Удивительные животные: какие из них способны вырастить себе новое сердце

Удивительные животные: какие из них способны вырастить себе новое сердце

У человека и у большинства известных науке животных имеется всего одно сердце. Его размеренное биение помогает перекачивать кровь и доставлять кислород, питательные вещества во все уголки организма. Есть «бессердечные» существа, такие как морские иглокожие. Но есть животные и насекомые, обладающие бесценным подарком природы – набором нескольких сердец. Так например, кальмары и осьминоги имеют один основной орган и два дополнительных ветвистых, которые помогают прогонять кровь сквозь жабры. Пятью сердцами снабжены тела дождевых червей. Карги и тараканы, словно пришельцы из космоса, удивляют учёных своими уникальными сердцами. Именно они помогают исследователям разобраться с проблемами сердца человека. Давайте узнаем подробнее Какие животные имеют больше одного сердца.

1

Дождевые черви

Назвать сердца дождевого червя полноценными некорректно. Это псевдоорганы , пары аортальных дуг, которые работают по принципу сердца. Червь имеет пять таких арок, каждая из них снабжена одной камерой, причём все они располагаются у рта дождевого червя.

Червь поглощает кислород при помощи кожи. Как только кислород попадает в кровеносную систему, нервные клетки одной из дуг начинают регулировать сердцебиение, и эта дуга принимает на себя обязанности основного сердца. Остальные дружно помогают перекачивать кровь по всему телу. Кстати, о самых красивых червях мира на страницах most-beaut есть очень интересная статья.

2

Тараканы

Только недавно учёные смогли перечеркнуть мифы о наличии у тараканов 13-ти сердец. Таракан имеет всего одно сердце, но оно уникально тем, что имеет 13 камер. Такое строение минимизирует перебои в работе органа. В сердце человека 4 камеры. Изучение работы сердца тараканов помогает исследователям добиться существенного прогресса в лечении заболеваний человеческого сердца.

Тараканье сердце имеет трубчатое строение, и кровь перекачивается из камеры в камеру. На выходе давление крови стабилизируется и становится идеальным. Несмотря на это, выход из строя всего одной камеры заметно ухудшает работу всей системы кровоснабжения.

Индийские учёные сконструировали многокамерное искусственное сердце в форме луковицы, где камеры имеют не трубчатую, а сферическую форму. Идут активные испытания в надежде получить надёжный и бесперебойный орган, который можно будет пересадить человеку.

У человека и у большинства известных науке животных имеется всего одно сердце. Его размеренное биение помогает перекачивать кровь и доставлять кислород, питательные вещества во все уголки организма. Есть «бессердечные» существа, такие как морские иглокожие. Но есть животные и насекомые, обладающие бесценным подарком природы – набором нескольких сердец.

Кальмары и осьминоги

Кальмары и осьминоги имеют один основной орган и два дополнительных ветвистых, которые помогают прогонять кровь сквозь жабры.

Дождевые черви

Дождевые черви имеют пять аортальных дуг, каждая из которых снабжена одной камерой. Все они располагаются у рта дождевого червя.

Червь поглощает кислород при помощи кожи. Как только кислород попадает в кровеносную систему, нервные клетки одной из дуг начинают регулировать сердцебиение, и эта дуга принимает на себя обязанности основного сердца. Остальные дружно помогают перекачивать кровь по всему телу.

Тараканы

Только недавно учёные смогли перечеркнуть мифы о наличии у тараканов 13-ти сердец. Таракан имеет всего одно сердце, но оно уникально тем, что имеет 13 камер. Такое строение минимизирует перебои в работе органа.

Изучение работы сердца тараканов помогает исследователям добиться существенного прогресса в лечении заболеваний человеческого сердца.

Связанные вопросы и ответы:

Какие животные способны восстановить свое сердце после повреждений

Благодаря делению клеток сердечной мышцы новорожденные мыши способны восстанавливать серьезные повреждения сердца.

Излюбленный объект для различных медико-биологических исследований - полосатая…

Благодаря делению клеток сердечной мышцы новорожденные мыши способны восстанавливать серьезные повреждения сердца.

Излюбленный объект для различных медико- биологических исследований - полосатая рыбка данио («зебра-фиш») в течение всей жизни способна восстанавливать свое сердце даже после удаления 20% ткани желудочка. Этот феномен обусловлен преимущественно способностью сохранившихся клеток сердечной мышцы – кардиомиоцитов – к делению. Аналогичной способностью обладают эмбрионы мышей. Сердце взрослых млекопитающих способно к частичному замещению кардиомиоцитов, однако уровень обновления этих клеток составляет всего лишь 1% в год, чего недостаточно для восстановления органа, пострадавшего в результате инфаркта миокарда или других повреждений.

