Что происходит с двигателем при регенерации
Что происходит с двигателем при регенерации
ЛЕКЦИЯ № 7. Регенерация. Заживление ран
Регенерация – это восстановление структурных элементов ткани взамен погибших. Это восстановление как структуры, так и функции. К факторам, влияющим на ход регенерации, относятся: общие (возраст, интенсивность обменных процессов, состояние кроветворной и иммунной систем и др.) и местные (состояние сосудов, нейротрофики, лимфообращения, структурно-функциональные особенности органов и тканей, объем повреждения).
Механизмы регуляции регенерации:
1) гуморальные факторы – кейлоны, которые представляют собой гликопротеины и их вырабатывают зрелые непо-врежденные клетки (эпителиальные, клетки крови и т. д.). Эти вещества выбрасываются в кровь и сдерживают пролиферацию, повышают синтез ДНК и снижают митотическую активность. Антикейлоны (мезенхимальный фактор) вырабатываются в соединительной ткани (содержат белки и сиаловые кислоты);
2) гормональные факторы:
а) соматотропный гормон гипофиза стимулирует пролиферацию и активную регенерацию;
б) минералокортикоиды стимулируют, а глюкокортикостероиды сдерживают воздействие на регенерацию;
в) гормоны щитовидной железы стимулируют процесс регенерации;
3) иммунные факторы – лимфоциты выполняют информационную роль, Т-лимфоциты стимулируют эффект заживления, а В-лимфоциты угнетают;
4) нервные механизмы регуляции прежде всего связаны с трофической функцией нервной системы;
5) функциональные механизмы – с функциональным запасом органа и (или) ткани.
1) фаза пролиферации – происходит увеличение числа клеток или ультраструктур (это молодые камбиальные клетки – клетки-предшественники)); эта фаза осуществляется за счет факторов роста: тромбоцитарного, эпидермального, фибробластического, макрофагального и лимфоцитарного;
2) фаза дифференцировки – молодые клетки созревают, происходит их структурно-функциональная специализация. Классификация регенераций:
1) по уровню регенерации: молекулярный, клеточный, субклеточный, тканевый, органный, системный;
а) клеточная регенерация возникает в тех органах или тканях (в эпидермисе, эпителии слизистых оболочек, эндотелии и мезотелии серозных оболочек, соединительной и кроветворной тканях), где находятся лабильные клетки, которые имеют ограниченный срок жизни; осуществляется эта форма регенерации путем увеличения числа клеток (гиперплазия);
б) смешанная регенерация возникает в органах и тканях, содержащих стабильные клетки (легкие, печень, почки, поджелудочная железа, эндокринные железы); регенерация осуществляется путем гиперплазии самих клеток, а также путем гиперплазии ультраструктур внутри клеток; если в печени небольшой очаг, то идет клеточная форма регенерации, а при большом повреждении регенерация происходит путем сочетания ультраструктур и самих клеток;
в) внутриклеточная регенерация происходит исключительно в ганглиозных клетках ЦНС;
3) по видам регенерации – физиологическая, репаративная и патологическая.
Физиологическая регенерация не связана с действием какого-либо повреждающего фактора и осуществляется с помощью апоптоза. Апоптоз – это генетически запрограммированная гибель клетки в живом организме. Некроз осуществляется при участии гидро– и протеолитических ферментов при обязательном явлении апоптоза. Апоптоз осуществляется за счет активации кальций-,магний-зависимых эндонуклеаз, возникает фрагментация ядра и всей клетки. Клетка делится на апоптозные тельца. Каждый фрагмент содержит элементы ядра, цитоплазму. Это фаза образования апоп-тозных телец. Затем следует фаза фагоцитоза – апоптозные тельца захватывают рядом расположенные клетки и макрофаги. Никакой воспалительной реакции не происходит.
Репаративная регенерация происходит при возникновении различных повреждающих факторов (травма, воспаление). Полная регенерация, или реституция, – полное структурное и функциональное восстановление; неполная регенерация, или субституция, возникает в органах с внутриклеточной формой регенерации и в органах со смешанной формой регенерации, но при обширном повреждении. При инфаркте миокарда зона некроза замещается соединительной тканью, по периферии рубца происходит гипертрофия кардиомиоцитов, так как в них самих увеличиваются ультраструктуры и их количество. Все это направлено на восстановление функций. Соединительная ткань окрашивается по Ван-Гизону в зеленый цвет, а рубец в красный.
Патологическая регенерация может быть избыточной (гиперрегенерация), замедленной (гипорегенерация), метаплазией и дисплазией. Избыточная регенерация возникает при выраженной активации первой фазы регенерации (костные мозоли при переломах, экзостозы – костные выросты на подошвенной поверхности стоп, келоидные рубцы, аденома). Гипорегенерация имеет место, когда фаза пролиферации протекает вяло. Это происходит в таких органах и тканях, где имеется хроническое воспаление и где часто нарушаются процессы сосудистой и нервной трофики (трофические язвы на нижних конечностях, длительно незаживающие раны кожи у диабетиков, хроническая язва желудка). Метаплазия возникает в органах и тканях с клеточной формой регенерации, и нередко ей предшествует хроническое воспаление – например, у курильщиков и у людей с хроническим бронхитом происходит превращение призматического эпителия в плоский многослойный с дальнейшим ороговением. Процесс может быть обратимым, если бросить курить и провести интенсивное комплексное лечение; как неблагоприятное течение – рак бронха с переходом на легкое. При анемиях и болезнях крови происходит метаплазия желтого костного мозга в красный. Это компенсаторный механизм. При метаплазии соединительной ткани происходит ее перерождение в хрящевую, а затем в костную. В слизистой желудка на фоне хронического гастрита метаплазия возникает, когда появляются бокаловидные клетки, которые являются предшественницами онкологического процесса. Дисплазия возникает при нарушении пролиферации и при дифференцировке клеток, поэтому появляются атипичные клетки, т. е. имеющие различные формы и величину, имеющие крупные гиперхромные ядра. Такие клетки появляются среди обычных эпителиальных клеток (в эпителии слизистой желудка, матки, кишечника).
