Основы гомеостаза. Регенерация и трансплантация

Более 100 лет назад великий французский физиолог Клод Бернар, отмечая стабильность физиологических параметров организма (температура тела), пришел к выводу, что
«Постоянство внутренней среды - есть условие независимого существования»
Для нормального функционирования организма все его клетки должны быть окружены строго регулируемой средой
КОНЦЕПЦИЯ ГОМЕОСТАЗА

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ
Клод Бернар (фр. физиолог):
«Постоянство внутренней
среды является
обязательным условием
свободной жизни» (1878 г.)

В дальнейшем принцип Бернара нашёл многочисленные подтверждения.
В настоящее время известно, что внутренняя среда регулируется множеством сложных механизмов, благодаря чему ее состав поддерживается постоянным, изменяется в узких пределах.

«гомео» - подобный, «стазис» - положение
означает:
Саморегулируемое
состояние
Термин предложил
Уолтер Кеннон в научном труде «Мудрость тела» (1929 г.)
ТЕРМИН «ГОМЕОСТАЗ»

- это свойство организма поддерживать постоянство внутренней среды
и основные черты организации,
несмотря на изменчивость параметров внешней среды и действие внутренних возмущающих факторов
В эволюционном плане гомеостаз - это наследственно закрепленные адаптации организма к обычным условиям окружающей среды
Г О М Е О С Т А З

это физико-химическая система,
существующая в окружающей среде в стационарном состоянии
О Р Г А Н И З М -

КЛОД БЕРНАР:

Взаимосвязь внутренней среды организма с внешней средой

ПОДДЕРЖАНИЕ ГОМЕОСТАЗА

УРОВНИ и МЕХАНИЗМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ГОМЕОСТАЗА
1) постоянный состав должна иметь цитоплазма клетки
2) это обеспечивается циркулирующими жидкостями, внутренней средой
3) их гомеостаз связан с вегетативными системами стабилизации состава поступающих веществ, жидкостей и газов и выделением конечных продуктов обмена веществ. Так, на относительно постоянном уровне поддерживается t0, содержание воды и концентрации электролитов, О2 , СО2 , количества питательных веществ и продуктов обмена
4) поведение организма: эмоции, мотивации, память, мышление

ЭТО СЛЕДСТВИЕ НАРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМОВ
И ПУТЕЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ГОМЕОСТАЗА
Б О Л Е З Н Ь -

Термин «кибернетика» предложил американский математик Норберт Винер в 1948 г. для науки, которая занимается математическим моделированием и анализом гомеостатических механизмов.
C точки зрения кибернетики организм - это открытая, динамическая саморегулирующаяся система, имеющая вход и выход. Саморегуляция осуществляется по принципу обратной связи, когда элементы на выходе оказывают влияние на вход. Поток вещества и энергии, наблюдаемый в организме, обуславливает самообновление и самовоспроизведение на всех уровнях: от молекулярного до организменного и популяционного.
КИБЕРНЕТИКА - наука о механизмах управления физиологическими процессами

СТИМУЛ (РАЗДРАЖИТЕЛЬ, ВХОДНОЙ СИГНАЛ)
ДЕТЕКТОР
КООРДИНАТОР (ЦЕНТР УПРАВЛЕНИЯ)
ЭФФЕКТОР
ОТВЕТ (РЕАКЦИЯ, ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ)
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГОМЕОСТАЗОМ

Головной или спинной мозг
Эндокринная железа, выделяющая гормоны
активируется любым отклонением от оптимального уровня и обеспечивает возврат к нему по принципу обратной связи
РЕГУЛЯТОР
(центр управления)

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ
ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ
(акад. В.В. Парин)
ФОРМЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

- усиливает
влияние воздействия
Повышает нестабильность системы
стойкий
патологический процесс
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ

шире распространена
ослабляет влияние воздействия,
способствует восстановлению исходного состояния
Повышает стабильность системы
Регулирующие процессы отключаются, как только состояние вновь становится оптимальным
ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ обратная связь

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ
СТРУКТУРНЫЙ
СИСТЕМНЫЙ - гомеостаз жидкой части внутренней среды
ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ
ВИДЫ ГОМЕОСТАЗА

Генотип – система взаимодействующих генов
Появление в организме чужеродной генетической информации оказывает неблагоприятное действие на жизнеспособность
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ обусловлен геномным уровнем организации наследственного материала

