Это было зрелище, которое могло привести в волнение любого исследователя, знакомого с тем, что в течение многих лет говорилось о неспособности мышечной ткани к регенерации. Спустя две недели после операции, сделав разрез кожи над поврежденной мышцей, на месте повреждения можно видеть молодую ткань, заместившую утраченную часть мышцы. И это настоящая мышечная ткань, которая состоит из сократимых волокон и приводит в движение крыла цыпленка.
С возрастом восстановительная реакция слабеет. Но все же и у взрослого петуха нам удавалось получать замещение удаленной части мышцы новообразованной мышечной тканью. Восстановленная часть несколько тоньше всей остальной мышцы, в ней много соединительной ткани, но все же она прочно связывает разобщенные при операции концы мышцы и активно участвует в работе мышцы, составляя с ней неразрывное целое.
Из этих опытов стало совершенно ясно, что восстановление мышечной ткани даже у животных с самой специализированной мускулатурой — возможно. И не только возможно, но должно закономерно осуществляться при определенных условиях. Каковы же эти условия?
Все исследователи, изучавшие восстановление мышечной ткани, в один голос заявляли, что главное препятствие восстановительному росту мышечных волокон составляет соединительная ткань. На любое повреждение организм отвечает возбуждением соединительной ткани. Скопления клеток, бесчисленные волокна соединительной ткани окружают поврежденное место, образуя здесь плотную, как войлок, ткань — рубец.
Эта реакция организма — защитная. Клетки соединительной ткани поглощают и переваривают попавших в рану микробов. Рубцовая ткань предохраняет рану от непосредственного действия воздуха, света, тепла и холода, всевозможных механических воздействий. Чем больше загрязняется рана, тем сильнее защитная реакция организма. Вот почему первое условие восстановления мышечной ткани — чистота раны, в результате которой защитная реакция проявляется слабее и рубцовой ткани возникает меньше.
Но в организме птиц против попадающих в рану микробов действует не только соединительная ткань, но и высокая температура тела, при которой гнилостные микробы, заражающие рану, не развиваются. Вот почему у птиц с такой легкостью проявляется восстановительная реакция на повреждение мышц — ей не препятствует развитие рубцовой ткани.
Ясно, что слабое развитие в ране соединительной ткани — важное условие восстановления мышцы. Ну, а если она все-таки развивается, окутывая паутиной своих волокон возникающие мышечные волокна? Тогда необходимо, чтобы волокна соединительной ткани располагались в определенном порядке, не препятствуя росту мышечных волокон, А для этого нужно, чтобы восстановление шло при натяжении мышцы. Натяжение — необходимое условие восстановления мышечной ткани.
Необходимое для развития восстанавливающейся мышечной ткани натяжение создается тем, что поврежденное место быстро заполняется кровью, тканевым соком, обрывками поврежденных мышечных волокон. Возникает рыхлая связь между концами поврежденной мышцы. Но этого достаточно, чтобы в восстанавливающейся мышце создалось необходимое натяжение. В этих условиях начинается новообразование мышечной ткани на месте повреждения.
Как только удалось доказать возможность восстановления поврежденных мышц у птиц, были предприняты такие же исследования на млекопитающих.
Опыты показали, что и у крыс, кроликов, собак восстановление поврежденных мышц возможно и происходит закономерно, если только обеспечены соответствующие условия. Коллективом нашей лаборатории, в особенности А. Р. Стригановой и З. П. Игнатьевой, изучены условия восстановления мышц у разных млекопитающих животных.
Если при повреждении мышцы не было допущено заражения, если не была чересчур сильной защитная реакция организма, если в месте повреждения возникло необходимое натяжение, — мышца восстановится. Разрез на мышце животного — кролика, крысы, собаки, — зияющая рана, отверстие, достигающее в диаметре 10 миллиметров, спустя две-три недели после повреждения затягивается молодой тканью. Это настоящая мышечная ткань, которая состоит из мышечных волокон, сократимая ткань, исправно выполняющая свою работу. Восстановление мышц у млекопитающих оказалось возможным. Старая теория регенерации и в этом вопросе потерпела поражение.
Возможность восстановления мышечной ткани, несмотря на ее специализацию, не случайна, а совершенно закономерна, так как в ней отражается присущее мышечной ткани, как и всем остальным тканям нашего тела, свойство самообновления. И если уловить эту закономерность, понять, в чем она заключается, перед исследователем открывается путь к власти над восстановительным процессом, путь к управлению им.
Живое вещество — источник развития восстановительной ткани
Что происходит в поврежденной мышце, начиная с первых изменений ее в ответ на повреждение и кончая полным восстановлением?
Первое, что открывает микроскоп в поврежденной мышце, — разрушение, распад мышечных волокон.