Различают три степени дисплазии: легкая, умеренная, тяжелая (когда почти все клетки эпителиального пласта становятся атипичными и диагностируются как рак на месте).
В течении регенерации соединительной ткани различают III этапа.
I. Образование молодой, незрелой соединительной – грануляционной – ткани. В ней различают тонкостенные кровеносные сосуды в большом количестве, единичные лейкоциты, макрофаги и межуточное вещество (белки, глюкоза и аминокислоты).
II. Образование волокнистой соединительной ткани (большое количество фибробластов, тонких коллагеновых волокон и многочисленных кровеносных сосудов определенного типа.
III. Образование рубцовой соединительной ткани, в которой содержатся толстые грубые коллагеновые волокна, небольшое количество клеток (фиброцитов) и единичные кровеносные сосуды с утолщенными склерозированными стенками.
Заживление ран относится к репаративной регенерации. Различают четыре вида: непосредственное закрытие дефекта наползающим эпителием, заживление под струпом, заживление первичным и вторичным натяжением. Непосредственное закрытие дефекта эпителиального покрова – это простейшее заживление, заключающееся в наползании эпителия на поверхностный дефект и закрытии его эпителиальным слоем. Наблюдаемое на роговице и слизистых оболочках заживление под струпом касается мелких дефектов, на поверхности которых возникает подсыхающая корочка (струп) из свернувшейся крови и лимфы; эпидермис восстанавливается под корочкой, которая отпадает на 3—5-е сутки.
Первичным натяжением происходит заживление глубоких ран с повреждением не только кожи, но и глубоколежащих тканей;
раны имеют ровные края, не инфицированы и не загрязнены инородными телами. В первые сутки происходит очищение раны лейкоцитами и макрофагами, после чего раневой дефект заполняется грануляционной тканью, которая перерождается в нежный рубчик на 10—15-е сутки. На него ползет эпителий. Вторичным натяжением заживают раны инфицированные, размозженные, загрязненные и с неровными краями; заживают через очищение лейкоцитами и макрофагами на 5—6-е сутки. Это очищение идет очень интенсивно через гнойное воспаление – на 7—8-е сутки раневой канал заполняется грануляционной тканью.
Регенерация миокарда: что выбрать — клеточную терапию или лекарственные препараты?
Исследователи бьются над тем, как стимулировать регенерацию миокарда, дабы заместить соединительнотканный постинфарктный рубец.
Двадцать лет назад Пьеро Анверса, кардиолог и исследователь стволовых клеток, опубликовал интересную статью. Видный исследователь в Нью-Йоркском медицинском колледже в Валгалле, в экспериментах на мышах он продемонстрировал, что, вопреки распространенному мнению, регенерация миокарда после [ишемического] повреждения возможна с помощью стволовых клеток из костного мозга [1]. В ходе инфаркта миокарда, широкой общественности известного как «сердечный приступ», развивается гипоксия клеток сердечной мышцы, что приводит к их гибели. В ответ на месте погибшего участка мышечной ткани развивается рубцовая. Однако восстановленные таким образом области сердца не способны перекачивать кровь как прежде. Со временем может развиться сердечная недостаточность, особенно в случае новых инфарктов. Практическое значение работы Анверсы было очевидно: благодаря своей способности к неограниченному росту и пролиферации стволовые клетки могли восстановить повреждения, вызванные инфарктом, и тем самым предотвратить сердечную недостаточность.
Но другие исследования, в ходе которых ученые пытались повторить эти результаты на мышах, оказались безуспешными. В конце концов начали появляться обвинения в фальсификации результатов, и Анверса, который с тех пор стал сотрудником Гарвардской медицинской школы, Бригама и Женской больницы в Бостоне (штат Массачусетс), в 2015 году был вынужден оставить занимаемые им должности. Два года спустя Бригам и Женская больница заплатили правительству США 10 миллионов долларов для урегулирования обвинений в том, что Анверса с соавт. сфальсифицировали данные для подачи заявки на федеральное финансирование дальнейших разработок. А в ходе расследования, проведенного в Гарварде в 2018 году, было принято решение отозвать 31 статью Анверсы.
Майкл Шнайдер, кардиолог и исследователь из Имперского колледжа в Лондоне, заявил, что этот процесс приглушил энтузиазм, который когда-то окружал исследования в области терапии стволовыми клетками. Он признает, что противоречия, явное несоблюдение основных принципов научной работы и доказательства против заявлений Анверсы бросили тень на эту область в целом. Это прискорбно, потому что множество других ученых, занимающихся стволовыми клетками, проводят исследования в рамках закона.
Тем временем возникла еще одна стратегия регенерации миокарда, вдохновленная животными, которые, в отличие от людей, обладают способностью восстановления сердечной мышцы после ишемического повреждения. Исследователи стремятся узнать больше о молекулах, синтезируемых в миокарде в ходе ауторегенерации у рыбок данио (Danio rerio). Также изучается, могут ли инъекционные препараты на основе тех же веществ привести к сходным результатам при репарации миокарда человека.
