Что такое быстрая регенерация
Может ли человек восстанавливать части своего тела?
В комиксах и фантастических фильмах нам часто показывают героев, которые способны восстанавливать части своего тела. Например, такой способностью обладают Росомаха и Дэдпул из вселенной Marvel. Восстановление поврежденных тканей и целых органов на научном языке называется регенерацией. Эта особенность присуща для многих животных вроде червей, ящериц и даже новорожденных крыс. Но знаете ли вы, что способностью к регенерации обладают и обычные люди? Прямо сейчас, когда вы читаете эту статью, некоторые из ваших тканей заменяются новыми. Как минимум, у вас обновляется наружный слой кожи, именуемый как эпидермис. Старые клетки постепенно отпадают и превращаются в пыль, а вместо них появляются новые. Но обновление наружного слоя кожи — далеко не единственное доказательство способности человека к регенерации.
Кадр из фильма «Логан»
Восстановление волос и ногтей
Еще один довольно очевидный пример регенерации в человеческом организме — это волосы и ногти. Волосы у человека растут на протяжении всей жизни. Скорость их роста у каждого человека индивидуальная, потому что все зависит от пола, возраста и наследственности. Но в ходе исследований было выяснено, что у мужчин волосы растут быстрее, чем у женщин. В среднем за месяц волосы на голове отрастают на 1,5 сантиметра. Конечно, это актуально только если у человека нет алопеции — частичного или полного выпадения волос. По статистике, от этой проблемы страдают около 40% мужчин.
Волосы защищают голову от перегрева солнечными лучами и от травм
Ногти на руках и ногах человека растут медленнее, чем волосы. В среднем за неделю ногти на руках отрастают примерно на 2 миллиметра, а на ногах — на 1 миллиметр. Полное обновление ногтя, то есть ее регенерация, происходит примерно раз в полгода. А ногти нам нужны для удерживания предметов и защиты кончиков пальцев, потому там расположены важные нервные окончания. Так что ногти это очень даже важная часть человеческого тела и они должны обновляться.
Интересный факт: в Средней Азии и Персии люди считали, что в ногтях находится душа человека. Остриженные ногти закапывали в землю или сжигали, чтобы они не попали в руки ведьм.
Регенерация частей тела
Помимо волос и ногтей, в человеческом теле восстанавливаются кости. Ведь иначе как объяснить то, что при переломах у людей срастаются кости? Также к регенерации способна печень. При утрате части печени до 85%, оставшиеся фрагменты начинают увеличиваться в размерах. Но важно понимать, что это происходит не из-за роста количества клеток, а благодаря увеличению их размера. Удивительно, но таким образом печень может восстановить свою первоначальную массу.
Скорость срастания костей зависит от тяжести перелома. Обычно требуется не менее месяца
Также в медицине есть случаи, когда люди восстанавливали утерянные кончики пальцев. Но это происходило только в строго определенных случаях и не полностью. В 2008 году издание BBC рассказало о мужчине по имени Ли Спивак, который сунул палец в винт игрушечного самолета и лишился кончика пальца. Врачи были уверены, что вернуть утраченные 1,5 сантиметра пальца никак не удастся. Но со временем он восстановился и на нем даже растет ноготь. Восстановить часть тела ему удалось благодаря «волшебному порошку», который на самом деле изготавливается из клеток, добытых изнутри мочевого пузыря свиней. Это экспериментальное средство было разработано сотрудниками одного из американских университетов. Ожидалось, что оно поможет восстанавливать ткани после серьезных ран, но о нем уже давно ничего не слышно.
Нервные клетки тоже способны к восстановлению
Способностью к восстановлению обладают и нервные клетки, что противоречит выражению «нервы не восстанавливаются». В ходе научных работ ученые уже убедились, что центральная нервная система человека обладает способностью к нейрогенезу. В ходе этого процесса создаются новые нейроны и образуют между собой соединения.
