Выделяют 2 фазы эпиморфоза: регрессивная и прогрессивная фазы.

РЕГЕНЕРАЦИЯ. ТРАНСПЛАНТАЦИЯ. ГОМЕОСТАЗ.

Регенерация - универсальное свойство живого, присущее всем организмам, восстановление утраченных или поврежденных органов и тканей (собственно регенерация), а также восстановление целого организма из его части (соматический эмбриогенез).

Термин регенерация предложил в 1712 г. Р. Реомюр.

Уровни регенерации:

Внутриклеточная регенерация - процесс восстановления макромолекул и органелл. Увеличение числа органелл достигается усилением их образования (лизосомы), сборки элементарных структурных единиц (микротрубочки) или путем их деления (митохондрии).

Регенерация на тканевом, органном и организменном уровнях обеспечивается делением, детерминацией, дифференцировкой и ростом клеток.

Виды регенерации.

1. Физиологическая регенерация – восстановление органов, тканей, клеток в процессе нормальной жизнедеятельности организма.

2. Репаративная регенерация – восстановление структур после травмы или действия других патологических факторов.

Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз. Физиологическая регенерация - это проявление фундаментального свойства жизни - самообновления.

Различные ткани имеют неодинаковую способность к внутриклеточной физиологической регенерации:

Лабильные ткани образованы постоянно обновляющимися популяциями клеток (эпидермис, эпителий кишечника, клетки костного мозга). Они имеют низкую способность к внутриклеточной регенерации, поскольку популяции этих клеток находятся в состоянии постоянного деления и имеют небольшой срок жизни.

Стабильные ткани образованы статическими популяциями

клеток (клетки печени, почек, надпочечников), для которых характерна незначительная утрата и восстановление после завершения фазы роста организма. Для этих клеток внутриклеточная регенерация имеет гораздо большее значение вследствие большей продолжительности жизни.

Вечные ткани (нервная) образованы клетками неспособными к делению, поэтому физиологическая регенерация на клеточном уровне имеет для них огромное значение.

Репаративная регенерация наступает при повреждении ткани или органа. Ее проявления разнообразны в зависимости от повреждающего фактора, объема повреждения и способа восстановления.

Способы репаративной регенерации: эпиморфоз, морфаллаксис, эпителиализация при заживлении ран, регенерационная гипертрофия, компенсаторная гипертрофия, соматический эмбриогенез.

Эпиморфоз - способ регенерации, заключающийся в отрастании копии органа от ампутационной поверхности.

Выделяют 2 фазы эпиморфоза: регрессивная и прогрессивная фазы.

Регрессивная фаза включает следующие стадии:

1. Заживления раны - остановка кровотечения, сокращение тканей культи конечности, образование сгустка фибрина и миграция эпидермиса, покрывающего ампутационную поверхность.

2. Фагоцитоз и разрушение - в разрушенные ткани проникают клетки, участвующие в воспалении, наблюдается фагоцитоз и местный отек. Остеоциты на дистальном конце кости разрушаются.

3. Дедифференцировка – утрата дифференцированных тканей в области под раневым эпидермисом и появление клеток мезенхимы.

4. Образование бластемы – раневой эпидермис быстро утолщается за счет деления и миграции клеток мезенхимы, закладываются

черты регенерирующей конечности.

В прогрессивную фазу происходят рост и морфогенез. Серия сложных клеточных взаимодействий приводящих к формированию черт конечности и ее дальнейшему росту до нормальных размеров.

1-й день 5-й день 14-й день

17-й день 21-й день Регенерат

При эпиморфной регенерации не всегда образуется точная копия удаленной структуры:

• гипоморфоз - регенерация с частичным замещением ампутированной структуры, приводящая к образованию регенерата меньшего размера, чем исходный орган или часть тела;

• гетероморфоз - появление иной структуры на месте утраченной.

Рис. 4. Гетероморфная регенерация. а - регенерация усика вместо глаза у рака; б - регенерация хвоста вместо конечности у ящерицы.