Теперь вопрос заключается в том, что окажется эффективнее для регенерации сердца: стволовые клетки, препараты на основе низкомолекулярных соединений или же комбинация этих двух подходов.
Эволюция взглядов
После скандала с Анверсой произошел важный сдвиг парадигмы в области стволовых клеток. Согласно результатам литературного обзора в 2019 году, в ходе новейших исследований выясняется, что при терапии стволовыми клетками преимущественное влияние оказывют секретируемые ими вещества, а не пролиферация самих клеток [2]. Как отмечает Джавария Техзиб, автор обзора, специалист по внутренним болезням из Медицинского центра Олбани (Нью-Йорк), спустя много лет работы удалось обнаружить, что эффект замены поврежденных клеток [стволовыми] незначителен. Она поясняет, что истинная регенерация происходит тогда, когда клетки выделяют факторы роста, которые, в свою очередь, влияют на восстановление сердечной мышцы, уменьшая воспаление и стимулируя образование новых кардиомиоцитов.
Это означает, что методы лечения стволовыми клетками имеют некоторое сходство со стратегией введения лекарственных препаратов — по сути, все сводится к молекулам, секретируемым стволовыми клетками, что аналогично прямой инъекции лекарственных средств. Однако существуют и важные отличия.
Во-первых, часть преимуществ терапии стволовыми клетками по-прежнему связана с клеточной пролиферацией, даже если этот аспект относительно мал. Во-вторых, контроль того, какие вещества вырабатываются стволовыми клетками после их введения практически невозможен, тогда как конкретные лекарственные соединения можно вводить в четко заданных дозах. И, наконец, способы введения, доставки и сферы воздействия определенных лекарственных средств и стволовых клеток значительно разнятся.
В исследовании, опубликованном в 2020 году, была продемонстрирована важность молекул, вырабатываемых стволовыми клетками. Целью исследования был поиск структурной целостности белков в миокарде у мыши с инфарктом [3]. Сердечный приступ был смоделирован (искусственно вызван) у восьми взрослых мышей. Четыре недели спустя половине грызунов ученые ввели стволовые клетки. Еще через четыре недели животных вскрыли, и после аутопсии образцы миокарда мышей были промыты серией буферных растворов и химических реагентов для экстракции белков. Затем был произведен анализ этих белков. Как заявляет Андре Тержич, ведущий автор исследования, по сути было проведено массивное сканирование каждого белка в сердце. Авторам удалось идентифицировать почти 4000 белков и показать, что в ходе инфаркта структура почти 450 из них искажается. Но благодаря терапии стволовыми клетками число белков с нарушенной структурой снизилось до 283.
Тержич, директор Центра регенеративной медицины Клиники Мейо в Рочестере, штат Миннесота, утверждает, что белки — это те важные компоненты, благодаря которым сердце работает в правильном режиме, однако при болезни они повреждаются. Вероятно, способность этих стволовых клеток секретировать вещества для регенерации является ключевым элементом наблюдаемого авторами процесса.
Между всеми клетками и тканями постоянно происходит обмен сигналами на молекулярном уровне относительно локальных потребностей той или иной группы клеток или же о стрессовом воздействии. Как объясняет Чарльз Мерри, патофизиолог-экспериментатор и директор Института стволовых клеток и Восстановительной медицины Вашингтонского университета в Сиэтле, при потере части клеток в результате сердечного приступа (инфаркта) данная межклеточная коммуникация нарушается. Введенные же стволовые клетки способствуют компенсации нарушенного сообщения между клетками посредством секреции сигнальных молекул.
Пусть все вышесказанное и выглядит обнадеживающе, некоторые аспекты терапии стволовыми клетками необходимо усовершенствовать. В исследовании 2018 года Murry с соавт. провели трансплантацию порядка 750 миллионов кардиомиоцитов макакам, перенесшим тяжелый инфаркт [4]. Через месяц после операции сердце обезьян было способно перекачивать на 10,6 % больший объем крови, при этом в группе контроля этот показатель составил 2,5 %. Это преимущество у прооперированных животных сохранялось даже спустя три месяца, однако у одной из пяти обезьян, получивших лечение стволовыми клетками, наблюдалась аритмия. В исследованиях на мелких животных ранее не выявляли развития аритмии, однако то, что она представляет собой постинфарктное осложнение, известно давно. Тем не менее, исследователи расценили аритмию как потенциальный побочный эффект введения стволовых клеток. По словам Murry, хотя данное обстоятельство и не является статистически значимым, ученые рассматривают его как осложнение лечения.
Рыбки данио (Danio rerio) обладают способностью к регенерации сердечной мышечной ткани после ее повреждения
Помимо соображений безопасности, терапия стволовыми клетками также связана с аспектами практического применения. «Представьте себе целую лабораторию со всеми этими культуральными флаконами, в которых нужно выращивать миллионы клеток только для того, чтобы создать одну дозу» — говорит Тержич. В случае десятков тысяч пациентов необходимы огромные усилия для быстрого и эффективного лечения. Время в таких условиях крайне ограничено, и нет возможности создавать значительные резервы стволовых клеток.
