе, тем легче и быстрее исправляются повреждения. У головастика недостающий хвост запросто отрастает, а вот утрата старой лягушкой лапки делает ее инвалидом.
Ученые исследовали физиологические отличия, и стал понятен способ, применяемый земноводными для «саморемонта»: оказалось, что на ранних стадиях развития клетки будущего существа незрелы, и направление их развития вполне может измениться. Например, эксперименты над эмбрионами лягушек показали, что когда эмбрион имеет всего лишь нескольких сотен клеток, из него можно вырезать часть ткани, которой уготована участь стать шкурой, и поместить 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 ученые сделали вывод, что судьба этих клеток уже предопределена. И если для клеток большинства высших организмов обратной дороги нет, то клетки земноводных умеют обратить время вспять и вернуться к тому моменту, когда предназначение могло измениться.
Что же это за изумительное вещество, позволяющее земноводным «самовосстанавливаться»? Ученые обнаружили, что если тритон или саламандра потеряют лапку, то на поврежденном участке тела клетки костей, шкуры и крови теряют отличительные признаки.
Все вторично «новорожденные» клетки, которые называют бластемой, начинает усиленно делиться. И в соответствии с нуждами организма становятся клетками костей, шкуры, крови... чтобы стать в конце новой лапой. А если в момент «саморемонта» подключить третиноиновую кислоту (кислота витамина А), то это так сильно подхлестывает регенеративные способности у лягушек, что они отращивают три ноги вместо одной утраченной.
Долгое время оставалось загадкой, почему программа регенерации оказалась подавленной у теплокровных. Объяснений может быть несколько. Первое сводится к тому, что у теплокровных несколько иные приоритеты к выживанию, нежели у холоднокровных. Рубцевание ран стало важнее тотальной регенерации, поскольку снижало шансы фатального истекания кровью при ранении и занесения смертоносной инфекции.
Но может быть и другое объяснение, куда более мрачное — рак, то есть быстрое восстановление обширного участка поврежденной ткани подразумевает возникновение одинаковых быстро делящихся клеток в определенном месте. Именно это наблюдается при возникновении и росте злокачественной опухоли. Поэтому ученые полагают, что для организма стало жизненно важным уничтожать быстро делящиеся клетки, а следовательно, возможности к быстрой регенерации оказались подавленными.
Доктор биологических наук Петр Гаряев, академик Российской академии медико-технических наук, утверждает: «Она (регенерация) не пропала, просто высшие животные, в том числе и человек, оказались более защищенными от внешних воздействий и полная регенерация стала не такой уж нужной».
В какой-то мере она сохранилась: заживают раны, порезы, восстанавливается ободранная кожа, растут волосы, частично регенерирует печень. Но оторванная рука у нас уже не вырастает, как не вырастают и внутренние органы взамен переставших функционировать. Природа просто забыла, как это делается. Возможно, надо ей об этом напомнить.
Как всегда помог Его Величество Случай. 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.
Проделали это снова — получили такой же результат: никаких намеков на заживленную ранку. Организм мышей регенерировал ткани и хрящи, заполнив ненужные им дырки. Хербер-Кац сделала из этого единственно верный вывод: в поврежденных участках ушей присутствует бластема — такие же неспециализированные клетки, как у земноводных.
Но мыши — млекопитающие, они не должны бы иметь таких способностей. Опыты над несчастными грызунами продолжили. Ученые отрезали мышкам кусочки хвостиков и... получили 75-процентную регенерацию! Правда, никто даже не пытался отрезать «пациентам» лапки по очевидной причине: без прижигания мышь просто умрет от большой кровопотери задолго до того, как начнется (если вообще начнется) регенерация потерянной конечности. А прижигание исключает появление бластемы. Так что полный список регенерационных способностей мышей выяснить не удалось. Однако узнали уже немало.
Правда, существовало одно «но». Это были не обычные домашние мыши, а особенные питомцы с поврежденной иммунной системой. Первый вывод из своих опытов Хебер-Кац сделала такой: регенерация присуща только животным с уничтоженными Т-клетками — клетками иммунной системы.
Вот в чем основная проблема: у земноводных она отсутствует. Значит, именно з иммунной системе и коренится разгадка этого феномена. Вывод второй: млекопитающие имеют такие же необходимые для регенерации тканей гены, как и земноводные, но Т-клетки не позволяют этим генам работать.
