Регенерация на мускулна тъкан

Мускулното увреждане предизвиква силни промени в мускулните клетки и извънклетъчния матрикс. Регенерирането на мускулите след увреждане има прилики с мускулното развитие по време на ембриогенезата и изглежда, че следва същата последователност. Началната фаза на възстановяване на мускулите се характеризира с възпаление и дегенерация на увредената тъкан. Почти едновременно, предишни спокойни миогенни клетки, наречени спътникови клетки, се активират, пролиферират, диференцират и сливат, за да образуват многоядрени миофибрили. Други не мускулни стволови клетки също могат да участват в този процес. Сегментирани фактори, като хепатоцитен растежен фактор, фибробластични растежни фактори, трансформиращ растежен фактор-βs, инсулиноподобни растежни фактори, тумор некрозисфактор се освобождават по време на възстановяване на мускулите и води регенерация на мускулна тъкан, но техните точни функции и ефекти върху ремоделирането на мускулите остават неизвестни.

Половината от масата на тялото се състои от скелетни мускули. Повечето от тези мускули са свързани с кости чрез сухожилия, чрез които силите, генерирани по време на мускулните контракции, се предават на скелета, като се произвеждат движения на тялото и допринасят за неговата стабилност. Следователно, увреждането на мускулната функция може да доведе до нестабилност. Потенциалните причини за увреждане на функцията на скелетните мускули включват увреждане, заболяване и стареене. Нарушената мускулна функция влияе върху качеството на живот, пречи на хората да извършват ежедневни дейности и да бъдат независими. По този начин факторите, които влияят на структурата, функцията и регенерацията на скелетната мускулатура са от голямо значение и интерес не само от научна, но и от клинична гледна точка.

Мускулната регенерация след увреждане има сходства с развитието на мускулите по време на ембриогенезата. С изключение на мускулите на главата, всички скелетни мускули са получени от мезодермални прекурсорни клетки, които произлизат от сомите (епителни сфери на параксиален мезодермизъм). Въпреки, че произходът на мускулните прекурсорни (сателитни) клетки остава да бъде определен, изглежда, че ролята на гените Pax3 и Pax7 за спецификацията на прогениторни клетки към сателитната клетъчна линия е много важна.

Скелетните мускули имат впечатляваща способност да се регенерират, което се прави ежедневно, както и в отговор на нараняване. Регенерацията на скелетните мускули е силно синхронизиран процес, включващ активирането на различни клетъчни и молекулярни отговори, при които координацията между възпалението и регенерацията е от решаващо значение за благоприятния резултат след мускулното увреждане. Регенерацията на мускулната тъкан след увреждане може да се разглежда като процес, състоящ се от две взаимозависими фази: дегенерация и регенерация.

Регенерирането на мускулите зависи от баланса между провъзпалителните и противовъзпалителните фактори, които определят дали увреждането ще бъде отстранено с подмяна на мускулните влакна или с образуване на белези. Въпреки че, фазите на процеса на възстановяване са сходни след различни причини за увреждане, кинетиката и амплитудата на всяка фаза могат да зависят от конкретния увреден мускул, степента на увреждане или използвания модел на увреждане.

Първоначално при дегенерация се наблюдава бърза некроза на миофибрили. Това събитие се характеризира с нарушаване на сарколемата на миофибрилата и води до увеличаване на пропускливостта й. Вследствие на нарушаването на целостта на миофибрилата, серумните нива на мускулните протеини, като креатин киназата, се повишават. Повишените серумни нива на креатин киназата могат да се открият след механично натоварване, както и при мускулни дегенеративни заболявания като мускулни дистрофии. Освен това, тъй като цитозолните протеини не отразяват непременно количеството структурно увреждане, структурно свързани протеини са използвани като по-добри маркери за увреждане на контрактилния апарат.

Ранната фаза на увреждане на мускулите обикновено е придружена от инфилтрацията на увредения мускул от възпалителни клетки. Трябва да се отбележи, че важно значение е ролята на инфилтриращите клетки, не само при медиация за увреждане, но и при активирането на регенеративните процеси, необходими за успешното възстановяване от увреждането. Активирането на мононуклеидни клетки, основно възпалителни клетки и миогенни клетки се регулира от фактори, които се освобождават от увредения мускул.

Първите възпалителни клетки, които постъпват в увредения мускул, са неутрофилите. Последни проучвания показват, че значително увеличение на броя им се наблюдава 1-6 часа след мускулното увреждане. Около 48 часа след увреждането възпалителните клетки, които преобладават на мястото на увредения мускул, са макрофаги. Тези клетки мигрират към увредената област чрез кръвообращението. По този начин, в случай на значителни увреждания на кръвоснабдяването на увредената зона, регенерирането не може да се осъществи докато нови кръвоносни съдове не проникнат в зоната. След инфилтрацията макрофагите фагоцитозират клетъчните остатъци и отстраняват нарушените миофиламенти, други цитозолни структури и увредената сарколема. Освен това, макрофагите също активират миогенни клетки. Основните хистопатологични характеристики на ранната фаза на мускулното увреждане са некроза на мускулните влакна и увеличен брой не-мускулни мононуклеидни клетки в увредената област.

По време на мускулната дегенерация се активира процесът на възстановяване на мускулите. Важно събитие, необходимо за възстановяването на мускулите, е клетъчната пролиферация. Доказва се, че нови мускулни влакна се образуват в резултат на миогенната фаза на пролиферация. Миогенните клетки диференцират и сливат към съществуващи увредени влакна за регенерация или за взаимно обновяване на нова форма на миофибрилите. Някои характеристики на регенерация на мускулна тъкан са:

• новообразуваните влакна са базофилни и това отразява синтеза на високи протеини. Освен това те изразяват ембрионални форми на МНС, което означава, че влакната се образуват de novo
• по време на регенерацията, клетъчното сливане е фокусирано към увреденото място, вместо да се разпространява в мускулната тъкан
• влакната са разделени, което вероятно се дължи на непълното сливане на влакна, регенериращи в същата базална ламина

Когато сливането на миогенни клетки завърши, размерът на новообразуваните миофибрили се увеличава. Най-накрая, новата мускулна тъкан е същата като невредим мускул, не само морфологично, но и функционално.

Регенерацията на скелетните мускули е силно организиран процес, който включва активирането на спътникови клетки, за да се размножават и диференцират. Това активиране изисква контролирано регулиране на мускулните транскрипционни фактори и специфичните мускулни гени. Ролята на различните секретирани растежни фактори се оказва много важна по време на този процес. Мускулните увреждания причиняват освобождаването на биологично активни молекули в извънклетъчното пространство. Тези молекули могат да бъдат ендогенни за самата увредена тъкан или могат да бъдат синтезирани и секретирани от други клетъчни типове на мястото на раната, включително неутрофили и макрофаги. Всички тези фактори се смята, че играят роля в различните етапи на възстановяването на мускулите.

Гладката мускулатура има ограничен потенциал за възстановяване. Образуването на нови гладкомускулни влакна може да стане чрез метаплазия на елементи от съединителната тъкан. Обикновено възстановяването се извършва чрез заместване на дефекта от съединителна тъкан, а съседните на засегнатия участък клетки хипертрофират и поемат функцията на загиналите клетки.