Регенерация у гидр происходит при помощи клеток


Регенерация гидры

Род: Hydra = Гидры

 

 

 

Рост и регенерация гидры

 

Читать дополнительно: * Гидра в аквариуме...; Гидры (видео, смотреть)

У взрослой гидры клетки всех трех клеточных линий в норме интенсивно делятся в средней части тела, а затем мигрируют к подошве, гипостому и кончикам щупалец. Только там происходит гибель и слущивание отдельных клеток. Таким образом происходит постоянное обновление всех клеток тела гидры. При нормальном питании образующийся «избыток» делящихся клеток перемещается в обычно образующиеся в нижней трети туловища почки. В результате этого происходит деление гидры почкованием.

Установлено, что гидра обладает очень высокой способностью к регенерации. Так, при разрезании тела гидры поперек на несколько частей каждая из них восстанавливает и «голову» и «ногу», сохраняя исходную полярность, т.е. рот и щупальца развиваются на той стороне, которая была ближе к оральному концу тела, а стебелек и подошва — на аборальной стороне фрагмента. При этом целый организм может восстанавливаться из отдельных совсем небольших кусочков тела, составляющих менее 1/100 первоначального объема целой гидры. Восстановление происходит также из кусочков щупалец и даже из взвеси клеток. При этом сам процесс регенерации не сопровождается усилением клеточных делений и представляет собой типичный пример морфаллаксиса.

Гидра также может регенерировать из взвеси клеток, которую можно получить путем мацерации, протирая тело гидры через мельничный газ. При этом для восстановления головного конца достаточно образования агрегата из примерно 300 эпителиально-мускульных клеток. В экспериментах показано, что регенерация целого нормального организма возможна даже из клеток только одного эктодермального сили только энтодермального слоя. 

Еще ранние опыты Трамбле показали, что при регенерации сохраняется полярность каждого фрагмента гидры. Т.е. при разрезании тела гидры поперек на несколько цилиндрических фрагментов, на каждом из них ближе к бывшему оральному концу регенерируют гипостом и щупальца, а ближе к бывшему аборальному полюсу — подошва. Замечено также, что у тех фрагментов, которые располагались ближе к «голове», быстрее регенерирует «голова», а у располагавшихся ближе к «ноге» — «нога».

Когда в экспериментах по изучению регенерации были применены методики сращивания фрагментов разных особей (вырезан фрагмент из боковой стороны туловища одной гидры и сращен с телом другой гидры), то были возможны три исхода опыта: 1) фрагмент полностью сливается с телом реципиента; 2) фрагмент образует выступ, на конце которого развивается «голова» и превращается в почку; 3) фрагмент образует выступ, на конце которого образуется «нога». В результате опытов было установлено, что процент образования «голов» тем выше, чем ближе к «голове» донора взят фрагмент для пересадки и чем дальше от «головы» реципиента он помещен. Полученные результаты свидетельствовали о существовании четырех веществ-морфогенов, которые регулируют регенерацию. Это активаторы и ингибиторы регенерации «головы», а также активаторы и ингибиторы регенерации «ноги». Эти вещества, очевидно, образуют концентрационные градиенты: причем в районе «головы» у нормального полипа максимальна концентрация как активатора, так и ингибитора головы, а в районе «ноги» — максимальна концентрация и активатора, и ингибитора ноги.

Активатором головы оказался пептид из 11 аминокислот (pGlu-Pro-Pro-Gly-Gly-Ser-Lys-Val-Ile-Leu-Phe), активный в пикомолярной концентрации. У человека он присутствует в гипоталамусе и кишечнике и в той же концентрации обладает нейротрофическим действием. Как у гидры, так и у млекопитающих этот пептид обладает митогенным действием, а также влияет на клеточную дифференцировку.

 

Активатором ноги тоже является пептид с молекулярной массой, близкой к 1000 Да. Ингибиторы головы и ноги — низкомолекулярные гидрофильные вещества небелковой природы. Как оказалось, все эти четыре вещества в норме выделяются нервными клетками гидры. Интересно, что активатор головы имеет время полужизни около 4 ч, в то время как ингибитор всего 30 мин, и он медленнее диффундирует, так как связан с белком-носителем. В свою очередь нгибитор головы даже в очень низкой концентрации подавляет выделение активатора, а при ее увеличении в 20 раз большей концентрации — подавляется своё собственное выделение. Аналогично ингибитор ноги ингибирует выделение активатора ноги.

 В последние десятилетия гидра используется как модельный объект для изучения регенерации и процессов морфогенеза и в частности трансгенная гидра Hydra vulgaris линии AEP с энтодермальными клетками, в которых экспрессируется зелёный флуоресцентный белок. . Геном североамериканский вид Hydra magnipapillata уже частично расшифрован. В настоящее время разработана методика получения трансгенных гидр, а в Японии и Германии имеются коллекции мутантных линий гидры.

Также недавно биологи «расшифровали» нервную систему гидр.   Исследователи из Колумбийского университета разработали технику, которая позволила зарегистрировать активность всех нейронов в теле гидр.

 

Источник

ЕЩЕ ПО ТЕМЕ:

Гидра

ЦарствоЖивотные
ПодцарствоМногоклеточные
ТипКишечнополостные
КлассГидроидые
РодГидры

Общее строение

Тело гидры имеет вид продолговатого мешочка, стенки которого состоят из двух слоёв клеток — эктодермы и энтодермы.

Между ними лежит тонкая студенистая неклеточная прослойка — мезоглея, служащая опорой.

Эктодерма формирует покров тела животного и состоит из нескольких видов клеток: эпителиально-мускульные, промежуточные и стрекательные.

Самые многочисленные из них — эпителиально-мускульные.

Эктодерма

эпителиально-мускульная клетка

За счёт мускульных волоконец, лежащих в основании каждой клетки, тело гидры может сокращаться, удлиняться и изгибаться.

Между эпителиально-мускульными клетками находятся группы мелких, округлых, с большими ядрами и небольшим количеством цитоплазмы клеток, называемых промежуточными.

При повреждении тела гидры, они начинают усиленно расти и делиться. Они могут превращаться в остальные типы клеток тела гидры, кроме эпителиально-мускульных.

В эктодерме находятся стрекательные клетки, служащие для нападения и защиты. В основном они расположены на щупальцах гидры. Каждая стрекательная клетка содержит овальную капсулу, в которой свёрнута стрекательная нить.

Строение стрекательной клетки со свернутой стрекательной нитью

Если добыча или враг прикоснётся к чувствительному волоску, который расположен снаружи стрекательной клетки, в ответ на раздражение стрекательная нить выбрасывается и вонзается в тело жертвы.

Строение стрекательной клетки с выброшенной стрекательной нитью

По каналу нити в организм жертвы попадает вещество, способное парализовать жертву.

Существует несколько типов стрекательных клеток. Нити одних пробивают кожные покровы животных и вводят в их тело яд. Нити других обвиваются вокруг добычи. Нити третьих — очень клейкие и прилипают к жертве. Обычно гидра «стреляет» несколькими стрекательными клетками. После выстрела стрекательная клетка погибает. Новые стрекательные клетки формируются из промежуточных.

Строение внутреннего слоя клеток

Энтодерма выстилает изнутри всю кишечную полость. В её состав входят пищеварительно-мускульные и железистые клетки.

Энтодерма

Пищеварительная система

Пищеварительно-мускульных клеток больше других. Мускульные волоконца их способны к сокращению. Когда они укорачиваются, тело гидры становится более тонким. Сложные движения (передвижение «кувырканием»), происходит за счёт сокращений мускульных волоконцев клеток эктодермы и энтодермы.

Каждая из пищеварительно-мускульных клеток энтодермы имеет 1-3 жгутика. Колеблющиеся жгутики создают ток воды, которым пищевые частички подгоняются к клеткам. Пищеварительно-мускульные клетки энтодермы способны образовывать ложноножки, захватывать и переваривать в пищеварительных вакуолях мелкие пищевые частицы.

Строение пищеварительно-мускульной клетки

Имеющие в энтодерме железистые клетки выделяют внутрь кишечной полости пищеварительный сок, который разжижает и частично переваривает пищу.

Строение желистой клетки

Добыча захватывается щупальцами с помощью стрекательных клеток, яд которых быстро парализует мелких жертв. Координированными движениями щупалец добыча подносится ко рту, а затем с помощью сокращений тела гидра «надевается» на жертву. Пищеварение начинается в кишечной полости (полостное пищеварение), заканчивается внутри пищеварительных вакуолей эпителиально-мускульных клеток энтодермы (внутриклеточное пищеварение). Питательные вещества распределяются по всему телу гидры.

Когда в пищеварительной полости оказываются остатки жертвы, которые невозможно переварить, и отходы клеточного обмена, она сжимается и опорожняется.

Дыхание

Гидра дышит растворённым в воде кислородом. Органов дыхания у неё нет, и она поглощает кислород всей поверхностью тела.

Кровеносная система

Отсутствует.

Выделение

Выделение углекислого газа и других ненужных веществ, образующихся в процессе жизнедеятельности, осуществляется из клеток наружного слоя непосредственно в воду, а из клеток внутреннего слоя — в кишечную полость, затем наружу.

Нервная система

Под кожно-мускульными клетками располагаются клетки звездчатой формы. Это нервные клетки (1). Они соединяются между собой и образуют нервную сеть (2).

Нервная система и раздражимость гидры

Если дотронутся до гидры (2), то в нервных клетках возникает возбуждение (электрические импульсы), которое мгновенно распространяется по всей нервной сети (3) и вызывает сокращение кожно-мускульных клеток и всё тело гидры укорачивается (4). Ответная реакция организма гидры на такое раздражение — безусловный рефлекс.

Половые клетки

С приближением холодов осенью в эктодерме гидры из промежуточных клеток образуются половые клетки.

Различают два вида половых клеток: яйцевые, или женские половые клетки, и сперматозоиды, или мужские половые клетки.

Яйца находятся ближе к основанию гидры, сперматозоиды развиваются в бугорках, расположенных ближе к ротовому отверстию.

