Восстановление органов и тканей животного организма

Некоторые затруднения встретила новая теория регенерации в заживлении кожных ран.

Повреждения кожи заживают у аксолотля или тритона с поразительной легкостью. У этих животных можно удалять значительные куски кожи. В нашей лаборатории Л. Ф. Березкина снимала у аксолотля кожу со всей лапки, как перчатку, и, спустя короткий срок, поврежденное место зарастало молодой, новообразованной кожей.

Между тем, у высших позвоночных млекопитающих, а также и у человека заживление кожных ран протекает далеко не так гладко.

Всем известно, что бесследно проходят только небольшие порезы, когда края раны плотню спаиваются между собой и срастаются, подобно тому, как соединяются края сшиваемых кусков материи. Хирурги называют такой способ заживления первичным натяжением.

А если рана такова, что между краями кожи имеется значительное пространство? Тогда вместо шва получается штопка. Заживление таких ран всегда оставляет на коже заметные следы в виде рубца. Хирурги называют такой способ заживления вторичным натяжением.

Рубец значительно отличается от всей остальной кожи. Это, действительно, не настоящая ткань, а подобие довольно грубой штопки. В отличие от окружающей кожи рубец гладок, блестящ, бел, на нем не растут волосы, он не подвержен загару. Если тронуть рубец волоском, прикосновение не ощущается — к нему не подходят нервы. А более тонкое исследование обнаруживает, что в рубце нет ни потовых, ни сальных желез, которыми так богата наша кожа.

В чем же дело? Может быть, действительно, восстановление кожи совершается в соответствии с теорией Вирхова — Вейсмана: лучше у низших и хуже у высших позвоночных?

Нет, дело не в этом. Покровная ткань кожи, по Вейсману, должна обладать большими запасами «зародышевой плазмы», так как в ней идет беспрерывное размножение клеток, заменяющих-отмирающие и сбрасываемые в виде роговых чешуек клетки. Самообновление в покровной ткани кожи выражено прекрасно. А что касается подлежащего слоя, расположенного под покровной тканью, то это соединительная ткань, та самая, за счет которой и образуется плотная основа рубца. Из клеток и волокон соединительной ткани кожи образуются клетки и густой переплет волокон рубца. Почему же вместо настоящей кожи на месте повреждения возникает грубая волокнистая ткань, покрытая тонкой покровной пленкой, без волос, без нервных окончаний, без потовых и сальных желез, — суррогат, жалкое подобие кожи?

Опыт показывает, что и здесь все дело в условиях заживления.

Полное восстановление кожи у высших позвоночных млекопитающих, а также, вероятно, и у человека, — возможно.)В нашей лаборатории М. Е. Аспиз тщательно изучила заживление кожных ран у кроликов. При соответствующих условиях рана на коже зарастает не рубцовой тканью, а настоящей кожей, в которой развиваются кожные железы, растут волосы, накапливается кожный пигмент. Все дело в условиях восстановления.

Причина заживления кожных ран рубцовой тканью, заключается не в ослаблении, а в усилении восстановительной реакции у млекопитающих на повреждение кожи.

Рана на коже — ворота для заражения организма микробами. Вот почему на повреждение кожи организм отвечает прежде всего защитной реакцией, которую осуществляет соединительная ткань. Клетки соединительной ткани уничтожают попавших в рану микробов. Волокна соединительной ткани, как войлоком, закрывают рану, предохраняя организм от воздействия внешней среды. А уж после этого восстановление первоначального строения кожи становится затруднительным. Покровная ткань оказывается в неблагоприятных условиях для развития волос и кожных желез. Остается рубец.

Но если защитная реакция соединительной ткани оказалась умеренной, если возникла не грубая штопка, а молодая, нежная, сочная подстилка из соединительной ткани, покровная ткань развивается со всеми своими придатками. Возникает настоящая кожа.

Овладение этим процессом в интересах практики хирургической клиники — дело ближайшего будущего.

Восстановление нервной ткани

Десятки лет науку о строении и развитии животного организма сковывала легенда о бессменной и бессрочной службе нервных клеток.

