Г. Гаструляция у млекопитающих 11 page

Относительно недавно считали, что в межклеточных пространствах, в цитоплазме и клеточном ядре находятся разбавленные растворы, в которых осуществляется свободная диффузия сигнальных молекул. В настоящее время накапливаются данные в пользу «твердотельной» модели, согласно которой большинство сигналов передается по «жестким конструкциям» из определенных белковых молекул. Эти конструкции собираются в ответ на специфические сигналы и разбираются в их отсутствие. В такой системе свободная диффузия молекул возможна лишь на весьма короткие расстояния (в несколько нанометров), а основная часть сигналов передается именно благодаря структурным перестройкам белковых конструкций. В связи с этим полагают, что ядро, цитоплазма и внеклеточный матрикс обладают динамичной, постоянно изменяющейся, архитектурой.

Таким образом, в ходе морфогенеза реализуются разнообразные межклеточные взаимодействия, осуществляемые на основе действия химических, физических и иных факторов. При рассмотрении процессов формообразования действие этих факторов разграничить сложно. Тем не менее, каким бы ни было воздействие по своей природе, в результате него клетка тем или иным путем получает определенный, понятный ей сигнал. В большинстве случаев это происходит посредством взаимодействия сигнальных молекул (лигандов, иногда их, например, некоторые гормоны называют первичными посредниками) с рецепторными белками мембран клеток-мишеней. Сигнальная молекула может выделяться клеткой и передаваться к клетке-мишени по межклеточному пространству, может быть встроена в мембрану клетки и восприниматься клеткой-мишенью при контактных межклеточных взаимодействиях. Она же может быть выделена клеткой во внеклеточный матрикс и фиксирована на его компонентах. Образующийся лиганд-рецепторный комплекс активирует внутриклеточный сигнальный путь или сигналлинг (как правило, это цепь биохимических реакций, в которых принимают участие различные вторичные посредники – см. также 2.4.2). В итоге достигается изменение экспрессии определенных генов и, как следствие, необходимая реакция клеток-мишеней: синтезируются требуемые белки, изменяется интенсивность энергетического обмена, запускаются клеточная пролиферация, апоптоз, дифференцировка и, таким образом, реализуется морфогенетический процесс. Оказалось, что сигнальные пути (каскады) эволюционно консервативны, а набор сигнальных молекул и путей передачи сигналов сравнительно невелик. Одни и те же лиганды и сигналлинги используются в морфогенезе беспозвоночных и позвоночных животных, что свидетельствует об их появлении в эволюции у общего предка на стадии возникновения двустороннесимметричных животных. Для некоторых вариантов межклеточных взаимодействий выявлены молекулярные механизмы (например, липофильные стероидные половые – эстрадиол и прогестерон - и другие гормоны, см. также 2.4.2 и 8.2.9), т.е. основные звенья сигнальных каскадов от лиганда через трансмембранные рецепторы и вторичные (внутриклеточные) посредники до активируемых генов.

Наряду с консерватизмом сигнальные пути обладают высокой степенью гибкости (лабильности) при ответах на межклеточные взаимодействия. Каждый сигнальный каскад неоднократно включается в разных тканях в процессе развития организмов. Так, белки семейства Hh (Hendgehog) млекопитающих в качестве лигандов принимают участие в морфогенезе конечностей, образовании аорты и основных вен, регионализации нервной трубки и многих других процессах. Считают, что у позвоночных развитие лишь небольшого числа морфологических отделов тела не подвержено влиянию Hh -сигнала. У дрозофилы Hh -белки экспрессируются в клетках заднего отдела каждого имагинального диска. Им принадлежит центральная роль в эмбриональном развитии крыла, глаза, конечностей, гонад, брюшка, кишки и трахеи.