Яйцевая клетка гидры похожа на амёбу. Она снабжена ложноножками и быстро растет, поглощая соседние промежуточные клетки.

Строение яйцевой клетки гидры

Строение сперматозоида гидры

Сперматозоиды по внешнему виду напоминают жгутиковых простейших. Они покидают тело гидры и плавают с помощью длинного жгутика.

Оплодотворение. Размножение

Сперматозоид подплывает к гидре с яйцевой клеткой и проникает внутрь нее, причем ядра обеих половых клеток сливаются. После этого ложноножки втягиваются, клетка округляется, на ее поверхности выделяется толстая оболочка — образуется яйцо. Когда гидра погибает и разрушается, яйцо остается живым и падает на дно. С наступлением тёплой погоды живая клетка, находящаяся внутри защитной оболочки, начинает делиться, образующиеся клеточки располагаются в два слоя. Из них развивается маленькая гидра, которая выходит наружу через разрыв оболочки яйца. Таким образом, многоклеточное животное гидра в начале своей жизни состоит всего из одной клетки — яйца. Это говорит о том, что предки гидры были одноклеточными животными.

Бесполое размножение гидры

При благоприятных условиях гидра размножается бесполым путём. На теле животного (обычно в нижней трети туловища) образуется почка, она растет, затем формируются щупальца и прорывается рот. Молодая гидра отпочковывается от материнского организма (при этом материнский и дочерний полипы прикрепляются щупальцами к субстрату и тянут в разные стороны) и ведет самостоятельный образ жизни. Осенью гидра переходит к половому размножению. На теле, в эктодерме закладываются гонады — половые железы, а в них из промежуточных клеток развиваются половые клетки. При образовании гонад гидр формируется медузоидный узелок. Это позволяет предполагать, что гонады гидры — сильно упрощенные споросаки, последний этап в ряду преобразования утраченного медузоидного поколения в орган. Большинство видов гидр раздельнополы, реже встречается гермафродитизм. Яйцеклетки гидр быстро растут, фагоцитируя окружающие клетки. Зрелые яйцеклетки достигают диаметра 0,5—1 мм. Оплодотворение происходит в теле гидры: через специальное отверстие в гонаде сперматозоид проникает к яйцеклетке и сливается с ней. Зигота претерпевает полное равномерное дробление, в результате которого образуется целобластула. Затем в результате смешанной деламинации (сочетание иммиграции и деламинации) осуществляется гаструляция. Вокруг зародыша формируется плотная защитная оболочка (эмбриотека) с выростами-шипиками. На стадии гаструлы зародыши впадают в анабиоз. Взрослые гидры погибают, а зародыши опускаются на дно и зимуют. Весной продолжается развитие, в паренхиме энтодермы путем расхождения клеток образуется кишечная полость, затем формируются зачатки щупалец, и из-под оболочки выходит молодая гидра. Таким образом, в отличие от большинства морских гидроидных, у гидры отсутствуют свободноплавающие личинки, развитие у неё прямое.

Регенерация

Гидра обладает очень высокой способностью к регенерации. При разрезании поперек на несколько частей каждая часть восстанавливает «голову» и «ногу», сохраняя исходную полярность — рот и щупальца развиваются на той стороне, которая была ближе к оральному концу тела, а стебелек и подошва — на аборальной стороне фрагмента. Целый организм может восстанавливаться из отдельных небольших кусочков тела (менее 1/100 объёма), из кусочков щупалец, а также из взвеси клеток. При этом сам процесс регенерации не сопровождается усилением клеточных делений и представляет собой типичный пример морфаллаксиса.

Передвижение

В спокойном состоянии щупальца вытягиваются на несколько сантиметров. Животное медленно водит ими из стороны в сторону, подстерегая добычу. При необходимости гидра может медленно передвигаться.

«Шагающий» способ передвижения

«Шагающий» способ передвижения гидры

Изогнув своё тело (1) и прикрепившись щупальцами к поверхности предмета (субстрата), гидра подтягивает к переднему концу тела подошву (2). Затем шагающее движение гидры повторяется (3,4).

«Кувыркающий» способ передвижения

«Кувыркающий» способ передвижения гидры

В другом случае она словно через голову кувыркается, поочерёдно прикрепляясь к предметам то щупальцами, то подошвой (1-5).

системы органов, регенерация, способы размножения

Гидра — типичный представитель класса Гидрозои. Имеет цилиндрическую форму тела, достигая в длину до 1-2 см. На одном полюсе имеется рот, окруженный щупальцами, численность которых у различных видов бывает от 6 до 12. На противоположном полюсе у гидр расположена подошва, служащая для прикрепления животного к субстрату.

Органы чувств

В эктодерме у гидр имеются стрекательные, или крапивные клетки, служащие для защиты или нападения. Во внутренней части клетки находится капсула со спирально закрученной нитью.

Снаружи этой клетки располагается чувствительный волосок. Если какое-либо мелкое животное коснется волоска, то стрекательная нить стремительно выстреливается наружу и вонзается в жертву, которая погибает от попавшего по нити яда. Обычно одновременно выбрасывается много стрекательных клеток. Рыбы и другие животные не поедают гидр.

Щупальца служат не только для осязания, но и для захвата пищи — различных мелких водных животных.

В эктодерме и энтодерме у гидр есть эпителиально-мускульные клетки. Благодаря сокращению мускульных волоконец этих клеток гидра передвигается, «ступая» поочередно то щупальцами, то подошвой.

Нервная система

Нервные клетки, образующие сеть по всему телу, расположены в мезоглее, а отростки клеток отходят наружу и внутрь тела гидры. Такой тип строения нервной системы называется диффузным. Особенно много нервных клеток располагается у гидры вокруг рта, на щупальцах и подошве. Таким образом, у кишечнополостных уже появляется простейшая координация функций.

Гидрозои обладают раздражимостью. При раздражении нервных клеток различными раздражителями (механическими, химическими и др.) воспринятое раздражение распространяется по всем клеткам. Благодаря сокращению мускульных волоконец тело гидры может сжиматься в комочек.

Таким образом, впервые в органическом мире у кишечнополостных появляются рефлексы. У животных этого типа рефлексы еще однообразны. У более организованных животных они в процессе эволюции усложняются.

Строение гидры

Пищеварительная система

Все гидры хищники. Захватив, парализовав и убив добычу при помощи стрекательных клеток, гидра своими щупальцами подтягивает ее к ротовому отверстию, которое способно очень сильно растягиваться. Далее пища попадает в гастральную полость, выстеленную железистыми и эпителиально-мускульными клетками энтодермы.

Пищеварительный сок вырабатывают железистые клетки. В нем имеются протеолитические ферменты, которые способствуют усвоению белков. Пища в гастральной полости переваривается пищеварительными соками и распадается на мелкие частицы. В клетках энтодермы имеется по 2-5 жгутиков, перемешивающих пищу в гастральной полости.

Псевдоподии эпителиально-мускульных клеток захватывают частицы пищи и в дальнейшем происходит внутриклеточное пищеварение. Непереваренные остатки пищи удаляются через рот. Таким образом, у гидроидных впервые появляется полостное, или внеклеточное, пищеварение, идущее параллельно с более примитивным внутриклеточным пищеварением.

Регенерация органов

В эктодерме у гидры имеются промежуточные клетки, из которых при повреждении тела образуются нервные, эпителиально-мускульные и другие клетки. Это способствует быстрому зарастанию раненого места и регенерации.

Если у гидры отрезать щупальце, то оно восстановится. Более того, если гидру разрезать на несколько частей (даже до 200), каждая из них восстановит целый организм. На примере гидры и других животных ученые изучают явление регенерации. Выявленные закономерности необходимы для разработки методов лечения ран у человека и многих видов позвоночных.

Способы размножения гидр

Все гидрозои размножаются двумя путями — бесполым и половым. Бесполое размножение заключается в следующем. В летний период, примерно на середине, из тела гидры выпячиваются эктодерма и энтодерма. Образуется бугор, или почка. За счет размножения клеток размер почки увеличивается.

Гастральная полость дочерней гидры сообщается с полостью материнской особи. На свободном конце почки образуется новый рот и щупальца. У основания почка перешнуровывается, молодая гидра отделяется от материнской и начинает вести самостоятельное существование.

Половое размножение у гидрозоев в естественных условиях наблюдается осенью. Одни виды гидр раздельнополые, а другие гермафродитные. У пресноводной гидры из промежуточных клеток эктодермы образуются женские и мужские половые железы, или гонады, то есть, эти животные являются гермафродитами. Семенники развиваются ближе к ротовой части гидры, а яичники — ближе к подошве. Если в семенниках образуется много подвижных сперматозоонов, то в яичниках созревает лишь одно яйцо.

Гермафродитные особи

У всех гермафродитных форм гидрозоев сперматозооны созревают раньше, чем яйца. Поэтому оплодотворение происходит перекрестно, а следовательно, самооплодотворение наступить не может. Оплодотворение яиц происходит в материнской особи еще в осеннее время. После оплодотворения гидры, как правило, погибают, а яйца в покоящемся состоянии остаются до весны, когда из них развиваются новые молодые гидры.

Почкование

Морские гидроидные полипы могут быть, как гидры, одиночными, но чаще они живут колониями, появившимися благодаря почкованию большого числа полипов. Колонии полипов часто состоят из огромного числа особей.

У морских гидроидных полипов, кроме бесполых особей, при размножении с помощью почкования образуются половые особи, или медузы.

Регенерация гидры - восстановление, особенности кишечнополостных организмов

Если гидру разрезать напополам, то каждая часть регенерируется в новую гидру. Если даже разрезать гидру на несколько частей, то и тогда каждая часть при благоприятных условиях может восстановиться в целое животное. Эта особенность и послужила поводом для названия – гидра. Первый наблюдатель был поражен такой живучестью гидры, и ему вспомнилось сказочное многоголовое чудовище – гидра, у которой отрубленные головы сразу же отрастали. Эта способность гидры связана с сидячим образом жизни, который она ведет, и с простотой строения тела гидры.

Способность беспозвоночных животных восстанавливать утраченные или поврежденные части тела носит название регенерации. Само слово «регенерация» означает «восстановление».