Низкомолекулярные препараты и рыбы
Существует по крайней мере одна причина, заставляющая людей искать иные способы регенерации сердца. Как заявляет Пол Райли, специалист в области физиологии сердечно-сосудистой системы из Оксфордского университета (Великобритания), в терапию стволовыми клетками было вложено очень много времени и денег, что дало пациентам ложные надежды, однако до сих пор результаты клинических испытаний оказывались в значительной степени неутешительными. Райли изучает вопрос, может ли введение определенных молекул в сердце оказаться более эффективным.
Сердце человека не может регенерировать самостоятельно, однако другие животные на это способны. Например, рыбка данио может восстановить свое сердце даже после того, как было удалено 20 % массы миокарда. У новорожденных мышей также отмечена способность регенерировать ткань миокарда. Наблюдение за молекулярными сигнальными путями, протекающими в организме этих животных, может подтолкнуть к воссозданию аналогичных процессов у людей.
Согласно результатам исследований, после инфаркта миокарда у рыбок данио эпикард — оболочка, окружающая сердечную мышцу, — вырабатывает молекулярные сигналы, которые способствуют запуску регенерации мышечных клеток [5]. Существует надежда, что управление молекулярными процессами в эпикарде человека может привести к сходным терапевтическим результатам. Райли заявляет, что, вероятно, существуют способы для непосредственного воздействия на клетки в сердце посредством небольших молекул или лекарств, которые могут стимулировать регенерацию.
Еще в 2011 году Райли с соавт. показали, что это теоретически возможно [6]. В течение недели перед искусственной индукцией инфаркта ученые ежедневно вводили взрослым мышам белок, называемый тимозином β4, и обнаружили, что у этих мышей наблюдался рост новой сердечной мышечной ткани. Это открывает новые возможности превентивной терапии. Если у человека высокий риск сердечного приступа, то патогенетически вполне обоснованно использовать подготовительные или профилактические средства, которые поспособствует предотвращению развития сердечно-сосудистой катастрофы. Однако этот подход — не панацея и не способ восстановления миокарда после повреждения, поиск которого ведут ученые. С тех пор в своих иных исследованиях Райли с соавт. продемонстрировали, что помимо тимозина β4 в стимуляции эпикарда в ходе регенерации сердца также задействованы и другие белки [7].
Легче увидеть, как лекарственный путь открывает более четкие перспективы практического применения, однако в основе данного подхода лежит новая гипотеза, которая еще не была проверена в клинических испытаниях на людях. По словам Техжиба, все усилия исследователей по-прежнему сосредоточены на работах со стволовыми клетками.
Может возникнуть ситуация, когда терапия стволовыми клетками вначале получит одобрение на законодательном уровне, а потом более классические фармакотерапевтические способы вытеснят ее — после того, как в ходе экспериментов будет подтверждена их эффективность. Техжиб утверждает, что когда удастся окончательно доказать эффективность подхода, основанного на белках [в т.ч. рыбок данио и мышей], тогда можно будет утверждать, что стволовые клетки ушли в прошлое. Но до тех пор исследователи должны продолжать использовать их потенциал.
Murry разделяет это мнение, заявляя, что результаты исследований сторонников как одного, так и другого подхода могут в конечном итоге послужить во благо друг друга. По его словам, необходимо поддерживать открытую конкуренцию идей, а открытая публикация результатов позволит разобраться в ситуации. Это лучше, чем просто заявлять о превосходстве какой-то одной избранной гипотезы.
«В терапию стволовыми клетками было вложено очень много времени и денег, что дало пациентам ложные надежды».
РЕГЕНЕРАПИЯ
Регенерацией называется процесс восстановления тканей и органов, почему либо потерпевших ущерб. Это один из важнейших факторов приспособительной эволюции организмов во внешней среде.
Нормальный организм животного, человека в процессе его жизнедеятельности непрерывно обновляется за счет разрушения и воспроизведения клеток, тканей и даже целых органов. Таким образом, регенерация есть самовоспроизведение, будет ли это касаться лишь молекулярного состава, белков, ферментов, каких- то органоидов клетки, целой клетки или клеточных комплексов. При этом регенерация направлена не только на простое восстановление утраченной структуры, но и на сохранение формы, т. e. направлена на сохранение целостности и структурности.
Организм растения, животного, человека непрерывно теряет во внешнюю среду отжившие части своего тела. B процессе жизни рептилии, птицы и многие млекопитающие в определенное время года сменяют огромные площади эпидермиса, волосы, перья. Растения теряют цветки, листья целые побеги.
Процессы ауторегуляции и ауторепродукции в какой — то мере свойственны всем клеткам организма, а в некоторых тканях соответствующие клеточные структуры и межклеточные территории, испытывают в основном лишь обновление своего молекулярного состава или такие формы перестройки, которые не сопровождаются очевидной деструкцией этих тканей, либо она носит крайне ограниченный характер. Сюда относятся картины постоянной перестройки костных структур, соответственно возрасту, тяжести тела, тяге мышц, профессиональным факторам.
Способность к регенерации тех или иных тканей и органов колеблется в зависимости от филогенетических факторов. У низших животных (плоские черви, некоторые иглокожие и др.) регенерация может быть тотальной, когда 1/100 или 1/1000 тела может регенерировать до воссоздания целого организма тех же или меньших размеров. У крабов регенерируют клешни, у паука- лапки, у улитки — глаз и т.