МОЛЕКУЛА ДНК
ОПРЕДЕЛЯЕТ
ГЕНЕТИЧЕСКУЮ СТАБИЛЬНОСТЬ
КЛЕТОК И ОРГАНИЗМА
НА ПРОТЯЖЕНИИ ВСЕЙ ЖИЗНИ
ДНК хранит, реплицирует наследственную информацию и участвует в её реализации в реакциях матричного синтеза

ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей и отличается устойчивостью к внешним воздействиям
Такая структура даёт возможность редупликации и репарации
АНТИМУТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ:

В течение жизни накапливаются повреждения ДНК
Причины:
Влияние мутагенов
Ошибки транскрипции Ошибки репликации - 1 ошибка на 109 - 1010 пар нуклеотидов
Спонтанная потеря пуриновых азотистых оснований (А и Г)
Изначальное несовершенство процессов репарации - часть повреждений ДНК «ускользают» от системы репарации

В клетках при участии системы репарирующих ферментов (ДНК-полимеразы, редактирующей эндонуклеазы, экзонуклеазы, фотолиазы) происходит исправление ошибок репликации. Механизм репарации основан на наличии 2-х цепей ДНК.
При большом количестве не устраненных повреждений ДНК в клетке блокируются процессы репликации, клетка перестает делиться и изменения потомству не передает
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ

Диплоидность соматических клеток эукариот повышает надежность кариотипа:
Подавляется фенотипическое проявление
большинства рецессивных мутаций
В стабилизации генотипа важное значение имеют разные виды взаимодействия генов
АНТИМУТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ:

Триплетность генетического кода - допускает минимальное число замен внутри триплета, ведущих к искажению генетической информации
Вырожденность генетического кода -
64% замен 3-го нуклеотида не дает изменения генетического смысла (сайленс-мутация)
Экстракопирование генов, кодирующих жизненно важные макромолекулы, наличие десятков и сотен идентичных копий-генов рРНК, тРНК, гистонов
АНТИМУТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ:

способствуют:
сохранению генетической стабильности
определяют высокую эволюционную пластичность популяций
адаптации к меняющимся факторам среды
АНТИМУТАЦИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Постоянство морфологической организации биологических систем:
клетки ткани органы организм
СТРУКТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗ

ОРГАНИЗМ - открытая динамичная система
Поток веществ и энергии обусловливает самообновление и самовоспроизведение на всех уровнях: от молекулярного до организменного

СТРУКТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗ

КЛЕТКА - ЭТО ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА, КОТОРОЙ СВОЙСТВЕННА САМОРЕГУЛЯЦИЯ

ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА -
СРЕДА ЖИЗНИ ОТДЕЛЬНЫХ КЛЕТОК - ДОЛЖНА БЫТЬ НЕИЗМЕННОЙ
ВНЕШНЯЯ СРЕДА - СРЕДА ОБИТАНИЯ ОРГАНИЗМА
Теория КЛОДА БЕРНАРА:

Обеспечивается
мембранными системами, через которые осуществляются:
Рецепция
Регулирование транспорта веществ в клетку и из клетки
Биоэнергетические процессы
СТРУКТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗ КЛЕТКИ

Особенность регуляции - положительная обратная связь
(гомеостаз вышестоящих структур основан на жизнедеятельности нижележащих)
Основан на физиологической и репаративной регенерации
СТРУКТУРНЫЙ ГОМЕОСТАЗ

Постоянство состава крови, лимфы, тканевой жидкости, осмотического давления, концентрации ионов и общей концентрации электролитов,
содержание в крови питательных веществ (глюкоза)
Эти показатели даже при значительных изменениях условий внешней среды удерживаются на определенном уровне
СИСТЕМНЫЙ ГОМЕОСТАЗ - гомеостаз жидкой части внутренней среды организма

ВНУТРЕННЯЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА
(кровь, тканевая жидкость и лимфа)

Нервная система особо чувствительна к снижению содержания О2
Млекопитающие не переносят колебаний концентрации Са+2 более чем на 30%
Регуляция - отрицательная обратная связь, путём тесного взаимодействия нервных и гуморальных механизмов
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ТКАНЕЙ К ИЗМЕНЕНИЯМ ВНУТРЕННЕЙ
СРЕДЫ РАЗЛИЧНА:

рН у человека 7,32 - 7,45
Определяет активность ферментов, проницаемость мембран, активность синтеза белка
Механизмы регуляции:
буферные системы крови и тканей
(карбонатный, фосфатный буфер)
тканевые белки
почки
КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ

БУФЕРНЫЕ СИСТЕМЫ
Бикарбо-натная
Фосфатная
Белковая
Гемоглоби-новая
Оксигемо-глобиновая
Самая мощная буферная система крови - 75 % всей буферной ёмкости крови
Белки плазмы крови образуют буферную систему, наиболее эффективную в диапазоне pH 7,2—7,4
1 % общей буферной емкости
Самая управляемая система
(около 10 % всей буферной ёмкости крови)
Системы гемоглобина и оксигемогло-бина – это взаимопрев-ращающиеся системы и существуют как единое целое

Увеличение концентрации СО2
Сдвиг рН в кислую сторону
Сигналы в дыхательный центр продолговатого мозга
Импульсы к дыхательным мышцам, углубление и учащение дыхания, усиление легочной вентиляции
Нормализация концентрации ионов Н
ГОМЕОСТАЗ ПРИ УСИЛЕННОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКЕ

Способы поддержания гомеостаза
ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
Проходя через альвеолы, кровь поглощает необходимый клеткам кислород. Через поры альвеолярных мембран O2 диффундирует в кровь.
Выведение углекислого газа легкими Одновременно с захватом кислорода кровью в легких происходит высвобождение углекислого газа из крови в альвеолы. Во время дыхательных движений углекислый газ из легких переносится в атмосферу.

СХЕМА РЕГУЛЯЦИИ
ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

Способы поддержания гомеостаза
ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНЫЙ ТРАКТ
Большой объем крови, перекачиваемой сердцем, проходит через стенки желудочно-кишечного тракта. Здесь в кровь всасываются растворенные питательные вещества, включая углеводы, жирные кислоты и аминокислоты, образующиеся при переваривании пищи.
ПЕЧЕНЬ
Выполняет метаболическую функцию. Изменяя химический состав многих веществ, переводит их в более удобную для усвоения клетками форму.

Способы поддержания гомеостаза
ПОЧКИ
Большинство конечных продуктов клеточного метаболизма удаляются из плазмы при прохождении крови через почки. К этим веществам относят мочевину и мочевую кислоту, а также избыток ионов и воды, поступающих с пищей и способных накапливаться во внеклеточной жидкости

ЖКТ*
Всасывание в кровь 4.________
1._________________________
Вырабатывает гормон 5.________
2.__________
Мышцы
Накапливают глюкозу
Превращает глюкозу в 7._________ и жирные кислоты
3.____________________
Контролирует нормальный уровень глюкозы в крови
Высокий уровень глюкозы!!!
Всасывание в кровь глюкозы
1.Поджелудочная железа
2.Печень
3.Гипоталамус
Вырабатывает гормон инсулин
Превращает глюкозу в гликоген и жирные кислоты

Мышцы
Поглощение 4.________ при работе мышц
1. Поджелудочная железа
Вырабатывает гормон 6.__________
2. Печень
Превращает 7.___________ в глюкозу
3. Гипоталамус
Контролирует нормальный уровень глюкозы в крови
Низкий уровень глюкозы!!!
Поглощение глюкозы при работе мышц
Вырабатывает гормон глюкагон
Превращает гликоген в глюкозу

МЕХАНИЗМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ СОХРАНЕНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНДИВИДУАЛЬНОСТИ,
КОГДА ОРГАНИЗМ РАСПОЗНАЁТ
«СВОЁ» и «ЧУЖОЕ»
ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ
ИММУНИТЕТ – способ защиты организма от чужеродных агентов, несущих в себе признаки
генетически
чужеродной
информации

Носители чужеродной генетической информации
Внешние агенты:
Бактерии (токсины), вирусы, клетки других организмов
Собственные мутировавшие соматические клетки

ЗАЩИТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ
неспецифические
Барьерные свойства кожи и слизистых оболочек
Антимикробные свойства лизоцима слюны
Фагоцитоз
специфические
Клеточный иммунитет
Гуморальный иммунитет
Аллергические реакции

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ
Чужеродную генетическую информацию несут антигены-белки, мукополисахариды, НК
В эволюции организмов сформировалось две формы иммунитета: клеточный и гуморальный.
У земноводных впервые произошло разделение лимфоцитов на клетки, ответственные за клеточные и гуморальные иммунные реакции.
У человека и млекопитающих иммунная система, представленная лимфоидной тканью, имеет центральное и периферическое звено.
Защитная реакция осуществляется лимфоцитами двух типов.