Исследуя животных, ученые установили, что за время развития от яйца до образования нового животного данного вида коротко повторяются основные этапы, через которые прошли предки этих животных в своем историческом развитии в прежние периоды истории планеты.

Мы уже знаем, что развитие гидры начинается с одноклеточной простейшей стадии – яйца. Из яйца развиваются и другие кишечнополостные животные. Развитие гидры и других кишечнополостных начинается с одной клетки, это указывает на происхождение этих животных от одноклеточных. В прошлом кишечнополостные произошли от древних простейших животных. На это указал выдающийся русский ученый И. И. Мечников, деталь­но разработавший теорию происхождения многоклеточных организмов от одноклеточных.

Эта теория подтверждается исследованием развития гидры и других кишечнополостных. Нам известно, что из одноклеточной стадии гидры (яйца) образуются две затем четыре, восемь и более клеток гидры. Такой путь размножения гидры показывает, что в далеком прошлом истории планеты от одиночных простейших произошли группировки этих животных из двух, затем четырех, восьми и большего количества клеток. Животные, сходные с такими группировками клеток, в не­сколько измененном виде живут на нашей планете и в настоящее время.

Класс гидроидные, подготовка к ЕГЭ по биологии

Гидроидные - класс типа кишечнополостные, с наиболее выраженным двуслойным строением. Класс насчитывает около 2500 видов. Поколение полипов у этого класса преобладает над поколением медуз. Типичный представитель - пресноводная гидра.

Представляет собой полип, состоящий из мешкообразного туловища, подошвы и щупалец. Щупальца окружают ротовое отверстие, которое ведет в кишечную (гастральную) полость. Подошвой гидра крепится к субстрату - камням, растениям. Размер гидры от нескольких миллиметров до 1 см. Излюбленное место обитание - водоемы со стоячей водой.

  • Строение тела
  • Тело двухслойное, разделено на два слоя:

    • Эктодерма (наружный слой)
    • Включает клетки: эпителиально-мускульные, промежуточные, нервные, стрекательные, половые.

    • Энтодерма (внутренний слой)
    • Обращена в гастральную полость. В составе энтодермы можно выделить клетки: пищеварительные, железистые, эпителиально-мускульные.

    Между экто- и энтодермой расположена мезоглея - студенистое вещество.

  • Пищеварение
  • Питание гидры осуществляется мелкими ракообразными (циклопы, дафнии), мелкими насекомыми. Важную роль в процессе добывания пищи играют стрекательные клетки. У каждой такой клетки имеется книдоциль - наружный вырост, при соприкосновении мелких животных с которым активируется стрекательная клетка: шипы пронзают добычу, а стрекательная нить, высвобождающаяся из капсулы клетки, впрыскивает в ткани жертвы нейротоксин - добыча оказывается парализованной.

    После этого щупальца гидры легко перемещают обездвиженную добычу в ротовое отверстие, далее - в кишечную (гастральную) полость, где начинается полостное пищеварение.

    Гидра имеет два типа пищеварения: полостное и внутриклеточное. Оба типа осуществляются энтодермой, основная функция которой - пищеварение.

    В составе энтодермы обнаруживаются пищеварительные клетки - они поглощают пищевые частицы из гастральной полости фагоцитозом, осуществляют внутриклеточное пищеварение.

    Полостное пищеварение идет благодаря железистым клеткам, которые выделяют в гастральную полость ферменты, вследствие чего начинается расщепление пищевых веществ в полости. Непереваренные остатки пищи удаляются через ротовое отверстие во внешнюю среду.

  • Дыхание
  • Дыхание у гидры осуществляется всей поверхностью тела.

  • Нервная система
  • Нервная система примитивная, диффузного типа. Состоит из равномерно распределенных по всему телу нервных клеток, соединенных друг с другом в единую систему - нервную. У гидры возможны рефлексы - ответные реакции в ответ на действия раздражителя. Простейший рефлекс: в ответ на укол иглой гидра начинает сжиматься.

  • Размножение
  • Путем почкования осуществляется бесполое размножение гидры - при благоприятных условиях (летом). Хотел бы обратить ваше особое внимание на то, что путем почкования гидра может передавать соматические мутации (хотя обычно мутации в соматических клетках потомству не передаются, так как потомство образуется из гамет).

    Вследствие полного разделения материнской и дочерней особи при почковании, гидра не образует колонии (в отличие от коралловых полипов), существует только в виде одиночных полипов.

    При наступлении неблагоприятных условий (осенью) происходит половое размножение. Гидры могут быть как раздельнополыми - сперматозоиды и яйцеклетки образуются на разных организмах, либо - гермафродитами, в случае если и мужские, и женские половые клетки образуются на одном и том же организма.

    Сперматозоиды и яйцеклетки образуются из промежуточных (интерстициальных) клеток. Сперматозоид сливается с яйцеклеткой, после чего образуется зигота, которая покрывается плотной защитной оболочкой - образуется яйцо гидры. Материнский организм погибает, а следующей весной, при наступлении благоприятных условий, из яйца развивается молодая гидра.

  • Способность к регенерации
  • У гидры в частности, и у кишечнополостных в целом, наблюдаются выраженные регенеративные способности. Это связано с наличием промежуточных клеток в эктодерме, которые могут дифференцироваться в любые другие типы клеток.

    Поэтому отсеченные, фрагментированные части тела гидры, при интенсивном делении клеток, способны достроить утраченные части.

    Обелия - род гидроидных полипов. Их строение отражает все типичные черты класса гидроидных. Обитают в морях и океанах по всему миру.

    Затрагивая эту тему, мне, прежде всего, хочется, чтобы вы поняли как устроен жизненный цикл гидроидных. Он складывается из двух стадий: медузоидной и полипоидной. От колоний путем почкования отделяются свободноплавающие медузы - медузоидная стадия. В организме медузы образуются яйцеклетки или сперматозоиды, которые попадают в воду.

    В воде происходит оплодотворение, из зиготы (оплодотворенного яйца) формируется личинка - планула. Из планулы, прикрепляющейся к какому-нибудь подводному субстрату, начинает развиваться полип - полипоидная стадия, а затем и новая колония, от которой отпочковываются медузы. Цикл замыкается.

    Процессы жизнедеятельности гидры (движения, раздражение, регенерация, питание, выделение, размножение) | Биология. Реферат, доклад, сообщение, краткое содержание, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

    Движения гидры. Эпителиально-мускульные клетки эктодермы имеют во­локна, которые могут сокращаться. Если они сокращаются одновремен­но, укорачивается все тело гидры. Если сокращаются волокит в клетках с одной стороны, то в эту сторону гидра наклоняется. Благодаря работе этих волокон движутся щупальца гидры и перемещается все ее тело (рис. 13.4).

    Реакции на раздражение гидры. Благодаря нервным клеткам, располо­женным в эктодерме, гидра воспринимает внешние раздражения: свет, прикосновения, некоторые химические вещества. Отростки этих клеток смыкаются между собой, образуя сетку. Так формируется самая простая по строению нервная система, называемая диффузной (рис. 13.5). Больше всего нервных клеток находится возле подошвы и на щупаль­цах. Проявлением работы нервной системы и эпителиально-мышечных клеток является безусловный рефлекс гидры — сгибание щупалец в от­вет на прикосновение.

    Рис. 13.4. Схема движении гидры
    Рис. 13.5. Нервная система гидры

    Во внешнем слое расположены также стрекательные клетки, содер­жащие капсулы со скрученной тоненькой трубочкой — стрекательной нитью. Наружу из клетки торчит чувствительный волосок. Достаточно его слегка коснуться, как нить выбрасывается из капсулы и вонзается в тело врага или добычи. К нему по стрекательной нити поступает яд, и животное погибает. Больше всего стрекательных клеток расположено в щупальцах.

    Регенерация гидры. Маленькие округлые промежуточные клетки эктодер­мы способны превращаться в другие виды клеток. За счет их размноже­ния гидра быстро отстраивает поврежденную часть тела. Способность к регенерации этого животного поражает: когда гидру разделили на 200 частей, из каждой восстановилось целое животное!

    Питание гидры. В эндодерме расположены железистые клетки и осна­щенные жгутиками пищеварительные клетки. Железистые клетки по­ставляют в кишечную полость вещества, называемые пищеваритель­ными соками. Эти вещества разрушают добычу, разлагая ее на микроскопические кусочки. С помощью жгутиков пищеварительные клетки подгоняют их к себе и захватывают, образуя псевдоподии. Внутреннюю полость гидры не случайно называют кишечной: в ней начинается переваривание пищи. Но окончательно пища расщепляет­ся в пищеварительных вакуолях пищеварительных клеток. Непе­реваренные остатки пищи удаляются наружу из кишечной полости через рот.

    Выделение вредных веществ, образовавшихся в процессе жизнедея­тельности гидры, происходит через эктодерму в воду

    Взаимодействие клеток. Среди клеток гидры лишь пищеваритель­ные переваривают пищу, но они обеспечивают питательными вещества­ми не только себя, но и все другие клетки. В свою очередь «соседи» создают наилучшие условия жизни для поставщиков питательных ве­ществ. Вспомните об охоте гидры — теперь вы сможете объяснить, как согласованная работа нервных, жалящих, эпителиально-мышечных и железистых клеток обеспечивает работой пищеварительные клетки. А эти клетки делятся с соседями результатами своего труда. Материал с сайта http://worldofschool.ru

    Как размножается гидра? При бесполом размножении в результате деления промежуточных клеток образуется почка. Почка растет, на ней появляются щупальца, между ними прорывается рот. На противоположном конце формируется подошва. Маленькая гидра от­деляется от материнского организма, опускается на дно и начинает жить самостоятельно.

    Размножается гидра и половым путем. Гидра — гермафродит: в од­них выступах ее эктодермы из промежуточных клеток формируются сперматозоиды, в других — яйцеклетки. Оставив тело гидры, спермато­зоиды по воде следуют к другим особям. Отыскав яйцеклетки, они оплодотворяют их. Образуется зигота, вокруг которой возникает плот­ная оболочка. Это оплодотворенное яйцо остается в теле гидры. Обычно половое размножение происходит осенью. Зимой взрослые гидры по­гибают, а яйца переживают зиму на дне водоема. Весной зигота начина­ет делиться, образуя два слоя клеток. Из них и развивается маленькая гидра.

