Відновлювальні процеси здійснюються постійно і на різних структурно-функціональних рівнях організації особини - молекулярно-генетичному, субклітинному, клітинному, тканинному, органному, організмовому.
На молекулярно-генетичному рівні відбуваються реплікація ДНК (її молекулярна репарація, синтез ферментів і білків, що виконують в клітці інші (некаталітичні) функції, молекул АТФ, наприклад, в мітохондріях і т.д. Багато з цих процесів входять в поняття обміну речовин клітини.
На субклітинному рівні відбувається відновлення різних внутрішньоклітинних структур (переважно мова йде про органелах цитоплазми) шляхом новоутворення (мембрани, плазмолемма), збірки з субодиниць (мікротрубочки), розподілу (мітохондрії).
На наступному рівні - тканинному або клітинно-популяційному (рівні клітинних тканинних систем - см. 3.2) відбувається заповнення втрачаються клітин певного напряму диференціювання. Таке заповнення обумовлюється змінами клітинного матеріалу в межах клітинних популяцій (клітинних тканинних систем), результатом чого стає відновлення функцій тканини і органу. Так, у людини час життя клітин кишкового епітелію становить-4-5 діб, тромбоцитів - 5-7 діб, еритроцитів - 120-125 сут. При зазначених темпах загибелі червоних кров'яних тілець в організмі людини, наприклад, щомиті руйнується близько 1 млн еритроцитів, але і стільки ж утворюється в червоному кістковому мозку знову. Можливість відновлення зношуються в ході життєдіяльності або втрачаються вседствие травми, отруєння або патологічного процесу клітин забезпечується тим, що в тканинах навіть зрілого організму зберігаються камбіальні клітини, здатні до мітотичного поділу з подальшою цітодіфференціровкой. Названі клітини в даний час називають регіональними або резидентними стовбуровими клітинами (див. 3.1.2 та 3.2). Оскільки вони коммітірованних, остільки вони здатні дати початок одному або декільком певним клітинним типам. При цьому їх диференціювання в конкретний клітинний тип визначається сигналами, які надходять ззовні: локальними, від безпосереднього оточення (характер міжклітинних взаємодій) і дистантних (гормони), що викликають виборчу експресію конкретних генів. Так, в епітелії тонкої кишки камбіальні клітини знаходяться в придонних зонах крипт. При певних впливах вони здатні дати початок клітинам «Каемчатая» всмоктуючого епітелію і деяким одноклітинним залоз органу.
Регенерація на органному уровене має головним завданням відновлення функції органу з або без відтворення його типовою структури (макроскопічної, мікроскопічної). У процесі регенерації на названому рівні присходят не тільки перетворення в клітинних популяцій (клітинних тканинних системах), але також і морфогенетические процеси. При цьому включаються ті ж механізми, що і при формуванні органів в ембріогенезі (періоді розвитку дефинитивного фенотипу). Сказане з повним правом дає можливість розглядати регенерацію як окремий випадок процесу розвитку.
55. Типова і атипова регенерація. Регуляція регенерації. Стимуляція регенеративних про-процесів. Клітинні джерела регенерації. Особливості відновлювальних процесів у ссавців. Значення регенерації для биоло-гии і медицини.
У разі типовою регенерації відновлюється втрачена частина правильної структури (гомоморфоз). Поява іншої структури на місці втраченої - гетероморфоз або атипова регенерація. Вона може проявлятися у вигляді гомеозісной регенерації. що полягає в появі антени або кінцівки на місці очі у членистоногих. Ще один варіант відновлення - гіпоморфоз. або регенерація з частковим заміщенням ампутованою структури. Наприклад, у ящірки замість кінцівки виникає шіловідная структура.
До атипової регенерації відносять також випадки зміни полярності структури. Так, з короткого фрагмента планарії можна стабільно отримувати біполярну планарию. Зустрічається освіту додаткових структур, або надлишкова регенерація. Після надрізу кукси при ампутації головного відділу планарії виникає регенерація двох голів або більше (рис. 8-84).
В даний час говорять про три можливі джерела клітинного матеріалу, використовуваного для відновлення втраченого. По-перше, диференційована клітина повертається в стан, коли знову здатна ділитися і, отже, репрограммировать свій генетичний апарат. По-друге, - це присутність в зрілому організмі регіональних або резидентних (камбіальних класичної гістології) стовбурових клітин, наявність яких встановлено до теперішнього часу в багатьох тканинах і органах (практично у всіх). По-третє, - це регіональні або резидентні стовбурові клітини з інших структур (найбільш часто називають строму кісткового мозку), мігруючих до місця регенерації в силу виникнення в пошкодженій структурі вогнища неблагополуччя.
Механізми регуляції регенерації:
1) гуморальніфактори - кейлони, які представляють собою глікопротеїни і їх виробляють зрілі непо-врежденние клітини (епітеліальні, клітини крові і т. Д.). Ці речовини викидаються в кров і стримують проліферацію, підвищують синтез ДНК і знижують мітотичну активність. Антікейлони (мезенхімальний фактор) виробляються в сполучної тканини (містять білки і сіалові кислоти);
2) гормональні чинники:
а) соматотропний гормон гіпофіза стимулює проліферацію і активну регенерацію;
б) мінералокортикоїди стимулюють, а глюкокортикоїди стримують вплив на регенерацію;
в) гормони щитовидної залози стимулюють процес регенерації;
3) імунні фактори - лімфоцити виконують інформаційну роль, Т-лімфоцити стимулюють ефект загоєння, а В-лімфоцити пригнічують;
4) нервові механізми регуляції перш за все пов'язані з трофічної функцією нервової системи;
5) функціональні механізми - з функціональним запасом органу і (або) тканини.