ИММУННАЯ СИСТЕМА
ЦЕНТРАЛЬНОЕ ЗВЕНО:
1. Красный костный мозг
2. Вилочковая железа
ПЕРИФЕРИЧЕСКОЕ ЗВЕНО:
1. Лимфатические узлы
2. Селезенка

Т-
лимфоциты
(киллеры, хелперы,
супрессоры)
Обеспечивают клеточный иммунитет, уничтожая чужеродные клетки
Определяют противовирусный, трансплантационный, противоопухолевый иммунитет
В-лимфоциты
Обеспечивают гуморальный иммунитет
Выделяют иммуноглобулины
ИММУННЫЕ МЕХАНИЗМЫ ГОМЕОСТАЗА

Основные типы клеток иммунной системы
Т-лимфоциты
Киллеры
Супрессоры
Хелперы
уничтожение повреждённых клеток собственного организма
подавляют активность иммунного ответа, когда необходимость в нём отпадает
координируют работу всех клеток, участвующих в иммунной реакции, распознают антигены
В-лимфоциты
вырабатывают антитела (иммуноглобулины)

Способность сохранять гомеостаз - это общее свойство живых систем. По мере усложнения организмов эта способность прогрессирует, в большей степени определяя независимость от внешних факторов среды.
Это достигается нервными, эндокринными и иммунными механизмами.
Регуляция гомеостаза осуществляется нервной системой, нейроэндокринной системой, включающей в свой состав гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы и диффузной эндокринной системой (ДЭС)
РЕГУЛЯЦИЯ ГОМЕОСТАЗА

НЕРВНАЯ СИСТЕМА
НЕЙРОЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА
ДИФФУЗНАЯ ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА
РЕГУЛЯЦИЯ ГОМЕОСТАЗА

ГИПОТАЛАМУС:
обеспечивает интеграцию нервных и эндокринных элементов в одну систему
высший центр вегетативной НС (центры терморегуляции, голода, жажды, водно-солевого обмена)
продуцирует нейрогормоны, регулирующие выделение
тропных гормонов гипофиза
НЕЙРОЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА

Представлена отдельными эндокринными клетками, расположенными во всех тканях и органах
Основная масса клеток ДЭС расположена в эпителии ЖКТ
Ряд гормонов (энкефалины, эндорфины) присутствуют и в ЦНС,
и в эндокринных клетках ЖКТ
ДИФФУЗНАЯ ЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА

ГИПОТАЛАМУС
ГИПОФИЗ
ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ЭНДОКРИННЫЕ ЖЕЛЕЗЫ
НЕЙРОЭНДОКРИННАЯ СИСТЕМА

РЕГУЛЯЦИЯ ГОМЕОСТАЗА

На разных этапах онтогенеза изменяются особенности обмена веществ и энергии, а также механизмы гомеостаза
В дорепродуктивном периоде преобладает
ассимиляция, увеличивается рост, масса, механизмы гомеостаза не сформированы (детские болезни).
В зрелом возрасте процессы ассимиляции и
диссимиляции компенсированы, совершенствуется регуляция.
При старении надежность механизмов гомеостаза снижается.
МЕХАНИЗМЫ ГОМЕОСТАЗА

ХРОНОБИОЛОГИЯ (от др.- греч. Χρόνος - «время») - область науки, которая исследует периодические (циклические) феномены, протекающие у живых организмов во времени, и их адаптацию к солнечным и лунным ритмам

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ - время, связанное с жизненными явлениями
РИТМЫ - повторные отклонения и возврат к исходному состоянию через равные промежутки времени
БИОРИТМЫ - ритмические процессы жизнедеятельности
ХРОНОБИОЛОГИЯ

Ритмы высокой частоты (сек. - 30 мин.)
Ритмы средней частоты (суточные или циркадные - от 30 мин до 28 часов)
Ритмы месячные (от суток до 1 месяца)
Ритмы годовые или сезонные (от нескольких месяцев до 1 года)
Ритмы низкой частоты (3, 7, 11, 80-90 лет)
КЛАССЫ БИОРИТМОВ