    На этой странице материал по темам:
    • Регенерация гидры происходит при помощи клеток

    • Каковы сходные черты в строение клеток гидры,амебы , бодо?

    • Реакция гидры на раздражение

    • Почему гидра может съесть животное больших размеров?

    • Половое оплодотворение гидры

    Вопросы по этому материалу:
    • Почему тело гидры может укорачиваться?

    • Объясните, может ли восстановиться количество стрекательных клеток у раненой гидры.

    • Каждую осень все гидры в водоеме погибают, но каждую весну в водоеме появляются молодые гидры. Объясните это явление.

    • Почему гидра может съесть животное больших размеров, а губка, даже крупная, питается лишь очень малыми одноклеточными организмами?

    • Каковы сходные черты в строении клеток гидры, амебы, бодо?

    регенерации | биология | Britannica

    Регенерация , в биологии - процесс, с помощью которого некоторые организмы заменяют или восстанавливают потерянные или ампутированные части тела.

    Организмы заметно различаются по своей способности к регенерации частей. Некоторые выращивают новую структуру на пне старой. Посредством такой регенерации целые организмы могут резко заменить существенные части самих себя, когда они были разрезаны пополам, или могут вырастить утраченные органы или придатки. Однако не все живые существа восстанавливают части таким образом.Культя ампутированной структуры может просто зажить без замены. Это заживление ран само по себе является своего рода регенерацией на уровне организации ткани: поверхность среза заживает, перелом кости срастается, и клетки замещают себя по мере необходимости.

    Регенерация, как один из аспектов общего процесса роста, является основным атрибутом всех живых систем. Без него не могло бы быть жизни, поскольку само поддержание организма зависит от непрерывного обновления, посредством которого все ткани и органы постоянно обновляются.В некоторых случаях время от времени заменяется довольно значительное количество тканей, например, при последовательном образовании фолликулов в яичнике или линьке и замене волос и перьев. Чаще оборот выражается на клеточном уровне. В коже млекопитающих эпидермальным клеткам, продуцируемым в базальном слое, может потребоваться несколько недель, чтобы достичь внешней поверхности и оторваться. В слизистой оболочке кишечника продолжительность жизни отдельной эпителиальной клетки может составлять всего несколько дней.

    Подвижные волосовидные реснички и жгутики одноклеточных организмов способны восстанавливать себя в течение часа или двух после ампутации. Даже в нервных клетках, которые не могут делиться, существует бесконечный поток цитоплазмы из тела клетки в сами нервные волокна. Новые молекулы непрерывно генерируются и разлагаются, время оборота измеряется минутами или часами в случае некоторых ферментов или несколькими неделями, как в случае мышечных белков. (Очевидно, единственная молекула, освобожденная от этого неумолимого круговорота, - это дезоксирибонуклеиновая кислота [ДНК], которая в конечном итоге управляет всеми жизненными процессами.)

    Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

    Существует тесная корреляция между регенерацией и генерацией. Способы воспроизводства организмов имеют много общего с регенеративными процессами. Вегетативное размножение, которое обычно происходит у растений, а иногда и у низших животных, представляет собой процесс, посредством которого целые новые организмы могут быть произведены из фракций родительских организмов; , например, , когда новое растение развивается из срезанной части другого растения или когда определенные черви размножаются путем разделения на две части, каждая половина затем выращивает то, что осталось.Чаще, конечно, размножение достигается половым путем путем союза яйцеклетки и спермы. Это случай, когда целый организм развивается из одной клетки, оплодотворенной яйцеклетки или зиготы. Это замечательное событие, которое происходит у всех организмов, размножающихся половым путем, свидетельствует об универсальности регенеративных процессов. В ходе эволюции регенеративный потенциал не изменился, а изменились только уровни организации, на которых он выражен. Если регенерация является адаптивным признаком, то можно ожидать, что она будет чаще происходить среди организмов, которые, по-видимому, больше всего нуждаются в такой способности, либо потому, что велик риск травмы, либо большая польза, которую нужно получить.Однако фактическое распределение возрождения среди живых существ на первый взгляд кажется довольно случайным. Действительно, трудно понять, почему некоторые плоские черви способны регенерировать головы и хвосты на любом уровне ампутации, в то время как другие виды могут регенерировать только в одном направлении или не могут регенерировать вообще. Почему пиявки не регенерируют, в то время как их близкие родственники, дождевые черви, так легко восстанавливают утраченные части? У некоторых видов насекомых регулярно отрастают лишенные ноги, но у многих других эта способность отсутствует.Практически все современные костные рыбы могут регенерировать ампутированные плавники, но хрящевые рыбы (включая акул и скатов) не могут этого сделать. У земноводных саламандры регулярно регенерируют свои ноги, которые не очень полезны для передвижения в их водной среде, в то время как лягушки и жабы, которые в гораздо большей степени зависят от своих ног, тем не менее не могут их заменить. Если естественный отбор работает по принципу эффективности, то эти многочисленные несоответствия трудно объяснить.

    Некоторые случаи настолько адаптивны, что появились не только механизмы регенерации, но и механизмы самоампутации, как если бы они использовали регенеративную способность. Самопроизвольная потеря части тела называется аутотомией. Деление простейшего на две клетки и разделение червя на две половины можно рассматривать как случаи аутотомии. Некоторые колониальные морские животные, называемые гидроидами, периодически сбрасывают свои верхние части. Многие насекомые и ракообразные самопроизвольно роняют ногу или коготь, если их ущипнуть или поранить.Ящерицы известны своей способностью выпускать хвосты. Даже сбрасывание оленями рогов может быть классифицировано как пример аутотомии. Во всех этих случаях аутотомия происходит в заранее определенном месте поломки. Казалось бы, где бы природа ни умудрялась добровольно потерять какую-то деталь, она дает возможность для замены.

    Иногда при удалении части данной ткани или органа не предпринимается попыток регенерировать утраченные структуры. Вместо этого то, что остается позади, становится больше.Подобно регенерации, это явление, известное как компенсаторная гипертрофия, может иметь место только в том случае, если какая-то часть исходной структуры остается для реакции на потерю. Если, например, удалить три четверти печени человека, оставшаяся часть увеличится до массы, эквивалентной исходному органу. Сами по себе недостающие доли печени не заменяются, но оставшиеся вырастают настолько большими, насколько это необходимо, чтобы восстановить первоначальную функцию органа. Аналогичные реакции проявляют и другие органы млекопитающих.Почки, поджелудочная железа, щитовидная железа, надпочечники, гонады и легкие в различной степени компенсируют уменьшение массы за счет увеличения оставшихся частей.

    Не обязательно, чтобы регенерирующая ткань была получена из остатка исходной ткани. Через процесс, называемый метаплазией, одна ткань может быть преобразована в другую. В случае регенерации хрусталика у некоторых земноводных в ответ на потерю исходного хрусталика из глаза новый хрусталик развивается из тканей на краю радужной оболочки на верхнем крае зрачка.Эти клетки радужной оболочки, которые обычно содержат гранулы пигмента, теряют свой цвет, быстро размножаются и собираются в сферическую массу, которая дифференцируется в новый хрусталик.

    .

    регенерации | Интерактивная биология развития

    Гидра, как и ряд других организмов, обладает способностью к регенерации. Это
    - один из наиболее часто исследуемых организмов-регенерирующих организмов.

    (Галлиот и Чера)

    Существует множество различных типов животных, которые содержат виды с высоким потенциалом к ​​регенерации.

    Зачем изучать регенерацию?

    • Хотя взрослые люди не могут регенерировать полностью утраченные части тела, у них действительно ограниченное обновление клеток; например, заживление порезов на коже.
    • Изучение регенерации у других организмов может помочь в текущих исследованиях о том, как регенерировать человеческие органы для пациентов с поврежденным / дисфункциональным органом.

    Зачем использовать Hydra ?

    • Гидра намного менее сложна, чем позвоночные.
    • Другие распространенные модельные организмы беспозвоночных (нематоды и Drosophila ) не способны к регенерации во взрослом состоянии.

    Обзор регенерации

    • Все клетки столба тела постоянно подвергаются митозу.Они мигрируют в конечности, где в конечном итоге и сбрасываются. Таким образом, Hydra постоянно восстанавливается.

    В колонке тела гидры наблюдается более высокая активность клеточного цикла. Более яркий зеленый цвет указывает на большее количество клеточных циклов. Обратите внимание на минимальную зеленую окраску щупалец.

    • Если тело разрезать пополам, в нижней половине вырастет новая голова, а в верхней половине - новая ступня. Если отрезать и голову, и ступню, вырастет новая голова и ступня, и Hydra сохранит свою исходную полярность.

    В верхней половине вырастает новая ножка, а в нижней половине - новая голова.

    • Если поместить Hydra в блендер, затем клетки повторно обработать в центрифуге, Hydra изменит свою первоначальную структуру.

    A Гидра реформируется после смешивания и центрифугирования.

    • Полярность Hydra регулируется градиентом активации головы (самая высокая концентрация у головы) и градиентом активации стопы (самая высокая концентрация у стопы).
    • Метод регенерации головы варьируется в зависимости от того, насколько далеко по оси тела происходит ампутация.
    • Регенерация головы Hydra зависит от активации пути Wnt-бета-катенин.

    Гены Hydra Wnt (Ленгфельд и др.)

    • В Hydra 11 генов Wnt, включая HyWnt3 .
    • Структура остатков цистеина подтвердила, что идентифицированные гены являются Wnts. Их сравнивают с другими ранее идентифицированными ортологами Wnt.

    Структура остатков цистеина в HyWnt7 и его ортологах аналогична.

    • Все 11 Hydra гены Wnt являются гомологами билатериальных генов Wnt.
    • Филогенетический анализ был использован для определения того, что 8 из 11 являются ортологами генов млекопитающих (остальные 3 также тесно связаны с генами млекопитающих).
    • Геномную структуру генов Wnt сравнивали с генами человека. Было обнаружено, что подсемейства генов Wnt высоко консервативны от Hydra до человека.