Восстановление сетчатки глаз
Сетчаткой называется часть глаза, которая реагирует на свет. В ней находятся чувствительные к свету палочки, колбочки и нервные клетки, которые передают информацию о яркости в головной мозг. Повреждение сетчатки глаза является основной причиной возникновения слепоты у людей. И было бы замечательно, если ученые вдруг придумали способ восстанавливать ее ткани. Кажется, исследователи из американского штата Мэриленд близки к этому.
Возможно, в будущем люди смогут восстанавливать зрение
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!
Им уже было известно, что некоторые живые создания вроде рыб данио-рерио (Danio rerio) способны восстанавливать сетчатку. За это отвечают определенные гены, которые есть даже в организме людей. По мнению исследователей, люди вовсе разделяют 70% своих генов с этими крошечными созданиями. Исходя из этого есть надежда, что в будущем ученые разрабатывают способ восстановления сетчатки глаз при помощи генной инженерии. Долгое время считалось, что восстанавливающие сетчатку гены не работают у млекопитающих. Однако теперь есть надежда на то, что исследователи ошибались.
Что такое быстрая регенерация
До недавнего времени считалось, что возможность репаративной регенерации организма, происходящей после повреждения или утраты какой-либо части тела, была утеряна практически всеми живыми организмами в процессе эволюции и, как следствие, усложнения строения организма, кроме некоторых существ, включая амфибий. Одним из открытий, сильно поколебавшим этот догмат, стало обнаружение гена р21 и его специфических свойств: блокирование регенеративных возможностей организма, группой исследователей из Вистарского Института, штат Филадельфия, США (The Wistar Institute, Philadelphia).
По словам ученых, при отсутствии гена р21 клетки грызунов ведут себя как регенерирующие эмбриональные стволовые клетки. А не как зрелые клетки млекопитающих. То есть, они скорее выращивают новую ткань, чем восстанавливают поврежденную. Здесь будет уместно вспомнить, что такая же схема регенерации присутствует и у саламандр, обладающих возможностью отращивать заново не только хвост, но и утерянные конечности, или у планарий, ресничных червей, которых можно разрезать на несколько частей, и из каждого кусочка вырастет новая планария.
По осторожным замечаниям самих исследователей, следует вывод, что теоретически, отключение гена р21 может запускать аналогичный процесс и в человеческом организме. Безусловно, стоит отметить и тот факт, что ген р21 тесно связан с другим геном, р53. который контролирует деление клеток и препятствует образованию опухолей. В обычных взрослых клетках организма р21 блокирует деление клеток в случае повреждения ДНК, поэтому у мышей, у которых он был отключен, больше риск возникновения рака.
Но хотя исследователи действительно обнаружили большие повреждения ДНК в ходе эксперимента, они не нашли следов рака: напротив, у мышей усилился механизм апоптоза, программируемого «суицида» клеток, который также защищает от возникновения опухолей. Такая комбинация может позволять клеткам делиться быстрее, не превращаясь в «раковые».
Избегая далеко идущих выводов, все же отметим, что сами исследователи говорят лишь о временном отключении этого гена с целью ускорения регенерации: «While we are just beginning to understand the repercussions of these findings, perhaps, one day we´ll be able to accelerate healing in humans by temporarily inactivating the p21 gene». Перевод: «В данный момент мы только начинаем понимать все последствия наших открытий, и возможно, когда-нибудь мы сможем ускорять исцеление людей, временно инактивируя ген р21» [1].
1. ЭСК экспрессируют такие факторы, связанные с плюрипотентными клетками, как Oct4, Sox2, Tert, Utfl и Rex1 (Carpenter and Bhatia 2004).
3. ЭСК могут самообновляться путем многократных делений.
Отдельно остановимся на механизмах работы и регуляции стволовых клеток. Особые характеристики стволовых клеток определяются не одним геном, но целым их набором. Возможность идентификации этих генов непосредственно связана с разработкой метода культивирования эмбриональных стволовых клеток in vitro, а также с возможностью использования современных методов молекулярной биологии (в частности, использование фактора ингибирования лейкемии LIF).