У высших животных, у человека такие формы регенерации не наблюдаются. Это не говорит о несовершенстве процессов. Дело в том, что закономерности регенерации тесно связаны с условиями и образом жизни животных существ, с их экологией. B процессе эволюции возникли принципиально новые приспособительные реакции и механизмы, обеспечивающие компенсацию утраченных материальных утрат и восстановление функций, как например, биохимическая регенерация и биохимическая адаптация. Такие приспособительные механизмы или такая компенсация шла как за счет органов той же анатомо-физиологической системы, которая терпела ущерб, так и за счет других органов, к данной системы не относящихся.
Наибольшее значение в этом отношении имеет гипертрофия. У высших животных возникли и принципиально новые формы регенерации, например, в виде заживления ран через нагноение, т. e. с участием в очищении не только собственных фермеНТНЫХ систем, главным образом лейкоцитов гноя, но и ферментов микрофлоры раны, т. e. микробов, до этого являвшихся симбиозными.
Самыми существенными проявлениями регенерации в морфологическом отношении являются картины клеточного деления
прямого (амитоз) и непрямого (митоз),обычно эти картины деления клеток внешне типичны, но нередко, особенно в патологических условиях, они носят характер в виде многоядерных формирований, или митозов с разделением ядра на 3-4 и большее количество дочерних ядер (мультиполярные митозы). Иногда митозы бывают ассиметричными (неравномерное распределение хромосом при делении ядра), гипер- или гипохроматическими (в отношении содержания хроматина) и т. д. Митозам предшествует период усиления биохимических процессов, в частности, усиление синтезаДНК.
Электронно-микроскопическое исследование позволило значительно расширить наши сведения о внутриклеточных процессах при регенерации. Оказывается, эти процессы преимущественно сосредоточены в митохондриях и эндоплазматическом ретику- мумс, где сосредоточиваются химические реакции, окислитель- ію-восстановительные процессы, синтез белков.
Ьиохимической основой регенерации являются ряд СДВИГОВ, касающиеся дыхания тканей и обмена веществ в области регенерации. B начале регенерации ослабляется аэробный и усиливается анаэробный гликолиз, это стимулирует пролиферативные процессы (фибробластов, эндотелия капилляров, адвентициальных клеток). Ацидотические сдвиги в тканях усиливают гиперемию сосудов и вызывают понижение поверхностного натяжения клеток, одновременно стимулируя их миграцию и фагоцитарные свойства.
Как бы не протекала регенерация тканей, она всегда сопряжена с физиологическими факторами местного и общего значения, регулирующими этот процесс Наибольшее значение имеет: а) возраст, б) питание и обмен, в) состояние кроветворения, г) состояние иннервации, д)состояние кровообращения и лимфообращения, e) биологические возможности регенерации данной ткани.
Рассмотрим эти факторы в отдельности. У молодых субъектов регенеративные процессы протекают более оживленно и совершенно, чем у пожилых и старых. По данным Доберауэра рана, размером 20 см^у 30 летнего субъекта заживает в 2 раза, а у 60-летнего в 5 раз дольше, чем такая же рана у ребенка 10 лет.
Значение питания и обмена веществ, в частности гормональных факторов для регенерации огромно. Нарушения питания, сопровождающиеся гипопротеинемией общим истощением, резко снижают регенеративные процессы в органах и тканях. Большое значение в стимуляции регенеративных процессов имеют витамины С, Д, и др. Легкие механические раздражения (повязки, присыпки, антисептические вещества) способствуют быстрейшему протеканию заживления ран.
Влияние состояния органов кроветворения на ход регенерации безусловно. Например, при алейкиях, когда количество лейкоцитов в циркулирующей крови падает до нескольких сот в 1 мл, нормально текущие процессы регенерации приходят в упадок, в связи с этим возникают многочисленные дефекты тканей.
Нарушения иннервации центрального или периферического характера так же снижает темпы регенеративного процесса.
Состояние кровообращения и лимфообращения имеет нема- лое значения для хода регенерации. Общие нарушения кровообращения, особенно сочетающиеся с отеками тканей, не благоприятствуют регенерации, задерживают её или придают ей черты атипичности. B таком же направлении действуют местные pac- тройства кровообращения, например трофические язвы на нижних конечностях при варикозном расширении вен.
Помимо изложенного, для регенерации важно не только восстановление массы, но и быстрейшее включение этой массы в активную деятельность, поскольку сам факт включения совершенствует ход регенерации придает ему черты биологической и функциональной законченности. Неудачи медицинской практики в виде ложных суставов, деформаций, контрактур обусловлены именнотем, что по анатомическим и функциональным основаниям или в силу нерациональных мероприятий такая законченность не могла быть достигнута.
Различают регенерацию физиологическую, репаративную и патологическую.
I. Физиологическая регенерация. Этот процесс совершается на протяжении всей жизни организма в виде непрерывного обновления паренхиматозных клеток органов, волокнистых и клеточных элементов, их стромы, сосудистой стенки, крови и т. д.
B организме нет структур, в которых ежечасно, ежеминутно не происходил бы этот процесс. Ежедневно у человека подвергаются физиологической деструкции многие миллиарды лейкоцитов, эритроцитов, эпитеальных клеток кожи, кишечника. Так продолжительность жизни лимфоцитов лишь несколько часов, лейкоцитов- около суток, эритроцитов — около 30 дней. Методом изотопов показано, что эритроциты крови полностью обновляются каждые 120-140 дней. Продолжительность жизни волос 16-20 месяцев и т. д. Постоянно происходит также обновление внутриклеточных ультраструктур, т. e. их непрерывная регенерация. Считают, например, что продолжительность жизни митохондрий, печеночных клеток не превышает 10-12 дней, после чего каждая из них заменяется новой.