    Экспрессия гена Wnt

    • Есть 7 генов Wnt, экспрессируемых в гипостоме
      взрослого человека Hydra (дистальный конец столба тела).
    • Они различаются по тому, где они экспрессируются внутри гипостомы: экспрессия варьируется от только апикального кончика до всей гипостомы.

    Экспрессия HyWnt3 ограничена апикальным концом гипостомы.

    HyWnt7 экспрессируется в большей части гипостомы.

    • Имеется экспрессия как в слоях энтодермы, так и в слоях эктодермы эпителиальных клеток, но 6 из 7 экспрессируются более высоко в энтодерме.

    Красные стрелки указывают на границу между энтодермой и эктодермой. Более темный синий цвет под линией указывает на более высокую экспрессию в энтодерме.

    • Есть 2 гена Wnt ( HyWnt5 и HyWnt8 ), которые экспрессируются в щупальцах вокруг гипостомы.

    Выражение HyWnt3

    • Ген HyWnt3 экспрессируется раньше, чем любой другой ген Wnt во время регенерации головы.
    • Это указывает на то, что HyWnt3 может быть «основным» лигандом Wnt, который стимулирует другие пути передачи сигналов.
    • Мутантный штамм Hydra , reg-16, был использован для изучения роли HyWnt3.
    • Reg-16, Hydra имеют нарушенную регенерацию головы и отсутствие экспрессии HyWnt3 .
    • Когда reg-16 Hydra были обезглавлены, 30% из них успешно восстановили новую голову.
    • Однако, когда reg-16 Hydra декапитировали, а затем инкубировали с рекомбинантным HyWnt3 , у 70% из них выросли новые головы.
    • Аналогичный результат произошел, когда HyWnt3 был заменен геном мыши Wnt3a в reg-16 Hydra.
    • Наконец, если обезглавленный reg-16 Hydra обрабатывали альстерпауллоном, который стимулирует каноническую передачу сигналов Wnt, 90% регенерировали голову.

    Серые столбцы - контрольные, красные - экспериментальные копии. * Означает, что результаты значительны.

    • HyWnt3 также играет важную роль в настройке организатора головки, который отвечает за формирование осевого рисунка.

    Области, не упомянутые в статье Ленгфельда:

    • Инкубация reg-16 Hydra в HyWnt3 приводит только к 70% регенерации головы. Итак, какие еще гены мутировали в reg-16 Hydra ?
    • Если HyWnt3 является «главным» лигандом Wnt, каков механизм его запуска других сигнальных путей?

    Hydra Wnt Сигнальное заключение:

    Изучение передачи сигналов Wnt в Hydra может предоставить ценную информацию о формировании первичной оси тела у ранних многоклеточных животных.Некоторые компоненты передачи сигналов Wnt в значительной степени сохраняются на протяжении эволюции животных. Важно узнать больше о пути передачи сигналов Wnt, потому что многие различные заболевания вызываются мутациями в передаче сигналов Wnt.

    Прочие ресурсы

    Сигнализация Wnt: домашняя страница Wnt

    Регенеративная медицина: Институт регенеративной медицины Уэйк Форест

    Исследования регенерации в GT / Emory: The Davis Group, Лаборатория Самбаниса

    Список литературы

    Галлиот, Бриджит, Симона Чера.«Модель Hydra: раскрытие управляемого апоптоза генератора регенерации на основе Wnt». Тенденции в клеточной биологии. Том 20 № 9 (2010) 514-523. (URL-ссылка)

    Ленгфельд, Тобиас, Хироши Ватанабе, Олег Симаков, Дирк Линдгенс, Лидия Джи, Ли Лоу, Хайко А. Шмидт, Суат Озбек, Ханс Боде, Томас В. Холштейн. «Множественные Wnts вовлечены в формирование и регенерацию организатора гидры». Биология развития. 330 (2009) 186–199. (URL-ссылка)

    .

    Регенерация: чему аксолотли могут научить нас о восстановлении человеческих конечностей

    от Garrett Dunlap
    цифры от Rebecca Senft

    Только в Соединенных Штатах от потери конечностей страдают почти 2 миллиона человек. Хотя многие случаи связаны с травматическими событиями, такими как автомобильные аварии, большинство случаев потери конечностей вызвано заболеваниями, поражающими кровеносные сосуды тела. Одним из таких заболеваний является диабет, при котором постепенное снижение притока крови к нижним конечностям пациента может в конечном итоге привести к потере всей конечности.Если заболеваемость диабетом продолжит расти, вероятно, будет соответствующее увеличение числа людей, которым придется противостоять ампутации конечностей. К сожалению, нынешние терапевтические возможности после ампутации не сильно изменились по сравнению с столетиями назад, и протезы конечностей остаются единственным вариантом замены. Но хотя замененные протезы смогли заменить форму потерянной конечности, их функция остается крайне недостаточной, особенно когда потерянный придаток представляет собой целую руку или ногу.Так что, если вместо того, чтобы полагаться на деревянного или металлического самозванца, однажды мы просто отрастим потерянную конечность?

    Многие животные обладают способностью к регенерации

    Чтобы задуматься о том, как осуществить регенерацию конечностей человека, ученые обратили внимание на животных, которые уже демонстрируют эту способность. Ярким примером является аксолотль ( Ambystoma mexicanum ), вид водных саламандр. В отличие от людей, он обладает «сверхспособностью» регенерировать свои конечности, спинной мозг, сердце и другие органы.Но аксолотль - не единственный представитель животного мира, который может это делать ( Рис. 1 ), так как многие беспозвоночные (животные без позвоночника) являются мастерами регенерации. Например, плоские черви и гидра могут полностью вырастить свое тело из крошечной части своего первоначального существа. Даже среди позвоночных (животных, у которых есть шипы) аксолотль - не единственное животное, способное к регенерации. Известно, что молодые лягушки отращивают конечности, но теряют эту способность, когда превращаются из головастиков во взрослых лягушек.С другой стороны, аксолотль сохраняет его на протяжении всей своей жизни, что делает его уникальным среди позвоночных и отличной моделью для изучения в исследованиях регенерации.

    Рис. 1 : Многие животные проходят регенерацию (по крайней мере, до некоторой степени). Хотя аксолотль не единственный хозяин регенерации в животном мире, это единственное позвоночное животное, которое может регенерировать многие части тела на протяжении всей своей жизни.

    Хотя не существует известных млекопитающих, которые могли бы полностью регенерировать отсутствующие придатки, многие из них имеют намеки на регенеративный потенциал, включая людей.Было замечено, что мыши могут регенерировать кончики пальцев ног, хотя потеря на ступне приводит к тем же рубцам, что и люди после ампутации. Известно также, что люди регенерируют кончики пальцев, включая кости и кожу. Многочисленные клинические отчеты за последние десятилетия зафиксировали такие случаи после травм. К сожалению, эта реакция ослабевает по мере того, как место потери находится ближе к ладони. Хотя эта способность, несомненно, помогла некоторым людям в случае травмы, она очень далека от способности аксолотля регенерировать полностью сформированную конечность со всеми ее нормальными мышцами, хрящами и другими тканями.

    Как работает регенерация?

    У аксолотлей процесс, который приводит к регенерации всей конечности ( , рис. 2 ), включает сложную оркестровку выживших клеток конечности. После потери конечности ( B ) сгусток клеток крови быстро останавливает кровотечение в месте разреза. После этого слой клеток работает, чтобы быстро покрыть плоскость ампутации, образуя структуру, называемую эпидермисом раны ( C ).В течение следующих нескольких дней клетки эпидермиса раны быстро растут и делятся. Вскоре после этого клетки под эпидермисом также начинают быстро делиться, образуя конусовидную структуру, известную как бластема ( D ). Считается, что клетки, составляющие бластему, являются костными, хрящевыми, мышечными или другими клетками, которые де-дифференцируются (теряют свою идентичность), чтобы стать похожими на стволовые клетки, которые могут стать одним из многих различных типов клеток. Клетки бластемы, однако, имеют ограничения на типы клеток, которыми они могут стать: например, клетка бластемы, которая раньше была мышечной клеткой, может только переформировать различные типы мышечных клеток, но не клетки кожи или хряща.Эти де-дифференцированные клетки в бластеме затем растут и размножаются, в конечном итоге восстанавливая свою идентичность как полностью развитые клетки кости или кожи ( E ). По мере того как бластема и ее клетки продолжают делиться, растущая структура становится плоской и в конечном итоге становится похожей на идеальную копию потерянной конечности, включая нервы и кровеносные сосуды, которые связаны с остальной частью тела ( F ).

    Рисунок 2 : Конечности аксолотля после травмы проходят многоступенчатый процесс восстановления утраченного придатка . Кожу, кости, хрящи и мышцы можно отрастать много раз без каких-либо признаков травмы.

    Учимся у аксолотля

    Чтобы даже задуматься о том, как однажды мы сможем восстановить утраченные человеческие конечности, ученые должны хорошо ознакомиться с изменениями, которые претерпевают клетки аксолотлей во время регенерации. Один из подходов, который до сих пор был успешным, - это обнаружение молекулярных изменений, которые заставляют аксолотль терять свою регенеративную способность, что может выявить наиболее важные компоненты и факторы регенерации.Например, было обнаружено, что иммунная система играет важную роль в процессе регенерации конечностей. Макрофаги, представляющие собой клетки, которые играют решающую роль в воспалительной реакции после травмы, ранее были связаны с регенерацией. Фактически, инъекция препарата для избавления от макрофагов в конечности аксолотля перед ампутацией приводит к накоплению рубцовой ткани вместо повторного роста. Это рубцевание, возникающее при нарушении функции белка, называемого коллагеном, является нормальным явлением при заживлении ран у людей, но необычно для аксолотлей.Этот результат предполагает, что макрофаги могут быть необходимы для регенерации. Также было показано, что изменение нервной системы мешает регенерации. Ученые заметили, что хирургическое удаление нервов конечности перед ампутацией может препятствовать регенерации, хотя работа еще не завершена, чтобы лучше понять, почему это происходит.