Стадии регенерации передней конечности у тритона

II. Морфаллаксис - регенерация путем перестройки части орга-низма без усиленной митотической активности клеток раневой по-

верхности. При регенерации головного конца кольчатых червей морфаллаксис происходит на границе между эпиморфно регенерирующим компонентом и оставшейся задней частью тела.

III. Регенерационная гипертрофия характерна для внутренних органов. Рана заживает рубцом, удаленный участок не отрастает и форма органа не восстанавливается. Благодаря увеличению числа клеток и их размеров, масса органа и его функциональный потенциал приближаются к исходным.

Регенерационная гипертрофия печени крысы после удале­ния ее части:

1 — неповрежденная печень,

2 — печень после удаления ее участка (показано пунктиром),

3 — регенерировавшая печень.

IV. Компенсаторная гипертрофия - изменения в одном из парных органов при нарушении в другом (гипертрофия почки при удалении другой).

V. Соматический эмбриогенез - для этого способа характерно образование нового целого организма из соматических клеток старого.

Целая планария восстанавливается из 1/10 или 1/20 ее части.

Из любого куска тела планарии может образоваться новая особь.

VI. Эпителизация при заживлении ран. Эпителий на краю раныьутолщается. Сгусток фибрина - субстрат для миграции эпидермиса вглубь раны. Мигрирующие клетки обладают фагоцитарной активностью. Клетки с противоположных краев вступают в контакт. Затем наступает кератинизация раневого эпидермиса, отделение корки, покрывающей рану.

Рис. 5. Эпителизация кожной раны у млекопитающих.

А - врастание эпидермиса под некротическую ткань;

Б - срастание эпидермиса и отделение струпа: 1 - соединительная ткань, 2 - эпидермис, 3 - струп, 4 - некротическая ткань.

Регуляция регенерации

Нервная регуляция регенерации: влияние нервов связано с их трофическим действием на ткани конечностей.

Гуморальная регуляция: при введении животным сыворотки

крови от животных, подвергшихся удалению печени, наблюдалась

стимуляция митозов клеток печени. При введении травмированным

животным сыворотки от здоровых животных - снижение митозов в

поврежденной печени.

Гипотезы о клеточных источниках регенерации

1. Гипотеза резервных клеток - предшественники регенерационной бластемы - клетки, которые останавливаются на раннем этапе дифференцировки и не участвуют в процессе развития до получения стимула к регенерации (в культях пальцев аксолотля хондроциты мигрируют в регенерационную систему).

2. Гипотеза временной дедифференцировки клеток - в ответ на стимул регенерации, клетки утрачивают признаки специализации, но затем снова дифференцируются в тот же клеточный тип (хондроцит становится миоцитом и наоборот).

3. Гипотеза полной дедифференцировки специализированных клеток до состояния, сходного с мезенхимными клетками и с возможным последующим превращением в клетки другого типа с утратой специализации и детерминации (регенерация хрусталика у амфибий).

Физиологическая регенерация свойственна всем организмам.

Масштабы и способы репаративной регенерации варьируют у животных, различающихся систематическим положением.

Способность к регенерации не имеет однозначной зависимости

от уровня организации, но более низко организованные животные обладают лучшей способностью к регенерации наружных органов. У губок, кишечно-полостных и червей из части организма восстанавливается целая особь. У членистоногих и моллюсков регенерируют отдельные конечности и части тела.

Низшие хордовые способны восстанавливать целый организм из его части (асцидии).

Амфибии и рептилии восстанавливают отдельные органы (конечности, хвост).

Регенерация у млекопитающих: из небольшого фрагмента яичника восстанавливается целый орган, регенерационная гипертрофия

позволяет компенсировать потерю 4/5 печени.

Трансплантация - пересадка ткани или органа.

В зависимости от родства донора (у него берут ткань или орган) и реципиента (ему пересаживают ткань или орган) различают виды трансплантации:

• аутотрансплантация (собственных тканей и органов);

• изотрансплантация (от генетически идентичных организмов);

• аллотрансплантация (от организма того же вида);

• ксенотрансплантация (от организмов другого вида).