Сердце в процессе восстановления через 7 дней после операции. Красный цвет указывает на кардиомиоциты, зеленый – на ДНК .

Исследователи Техасского университета , работающие под руководством Хешама Сэйдека (Hesham Sadek), предположили, что в процесс развития организма млекопитающих есть некая стадия, после перехода в которую кардиомиоциты теряют способность к восстановлению повреждений сердца.

Для подтверждения своей гипотезы ученые хирургическим путем удалили примерно 15% мышечной ткани левого желудочка 1-дневных мышат. В течение 3 недель после операции сердечная мышца животных полностью восстанавливалась, а спустя 2 месяца левый желудочек уже полноценно перекачивал кровь. В то же время, аналогичная процедура не запускала деление кардиомиоцитов и, соответственно, регенерацию сердца у 7-дневных мышей.

Благодаря генетической модификации кардиомиоциты мышей светились синим в ультрафиолетовом свете. Это позволило ученым продемонстрировать, что вновь сформированная сердечная мышца была преимущественно продуктом деления зрелых кардиомиоцитов. В то же время, они подтверждают, что не имевшие меток стволовые клетки также приняли участие в восстановлении повреждений.

Исследователи предполагают, что на первой неделе жизни генетическая программа лишает кардиомиоциты способности к активному делению. Однако они допускают, что утрата этой способности может быть результатом исчезновения гормональных или каких-либо еще факторов. В настоящее время они занимаются поиском генов, молекулярных регуляторов их активности и препаратов, способных продлить период способности клеток сердца к восстановлению или вернуть ее.

Каким образом происходит процесс регенерации сердца у этих животных

Новая работа биологов Берлинского института и Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка показала, что рыбки данио способны восстанавливать ткани своего сердца в случае травмы. Исследование было опубликовано в журнале Nature Genetics .

Ранее ученые выяснили, что эти представители семейства карповых способны регенерировать ткань сетчатки глаз. «Мы хотели выяснить, как эта маленькая рыбка делает это, и можем ли мы извлечь пользу», — прокомментировал специалист по биологии развития и автор исследования Ян Филипп Юнкер из Берлинского института медицинской системной биологии.

Мышечные клетки сердца людей, кардиомиоциты, после приступа не могут восстановиться: на месте повреждений образуются рубцы (фиброз), из-за чего орган ослабевает.

Рыбки данио способны отрастить до 20% своего сердца размером в один миллиметр в течение двух месяцев после травмы.

Клетки соединительной ткани карповых, называемые фибробластами, являются проводниками процесса регенерации. Они производят белки, которые действуют как сигналы к восстановлению. Чтобы проверить их действие, исследователи прокалывали крошечные сердца рыб холодной иглой, имитируя сердечный приступ человека.

Команда просканировала около 200 тысяч клеток сердца, выделенных у рыбок данио до и после травмы, и обнаружила, что три типа фибробластов временно перешли в активированное состояние, активизировав белки для наращивания мышц. Когда исследователи «заглушили» эти гены у испытуемых, их сердца больше не могли нормально работать.

Пока неясно, существуют ли такие же процессы регенерации мышц у млекопитающих.

На данный момент исследование проливает свет на биологические процессы, происходящие в ответ на травму, и может со временем помочь предотвратить последствия сердечного приступа у людей.

Почему именно эти виды животных обладают такой удивительной способностью

Системный ответ организма на гипоксию включает различные адаптивные реакции (возрастание объема альвеолярной вентиляции, повышение кислородной емкости крови, централизация кровотока, увеличение сердечного выброса крови и др.). На клеточном уровне они направлены, прежде всего, на сохранение энергосинтезирующей функции митохондрий. При этом используются два типа механизмов: а) срочный компенсаторный, цель которого состоит в предотвращении последствий острой гипоксии на молекулярном уровне и быстрое восстановление жизнедеятельности клеток в постгипоксический период, и б) долгосрочные механизмы, которые формируются в течение более длительного периода и способствуют увеличению неспецифической резистентности клеток к дефициту кислорода. Эти механизмы базируются на регуляторном репрограммировании активности митохондриальных ферментных комплексов (МФК) .

В нормоксических условиях работа дыхательной цепи митохондрий, как правило, зависит от окисления НАД-зависимых субстратов − основного поставщика восстановительных эквивалентов для дыхательной цепи через МФК I. Тем не менее 25−30% митохондриального дыхания в этих условиях ассоциируются с МФК II и окислением сукцината, содержание которого в матриксе митохондрий невелико (0.2−0.4 ммоль/л) .

