2. Объекты исследования гистологии
3. Приготовление гистологических препаратов
4. Методы исследования
5. Исторические этапы развития гистологии
1. Гистология наука о микроскопическом и субмикроскопическом строении, развитии и жизнедеятельности тканей животных организмов. Следовательно, гистология изучает один из уровней организации живой материи тканевой. Различают следующие иерархические уровни организации живой материи:
клеточный;
тканевой;
структурно-функциональные единицы органов;
органный уровень;
системный уровень;
организменный уровень
Гистология, как учебная дисциплина , включает в себя следующие разделы: цитологию, эмбриологию, общую гистологию (изучает строение и функции тканей), частную гистологию (изучает микроскопическое строение органов).
Основным объектом изучения гистологии является организм здорового человека и потому данная учебная дисциплина именуется как гистология человека.
Основная задача гистологии состоит в изучении строения клеток, тканей, органов, установления связей между различными явлениями, установление общих закономерностей.
Гистология, как и анатомия, относится к морфологическим наукам, главной задачей которых является изучение структур живых систем. В отличие от анатомии, гистология изучает строение живой материи на микроскопическом и электронно-микроскопическом уровне. При этом, изучение строения различных структурных элементов проводится в настоящее время с учетом выполняемых ими функций. Такой подход к изучению структур живой материи называется гистофизиологическим, а гистология нередко именуется как гистофизиология. Кроме того, при изучении живой материи на клеточном, тканевом и органном уровнях рассматривается не только форма, размеры и расположение интересующих структур, но методом цито- и гистохимии нередко определяется и состав веществ, образующих эти структуры. Наконец, изучаемые структуры обычно рассматриваются с учетом их развития, как во внутриутробном (эмбриональном) периоде, так и на протяжении постэмбрионального онтогенеза. Именно с этим связана необходимость включения эмбриологии в курс гистологии.
Гистология, как любая наука, имеет свои объекты и методы их изучения. Непосредственными объектами изучения являются клетки, фрагменты тканей и органов, особым способом приготовленные для изучения их под микроскопом.
2. Объекты исследования подразделяются на:
живые (клетки в капле крови, клетки в культуре и другие);
мертвые или фиксированные, которые могут быть взяты как от живого организма (биопсия), так и от трупов.
В любом случае после взятия кусочков они подвергаются действию фиксирующих растворов или замораживанию. И в научных, и в учебных целях используются фиксированные объекты. Приготовленные определенным способом препараты, используемые для изучения под микроскопом, называются гистологическими препаратами.
Гистологический препарат может быть в виде:
тонкого окрашенного среза органа или ткани;
мазка на стекле;
отпечатка на стекле с разлома органа;
тонкого пленочного препарата.
Гистологический препарат любой формы должен отвечать следующим требованиям:
сохранять прижизненное состояние структур;
быть достаточно тонким и прозрачным для изучения его под микроскопом в проходящем свете;
быть контрастным, то есть изучаемые структуры должны под микроскопом четко определяться;
препараты для световой микроскопии должны долго сохраняться и использоваться для повторного изучения.
Эти требования достигаются при приготовлении препарата.
3. Выделяют следующие этапы приготовления гистологического препарата
Взятие материала (кусочка ткани или органа) для приготовления препарата. При этом учитываются следующие моменты: забор материала должен проводиться как можно раньше после смерти или забоя животного, а при возможности от живого объекта (биопсия), чтобы лучше сохранились структуры клетки, ткани или органа; забор кусочков должен производиться острым инструментом, чтобы не травмировать ткани; толщина кусочка не должна превышать 5 мм, чтобы фиксирующий раствор мог проникнуть в толщу кусочка; обязательно производится маркировка кусочка (указывается наименование органа, номер животного или фамилия человека, дата забора и так далее).
Фиксация материала необходима для остановки обменных процессов и сохранения структур от распада. Фиксация достигается чаще всего погружением кусочка в фиксирующие жидкости, которые могут быть простыми спирты и формалин и сложными раствор Карнуа, фиксатор Цинкера и другие. Фиксатор вызывает денатурацию белка и тем самым приостанавливает обменные процессы и сохраняет структуры в их прижизненном состоянии. Фиксация может достигаться также замораживанием (охлаждением в струе СО2, жидким азотом и другие). Продолжительность фиксации подбирается опытным путем для каждой ткани или органа.
Заливка кусочков в уплотняющие среды (парафин, целлоидин, смолы) или замораживание для последующего изготовления тонких срезов.
Приготовление срезов на специальных приборах (микротоме или ультрамикротоме) с помощью специальных ножей. Срезы для световой микроскопии приклеиваются на предметные стекла, а для электронной микроскопии - монтируются на специальные сеточки.
Окраска срезов или их контрастирование (для электронной микроскопии). Перед окраской срезов удаляется уплотняющая среда (депарафинизация). Окраской достигается контрастность изучаемых структур. Красители подразделяются на основные, кислые и нейтральные. Наиболее широко используются основные красители (обычно гематоксилин) и кислые (эозин). Нередко используют сложные красители.
Просветление срезов (в ксилоле, толуоле), заключение в смолы (бальзам, полистерол), закрытие покровным стеклом.
После этих последовательно проведенных процедур препарат может изучаться под световым микроскопом.
Для целей электронной микроскопии в этапах приготовления препаратов имеются некоторые особенности, но общие принципы те же. Главное отличие заключается в том, что гистологический препарат для световой микроскопии может длительно храниться и многократно использоваться. Срезы для электронной микроскопии используются однократно. При этом вначале интересующие объекты препарата фотографируются, а изучение структур производится уже на электронограммах.
Из тканей жидкой консистенции (кровь, костный мозг и другие) изготавливаются препараты в виде мазка на предметном стекле, которые также фиксируются, окрашиваются, а затем изучаются.
Из ломких паренхиматозных органов (печень, почка и другие) изготавливаются препараты в виде отпечатка органа: после разлома или разрыва органа, к месту разлома органа прикладывается предметное стекло, на которое приклеиваются некоторые свободные клетки. Затем препарат фиксируется, окрашивается и изучается.
Наконец, из некоторых органов (брыжейка, мягкая мозговая оболочка) или из рыхлой волокнистой соединительной ткани изготавливаются пленочные препараты путем растягивания или раздавливания между двумя стеклами, также с последующей фиксацией, окраской и заливкой в смолы.