До конца XIX - начала XX в.в. в клинике и эксперименте пересаживали кожу, кости, слизистые оболочки, роговицу и т. д.

Появление сосудистого шва в начале XX в. позволило осуществить пересадки органов с соединением кровеносных сосудов. Достижения в области консервации органов и тканей привели к использованию кадаверных (трупных) органов. Это позволило с середины XXв. начать широкую практику пересадок почек, эндокринных желез, печени, сердца, pancreas, костного мозга и др.

Тканевая совместимость - состояние, при котором клетки или органы донора приживаются и функционируют в организме реципиента.

Отторжение иммунной системой реципиента донорских тканей, а также разрушение донорскими иммунокомпетентными клетками тканей реципиента - тканевая несовместимость.

В природе есть универсальная несовместимость тканей, обусловленная генами, кодирующими структуру мембранных АГ гистосовместимости.

У человека главный комплекс гистосовместимости находится в 6-й хромосоме и имеет 6 сублокусов, каждому из которых принадлежит до 40 аллельных генов. Каждый аллель кодирует свой АГ гистосовместимости.

С помощью типирования АГ гистосовместимости подбирают совместимые ткани для трансплантации.

Толерантность иммунологическая (терпимость) - отсутствие или

ослабление ответа на данный АГ при сохранении реактивности организма ко всем другим АГ (Медавар, 1953).

Толерантность можно создать:

1. Облучением

Ионизирующая радиация, которая угнетающе действует на лимфоидную ткань. Вместе с тем радиация снижает ещё и инфекционный иммунитет организма.

2. Иммунодепрессантами

Химические иммунодепрессоры находят жизненное применение в клинической практике (имуран, 6-меркаптопурин, циклофосфамид, метакресат и др.). Эти препараты извращают или блокируют различные реакции обмена. Снижают иммунитет также ряд гормональных препаратов (кортизон, гидрокортизон, преднизолон). Они угнетают развитие лимфоидной ткани.

Биологические иммунодепрессанты – это АЛС (антилимфоцитарная сыворотка), которую получают при иммунизации животных лимфоцитами реципиента. АЛС обладает тканевой специфичностью, т.е. подавляют в основном трансплантационный, а не инфекционный иммунитет и не нарушают процесс кроветворения.

В клинической практике для иммунной депрессии широко применяют различные комбинации иммунодепрессивных факторов.

3. Введением малых доз растворимых дезагрегированных АГ

(соединяются с встроенными в мембрану лимфоцитов иммуноглобу-

линами и блокируют их);

4. Введением избытка АТ (они перехватывают АГ на их пути к

лимфоцитам, либо экранируют АГ от иммунокомпетентных клеток).

При пересадках органов и тканей судьба трансплантата определяется толерантностью реципиента к АГ гистосовместимости донора.

Рис. 3. Схема регенерации после удаления конечности аксолотля.

а - нанесение травмы; б - образование бластемы; в – регенерировавшая конечность; 1- эпидермис; 2 - дерма; 3 - мышцы; 4 - кость.

Регенерация частей организма, состоящих из комплекса органов:

регенерация рта у гидры, головного конца у кольчатого червя и морской звезды из луча.

Рис. 1. Регенерация комплекса органов у беспозвоночных животных.

А - гидра; Б - кольчатый червь; В - морская звезда.

Эксплантация

Эксплантация (от лат. ex – вне, planter – сажать, выращивать) – это метод выращивания отдельных клеток, тканей и органов вне организма на питательных средах и в определенных условиях.

Различают первичные клеточные культуры, которые живут, как правило, недолго. Сюда относятся эмбриональные ткани любых организмов и ткани взрослых организмов.

Постоянные клеточные линии, которые являются трансформированными, для них характерно:

1) изменение типа роста клеток; 2) изменение числа хромосом;

3) у клеток исчезает контактное торможение.

Проблемы, решаемые с помощью культур тканей

1. Проблема длительности жизни клетки и малигнизации их.

2. Скрининг – поиск канцерогенных веществ и их аналогов для изучения процесса канцерогенеза.