В результате совместных исследований компаний Geron Corporation и Celera Genomics были созданы библиотеки кДНК недифференцированных ЭСК и частично дифференцированных клеток (кДНК получают путем синтеза на основе молекулы иРНК, комплиментарной молекулы ДНК при помощи фермента обратной транскриптазы). При анализе данных по секвенированию нуклеотидных последовательностей и экспрессии генов было выявлено более 600 генов, включение или выключение которых отличает недифференцированные клетки, и составлена картина молекулярных путей, по которым идет дифференцировка этих клеток.
В настоящее время принято отличать стволовые клетки по их поведению в культуре и по химическим маркерам на клеточной поверхности. Однако, гены, ответственные за проявление этих особенностей, в большинстве случаев остаются неизвестными. Тем не менее, проведенные исследования позволили выделить две группы генов, придающих стволовым клеткам их замечательные свойства. С одной стороны, свойства стволовых клеток проявляются в определенном микроокружении, известном как ниша стволовых клеток. При изучении этих клеток, которые окружают, питают и поддерживают стволовые клетки в недифференцированном состоянии, было обнаружено около 4000 генов. При этом указанные гены были активны в клетках микроокружения, и неактивны во всех других
клетках [3, 4].
Следует отметить, что база данных по генам, определяющим свойства стволовых клеток, постоянно пополняется. Полный каталог генов стволовых клеток может улучшит процесс их идентификации, а также прояснить механизмы функционирования этих клеток, что обеспечит получение дифференцированных клеток, необходимых для терапевтического применения, а также позволит получить новые возможности для разработки лекарств. Значение этих генов велико, так как они обеспечивают организму возможность сохранять себя и регенерировать ткани.
Здесь у читателя может возникнуть вопрос: «А насколько далеко продвинулись ученые в практическом применении этих знаний?». Используются ли они в медицине? Имеются ли перспективы дальнейшего развития у этих направлений? Чтобы ответить на эти вопросы, проведем небольшой обзор по научным разработкам в данном русле, как старым, чему не нужно удивляться, ведь исследования в области регенеративной медицины ведутся давно, минимум с начала 20 века, так и совсем новым, подчас весьма необычным и экзотическим.
Для начала отметим, что еще в 80-е годы 20 века в СССР в Институте эволюционной экологии и морфологии животных им. Северцева АН СССР, в лаборатории А.Н. Студицкого проводились эксперименты: измельченное мышечное волокно пересаживалось в поврежденный участок, которое впоследствии восстанавливаясь, заставляло регенерировать нервные ткани. Были сделаны сотни успешных операций на человеке.
Отдельно отметим, что еще в середине 20 века группой советских ученых, под руководством Л.В. Полежаева проводились исследования, с успешным практическим применением их результатов по регенерации костей свода черепа у животных и человека; область дефекта достигала до 20 квадратных сантиметров. Края пробоины засыпались измельченной костной тканью, что вызывало процесс регенерации, в ходе которого происходило восстановление поврежденных участков.
Так же, хотелось бы заострить внимание на таком повседневном и привычном объекте, как соль (NaCl). Широко известны лечебные свойства морского климата, мест, с высоким содержанием соли в воде и в воздухе, наподобие Мертвого моря в Израиле или Соль-Илецка в России, соляных шахт, широко применяемых в стационарах, санаториях и курортах по всему миру. Спортсмены и люди, ведущие активный образ жизни, хорошо знакомы и с соляными ванночками, применяемыми при лечении травм опорно-двигательного аппарата. В чем же секрет этих удивительных свойств обычной соли? Как обнаружили ученые из университета Тафтса (США), для процесса восстановления отрезанного или откушенного хвоста головастикам необходима поваренная соль. Если посыпать ею ранку, хвост отрастает быстрее даже в том случае, если уже успела образоваться рубцовая ткань (шрам). При наличии соли ампутированный хвост отрастает, а отсутствие ионов натрия блокирует этот процесс. Безусловно, следует порекомендовать воздержаться от безудержного потребления соли, в надежде ускорить процесс исцеления. Многочисленные исследования наглядно демонстрируют тот вред, который наносит организму чрезмерное употребление соли в пищу. По всей видимости, для запуска и ускорения процесса регенерации, ионы натрия должны поступать к поврежденным участкам иными путями [6].