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ - 23 дня
ЭМОЦИОНАЛЬНЫЙ - 28 дней
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ - 33 дня
ЦИКЛЫ АКТИВНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1-я ПОЛОВИНА ЦИКЛА - положительный период
2-я ПОЛОВИНА ЦИКЛА - отрицательный период
В СЕРЕДИНЕ КАЖДОГО ПЕРИОДА - КРИТИЧЕСКИЙ (НУЛЕВОЙ) ДЕНЬ
ВСЕ КРИТИЧЕСКИЕ ДНИ
СОВПАДАЮТ 1 РАЗ В ГОД
ЦИКЛЫ АКТИВНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

Учет особенностей биоритмов для составления рационального режима труда и отдыха, рационального питания
Прогноз обострений различных заболеваний
Решение проблем акклиматизации и адаптации
ЗНАЧЕНИЕ ХРОНОБИОЛОГИИ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ

РЕГЕНЕРАЦИЯ
и ТРАНСПЛАНТАЦИЯ
ОРГАНОВ и ТКАНЕЙ
Доцент,
к.м.н. Матвеева О.Н.

Р Е Г Е Н Е Р А Ц И Я (regeneratio - возрождение)
термин был предложен
французским учёным Р. Реомюром
в 1712 году

Р Е Г Е Н Е Р А Ц И Я (regeneratio - возрождение)
– процесс обновления структурных элементов организма и их восстановление
после естественной гибели или повреждения

ЗНАЧЕНИЕ РЕГЕНЕРАЦИИ
Основа самообновления организма
Поддерживает структурный гомеостаз
Поддерживает целостность организма
Обеспечивает постоянное выполнение органами их функций

ВИДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ - обновление функционирующих структур в условиях нормальной физиологической жизнедеятельности организма
РЕПАРАТИВНАЯ -
после повреждения

Физиологическая (гомеостатическая) регенерация
Постоянство
Универсальность:
- свойственна всем живым
организмам
- проявляется на всех уровнях
организации живой материи

УРОВНИ РЕГЕНЕРАЦИИ
Внутриклеточные (субклеточные)
- молекулярный (ДНК, белки)
- внутриорганоидный (кристы митохондрий)
- органоидный (образование лизосом)
Клеточный (митоз, амитоз)
Тканевой (эпителий матки)
Органный (рога)
Организменный

УРОВНИ РЕГЕНЕРАЦИИ
Преобладание того или иного уровня регенерации определяется особенностями репродукции клеток -
типом клеточных популяций
Внутриклеточная регенерация присуща всем тканям и органам, наиболее активно она происходит в тканях, клетки которых неспособны к митозу (нервная ткань, миокард).

ТИПЫ КЛЕТОЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ
Обновляющаяся
Растущая
Стабильная

ОБНОВЛЯЮЩАЯСЯ
Высокая скорость регенерации-
эпидермис (10-12 дней)
эпителий ЖКТ (7 дней)
красный костный мозг
(эритроциты – 120 суток)
клеточный уровень регенерации
(м и т о з)

Р А С Т У Щ А Я
Время обновления – 300 – 400 сут.
печень
почки
экзо- и эндокринные железы
мышцы
клеточный и субклеточные
уровни регенерации

С Т А Б И Л Ь Н А Я
После 1-го года жизни клетки теряют способность к митозу
нервная ткань
миокард
субклеточные уровни регенерации

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
Электронная микроскопия
Световая микроскопия:
Гистоавторадиография
(количество митозов, синтез ДНК, суточная периодичность митозов)
ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ КОЛИЧЕСТВО ЛИЗОСОМ

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛИЧЕСТВА МИТОЗОВ
Интенсивность пролиферации оценивают по количеству митозов, приходящихся на 1000 подсчитанных клеток. Если учесть, что сам митоз в среднем длится около 1 ч, а весь митотический цикл в соматических клетках в среднем протекает 22—24 ч, ясно, что для определения интенсивности обновления клеточного состава тканей необходимо подсчитать количество митозов в течение одних или нескольких суток. Оказалось, что количество делящихся клеток не одинаково в разные часы суток. Так был открыт суточный ритм клеточных делений, пример которого изображен на рисунке

Суточные изменения митотического индекса
в эпителии пищевода (I) и роговицы (2) мышей

ФАЗЫ РЕГЕНЕРАЦИИ
Регрессивная
(разрушительная)
Прогрессивная
(восстановительная)
Продукты распада поврежденных клеток стимулируют пролиферацию
оставшихся живых клеток