Вывод третий: организмы первоначально имели два способа исцеления от ран — иммунную систему и регенерацию. Но в ходе эволюции две системы стали несовместимы друг с другом — и млекопитающие выбрали Т-клетки, потому что они важнее, так как они являются основным оружием 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».
Но неужели ничего нельзя придумать, ведь так хочется не просто омоложения, а восстановления жизнеобеспечивающих функций организма? И ученые нашли если не панацею от всех бед, то возможность стать немного ближе к природе, правда, благодаря не бластеме, а стволовым клеткам. Оказалось, что у человека иной принцип регенерации.
Долгое время было известно, что только два вида наших клеток могут регенерировать — это клетки крови и печени. Когда эмбрион любого млекопитающего развивается, часть клеток остается в стороне от процесса специализации.
Это и есть 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 в лабораторных условиях.
Теперь ученым предстояло проверить опытным путем, есть ли шанс «запустить» записанную в ДНК каждой из наших клеток «инструкцию» по выращиванию новых органов. Специалисты были убеждены, что нужно просто заставить организм «включить» свою способность, а дальше процесс сам позаботится о себе. Правда, возможность отращивать конечности сразу же упирается во временную проблему.
То, что легко удается крошечному телу, не под силу взрослому человеку: объемы и размеры значительно больше. Мы не можем поступить, как тритоны: сформировать очень маленькую конечность, и затем ее выращивать. Для этого земноводным требуется всего пара месяцев, человеку, чтобы вырастить новую ногу до нормального размера, по подсчету английского ученого Джереми Брокса, надо не меньше 18 лет...
Но ученые нашли немало работы для стволовых клеток. Однако вначале необходимо сказать, как и откуда их получают. Ученые знают, что самое большое количество стволовых клеток находится в костном мозге таза, но у любого взрослого человека они уже подрастеряли свои первоначальные свойства. Наиболее перспективным считается ресурс стволовых клеток, полученных из пуповинной крови.
Но после родов исследователи могут собрать только от 50 до 120 мл такой крови. Из каждого 1 мл выделяется 1 млн клеток, но лишь 1% из них — клетки-предшественники. Этот личный запас восстановительного резерва организма — чрезвычайно мал, а потому бесценен. Поэтому стволовые клетки получают из мозга (или других тканей) эмбрионов — абортативного материала, как ни грустно об этом говорить.
Их можно выделить, поместить в культуру ткани, где начнется размножение. Эти клетки могут жить в культуре более года и быть использованы для любого пациента. Стволовые клетки можно выделять из пуповинной крови и из мозга взрослых людей (например при нейрохирургических операциях).
А можно выделять из мозга недавно умерших, так как эти клетки обладают устойчивостью (по сравнению с другими клетками нервной ткани), они сохраняются тогда, когда нейроны уже дегенерировали. Стволовые клетки, извлеченные из других органов, например носоглотки, не столь универсальны в применении.
Что и говорить, это направление фантастически перспективно, но еще до конца не исследовано. В медицине необходимо семь раз отмерить, а потом в течение десятка лет перепроверить, чтобы убедиться, что панацея не повлечет за собой какой-либо беды, например иммунного сдвига. Не сказали своего веского «да» и онкологи. Но тем не менее успехи уже есть, правда, только на уровне лабораторных разработок, опытов на высших животных.
Возьмем для примера стоматологию. Японские ученые разработали систему лечения, основанную на генах, которые отвечают за рост фибропластов — тех самых тканей, что растут вокруг зубов и держат их. 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% населения планеты.
В другой серии опытов камера зуба заполнялась дентинными опилками (играющими роль индуктора) с соединительной тканью десны (амфодонтом) в роли реагирующего материала. И амфодонт тоже превращался в дентин. Английские стоматологи уже в недалеком будущем надеются от успешных опытов на мышах перейти к дальнейшим лабораторным исследованиям. По скромным подсчетам, «стволовые имплантанты» будут стоить столько же, сколько и обычное протезирование в Англии — от 1500 до 2000 фунтов стерлингов.
Исследования показали, что людям, у которых отказывают почки, необходимо вернуть к жизни всего 10% почечных клеток, чтобы перестать зависеть от диализной машины.