В дальнейшем был разработан специальный пластик, разлагаемый микроорганизмами. Из него был изготовлен имплантант на спине мыши: пластиковый каркас, отлитый в форме человеческого уха, покрытый живыми клетками. Клетки в процессе роста прилипают к волокнам и принимают необходимую форму. Со временем клетки начинают доминировать и формировать новую ткань (например, хрящ ушной раковины). Другой вариант данного метода: имплантант на спине пациента, представляющий собой каркас необходимы формы, засеивается стволовыми клетками определенной ткани. Через некоторое время этот фрагмент удаляется со спины и имплантируется на место.
Тот же пластик, о котором упоминалось чуть выше, был использован для восстановления поврежденного спинного мозга у лабораторных мышей. Принцип здесь был тот же: волокна пластика сворачивали в жгут и высеивали на него эмбриональные нервные клетки. В результате разрыв закрывался новой тканью, и происходило полное восстановление всех моторных функций. Достаточно полный обзор приводится в документальном фильме ВВС «Сверхчеловек. Самоисцеление».
. А чего нельзя? Нельзя ставить крест на больном лишь потому, что в учебники еще не вошло все, что могут сегодня специалисты. Те же врачи, которые принимали больного и все видели, удивлялись: «Ну, помилуйте, товарищи ученые, конечно, у вас там наука, но ведь полный перерыв спинного мозга, о чем можно говорить?!» Вот так. Видели и не видели. Есть научный фильм, все заснято.
Чем раньше после поражения мозга начинается стимуляция, тем более вероятен эффект. Однако даже в случаях давних травм многое удается и узнать, и сделать.
В этом же направлении имеются и более экзотичные пути, наподобие трехмерного биопринтера, созданного в Австралии, который уже печатает кожу, и в ближайшем будущем, по заверениям разработчиков, сможет печатать и целые органы. В основу его работы заложен тот же принцип, что и в описанном случае создания мочевого пузыря: высеивание живых клеток слой за слоем [1].
Второе направление регенеративной медицины можно условно обозначить одной фразой: «Зачем выращивать новое, если можно починить старое?». Главной задачей приверженцы данного направления считают восстановление поврежденных участков силами самого организма, используя его резервы, скрытые возможности (стоит вспомнить начало данной статьи) и определенные вмешательства извне, в основном в виде поставки дополнительных ресурсов и строительного материала для репарации.
Возможных вариантов здесь также большое количество. Для начала, следует отметить, что по некоторым оценкам, в каждом органе от рождения есть запас резервных стволовых клеток примерно в 30 %, которые расходуются в процессе жизни. В соответствии с этим, по мнению некоторых геронтологов, видовой предел жизни человека составляет 110-120 лет. Следовательно, биологический резерв жизни человека 30-40 лет, а учитывая российские реалии эти цифры можно увеличить до 50-60 лет. Другой вопрос, что современные условия жизни не способствуют этому: крайне плачевное, и с каждым годом все более ухудшающееся состояние экологии; сильные, и что еще более важно постоянные стрессы; огромные психические, интеллектуальные и физические нагрузки; удручающее на местах состояние медицины, в частности российской; направленность фармацевтики не на помощь людям, а на получение сверхприбыли и многое другое, полностью изнашивают человеческий организм к тому моменту, когда по идее должен наступать самый расцвет наших сил и возможностей. Тем не менее, данный резерв может сильно помочь при восстановлении после травм и лечении серьезных заболеваний, особенно в младенческом и детском возрасте [7].
