Развитие и регенерация тканей

Ткани возникли в ходе эволюции на определенных этапах фило­генеза. В процессе индивидуального развития (онтогенеза), в значи­тельной мере повторяющего филогенез, их источниками служат различ­ные эмбриональные зачатки.

Закономерности эволюционного развития тканей обобщены в теории дивергентного развития тканей (Н.Г.Хлопин) и теории па­раллелизмов, параллельных рядов, или параллельного развития тканей (А.А.Заварзин).

Теория дивергентного развития тканей в филогенезе и онто­генезе рассматривает эволюционные преобразования тканей (как и це­лых организмов) в качестве дивергентного процесса (от лат. divergo – отклоняюсь, отхожу), в ходе которого каждый эмбриональный зачаток дает начало тканям, постепенно приобретающим все более выражен­ные различия своих структурных и функциональных характеристик. Эта теория раскрывает основные направления эволюции тканей.

Теория параллелизмов основана на сходстве строения тканей, выполняющих одинаковые функции, у неродственных, далеких друг от друга в филогенетическом отношении групп животных. Она демонстри­рует неразрывность структурной и функциональной организации тканей и указывает на независимый ("параллельный") ход эволюции функцио­нально однотипных тканей в разных ветвях животного мира, приведший к развитию сходства их структурной организации. Эта теория подчерки­вает адаптивные свойства тканей и раскрывает причины их эволюции.

Теории дивергентного развития тканей и параллелизмов объедине­ны в единую эволюционную концепцию развития тканей (А.А.Браун и В.П.Михайлов), согласно которой сходные структуры в различных ветвях филогенетического дерева возникали параллельно в ходе дивер­гентного развития

Развитие каждого вида ткани (гистогенез) обусловлено процессами детерминации и дифференцировки их клеток.

Детерминация тканей (от лат. determinatio - определение) про­исходит в ходе их развития из эмбриональных зачатков и является про­цессом, закрепляющим ("программирующим") свойственное каждой тка­ни направление этого развития. Она обеспечивается ступенчатым огра­ничением (рестрикцией) потенций клеток (их коммитированием). На молекулярно-биологическом уровне этот процесс осуществляется путем определения набора тех или иных генов, дифференциальная активность которых (в генетически идентичных клетках) и обусловливает их спе­цифичность. Так как генотип клеток всех тканей остается неизменным (за исключением клеток лимфоидной ткани), то возникающие вследст­вие дифференциальной экспрессии генов различия называются эпигеномными. Регуляция дифференциальной активности генов в тканях осу­ществляется разнообразными молекулярно-биологическими механизмами.

Вопрос об обратимости детерминации тканей в течение многих лет является предметом дискуссии. По мнению большинства гистологов, процесс детерминации зрелых тканей необратим и все возможные их превращения в любых условиях осуществляются лишь в рамках, ограни­ченных гистогенетическими потенциями конкретного тканевого типа.

Такое понимание детерминации отрицает возможность истинной мета­плазии (от греч. metaplasso - превращать), т.е. преобразования зрелой ткани одного типа в зрелую ткань другого типа. Последние достижения генной инженерии, а также осуществленное в     1997 г. успешное получе­ние полноценного клонированного животного (из зиготы, в которой ее собственное ядро было заменено ядром клетки зрелой ткани), со всей очевидностью указывают на необходимость более детальной разработки этой проблемы и, возможно, пересмотра и уточнения ряда принятых представлений.

Дифференцировка - процесс, в ходе которого клетки данной ткани реализуют закрепленные детерминацией потенции. При этом они проходят ряд стадий развития, постепенно приобретая структурные и функциональные свойства зрелых элементов. Дифференцировка кле­ток происходит как в развивающихся, так и в зрелых тканях и характе­ризуется экспрессией части генома, определенной процессом их детер­минации. Ткань обычно содержит клетки с разным уровнем дифферен­цировки.

