Форми регенераційного процессу

Відомо багато форм репаративної регенерації (мал. 1). Перш за все, репаративна регенерація може бути типовою і атиповою (тобто, відбуватися з різного роду відхиленнями, з неповноцінним відновленням втраченої структури). При атиповій регенерації можливі кількісні відхилення та якісні відхилення. Кількісні відхилення полягають або у формуванні структур, менших за втрачені (гіпоморфна регенерація), або у формуванні структур, більших за втрачені (гіперморфна регенерація). Дуже різноманітними є якісні відхилення: формування додаткових структур, гетероморфна регенерація, тощо. Однією з форм репаративної регенерації, хоч це і звучить дивно, є відсутність регенерації.

Відсутність регенерації. Уже давно вважалося, що орган не регенерує у відповідь на ушкодження внаслідок відсутності таких специфічних ініціюючих факторів, як травмовані нерви чи раневий епідерміс, або ж внаслідок генетичної нездатності відновлювати втрачені органи. В багатьох випадках це безсумнівна істина, але стають усе більш очевидними взаємини між регуляцією морфогенезу й ініціацією регенерації, тобто, у деяких випадках причиною відсутності регенерації може бути невідповідність чи втрата морфогенетичної інформації.

Мал. 1 Класифікація форм репаративної регенерації.

У випадку відсутності регенерації регенераційні процеси обмежуються лише першим періодом регенерації (див. вище), тобто, відбувається лише закриття рани й зміни, пов’язані безпосередньо з пошкодженням. Такою є, наприклад, регенерація хвоста чи кінцівки у ссавців. В цьому випадку в місці ушкодження виникає запальна реакція, в це місце мігрують лейкоцити, які здійснюють фагоцитоз ушкоджених структур. Потім відбувається закриття рани шляхом епітелізації, тобто, ампутаційна поверхня покривається епітеліальним шаром, який наростає із сусідніх ділянок шкіри.

Типова регенерація (повне відновлення форми): Типова регенерація полягає в тому, що замість втраченої структури утворюється нова, яка є повноцінною морфологічно і функціонально. Іншими словами, формується точна копія втраченої структури.

Повне відновлення форми в більшості випадків відбувається в результаті епіморфної регенерації (див. нижче). Але й в інших системах регенерації також можливо відновлення нормальної форми. Так, у деяких війчастих найпростіших, наприклад у Stentor, відновлюється вихідний зовнішній вигляд організму після значного руйнування, і ця форма регенерації не може вважатися епіморфною, тому що вона відбувається усередині однієї єдиної клітини. У деяких системах регенерації дійсно відбувається повне і досконале відновлення вилучених тканин, але морфогенетичні механізми різко відрізняються від тих, котрі виявляються в процесі регенерації шляхом епіморфозу.

Атипова регенерація:

Гіпоморфна регенерація, або неповне відновлення структур полягає у формуванні структур, менших за втрачені. Часто ці структури є ще й неповноцінними. Такий тип репаративної регенерації досить широко розповсюджений у природі. Так, після ампутації кінцівки у дорослих жаб або в ящірок найчастіше формуються прості шиповидні структури. При регенерації кінцівок у комах і в деяких кільчастих червів також має місце різко виражений гіпоморфізм. Наприклад, при втраті клешні у рака виростає нова, але менших розмірів. Причини утворення гіпоморфних регенератів різні і поки що не до кінця з’ясовані. Наприклад, у епіморфних системах гіпоморфізм може бути наслідком недостатнього харчування, тривалої денервації, часткового рентгенівського опромінення, метаморфозу. Гіпоморфні регенерати можуть також розвиватися й у відповідь на застосування деяких методичних прийомів, що впливають на морфогенетичні взаємодії. Як в ембріональному розвитку, так і при регенерації все більша увага приділяється дослідженню взаємин між ростом і морфогенезом, і не викликає сумнівів той факт, що в багатьох випадках гіпоморфні регенерати виникають у результаті поступового припинення росту чи внаслідок формування неадекватних популяцій клітин у структурі, що розвивається. Так, у планарій утворюються, власне кажучи, нормальні особини, але розміри їх набагато менші, ніж у вихідних тварин, які були джерелом регенераційного матеріалу.

Гіперморфна регенерація (суперрегенерація): При цій формі репаративної регенерації формуються структури, більші за втрачені. Очевидно, що в цьому випадку клітини, які є джерелом регенерації не отримують вчасно належних гормональних чи інших стимулів до припинення поділів або ж не реагують належним чином на ці стимули. В крайніх випадках це може призвести до пухлинного росту.

Утворення додаткових структур в процесі регенерації: В певних умовах виникають подвоєні регенерати, або ж у регенератах формуються додаткові структури. Наприклад, в амфібій описані випадки, коли замість втраченої кінцівки виростали дві кінцівки. Відомі також факти утворення багатоголових планарій.

Утворення додаткових структур у регенераті можна стимулювати і без видалення вихідної тканини чи органа. Це, між іншим, свідчить про те, що ампутація не є обов’язковою для ініціації регенерації. Утворення додаткових структур можна також стимулювати і після ампутації. Наприклад, якщо видаляти в планарій головний відділ, а на культю нанести багато поздовжніх надрізів, то регенерують багатоголові планарії (мал. 2).

Мал.2. Утворення багатоголової планарії.

