3.3. Regeneracja, jej występowanie i prawidłowości.
3.3.1. Definicja i podziały
- regeneracja bliska rozwojowi ontogenicznemu, odtwarzanie utraconych części ciała
- regeneracja - proces rozwojowy wtórny - inny materiał wyjściowy, uprzednio zróżnicowany, inne sąsiedztwo tkankowe
- jest pokrewna do: rozmnażania, pączkowanie, fragmentacje (rozmnażanie organizmu przez regeneracje) - rozmnażanie bezpłciowe (policytologia)
- może pełnić rolę rozmnażania, gdy zdolność regeneracji jest dostatecznie duża(odtworzenie całych osobników z oderwanej części)
*)regeneracja powiązana jest z:
1)wzrostem osobnika
2)zjawiskiem kancerogenezy (tworzenie guzów)
3)teratogenezy (niedokształcenia, powiększenia, uwielokrotnienie organów)
4)hypertrofii kompensacyjnej (usuwając do 1,5 nerki, jej komórki namnażają się, najwyższa aktywność 48h po zabiegu - dochodzi do powiększenia się kłębuszków nerkowych, a nie zwiększenia liczby nefronów)
*) wielkość narządów jest regulowana przez „sprzężenie zwrotne ujemne” - doświadczenie z parabiozą (połączenie 2 zwierząt), czynniki humoralne
- Regulacja regeneracji u szczura:
po częściowej hepatektomii(usunięcie wątroby), niektóre komórki mnożą się do czasu wyjściowego (masa i rozmiar)
regeneracja fizjologiczna - procesy samoistne
regeneracja pourazowa (reperatywna)
regeneracja śródkomówkowa - naprawa na poziomie organelli
U zwierząt - wrażliwe na światło organelle, zawierają barwniki światłoczułe (fotopigmenty). Składa się z 2 połączonych drobin: retinenu (pochodna wit.A), opsyna (białko). Światło rozszczepia połączenie retinenu z opsyną, przy czym energia ze świetlnej na chemiczną. Dalsze reakcje chemiczne i elektryczne wywołują impulsy we włóknach nerwowych. Retinen łączy się ponownie z opsyną przy udziale ATP i enzymów. Tak dochodzi do regeneracji pigmentów na poziomie molekularnym.
Regeneracja fizjologiczna tkankowa - odnowa zużytych krwinek wytwarzanych w szpiku kostnych. Obumierające wierzchnie warstwy nabłonka skóry ulegają zrogowaceniu i złuszczeniu, na ich miejsce pojawiają się nowe przez ciągle działanie warstwy twórczej nabłonka - stratum germinativus.
regeneracja stała (włosy, paznokcie, plemniki, gruczoły łojowe, krwinki)
regeneracja cykliczna (śluzówka macicy, gruczoły mleczne)
regeneracja jednorazowa (zmiana zębów mlecznych)
3.3.2. Zdolności regeneracyjne w świecie zwierzęcym
regeneracja u bezkręgowców
a) Jamochłony - XVIII w. Trembley - zdolność wykształcenia się całych organizmów z części hydry(jamochłon) (z 1/200 ciała). Nie wszystkie okolice ciała mają taką samą zdolność do regeneracji (odcięte części ramion, stopa). Po odcięciu stopy i styliki i rozkawałkowaniu, zmieszaniu razem wytworzy się cały organizm (odpowiednio odżywiany wzrasta do pewnych rozmiarów, może pączkować).
Formowanie całego osobnika jest skutkiem przegrupowania się komórek i przemodelowania na drodze regulacji.
- u stułbi regeneracja przez epimorfozę - po poprzecznych przecięciu stułbi, brzegi rany zbliżają się do siebie wskutek skurczu komórek entodermy i powstający tak ozop zostaje pokryty nasuwającymi się komórkami nabłonkowymi. Następuje proces różnicowania, zostają odtworzone utracone części razem z ramionami. Pole morfogenetyczne... (meduzy-słaba regeneracja)
b) Gąbki - podobne efekty ja u hydr. Jeżeli przetrze się kawałek gąbki przez sito, to powstaje emulsja z pojedynczych izolowanych komórek. Komórki łączą się, tworzą skupienie, rosną i w ciągu kilku dni mogą wytworzyć małą gąbkę (duża zdolność regeneracyjna - prymitywność 2-listków, niski stopień ewolucyjny)
c) Pierwotniaki - wysoka zdolność regeneracji (orzęski) (wiciowce i korzeniówki - słabiej), pasożyty nie wykazują
- Trębacz (Stentor) - orzęska, ma macronukleus. Odtwarza utracone części ciała pod warunkiem, że odcięta część oprócz protoplazmy będzie zawierać kawałek jądra. Pocięte ciało po kilku godzinach regeneruje i przyjmuje pierwotny kształt, nieco zmniejszony.
