Среда, 28 Сентября 2022, 21:16

Биология в лицее

 Сайт учителей биологии МБОУ Лицей № 2 г. Воронежа, РФ               

                               Site biology teachers lyceum № 2 Voronezh city, Russian Federation 









Вы вошли как Гость | Группа "Гости"Приветствую Вас Гость | RSS | Главная | Регенерация | Мой профиль | Регистрация | Выход | Вход

Регенерация

Регенерация (от лат. regeneratio — восполнение) по сути представляет собой процесс морфогенеза, направленного на поддержание, а в ряде случаев и на восстановление структурно-функциональной целостности тканей, органов и всего организма в целом. Различают регенерацию физиологическую и репаративную.
 
Физиологическая регенерация
 
Под физиологической регенерацией понимают восполнение утраченных в процессе выполнения физиологических функций внутриклеточных, клеточных и тканевых структур. Исходя из этого, в регенераторной реакции можно выделить ряд событий различного уровня.
 
На внутриклеточном уровне происходит постоянное обновление макромолекул, мембран и органоидов цитоплазмы. Как уже упоминалось, для каждой макромолекулы — будь то белок или РНК — характерна определённая продолжительность жизни. Исчерпав временной ресурс функционирования, молекулы теряют свою активность и разрушаются. Органоиды также функционируют недолго. Например, продолжительность активного функционального состояния митохондрий составляет немногим больше 10 — 15 минут. Элиминируются также мембранные структуры ЭПС и аппарата Гольджи. Новообразование внутриклеточных структур происходит за счёт процессов биосинтеза в клетке: рибосомы образуются в ядре, в зоне ядрышка; восполнение числа митохондрий обеспечивается их делением; новые мембраны формируются за счёт синтетической активности гранулярной ЭПС.
 
Естественные клеточные потери в тканевых системах и органах компенсируются митотическим делением клеток пролиферативного пула в обновляющихся и растущих тканях. Доля клеток, находящихся в составе фракции роста, достаточно велика. Например, в эпителии тонкой кишки, как и в костном мозге, она достигает 80%, а в эпителии пищевода, языка, роговицы и кожи около 60 — 70%. В растущих тканях, к которым относятся почки и печень, пролиферативный пул значительно ниже и не превышает 1,5 — 5%. При этом время обновления клеток для этих растущих тканей составляет многие месяцы, в то время как в обновляющихся тканях оно лежит в пределах 2 — 5 суток. Обеспечение определённого уровня пролиферативной активности различных тканей многоклеточного организма осуществляется на всех уровнях регуляции в организме. На каждом из них существуют компоненты с противоположным действием на один и тот же процесс.
 
Нервные влияния, в том числе и через медиаторы, на процессы клеточного размножения различаются у симпатической и парасимпатической нервной системы. Так, если парасимпатические воздействия на пролиферацию заключаются в уменьшении размеров пролиферативного пула и снижении интенсивности клеточного деления, то симпатическая нервная система, напротив, усиливает процессы размножения клеток в тканях.
 
Аналогичная картина наблюдается и при анализе влияния гормонов на интенсивность клеточного деления. Например, гормоны щитовидной железы, как правило, усиливают активность клеточного размножения во многих тканях, а адреналин гормон мозгового вещества надпочечников резко снижает число делящихся клеток практически во всех тканях организма. Несколько сложнее влияние на клеточное размножение гормонов коры надпочечников глюкокортикоидов. Так, в тканях производных энтодермы — эти регуляторы всегда понижают уровень клеточного деления. В экспериментальных условиях или при применении больших доз глюкокортикоидных гормонов в медицине (лечение артритов и других заболеваний) в эпителии тонкой кишки и желудке могут возникать язвы. Напротив, в эпителии другого, эктодермального, происхождения гормоны коры надпочечников увеличивают число делящихся клеток и скорость прохождения ими митотического цикла.
 
Обсуждая вопросы регуляции митотического цикла, мы говорили о тканевых регуляторных факторах, таких как факторы роста (эпидермальный фактор роста, фактор роста из тромбоцитов, фактор роста нервов и др.), которые являются внешним стимулом для экспрессии ряда генов, определяющих синтез непосредственных регуляторов событий митотического цикла — циклинов и киназ. Кроме стимуляторов клеточного размножения, на тканевом уровне образуются и ингибиторы деления клеток, которые, по-видимому, также оказывают влияние на активность генома, направленную на инициацию процессов репрессии «генов пролиферации». Например, воздействие на ткани в эксперименте ингибиторами клеточного размножения приводит к замедлению вступления клеток в период синтеза ДНК (G1-ингибитор) и непосредственно в митоз (G2-ингибитор), т. е. средства, подавляющие клеточное деление, имеют те же точки приложения, что и стимуляторы пролиферации.
 