4. Основным методом исследования биологических объектов, используемым в гистологии является микроскопирование , т. е. изучение гистологических препаратов по микроскопом. Микроскопия может быть самостоятельным методом изучения, но в последнее время она обычно сочетается с другими методами (гистохимии, гисторадиографии и другие). Следует помнить, что для микроскопии используются разные конструкции микроскопов, позволяющие изучить разные параметры изучаемых объектов. Различают следующие виды микроскопии:
световая микроскопия (разрешающая способность 0,2 мкм) наиболее распространенный вид микроскопии;
ультрафиолетовая микроскопия (разрешающая способность 0,1 мкм);
люминесцентная (флюоресцентная) микроскопия для определения химических веществ в рассматриваемых структурах;
фазово-контрастная микроскопия для изучения структур в неокрашенных гистологических препаратов;
поляризационная микроскопия для изучения, главным образом, волокнистых структур;
микроскопия в темном поле для изучения живых объектов;
микроскопия в падающем свете для изучения толстых объектов;
электронная микроскопия (разрешающая способность до 0,1-0,7 нм), две ее разновидности просвечивающая (трансмиссионная) электронная микроскопия и сканирующая или растровая микроскопии дает отображение поверхности ультраструктур.
Гистохимические и цитохимические методы позволяет определять состав химических веществ и даже их количество в изучаемых структурах. Метод основан на проведении химических реакций с используемым реактивом и химическими веществами, находящимися в субстрате, с образованием продукта реакции (контрастного или флюоресцентного), который затем определяется при световой или люминесцентной микроскопии.
Метод гистоавторадиографии позволяет выявить состав химических веществ в структурах и интенсивность обмена по включению радиоактивных изотопов в изучаемые структуры. Метод используется чаще всего в экспериментах на животных.
Метод дифференциального центрифугирования позволяет изучать отдельные органеллы или даже фрагменты, выделенные из клетки. Для этого кусочек исследуемого органа растирают, заливают физиологическим раствором, а затем разгоняют в центрифуге при различных оборотах (от 2-х до 150 тыс.) и получают интересующие фракции, которые затем изучают различными методами.
Метод интерферометрии позволяет определить сухую массу веществ в живых или фиксированных объектах.
Иммуноморфологические методы позволяет с помощью предварительно проведенных иммунных реакций, на основании взаимодействия антиген-антитело, определять субпопуляции лимфоцитов, определять степень чужеродности клеток, проводить гистологическое типирование тканей и органов (определять гистосовместимость) для трансплантации органов.
Метод культуры клеток (in vitro, in vivo) выращивание клеток в пробирке или в особых капсулах в организме и последующее изучение живых клеток под микроскопом.
Единицы измерения, используемые в гистологии
Для измерения структур в световой микроскопии используются в основном микрометры: 1 мкм составляет 0,001 мм; в электронной микроскопии используются нанометры: 1 нм составляет 0,001 мкм.
5. В истории развития гистологии условно выделяют три периода:
Домикроскопический период (с IV в. до н. э. по 1665 г.) связан с именами Аристотеля, Галена, Авиценны, Везалия, Фаллопия и характеризуется попытками выделения в организме животных и человека неоднородных тканей (твердых, мягких, жидких и так далее) и использованием методов анатомической препаровки.
Микроскопический период (с 1665 г. по 1950 г.). Начало периода связывают с именем английского физика Роберта Гука, который, во-первых, усовершенствовал микроскоп (полагают, что первые микроскопы были изобретены в самом начале XVII в.), во-вторых, использовал его для систематического исследования различных, в том числе биологических объектов и опубликовал результаты этих наблюдений в 1665 г. в книге "Микрография", в-третьих, впервые ввел термин "клетка" ("целлюля"). В дальнейшем осуществлялось непрерывное усовершенствование микроскопов и все более широкое использование их для изучения биологических тканей и органов.
Особое внимание уделялось изучению строения клетки. Ян Пуркинье описал наличие в животных клетках "протоплазмы" (цитоплазмы) и ядра, а несколько позже Р. Броун подтвердил наличие ядра и в большинстве животных клеток. Ботаник М. Шлейден заинтересовался происхождением клетокцитокенезисом. Результаты этих исследований позволили Т. Швану, на основании их сообщений, сформулировать клеточную теорию (1838-1839 гг.) в виде трех постулатов:
все растительные и животные организмы состоят из клеток;
все клетки развиваются по общему принципу из цитобластемы;
каждая клетка обладает самостоятельной жизнедеятельностью, а жизнедеятельность организма является суммой деятельности клеток.
Однако вскоре Р. Вирхов (1858 г.) уточнил, что развитие клеток осуществляется путем деления исходной клетки (любая клетка из клетки). Разработанные Т. Шваном положения, клеточной теории актуальны до настоящего времени, хотя формулируется по-иному.
Современные положения клеточной теории:
клетка является наименьшей единицей живого;
клетки животных организмов сходны по своему строению;
размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;
многоклеточные организмы представляют собой сложные ансамбли клеток и их производных, объединенные в системы тканей и органов, связанные между собой клеточными, гуморальными и нервными формами регуляции.
Дальнейшее совершенствование микроскопов, особенно создание ахроматических объективов, позволило выявить в клетках более мелкие структуры:
клеточный центр Гертвиг, 1875 г.;
сетчатый аппарат или пластинчатый комплекс Гольджи, 1898 г.;
митохондрии Бенда, 1898 г.
Современный этап развития гистологии начинается с 1950 г. с момента начала использования электронного микроскопа для изучения биологических объектов, хотя электронный микроскоп был изобретен раньше (Е. Руска, М. Кноль, 1931 г.). Однако для современного этапа развития гистологии характерно внедрение не только электронного микроскопа, но и других методов: цито- и гистохимии, гисторадиографии и других вышеперечисленных современных методов. При этом обычно используется комплекс разнообразных методик, позволяющий составить не только качественное представление об изучаемых структурах, но и получить точные количественные характеристики. Особенно широко в настоящее время используются различные морфометрические методики, в том числе автоматизированные системы обработки полученной информации с использованием компьютеров.
ЛЕКЦИЯ 2. Цитология. Цитоплазма
Что мы знаем о такой науке, как гистология? Косвенно с её основными положениями можно было ознакомиться еще в школе. Но более детально эта наука изучается в высшей школе (университетах) в медицине.