Неизносимые, неизменные, вечные частицы нервной ткани — такими до сих пор изображаются нервные клетки во всех учебниках микроскопической анатомии. В таком виде представляло их себе воображение исследователя и в живом организме. Так говорилось о них во всех научных трудах, посвященных нервной системе. Все частицы организма подлежали смене, для всех частиц обнаруживались способы постоянного самообновления— кроме нервных клеток. Из учебника в учебник, из книги в книгу переходило нелепое утверждение, что человек растет и развивается с тем же числом нервных клеток, какое оказалось в его нервной ткани в момент рождения. Ни одной нервной клетки не возникает будто бы заново в нервной ткани в течение всей жизни человека. За пятьдесят, сто, сто пятьдесят лет— крайний срок человеческой жизни — тонны живого вещества в человеческом теле будут разрушены и вновь восстановлены путем обмена веществ. А крошечные комочки вещества, от которого зависят тончайшие и важнейшие функции организма — связь всех его частей друг с другом и связь всего организма с внешней средой, — должны, в согласии с обветшалой догмой учебников, работать бессменно в течение всего этого срока.

Это представление неверно. Оно противоречит научному воззрению на свойство живого. И все же оно держится в науке, как последний довод вирховско-вейсмановской трактовки жизни. Оно держится в науке не потому, что имеются факты, подтверждающие это воззрение, а потому, что еще мало накоплено фактов, опровергающих его. Уверенность в том, что самообновление нервной ткани и восстановление утраченных нервных клеток невозможны, задерживала работу ученых в этом направлении.

И все же такие факты есть — разрозненные, случайные, полузабытые, но внушающие надежду на то, что тайна самообновления нервной ткани будет раскрыта и притом в недалеком будущем.

Сколько исследований сделано над восстановлением хвоста у аксолотля и тритона! А кто из исследователей поинтересовался тем, что происходит при восстановлении хвоста с нервной тканью? Восстанавливается ли при этом спинной мозг, залегающий в позвоночнике? Возникают ли при этом двигательные нервные клетки, приводящие в движение мышцы хвоста, и как они возникают? Эти вопросы не привлекали внимания исследователей.

А между тем при восстановлении хвоста у аксолотля происходит развитие того отдела спинного мозга, который располагается в хвосте. И спинной мозг развивается со всеми своими частями: нервными клетками, образующими скопления — ядра, пучками нервных волокон и особыми нервными органами — спинномозговыми узлами.

В старых работах, выполненных в те времена, когда ученые еще не испытали тлетворного влияния вирховско-вейсмановских домыслов, можно найти описания опытов с восстановлением различных частей мозга у высших позвоночных. Восстановление частей головного мозга описано у такого близкого человеку животного, как мартышка.

Вот почему можно с полной уверенностью допускать возможность восстановления нервной ткани. И здесь мы вправе ожидать повышения восстановительной реакции на повреждение нервной ткани у высших позвоночных животных.

В нашей лаборатории Т. И. Зеликина изучила скорость и совершенство восстановления нервов у низших позвоночных — аксолотля и лягушки — и у представителя млекопитающих — крысы.

Нерв, снабжающий конечность, перерезался на определенном уровне и вновь сшивался.

Нервным волокнам — отросткам нервных клеток— предоставлялось пройти длинный путь через всю отмершую часть нерва, за линию разреза.

Через неделю, две, три микроскоп открывает в мертвом нерве вросшие в него из живой части нерва волоконца. Еще неделя, две — волоконца проходят все дальше, их становится все больше и больше. Кожа вновь обретает чувствительность — животное отдергивает уколотую лапку. Нерв восстановился.

И по скорости, и по совершенству восстановления нерва крыса превосходит аксолотля и лягушку.

Лягушка, даже после восстановления чувствительности, надолго сохраняет несовершенное строение восстановленного нерва. В нем мало волокон! — значительно меньше, чем до повреждения. Он тонкий, непрочный. А у крысы восстановленный нерв обладает почти тем же количеством волокон, что и до повреждения. По толщине он почти неотличим от неповрежденного нерва — такого же нерва противоположной стороны тела.