    Однако все эти предыдущие методы основаны на необходимости удаления важной в остальном части здорового тела (например, иммунных клеток и частей нервной системы).Но сейчас ученые опускаются до уровня генов в поисках новых идей. Для этого исследователи сначала попытались ответить на вопрос, сколько раз конечность аксолотля может успешно регенерировать. Путем неоднократной ампутации конечностей было замечено, что к пятому разу несколько конечностей смогли восстановить свой прежний потенциал. Кроме того, когда конечности, которые не могли регенерироваться, были дополнительно изучены, исследователи снова обнаружили обширное образование рубцовой ткани, аналогичное тому, что часто наблюдается при травмах человека.Сравнивая гены, которые были включены или выключены, когда конечность аксолотля не могла вырасти заново, ученые обнаружили для изучения больше молекул и процессов, которые обещают дать толчок регенерации у людей. Возможно, однажды появятся лекарства, которые модулируют эти гены, заставляя их включаться и помогать конечности человека вырасти после ампутации.

    Взгляд в будущее

    Хотя мы все еще далеки от того, чтобы отрастить человеческую конечность, мы ставим себя в невыгодное положение, если не понимаем, как происходит регенерация у счастливых животных, которые уже обладают этой «сверхспособностью».«С помощью инструментов, которые позволяют ученым видеть тонкие генетические детали процесса регенерации, мы постепенно приближаемся к пониманию того, что заставляет регенерацию работать. Чтобы проверить это, ученые усердно работают над разработкой новых инструментов, которые позволят им идентифицировать другие цели и начать передавать эти знания млекопитающим, например мышам, а это означает, что, возможно, однажды у миллионов людей, живущих с потерянными конечностями, появится новый путь лечения: регенерация.

    Гарретт Данлэп - студент, кандидат биологических и биомедицинских наук.Программа D. в Гарвардском университете.

    Для дополнительной информации:

    .

    регенерации | eClinpath

    Оценка реакции костного мозга - это начальный шаг в характеристике анемии. Если костный мозг реагирует на анемию, то анемия классифицируется как регенеративная, а причиной анемии является кровотечение или гемолиз. Костный мозг или регенеративный ответ оценивают путем выявления незрелых безъядерных эритроцитов (эритроцитов) в периферической крови. Виды различаются по своей регенеративной реакции (как по степени, так и по типам незрелых эритроцитов, которые они выделяют), и эти различия необходимо учитывать при определении регенеративной анемии или нет.

    Различие между незрелыми эритроцитами в стандартной крови (окраска Райта) и мазке ретикулоцитов (новая окраска метиленовым синим)

    В целом незрелые безъядерные эритроциты содержат больше белков-синтетических механизмов (рибосомы, РНК), чем зрелые эритроциты. Эту РНК можно обнаружить с помощью различных красителей, в том числе прижизненных и флуоресцентных красителей. Прижизненные красители осаждают РНК, тогда как флуоресцентные красители связываются с РНК, позволяя идентифицировать РНК, содержащую эритроциты.Эритроциты с достаточным количеством РНК для обнаружения этими методами называются ретикулоцитами. Когда незрелые эритроциты содержат большое количество РНК (называемых агрегированными ретикулоцитами), их можно идентифицировать в обычных мазках крови, окрашенных по Романовскому, без использования специальных красителей для обнаружения РНК. Это связано с тем, что РНК обычно окрашивается в синий цвет, тогда как гемоглобин окрашивается в красный цвет при окраске по Романовскому. Большого количества РНК в агрегированных ретикулоцитах достаточно, чтобы компенсировать красный цвет гемоглобина, придавая пурпурный цвет цитоплазме незрелых эритроцитов.Это называется полихроматофильным эритроцитом (или полихроматофилом), а изменение цвета эритроцитов называется полихромазией (и субъективно полуколичественно в мазке крови определяется как легкое, умеренное или выраженное). Таким образом, регенеративный ответ можно до некоторой степени оценить в регулярно окрашиваемом мазке крови. Обратите внимание, что незрелые эритроциты, которые содержат только небольшое количество РНК (называемые точечными ретикулоцитами) или не содержат РНК, не будут обнаружены в регулярно окрашиваемом мазке крови, потому что клетки имеют нормальный красный цвет.Такие клетки могут быть больше обычных эритроцитов (если они больше, их называют макроцитами). Таким образом, полихромазия будет недооценивать количество ретикулоцитов, потому что мы можем обнаружить только агрегированные, но не точечные ретикулоциты в обычном мазке крови, окрашенном по Романовскому. Мы можем более точно подсчитывать ретикулоциты (как процент от общего количества эритроцитов и как абсолютное количество ретикулоцитов) у собак и кошек (хотя у собак и кошек подсчитываются разные ретикулоциты; см. Ниже). Подсчет ретикулоцитов не так полезен для других видов.Незрелые эритроциты также могут быть больше и содержать меньше гемоглобина, чем зрелые клетки, но эти особенности не используются для идентификации незрелых клеток (поскольку аномальное образование костей также может привести к этим изменениям).

    Виды лошадей являются исключением из этого правила. Хотя они могут выделять ретикулоциты (пунктат) в ответ на анемию, их обычно слишком мало, чтобы надежно идентифицировать их в периферической крови. Вместо этого они, по-видимому, сохраняют незрелые эритроциты в костном мозге до тех пор, пока они не потеряют большую часть или всю свою РНК и вместо этого выпустят более крупные клетки (макроциты) (см. Подробнее ниже).

    Другие особенности эритроцитов, которые можно увидеть в регенеративной реакции, включают следующее:

    • Базофильная штриховка: Осаждение РНК или рибосом в RBC, которые идентифицируются как синие кусочки в RBC.
    • Ядерные эритроциты (nRBC): Могут наблюдаться различные варианты, но у млекопитающих наиболее распространенным nRBC, обнаруживаемым в крови у животных с регенеративной анемией (или другими причинами увеличения nRBC, такими как повреждение костного мозга), является метарубрицит (полностью гемоглобинизированный). nRBC).
    • Тельца Хауэлла-Джолли: Фрагменты ядра или микроядра.

    Обратите внимание, что ни одна из этих трех характеристик по отдельности или даже в комбинации не указывает на регенеративный ответ, поскольку другие болезненные процессы могут приводить к их присутствию в периферической крови (в отсутствие регенеративного ответа или даже анемии), например отравление свинцом (базофильная пунктирная линия, nRBC), изменение функции макрофагов селезенки или костного мозга (nRBC, тельца Хауэлла-Джолли), повреждение костного мозга (nRBC).Кроме того, отсутствие этих признаков не означает, что анемия не является регенеративной (это основано на наличии ретикулоцитов или полихромазии у большинства видов, за исключением лошади, у которой мы ищем макроциты).

    Анемии без достаточного количества незрелых безъядерных эритроцитов называются нерегенеративными и возникают из-за условий, при которых снижается продукция эритроцитов костным мозгом. Помните, что костному мозгу требуется 3-5 дней, чтобы отреагировать на анемию, поэтому анемия с острым началом может поначалу казаться нерегенеративной.

    Собачий

    Ретикулоциты собак

    Собаки имеют низкое количество полихроматофилов и ретикулоцитов (как агрегированных, так и точечных). Таким образом, несколько полихроматофилов будут обнаружены в крови неанемичных собак. Собака обладает наибольшей способностью выделять незрелые безъядерные эритроциты в ответ на анемию. Чтобы оценить регенеративную реакцию у собаки, мы можем:

    • Оценить степень полихромазии в мазке крови : Степень полихромазии субъективно оценивается как легкая, умеренная и выраженная, и в регулярно окрашиваемом мазке крови является хорошим ориентиром для регенеративного ответа (поскольку полихроматофилы соответствуют совокупность ретикулоцитов), но будет недооценивать количество ретикулоцитов (или процентное содержание), потому что точечные ретикулоциты не будут полихроматофильными (однако они могут быть макроцитами).
    • Подсчет ретикулоцитов : Точечные и агрегированные ретикулоциты (которые, как считается, имеют одинаковую продолжительность жизни, варьирующуюся от 1 до 2,5 дней) включаются в подсчет ретикулоцитов у собак. Ретикулоциты рассчитываются как процент от общего количества эритроцитов, а количество ретикулоцитов выше контрольного интервала называется ретикулоцитозом. Если у анемичной собаки нет ретикулоцитоза, анемия либо нерегенеративная, либо возникла слишком недавно (в течение 2-3 дней), чтобы регенеративная реакция была очевидна в крови.Если у анемичной собаки ретикулоцитоз, необходимо определить, достаточно ли повышенного процента ретикулоцитов, чтобы указать, что костный мозг надлежащим образом реагирует на анемию, т. Е. Из-за фактического увеличения эритропоэза (а не только относительного снижения количество зрелых эритроцитов). Это может быть достигнуто путем расчета абсолютного количества ретикулоцитов, скорректированного процента ретикулоцитов и индекса продукции ретикулоцитов. Абсолютное количество ретикулоцитов - наиболее часто используемый метод оценки адекватности регенерации в Корнельском университете.

    Другие особенности красных кровяных телец, которые можно увидеть в мазке крови собаки (они не всегда присутствуют):

    • Макроциты: Они могут сопровождать полихроматофилы (и в данном случае, вероятно, будут точечными ретикулоцитами), но их присутствие само по себе (при отсутствии полихромазии) не указывает на регенеративный ответ у собаки.
    • Повышенное nRBC
    • Увеличенные кузова Howell-Jolly
    • Базофильная штриховка в ядросодержащих и безъядерных эритроцитах: встречается нечасто.

    Чтобы оценить адекватность регенеративного ответа по отношению к тяжести анемии, можно использовать несколько формул, учитывающих тяжесть анемии.