Репаративна регенерація у ссавців відрізняється своєрідністю. Для регенерації деяких зовнішніх органів потрібні особливі умови. Мова, вухо, наприклад, не регенерують при крайовому пошкодженні. Якщо ж нанести наскрізний дефект через всю товщу органу, відновлення йде добре. Регенерація внутрішніх органів може йти дуже активно. З невеликого фрагмента яєчника відновлюється цілий орган. Є припущення, що неможливість регенерації кінцівок і інших зовнішніх органів у ссавців носить пристосувальний характер і обумовлена відбором, оскільки при активному способі життя ніжні морфогенетические процеси, характерні для відновлення цілісності зовнішньої структури, наприклад, кінцівки утрудняли б існування особини в природному місці існування. Є думка, що організми спочатку мали два методу лікування від ран - дія імунної системи і регенерацію. Але в ході еволюції вони стали несумісні один з одним. Хоча регенерація може здатися кращим вибором, для нас важливіші Т-клітини імунної системи - основна зброя проти пухлин. Регенерація кінцівки стає безглуздою, якщо одночасно в організмі бурхливо розвиваються ракові клітини. Імовірно імунна система, захищаючи нас від інфекцій і раку, одночасно пригнічує нашу здатність до відновлення.
56. Прояв гомеостазу на різних рівнях організації біологічес-ких систем.
Гомеостаз (від грец. Homoios - подібний, однаковий і status - нерухомість) - це здатність живих систем протистояти змінам і зберігати сталість складу і властивостей біологічних систем.
Термін «гомеостаз» запропонував У. Кеннон в 1929 р для характеристики станів і процесів, що забезпечують стійкість організму. Ідея про існування фізичних механізмів, спрямованих на підтримання сталості внутрішнього середовища, була висловлена ще в другій половині XIX століття К. Бернаром, який розглядав стабільність фізико-хімічних умов у внутрішньому середовищі як основу свободи і незалежності живих організмів в безперервно мінливого зовнішнього середовища. Явище гомеостазу спостерігається на різних рівнях організації біологічних систем.
Загальні закономірності гомеостазу. Здатність зберігати гомеостаз - одне з найважливіших властивостей живої системи, що знаходиться в стані динамічної рівноваги з умовами зовнішнього середовища.
Нормалізація фізіологічних показників здійснюється на основі властивості дратівливості. Здатність до підтримки гомеостазу неоднакова у різних видів. В міру ускладнення організмів ця здатність прогресує, роблячи їх більшою мірою незалежними від коливань зовнішніх умов. Особливо це проявляється у вищих тварин і людини, що мають складні нервові, ендокринні та імунні механізми регуляції. Вплив середовища на організм людини в основному є не прямим, а опосередкованим завдяки створенню їм штучного середовища, успіхам техніки і цивілізації.
У системних механізмах гомеостазу діє кібернетичний принцип негативного зворотного зв'язку: при будь-якому впливі, що обурює відбувається включення нервових і ендокринних механізмів, які тісно пов'язані між собою.
Генетичний гомеостаз на молекулярно-генетичному, клітинному і організмовому рівнях спрямований на підтримку збалансованої системи генів, що містить всю біологічну інформацію організму. Механізми онтогенетичного (организменного) гомеостазу закріплені в історично сформованому генотипі.
На популяційно-видовому рівні генетичний гомеостаз - це здатність популяції підтримувати відносну стабільність і цілісність спадкового матеріалу, які забезпечуються процесами редукційного поділу і вільним схрещуванням особин, що сприяє збереженню генетичного рівноваги частот алелей.
Фізіологічний гомеостаз пов'язаний з формуванням і невпинним підтриманням в клітці специфічних фізико-хімічних умов. Сталість внутрішнього середовища багатоклітинних організмів підтримується системами дихання, кровообігу, травлення, виділення і регулюється нервовою і ендокринною системами.
Структурний гомеостаз грунтується на механізмах регенерації, що забезпечують морфологічну сталість і цілісність біологічної системи на різних рівнях організації. Це виражається у відновленні внутрішньоклітинних і органних структур, шляхом ділення і гіпертрофії.
Порушення механізмів, що лежать в основі гомеостатических процесів, розглядається як «хвороба» гомеостазу.
Вивчення закономірностей гомеостазу людини має велике значення для вибору ефективних і раціональних методів лікування багатьох захворювань.
У гомеостазі живих систем виділяють:
- витривалість - здатність переносити зміни середовища без порушення основних властивостей системи;
- гнучкість - здатність швидко самостійно повертатися в нормальний стан з нестійкого, яке виникло в результаті зовні несприятливого впливу на систему.
Загальний принцип гомеостазу - принцип зворотного (кібернетичної) зв'язку. Гомеостаз забезпечується збалансованим, чітко узгодженим функціонуванням усіх елементів біологічної системи. Порушення у функціонуванні живої системи - поява в каналі зворотного зв'язку «перешкод» або «шумів».
Прояви гомеостазу на різних рівнях організації живих систем:
- клітинному: специфічні фізико-хімічні умови, відмінні від навколишнього середовища;
- организменном: підтримання сталості температури тіла, хімічного складу, внутрішнього тиску і т.д .;
- популяційному: сталість структури, щільності, підтримання генетичного поліморфізму;
- биоценотическом: сталість складу і чисельності популяцій, стійких взаємин між видами;
- екосистемному: сталість біотичних кругообігів;
- біосферному: підтримання сталості складу геосфер -Атмосфера, гідросфери, літосфери.