Восстановительная реакция организма на повреждение нерва не слабеет, а усиливается у высших позвоночных — в полном соответствии с высоким уровнем их жизнедеятельности и высоким уровнем процессов самообновления в организме.

Биологическая теория регенерации

Кожа, скелет, мышцы, нервы — это составные части конечности, ее строительные материалы.

И вот, оказывается, что эти части у высших позвоночных животных в случае повреждения восстанавливаются не хуже, а лучше, чем у низших позвоночных.

Почему же тогда организм низшего позвоночного — аксолотля — восстанавливает удаленную конечность, а организм высшего позвоночного — птицы и млекопитающего — не отвечает на утрату конечности восстановительной реакцией?

Мы познакомились с результатами многолетних исследований по восстановлению различных материалов, из которых строится тело как высших, так и низших позвоночных животных.

Мы убедились в том, что старая теория регенерации давала ложное объяснение различиям в восстановительных реакциях у высших и низших животных. Опыт не обнаружил ни у одного из обследованных нами высших животных падения восстановительных свойств тех материалов, из которых построено тело животных. Почему же тогда не восстанавливаются утраченные органы, которые состоят из этих материалов? Почему у птиц и млекопитающих не восстанавливаются целые конечности?

Ответ на этот вопрос дает новая теория регенерации, обоснованная всеми полученными нами данными.

Результаты наших опытов убеждают в том, что восстановительная реакция зависит от энергии жизнедеятельности организмов. Чем выше животное, чем сложнее и, разнообразнее функции его органов, тем выше уровень самообновления его тканей, а значит и уровень восстановительной реакции организма на их повреждение.

Самообновление тканей в организме совершается в результате их постоянного саморазрушения от производимой работы. Больше разрушение — больше и восстановление. Меньше разрушение — меньше и восстановление. В уровне самообновления выражается приспособленность организма к определенному уровню разрушения, происходящего под влиянием условий жизни. Отсюда вытекает взгляд на восстановительную реакцию, как на приспособление к определенным условиям существования организма, к определенной биологии видов животных. В этом и заключается биологическая теория регенерации.

Все реакции организма на воздействия условий жизни — это та или иная работа. Погоня за добычей, пожирание пищи, бегство от врага — все эти реакции выражаются в работе определенных органов. Любая работа происходит на основе разрушения, расходования вещества работающих органов. И, как оборотная сторона разрушения, в полном соответствии с ним, работу органов тела сопровождает восстановление. В разрушении и восстановлении выражается важнейшее свойство жизни — самообновление.

Восстановление поврежденных тканей — это та же реакция самообновления, но вызываемая не работой, не нормальными, а повреждающими условиями жизни. И так же, как нормальное самообновление тканей происходит под контролем производимой работы, так и восстановительная реакция совершается под контролем рабочего состояния, функции поврежденного органа.

Восстановительная реакция на повреждение кости или на удлинение целого костного органа приводит к образованию грубой модели удаленного органа или его части. В дальнейшем, под влиянием функции, восстановленный орган приобретает сходство с утраченным органом как по внешней форме, так и по внутренней структуре.

На удаление целой мышцы, при условии пересадки на ее место измельченной мышечной ткани, организм отвечает образованием органа, который первоначально состоит из несовершенной ткани, неспособной к работе. В дальнейшем, в результате развития нервной связи, под влиянием функции, восстановленная мышца приобретает окончательное строение.

Рабочее состояние, функция — не только важнейшее условие, — это двигательная сила восстановления.

Понятно, почему у высших животных крепка эта сила. Высокий уровень жизнедеятельности означает большую и разнообразную работу всех органов при поиске и добыче пищи, при бегстве и защите от врагов. Чем напряженнее борьба за жизнь, тем чаще совпадают рабочие и повреждающие условия жизни. Высокий уровень самообновления — это приспособление к восстановлению частей, разрушаемых как в результате работы, так и в результате повреждающих условий жизни.