Отдельно выделим создание гемобанков по сбору пуповинной крови новорожденных, являющейся одним из наиболее перспективных источников стволовых клеток. Известно, что пуповинная кровь богата гемопоэтическими стволовыми клетками (ГСК). Характерной особенностью полученных из пуповинной крови СК является их значительно большее, чем у взрослых СК сходство с клетками из эмбриональных тканей по таким параметрам, как биологический возраст и способность к размножению. Пуповинная кровь, полученная из плаценты сразу после рождения ребенка, богата СК с большими пролиферативными возможностями, чем у клеток, полученных из костного мозга или периферической крови. Подобно любому продукту крови, СК пуповинной крови нуждаются в инфраструктуре для их сбора, хранения и установления пригодности для трансплантации. Пуповина пережимается через 30 секунд после рождения ребенка, плацента и пуповина отделяются, и пуповинную кровь собирают в специальный пакет. В образце должно быть не менее 40 мл, чтобы его можно было использовать. Кровь типируется по HLA и культивируется. Незрелые клетки человеческой пуповинной крови с высокой способностью к пролиферации, размножению вне организма и выживанию после трансплантации могут храниться замороженными более 45 лет, затем после оттаивания они с большой вероятностью сохраняют эффективность при клинической трансплантации. Банки пуповинной крови существуют по всему миру, только в США их более 30 и еще много частных банков. Национальные институты здоровья США спонсируют программу изучения трансплантации пуповинной крови. В Нью-Йоркском центре крови есть программа плацентарной крови, и своя программа исследований есть у Национального регистра доноров костного мозга [2].
Другой важной областью исследований является изучение способности СК пуповинной крови к дифференцировке в клетки различных тканей, помимо гемопоэтической, и установление соответствующих линий СК. Исследователи из университета Южной Флориды (University of South Florida (USF, Tampa,FL)) использовали ретиноевую кислоту, чтобы заставить СК пуповинной крови дифференцироваться в нервные клетки, что было продемонстрировано на генетическом уровне анализом строения ДНК. Эти результаты показали возможность использования этих клеток для лечения нейродегенеративных болезней. Пуповинная кровь для этой работы была предоставлена родителями ребенка; она была обработана в оснащенной на современном уровне лаборатории CRYO-CELL и фракционированные замороженные клетки были переданы ученым USF. Пуповинная кровь оказалась источником гораздо более разнообразных клеток-предшественников, чем считалось раньше. Она может быть использована для лечения нейродегенеративных болезней, в том числе в сочетании с генотерапией, травм и генетических болезней. В ближайшем будущем станет возможным при рождении детей с генетическими дефектами собирать их пуповинную кровь, методами генной инженерии исправлять дефект и возвращать эту кровь ребенку.
1) не травмировать ткани механически;
2) не поражать здоровые клетки;
3) не вызывать побочных эффектов;
4) лекарства должны самостоятельно:
Наиболее экзотическим вариантом являются так называемые нанороботы. Среди проектов будущих медицинских нанороботов уже существует внутренняя классификация на макрофагоциты, респироциты, клоттоциты, васкулоиды и другие. Все они являются по сути искусственными клетками, в основном иммунитета или крови человека. Соответственно, их функциональное предназначение напрямую зависит от того, какие клетки они замещают. Помимо медицинских нанороботов, существующих пока только в головах ученых и отдельных проектов, в мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся: адресная доставка лекарств к больным клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства [10].
И ученым это удалось: они синтезировали искусственный аналог активного сайта белка MMPS9: ион цинка, скоординированный тремя гистидиновыми остатками. Его инъекция лабораторным мышам приводила к выработке антител, действующих ровно в той же манере, в какой работают белки TIMPS: блокируя вход в активный сайт [1].
В России Министерство образования и науки создало Межведомственный научно-технический совет по проблеме нанотехнологий и наноматериалов, деятельность которого направлена на сохранение технологического паритета в будущем мире. Для развития нанотехнологий в целом и наномедицины в частности. Готовится принятие федеральной целевой программы по их развитию. Данная программа будет включать подготовку целого ряда специалистов в длительной перспективе.
Достижения наномедицины станут доступны по разным оценкам только через 40-50 лет. Сам Эрик Дрекслер называет цифру в 20-30 лет. Но учитывая масштаб работы в данной области и количество вкладываемых в нее денег, все больше аналитиков сдвигают первоначальные оценки на 10-15 лет в сторону уменьшения [10].