И исследования в этом направлении ведутся уже много лет. Как же это важно — не пришить, а именно вырастить заново, не сидеть на таблетках, а восстановить здоровую функцию за счет скрытых возможностей организма.
В частности, найден способ выращивать новые бета-клетки поджелудочной железы, вырабатывающие инсулин, что обещает миллионам диабетиков избавление от ежедневных инъекций. А опыты по возможности использования стволовых клеток в борьбе с диабетом уже на фазе завершения.
Идет работа и над создание средств, включающих регенерацию. Специалисты Ontogeny разработали фактор роста под названием ОР1, который скоро будет разрешен к продаже в Европе, США и Австралии. Он стимулирует рост новой костной ткани. ОР1 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 ОР1 стимулирует костную ткань так, что она начинает расти и заполняет собой промежуток между частями сломанной кости. В Российском институте травматологии и ортопедии исследователи получают стволовые клетки из костного мозга. После 4—6 недель размножения в культуре их пересаживают в сустав, где они реконструируют хрящевые поверхности.
А несколько лет назад группа английских генетиков сделала сенсационное заявление: они начинают работу по клонированию сердца. Если эксперимент завершится удачно, не потребуются пересадки, чреватые отторжением тканей. Но вряд ли волновая генетика ограничится регенерацией только внутренних органов, и ученые надеются, что научатся «отращивать» пациентам конечности.
В области гинекологии у стволовых клеток тоже большие перспективы. К сожалению, очень многие молодые женщины сегодня обречены на бесплодие: их яичники прекратили продуцировать яйцеклетки.
Часто это означает, что исчерпался пул клеток, из которого возникают фолликулы. Следовательно, необходимо искать восполняющие их механизмы. Первые обнадеживающие результаты в этой области появились недавно.
Ученые уже видят, каким путем можно спасти людей, которым поставлен страшный диагноз — цирроз печени. Они считают что на каких-то этапах развития заболевания пересадку целого органа можно заменить введением лишь стволовых клеток (через артериальное русло, прямыми пункциями, прямыми трансплантациями клеток в ткань печени). Специалисты Центра хирургии РАМН начали пилотное исследование, и первые результаты обнадеживают.
Очень интересные предварительные разработки ведут украинские ученые в области сердечно-сосудистых заболеваний. Уже сегодня у них накоплены экспериментальные доказательства, что введение стволовых клеток больным с инфарктом миокарда или тяжелой ишемией — перспективный метод лечения.
Первые клинические эксперименты с трансплантацией стволовых клеток, начавшиеся в Питсбургском университете США, дали хорошие результаты и у тяжелых больных, перенесших ишемический или геморрагический инсульт. У них после клеточной терапии неврологическая реабилитация хорошо заметна.
К сожалению, очень хорошо известна устрашающая статистика количества детей с внутриутробным поражением мозга, в том числе и с церебральным параличом. Уже доказано, что если таким детям начать трансплантацию стволовых клеток (или терапию, направленную на их стимуляцию, т. е. на локализацию собственных, эндогенных, клеток в области поражения), то по прошествии первого года жизни часто наблюдается, что даже при сохранении анатомических изъянов мозга дети имеют минимальную неврологическую симптоматику.
Эффективно разработанные технологии трансплантации стволовых клеток могут полностью изменить нашу жизнь. Но это будущее, а сегодня у этой области знаний нет даже своего названия, только варианты: «клеточная терапия», «трансплантация стволовых клеток», «медицина регенерации», даже «инженерия тканевая» и «инженерия органная».
Но уже можно перечислить все возможности этого нового направления. Недаром говорят, что XXI век пройдет под знаком биологии, и, возможно, опыт регенерации, сохраненный на протяжении миллионов лет земноводными и простейшими, поможет человечеству.
Регенерация (в патологии) - это восстановление целости тканей, нарушенной каким-либо болезненным процессом или внешним травмирующим воздействием. Восстановление происходит за счет 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 (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 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 и т. 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 одно- или 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.