Что же касается восстановления целых органов, состоящих из многих материалов, то это приспособление вырабатывается у животных организмов в результате таких условий жизни, которые сопряжены с частой утратой этих органов.

Подобный взгляд защищал Дарвин. «…Взгляд… что эта способность обыкновенно бывает локализованной и специальной и служит для восстановления частей, легко утрачиваемых каждым данным животным, в значительной мере справедлив», — писал Дарвин.

Если голодных аксолотлей или тритонов держать группами в аквариумах, то они уродуют друг друга до неузнаваемости, обкусывая лапки, хвосты, жабры, челюсти, глаза — все те органы, которые отличаются у этих животных удивительным свойством восстановления.

Сотни миллионов лет назад, когда озера и лужи каменноугольных лесов кишели земноводными, возникло это приспособительное свойство. Условия существования — скученная жизнь в неглубоких, пересыхающих водоемах, при недостатке пищи, привела к развитию склонности — обкусывать друг другу выступающие части тела. В ответ на частые повреждения в организме вырабатывалось приспособление к восстановлению утраченных частей.

Трудно сказать, каким был путь выработки этого приспособления.

Всего вероятнее, и в этом случае, как и во всех других, двигательной силой развития восстановительной реакции была функция остатка органа.

Когда организм отвечает на повреждение печени восстановлением утраченной части, бросается в глаза увеличение остатка поврежденного органа. Причина этого увеличения понятна: на оставшуюся часть падает повышенная нагрузка. Функция оставшейся части повышается. Происходит увеличение органа, носящее название функциональной, то есть рабочей, гипертрофии. Долгое время считалось, что при удалении части печени настоящего восстановления, то есть новообразования, не происходит — увеличиваются будто бы только размеры тех рабочих частей, из которых состоит печень. Это оказалось неверным. Восстановление происходит. Новообразованная часть возникает путем отрастания от старой. Вместе с тем происходит и увеличение размеров, гипертрофия оставшейся части, которая обязательно предшествует восстановлению. Это основа регенерации.

Однако печень — орган, состоящий из множества сравнительно простых частей. При регенерации печени происходит воспроизводство этих частей. С конечностью дело обстоит значительно сложнее.

Источником восстановления может быть только остаток конечности. Если удалить конечность целиком, вместе с лопаткой и ключицей, восстановления не будет. Значит, остаток органа имеет первостепенное значение для регенерации. Что же с ним происходит?

Первое, что бросается в глаза при изучении остатка конечности у аксолотля или тритона — процесс его саморазрушения. Все материалы, из которых состоит конечность — кожа, кости, мышцы, нервы, — в той или иной степени обнаруживают признаки распада, утрачивают свое нормальное строение, разрушаются. Живое, неклеточное вещество, в самых разнообразных формах, развивается из продуктов этого распада. И молодые, бурно размножающиеся клетки возникают в живом веществе. Старые, подвергшиеся разрушению ткани порождают новую — восстановительную ткань.

Советские исследователи давно придавали большое значение процессам саморазрушения в остатке поврежденного органа. Но только теперь, после исследований О. Б. Лепешинской, установившей роль живого вещества в организме, стало ясно, что распад тканей в остатке поврежденного органа является важнейшим условием восстановительного процесса.

Советский исследователь Л. В. Полежаев еще в 1935 году установил, что искусственное повреждение остатка органа способствует его восстановлению. У бесхвостых земноводных позвоночных животных, к которым относятся лягушки и жабы, свойством восстанавливать удаленные конечности и хвосты обладают только личинки — головастики, да и то на ранних стадиях развития. Но если культю удаленной ножки головастика повредить многочисленными уколами иголки, способность к регенерации обнаружится у головастиков лягушек и на поздних стадиях развития. Разрушение тканей в остатке органа будет способствовать восстановлению. В свете учения О. Б. Лепешинской о живом веществе стало понятным значение повреждения остатка органа для исхода регенерации. Повреждение усиливает распад тканей, и вместе с тем, следовательно, способствует развитию живого вещества — источника восстановления.