3. Гибридизация соматических клеток.

4. Проблемы дифференцировки.

Гомеостаз

Гомеостаз это свойство живых форм поддерживать постоянство своей внутренней среды, а также главные черты присущей ему организации, несмотря на изменчивость параметров окружающей среды.

Гомеостаз (от греч. homoios – подобный, одинаковый + status – неподвижность) – это способность живых систем сохранять динамическое постоянство состава и свойств. Представление о постоянстве внутренней среды организма как основе свободы и независимости живых организмов в непрерывно меняющейся внешней среде обосновал Клод Бернар в 1878г. Явления гомеостаза проявляются на разных уровнях организации живых систем.

Виды гомеостаза:

Генетический гомеостаз

Физиологический гомеостаз

Структурный гомеостаз

Генетический гомеостаз на молекулярно-генетическом, клеточном и организменном уровнях направлен на поддержание сбалансированной системы генов, содержащей всю биологическую информацию организма. Механизмы онтогенетического (организменного) гомеостаза закреплены в исторически сложившемся генотипе.

На популяционно-видовом уровне генетический гомеостаз – это способность популяции поддерживать относительную стабильность и целостность наследственного материала, которые обеспечиваются процессами редукционного деления и свободным скрещиванием особей, что способствует сохранению генетического равновесия частот аллелей.

Основные способы поддержания генетического гомеостаза это:

Репликация ДНК

Репарация ДНК

Точное распределение наследственного материала при митозе

Иммунитет

Рис. Механизмы репарации на примере пострадиационного восстановления структуры ДНК:

а) фотореактивация б) эксцизионная репарация в) пострепликативная репарация

Иммунитет – это специализированные реакции иммунной системы на генетически чужеродные агенты, живые организмы, злокачественные клетки.

Иммунитет бывает:

Конституциональный иммунитет – генетически предопределенная устойчивость отдельных видов, популяций и особей к возбудителям определённых заболеваний или агентам молекулярной природы, обусловленная несоответствием чужеродных агентов и рецепторов клеточных мембран, отсутствием в организме определенных веществ, без которых чужеродный агент не может существовать; наличие в организме ферментов, уничтожающих чужеродный агент.

Клеточный иммунитет – появление повышенного количества избирательно реагирующих с данным антигеном Т-лимфоцитов.

Гуморальный иммунитет – образование циркулирующих с кровью специфических антител к определенным антигенам.

Физиологический гомеостаз связан с формированием и непрестанным поддержанием в клетке специфических физико-химических условий. Постоянство внутренней среды многоклеточных организмов поддерживается системами дыхания, кровообращения, пищеварения, выделения и регулируется нервной и эндокринной системами.

Структурный гомеостаз основывается на механизмах регенерации, поддерживающих морфологическое постоянство и целостность биологической системы на разных уровнях организации. Это выражается в восстановлении внутриклеточных и органных структур, путём деления и гипертрофии.

Существуют неспецифические факторы защиты биологической индивидуальности организма:

1. Защитные барьеры организма: кожа, эпителий, гематолимфатический, печеночный, гематоэнцефалический, гематоофтальмический, гематотестикулярный, гематофолликулярный и т.д.

Эти факторы препятствуют проникновению в организм и органы чужеродных агентов.

2. Неспецифическая клеточная защита (клетки крови и соединительной ткани) – фагоцитоз, инкапсулирование, образование клеточных агрегатов, коагуляция плазмы.

3. Неспецифическая гуморальная защита – действие на патогенные агенты неспецифических веществ в выделениях кожных желез, слюне, слюнной жидкости, желудочном соке, крови (интерферон) и т.д.

Примером генерализованного ответа организма на необычный по силе и продолжительности воздействия со стороны окружающей среды, развёртывающегося на основе тесного взаимодействия нервных и эндокринных механизмов регуляции, может служить состояние стресса (стресс-реакция), которая развивается в организме при неблагоприятных жизненных условиях, когда возникает угроза нарушения гомеостаза.