Регенерация бывает физиологической, репаративной и патологической . Процесс регенерации очень близок, фактически идентичен гиперпластическому процессу (размножение клеток и внутриклеточных структур). Различаются они тем, что гиперплазия (гипертрофия) обычно возникает в связи с необходимостью усиления функции, а регенерация - с «целью» нормализации функции при повреждении органа и убыли части его массы. Раньше считали, что регенерация ограничивается лишь органным и тканевым уровнями. Теперь стало очевидным, что физиологическая и репаративная регенерация - явление универсальное, свойственное не только тканевому и клеточному уровням, но и внутриклеточному, включая молекулярный (регенерация поврежденной структуры ДНК). Так, после патогенного воздействия и повреждения ДНК происходит ее «залечивание», осуществляемое последовательной работой репаративных ферментов. Они «узнают» поврежденный участок, расширяют его, т.е. как бы очищают место повреждения, а затем «застраивают» образовавшуюся брешь по комплементарной неповрежденной нити ДНК и «сшивают» встроенные нуклеотиды. Самым замечательным в процессе репарации ДНК является то, что она как бы в миниатюре повторяет те главные звенья регенераторного процесса, которые мы привыкли наблюдать при его развертывании на тканевом уровне,- повреждение, ферментативное расщепление омертвевших тканей и очищение зоны повреждения в пределах здоровых тканей, заполнение образовавшегося дефекта новообразованной тканью того же типа (полная регенерация) или соединительной тканью (неполная регенерация). Это свидетельствует о том, что при всем кажущемся бесконечном разнообразии процессов, развертывающихся в организме, каждый из них в принципе протекает по некоторой универсальной, общей для всех уровней организации типовой схеме.
Регенерация, протекающая на молекулярном и ультраструктурном уровнях, ограничивается клетками, и поэтому она получила название внутриклеточной. Структурное обеспечение приспособления организма к повседневным влияниям окружающей среды обеспечивается соответствующими колебаниями интенсивности физиологической регенерации , которая в случае болезни резко усиливается и принимает характер репаративной. И физиологическая, и репаративная регенерация в одних органах обеспечивается всеми ее формами - клеточной (митоз, амитоз) и внутриклеточной. В таких же органах и системах, как ЦНС и сердце (миокард), где размножение клеток отсутствует, структурной основой нормализации их функции служит исключительно внутриклеточная регенерация. Таким образом, последняя является универсальной формой регенерации, свойственной всем органам без исключения.
Репаративная регенерация бывает полной, неполной и внутриклеточной.
Клеточная форма регенерации присуща следующим органам и тканям (костная, кроветворная, рыхлая соединительная, эндотелий, мезотелий, слизистые желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы, органов дыхания, кожа, лимфоидная ткань),
К органам и тканям, где преобладает внутриклеточная форма регенерации , относят миокард и нервные клетки.
В некоторых органах наблюдается клеточная и внутриклеточная форма регенерации - печень, почки, легкие, гладкие мышцы, эндокринные железы, поджелудочная железа, вегетативная нервная система.
Морфогенез репаративного процесса складывается из двух фаз - пролиферации и дифференцировки . В первую фазу идет размножение молодых недифференцированных клеток (камбиальных, стволовых или клеток предшественников). Размножаясь а затем дифференцируясь, они восполняют убыль высокодифференцированных клеток. Есть и другая точка зрения об источниках регенерации. Допускается, что источником регенерации могут быть высокодифференцированные клетки органа, который в условиях патологического процесса могут перестраиваться, утрачивать часть своих специфических органелл и одновременно приобретать способность к митотическому делению с последующией пролиферацией и дифференцировкой. Исходы процесса регенерации могут быть различными. В одних случаях репаративная регенерация заканчивается формированием части идентичной погибшей – тогда говорят о полной регенерации или реституции. В других – возникает неполная регенерация (субституция). В зоне повреждения образуется не специфическая для данного органа ткань, а соединительная, в дальнейшем подвергающаяся рубцеванию. При этом оставшиеся структуры компенсаторно увеличиваются в своей массе, т.е. гипертрофируются. Возникает регенерационная гипертрофия, которая и является выражением сущности неполной регенерации. Регенерационная гипертрофия может осуществляться двумя путями – гиперплазией клеток (печень, почки, подж. железа, легкие, селезенка и др.) и ультраструктур (гипертрофией клеток – миокард и нейроны головного мозга). Полностью регенерируют в основном те ткани, которым присуща клеточная регенерация, неполностью регенерируют поперечно-полосатые мышцы, миокард, крупные сосуды. Регенерацией.гипертрофия наблюдается в печени, легких, почках, эндокринных железах, ВНС.