Многочисленные и нередко разноплановые эффекты одного и того же лиганда объясняются в различных ситуациях разными обстоятельствами. Во-первых, возможно образование множества изоформ лигандов и рецепторов.Во-вторых, лиганд способен связываться с разными рецепторами. В-третьих, один и тот же рецептор в разных тканях (закладках) может активировать разные внутриклеточные посредники. В-четвертых, могут подключаться разные сигналлинги. В итоге экспрессируются разные группы генов и активируются альтернативные пути развития клеток. В регуляции параметров экспрессии генов-мишеней могут одновременно участвовать несколько сигнальных путей, которые связываются между собой через боковые передающие цепочки и формируют сложные, разветвленные сигнальные сети.

Следовательно, действие одних и тех же лигандов, использование для внутриклеточной передачи биоинформации одних и тех же сигнальных путей, экспрессия одних и тех же (или очень близких по биоинформационному наполнению) генов и их комплексов у представителей разных видов и даже таксонов надвидового ранга, у представителей одного и того же вида, но на разных стадиях индивидуального развития приводит к различным дифференцировкам клеток и клеточных комплексов. Есть примеры несколько иного развития событий. Так, формирование гомологичных органов (см. 13.3) у представителей эволюционно родственных групп организмов может происходить под контролем совершенно различных генетических систем. Последовало заключение, что гены, сигнальные молекулы или сигнальные пути (сигналлинги, сигнальные каскады), взятые сами по себе, не могут обеспечить полное управление дифференцировкой клетки. Ответ клетки на конкретный сигнал в виде, например, экспрессии соответствующих генов, что “запускает” известный молекулярно-генетический или клеточный механизм определяется всей предыдущей историей развития данной клетки. В указанном плане результаты межклеточных взаимодействий следует рассматривать как контекст-зависимые. При этом под «контекстом» понимают состояние конкретной клетки в данный момент, определяемое ее онтогенетической историей.

Существование предшествующей истории развития (контекст-зависимость) позволяет в некоторых случаях легко трансформировать дифференцированную клетку в другой клеточный тип. К примеру, фибробласт удается трансформировать в миобласт (мышечную клетку) путем перевода в экспрессируемое состояние одного “гена-господина” МуоВ, который, в свою очередь, запускает экспрессию группы “генов-рабов”, кодирующих специфические мышечные белки. Реальность названной трансформации обусловлена сходством «контекстов» фибробластов и миобластов (в частности, начальных стадий их дифференцировки).

В принципе процесс формообразования удается реализовать при изменении положения закладки, уменьшении или увеличении числа бластомеров в зародыше, в атипичном месте и, даже, изолированно от развивающегося организма. Так, если зачаток бедра куриного зародыша культивировать в искусственной среде, он продолжает развиваться в требуемом направлении. Глаз крысы, изолированный на стадии 14–17 сут эмбриогенеза, продолжает свое развитие, правда, с дефектами и медленнее. Можно предположить, что в формирующемся организме структуры характеризуются некоторой способностью к саморазвитию и в известной степени автономны. Можно заключить, что морфогенез позволительно рассматривать как самоорганизующийся и самоконтролируемый процесс. При этом свойствами целостной системы обладает не только структура на каждой стадии ее развития, но и на всем пути развития структуры, о которой идет речь. Для объяснения всех этих явлений на вооружение взята физико-математичсская теория самоорганизации неравновесных природных систем, как биологических, так и небиологических (нелинейная термодинамика И.Пригожина и концепция самоорганизующихся систем У.Эшби – см.1.3 и 1.4.3).

Есть некая уверенность в том, что в наши дни рано говорить о наличии единой и завершенной теории самоорганизации. Можно лишь констатировать существование различных концепций самоорганизации. Думается, небезинтересно указать на работы известного биолога К. Уоддингтона о морфогенезе как системе креодов. В процессе эмбриогенеза осуществление записанной в генах программы развития происходит в конкретных условиях среды. Взаимодействие генов и среды описывается на модели (рис. 8-62), в которой эмбриональное развитие сравнивается с шариком, катящимся по наклонной поверхности с разными желобками, и которая была названаной моделью эпигенетического ландшафта или пространства возможностей. Аналоги устойчивых путей развития структур (желобки) обозначаются как креоды. Самый глубокий желобок, соответствующий наиболее вероятному пути, соответствует нормальному развитию организма. У этого желобка есть много разветвлений, менее глубоких, соответствующих отклонениям в развитии; по ним шарик покатится с меньшей долей вероятности. Мутации меняют соотношение вероятностей разных путей (на рисунке — меняется глубина желобков), и увеличивают вероятность развития по «неправильному» пути. Однако в части случаев воздействие среды может скомпенсировать генетический дефект и “вернуть” организм на нормальный путь развития. К.Уоддингтон пользуется широким пониманием термина «среда»: среда внутриклеточная (см., например, ово(оо)плазматическая сегрегация), внутриорганизменная (межклеточные и межзачатковые взаимодействия, гормональный фон и др.), внеорганизменная среда (в том числе воздействие лекарственных средств) – о среде см. также 4.3.1.1.