Таким образом, баланс регуляторов различного иерархического уровня с противоположным эффектом, а часто и механизмом действия на делящиеся клетки обеспечивает характерный для каждой ткани уровень клеточной пролиферации, компенсирующий естественные потери клеток при выполнении ими своих физиологических функций.
 
Однако увеличение числа клеток в тканях — не единственная возможность корректировать клеточные потери. С возрастом у животных и человека в растущих тканях всё больше проявляется клеточная гипертрофия. При этом клетки увеличивают число хромосомных наборов в результате редупликации ДНК и становятся полиплоидными. Это приводит к сбалансированному увеличению дозы каждого гена и усиливает функцию клетки. В результате восполняется не количество клеток, а восстанавливается функция всего органа. Например, у взрослого человека в печени насчитывают до 5% и более тетраплоидных (4n4c) и около 1% октаплоидных (8n8c) клеток. События, связанные с гипертрофией клеток, характерны и для физиологической регенерации стабильных тканей нервной и поперечно-полосатой мышечной ткани.
 
Говоря о компенсации численных потерь клеток в ткани и функциональной компенсации её деятельности, нельзя забывать и о межклеточном веществе, представленном в любом типе тканей организма. Межклеточный матрикс образуется дифференцированными клетками ткани постоянно, что и компенсирует его потери в результате разрушения «износившихся» структур — белков коллагенов, эластинов и многих других его составляющих.
 
Репаративная регенерация

В природе живые организмы часто сталкиваются с повреждающими факторами, нарушающими их целостность. Восполнение клеточных потерь или нарушения целостности тканей, органов и целых организмов, возникающих в результате травмы или заболевания, называют репаративной регенерацией (от лат. reparatio — возмещение, восстановление).

У относительно просто устроенных животных — плоских червей, кишечнополостных — способность восстанавливать утраченное очень высока. У гидры целостный организм может сформироваться из 1/200 её части. Хорошо известна способность кольчатых червей (дождевого червя) к регенерации из отдельных фрагментов тела. У морской звезды (тип Иглокожие) восстанавливаются не только отломанные лучи. Из отдельного её луча может вырасти полноценный организм. Часто наблюдается восстановление утраченных конечностей у ракообразных.

Регенерация у планарии

Восстановление целых органов после их утраты известно и у позвоночных. Ящерица, преследуемая врагом, отбрасывает хвост, вместо которого вскоре отрастает новый. Приспособительный, закреплённый отбором характер этого явления доказывает то, что хвост ящерицы обламывается в определённом месте. Некоторые хвостовые позвонки животного имеют специальные «места разрыва» — щель, разделяющую позвонок на две части. Они соединены между собой хрящевыми перемычками, легко разрывающимися при резком сокращении хвостовых мышц. У хвостатых амфибий — тритонов, саламандр — на месте ампутированной конечности развивается новая, в значительной мере сходная с прежней.

Регенерация конечности у тритона

Остановимся на этом примере подробнее. Интерес учёных к изучению регенерации ампутированной конечности у амфибий понятен. Структурно-функциональная организация их конечности, а также процессы, приводящие к её развитию в эмбриональном периоде, во многом сходны с таковыми у человека. Однако у людей полноценной органной регенерации при ампутациях не наблюдается. Следовательно, изучение закономерностей развития и регенерации конечностей у хвостатых амфибий открывает путь к восстановлению гомологичных структур у человека.

Что же происходит в организме саламандры сразу после ампутации? Кровеносные сосуды в оставшейся культе быстро тромбируются, и кровотечение прекращается. Слой эпидермальных клеток достаточно быстро покрывает раневую поверхность, мигрируя с краёв раны. В течение нескольких дней слой эпидермиса преобразуется в так называемую апикальную (концевую) «шапочку». Из соединительной ткани выселяются фибробласты и перемещаются к границе раны, затем собираются в её центре и активно делятся. В  результате образуется бластема скопление недифференцированных клеток, сходных со стволовыми, дающих начало недостающей части конечности. Исследования показали, что клетки бластемы сходны с клетками, образующими почку развивающейся конечности в онтогенезе. Сегодня известно, что как при формировании конечности во время индивидуального развития, так и при восстановлении ампутированной лапы задействованы одни и те же генетические программы. Несмотря на отсутствие полной ясности в вопросах регуляции регенераторного процесса, очевидно участие в этих событиях факторов роста. Одни из первых, выделяемых бластемой, факторы роста глии (глия — совокупность вспомогательных клеток нервной ткани, расположенных между нейронами) стимулируют образование клетками восстанавливающейся конечности и определяют синтез других факторов роста. За счёт такого циклического обмена сигнальными молекулами поддерживается обратная связь между бластемой и подлежащими тканями.