На ранней стадии гипоксии наблюдается активация электрон-транспортной функции МФК I, способствующая усилению синтеза АТФ. Она отражает первичный компенсаторный механизм мобилизации базовых энергетических ресурсов клетки в условиях сравнительно небольших по силе внешних воздействий. При усиливающемся гипоксическом воздействии происходит снижение редокс-потенциала первого комплекса и соответственно окисления НАД-зависимых субстратов, а также компенсаторная активация альтернативных путей окисления ФАД-зависимых субстратов, поставляющих восстановительные эквиваленты к МФК II− IV. Среди них особую роль играет МФК II (сукцинатоксидазный путь окисления). В условиях гипоксии он имеет термодинамические преимущества перед окислением НАД-зависимых субстратов цикла трикарбоновых кислот, и, несмотря на то, что при этом сохраняются только два участка сопряжения окисления и фосфорилирования, высокие скорости реакции обеспечивают достаточную энергетическую эффективность процесса в целом . Активация альтернативных метаболических путей, выполняющих функцию срочных компенсаторных механизмов, позволяет сохранить поступление восстановительных эквивалентов на цитохромный участок дыхательной цепи, благодаря чему электрон-транспортная функция МФК III и IV и синтез АТФ в этом участке не нарушаются, что обеспечивает сохранение энергосинтезирующей функции. Этот процесс направлен на использование энергетически более эффективного в условиях гипоксии сукцинатоксидазного пути окисления дыхательных субстратов, благодаря чему компенсируется снижение скорости окислительных превращений и синтеза АТФ, а также устраняется характерный для гипоксии метаболический ацидоз и, как следствие, увеличивается резистентность сердечной мышцы к дефициту кислорода . Более того, поскольку активация МФК II обусловливает приток Са²⁺в митохондрии, увеличиваются его внутримитохондриальные запасы, реализуемые в условиях гипоксии при снижении работоспособности миокарда .

Какие механизмы ответственны за рост новых сердечных клеток у животных

Многие животные обладают уникальными свойствами, которые необходимы им для выживания. Но часто эти свойства оказываются полезными не только для самих зверей, но и для людей.

Еще с древних времен млекопитающие, рептилии и насекомые использовались для лечения различных заболеваний (порой не слишком гуманно). Мы составили список животных, чьи целебные качества применяются в медицине и по сей день.

Пиявки

Гирудотерапия, или лечение пиявками, — пожалуй, один из самых знаменитых способов лечения болезней с помощью живых существ, о котором хотя бы раз слышало большинство людей. Вокруг гирудотерапии множество споров: кто-то считает, что это панацея от всех болезней, а кто-то — что эффекта от такого лечения не больше, чем от подорожника, приложенного к пулевому ранению. Считается, что слюна пиявок, содержащая большое количество полезных веществ, обладает сильными иммуностимулирующими и противомикробными свойствами и помогает справиться с огромным количеством болезней — от мигрени до ревматизма. Однако у лечения пиявками также немало противопоказаний (помимо панического страха перед всем ползающим и кровососущим): например, анемия, пониженное давление, беременность, проблемы со свертываемостью кровии так далее.

Пчелы

Эти насекомые — просто кладезь медицинских полезностей. Для лечения и профилактики болезней используется пчелиный яд, мед, маточное молочко и прочие пчелопродукты. Они добавляются в косметику, лекарственные препараты, БАДыи так далее.Лечение с использованием продуктов пчеловодства противопоказано людям с аллергией на эти продукты, беременным и кормящим женщинам, людям с заболеваниями печени, почек и эндокринной системы.

Мечехвосты

Голубая кровь этих необычных существ, содержащая большое количество меди, активно используется фармацевтическими компаниями для определения наличия опасных для человека бактерий в лекарственных препаратах и на медицинском оборудовании.

Дельфины

Эти умные млекопитающие используются не только для развлечения, что, к счастью, постепенно запрещается, но и для терапии. Общение с дельфинами помогает облегчить симптомы депрессии, действует как обезболивающее средство, улучшает состояние человека при мышечной астении, обеспечивает эффективную реабилитацию после инфаркта или инсульта.