II. Репаративная регенерация. Этот вид регенерации возникает при различных патологических процессах, когда в организме происходит более быстрая, чем в физиологических условиях, гибель клеток. Регенераторный процесс, оставаясь принципиально тем же, что и при физиологической регенерации, переходит на новый уровень. Репаративная регенерация в различных тканях проявляется в разных формах. B некоторых, например, в эпителии кожи, слизистых оболочках, костях, даже относительно крупные дефекты могут замещаться тканью, идентичной погибшей, и определить место травмы после заживления часто бывает невозможно. Такая регенерация или такое восстановление называется полной регенерацией, или реституцией. B подавляющем большинстве других органов человека на месте повреждения не происходит возрождения ткани, подобной утраченной. Здесь из кра- евдефекта разрастается соединительная ткань, которая постепенно замещает весь участок деструкции, а затем превращается в py- бец.Такая регенерация называется неполной или называется субституцией. Однако, здесь имеется одна особенность. Наряду с разрастанием рубцовой ткани одновременно происходит интенсивное новообразование ткани, аналогичной той, которая погибла.
Регенерационая гипертрофия имеетдве разновидности. Первый вид описан выше, второй вид развивается за счетувеличения массы внутриклеточных ультраструктур в сохранившихся клетках. Следует иметь в виду, что обе разновидности этой регенерации могут сочетаться.
111. Патологическая регенерация.
Для протекания всех выше перечисленных видов регенерации необходимы определенные условия, о которых говорилось выше. У старых людей, при понижении питания, при различных нарушениях обмена веществ, нарушениях иннервации, васкуляризации и т. д. регенерация протекает атипично, не так, как при обычных условиях, поэтому такая регенерация наз. патологической. B результате нарушений регенераторного процесса образуется длительно незаживающиеся язвы, долго не срастающиеся концы переломанной кости, может наблюдаться метаплазия. Отсюда вытекает, что регенерация отнюдь не автоматически протекающий процесс, а процесс нуждающийся в коррегирующем влиянии со стороны врача.
Регенерация отдельных тканей.
1. Регенерация кожи. Кожа относится к органам, обладающим наивысшей способностью к регенерации. Широкая способность кожи к регенерации обусловлена ходом эволюции и является выражением морфологической адаптации организмов кусловиям и образу жизни. Клинико-анатомически процессы заживления в коже могут идти по разным направлениям в зависимости от степени или глубины повреждения, от характера оказываемой медицинской помощи, от тех или иных отклонений в общем состоянии организма. Выделяют следующие формы заживления кожи:
1. Непосредственное закрытие эпителиального дефекта.
2. Заживление под струпом.
3. Первичное натяжение раны.
4. Вторичное натяжение раны.
Последние две формы заживания наблюдаются и за пределами кожи:
а) непосредственное закрытие эпителиального дефекта, полного или неполного, подразумевает амебоидное движение клеток по направлению к дефекту и покрытию его сплошным слоем без митотического деления;
б) заживление под струпом бывает при небольших повреждениях одного лишь эпидермиса. Процесс начинается свертыванием излившейся крови или лимфы, которая быстро подсыхает с образованием корочки.
Эпидермис регенерирует под корочкой, которая изолируется таким образом и затем отторгается . Весь процесс охватывает 3-57 дней;
в) первичное натяжение раны характеризуется срастанием её краев путем соединительнотканной организации содержимого канала. Гистологически картина первичного натяжения сводится к гиперемии тканей в стенках раны, некоторому их отеку, пролиферации фибробластов и новообразованию капилляров, растущих вторично. Сначала в ране, на границе со свернувшейся кровью, появляются макрофаги, рассасывающие фибрин, эритроциты, продукты распада гемоглобина. B дальнейшем макрофаги превращаются в гистиоциты. Появляются фибробласты и фибриллярные структуры, коллагеновые волокна. Ha весь период заживления обычно уходит 5-10 дней;
г) Вторичное натяжение включает в себя два момента нагноение и гранулирование. C помощью нагноения происходит самоочищение раны. Лейкоциты гноя, массами эмигрирующие из новообразованных сосудов раны на границе мертвых и живых тканей, своими протеолитическими ферментами расплавляют омертвевшие ткани, орошают поле самого дефекта, изолируя его от внешней среды. B гноящихся ранах обнаруживают кишечную палочку, стрептококков, стафилококков, различные виды анаэробов. Вторичное натяжение начинается с образование грануляционной ткани. Это молодая, развивающаяся соединительная ткань.
Гистологически состоит из множества сосудов капиллярного типа и клеток (лейкоциты, лимфоциты, эритроциты, эозинофилы, фибробласты, фиброциты, эпителиоидные клетки и т. д.). B конечном итоге образуется рубец.
Первоначально этоттермин использовали только для характеристики раневых процессов, протекающих в тканях, обладающих свободной поверхностью (кожа, слизистая оболочка) и потому видимых глазом. Ho он правомерен и по отношению к молодой соединительной ткани, формирующиеся при организации тромбов, инфарктов, воспалительных экссудатов и инкапсуляции инородных тел. Формирование грануляционной ткани, проявление одного из трех последовательно сменяющих друг друга этапов раннего процесса -— воспаления, образование грануляции, рубцевания. Различают несколько слоев в грануляционной ткани.
1. Поверхностный лейкоцитарно-некротический слой.
2. Слой сосудистых петель.
3. Слой вертикальных сосудов.
4. Созревающий слой.