Как восстановиться после интенсивной физической нагрузки
Одним из ключевых условий достижения результатов в фитнесе и других видах спорта является восстановление. Оно включает возвращение физического состояния в норму и адаптацию к предстоящим нагрузкам для улучшения формы. Отсутствие баланса между интенсивными тренировками и отдыхом негативно сказывается на спортивных показателях. На длительной дистанции это может привести к возникновению плато или обратному эффекту, плохому самочувствию, болям в мышцах, снижению продуктивности. Чтобы избежать упадка сил и не ухудшить спортивные показатели, нужно эффективно восстанавливаться после занятий. Как делать это быстро и правильно для увеличения функциональности организма, расскажем в данной статье.
Основные фазы восстановления
При небольших нагрузках все внутренние процессы работают в привычном режиме. Увеличение активности и выполнение тяжелых упражнений мобилизуют внутренние резервы организма, заставляя работать его с большей производительностью. На интенсивные нагрузки организм откликается появлением болевых ощущений. Это происходит из-за выработки кортизола, разрушающего мышцы. Восстановление в данной ситуации важно, поскольку оно помогает вернуть физиологическое и биохимическое состояние. Суть сбалансированного отдыха заключается в снижении негативных последствий из-за микротравм мышечных волокон и извлечении пользы от занятий на тренажере. Исследования объясняют, что пренебрежение данным этапом приводит к ухудшению спортивных показателей. Человек не в состоянии поддерживать выбранный темп, если не соблюдает режим. Кроме того, достижение результатов и становление личных рекордов требует полного восстановления после каждого посещения зала. После физических упражнений организм готовится к будущим нагрузкам, увеличивая мышечную массу. Чем выше интенсивность, тем серьезнее подготовка. Поэтому наиболее эффективными считаются занятия на полную мощность с использованием всех ресурсов. Однако выносливость и сила в данном случае будут улучшаться не во время тренировок, а после них.
Несмотря на индивидуальность и зависимость отдыха от различных факторов, восстановление организма делят на четыре фазы:
В зависимости от группы мышц, на восстановление требуется 36-72 часа. Это стоит учитывать при составлении программы, поскольку интенсивные нагрузки чаще одного раза в 2-3 дня несут больше вреда, чем пользы. Стоит учитывать, что большие мышцы требуют больше времени отдыха. После кардионагрузок, которые не нуждаются в затратах запаса энергии и не повреждают большого количества мышц, на полное восстановление уходит до 3 дней.
Основные методы восстановления
В период, когда спортсмен отдыхает от нагрузок, нужно прекратить тренировки. Важным средством для роста мышц и поддержания организма в тонусе является сон. Именно в это время мышечные ткани активно растут и увеличиваются в объеме. Выделять на сон нужно не менее 8 часов. Следует соблюдать еще несколько условий — для полноценного отдыха засыпать лучше в полной темноте и тишине, на удобной подушке и комфортном матрасе.
На улучшение спортивных показателей и эффективности отдыха сказываются следующие средства:
Кардионагрузкам после основного занятия нужно уделять больше внимания, потому что они укрепляют сердце. Продолжительность кардиотренировки зависит от самочувствия. Если после физнагрузок частота сердечных сокращений превышает вашу норму более чем на 20-30 ударов, легкое кардио необходимо. Оно выведет из организма метаболические продукты распада. Рекомендуется делать по 2 минуты низкоинтенсивной тренировки на каждые 10 ударов сверх нормы частоты сердечных сокращений. Если ЧСС составляет около 140 ударов, а норма не превышает 60, то нужная длительность кардио — 16 минут. Организация качественного восстановительного процесса требует знаний и опыта. Чтобы подобрать грамотно распределить силы, рекомендуем обратиться к профессиональным тренерам. Квалифицированные инструкторы фитнес–центра «Марк Аврелий» предложат для вас индивидуальную программу. Купить абонемент в зал можно онлайн или в нашем клубе. По телефону можно получить дополнительную консультацию о скидках, акциях и преимуществах клубной карты.