В ходе эмбрионального развития в обучении и клеток, и клеточных ансамблей их местоположению (позиционная информация) задействовано значительное количество генов, однако решающее значение учёные придают гомеозисным генам. Во взрослом состоянии необходимость в экспрессии этих генов отпадает, а вот в момент инициации формирования бластемы возникает вновь. Гомеозисные гены экспрессируются и обмениваются информацией (своими продуктами — белками гомеодоменами) с другими  клетками, что позволяет организму оценить масштабы повреждения. Пока неизвестно, как происходит передача информации внутри бластемы, но это приводит к восстановлению именно утраченного отдела конечности от культи до кончиков пальцев.

Регенерация культи после ампутации конечности у хвостатых амфибий (световая микроскопия)

Другими словами, основной задачей клеток бластемы (группы неспециализированных клеток на раневой поверхности) в области ампутации конечности является реактивация основных генов, ответственных за развитие данного органа в эмбриональном периоде.

Таким образом, процесс регенерации конечности у саламандры включает ряд основных этапов. Во-первых, это затягивание раны эктодермальными клетками; во-вторых, формирование бластемы из утративших специализацию клеток, в дальнейшем способных дифференцироваться в миоциты, хондроциты и фибробласты; в-третьих, активация генов, программирующих развитие новой конечности.

Высокоорганизованные животные — млекопитающие, и в том числе человек, — утратили способность к новообразованию наружных органов. Регенерация после травмы у них протекает главным образом путём заживления ран. Во внутренних органах — печени, почках, лёгких — при повреждении усиливается клеточное размножение: прохождение клетками митотического цикла ускоряется, и, кроме того, в митотический цикл возвращаются обратимо дифференцированные клетки. Благодаря этому восстанавливается масса этих органов, а вследствие этого и их функциональная активность. Кроме этого, внутриклеточные процессы приводят к увеличению числа органоидов, что повышает функциональные возможности клеток. Последний путь становится основным для поддержания определённой интенсивности функций при том или ином механическом или хи мическом повреждении тех органов и тканей, клетки которых утратили способность делиться во взрослом организме (нервная и мышечная ткани).

Повреждения у человека и животных могут возникать не только в результате травм, но и при отравлении химическими веществами или при заболеваниях. Вирус гепатита B разрушает клетки печени. Во время выздоровления протекают репаративные процессы, направленные на возмещение численности погибших клеток. Гибель клеток печени вызывает и алкоголь. Длительное его употребление, особенно при перенесённом ранее вирусном гепатите, приводит к развитию на месте разрушенных печёночных клеток соединительной ткани. Возникает тяжёлое заболевание — цирроз печени.
 
Регенерация известна и у растений. При вспашке поля корневища осота и других сорняков оказываются разорванными, но каждый отрезок способен дать начало целому растению. У бегонии полноценное растение образуется из одного листа.

Таким образом, регенерация способствует поддержанию структурной целостности, а следовательно, выживанию животных и растений в процессе взаимодействия с факторами окружающей среды и другими организмам.

Знание закономерностей восстановления органов и тканей после их повреждения чрезвычайно важно для практической медицины. Например, недостаток в пище витамина A нарушает процессы клеточного обновления в тканях. Добавление этого витамина в рацион приводит к нормализации структуры и функционирования тканей. Врачи широко используют природные и искусственные препараты, ускоряющие регенерацию, для лечения больных, перенёсших инфекционные заболевания или травму. Сроки выздоровления людей при этом значительно сокращаются. Так изучение регенерации помогает бороться за здоровье человека.
 
  • Постоянное обновление клеток, тканей и органов обеспечивается физиологической регенерацией.
  • Репаративная регенерация обусловливает восстановление органов после повреждения, возникающего после травмы или в результате заболевания.
  • Компенсаторные возможности организма достаточно велики и позволяют восстановить естественную убыль клеточных структур и целых клеток, а также восполнить клеточные потери.

Меню сайта

Календарь

«  Сентябрь 2022  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930

Статистика


Онлайн всего: 4
Гостей: 4
Пользователей: 0

Наш опрос

Как часто вы посещаете сайт "Биология в лицее"?
Всего ответов: 11342

Мини-чат



Поиск