Лошади

Еще одни животные, общение с которыми способно лечить. Взаимодействие с лошадью является отличной психотерапией, помогает расслабиться и отвлечься от неприятных мыслей (конечно, если вы не боитесь лошадей). Также езда верхом положительно влияет на развитие и укрепление мышц, поэтому иппотерапия часто используется для лечения и реабилитации людей, страдающих заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

Рептилии (змеи, ящерицы, лягушки)

Яд, кожа и мясо рептилий активно использовались для лечения болезней в такие давние времена, когда, возможно, еще даже не появилось понятие «медицина». Во многих азиатских странах применение в качестве лекарства яда змей или жаб до сих пор считается невероятно эффективным, поскольку он отлично обезболивает и ускоряет заживление ран. Также мясо рептилий обладает бактерицидными свойствами.

• Телеграм
• Дзен
• Подписывайтесь на наши каналы и первыми узнавайте о главных новостях и важнейших событиях дня.

Какие перспективы открываются для медицины благодаря изучению этих животных

К обратимым относятся такие изменения, которые в дальнейшем выравниваются, возмещаются, компенсируются. Компенсация отставания в развитии выражается чаще всего в том, что животные, развивавшиеся в неблагоприятных условиях, приобретают способность продленного роста. Они продолжают расти в возрасте, в котором у животных, выращиваемых в лучших условиях, уже закончился рост тела.

Компенсация отставания в развитии— явление распространенное и достаточно хорошо изученное. Объясняется, оно стадийностью. При ступенчатом характере индивидуального развития для перехода животного с одной ступени на другую ему требуется какая-то минимальная сумма внешних воздействий (например, питательных веществ). Если животное ежедневно получает большее количество нужных воздействий (обильнее кормится), эта сумма укладывается в более короткие сроки, ступени развития проходят быстрее, скорее заканчивается рост. Если же животное получает меньшее количество воздействий (беднее рацион), прохождение каждой ступени удлиняется. Есть и другие формы компенсации. Зоотехнику в его работе часто приходится сталкиваться с компенсацией задержек роста.

В. А. Эктов сопоставлял рост телок трех подопытных групп: 1) при обильном кормлении; 2) при скудном кормлении и 3) при скудном кормлении до 6 месяцев и обильном — в более старшем возрасте. В 18 месяцев животные всех трех групп были забиты.

До 18 месяцев телки 3-й группы и не догнали по весу телок 1-й группы, обогнали их в возрасте от 6 до 12 месяцев по среднесуточным привесам, а в возрасте от 12 до 18 месяцев — по относительным привесам.

Компенсация задержек роста выражается в том, что животное после некоторого, временного отставания по привесам приобретает способность более энергичного роста и, давая более высокие привесы, значительно уменьшает отставание от животных, находившихся раньше в лучших условиях, а иногда и догоняют их.

Это явление называется еще возбужденным синтезом . Компенсация задержек роста (возбужденный синтез) в большинстве базируется, так же как и компенсация отставания в развитии, на стадийности, ступенчатости развития.

Употребляемые ранее термины «компенсация роста» и «компенсация развита» К. Б. Свечин считает очень грубыми: рост и развитие ничем не компенсируются. Поэтому эти термины мы заменили менее привычными, но более точными терминами «компенсация отставания в развитии» и «компенсация задержек роста».

Временная задержка роста из-за потребления малопитательных кормов вызывает: 1) лучшее (благодаря упражнениям) развитие пищеварительного аппарата, способность к поеданию, перевариванию и усвоению большего количества кормов; 2) больший аппетит; 3) способность таких животных, в связи с тем, что они стадийно более молодые, к более энергичному росту.

Компенсация длительных задержек роста, как показал Н. П. Чирвинский, почти никогда не бывает полной. Если отставшие в росте животные в дальнейшем даже и догоняют по весу своих сверстников, то и в этих относительно редких случаях разница между теми и другими по ряду важных особенностей все-таки остается. Вызывая обратимые изменения развития животных, внешние воздействия почти всегда одновременно приводят к образованию и некоторых необратимых изменений.

Способность животных восстанавливать частично разрушенные клетки, органы или части тела (регенерация) также относится к одной из форм компенсации (компенсация разрушенного). Быстрее и полнее проходит регенерация у более молодых животных. Скорость и полнота регенерации зависят также от того, какие части разрушены, и от особенностей и степени их разрушения. В ряде случаев регенерация ведет к новообразованиям.

У животных есть и компенсация замещения . Если удалить, например, больную почку, оставшаяся почка увеличивается в размерах, работает более усиленно.

Есть ли способ применить знания о регенерации сердца у животных в медицинской практике

Дивергентный и конвергентный типы преобразований организмов, приводящие к формированию надвидовых (макроэволюция) систематических единиц.