    Абсолютное количество ретикулоцитов

    Эта формула учитывает тяжесть анемии и является самой простой в использовании формулой. Рассчитывается следующим образом:

    Абсолютные ретикулоциты (/ мкл) = ретикулоциты% x количество эритроцитов (в млн / мкл)

    Следующая таблица представляет собой руководство по ожидаемому количеству ретикулоцитов у собак с регенеративной реакцией на анемию:

    Степень регенерации Абсолютные ретикулоциты (мкл)
    Нет <95 000 *
    Мягкая 100 000
    Умеренная 300 000
    Маркированный ≥ 500 000
    * Это основано на верхнем пределе референтного интервала для абсолютных ретикулоцитов, установленном в Лаборатории клинической патологии Корнельского университета, и может измениться, когда будут установлены новые интервалы.

    Скорректированный процент ретикулоцитов (CRP)

    Скорректированный процент ретикулоцитов компенсирует степень анемии, но он делает предположения относительно нормального гематокрита пациента (45% для собаки и 35% для кошки). Это полезно на практике, когда объем упакованных клеток (PCV) можно легко получить от животного в домашних условиях. Однако он делает предположения и может быть ошибочным в некоторых ситуациях, например гематокрит 45% не является нормальным для борзых (и фактически соответствует анемии).Если у больного животного известен исходный или нормальный гематокрит или PCV (например, из результатов предварительного обследования или анализа крови), то эту формулу можно использовать. CRP рассчитывается следующим образом:

    CRP = ретикулоцит% x (HCT пациента ÷ нормальный HCT)

    Зарегистрированные референсные интервалы для CRP составляют <1% у собак и <0,4% у кошек.

    Индекс продукции красных клеток (RPI)

    При расчете RPI учитывается степень анемии и скорость созревания эритроцитов в кровотоке.Это предполагает, что прогнозируемая продолжительность жизни ретикулоцитов одинакова у людей и собак. Хотя это может быть неправдой, похоже, что RPI работает только на собаке . RPI рассчитывается следующим образом:

    RPI = CRP ÷ продолжительность жизни ретикулоцитов (дни)

    Продолжительность жизни ретикулоцитов показана в следующей таблице:

    Гематокрит (HCT)
    Срок службы
    45 1.0
    35 1,5
    .

    Oxford University Press | Интернет-ресурсный центр

    Ответьте на следующие вопросы, а затем нажмите «Отправить», чтобы получить свой балл.

    Вопрос 3

    Размер клетки обычно определяется количеством ДНК в ядре: чем больше ДНК, тем крупнее клетка. Что эксперименты с удвоением количества ДНК (тетраплоидия у саламандр) говорят нам о контроле роста?

    а) Животные вырастают до нормального размера и содержат вдвое меньше клеток, что указывает на то, что рост регулируется на уровне абсолютного размера, а не количества клеток.

    б) Животные вырастают в два раза больше нормальных размеров, что указывает на то, что рост регулируется на уровне количества присутствующих клеток.

    в) В итоге животные получают клетки, которые в два раза больше, но только вдвое меньше, в результате чего размер животного составляет половину своего нормального размера, что указывает на то, что количество клеток является решающим фактором роста.

    г) Животные вырастают до нормальных размеров и содержат вдвое меньше клеток, что указывает на то, что рост регулируется общим количеством ДНК, присутствующей в организме.

    д) Животные образуют головастиков, которые в два раза больше обычных, но умирают во время метаморфоза, что указывает на то, что аномальная плоидность несовместима с выживанием взрослых особей.

    Вопрос 4

    Заболевания, травмы и врожденные дефекты, нарушающие функцию гипофиза, могут привести к снижению роста (роста). Какое лечение можно назначить и каково его обоснование?

    а) Поскольку гипофиз поврежден или отсутствует, единственно возможным лечением будет трансплантация донорского гипофиза.

    б) Потеря функции гипофиза может привести к снижению выработки гормона роста и, следовательно, к низкому росту; может быть прописан рекомбинантный гормон роста человека.

    в) Поскольку гипофиз отвечает за секрецию лютеинизирующего гормона и фолликулостимулирующего гормона, оба из которых необходимы для нормальной фертильности, заместительная терапия этими гормонами может быть назначена при проблемах с фертильностью, но лечение невысокого роста невозможно.

    г) Поскольку гормон роста контролирует выработку гормона высвобождения гормона роста и соматостатина в гипоталамусе, его отсутствие будет компенсировано введением этих гормонов.

    д) Поскольку гипофиз расположен под мозгом, над нёбом, вмешательство невозможно, так как это место труднодоступно.

    Вопрос 8

    Есть ли разница между онкогенами и генами-супрессорами опухолей?

    а) Да, онкогены - это гены, которые могут вызывать рак, когда они мутируют и становятся протоонкогенами, тогда как гены-супрессоры опухолей не играют никакой роли в развитии рака.

    б) Да, онкогены предотвращают образование рака, если они не мутированы, чтобы стать протоонкогенами, тогда как гены-супрессоры опухоли стимулируют образование рака даже в отсутствие мутации.

    в) Нет, онкогены и гены-супрессоры опухолей стимулируют развитие рака, даже если они не мутируют.

    г) Да, онкогены - это мутировавшие версии генов, которые способствуют аномальному делению клеток (например, ras и myc ), тогда как гены-супрессоры опухолей - это гены, которые обычно сдерживают деление клеток, когда это не подходит (например, Rb и p53 ).

    д) Нет, поскольку оба типа генов способствуют развитию рака, разницы между ними нет.

    Вопрос 16

    «Интеркалярный рост» в регенерирующей конечности земноводного означает, что если дистальная бластема пересажена на проксимальную культю:

    а) дистальная бластема отрастает снова, чтобы регенерировать проксимальные элементы, а затем наружу, чтобы регенерировать дистальные структуры.

    б) культя вырастает для регенерации проксимальных структур до тех пор, пока не будут сформированы позиционные значения бластемы, после чего дистальная бластема вступит во владение и завершит рост дистальных структур.

    в) дистальная бластема разрастается, регенерируя дистальные структуры, в результате чего конечность лишается промежуточных структур.

    г) дистальная бластема растет проксимально, вставляя промежуточные структуры между ней и культи, затем рост прекращается, в результате чего регенерат лишается дистальных структур.

    д) культя вырастает, вставляя промежуточные структуры между ней и дистальной бластемой, затем рост прекращается, в результате чего регенерат лишается дистальных структур.

    Вопрос 19

    Похожа ли регенерация в Hydra на регенерацию у позвоночных или она в чем-то принципиально отличается?

    а) Регенерация у Hydra происходит за счет повторения паттерна существующих клеток с помощью морфалаксиса, в отличие от регенерации у позвоночных, которая происходит через эпиморфоз.

    б) Регенерация в Hydra происходит через повторную инициацию клеточного деления в существующих клетках с последующим изменением паттерна этих клеток, очень похоже на регенерацию у позвоночных.

    в) Регенерация в Hydra происходит через повторную инициацию клеточного деления в существующих клетках с последующим изменением паттерна этих клеток, что полностью отличается от регенерации у позвоночных.

    г) Регенерация в Hydra происходит через повторное деление клеток в существующих клетках с последующим повторным формированием паттерна этих клеток, тогда как регенерация у позвоночных происходит посредством процесса репаттернирования существующих клеток.

    д) Регенерация у Hydra происходит за счет повторной инициации эмбрионального роста и формирования паттерна, в отличие от регенерации у позвоночных, которая происходит в процессе эпиморфоза.

    .

    Повреждение клеток и восстановление тканей

    Токсическое повреждение клеток может привести к гибели отдельных клеток, а в случае потери достаточного количества клеток результатом может быть отказ тканей или органов, что в конечном итоге приведет к гибели организма. Практически невозможно разделить обсуждение клеточной токсичности и биохимической токсичности. Наиболее наблюдаемые клеточные изменения и гибель клеток происходят из-за специфических биохимических изменений внутри клетки или в окружающей ткани. Однако есть несколько ситуаций, когда токсичный химический или физический агент может вызвать повреждение клетки, фактически не затрагивая конкретное химическое вещество в клетке или ее мембране.Физические агенты, такие как тепло и излучение, могут повредить клетку из-за коагуляции ее содержимого (аналогично приготовлению пищи). В этом случае нет никаких специфических химических взаимодействий. Нарушение снабжения питательными веществами (такими как глюкоза и кислород) может лишить клетку необходимых материалов, необходимых для выживания.

    Токсическое действие

    Большинство токсических эффектов, особенно вызванных ксенобиотиками, вызваны специфическими биохимическими взаимодействиями, не вызывающими заметного повреждения клетки или ее органелл.

    Примеры этих токсических эффектов:

    • Взаимодействие с химическим веществом, которое передает сообщение через нервный синапс, такое как ингибирование фермента ацетилхолинэстеразы органофосфатными пестицидами.
    • Когда одно токсичное химическое вещество подавляет или заменяет другое важное химическое вещество, такое как замена кислорода в молекуле гемоглобина монооксидом углерода.

    Человеческое тело чрезвычайно сложно. Помимо более чем 200 различных типов клеток и примерно такого же количества типов тканей, существуют буквально тысячи различных биохимических веществ, которые могут действовать по отдельности или совместно, чтобы поддерживать правильную работу функций организма.В этом кратком руководстве невозможно проиллюстрировать структуру и функции клеток, а также химическую токсичность всех тканей и органов. В этом разделе представлен только общий обзор токсических эффектов наряду с некоторыми конкретными типами токсичности, включая рак и нейротоксичность.

    Емкость для ремонта

    Некоторые ткани обладают большой способностью к восстановлению, например, большинство эпителиальных тканей. Другие, например, нервная ткань, обладают ограниченной способностью к регенерации и восстановлению или вообще не имеют ее.Большинство органов обладают функциональной резервной способностью, так что они могут продолжать выполнять свои функции тела, хотя, возможно, с несколько уменьшенными способностями. Например:

    • Половина печени человека может быть повреждена, и организм может регенерировать достаточно новой печени или восстановить поврежденный участок путем замещения фиброзом, чтобы сохранить большую часть емкости исходной печени.
    • Гипертрофия одной почки, чтобы принять потерю способности, когда другая почка была потеряна или удалена хирургическим путем.