Рис. 8-62. Эпигенетический ландшафт Уоддингтона.

Близкие идеи лежат в основе концепции диссипативных структур или систем. Диссипативными (лат. dissipatio — рассеяние) называют энергетически открытые, термодинамически неравновесные биологические и небиологические системы, в которых часть энергии, поступающей в них извне, рассеивается. В настоящее время показано, что в сильно неравновесных условиях, т.е. при достаточно сильных потоках вещества и энергии, системы могут самопроизвольно и устойчиво развиваться (самоорганизующиеся системы), дифференцироваться. В таких условиях возможны и даже обязательны нарушения однозначных причинно-следственных связей и проявления эмбриональной регуляции и ряда других явлений, рассмотренных выше. Примерами диссипативных небиологических систем являются химическая реакция Белоусова–Жаботинского, а также математическая модель абстрактного физико-химического процесса, А. Тьюринга. Применительно к морфогенезу основополагающая идея рассматриваемой концепции может быть представлена так (рис. 8-63). В некоторых самоорганизующихся системах существует первоначально однородное распределение молекул веществ. В простейшем случае этих веществ два: активатор и ингибитор, которые взаимодействуют друг с другом. В самоорганизующихся системах распределение веществ может самопроизвольно становиться волновым: появляются области с высокой (пик) и низкой концентрацией вещест. Такая система названа реакционно-диффузной. При увеличении размеров реакционно-диффузной системы число областей с высокой концентрацией веществ (число пиков) возрастает. В случае нелинейных взаимодействий образуются сложные пространственно-временные конструкции типа диссипативных структур — стационарных во времени и неоднородных по пространственному распределению концентраций веществ. При этом, поддержание указанной неоднородности происходит за счет диссипации системой энергии.

Рис. 8-63. Реакционно-диффузная модель морфогенеза. а — взаимодействие веществ в системе, б — последовательные стадии образования пиков в процессе морфогенеза, в — трехмерная модель области, где осуществляется формообразование, г — примеры окраски животных, морфогенез которых удалость смоделировать. (Объяснения в тексте).

С использованием последней модели провели динамическую компьютерную имитацию формирования окраски у различных животных (у зебры, гепарда и др.). Оказалось, что запуск и остановка развития окраски шерстного покрова находится под генетическим контролем, тогда как возникновение всего богатства окраски представляет собой — результат образования различных диссипативных структур вследствие развития автоволновых процессов.

Несмотря на огромный интерес к процессу морфогенеза, многие проблемы формообразования остаются нерешенными. Завершенная теория морфогенеза до сих пор отсутствует, а его полностью нераскрыты. Перечисленные выше концепции целостности индивидуального развития носят фрагментарный характер, освещая то одну, то другую сторону процесса.

8.3.4. Рост

Рост — это увеличение общей массы и размеров организма в процессе развития. Он происходит на клеточном, тканевом, органном и организменном уровнях. Увеличение массы в целом организме отражает рост составляющих его структур.

Различают два типа роста: ограниченный и неограниченный. Неограниченный рост продолжается на протяжении всего онтогенеза (на протяжении жизни особи, до и после рождения), вплоть до смерти. Таким ростом обладают, в частности, рыбы. Многие позвоночные характеризуются ограниченным ростом, т.е. достаточно быстро выходят на плато своей биомассы. Обобщенная кривая зависимости роста организма от времени при ограниченном росте имеет S -образную форму (рис. 8-64).