Патологическая регенерация – извращение регенерационного процесса в сторону гипорегенерации или гиперрегенерации, фактически это неправильно протекающая репаративная регенерация. Примерамм такой регенерации и их причинами являются:
1. Ткани не утратили регенераторной способности, но по физическим и биохимическим условиям регенерация принимает избыточный характер, давая в итоге опухолевидные разрастания и приводя к нарушению функцнн (интенсивное разрастание грануляционной ткани в ранах /избыточные грануляции/, келлоидные рубцы после ожогов, ампутационные невромы).
2. Утрата тканями привычных, адекватных темпов регенерации (например при истощении, авитаминозах, диабете) – длительно незаживающие раны, ложные суставы, метаплазия эпителия – в очаге хронического воспаления).
3. Регенерация носит качественно новый характер в отношении возникших тканей,с этим связана функциональная неполноценность регенерата /например, образование ложных долек при циррозах печени/, а иногда и переход его в новый качественный процесс – опухоль.
Регенерация осуществляется под воздействием различных регуляторных механизмов:
1) гуморальные (гормоны, поэтич.факторы, фактор роста, кейлоны)
2) иммунологические (установлен факт переноса лимфоцитами "регенерационной информации", стимулирующей пролиферативную активность клеток различных внутренних органов
3) нервные и
4) функциональные (дозированная функциональная нагрузка).
Эффективность процессов регенерации в большой мере определяется условиями, в которых она протекает. Видное значение в этом отношение имеет общее состояние организма. Истощение, гиповитаминоз, нарушение иннервации и др. оказывает значительное влияние на ход репаративной регенерации, затормаживая ее и переводя в патологическую. Существенное влияние оказывает степень функциональной нагрузки, правильное дозирование которой способствует регенерации (восстановление костной ткани при переломах). Скорость репаративной регенерации в известной мере определяется и возрастом, конституцией, обменом веществ, питанием. Имеют значение и местные факторы – состояние иннервации, крово- и лимфообращения, характер патологического процесса, пролиферативная активность клеток.
Заживление ран происходит по законам репаративной регенерации. В зависимости от глубины дефекта, вида ткани и методов лечения различают 4 вида заживления ран.
1. Непосредственное закрытие дефекта эпителиальных покровов , при котором отмечается наползание эпителиальных клеток на поверхность дефекта из области краев повреждения .
2. Заживление под струпом происходит в мелких дефектах, на поверхности которых образуется корочка (струп), под которую в течение 3-5 суток подрастают эпителиальные клетки, после чего корочка отпадает.
3. Первичное натяжение .
4. Вторичное натяжение .
Заживление первичным натяжением происходит в области обработанных и зашитых кожных ран или мелких дефектов органов и тканей, в которых, вследствие слабой травматизации тканей и малой микробной инвазии, дистрофические и некроботические изменения клеток и волокон минимальны даже на ультраструктурном уровне. Первичная реакция лаброцитов и сосудов микроциркуляции относительно слаба, пoэтому экссудация умерена и имеет серозный характер, нейтрофильный и макрофагальный этапы воспалительной клеточной pеакции ослаблены вследствии небольшой концентрации медиаторов, определяющих хемотаксис этих клеток. Это проводит к быстрому очищению раны и переходу к пролиферативной фазе – появлению фибробластов, новообразованию капилляров, затем аргирофильных и коллагеновых волокон. Грануляционная ткань, которая при первичном натяжении слабо выражена, быстро созревает.(10-15 день). Поверхность дефекта эпителизируется и на месте раны образуется нежный рубчик.
Заживление вторичным натяжением происходит при больших и глубоких, открытых дефектах, с активной микробной инвазией через нагноение. На границе с омертвевшей тканью развивается демаркационное гнойное воспаление. В течение 5-6 суток происходит отторжение некротизированных масс (вторичное очищение раны) и в краях раны начинает формироваться грануляционная ткань. Грануляционная ткань, постепенно заполняющая раневой дефект, имеет выраженные признаки воспаления и сложную шестислойную структуру, описанную Н.Н.Аничковым:
1. поверхностный лейкоцитарно-некротический слой
2. поверхностный слой сосудистых петель
3. слой вертикальных сосудов
4. созревающий слой
5. слой горизонтально расположенных фибробластов
6. фиброзный слой.