Организм отвечает на повреждение мышц дальнейшим, более глубоким разрушением поврежденной ткани. В поле зрения микроскопа — толстые, набухшие мышечные волокна, утратившие свое первоначальное строение. В них идет быстрое размножение ядер. Ядра накапливаются большими группами в виде цепочек, пронизывающих вдоль всю толщу волокна. А на концах волокон, в местах их разрыва образуются большие наплывы, заполненные ядрами. Здесь волокна полностью теряют свое первоначальное строение. В этих участках развивается что-то другое. Что же это?
Это вещество, лишенное клеточного строения, полностью утратившее определенную форму, присущую мышечным волокнам, бесформенное вещество жидкого состояния, расплывающееся среди окружающей соединительной ткани. Это — живое вещество.
Открытие живого вещества и его значения в развитии живых организмов принадлежит выдающемуся советскому ученому О. Б. Лепешинской.
О. Б. Лепешинская внесла в биологию научное воззрение на развитие клеток. «…Клетка, — говорит она, — имеет свое начало, свое развитие и свой конец… Клетку необходимо изучать в ее движении, в ее историческом и индивидуальном развитии, изучать ее зарождение, развитие, старость и смерть»[2].
Развитие это не бесконечное повторение старого, а всегда новообразование. Вот почему каждое возникновение новой клетки это не просто деление старой, «материнской» клетки на две равные «дочерние» клетки, а всегда зарождение и развитие действительно новой клетки, и не из старой клетки, а из неклеточного живого вещества.
Что такое живое вещество? Это вещество, не имеющее клеточного строения, но состоящее из того химического материала, который образует все формы жизни — белка, и обладающее тем главным свойством, которое отличает живое от неживого — обменом веществ с окружающей средой.
«Под живым веществом, — говорит О. Б. Лепешинская, — мы понимаем не только массу вещества, не имеющую формы клеток, но даже вещество на разных стадиях его развития, начиная от живой молекулы, способной к такому обмену веществ, при котором эта молекула не только не разрушается, а, наоборот, сохраняется, развивается, растет и размножается»[3].
Клетки возникают не из клеток, а из живого вещества.
«Живое вещество, — говорит О. Б. Лепешинская, — в своем развитии должно давать новые формы высшего порядка, обладающие новыми биологическими свойствами»[4].
Клетки возникают как действительно новые клетки, не повторяющие полностью свойств предшествующих клеток, а отличные от них, путем зарождения в живом веществе, как вне старых клеток, так и в их недрах.
Мышечные клетки — миобласты — возникают при восстановлении мышечной ткани из живого вещества, которое образуется при распаде поврежденных мышечных волокон.
Уже в первые дни после операции в месте повреждения открываются многочисленные веретеновидные клетки, возникающие в живом веществе распадающихся мышечных волокон. Они отделяются от волокон, быстро размножаются и передвигаются к месту повреждения вместе с волокнами соединительной ткани и кровеносными сосудами. Распад старого — поврежденных мышечных волокон — приводит к рождению и развитию нового — молодых мышечных клеток, миобластов. Это первая, миобластическая, стадия восстановления.
Переход к следующей, мышечноволокнистой, стадии совершается после того, как в область восстановления врастет нерв. Его появление оказывает магическое действие на миобласты. Начинается их рост, слипание друг с другом концами, — и вот уже молодые стройные мышечные волокна встречают нежное прикосновение тончайших коготков нерва. Они — отвечают на это прикосновение стремительным сокращением. Новообразованная ткань вступает в трудовую жизнь. Начинается вторая стадия восстановления.
В этой смене стадий раскрылся секрет власти над восстановлением мышц.
Действительно, если первая, миобластическая, стадия характеризуется развитием миобластов из живого вещества, а живое вещество возникает в результате распада поврежденных мышечных волокон, то почему бы не усилить образование живого вещества, хотя бы искусственным разрушением мышечной ткани?
А если вторая стадия вызывается связью между нервом и восстанавливающейся мышечной тканью, то почему бы не попытаться ускорить образование этой связи хотя бы искусственным подведением нерва к месту повреждения?
Так были задуманы опыты по управлению восстановительным процессом в мышечной ткани.
В результате этих опытов родился метод — восстановление целых мышц путем пересадок измельченной мышечной ткани.
От восстановления повреждений к восстановлению целых мышц
Двуглавая мышца плеча — бицепс — у птиц легко доступна для операций. Если сделать продольный кожный разрез на плече, развести края раны, то открывается вся двуглавая мышца, одним, нижним, концом связанная с локтевой костью, другим, двурасщепленным, двухголовым, верхним концом распластанная на поверхности плечевой кости. Отчетливо видны две нервные ветви, верхняя и нижняя, идущие в мышцу из плечевого нерва. Их можно осторожно выделить и оставить на месте, чтобы обеспечить быстрое развитие нервной связи — главное условие второй стадии восстановления мышцы, а всю мышцу целиком от нижнего до обоих верхних сухожилий вместе с отходящей от нее тонкой мышцей, натягивающей летательную перепонку, — удалить.