Дифферон - совокупность всех клеток, составляющих данную ли­нию дифференцировки - от наименее дифференцированных (стволовых) до наиболее зрелых дифференцированных. Многие ткани содержат не­сколько различных клеточных дифферонов, которые взаимодействуют друг с другом. Последнее положение расходится  с иногда высказывае­мыми представлениями о том, что каждая ткань образована непременно однотипными (морфологически и функционально сходными) клетками.

Стволовые клетки - наименее дифференцированные клетки дан­ной ткани, являющиеся источником развития других ее клеток. Они имеются во всех тканях в ходе их эмбрионального развития и присут­ствуют во многих тканях зрелых организмов.

Важнейшие свойства стволовых клеток:

(1) образуют самоподдерживающуюся популяцию,

(2) редко делятся,

(3) устойчивы к действию повреждающих факторов,

(4) в некоторых тканях плюрипотентны, т.е. способны стать источ­ником развития нескольких видов дифференцированных клеток.

Родоначальные клетки (progenitor cells в англоязычной литера­туре), или полустволовые клетки возникают непосредственно вслед­ствие дифференцировки стволовых; активно размножаясь, они посте­пенно превращаются в клетки-предшественники (precursor cells в анг­лоязычной литературе), которые дают начало дифференцированным зрелым клеткам, обеспечивающим выполнение функций! данной ткани. Не­редко термином "клетки-предшественники" обозначают все малодифференцированные потомки стволовой клетки.

Камбиальные элементы, или камбий (от лат. cambium - смена) - совокупность стволовых клеток, родоначальных клеток и клеток-пред­шественников данной ткани, деление которых поддерживает необходи­мое число ее клеток и восполняет убыль популяции зрелых элементов. В тех зрелых тканях, в которых не происходит обновления клеток (сер­дечная мышечная ткань, нейроны), камбий отсутствует. По распределе­нию камбиальных элементов в ткани выделяют локализованный и диф­фузный камбий. В некоторых случаях камбий может располагаться за пределами ткани (вынесенный камбий).

Локализованный камбий характеризуется тем, что его элементы сосредоточены в конкретных участках ткани. К тканям с таким кам­бием относят, например, многослойные эпителии (камбий локализован в базальном слое), эпителий кишки (камбий сосредоточен в кишечных криптах), эпителий желудка (камбий расположен в шейке желудочных желез), эпителий слюнных желез (камбий сконцентрирован во вставоч­ных протоках), эпителий коры надпочечника (камбий находится в клубочковой зоне).

Диффузный камбий отличается от локализованного тем, что его элементы рассеяны в ткани среди других, более дифференцированных клеток. Примерами тканей с диффузным камбием могут служить эпи­телий щитовидной и околощитовидной желез, гипофиза, эндотелий и мезотелий, гладкая мышечная ткань и др.

Вынесенный камбий встречается сравнительно редко. Его элемен­ты, лежащие за пределами ткани, активируясь и в дальнейшем диффе­ренцируясь, постепенно включаются в ее состав. Примером такого кам­бия служит совокупность камбиальных малодифференцированных эле­ментов хрящевой ткани, расположенных в надхрящнице (которая вхо­дит в состав хряща как органа, но не относится к собственно хрящевой ткани). В костной ткани лишь часть камбиальных эле­ментов (сосредоточенных в надкостнице) может быть отнесена к выне­сенному камбию.

Дифференцированные зрелые клетки некоторых тканей могут сохранять способность к делению при соответствующей стимуляции (например, гепатоциты, тироциты, макрофаги). Другие зрелые клетки являются терминально (необратимо) дифференцированными - они пол­ностью утрачивают способность к делению (например, нейроны, гранулоциты крови, остеоциты, каемчатые энтероциты, кардиомиоциты).

Регенерация ткани (от лат. regeneratio - возрождение) процесс, обеспечивающий ее обновление (новообразование ее элементов) в ходе нормальной жизнедеятельности (физиологическая регенерация) или вос­становление после повреждения (репаративная регенерация). Репаративная регенерация осуществляется на основе тех же механизмов, что и физиологическая, но отличается от нее большей интенсивностью про­явлений.