5. Слой горизонтальных фибробластов.
6. Фиброзный слой.
Весь цикл развития и созревание грануляционной ткани занимает около 2-3 недель, однако различные этапы этого процесса могут затягиваться или протекать интенсивнее в зависимости от размеров раны, индивидуальных особенностей организма и различныхусловий окружающей среды. У детей процесс развития грануляционной ткани протекает интенсивнее, чем у взрослых.
II. Процесс регенерации костей начинается с пролиферации соединительнотканных элементов мягких тканей и остеогенной ткани, исходящей из периоста в непосредственной близости к месту травмы. Затем образуется первичная костная мозоль на месте повреждения. B последующем образуется окончательная костная мозоль. После травмы остеобласты размножаются и образуют основное вещество кости, из чего и состоит первичная мозоль. B последующем они атрофируются и исчезают, а соответственно кровеносным сосудам образуются гаверсовы каналы.
III. Хрящевая ткань регенерирует слабо, происходит это за счет хондробластов из надхрящницы.
IV. Жировая ткань регенерирует за счет клеток соединительной ткани, которые превращаются в жировые (адипозоциты) путем накопления в цитоплазме липидов. Жировые клетки складываются в дольки, между которыми располагаются соединительнотканные прослойки сосудами и нервами.
V. Поперечно-полосатая мускулатура регенерирует, если сохранены сарколлемма, в противном случае образуется рубец.
VI. Мышца сердца — регенерационная гипертрофия.
VII. Ганглиозные клетки так же.
Vll 1. Регенерация крови происходит быстро и полноценно. Плазма возмещается за счет поступления в сосуды тканевой жидкости, а форменные элементы крови путем усиленного новообразования их в органах кроветворения. При усиленном кроветворении активный красный костный мозг появляется и в длинных трубчатых костях, где в него превращается жировой костный мозг. Такое превращение называется миелоидным превращением жирового костного мозга.
Что происходит с двигателем при регенерации
В технологии водоподготовки применяются два основных процесса для удаления из воды ионизированных примесей: катионирование и анионирование. В зависимости от обменного иона процессы и аппараты называют: натрий-катионирование, натрий-катионитный фильтр; H (водород)-катионирование, H-катионитный фильтр; OH-анионирование, OH-анионитныйт фильтр. Полученная в этих процессах вода соответственно называется: Na-катионированная вода, H-катионированная вода, OH-анионированная вода. Процесс Na-катионирования имеет самостоятельное значение и используется для умягчения воды, в то время как процессы H- и OH-ионирование реализуются совместно в схемах обессоливания воды.
Na-катионирование. — этот процесс применяют для умягчения воды путем фильтрования ее через слой катионита в натриевой форме. При этом ионы Ca 2+ и Mg 2+ , обуславливающие жесткость исходной воды, задерживаются катионитом в обмен на эквивалентное количество ионов Na + . Остаточная жесткость фильтра при Na-катионировании может быть получена при надлежащих условиях регенерации фильтра на уровне 5 – 10 мкг-экв/дм 3 , что является определяющим при реализации этого процесса
Процесс умягчения ухудшается при наступлении проскока жесткости, после чего истощенный катионит в фильтре необходимо регенерировать, восстановить его способность к обмену ионами. Регенерацию истощенного катионита проводят пропуском через него 6 – 10 % раствором NaCl. Вследствие относительно большой концентрации ионов Na + в регенерационном растворе происходит замена ими поглощенных ранее катионов Ca 2+ и Mg 2+ .
Несмотря на то, что процесс обмена ионов, в том числе и при регенерации ионита, характеризуется эквивалентностью, для качественной регенерации ионитов расход реагента выбирается с определенным избытком NaCl. При подаче раствора соли в фильтр лучше будет отрегенерирован верхний слой катионита, контактирующий со свежим раствором. По мере прохождения раствора в глубинные части катионита условия регенерации будут ухудшаться вследствие повышения концентрации в регенерационном растворе ионов Ca 2+ и Mg 2+ , вытесненных из верхних слоев катионита при обеднении регенеранта ионами Na + . Аналогичное действие проявляется за счет загрязнения раствора технической NaCl ионами Ca 2+ и Mg 2+ .
Эффект регенерации катионита при выбранном расходе реагента повышается с увеличением продолжительности контакта раствора соли с катионитом, поэтому скорость пропуска регенерационного раствора ограничивают пределами 4 — 6 м/ч при высоте слоя катионита 1.5 — 2.0 м. Скорость ниже 4.0 м/ч не используется по гидродинамическим условиям работы фильтра.
Процесс регенерации натрий катионитных фильтров состоит из следующих циклов:
Цикл 1 — Взрыхление обратным током воды. Неочищенная вода снизу слоя фильтрующей засыпки в направлении, противоположном току воды, взрыхляет («поднимает») её и вымывает накопленные механические загрязнения. Загрязненная вода поступает в дренаж.
Цикл 2 — Концентрированный регенерационный раствор поступает через засасывающую линию проходит через фильтрующую засыпку, химически восстанавливает её фильтрующую способность. Далее отработанный регенерирующий раствор поступает в дренаж.
Цикл 3 — Обработка прямая промывка – сброс промывной воды и уплотнение загрузки. Назначение данной промывки — сбросить в дренаж остаток загрязнений и первую порцию чистой воды. Кроме того, прямая промывка за счет большой скорости потока воды несколько уплотняет слой фильтрующей среды.