Дивергенция — это тип эволюционных изменений, основанный на постепенном расхождении признаков организмов. Дивергенцией объясняется появление гомологичных органов, имеющих общее происхождение, но выполняющих, как правило, различные функции (функции у гомологов могут быть как различные, так и сходные). Конвергенция — приобретение сходных признаков у не родственных организмов. Конвергенцией объясняется появление аналогичных органов, имеющих различное происхождение, но выполняющих сходные функции.

Признак «Функция» является действительным всегда лишь для характеристики аналогичных органов, потому что гомологичными могут быть не только органы, выполняющие различные функции (как написано в таблице), но и сходные. Например, ноги лошади и ноги человека — явно гомологичные органы, так как имеют общее происхождение, но и функция то у них тоже сходная.

Примеры гомологичных органов

Крылья совы и крылья летучей мыши

Ласты дельфина и ласты-крылья пингвина

Конечности крота и конечности лошади

Ласты китообразных и ластоногих

Когти барсука и ногти обезьяны

Киль летучей мыши и киль птицы

Задние конечности кенгуру и задние конечности тушканчика

Окраска крыльев бабочки павлиний глаз и бабочки крапивницы

Ласты ихтиозавра и рука человека

Плакоидная чешуя акулы и зубы ящерицы

Лепестки розы и листья капусты

Листья паслена и усы гороха

Видоизмененные листья: лепестки розы, усы гороха, иголки кактуса.

Какие факторы могут повлиять на способность животных вырастить новое сердце

Фото с сайта medicalnewstoday.com

Исследователи, занимающиеся легитимным экспериментированием со стволовыми клетками, одной из важнейших задач считают снижение вероятности осложнений во время клинических испытаний терапии. Ученые делают это двумя способами: либо вводят точно отмеренное количество стволовых клеток, либо индуцируют их дифференциацию в нужный тип клетки в пробирке, а затем подсаживают их пациенту.

Такая практика одобрена контрольными медицинскими ведомствами в США и Европе. И тут есть примеры, действительно, вселяющие оптимизм.

Сегодня главный кандидат на регенерацию – сердце.

Вот сравнительно небольшое и тем не менее весьма значимое исследование международной группы ученых. В нем приняли участие 11 пациентов, перенесших инфаркт. Повреждение сердечной мышцы при инфаркте до недавнего времени считалось неизлечимым, но в данном случае у всех 11 человек площадь рубцовой ткани сократилась на 40% после того, как врачи пересадили туда аллогенные (то есть полученные не от самого пациента, а от донора) мезенхимальные стволовые клетки.

Пациентов наблюдали в течение года, и улучшения в работе сердца были стабильными. Это, однако, могло произойти не только в результате регенерации ткани, но и благодаря аортокоронарному шунтированию, именно во время этой операции больным пересадили стволовые клетки.

Ученые планируют новое исследование, в котором будут две группы пациентов: одна пройдет только шунтирование, другая – шунтирование и трансплантацию клеток. Разница в реабилитации (или ее отсутствие) позволит оценить эффективность инновационного метода.

Это далеко не единственная работа такого рода. Сама концепция регенерации сердечной мышцы при помощи стволовых клеток уже признана жизнеспособной.

Однако кардиологам еще предстоит выяснить, какие именно клетки лучше всего использовать для трансплантации: плюрипотентные стволовые, мезенхимальные стволовые (выделенные преимущественно из костной или жировой ткани), стволовые клетки пуповинной крови или иной тип.

Вот в этом подробном обзоре обсуждаются также различные методы доставки стволовых клеток в сердечную мышцу, варианты подготовки самого органа к трансплантации и прочие детали процедуры.

Все очень конкретно и очень серьезно, так что шансы на то, что мы увидим, как это станет официально одобренной медицинской практикой, очень высоки.

Еще один диагноз-кандидат – это сахарный диабет первого типа. Здесь исследования пока что не дошли до стадии экспериментов на человеческой модели, но важнейший прорыв совершен – ученые научились превращать стволовые клетки в полноценные β-клетки поджелудочной железы, производящие инсулин, а ведь на это потребовались годы упорного труда!

Более того, подсадив их мышам-диабетикам, экспериментаторыспособность их поджелудочных контролировать уровень глюкозы в крови.

Группа исследователей Вашингтонского университета, совершившая этот прорыв, уже сейчас способна произвести до миллиарда человеческих β-клеток в месяц, но прежде чем проводить клинические испытания метода на человеческой модели, необходимо тщательно проработать все вопросы безопасности.