Хотя полноценная регенерация ткани включает обновление (вос­становление) ее клеток и всех их производных, включая межклеточное вещество, основную роль в регенерации ткани играют клетки, так как именно они служат источником всех остальных компонентов ткани. По­этому возможности регенерации ткани в значительной мере определяют­ся способностью к регенерации ее клеток.

Регенерация клеток (клеточная регенерация) - процесс их об­новления (новообразования) в физиологических условиях или восста­новления после повреждения (утраты) их части. Регенерация клеток осуществляется путем их митотического деления - механизмом проли­ферации (от лат. proles - потомство и fero - несу). Активность пролиферации клеток каждой ткани контролируется факторами роста, гормо­нами, цитокинами, кейлонами, характером функциональных нагрузок.

По уровню обновления клеток все ткани организма подразделяются на три группы:

(1) стабильные клеточные популяции - долгоживущие клетки, ко­торых полностью утратили способность к делению (нейроны, кардиомиоциты);

(2) растущие клеточные популяции, состоящие из долгоживущих клеток, выполняющих специализированные функции, которые способны при стимуляции делиться и претерпевать полиплоидизацию (эпителий почки, печени, поджелудочной, щитовидной и предстательной желез);

(3) обновляющиеся клеточные популяции, которые состоят из постоянно и быстро обновляющихся клеток (эпителий кишки и эпидер­мис, форменные элементы крови).

Внутриклеточная регенерация - процесс, обеспечивающий не­прерывное обновление структурных компонентов клеток в физиологи­ческих условиях или после повреждения. В норме при сбалансирован­ности анаболических и катаболических процессов общий объем клетки и содержание в ней ультраструктурных компонентов остаются сравни­тельно стабильными. Внутриклеточная регенерация универсальна, она свойственна всем тканям организма человека. В некоторых тканях (сердечная мышечная ткань) или клеточных линиях (нейроны) она является единственным способом обновления структур, в других в различной ме­ре сочетается с обновлением их клеток.

Гипертрофия клеток (от греч. hyper - избыточный и trophe - пи­тание) - увеличение их объема и функциональной активности при одно­временном нарастании содержания внутриклеточных структур - развива­ется вследствие осуществления усиленной внутриклеточной регенера­ции в условиях преобладания анаболических процессов над катаболическими (например, при адаптации гладких или сердечных миоцитов к усиленной нагрузке или активации секреторных процессов в гормо­нально зависимых железистых клетках). При гипертрофии обычно в на­ибольшей степени нарастает объем тех внутриклеточных компонентов, которые обеспечивают адаптацию данного вида клеток к изменившимся условиям (в мышечных клетках - элементов сократительного и энер­гетического аппаратов, в железистых - синтетического). Гипертрофия клеток нередко сопровождается их полиплоидизацией, создающей воз­можности для активации процесса транскрипции.

Атрофия клеток - (от греч. а - отрицание и trophe - питание) - снижение их объема, массы, функциональной активности и содержания внутриклеточных структур вследствие ослабления процессов внутри­клеточной регенерации и преобладания катаболических процессов над анаболическими. Атрофия клеток может явиться результатом их бездея­тельности, гормонального дефицита (в гормонально зависимых тканях), недостаточности питания, возрастных изменений (старения), воздейст­вия неблагоприятных физических, химических и др. факторов.

Гипертрофия ткани - увеличение ее объема, массы и функцио­нальной активности - может явиться следствием:

(1) гипертрофии ее отдельных клеток при их неизменном числе (в тканях с отсутствием клеточной регенерации);

(2) гиперплазии (от греч. hyper - избыточный и plasis - образо­вание) - увеличения числа ее клеток путем их избыточного новообразо­вания. Последнее может обеспечиваться путем активации клеточного деления - пролиферации (от греч. proles - потомок, fero - несу) - в тка­нях с высокой активностью клеточной регенерации или (и) в результате ускорения дифференцировки малодифференцированных предшествен­ников;

(3) сочетания обоих процессов.

Атрофия ткани - снижение ее объема, массы и функциональной активности - может явиться следствием: (а) атрофии ее отдельных кле­ток при их неизменном числе; (б) уменьшения числа ее клеток; (в) со­четания обоих процессов.