Р Е П А Р А Т И В Н А Я Р Е Г Е Н Е Р А Ц И Я
Происходит в ответ на повреждение
Имеет те же механизмы, но идет активнее физиологической

СПОСОБЫ РЕПАРАТИВНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ
Морфаллаксис
Эпиморфоз
- гипоморфоз
- гетероморфоз
Эндоморфоз или регенерационная гипертрофия
Регенерация путем индукции

М о р ф а л л а к с и с у беспозвоночных животных
А — гидра; Б — кольчатый червь; В — морская звезда

МОРФАЛЛАКСИС (соматический эмбриогенез)
Т. Морган, 1900 г.
Характерен для беспозвоночных животных
Результат – 100% восстановление организма из его части
Наблюдается перегруппировка клеток в оставшейся части органа, нет четкого разграничения регенерата и культи

МОРФАЛЛАКСИС
Дедифференцировка тканей
Потеря специализации активация митоза клеток
Возникновение особи уменьшенных размеров
Рост особи

Регенерация путем морфаллаксиса у планарии и гидры

Э П И М О Р Ф О З

Э П И М О Р Ф О З - надставка
Регенерат отрастает от ампутационной поверхности (размножение и дифференцировка клеток) и четко отграничен от культи
Восстановление конечностей беспозвоночных и низших позвоночных (клешня у рака, лапка у тритона)
Восстановление кости после перелома

Э П И М О Р Ф О З - надставка

РЕГЕНЕРАЦИЯ
Типичная (гомоморфоз)
Атипичная:
- гипоморфоз - регенерация с частичным
замещением ампутированной конечности
- гетероморфоз - появление иной
структуры взамен утраченной
- изменение полярности структуры

Г О М О М О Р Ф О З

Г И П О М О Р Ф О З

Г Е Т Е Р О М О Р Ф О З
У рака есть глаза и усики
Если глаз удаляется вместе с ганглием, то регенерирует усик
усик
глаз
место удаленного глаза
нервные ганглии

Э Н Д О М О Р Ф О З или
РЕГЕНЕРАЦИОННАЯ ГИПЕРТРОФИЯ
Способ регенерации внутренних органов (печень, почки, легкие)
позвоночных животных и человека
Механизмы:
внутриклеточная и клеточная регенерация
- Гиперплазия клеток - митотическое деление
- Гипертрофия клеток
- Компенсаторная гипертрофия парного органа
(ПОЧКА)

Э Н Д О М О Р Ф О З
Результат:
- восстановление объема органа
- восстановление массы органа
- восстановление внутренней структуры
- восстановление функции органа
- ! НЕ ВОССТАНАВЛИВАЕТСЯ
форма ОРГАНА

Э Н Д О М О Р Ф О З
Печень способна восстанавливать первоначальный размер при сохранении всего 25 % нормальной ткани

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ПРИНИМАЮТ НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ УЧАСТИЕ В РЕГЕНЕРАЦИИ ПОСЛЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ

РЕГЕНЕРАЦИЯ ПУТЕМ ИНДУКЦИИ
характерна для определенных тканей мезодермального происхождения в ответ на действие специфических биологических индукторов (стимуляторов), которые вводят внутрь поврежденной области
Пример: замещение дефекта
покровных костей черепа

РЕГЕНЕРАЦИЯ ПУТЕМ ИНДУКЦИИ

МЕТОД РЕГЕНЕРАЦИЯ КОСТЕЙ ЧЕРЕПА (Л.В. Полежаев)
У собак удаляли участок черепа площадью 10 см2. Пустоты заполняли костными опилками:
- если опилки получены от костей донора, их пропитывают кровью реципиента
- если опилки получены от костей реципиента, то без пропитывания кровью.
В течение 1-й недели опилки рассасываются (дедифференцировка). Затем появляются островки костных клеток. Через несколько месяцев - существенное количество костной ткани.
В течение года костные островки сливаются и срастаются с окружающими костями черепа по всему периметру.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ПУТЕМ ИНДУКЦИИ (Л.В. Полежаев)
Он добился закрытия круглого отверстия черепа у млекопитающих - в обычных условиях оно не зарастает.
Дефект заполнял костными опилками, смоченными кровью.
Опилки выделяют биологически активные вещества, стимулирующие остеогенную реакцию надкостницы: она начала продуцировать костные клетки.