Комплекс реакций в названном состоянии лишен специфичности, т.е. в своих главных чертах не зависит от природы стрессора-агента, спровоцировавшего эти реакции.

При стрессе наблюдается изменение состояния большинства систем организма (мышечная, дыхательная, сердечно-сосудистая, пищеварительная), органов чувств, уровня кровяного давления, клеточного состава крови. Эти изменения соответствуют отдельным видам гомеостаза. Итог указанных изменений заключается, прежде всего, в повышении общей сопротивляемости организма по отношению у неблагоприятным факторам.

В определённых ситуациях состояние стресса путём быстрой мобилизации и концентрации сил организма, способствует решению таких жизненно важных задач, как спасение бегством или отражение нападения врага, т.е. выступает как защитная реакция в узком смысле.

Гомеостатические механизмы, активируемые в состоянии стресса, способны противостоять действию неблагоприятных внешних факторов до определенного предела.

В развитии стресс-реакции выделяют три стадии:

1. Мобилизация защитных механизмов или тревоги.

2. Повышение сопротивляемости организма.

3. Истощение защитных механизмов.

Первые две стадии соответствуют сохранению состояния гомеостаза, третья стадия наступает при чрезмерных по силе или продолжительности воздействия и заключается по существу в срыве механизмов гомеостаза и развитии патологических изменений.

Исследования ростовских онкологов Л.Х.Гаркави, Е.Б.Квакиной и М.А.Уколовой составили биологическое открытие, освещающее один из путей борьбы за человеческое здоровье. Было установлено, что реакция организма на большинство существующих воздействий, в том числе и медикаментозных, не специфична и зависит не столько от характера действующего фактора, сколько от количества в которых он берется. Авторы открытия обнаружили, что организм может находиться в одном из трех – каждое с подразделениями – реактивных состояний: тренировки, активации и стресса.

Два первых были установлены этими учёными, третье – стресс – канадским врачом Г.Селье. В проведенных опытах эти состояния сменяли друг друга в ответ на такие разные воздействия как электрическое раздражение, магнитные поля, нейротропные лекарства, биостимуляторы, углекислый газ, физические нагрузки. При постепенном увеличении силы и продолжительности этих воздействий, начиная, от минимальных наблюдалась закономерная смена реакций.

Вначале организм входил в реакцию тренировки – состояние промежуточное между болезнью и здоровьем, но с тенденцией к накоплению сил. Продолжающееся усиление воздействия приводило к реакции активации – умеренному физиологическому возбуждению организма, сопровождающемуся максимальным подъёмом защитных сил. Дальнейшее увеличение воздействия приводит к стрессу – защитной реакции, названной Селье «синдромом болезни вообще», реакции, которые организм как бы жертвует какой - то своей частью для защиты и сохранения других частей.

При продолжающемся возрастании доз организм вдруг перестает, как бы то ни было реагировать на воздействие, сохраняет первоначальную реакцию. Дальнейшее увеличение доз воздействия приводило вновь к появлению реакции тренировки, активации, стресса, сменяющихся переходом в зону ареактивности. Так до десяти и более волн, пока сила воздействия не станет непереносимой для организма.

Авторы открытия создали точные методы определения реактивных состояний организма. Это в свою очередь дало возможность подбирать точные и индивидуальные дозировки лечебных воздействий, позволяющих за счет общего подъёма защитных сил организма побеждать даже наиболее трудно подающиеся лечению болезни.

Открытие Гаркави, Квакиной и Уколовой важно в том отношении, что позволяет использовать в этих целях множество различно-комбинируемых в зависимости от обстановки простых и экологически целесообразных средств. При этом необходимо знать, что физические нагрузки создающие оптимальную реакцию активации должны доходить до хорошо ощутимого, но не чрезвычайного напряжения - «здоровая усталость».

Вопросы лекционного рейтинга

1. Назовите и дайте краткую характеристику способам репаративной регенерации.
2. Назовите виды трансплантации.
3. Дайте определение гомеостаза и укажите его виды.
4. Укажите стадии стресс-реакции.