На уровне школьной программы мы знаем, что существует четыре типа тканей, и они являются одной из базовых составляющих нашего тела. А вот людям, которые планируют выбрать или уже выбрали своей профессией врачебное дело, необходимо более детально знакомиться с таким разделом биологии, как гистология.
Что такое гистология
Гистология - это наука, изучающая ткани живых организмов (человека, животных и других их формирование, строение, функции и взаимодействие. Данный раздел науки включает в себя несколько других.
Как учебная дисциплина эта наука включает:
- цитологию (науку, изучающую клетку);
- эмбриологию (изучение процесса развития зародыша, особенностей формирования органов и тканей);
- общую гистологию (науку о развитии, функциях и структуре тканей, изучает особенности тканей);
- частную гистологию (изучает микростроение органов и их систем).
Уровни организации человеческого организма как целостной системы
Данная иерархия объекта изучения гистологии состоит из нескольких уровней, каждый из которых включает последующий. Таким образом, визуально представить это можно как многоуровневую матрёшку.
- Организм . Это биологически целостная система, которая формируется в процессе онтогенеза.
- Органы . Это комплекс тканей, которые взаимодействуют между собой, выполняя свои основные функции и обеспечивая выполнение органами базовых функций.
- Ткани . На этом уровне объединены клетки вместе с производными. Изучаются типы тканей. Несмотря на то что они могут состоять из разнообразных генетических данных, основные их свойства определяют базовые клетки.
- Клетки . Данный уровень представляет основная структурно-функциональная единица ткани - клетка, а также её производные.
- Субклеточный уровень . На этом уровне изучаются составляющие клетки - ядро, органеллы, плазмолемма, цитозоль и прочее.
- Молекулярный уровень . Данный уровень характеризуется изучением молекулярного состава компонентов клеток, а также их функционирования.
Наука, изучающая ткани: задачи
Как и для любой науки, для гистологии также выделен ряд задач, которые выполняются в ходе изучения и развития данной сферы деятельности. Среди таких задач наиболее важными являются:
- исследование гистогенеза;
- трактовка общей гистологической теории;
- изучение механизмов тканевой регуляции и гомеостаза;
- изучение таких особенностей клетки, как адаптивность, изменчивость и реактивность;
- разработка теории регенерации тканей после повреждений, а также методов заместительной терапии тканей;
- трактовка устройства молекулярно-генетической регуляции, создание новых методов а также перемещения стволовых эмбриональных клеток;
- изучение процесса развития человека в фазе эмбриона, других периодов человеческого развития, а также проблем с воспроизведением и бесплодием.
Этапы развития гистологии как науки
Как известно, область изучения строения тканей получила название «гистология». Что это такое, учёные принялись выяснять еще до нашей эры.
Так, в истории развития этой сферы можно выделить три основных этапа - домикроскопический (до 17-го века), микроскопический (до 20-го века) и современный (до сегодня). Рассмотрим каждый из этапов более конкретно.
Домикроскопический период
На данном этапе гистологией в её начальном виде занимались такие ученые, как Аристотель, Везалий, Гален и многие другие. В то время объектом изучения были ткани, которые отделялись от организма человека или животного методом препарирования. Данный этап начался в 5-м столетии до нашей эры и продлился до 1665 года.
Микроскопический период
Следующий, микроскопический, период начался с 1665 года. Датирование его объясняется великим изобретением микроскопа в Англии. Учёный использовал микроскоп для изучения различных объектов, включая биологические. Результаты исследования были опубликована в издании «Монография», где и было впервые использовано понятие «клетка».
Выдающимися учеными этого периода, изучавшими ткани и органы, были Марчелло Мальпиги, Антони ван Левенгук и Неемия Грю.
Строение клетки продолжали изучать такие учёные, как Ян Эвангелиста Пуркинье, Роберт Браун, Маттиас Шлейден и Теодор Шванн (его фото размещено ниже). Последний в итоге сформировал которая является актуальной и до сегодня.
Продолжает своё развитие такая наука, как гистология. Что это такое, на данном этапе изучают Камилло Гольджи, Теодор Бовери, Кит Робертс Портер, Кристиан Рене де Дюв. Также к этому имеют отношение работы и других ученых, таких как Иван Дорофеевич Чистяков и Пётр Иванович Перемежко.
Современный этап развития гистологии
Последний этап наука, изучающая ткани организмов, начинает с 1950-го года. Временные рамки определены так потому, что именно тогда для исследования биологических объектов был впервые использован электронный микроскоп, а также введены новые методы исследования, включая применение компьютерных технологий, гистохимии и гисторадиографии.
Что такое ткани
Перейдем непосредственно к главному объекту изучения такой науки, как гистология. Ткани - это эволюционно возникшие системы клеток и неклеточных структур, которые объединены благодаря схожести строения и имеющие общие функции. Другими словами, ткань - это одна из составляющих организма, которая представляет собой объединение клеток и их производных, и является основой для построения внутренних и внешних органов человека.
Ткань состоит не исключительно из клеток. В состав ткани могут входить следующие компоненты: мышечные волокна, синцитий (одна из стадий развития половых клеток мужчины), тромбоциты, эритроциты, роговые чешуйки эпидермиса (постклеточные структуры), а также коллагеновое, эластичное и ретикулярное межклеточные вещества.
Появление понятия «ткань»
Впервые понятие «ткань» было применено английским учёным Неемией Грю. Изучавший тогда ткани растений, ученый заметил сходство клеточных структур с волокнами ткани текстиля. Тогда (1671 год) ткани и были описаны таким понятием.
Мари Франсуа Ксавье Биша, французский анатом, в своих работах еще более прочно закрепил понятие о тканях. Разновидности и процессы в тканях также изучались Алексеем Алексеевичем Заварзиным (теория параллельных рядов), Николаем Григорьевичем Хлопиным (теория дивергентного развития) и многими другими.
А вот первая классификация тканей в таком виде, в каком мы знаем её сейчас, впервые была предложена немецкими микроскопистами Францем Лейдигом и Келикером. Согласно этой классификации, типы тканей включают 4 основные группы: эпителиальная (пограничная), соединительная (опорно-трофическая), мышечная (сокращаемая) и нервная (возбудимая).