    Токсическое повреждение клеток и тканей

    Токсическое повреждение клеток и тканей может быть временным и несмертельным, или, в тяжелых ситуациях, повреждение может вызвать гибель клеток или тканей. На следующей диаграмме показаны различные эффекты, которые могут возникнуть при повреждении клеток. Есть четыре основных конечных конечных точки клеточной или биохимической токсичности:

    1. Ткань может быть полностью восстановлена ​​и вернуться в нормальное состояние.
    2. Ткань может быть не полностью восстановлена, но способна поддерживать свою функцию с пониженной способностью.
    3. Смерть организма или полная потеря ткани или органа. В некоторых случаях организм может продолжать жить с помощью лечения, например, замены инсулина или трансплантации органов.
    4. Могут возникнуть новообразования или рак, многие из которых приведут к смерти организма, а некоторые из них можно вылечить с помощью лечения.

    Рис. 1. Токсическое повреждение клеток
    (Источник изображения: NLM)

    Обратимое повреждение клетки

    Реакция клеток на токсическое повреждение может быть временным и обратимым после снятия стресса или осуществления компенсаторных клеточных изменений.В некоторых случаях восстанавливается полная способность поврежденных клеток. В других случаях сохраняется степень стойкого повреждения с уменьшением клеточной или тканевой способности. В дополнение к адаптивным клеточным изменениям, обсуждавшимся ранее, два часто встречающихся специфических клеточных изменения связаны с токсическим воздействием, клеточным набуханием и жировым изменением.

    Набухание клеток , связанное с гипертрофией, происходит из-за гипоксии клеток, которая повреждает натриево-калиевый мембранный насос.Это, в свою очередь, изменяет внутриклеточный электролитный баланс с притоком жидкости в клетку, вызывая ее набухание. Набухание клеток обратимо, если устранить причину.

    Жировые изменения более серьезны и возникают при тяжелом клеточном повреждении. В этой ситуации клетка повреждена и не может адекватно метаболизировать жир. В результате маленькие вакуоли жира накапливаются и рассредоточиваются в цитоплазме. Хотя жировые изменения могут происходить в нескольких органах, обычно они наблюдаются в печени.Это потому, что большая часть жира синтезируется и метаболизируется в клетках печени. Жировые изменения можно обратить вспять, но это гораздо более медленный процесс, чем обращение вспять набухания клеток.

    Смертельное повреждение (смерть клетки)

    Во многих ситуациях повреждение клетки может быть настолько серьезным, что клетка не может выжить. Гибель клеток происходит в основном двумя способами: некрозом и апоптозом.

    Некроз - это прогрессирующая недостаточность основных метаболических и структурных компонентов клетки, обычно в цитоплазме.Некроз обычно затрагивает группу смежных клеток или возникает на тканевом уровне. Такое прогрессирующее ухудшение структуры и функции быстро приводит к гибели клеток или «некротическим клеткам». Некроз начинается с снижения выработки клеточных белков, изменения градиента электролита или потери целостности мембраны (особенно увеличения проницаемости мембраны). Цитоплазматические органеллы (например, митохондрии и эндоплазматический ретикулум) набухают, в то время как другие (особенно рибосомы) исчезают. Эта ранняя фаза прогрессирует до накопления жидкости в клетках, из-за чего они бледнеют или появляются вакуоли, что патологи называют «мутным набуханием» или «водной дегенерацией».«В некоторых клетках они больше не могут метаболизировать жирные кислоты, так что липиды накапливаются в цитоплазматических вакуолях, что называется« накоплением жира »или« жировой дегенерацией ». На последних стадиях« гибели клетки »ядро становится сморщенным (пикноз) ) или фрагментированный (кариорексис).

    Апоптоз или «запрограммированная смерть клетки» - это процесс самоуничтожения ядра клетки. Апоптоз - это гибель отдельных клеток или отдельных клеток, при которых умирающие клетки не являются смежными, а разбросаны по ткани.Апоптоз - это нормальный процесс обновления клеток, при котором клетки имеют ограниченный срок жизни и самопроизвольно умирают. Во время эмбрионального развития определенные клетки запрограммированы на смерть и не заменяются, например клетки между каждым развивающимся пальцем. Если запрограммированные клетки не умирают, плод оказывается неполным или пальцы соединяются вместе в виде паутины.

    При апоптозе клетки сокращаются из-за уменьшения цитозоля и ядра. Органеллы (кроме ядра) кажутся нормальными при апоптозе.Клетка распадается на фрагменты, называемые «апоптотическими тельцами». Эти апоптозные тельца и органеллы фагоцитируются соседними клетками и местными макрофагами без инициирования воспалительной реакции, как это видно при некрозе. Клетки подвергаются апоптозу и просто «исчезают». Некоторые токсиканты вызывают апоптоз или, в других случаях, ингибируют нормальный физиологический апоптоз.

    После некроза ткань пытается восстановить клетки того же типа, которые умерли.Когда травма минимальна, ткань может эффективно заменить поврежденные или потерянные клетки. В сильно поврежденных тканях или длительных хронических ситуациях способность ткани регенерировать одни и те же типы клеток и структуру ткани может быть превышена, так что происходит другое и несовершенное восстановление.

    • Примером этого является хроническое поражение ткани печени алкоголем, при котором организм больше не может заменять гепатоциты гепатоцитами, а происходит замещение соединительной ткани.Фиброциты с коллагеном заменяют гепатоциты и нормальную структуру печени рубцовой тканью. Фиброзная рубцовая ткань укрепляет повреждение, но не может заменить функцию утраченной ткани печени. При постоянном фиброзном изменении функция печени постоянно ухудшается, так что в конечном итоге печень больше не может поддерживать гомеостаз. Это фиброзное замещение печени известно как цирроз (рис. 2). Нормальный темно-красный блестящий гладкий вид печени был заменен светлой неровной фиброзной рубцовой тканью, которая пронизывает всю печень.

    Рис. 2. Здоровая печень (слева) и печень с циррозом (справа)
    (Источник изображения: iStock Photos, ©)

    До сих пор мы обсуждали в основном изменения отдельных ячеек. Однако ткань и орган состоят из разных типов клеток, которые работают вместе для достижения определенной функции. Как и в случае с футбольной командой, когда один член команды колеблется, другие сплачиваются, чтобы компенсировать это. То же самое и с тканью. Повреждение одного типа клеток вызывает реакции внутри ткани, чтобы компенсировать повреждение.Внутри органов есть два основных типа тканей: паренхиматозные и стромальные. Паренхиматозные ткани содержат функциональные клетки (например, чешуйчатые клетки дермы, гепатоциты печени и альвеолярные клетки легких). Стромальные клетки являются поддерживающими соединительными тканями (например, кровеносными сосудами и эластическими волокнами).

    Ремонт ячейки

    Ремонт поврежденных клеток может быть выполнен одним из следующих способов:

    1. Регенерация паренхиматозных клеток.
    2. Ремонт и замещение соединительной тканью стромы.

    Цель процесса восстановления - заполнить разрыв, образовавшийся в результате повреждения ткани, и восстановить структурную целостность поврежденной ткани. Обычно ткань пытается регенерировать те же самые поврежденные клетки; однако во многих случаях этого невозможно достичь, поэтому замена стромальной соединительной тканью является лучшим средством для достижения структурной непрерывности.

    Способность регенерировать сильно зависит от типа паренхиматозных клеток.Регенерирующие клетки возникают в результате пролиферации близлежащих паренхиматозных клеток, которые служат заменой потерянных клеток. По регенерирующей способности различают три типа клеток:

    1. Лабильные клетки - клетки, которые обычно делятся и заменяют клетки, имеющие ограниченный срок жизни (например, эпителиальные клетки кожи и гемопоэтические стволовые клетки).
    2. Стабильные клетки - клетки, которые обычно имеют длительный срок жизни с обычно низкой скоростью деления; они могут быстро делиться по требованию.
    3. Постоянные клетки - клетки, которые никогда не делятся и не обладают способностью к репликации даже при стрессе или когда некоторые клетки умирают.

    В таблице 1 приведены примеры типов ячеек.

    Тип ячейки Примеры
    Лабильные клетки
    • Плоский эпителий кожи, рта, влагалища и шейки матки
    • Столбчатый эпителий кишечного тракта
    • Переходный эпителий мочевыводящих путей
    • Клетки костного мозга
    Стабильные ячейки
    • Гепатоциты печени
    • Альвеолярные клетки легкого
    • Эпителий канальцев почек
    Постоянные ячейки
    • Нейроны
    • Скелетная и сердечная мышца

    Таблица 1.Примеры трех типов клеток паренхимы

    Лабильные клетки обладают большим потенциалом к ​​регенерации путем репликации и повторного заселения одним и тем же типом клеток, пока поддерживающая структура остается неизменной. Стабильные клетки также могут реагировать и регенерировать, но в меньшей степени и в значительной степени зависят от поддерживающего каркаса стромы. Когда каркас стромы поврежден, регенерированные паренхимные клетки могут неравномерно рассредоточиться в органе, что приведет к снижению функции органа.Ответом ткани на лабильные и стабильные клетки изначально является гиперплазия, пока функция органа снова не станет нормальной. Когда постоянные клетки умирают, они не заменяются естественным образом, а вместо этого перемещается соединительная ткань (обычно фиброзная ткань), чтобы занять поврежденную область. Это форма метаплазии.

    Примеры замены метаплазией:

    • Цирроз печени - клетки печени (гепатоциты) замещаются полосками фиброзной ткани, которая не может выполнять метаболические функции печени.
    • Инфаркт миокарда - клетки сердечной мышцы не регенерируют и замещаются волокнистой соединительной тканью (рубцом). Рубец не может передавать электрические импульсы или участвовать в сокращении сердца.
    • Легочный фиброз - поврежденные или мертвые эпителиальные клетки, выстилающие легочные альвеолы, заменяются фиброзной тканью. Газы не могут диффундировать через фиброзные клетки, и поэтому в легких резко снижается газообмен.

    Рис. 3. Активация путей токсичности
    (Источник изображения: адаптировано из д-ра Эндрю Майера, адаптировано из Национального исследовательского совета (NRC) 2007a.)

    .

    Смотрите также