Факт утворення додаткових кінцівок став особливо цікавою моделлю для вивчення механізмів морфогенезу. Бейтсон, вивчивши велику кількість додаткових структур, що утворюються в процесі регенерації, сформулював узагальнення, відоме як закон Бейтсона: додаткові кінцівки за будовою є дзеркальним відображенням одна одної.

Протягом багатьох десятиліть це явище залишалося непоясненим, але останнім часом воно враховується в цілому ряді моделей морфогенезу. При поясненні цієї форми регенерації слід враховувати, що регенераційна бластема, яка формується в ході регенерації, є регуляційною системою. Властивості регуляційної системи, як відомо, є такими: 1) якщо регуляційну систему розділити на дві, то кожна частина реорганізується в ціле і створює повноцінну структуру; 2) якщо дві регуляційних системи об’єднати в одну, то вони формують єдину гармонійну структуру, а не дві.

Гетероморфна регенерація: У більшості випадків відновлена структура є копією вихідної, але в деяких класичних експериментах вдалося одержати структури, що разюче відрізняються від ампутованих. Одними з перших гетероморфні регенерати були отримані в планарій – формування двох голів на одній з поверхонь короткого сегмента тіла планарії.

У тварин, які мають метамерну будову, часто спостерігається ще один різновид гетероморфної регенерації, яка іноді називається гомеозисною. При гомеозисній регенерації ампутована кінцівка заміщається новою кінцівкою, що належить іншому сегменту тіла. Добре відомим прикладом цього типу регенерації є отримана Гербстом регенерація антени на місці ока в ракоподібного Palinurus. Опубліковано також кілька повідомлень про регенерацію кінцівки на місці антени в комах. Механізм такого відхилення в ході репаративної регенерації не до кінця з’ясований. Очевидно, що до клітин, з яких йде формування нової кінцівки, надходить невірна позиційна інформація. Тобто, клітини, знаходячись в одному якомусь сегменті тіла, отримують інформацію про те, що вони ніби то знаходяться в іншому сегменті. І ці клітини починають формувати кінцівку, властиву цьому другому сегменту.

Відомі й інші якісні відхилення у процесі репаративної регенерації.

Способи репаративної регенерації.

Епіморфоз: Епіморфна регенерація заключається у формування так званої регенераційної бластеми шляхом дедиференціації і проліферації клітин на ампутаційній поверхні з наступною диференціацією, морфогенезом, ростом бластеми, що веде до утворення копії втраченої структури. При епіморфозі відновні процеси локалізовані в зоні рани і утворюють регенераційну бластему, чітко відмежовану від інших областей, які не включені в регенераційні процеси. Класичний приклад такого способу регенерації – це регенерація кінцівки у хвостатих амфібій.

Морфаллаксис: Цей термін вперше застосував Морган для опису тих явищ регенерації, які він спостерігав у планарій. Регенерація у плоских червів можлива із невеликих шматочків тіла. При цьому такий шматочок тіла перебудовується у цілий організм, але, зрозуміло, менших розмірів; клітинні поділи і ріст при цьому не відбуваються. Таким чином, принциповою оссобливістю морфаллаксиса є реорганізація частини тварини у цілий організм. Морфаллаксис також виявлений у кишковопорожнинних. Так, у гідроїдного поліпа Tubularia після ампутації головного відділу кінець стебельця, що залишився, закривається. Потім дистальна частина стебла проходить реорганізацію, в результаті чого на дистальному кінці стебла формується район нової голови. Менш виражений морфаллаксис спостерігається у кільчастих багатощетинкових червів. У них після ампутації голови починається регенераційний ріст, але паралельно з ним відбувається реорганізація шляхом морфаллаксису деяких вцілілих тулубових сегментів поблизу місця ампутації у сегменти голови.

Ендоморфоз (дифузна регенерація, регенераційна гіпертрофія) – тип регенерації, характерний для відновлення внутрішніх органів теплокровних тварин. При цьому регенераційні процеси виникають в товщі тієї частини органа, що вціліла після пошкодження, вони не локалізовані в якійсь окремій зоні, а на травмованій поверхні регенерація слабка. Приклади: регенерація печінки, нирок, гонад. Регенерація може відбуватися: 1) за рахунок переважання процесів розмноження клітин (наприклад, у печінці); 2) за рахунок переважання процесів збільшення розмірів клітин (наприклад, у нирках). Для пояснення механізмів ендоморфозу запропоновано дві групи гіпотез: 1) функціональні гіпотези (згідно них, регенерація запускається тому, що клітини, які вціліли після пошкодження, не справляються з функціональними навантаженнями); 2) гуморальні гіпотези (згідно них, регенерація запускається певними хімічними речовинами). Наприклад, постулюється, що клітини органа виробляють певний інгібітор, який блокує мітози клітин даного органа. При пошкодженні кількість клітин цього органа зменшується, відповідно зменшується і кількість інгібітора; в результаті блокада мітозу знімається. Але як тільки маса органа відновлюється, кількість інгібітора стає нормальною, і відновлюється блокада мітозів.

Деякі дослідники не відносять ендоморфоз до регенерації, вважаючи ці явища компенсаторно-пристосувальними змінами органів, або ж відносять лише ті випадки, коли відбується розмноження клітин (як, наприклад, у печінці).