Рис. 8-64. Обобщенная кривая зависимости роста организма от времени.

До начала развития организм имеет некоторые исходные размеры, которые в течение короткого времени практически не изменяются. Затем начинается медленное, а потом и быстрое нарастание массы. Некоторое время скорость роста может оставаться относительно постоянной и наклон кривой не меняется. Но вскоре происходит замедление роста и увеличение размеров организма прекращается. После достижения этой стадии устанавливается равновесие между расходованием материала и синтезом новых материалов, обеспечивающих увеличение массы.

Рост обеспечивается следующими механизмами:

Ú увеличением числа клеток;

Ú увеличением размера клеток;

Ú увеличением объема и массы неклеточного вещества (рис. 8-65).

Рис. 8-65. Механизмы роста. а — пролиферативный, б — ауксентичный, в — за счет прироста межклеточного вещества.

В первом случае говорят о пролиферативном росте. Рост большинства тканей у животных происходит путем митотических делений клеток, например, рост кожи. В органах, состоящих из функциональных единиц, таких, как печень (печеночная балка, долька), почки (нефрон), легкие (альвеола), также наблюдается пролиферативный рост. Количество нефронов в почке и альвеол в легком закладывается в раннем детстве (рис. 8-66). Рост этих органов происходит за счет добавления клеток к уже существующим структурам. В ткани печени возможно не только размножение клеток, но и формирование новых структур, например, долек печени. Скорость роста определяется соотношением между пролиферацией клеток и их гибелью.

Рис. 8-66. Время, в течение которого к растущим структурам тела человека могут добавляться функциональные единицы.

Пролиферативный рост известен в двух формах: мультипликативный и аккреционный

Мультипликативный пролиферативный рост характеризуется тем, что обе клетки, возникшие от деления родоначальной, снова вступают в деление (рис. 8-67, а). Число клеток растет в геометрической прогрессии: если n — номер деления, а N – количество клеток, то N_n = 2 ⁿ. Мультипликативный рост очень эффективен, но в чистом виде почти не встречается или очень быстро заканчивается. У большинства организмов он происходит в эмбриональном и раннем постэмбриональном периоде.

Рис. 8-67. Формы пролиферативного роста. а — мультипликативный; б — аккреционный (пояснения в тексте).

Аккреционный пролиферативный рост заключается в том, что после каждого последующего деления лишь одна из клеток снова делится, тогда как другая прекращает деление (заштрихована, рис. 8-67, б). При этом число клеток растет линейно. Если n — номер деления, а N – количество клеток, то N_n = 2 n. Этот тип роста связан с разделением органа на камбиальную и дифференцированную (выполняющую специфическую для органа функцию) зоны. Клетки переходят из первой зоны во вторую, сохраняя постоянные соотношения между размерами зон. Такой рост характерен для тканей, где происходит обновление клеточного состава. Например клетки эпителия кишечника, дыхательных путей — одна дочерняя клетка делится, а другая дифференцируется и после выполнения функций погибает (состояние терминальной дифференцировки).

Второй механизм роста характеризуется увеличением размеров клеток без изменения их количества — ауксентичный рост. К увеличению размера клетки может приводить возрастание объема цитоплазмы, что обычно сопровождается ростом количества органоидов, соматическая полиплоидия (см. 2.4.3.4-а). Такой рост характерен для коловраток, личинок насекомых, некоторых круглых червей, у которых число клеток тела фиксировано. В организме человека этот вариант роста встречается, например, у неделящихся дифференцированных нервных и мышечных клеток. Увеличение размеров мышечных волокон, количества содержащихся в них ядер происходит при слиянии волокон с сателлитными клетками. Рост нейронов происходит за счет увеличения размеров тел (перикарионов) и ветвления отростков.

В некоторых органах наблюдается рост с участием обоих механизмов. Так, в развитии хрусталика сначала осуществляется деление клеток пролиферативных зон, а затем увеличение размеров клеток.