Цикл 4 — В этом цикле бак для хранения регенерирующего раствора заполняется входной водой, при этом уровень раствора растет заданной или максимальной отметки. Уровень воды в баке задается либо блоком управления фильтра, либо срабатыванием запирающего поплавкового клапана. Сначала раствор имеет малую концентрацию регенерата, но, по мере его растворения, концентрация достигает максимума.
H-катионирование. Обработка воды методом H-катионирования предназначается для удаления всех катионов из воды с заменой их на ионы водорода Н + . Вода за H-катионитными фильтрами содержит избыток ионов водорода и вследствие этого имеет кислую реакцию, поэтому эта технология применяется совместно с другими процессами ионирования — Na-катионированием или анионированием.
В работе H-катионитного фильтра можно выделить два основных периода:
Полное поглощение всех катионов.
Появление нарастающей концентрации иона Na + . В этот период концентрация иона Na + постепенно возрастает, а кислотность начинает снижаться за счет уменьшения количества вытесняемых ионов H + . К моменту достижения начального содержания иона Na + в исходной воде его поглощение прекращается, но происходит обмен в катионите ионов Ca 2+ и Mg 2+ исходной воды на сорбированный катионитом ион Na + до его полного вытеснения. В этот момент появляется проскок жесткости.
Параллельно с указанными выше изменениями концентрации катионов кислотность фильтрата после проскока ионов Na + сначала уменьшается и достигает нуля, затем появляется возрастающая щелочность, достигающая исходных значений при обмене ионов Ca 2+ и Mg 2+ на Na + . Эффект умягчения воды при H-катионировании обычно столь же полный, как и при Na-катионировании.
Работа фильтра до проскока ионов Na + или ионов жесткости зависит от технологической схемы его использования, соответственно изменяется его рабочая обменная емкость при работе до проскока ионов Na + или жесткости.
Для регенерации истощения H-катионита используется H2SO4 концентрацией 1.0 — 1.5%, регенерации характеризуется следующими реакциями:
R2Ca + nH + → 2RH + Ca 2+ + (n — 2)H + .
R2Mg + nH + → 2RH + Mg 2+ + (n — 2)H + ,
RNa + nH + → RH + Na + + (n — 1)H + .
Ограничение концентрации раствора H2SO4 связано с возможностью выделения на зернах регенерируемого катионита трудно растворимого CaSO4. Следующим мероприятием для борьбы с загипсовыванием катионита является ограничение времени контакта регенерационного раствора с катионитом, что реализуется на практике увеличением скорости пропуска 1.5% раствора H2SO4 до не менее 10 м/ч.
Значения оптимального удельного расхода серной кислоты в зависимости от содержания в исходной воде Cl — и SO4 2- ионов, определяющих величину противоионного эффекта, применительно к H-катионитным фильтрам 1 ст. при параллельном токе и противотоке. Помимо экономии серной кислоты, при противотоке снижается содержание ее в сбросных регенерационных водах, что облегчает нейтрализацию сбросов.
Анионирование воды — ведется с целью замены удаляемых анионов на ион гидроксила ОН — . При сочетании ОН-анионирования с Н-катионированием происходит удаление из воды как анионов, так и катионов в обмен на ионы ОН — и Н + , осуществляется химическое (ионитное) обессоливание воды.
Высокое значение pH в зоне обмена на анионите способствует диссоциации слабых кислот H2CO3 и H2SiO3 и переводу их в ионизированное состояние, поэтому они также могут участвовать в реакциях анионного обмена, но лишь при использовании сильноосновных анионитов:
ROH + H + + HCO 3- → RHCO 3 + H2O,
С учетом значений обменных емкостей слабоосновных и сильноосновных анионитов, а также способности только последних сорбировать анионы слабых кислот, схемы химического обессоливания обычно включают две ступени анионирования: на первой в фильтры загружается слабоосновный анионит, удаляющие ионы SO4 2- и Cl — на второй ступени в фильтры загружается сильноосновный анионит, предназначенный для обескремнивания воды.
Согласно ряду селективности в анионитном фильтре 1 ступени первыми проскакивают в фильтрат ионы Cl — , поэтому время выхода на регенерацию этого фильтра сопоставляют с концентрацией хлоридов; отключение анионитных фильтров 2 ступени на регенерацию проводят на основании контроля фильтрата по кремнекислоте.
Регенерация анионитных фильтров производится 4%-ным раствором NaOH, при этом происходят следующие реакции:
RCl + nOH — → ROH + Cl — + (n — 1)OH — ,
RHCO3 + nOH — → ROH + HCO3 — + (n — 1)OH — ,
RHSiO3 + nOH — → ROH + HSiO3 — + (n — 1)OH — .
Избыток щелочи при регенерации слабоосновных анионитов при поглощении ими анионов сильных кислот достаточен в двукратном размере против стехиометрического количества, т.е. 80 г/г-экв. Для регенерации анионита, насыщенного анионами кремниевой кислоты, требуется повышенный избыток NaOH (n = 10 — 20), обеспечивающий последующее кремнесодержание фильтрата на уровне 0.1 мг/дм 3 . Для снижения удельного расхода щелочи регенерацию параллельно-точных анионитных фильтров 2 и 1 ступеней проводят последовательно, либо используют противоточную или ступенчатопротивоточную технологию.
Вода используется практически в каждом промышленном процессе, ее чистота и качество играет важную роль в производстве, поэтому к качеству воды предъявляются высокие требования.
Вода уникальна по составу в зависимости от источника и практически всегда требует обработки.