Гистологическое исследование в медицине
Сегодня гистология как наука, изучающая ткани, очень помогает при диагностировании состояния внутренних органов человека и назначении дальнейшего лечения.
Когда человеку диагностируют подозрение на наличие злокачественной опухоли в организме, одним из первых назначается гистологическое исследование. Это, по сути, изучение образца тканей из организма пациента, полученных путем биопсии, пункции, кюретажа, с помощью хирургического вмешательства (эксцизионная биопсия) и другими способами.
Благодаря гистологическому исследованию наука, изучающая строение тканей, помогает назначить максимально правильное лечение. На фото выше можно рассмотреть образец тканей трахеи, окрашенный гематоксилином и эозином.
Такой анализ проводится в том случае, если необходимо:
- подтвердить или опровергнуть поставленный ранее диагноз;
- установить точный диагноз в случае, когда возникают спорные вопросы;
- определить наличие злокачественной опухоли на ранних стадиях;
- наблюдать за динамикой изменений в злокачественных заболеваниях с целью их предупреждения;
- осуществить дифференциальную диагностику протекающих в органах процессов;
- определить наличие раковой опухоли, а также стадию её роста;
- провести анализ происходящих в тканях изменений при уже назначенном лечении.
Образцы тканей детально изучаются под микроскопом традиционным или ускоренным способом. Традиционный способ более долгий, он применяется намного чаще. При этом используется парафин.
А вот ускоренный метод даёт возможность получить результаты анализа в течение часа. Такой способ используется тогда, когда есть необходимость срочно принять решение относительно удаления или сохранения органа пациента.
Результаты гистологического анализа, как правило, наиболее точные, поскольку дают возможность детально изучить клетки тканей на предмет наличия заболевания, степени поражения органа и методов его лечения.
Таким образом, наука, изучающая ткани, даёт возможность не только исследовать под организма, органов, тканей и клеток живого организма, но еще и помогает проводить диагностику и лечение опасных заболеваний и патологических процессов в организме.
Какая наука изучает многообразие организмов и объединяет их в группы на основе родства: 1) морфология; систематика; 3) экология; 4) ботаника. Способностьрастений скрещиваться и давать плодовитое потомство – это основной признак: 1) рода; 2) отдела; 3) класса; 4) вида. Если на гаметофите развиваются только архегонии, то он называется: 1) обоеполым; 2) мужским; 3) женским; 4) спорофитом. Что представляет взрослое растение у голосеменных: 1) спорофит; 2) гаметофит; 3) слоевище; 4) архегоний. Назовите структурные компоненты клеток зелёных водорослей, в которых происходит фотосинтез: 1) вакуоли; 2) хлоропласты; 3) хромотафоры; ; 4) ядра. Назовите зелёную водоросль, у которой имеется красный «глазок» для восприятия света: 1) хлорелла; 2) хламидомонада; 3) спирогира; 4) улотрикс. Что можно сказать о наличии жгутиков у хламидомонады: 1) отсутствуют; 2) есть 2 жгутика; 3) есть 4 жгутика; 4) имеются реснички. Как называется тело ламинарии: 1) корпус; 2) хроматофор; 3) слоевище; 4)эндосперм. Назовите способ размножения хламидомоныды, при котором образуются зигота: 1) бесполое; 2) половое. Что из перечисленного характерно для кукушкина льна: 1) имеет корни; 2) многолетнее растение; 3) однодомное растение; 4) относится к покрытосеменным. Назовите особенность, характерную для сфагнума: 1) каждый лист состоит из клеток двух разных типов – зелёных живых и бесцветных мертвых; 2) хорошо развиты ризоиды; 3) крупные широкие листья; 4) споры не образуются. Что образуется из проросшей споры у кукушкина льна: 1) зигота; 2) зародыш; 3) протонема; 4) зрелое растение. Какие растения относят к семенным: 1) моховидные; 2) плауновидные; 3) хвощевидные; 4) папоротниковидные; 5)хвойные. Назовите стадию развития папоротника, из которой формируется заросток: 1) спора; 2) зигота; 3) зародыш; 4) яйцеклетка. Назовите растение, у которого развиваются весенние спороносные и летние фотосинтезирующие побеги: 1) папоротник щитовник мужской; 2) плаун булавовидный; 3) хвощ полевой; 4) кукушкин лён. Как называют орган, в котором у папоротника развиваются сперматозоиды: 1) архегоний; 2) антеридий; 3) спорангий; 4) семенник. Где у хвоща полевого в основном происходит фотосинтез: 1) в стеблях; 2) в листьях; 3) в корневище; 4) в спороносных колосках. Назовите особенность расположения хвоинок сосны обыкновенной: 1) отходят непосредственно от молодых ветвей; 2) отходят от мелких чешуйчатых бурых листочков; 3) отходят от укороченных побегов; 4) отходят крупным пучком. Где у сосны образуются яйцеклетки и питательная ткань – эндосперм: 1) на чешуйках мужских шишек; 2) в спорангиях; 3) в семязачатках; 4) на заростке. Сколько лет живут хвоинки лиственницы: 1) менее 1 года; 2) 2-3 года; 3) 4-5 лет; 4) 5-7 лет. Назовите значение хвоинок сосны: 1) увеличивают фотосинтезирующую поверхность; 2) защищают от поедания животными; 3) позволяют экономить воду и легко переносить засуху; 4) не затеняют ближайшие хвоинки. Назовите структуру у сосны обыкновенной, оболочка которой формирует два пузырька, наполненные воздухом: 1) семязачаток; 2) пылинка; 3) чешуя женских шишек; 4) семя.
Что из перечисленного ниже для хвойных не характерно: 1) образование семян; 2) образование смолы; 3) образование мужских и женских шишек; 4) настоящие сосуды, обеспечивающие быстрое перемещение воды.
10) в поджелудочной железе вырабатываются гормоны какие? 11) какая наука изучает химический состав, строение и процессыПлан лекции:
Гистология как наука, предмет изучения гистологии
Клетка - структурная единица тканей
Ткани: понятие, характеристики. Классификация тканей
Гистология как наука, предмет изучения гистологии
Гистологию и цитологию традиционно относят к морфологическим наукам (от греч. мorphe – форма), в прежние годы они в значительной мере имели описательный характер. В последние десятилетия возможности гистологии и цитологии не ограничиваются изучением особенностей микроскопического или ультрамикроскопического строения тканей, эти науки анализируют их функциональные характеристики. Гистология и цитология являются важной частью медицинского образования. Они создают основу для изучения других фундаментальных медико-биологических и клинических дисциплин.
