Глава 10. Регенерация как процесс поддержания морфофизиологической целостности биосистемы

Регенерация как процесс поддержания морфофизиологической целостности биосистемы. Классификация регенерации. Физиологическая регенерация. Репаративная регенерация. Способы репарации. Регуляция регенерации. Значение для медицины

Универсальным механизмом поддержания структурного гомеостаза является физиологическая и репаративная регенерация.

Регенерация (от лат.regeneratio-возрождение)-процесс восстановления организмом утраченных или повреждённых структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность.

Регенерация - фундаментальный биологический процесс, присущий всем структурным уровням живого и являющийся материальной основой всех проявлений жизнедеятельности.

При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. Однако при регенерации все они идут уже вторично, т.е. в сформированном организме.

Различают физиологическую и репаративную регенерацию.

Физиологическая регенерация - это восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма. Благодаря физиологической регенерации поддерживается структурный гомеостаз и обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Эта регенерация является проявлением такого фундаментального свойства живого, как самообновление.

Процессы обновления структур происходят постоянно на всех уровнях организации жизни и, соответственно этому, различают молекулярный, субклеточный, клеточный, тканевой, органный уровни регенерации.

Молекулярный и субклеточный уровни объединяются понятием внутриклеточной регенерации. При этом восстанавливаются внутри клетки молекулы, органоиды, части органоидов. Такая форма регенерации универсальна, т.к. присуща всем тканям и органам. Значение её особенно велико для так называемых «вечных» тканей, утративших способность к регенерации путём деления клеток. В первую очередь это относится к нервной ткани. Не способны к митозу и клетки миокарда сердца. Высокая интенсивность восстановления субклеточных структур в высокодифференцированных нервных клетках и мышечных волокнах обеспечивает им длительную жизнь, равную жизни всего организма.

Важную роль во внутриклеточных процессах играют лизосомы. Они поглощают шлаки, фагоцитируют обломки разрушенных органоидов, образуя аутофагирующие вакуоли, затем остаточные тельца, которые удаляются из клетки. Число лизосом при внутриклеточной регенерации значительно увеличивается.

Сочетание непрерывной внутриклеточной и медленной регенерации на клеточном уровне путём митоза наблюдается в таких органах как печень, почки, надпочечники экзо- и эндокринные железы. Это органы, содержащие так называемые «стабильные» ткани.

Примерами физиологической регенерации на клеточном и тканевом уровнях являются обновление эпидермиса кожи и её производных - волос, ногтей, эпителия слизистой желудочно-кишечного тракта, клеток костного мозга и периферической крови. Это так называемая пролиферативная регенерация, т.е. восполнение численности клеток за счёт их деления с высокой скоростью.

Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их пролиферации. Это крипты в эпителии тонкой кишки, костный мозг, пролиферативные зоны в эпителии кожи. Интенсивность клеточного обновления в перечисленных тканях очень велика. Это так называемые «лабильные» ткани. Они характеризуются высокой скоростью клеточного оборота. У млекопитающих и человека непрерывно отмирают и слущиваются наружные слои кожного эпителия, продолжительность жизни клеток эпителия тонкой кишки составляет 2 суток. Это время требуется для перемещения клетки из крипты на ворсинку, выполнения ею функции и гибели. У человека ежедневно гибнет и замещается новыми в пищеварительном тракте 70 млрд. клеток. Сравнительно быстро происходит смена эритроцитов, средняя продолжительность жизни которых 125 дней. Это значит, что в теле человека каждую секунду гибнет около 4 млн. эритроцитов и одновременно в костном мозге образуется столько же новых.

В физиологической регенерации выделяют две фазы: разрушительную и восстановительную. Судьба клеток, претерпевших первую фазу, неодинакова. Клетки наружных покровов, например, после гибели слущиваются и попадают во внешнюю среду. Нередко они могут стать причиной аллергических заболеваний, т.к. составляют основную часть домашней пыли. Клетки внутренних органов претерпевают дальнейшие изменения и могут играть определённую роль в процессе жизнедеятельности. Так, клетки слизистой оболочки кишок богаты ферментами и после слущивания, входя в состав кишечного сока, принимают участие в пищеварении.

Полагают, что продукты распада части клеток стимулируют пролиферацию других клеток этой ткани, т.е. стимулируют восстановительную фазу. В восстановительной фазе погибшие клетки заменяются новыми, образующимися в результате деления. Об интенсивности пролиферации судят по количеству митозов, приходящихся на 1000 подсчитанных клеток. Наиболее медленно митоз протекает в растительных клетках, в которых средняя продолжительность составляет 2-3 часа, в большинстве клеток животных длительность митоза составляет в среднем 1 час. Если учесть, что весь митотический цикл в соматических клетках протекает около 22-24 часов, то становится ясно, что для определения интенсивности восстановительной фазы физиологической регенерации необходимо подсчитать количество митозов в течение одних или нескольких суток.

Так был открыт суточный ритм клеточных делений. В настоящее время отчётливый суточный ритм описан у многих растений, простейших, низших и высших позвоночных животных. Почти во всех органах, в которых происходит размножение клеток, обнаружены изменения числа клеточных делений в течение суток. Выявлено различие суточных ритмов митозов у дневных и ночных животных. У мышей и крыс, ведущих ночной образ жизни, максимум митотической активности отмечается в утренние часы, а минимум - в ночные. У дневных животных и у человека, наоборот, высокие показатели митотической активности обнаружены в ночное время, а низкие - утром. Характер суточного ритма митозов различен также в субпопуляциях клеток одной и той же ткани.

Интенсивность размножения клеток закономерно изменяется не только в течение суток, но и по сезонам года, а также в разные периоды онтогенеза, т.е. подчиняется сезонному, годичному циклам.

Существование суточной периодичности количества митозов указывает на регулируемость физиологической регенерации организмом. Регуляция осуществляется нервной системой и гуморальными факторами.

Физиологическая регенерация присуща организмам всех видов, но особенно интенсивно она протекает у теплокровных позвоночных, т.к. у них вообще очень высока интенсивность функционирования всех органов по сравнению с другими животными.

Репаративная (от латинского reparatio - восстановление) регенерация возникает после повреждения ткани или органа. Она очень разнообразна по факторам повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Повреждения могут возникнуть в результате механических травм, ожогов, обморожений, действия ядовитых веществ, болезнетворных агентов, облучения, голодания и т. д.

Репаративная регенерация широко распространена, но способность к ней выражена неодинаково у различных растений и животных. Крайним вариантом является восстановление целого организма из отдельной малой его части или даже из отдельных клеток. Среди растений такое восстановление получено у моркови и табака. Среди животных возможно у губок и кишечнополостных. У гидры восстанавливается целый организм из 1/200 её части. Такой вид восстановительных процессов сопровождается возникновением новой морфогенетической оси организма и назван Б.П. Токиным (1958) «соматическим эмбриогенезом», ибо во многом напоминает эмбриональное развитие. Соматический эмбриогенез характерен только для организмов, обладающих способностью к бесполому размножению (рис. 10.1).

Существуют примеры восстановления больших участков организма, состоящих из комплекса органов, например головного конца у кольчатого червя.

Широко распространена регенерация отдельных органов, например, конечности у тритона, хвоста у ящерицы и т. д.

Заживление ран, повреждений костей и внутренних органов является менее объемным процессом, но не менее важным для восстановления структурно- функциональной целостности организма.