В третьем случае рост базируется на увеличении количества межклеточного вещества. Так происходит в кости и хряще, где основная масса ткани приходится на экстрацеллюлярную часть. В межклеточном веществе при данном механизме роста могут происходить процессы минерализации, накапливаться метаболиты, увеличиваться содержание воды.

Пространственная организация роста сложна и закономерна. Она обеспечивает нормальное функционирование организма на протяжении онтогенеза. Клетки развивающейся особи должны получать питательные вещества, метаболизировать их и выделять конечные продукты обмена. Необходимость реализации этих процессов накладывает строгие ограничения на характер роста животного. Одно из основных ограничений — соотношение площади поверхности тела к его объему (массе). Если особь становится крупнее, но сохраняет свою старую форму, то площадь ее поверхности, имеющая большое значение для поглощения кислорода и питательных веществ, уменьшается по отношению к ее новому объему. Метаболические потребности растущего организма при этом возрастают.

Другое препятствие, связанное с увеличением размеров тела, — отношение между массой тела и размерами опорных и двигательных органов. Скорость роста последних в толщину должна быть очень высокой, т.к. в противном случае растущий организм будет раздавлен собственной тяжестью.

Пространственная организация роста может реализовываться в нескольких вариантах. Изометрический рост происходит путем включения нового материала в существующие ткани тела. Организм увеличивает свой объем, сохраняя пропорции неизменными. Такой вариант встречается, например, у членистоногих.

Рост типа” логарифмическая спираль ” характерен для животных, способных расти только с одного конца. Примером может служить развитие организма в раковине. В простейшем случае такой рост представляет собой расширение и удлинение тела животного в одном и том же отношении в течение всей жизни.

Аллометрический (дифференциальный) тип роста характеризуется тем, что скорость роста неодинакова, во-первых, в различных участках организма и, во-вторых, на разных стадиях развития. Дифференциальный рост оказывает огромное влияние на морфогенез. Благодаря ему достигаются типичные для вида размеры и пропорции тела и его частей. Наглядный пример такого типа роста представлен на рис. 8-68. Самец манящего краба Uca pugnax первоначально на первой паре ног имеет клешни, каждая из которых составляет 8% от общей массы тела. По мере роста краба одна клешня увеличивается гораздо быстрее другой, и у взрослого самца достигает 38% его массы. Она служит ему для защиты и угрозы. У самок этого вида масса клешни по-прежнему составляет примерно 8% от массы тела.

Рис. 8-68. Аллометрический рост клешни манящего краба.

Для человека также характерен аллометрический рост (см. рис. 8-4). Скорость общего роста человеческого организма меняется в зависимости от стадии развития (рис. 8-69). Максимальная скорость характерна для первых четырех месяцев внутриутробного развития. Это объясняется тем, что клетки в это время продолжают делиться. По мере роста плода число митозов во всех тканях уменьшается, и принято считать, что после шести месяцев внутриутробного развития почти не происходит образования новых мышечных и нервных клеток, если не считать клеток нейроглии. Скорость роста организма в постнатальном онтогенезе постепенно снижается к четырехлетнему возрасту, затем некоторое время остается постоянной, а в возрасте 10–13 лет рост опять интенсифицируется - пубертатный скачок роста, что связано с периодом полового созревания.

Рис. 8-69. Изменения скорости роста в зависимости от стадии развития человеческого организма. а — у плода и в первые два года после рождения, б — в начале постнатального периода.

Различие в скорости роста органов и тканей показано на рис. 8-70. Кривые роста большинства скелетных и мышечных органов повторяют ход кривой общего роста. То же касается изменения размеров (массы) некоторых органов: печени, селезенки, почек. Однако для целого ряда тканей и органов эти показатели существенно отличаются.

Рис. 8-70. Кривые роста отдельных органов и тканей. I — рост лимфатической ткани миндалин, червеобразного отростка, кишечника и селезенки; II — рост мозга, а также черепа, глаз и ушей; III — общая кривая роста тела и большей части других органов; IV — рост наружных и внутренних органов размножения.