Можно было бы подумать, что свойством тканей остатка органа подвергаться распаду и объясняется способность организма к восстановлению утраченных органов. Тогда различия в регенерационной способности организмов объяснялись бы очень просто: у аксолотля или тритона ткани остатка органа подвергаются саморазрушению, а у петуха или крысы этот процесс не происходит, поэтому в одном случае регенерация имеет место, в другом отсутствует. Однако в действительности дело обстоит совсем не так. Саморазрушение тканей в поврежденных органах происходит у всех животных организмов.

В нашей лаборатории изучались изменения тканей в остатке ампутированной ноги у цыпленка. Все ткани обнаруживают признаки саморазрушения. И из продуктов разрушения возникают новые ткани, за счет которых происходит приспособление поврежденного органа к изменившейся функции. Разрастаются покровная и соединительная ткани, закрывая поверхность разреза слоем молодой кожи. Разрастается молодая костная ткань, окружая как муфтой остаток старой кости и закрывая отверстие, ведущее в ее полость. Разрастается мышечная ткань, подрастая к новообразованной костной ткани и прикрепляясь к ней с помощью сухожилий. Разрастаются нервы, подходя к мышцам и вступая с ними в связь. Все ткани подвергаются перестройке, происходящей на основе саморазрушения. А восстановления ампутированной конечности не происходит. В чем же причина того, что. в одном случае распад тканей в остатке органа ведет к регенерации, а в другом только" обеспечивает приспособление к измененной форме и функции органа? Причина, очевидно, заключается в том, что организм тритона или аксолотля унаследовал восстановительную реакцию на утрату конечностей от далеких предков, живших в таких условиях, когда частая утрата конечностей была условием их жизни. И в ответ на это условие, на основе процессов саморазрушения в остатке конечности, выработалась реакция восстановления утраченной конечности. Эта реакция, очевидно, возникла в результате изменений остатка органа под влиянием работы, под влиянием функции.

В настоящее время трудно сказать, что происходило с остатком органа, когда миллионы лет назад только еще развивалась восстановительная реакция на утрату конечности. Но по тому, как ведет себя современный аксолотль, утративший конечности, можно догадываться, как отвечал организм древнего земноводного на утрату ног.

Аксолотль пытается пользоваться остатками конечностей. Он делает ими плавательные движения, даже опирается на них. Несомненно, остатки конечностей несут определенную двигательную функцию, и эта функция очень напряженная в связи с непригодностью неуклюжих обрубков к тем движениям, которые аксолотль производит. Несомненно, здесь имеет место и рабочая гипертрофия остатков ног.

Но представить себе, чтобы рабочая гипертрофия и в данном случае, как в печени, переросла в восстановительный процесс, невозможно. Конечность — не печень. Ее восстановление — это не воспроизведение тех же частей, из которых состоит остаток органа.” Это подлинное новообразование. Никакая рабочая гипертрофия не может привести к отрастанию новой конечности из ее остатка.

Приходится сделать предположение, что приобретение свойства восстанавливать утраченные конечности произошло путем преобразования изменений работающего остатка при унаследовании этих изменений последующими поколениями.

Человеческий организм лишен свойства восстанавливать утраченные конечности. Человек, как и его предки — млекопитающие, даже в далеком прошлом не подвергался таким повреждающим воздействиям, которые могли бы вызвать развитие этого свойства. Но исследование восстановительной реакции организма млекопитающих на повреждение тех материалов, из которых построены их органы, внушает надежду на возможность искусственного создания этого свойства. Овладение тайной зародышевого развития конечности, раскрытие способа, которым осуществляется развитие конечности в зародышевом состоянии, — путь к решению этой задачи.

Освобождение науки от вымыслов, которыми питалось учение о регенерации на протяжении полувека, — важнейшее условие плодотворной работы в области явлений регенерации. Факты разоблачают старую вирховско-вейсмановскую теорию регенерации как лженаучный домысел. Дальнейшая разработка учения о восстановительных свойствах организмов должна итти на основе новой, биологической теории регенерации.