Цитология – (от греч. kytos – клетка и logos - учение) или биология клетки. Общая цитология изучает наиболее общие структурно-функциональные свойства, присущие всем клеткам организма: их жизнедеятельность и морфологию, функцию и смерть.
Гистология – наука о тканях (от греч. gistos - ткань и греч. logos - учение) наука о строении, развитии и жизнедеятельности тканей животных организмов. Гистология как наука традиционно объединяет два раздела: общую и частную гистологию.
Общая гистология изучает основные фундаментальные свойства важнейших групп тканей, являясь, по сути, биологией тканей.
Частная гистология изучает особенности структурно-функциональной организации и взаимодействия тканей в составе конкретных органов, тесно смыкаясь с микроскопической анатомией, т.о. главным объектом изучения общей и частной гистологии человека служат его ткани.
Самостоятельным является раздел гистологии, изучающий ткань в динамике ее развития - эмбриология.
Эмбриология (греч. embryon - утробный плод, зародыш и греч. logos - учение) – наука о внутриутробном развитии нового организма от одноклеточного до высокоорганизованного многоклеточного организма. Она необходима для врача, так как раскрывает закономерности развития, узловые этапы и критические периоды в жизни организма.
Клетка - структурная единица тканей
Клетка – живая система структурированных биополимеров, отграниченная биологически активной мембраной, способная к саморегуляции обменных процессов, самовосполнению энергии, самовоспроизведению и адаптации.
В эукариотических клетках выделяют 3 основных части : оболочку клетки - плазмолемму или цитолемму, ядро и цитоплазму.
Помимо клетки в организме человека и животных создаются другие структурные единицы:
Симпласт – надклеточная многоядерная структура, содержащая большое количество неразделенной цитоплазмы. Примером симпласта является мышечное волокно, размеры которого могут достигать нескольких сантиметров.
Постклеточные структуры – производные клетки, как правило, утратившие ядро в процессе развития и не способные к делению. Примером постклеточной структуры является эритроцит.
Межклеточное вещество – продукт жизнедеятельности клетки. В некоторых тканях его структура определяет свойства, например костная и хрящевая ткани имеют высокую механическую плотность из-за особого строения межклеточного вещества.
Ткани: понятие, характеристики. Классификация тканей
Организм человека и животных представляет собой целостную систему, в которой можно выделить ряд иерархических уровней организации живой материи:
клетки – ткани – структурно-функциональные единицы органов – органы – системы органов – организм в целом .
Выдающиеся ученые от Аристотеля и Галена обращали внимание на однородность живой материи в различных органах у человека и животных. Но впервые термин ткань был применен французским анатомом и хирургом М. Ксавье. Этим ученым была описана 21 ткань, но в его классификации отразилась эпоха идеализма и метафизики. Так он выделял нервную ткань животной жизни и нервную ткань органической (растительной) жизни. И только в 1854 году И. Келикер и Ф. Лейдиг одновременно создали новую классификацию, выделив всего 4 типа тканей. Эта классификация не утратила значения и на сегодняшний день.
Ткань – это исторически сложившаяся система, состоящая из клеток и неклеточных структур, сходных по происхождению (генезу), строению (морфологии), метаболизму и функционированию.
Итак, гистологически организм состоит из 4 типов тканей:
1. Эпителиальные ткани
2. Ткани внутренней среды – соединительные ткани
3. Мышечные ткани
4. Нервная ткань
Эпителиальные ткани развиваются из всех трех зародышевых листков , поэтому различают эпителии эктодермального, мезодермального и энтодермального происхождения. Объединены они в одну группу на основании схожести строения и функционирования:
Все эпителиальные ткани представляют собой пласты (реже тяжи) клеток - эпителиоцитов , между которыми почти нет межклеточного вещества , и клетки тесно связаны друг с другом с помощью различных контактов.
Эпителиальная ткань (если она многослойна, то самый первый – внутренний ее слой) располагается на базальной мембране , отделяющей эпителиоциты от подлежащей соединительной ткани.
Эпителий не содержит кровеносных сосудов . Питание эпителиоцитов осуществляется диффузно через базальную мембрану со стороны подлежащей соединительной ткани. Исключением является сосудистая полоска улиткового канала внутреннего уха.
Эпителиоциты обладают полярностью: выделяют базальный (лежащий в основании) и апикальный (верхушечный) полюса клеток, которые имеют разное строение.
Всем эпителиям присуща высокая способность к регенерации .
Различают две группы эпителиальных тканей :
поверхностные эпителии (покровные и выстилающие), которые, в свою очередь, бывают однослойными (плоский, кубический, цилиндрический эпителий) и многослойными (ороговевающий, неороговевающий, переходный эпителий).
железистые эпителии , образующие железы, которые синтезируют и выделяют специфические продукты - секреты.
Наиболее сложно устроены и разнообразны по морфологии ткани внутренней среды или соединительные ткани . Все они объединены в одну группу т.к. имеют ряд общих признаков:
Общий генез - развиваются из мезенхимы .
Общий принцип строения - все они состоят из двух структурных единиц - клеток и межклеточного вещества .
Все эти ткани не граничат с внешней средой и полостями тела, образуют внутреннюю среду организма и поддерживают ее гомеостаз
Клетки тканей внутренней среды, как правило, аполярны и не связаны друг с другом.
Классификация тканей внутренней среды (соединительные ткани)
Ткани внутренней среды с защитной и трофической функцией : кровь, лимфа, кроветворные ткани - миелоидная, лимфоидная.
Собственно соединительные ткани: РВСТ (неоформленная), ПВСТ (оформленная и неоформленная).
Ткани внутренней среды со специальными свойствами: жировая, ретикулярная, пигментная, слизистая ткань.
Ткани внутренней среды с опорной функцией - скелетные соединительные ткани: костная, хрящевая.
Мышечные ткани имеют различное происхождение, но объединены в одну группу, так как способны к сокращению и обеспечивают различного рода двигательные реакции организма.