РЕГЕНЕРАЦИЯ ПУТЕМ ИНДУКЦИИ
Аналогичным методом
Студицкий А.Н. (российский биолог)
восстановил икроножную мышцу крысы
заполнив дефект мышечным фаршем:

Р Е П А Р А Т И В Н А Я Р Е Г Е Н Е Р А Ц И Я
Изучение репаративной регенерации позволяет разрабатывать методы, применяемые в клинике для стимуляции процессов восстановления.
Изучение регенераторной способности в процессе эволюции показало изменение способов и форм регенерации у беспозвоночных и позвоночных животных.
Все уровни и способы регенерации обеспечивают сохранение целостности всего организма - механизм поддержания структурного
гомеостаза

РЕГУЛЯЦИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
Процесс регенерации регулируется нервной, гуморальной, иммунной системами
Местная – факторы роста тканей
Дистантная – нервная и гуморальная регуляция

Пример роли нервной системы
Регенерация конечности у аксолотля (стадии В – Е) происходит только на стороне, где сохранено нервное сплетение

ТРАНСПЛАНТАЦИЯ
ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ
Трансплантация (от лат. Transplantatio - пересадка) - пересадка или приживление органов и тканей

ВИДЫ ТРАНСПЛАНТАЦИИ
Аутотрансплантация - пересадка в пределах одного организма
Синотрансплантация - пересадка между генетически идентичными организмами
Аллотрансплантация - пересадка между организмами одного вида
Ксенотрансплантация - пересадка между организмами разных видов

АУТОТРАНСПЛАНТАЦИЯ

АУТОТРАНСПЛАНТАЦИЯ

АЛЛОТРАНСПЛАНТАЦИЯ

КСЕНОТРАНСПЛАНТАЦИЯ

ВИДЫ ТРАНСПЛАНТАЦИИ
Успех трансплантации зависит от тканевой совместимости донора и реципиента по белкам (антигенам), которая определяется генотипом организма (ген - антиген)
Наилучшее приживление трансплантата наблюдается, если донор и реципиент имеют сходные антигены, поэтому лучше удаются пересадка при ауто- и синотрансплантации (сходные антигены, антитела не вырабатываются, трансплантат не отторгается).
При аллотрансплантации причиной отторжения трансплантата является тканевая несовместимость донора и реципиента.

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ГОМЕОСТАЗ
Организм реципиента реагирует на чужеродные антигены образованием антител (трансплантационный иммунитет как механизм сохранения иммунологического гомеостаза)
Начальные этапы отторжения связаны с Т-лимфоцитами (клеточный иммунитет), а последующие - с В-лимфоцитами (вырабатывают антитела - гуморальный иммунитет).
Антиген распознается Т-лимфоцитом совместно с молекулами главного комплекса тканевой совместимости (HLA).
В результате взаимодействия Т- и В-клеток возникает высокоспецефический иммунитет на определенные антигены; при повторных пересадках тканей этого же донора отторжение происходит быстрее.

Главная проблема трансплантации - тканевая несовместимость донора и реципиента
Причина: трансплантационный иммунитет как механизм поддержания иммунологического гомеостаза

О Т Т О Р Ж Е Н И Е
воспалительное поражение трансплантата, вызванное специфической реакцией
иммунной системы реципиента на трансплантационные антигены донора

О Т Т О Р Ж Е Н И Е ТРАНСПЛАНТАТА

ПУТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ НЕСОВМЕСТИМОСТИ ТКАНЕЙ
Подбор донора и реципиента со сходными антигенами (антигенное сближение донора и реципиента)
Определяют:
Антигены групп крови системы АВО и резус-фактора
Антигены тканевой совместимости HLA
Зона HLA находится в 6 хромосоме, и включает локусы А, В, С, D, D2, R (сцепленные гены).

КОМПЛЕКС HLA
Каждый ген имеет несколько аллелей:
24 аллеля гена А, 52 аллеля гена В, 8 аллелей гена С, 20 аллелей гена DR, т.е. имеет место
множественный аллелизм
Комбинация аллелей дает многообразие генотипов в популяциях человека.