Существует зависимость способности к росту от возраста организма (но см. животные с неограниченным ростом, здесь же, выше). Так, ткани, взятые на разных стадиях развития и культивируемые вне организма, характеризуются различной скоростью роста. Чем старше зародыш, тем медленнее растут его ткани в культуре. Ткани, взятые от взрослого организма, растут оч:ень медленно.

Рост представляет собой одну из обязательных составляющих онтогенеза, которая тесно связана с другими обязательными (по крайней мере, у многоклеточных живых существ) составляющими процесса индивидуального развития, такими как детерминация и морфогенезы. Важнейшая характеристика роста, как было сказано выше, — его дифференциальность. Другой не менее важной особенностью является такое свойство роста, как эквифинальность: несмотря на то, что на организм в процессе его жизни действуют многочисленные и разнообразные по природе факторы, особь стремится достичь типичного видового размера тела. Как дифференциальность, так и эквифинальность роста указывают на свойство целостности развивающегося организма.

В процессе развития первоначально (на уровне закладки) происходят детерминация и пространственная “разметка” биологической структуры, а затем ее рост. Так, у куриного зародыша разметка зачатка конечности осуществляется, когда его размер составляет всего несколько миллиметров в длину. Сначала все элементы: плечо, локтевая кость и запястье одинаковы по размеру. Затем происходит их дифференциальный рост. Можно думать, что (суб)программы роста элементов конечности определены на стадии пространственной “разметки” структуры, что подтверждается экспериментами по пересадке зачатка конечности в нетипичное место зародыша. После такой пересадки каждый элемент скелета конечности следует собственной (суб)программе развития и, в частности, роста.

На рост, как и на процесс онтогенетического развития в целом, регулирующее воздействие оказывают гуморальные и генетические факторы. Так, миобласты экспрессируют белок миостатин, оказывающий тормозящее влияние на рост мышц. Мутация гена, кодирующего названный белок, приводит к росту мышечной массы. Можно думать, что под генетическим контролем находятся как размер всего организма, так и его отдельных структур (рис. 8-71). Так, пересадка почки конечности от саламандры более крупного вида A. tigrinum к более мелкому A. punctatum приводит к формированию у последнего конечности увеличенного размера. Еще одним подтверждением генетического контроля роста служит факт, что почти у каждого вида организмов есть генетические линии c предельными для вида размерами особей - карликовые или, наоборот, гигантские формы.

Рис. 8-71. Генетическая детерминированность размера структуры. Пересадка почки конечности от саламандры крупного вида к саламандре мелкого вида (пояснения в тексте).

Предположительно генетические влияния на процесс роста в значительной мере обусловлены гуморальными факторами: действием разнообразных ростовых факторов и гормонов. Из гормонов наиболее важен соматотропин (гормон роста), синтезируемый клетками гипофиза с момента рождения до подросткового периода. Гормон щитовидной железы тироксин играет большую роль на протяжении всего периода роста. С подросткового возраста рост контролируют стероидные гормоны надпочечников и гонад.

Пигмеи Заира имеют нормальный уровень гормона роста (соматостатина) и инсулиноподобного фактора роста I до момента полового созревания, после чего уровень указанного фактора роста у них становится ниже почти на треть по сравнению с уровнем, характерным для подростков из популяций людей с нормальным ростом в зрелом состоянии.

Свое влияние на рост животных и человека оказывают факторы среды. Наибольшее значение среди них имеют питание (рис. 8-72), время года, физическая нагрузка.

Рис. 8-72. Графики роста лабораторных крыс. 1 — S -образная кривая при нормальных условиях питания, 2 — в условиях голодания, 3 — компенсаторный рост после прекращения голодания.

8.4. Регенерация

Регенерация (лат. regeneratio — возрождение) — процесс восстановления биологических структур, снашиваемых в ходе жизнедеятельности организма, или после их повреждения. В любом случае регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность.

Восстановительные процессы осуществляются постоянно и на разных структурно-функциональных уровнях организации особи — молекулярно-генетическом, субклеточном, клеточном, тканевом, органном, организменном (см. также 1.6).