- Stylonychia - orzęska, 13 rzędów rzęsek rozmieszczonych na 3 polach, usunięcie pola powoduje odrzucenie wszystkich rzęsek - morfalaksja(przestrojenie osobnika po urazie naruszającym prawidłową strukturę)
d) Robaki
- wypławki, należą do wirków, wolnożyjące robaki płaskie, trójlistkowe posiadające mezoderme - duża zdolność regeneracyjna
- robaki pasożytnicze - przywry, tasiemce, nicienie - brak zdolności do regeneracji, bo nie narażone na urazy...
- różny stopień zdolności regeneracji np. wirki wysoki - wypławki posiadają specjalne komórki o dużych potencjach rozwojowych, mogące przekształcać się w komórki przynależne do dowolnego listka zarodkowego (ekto-,ento-,mezodermy). Komórki o takich zdolnościach - pluri-,totipotantymi(wszystkomogące), niezróżnicowane, przpominające komórki zarodkowe. U hydry są to komórki interetycjalne - śródmiąższowe, u wypławka neoblasty (w parenchynie). Napełzają one z odległych miejsc w sąsiedztwo rany, są materiałem budulcowym i rozplanowym nowego utkania. *
Dośw.*)- wypławki i prom. X - cały naświetlony wysoką dawką (500 rentgenów) nie regeneruje, gdyż neoblasty tracą zdolność do podziałów i po kilku tyg. giną. Jeśli naświetli się głowową część ciała i nast. odcięto ją to po 15-20 dniach tworzy się pączek regeneracyjny, po czym zachodzi prawidłowa regeneracja. Opóźnienie regeneracji jest tym większe, im większa jest część naświetlona (im dłuższa droga do przebycia nieuszkodzonych neoblastów).
Wypławek rasy białej, pozbawiony pigmentu, naświetlony w całości prom. X, wszczepi się frag. ciała ciemnego, pigmentowanego osobnika, a nast. odcina się jego głowę, regeneracja z czasem następuje, jednak blastemat i cały regenerat jest ciemny tak samo jak tkanki implantowane⇒ komórki blastematyczne nawędrowały z innych rejonów ciała i nie powstają w miejscu urazu z komórek zróżnicowanych, bo te zostały uszkodzone prom.X
- każdy uraz mechaniczny wyzwala najpierw proces obkurczenia się mięsniówki sąsiadującej z raną(do jak najmniejszej powierzchni). Uszkodzone komórki i inne elementy umierają i są eliminowane, a z najbliższego otoczenia napełza nabłonek skórny, przykrywający obnażone tkanki wew.(niewłaściwa regeneracja, bo takie zjawiska zachodzą u zwierząt nieregenerujących). Następnie obserwuje się wywędrowanie pod nowy, wstępnie zgrubiały nabłonek rany neoblastów, które dążą zawsze w kierunku miejsca urazu. Ta wędrówka może być wywołana odcięciem, niewielkim uszkodzeniem tkanki. Następnie tworzy się wypuklenie (pączek lub blastema regeneracyjna), to stadium zaczyna właściwą regenerację.
- II etap - pączek wzrasta, napływają do niego neoblasty i komórki odrastające tkanek sąsiadujących z raną, materiał pączka intensywnie się powiększa (wzmożona mitoza).
- III etap - blastema zaczyna się przekształcać w brakujące struktury, komórki blastematyczne przegrupowują się i różnicują w definitywne tkanki. (Charakter tych procesów - epimorfoza czyli dobudowa z udziałem blastemy)
e) Pierścienice
- skąposzczety i wieloszczety - wysoka zdolnośc regeneracji
- nawet odcinek wycięty z Lumbricus rebellus regeneruje całe zwierze
- inne gatunki frag. 9 do 13 segmentów regeneruje w całości
-wieloszczety: osiadłe, narażone na zranienia, zdolne do odtwarzania czułków, szczecinek, parapodiów, płata głowowego.
Jeśli pierścienice pozbawi się tylnego końca ciała: 5, 10, 15 segmentów, to regeneruje ona odcinek złożony z 5, 10, 15 segmentów. Zatrzymuje się ona w momencie gdy liczba segmentów jest odpowiednia gatunkowi.