Все мышечные ткани делятся на:
Гладкие
а. Висцерального типа (собственно гладкомышечная ткань)
б. Мионейральная мышечная ткань
в. Миоэпителиальная ткань или миоидные клеточные комплексы
2. Поперечно-полосатые
а. Соматического типа (скелетная мышечная ткань).
б. Целомического типа (сердечная мышечная ткань).
Нервная ткань является основой строения органов нервной системыи органов чувств, состоит из взаимосвязанных нервных клеток и нейроглии, обеспечивающих специфические функции восприятия раздражений, возбуждения, передачи нервного импульса.
Контрольные вопросы
ЛЕКЦИЯ: ГИСТОЛОГИЯ – НАУКА О ТКАНЯХ. 1. Введение в предмет, определение гистологии как науки. 2. Методы исследования в гистологии. 3. Краткая история развития.
Гистология - это раздел морфологии человека и животных, два раздела которой вы начали изучать в прошлом году. Вы освоили материал по анатомии человека в составе курса «Биология человека» и дисциплину «Цитология» . Эти два курса помогли вам получить знания о макроскопическом уровне структурной организации организма человека, а также углубить свои знания по структурнофункциональной организации клетки, которая является элементарной единицей жизнедеятельности растительных и животных организмов. Но (!) между двумя упомянутыми уровнями организации организма – макроскопическим (анатомия) и!!! ультрамикроскопическим (цитология) существует микроскопический уровень, которым занимается наука, получившая название гистология (hystos – ткань).
Объектом исследования гистологии являются ткани, представляющие собой комплексы клеток и межклеточного вещества, образующие различные органы организма. Гистология возникает на основе анатомии человека с введением для исследования изучаемых объектов микроскопа. Гистология – это микроскопическая анатомия, в которой, кроме метода рассечения объекта, для более детального его изучения используется микроскоп. Гистология - это наука, изучающая закономерности развития, строения и функции тканей, а также межтканевые взаимодействия, в историческом и индивидуальном развитии человека и многоклеточных организмов. Объект гистологии ткани - представляют собой филогенетически сложившиеся, топографически и функционально связанные клеточные системы и их производные, из которых образованы органы.
НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ГИСТОЛОГИИ ГИСТОФИЗИОЛОГИЯ ГИСТОМОРФОЛОГИЯ Изучает динамику процессов, происходящих в тканях, включая онтогенез, широко пользуется экспериментом Исследует структурную организацию тканей с помощью светового, электронного микроскопа, ГИСТОХИМИЯ сканирующего Проводит анализ электронного химических процессов, микроскопа и др. протекающих в тканях методов в процессе их функционирования и развития
ГИСТОМОРФОЛОГИЯ Окраска гематоксилином - эозином Окраска по Романовскому - Гимза Окраска крезилом фиолетовым Основополагающий раздел, исследует структурную организацию тканей, включая различные периоды онтогенеза и филогенеза организмов. При этом используются различные методы окраски тканей, которые позволяют выявить соотношение клеток и межклеточного вещества, обнаружить особенности строения клеток (характеристики клеточного ядра, цитоплазмы, ядерноцитоплазматического соотношения. С гистоморфологического исследования объекта в световом микроскопе начинается любое исследование в гистологии.
ГИСТОФИЗИОЛОГИЯ кариометрия изучает динамику поведения клеток и их производных в эксперименте, выясняя механизмы реализации их функций в процессе индивидуального и исторического развития. При этом используются различные методы, включая и культуру тканей. Функциональное значение клеточного ядра и механизмы передачи наследственной информации во многом прояснили эксперименты с пересадкой клеточных ядер. Пересадка ядра из одной клетки в другую Культура ткани
ГИСТОХИМИЯ исследует содержание в структурных элементах тканей химических компонентов 1. CART - пептид 2. Нуклеиновые кислоты Авторадиография с 3 Нуридином (ДНК, РНК, углеводов, липидов, белков), их локализацию (хемоархитектонику) и динамику изменений при различных экспериментальных воздействиях. Полученные знания помогают понять как протекают в клетке биохимические процессы, какое звено метаболизма реагирует на воздействие. Эти знания являются базисом для понимания процессов регенерации, способствуют выяснению основных закономерностей функционирования организма человека и животных, проведению квалифицированного анализа процессов адаптации к изменяющимся факторам окружающей среды. Пояснения к рисункам: CART – пептид экспрессируется в нейронах, входящих в систему внутреннего подкрепления, Нуклеиновые кислоты выявлены методом Эйнарсона, уридин, меченый тритием, выявляет районы мозга, где синтезируется РНК, количество зерен восстановленного серебра отражает интенсивность ее синтеза при определенных условиях эксперимента.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИСТОМОРФОЛОГИИ Для исследования структурной организации тканей необходимо приготовить гистологический препарат. Его изготовление представляет собой трудоемкий, многоэтапный процесс, который включает в себя: 1. Взятие материала для исследования; 2. Фиксацию материала; 3. Подготовку фиксированного кусочка ткани для изготовления микротомных срезов; 4. Изготовление срезов ткани; 5. Подготовку срезов для окрашивания; 6. Окраску срезов; 7. Заключение окрашенных срезов в специальные среды, сохраняющие проведенную окраску элементов ткани и способствующие его микроскопированию.
1. ВЗЯТИЕ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Шприц для биопсии В научных исследованиях проводится острыми инструментами, предотвращающими их деформацию и механическое повреждение. Размеры кусочка ткани, подготовляемого для фиксации, не должны превышать одного сантиметра. В этом случае фиксатор быстро проникает в толщу ткани, и это предотвращает процесс аутолиза. Если проводится исследование стенок полостных органов (желудка, кишечника), которые во время фиксации могут свертываться, для сохранения их формы необходимо фиксировать кусочки на плотной основе (кусочке картона). В медицине взятие кусочка тканей различных органов человека для уточнения диагноза называется биопсией и проводиться специальными инструментами, по своему устройству сходными с шприцами, в которые под давлением забирается столбик ткани того или иного органа
2. ФИКСАЦИЯ МАТЕРИАЛА ДЛЯ ГИСТОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ формалин Для изготовления гистологического препарата необходимо после взятия материала произвести его фиксацию в том или ином фиксаторе (формалине, спирте, а для электронной микроскопии - в глутаровом альдегиде и четырехокиси осмия). Делается это для предотвращения процессов аутолиза и сохранения структуры органа, близкой к прижизненной. Аутолиз тканей происходит после гибели клетки вследствие того, что гидролитические ферменты, содержащиеся в лизосомах, после разрушения их мембран, выходят в цитоплазму клетки и, взаимодействуя с субстратами, вызывают их лизис (деструкцию).