На молекулярно-генетическом уровне происходят репликация ДНК (см. 2.4.5.3), ее молекулярная репарация (см. 2.4.5.3-а), синтез ферментов и белков (см. 2.4.5.6), выполняющих в клетке другие (некаталитические) функции, молекул АТФ, например, в митохондриях и т.д. Многие из этих процессов входят в понятие обмена веществ клетки.

На субклеточном уровне происходит восстановление различных внутриклеточных структур (преимущественно речь идет об органеллах цитоплазмы) путем новообразования (мембраны, плазмолемма), сборки из субъединиц (микротрубочки), деления (митохондрии). В плазмолемме миобластов, например, каждую минуту заменяется новыми молекулами примерно 1 мкм² поверхности. В фоторецепторных клетках — палочках (рис. 8-73) есть наружный сегмент, состоящий примерно из тысячи фоторецепторных дисков —(плотно уложенных участков клеточной мембраны мембраны мембраны мембраны, в которые погружены светочувствительные белки, мембраны, связанных со зрительным пигментом. Названные диски непрерывно обновляются. Они деградируют на наружном конце и возникают на внутреннем со скоростью 3–4 диска в час. Воздействие некоторых митохондриальных ядов вызывает утрату крист указанных органелл. После прекращения действия яда в печеночной клетке митохондрии восстанавливают свою структуру за 2–3 сут.

Рис. 8-73. Схематическое изображение фоторецептора сетчатки — палочки. 1 — синаптическое тельце, примыкающее к нейральному слою сетчатки, 2 — ядро, 3 — аппарат Гольджи, 4 — внутренний сегмент с митохондриями, 5 — соединительная ресничка, 6 — наружный сегмент с фоторецепторными дисками.

Клеточный уровень регенерации подразумевает восстановление структуры и, в некоторых случаях, функций клетки. К примерам регенерации на клеточном уровне относят восстановление после травмы отростка нервной клетки. У млекопитающих этот процесс идет со скоростью 1 мм в сутки. Восстановление функций клетки определенного типа может осуществляться за счет процесса клеточной гипертрофии, то есть увеличения объема цитоплазмы и, следовательно, количества органелл (внутриклеточная регенерация современных авторов или регенерационная клеточная гипертрофия классической гистологии).

На следующем уровне — тканевом или клеточно-популяционном (уровне клеточных тканевых систем – см. 3.2) происходит восполнение теряемых клеток определенного направления дифференцировки. Такое восполнение обусловливается изменениями (главным образом, клеточной гиперплазией или пролиферацией – см. 3.1.1) клеточного материала в пределах клеточных популяций (клеточных тканевых систем), результатом чего становится восстановления функций ткани и органа. Так, у человека время жизни клеток кишечного эпителия составляет— 4–5 сут, тромбоцитов — 5–7 сут, эритроцитов — 120–125 сут. При указанных темпах гибели красных кровяных телец в организме человека, например, ежесекундно разрушается порядка 1 млн эритроцитов, но и столько же образуется в красном костном мозге вновь. Возможность восстановления снашиваемых в ходе жизнедеятельности или утрачиваемых вседствие травмы, отравления или патологического процесса клеток обеспечивается тем, что в тканях даже зрелого организма сохраняются камбиальные клетки, способные к митотическому делению с последующей цитодифференцировкой. Названные клетки в настоящее время называют региональными или резидентными стволовыми клетками (см. 3.1.2 и 3.2). Поскольку они коммитированы (см. 8.3.1), постольку они способны дать начало одному или нескольким определенным клеточным типам. При этом их дифференцировка в конкретный клеточный тип определяется сигналами, поступающими извне: локальными, от непосредственного окружения (характер межклеточных взаимодействий) и дистантными (гормоны), вызывающими избирательную экспрессию конкретных генов. Так, в эпителии тонкой кишки камбиальные клетки находятся в придонных зонах крипт (рис. 8-74). При определенных воздействиях они способны дать начало клеткам «каемчатого» всасывающего эпителия и некоторым одноклеточным железам органа.