- pijawki brak regeneracji utraconych części ciała
f) Owady
- regeneracja utrudniona przez chitynowy pancerz, jest możliwe tylko w czasie linienia
- niektóre owady potrafią dość dobrze regenerować kończyny, odnóża w momencie okaleczenia odłamuje się pomiędzy poprzecznymi warstwami chityny i odtwarza się na drodze autotomii: I etap - zabezpieczenie rany, II etap - regeneracja w obrębie pozostający po autotomii elementów odnóża, odróżnicowanie ich tkanek, które zatracają specyfikę komórek mięśni prążkowanych tchawek i hypodermy. III etap - proces zróżnicowania, komórki wyścielające chitynę zamykają ranę, przekształcają się w hypodermę regeneratu, która odkleja się od błony chitynowej wytwarzając własną błonę. Z tego materiału powstaje regenerat kończyn wysuwający się na zewnątrz dopiero po kolejnej wylince, normalne rozmiary osiąga po kilku wylinkach
g) Szkarłupnie
- rozgwiazdy i strzykwy - duża zdolność regeneracyjna
- jedno oderwane ramie u rozgwiazdy może się odtworzyć cały organizm, lecz powstaje osobnik o swoistym kształcie
- strzykwy mają właściwość samookaleczenia (autotomia) - podobne jak u owadów, podrażniony osobnik wyjęty z wody lub zaatakowany przez drapieżnika wyrzuca na zewnątrz przez otwór odbytowy większość swoich narządów wew.(jelito, narządy oddechowe), pozostałe okaleczone szybko regenerują się
Regeneracja u kręgowców
- zróżnicowana zdolność pomiędzy gromadami i w gromadzie
- wśród karpiowatych szybko regeneruje się połowa ogona ze wszystkimi szczegółami po autotomii (jaszczurki...)
a) Płazy
- największa zdolność wykazują płazy ogoniaste (Urodela): aksolotl, traszka (szybko odrasta kończyna - regeneracja narządowa)
- bezpośrednio po urazie mechanicznym dochodzi do skurczu mięśni, zmniejszenia zmniejszenia powierzchni rany (zmniejszenie kontaktu tkanek wew. ze środowiskiem)
- zamknięcie krwawiących naczyń, w świetle naczyń powstaje skrzep z krwi(u wypławka był płyn parenchymalny), a z najbliższego sąsiedztwa napełza nabłonek izolujący ranę
- podobnie jak u wypłaków proces regeneracyjny przebiega etapami (u ogoniastych):
wytworzenie blastemy regeneracyjnej
wzrost blastemy
różnicowanie blastemy w narządach i tkanki definitywne
a) - blastema płazów nie jest taka sama jak wypławka - np. u traszki, aksolotla nie występują zarodkowe komórki totipotentne typu neoblastów, czyli brak materiału gotowego do napełzania i gromadzenia na ranie
- materiałem blastotwórczym stają się tkanki najbliższe rany (kikuta narządu) - podlegają odróżnicowaniu - z wysoce wyspec. stają się młodsze, mniej wyspec. i nabywają zdolności pełzania, wędrowania, dzielenia się; wzrasta zawartość kwasów rybonukleinowych - synteza białek.
*)metoda Bracheta - 2 barwniki:
a) pironinę - barwnik ceglasty o dużym powinowactwie do kw. rybonukleinowych
b) zieleń metylowa - barwnik zielony o powinowactwie do kw. dezoksyrybonukleinowych chromatyny jądrowej
- losy regeneracji zależą od wytworzenia prawidłowej blastemy (słabe blastemy mogą jej wcale nie wytworzyć)
b) - nagromadzone, odróżnicowane komórki regeneracyjne dzielą się na drodze kariokinezy, doprowadzając do rozrostu blastemy
c) - komórki zmieniają się na tkanki definitywne, traci zdolności podziału, tworzą określone struktury
...
-inny przebieg u płazów bezogoniastych(Anura)np.Xenopus laevia D.(plattana) występuje regeneracja epimorfotyczna, różniąca się w mechnizmie odtwórczym, brakiem odróżnicowania dalekosiężnego i głębokiego, tak jak u ogoniastych
- nie ma wyraźnego rozluźnienia struktury kostnej i mięśniowej kikuta
- u larwy Xenopus po odcięciu ogona tworzy się pęczek pokryty warstwą grubego nabłonka, pod nią zbierają się komórki(miejscowo) o charakterze łącznotkankowym, duże, gwiadkowate, utrwalone w momencie pełzania(duże jądra a cytoplazma silnie pironinofilna)
-metoda Brachata pozwala odróżnić komórki z jądrami powstałej struktury - nowotworzone komórki odróżnicowane są większe, mają większe jądra, czerwień jąderek i cytoplazmy jest silniejsza, co dowodzi że wzmożonej syntezy białkowej, gdyż komórki młode, żywo dzielące się muszą produkować nową masę protoplazmatyczną.