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС
гистосовместимости у человека
HLA - от англ. human lymphocyte antigens
При типировании тканей основное внимание уделяется идентификации антигенов, кодируемых локусами A, B, DR

Комбинации генов могут быть крайне разнообразными, совпадение одновременно во всех трёх указанных локусах практически невозможно
Отторжение в раннем послеопераци-онном периоде обычно связано с несовместимостью по HLA-DR, а в отдалённые сроки - по HLA-A и HLA-B

ПУТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ НЕСОВМЕСТИМОСТИ ТКАНЕЙ
Воздействие на организм реципиента –подавление иммунного ответа
Методы:
Физические (рентгеновские лучи)
Химические (иммунодепрессоры)
Биологические (антилимфоцитарная сыворотка, а/л глобулин - введение после трансплантации реципиенту)

ПУТИ ПРЕОДОЛЕНИЯ НЕСОВМЕСТИМОСТИ ТКАНЕЙ
Воздействие на трансплантат - консервирование трансплантата, ослабление его антигенных свойств
Помещение трансплантата в определенные иммунокомпетентные участки организма

НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ НЕСОВМЕСТИМОСТИ ТКАНЕЙ
Искусственные органы и ткани
Использование стволовых клеток
Ксенотрансплантация

ИСКУССТВЕННЫЕ ОРГАНЫ

ПЕЧАТЬ ОРГАНОВ
с помощью 3-Д - ПРИНТЕРА

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Один из разделов регенеративной клеточной медицины, сулящий людям излечение от многих тяжелых болезней – это стволовых клеток (СК). Они уникальны тем, что могут дифференцироваться в любой тип клеток организма , поэтому являются постоянным источником специализированных клеток, образующих ткани и органы.
Кроме того, СК обладают потенциалом восстанавливать дефективные или поврежденные в результате травм или болезней клетки.
Это дает возможность создавать новые способы регенеративной терапии.

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Стволовые клетки отличаются следующими специфичными свойствами:
1. Производят собственные копии
2. Пролиферируют с высокой скоростью
3. Презентуют на своей поверхности определенные белки, что демонстрирует их способность дифференцироваться в любые ткани.
Существуют три основных типа СК: эмбриональные, взрослые и
стволовые клетки пуповинной крови.

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Трансплантация здоровых клеток успешно используется при лечении таких заболеваний, как лейкемия, иммунодефицитные состояния, тяжелые заболевания крови, лимфома и множественная миелома.
Трансплантация СК костного мозга – это обновление кроветворения во всем организме. Такую пересадку используют при лейкозах, онкопатологии.

СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Многообещающим направлением является создание с помощью стволовых клеток здоровых человеческих органов для замещения больных или нефункционирующих.
Ключевые проекты связаны с выращиванием искусственных зубов, поджелудочной железы, печени, трахеи, пищевода, мочевого пузыря.
Также стволовые клетки используются в случаях развития у реципиента реакции отторжения при пересадке трансплантата (трансплантат против хозяина).

ОРГАНЫ И ТКАНИ, ВЫРАЩЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
В 2004 году японские ученые впервые в мире вырастили структурно полноценные капиллярные кровеносные сосуды из стволовых клеток
В 2005 году американские ученые воспроизвели нервную стволовую клетку, вырастили полноценные клетки головного мозга
В 2006 году британские ученые вырастили ткани печени
В 2006 году американские ученые получили клетки мышц
В 2006 году швейцарские ученые
вырастили из стволовых клеток
клапаны человеческого сердца
В 2006 году в США впервые
выращен мочевой пузырь

ОРГАНЫ И ТКАНИ, ВЫРАЩЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК
В 2007 году стволовые клетки помогли британским ученым создать часть сердца человека
В 2007 году японские ученые вырастили роговицу глаза
В 2007 году японские ученые вырастили зуб
из стволовых клеток
В 2008 году японские ученые
создали тромбоциты
из стволовых клеток
В 2008 году американские ученые смогли вырастить новое сердце на каркасе от старого

КСЕНОТРАНСПЛАНТАЦИЯ

КСЕНОТРАНСПЛАНТАЦИЯ
Человеческие гены белков, препятствующих развитию реакции отторжения трансплантата,
вводятся в оплодотворенную
яйцеклетку свиньи

КСЕНОТРАНСПЛАНТАЦИЯ
С помощью скрещивания, селекции и введения частично “очеловеченным” свиньям новых генов, можно получить животных, органы которых годны для пересадки людям

КСЕНОТРАНСПЛАНТАЦИЯ
Человеческие гены в клетках трансгенных свиней обманут иммунную систему пациента, которая примет пересаженные органы за свои.
Это обеспечит приживление трансплантата.