- teraz komórki odróżnicowane = komórki regeneracyjne, inne tkanki tworzącego się regeneratu pochodzą od kikuta odrastających obwodowo, ulegają odróżnicowaniu, zmieniają wygląd i metabolizm, brak obfitego wypełniania i dużych przegrupowań komórek
- w ciągły sposób ze starej cewki nerwowej odrasta jej przedłużenie - każda tkanka tworzy blastemę - regeneracja przez odrost
*)Xenopus laevis - wyjątek, bardzo małe zdolności regeneracyjne,
dojrzałe, nowo przeobrażone żaby i ropuchy nie są zdolne do zregenerowania kończyny
u plattany po uszkodzeniu kończyny, tworzy się długi odrost przedramienia, jednak nie wykształca się pełna struktura (dłoń, stopa)
b) Ssaki-poprzednie grupy regeneracja zewnętrzna(np.kończyny) a wewn. słabo
- niezdolne do regeneracji zewnętrznej
- po urazie brak tego procesu, następuje zmniejszanie wielkości rany, likwidacja krwawienia przez skurcz naczyń i skrzep, powstaje odczyn zapalny z likwidacją uszkodzonych struktur komórkowych i podścieliskowych, nie dochodzi do zróżnicowania
- rana pokrywa się nabłonkiem(epitelializacja), pod gromadzą się komórki tkanki łącznej, a potem coraz grubsze podścielisko łącznotkankowe, bezpostaciowa i włóknista
- tworzy się tkanka bliznowata - uraz kończy się bliznowaniem a nie regeneracją
----*) Regeneracja wewnętrzna
- regeneracja wątroby, nerki, płuca, a także tkanek - brak typowego procesu odróżnicowywania
- przykładem doskonałej regeneracji wewnętrznej odtwarzanie wątroby u myszy lub szczura(nawet po usunięciu 70%)
- nie wytwarza się blastema regeneracyjna
- w całym pozostawionym narządzie zachodzą procesy odtwórcze, komórki gruczołowe powiększają się, aktywność mitotyczna - hipertrofia oraz hiperplazja, prowadzące do uzupełnienia masy narządu ⇒ regeneracja przerostowa, podobne do kompensacji (przerost nieuszkodzonego narządu parzystego po usunięciu jednego)
.....
- u ssaków jest możliwość przejścia tkanki zróżnicowanej jednej w drugą w zakresie tej samej tkanki (nabłonkowa, łączna)
- nigdy kom. nabłonka nie mogą przejść w kom. tkanki łącznej albo łącznotkankowa w nerwową (konserwatywne w utrzymaniu raz nabytek specjalności )
***)Metaplazja
- pod wpływem przewlekłego ucieku wywołanego kamieniami żółciowymi, nabłonek jednowarstwowy walcowaty wyściółki woreczka może przemienić się w nabłonek wielowarstwowy płaski bardziej oporny na uraz (u mięśni brak)
- zdolność to tworzenia kości przez tkankę łączną nie wygasa, przy złamaniu kości komórki okostnej przekształcają się w osteoblasty(kościotwórcze) - zrastają kości
- elementy fibrocytarne ochrzęstnej przekształcają się w chondocyty, a włóknisty materiał pogrąża się w właściwą chrząstce masę(także przy przerwaniu ciągłości chrząstki)
3.3.3. Wpływ układu nerwowego na regenerację
- 1923r. Todd, później Singera
- u traszki przecięcie nerwu kulszowego całkowicie hamuje lub opóźnia regenerację odciętego ogona
- przecięcie nerwu w momencie rozpoczęcia regeneracji hamuje jej postęp lub prowadzi do nieprawidłowości odtwórczych
- nerwy wpływają na wyzwolenie komórek z tkanek i przekształcenie ich w komórki blastematyczne, czyli odróżnicowywanie (wzrost blastemy i dalsze różnicowanie)
- w czasie napełzania komórek nabłonkowych na powierzchnie rany po obcięciu ogonka kijanki stwierdza się wrastanie licznych nerwów pomiędzy nabłonki(warunek regeneracji)
- w regeneracji odnóży zarodków płazów nerwy nie spełniają zasadniczej roli - w I fazie rozwoju(odróżnicowanie i wzrost regeneratu) najważniejsze są czynniki humoralne, następne etapy takie same
- nerwy spełniają też funkcje odżywcze
3.3.4. Wpływ hormonów na procesy regeneracyjne
- hormony przysadki mózgowej - działają na początkowe etapy regeneracji, na jej rozpoczęcie (wg.Scotta)
- po usunięciu przysadki nie zachodzi regeneracja, rana ulega zbliżeniu - działa tu hormon ACTH pobudzający kory nadnercza do wydzielania ACTH(podobnie hormon wzrostu)