3. ПОДГОТОВКА ФИКСИРОВАННОГО КУСОЧКА ТКАНИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОТОМНЫХ СРЕЗОВ Для приготовления тонких срезов в микротомах необходимо кусочку придать определенную твердость, что достигается изъятием из тканей воды и жиров путем проведения кусочков через батарею спиртов и органических растворителей (хлороформ, ксилол).
Следующим этапом подготовки материала для изготовления срезов является уплотнение кусочка органа, которое производится путем пропитки его парафином, целлоидином. Для электронной микроскопии кусочки органа пропитывают в органических смолах (аралдит, эпон и др.). Это необходимо для получения тонких срезов.
4. ИЗГОТОВЛЕНИЕ СРЕЗОВ ТКАНИ После уплотнения кусочков в различного рода уплотняющих средах следует этап изготовления тонких или ультратонких срезов. Для этого парафиновые блоки закрепляют на деревянных колодках, закрепляющихся в микротомах. Срезы изготавливаются с помощью микротомов различной конструкции. Толщина срезов для световой микроскопии не должна превышать 4 -5 мкм.
Для электронной микроскопии необходимо готовить срезы толщиной 50 -60 нм. Делают это на ультрамикротоме. Ультрамикротомы работают в автоматизированном режиме после закрепления блока и выбора режима работы. В ультрамикротоме используются стеклянные или алмазные ножи.
5. ПОДГОТОВКА СРЕЗОВ ДЛЯ ОКРАШИВАНИЯ Для окрашивания срезы тканей освобождают от парафина путем последовательного погружения препарата в ксилол, затем в спирты убывающей крепости и доводят срезы до воды.
6. ОКРАСКА СРЕЗОВ Гематоксилин и эозин Крезил фиолетовый Среди гистологических красителей наиболее часто употребляется сочетание гематоксилина, маркирующего ядро (кислотные молекулы), и эозина, избирательно окрашивающего белковые молекулы (цитоплазматический краситель). Гематоксилин окрашивает клеточные ядра в фиолетовый, а эозин – в розовый цвет. При окраске нервной ткани чаще всего используют окраску крезилом фиолетовым, который окрашивает препарат в фиолетовый цвет.
После окрашивания, обезвоживания в спиртах и просветления в ксилоле, срезы заключают в консервирующие среды (канадский, кедровый бальзамы) и накрывают покровным стеклом. Полученные таким образом постоянные гистологические препараты сохраняются многие годы. Изучение их производится с помощью микроскопов.
СВЕТОВЫЕ МИКРОСКОПЫ С МОНОКУЛЯРНОЙ И БИНОКУЛЯРНОЙ НАСАДКОЙ Основным методом гистологического исследования клеток, тканей и органов является световая микроскопия. В световом микроскопе для освещения объекта используются лучи видимого спектра. Современные световые микроскопы позволяют получать разрешение порядка 0, 2 мкм (разрешающая способность микроскопа - это то наименьшее расстояние, при котором две рядом расположенные точки видны как отдельные). Разновидности световой микроскопии фазовоконтрастная, поляризационная, темнопольная и др.
ФАЗОВО-КОНТРАСТНАЯ МИКРОСКОПИЯ метод изучения клеток в световом микроскопе, снабженном фазовоконтрастным устройством. Благодаря смещению фаз световых волн в микроскопе такой конструкции повышается контрастность структур исследуемого объекта, что позволяет изучать неокрашенные и живые клетки.
ЭПИТЕЛИАЛЬНАЯ ТКАНЬ И ЖЕЛЕЗЫ ПРИ ФАЗОВОКОНТРАСТНОМ МИКРОСКОПИРОВАНИИ Секреция в бокаловидных клетках слизистой верхних дыхательных путей(полутонкий срез). Ув. х1000. Видны светлые контуры клеток и содержимое в виде светлых включений.
ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МИКРОСКОПИЯ. Видны темные анизотропные (1) и светлые изотропные (2) диски Схематическое изображение В микроскопах этого типа световой пучок разлагается на два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Проходя через структуры со строгой ориентацией молекул, лучи запаздывают друг относительно друга вследствие неодинакового их преломления. Возникающий при этом сдвиг фаз является показателем двойного лучепреломления клеточных структур (таким способом были исследованы, например, миофибриллы).
ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ МИКРОСКОПИЯ Метод гистологического анализа с помощью люминесцентного микроскопа, в используется котором явление люминесценции (свечения) веществ при действии на них коротковолновых лучей (ультрафиолетового света). Оптика в таких микроскопах создается из специальных линз, Люминесцентный микроскоп МЛ-2: 1 – ртутная лампа в кожухе; 2 – защитный экран; 3 - тубус пропускающих ультрафиолетовые лучи, источник излучения – ртутно - кварцевая лампа.
Некоторые биологические соединения, присутствующие в клетках, характеризуются спонтанной флюоресценцией при попадании на клетку ультрафиолетовых лучей. Для выявления же большинства других соединений клетки обрабатываются специальными флюорохромами. С помощью флюорохромов исследуют, например, содержание в клетках нуклеиновых кислот. При окраске акридином оранжевым ДНК дает красно-зеленое свечение, а РНК – оранжевое. Обработка срезов акридином оранжевым Спонтанное свечение объектов
ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ В этих микроскопах используют пучок электронов, длина электромагнитной волны которых в 100 000 раз короче длины волны видимого света. Разрешающая способность электронного микроскопа в сотни раз превышает обычные оптические приборы и равна 0, 5 - 1 нм, а современные мегавольтные электронные микроскопы дают увеличение до 1 000 раз. С помощью электронных микроскопов получены многочисленные данные об ультраструктуре клеток.
СХЕМА УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОННОГО МИКРОСКОПА 1. Источник электронов (катод) 2. Конденсорная «линза» 3. Камера для ввода объекта 4. Объективная «линза» 5. Окулярная «линза» 6. Экран, покрытый люминесцирующим веществом 7. Вакуумная система «Линзами» в этом микроскопе названы электромагнитные катушки, через которые проходит пучок электронов. Если объект поглощает электрон на экране формируется черная точка, если электрон проходит через объект светлая. На изображениях нет полутеней, они получаются контрастными.
ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ Представлена часть нервной клетки. В левом нижнем углу фотографии располагается клеточное ядро, в котором хорошо определяются две мембраны ядра, перинуклеарное пространство, содержимое ядра – эухроматин. В цитоплазме видны многочисленные округлые митохондрии, канальцы гранулярной цитоплазматической сети и свободные рибосомы, формирующие полисомы.
ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ На фотографии представлен контакт нейрона (находится в левой части фотографии) с астроцитом (он лежит справа). В цитоплазме нейрона располагаются многочисленные митохондрии и канальцы цитоплазматической сети. В ядрах представлены скопления гетерои эухроматина.
ИЗОБРАЖЕНИЕ СИНАПСОВ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ. Два аксона образуют синапсы на дендрите нервной клетки. Это аксодендритные синапсы. В аксонах располагаются округлые синаптические пузырьки с прозрачным содержимым. В центре дендрита находится митохондрия, в которой видны поперечные кристы. В правом нижнем углу видно продольное сечение аксона.
СКАНИРУЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ Позволяет выявить поверхностные ультраструктуры клеток и получить их объемные изображения. Поверхность фагоцита Многорядный мерцательный эпителий бронхов
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИСТОХИМИИ Криостат и его замораживающая камера Фиксация материала для гистохимических исследований проводится путемзамораживания в жидкой углекислоте. С этой же целью используются криостаты – низкотемпературные микротомы, позволяющие делать срезы толщиной 10 мкм и меньше для последующей постановки гистохимической реакции без предварительной фиксации тканей.
ИММУНОГИСТО- И ЦИТОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ Нейрон (зеленого цвета) и три астроцита Группа нейронов: дендриты голубые, аксоны – красного цвета Современные иммуногисто – и цитохимические методики используют для визуализации объекта явление иммунофлюоресценции. Они позволяют исследовать в клетке содержание очень малых количеств белка. Препарат предварительно обрабатывают антителами к исследуемому белку (антигену), добиваясь образования комплекса антиген-антитело. Связанный с антителом флуорохром выявляет комплекс. Свечение элементов комплекса Гольджи зеленого цвета Актин в нейроне красного цвета
ЦИТОСПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ Цитоспектрофотометр на базе люминесцентного микроскопа МЛ-1 Метод изучения химического состава клетки, основанный на избирательном поглощении теми или иными веществами лучей с определенной длиной волны. По интенсивности поглощения света, которая зависит от концентрации вещества, производится количественное определения его содержания в клетке. Обозначения: 1 - Микроскоп, 2 регистрирующий интенсивность светового потока фотоэлемент (ФЭУ); 3 – монохроматор; 4 – измеритель тока; 5 – высоковольтный стабилизатор для ФЭУ
Цитоспектрофотометрия нуклеиновых кислот Для исследования содержания нуклеиновых кислот методом цитоспектрофотометрии используют окраску тканей галлоцианином по Эйнарсону. Обозначения – тонкая стрелка показывает стенку капилляра, толстые – нейроны с разным содержанием рибонуклеиновой кислоты.
АВТОРАДИОГРАФИЯ Метод, позволяющий изучать распределение в клетках и тканях веществ, в состав которых искусственно введены радиоактивные изотопы. Введенный в организм животного (или в среду культивирования клеток) изотоп включается в соответствующие структуры (например, меченый тимидин - в ядра клеток, синтезирующих ДНК). Метод основан на способности включенных в клетки изотопов восстанавливать бромистое серебро фотоэмульсии, которой покрывают срезы ткани или клетки. Образующиеся после проявления фотоэмульсии зерна серебра (треки) служат своего рода автографами, по локализации которых судят о включении в клетку примененных веществ. Применение меченных тритием предшественников нуклеиновых кислот (тимидина, аденина, цитидина, уридина) позволило выяснить многие важные аспекты синтеза ДНК, РНК и клеточных белков.
Метод фракционирования (дифференциального центрифугирования) клеток - получение из клеток изолированных структурных компонентов. ультрацентрифуга Митохондрии рибосомы g – ускорение силы тяжести Основан на разных скоростях осаждения этих компонентов при вращении гомогенатов клеток в ультрацентрифугах. Данный метод сыграл и играет очень важную роль в изучении химического состава и функциональных свойств субклеточных элементов - органелл
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ГИСТОФИЗИОЛОГИИ Метод культуры тканей. Признание идеи о том, что клетки тканей высших животных можно выделить из организма и затем создать условия для роста и воспроизводства их in vitro, датируется первым десятилетием XX века. После извлечения клеток из ткани или организма и помещения их в культуру культуральная среда должна обеспечивать все внешние условия, которые клетки имели in vivo. Это обеспечивает выживание клеток, их пролиферацию и дифференцировку. Сейчас стало возможным 1) вставить в клетки специфические экзогенно полученные гены и получить их экспрессию и 2) выращивать в культуре из одиночной клетки их популяции, при этом возможно управлять их дифференцировкой, что позволяет получить разные популяции клеток. Это сейчас используется при работе со стволовыми клетками.
РАБОТА С КУЛЬТУРОЙ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК Бластоциты на стадии 57 дней Недифференцированные стволовые клетки эритроциты нейроны мышечные клетки
МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ ХИРУРГИЯ КЛЕТКИ Эксперименты с пересадкой клеточных ядер из одной клетки в другую позволили понять функциональное значение клеточного ядра и механизмы передачи наследственной информации. В последние годы ученые научились проводить эксперименты с генами человека, используя лабораторных животных. Для этой цели в качестве мишени используют обычно оплодотворенную яйцеклетку (мыши, крысы). Чаще всего ген вводят с помощью микропипетки в ядро этой клетки.
Фотография нормальной мыши (справа) и трансгенной, содержащей ген гормона роста человека (слева) При удачном стечении обстоятельств (обычно в 5– 10% случаях) ген встраивается в геном мыши и после этого становится таким же, как и собственные мышиные гены. В результате, когда из прооперированной яйцеклетки вырастает потомство, оно содержит новый, ранее не имевшийся у них ген - трансген. Такие животные получили название трансгенных. Например, когда мышам ввели ген гормона роста человека, они увеличили размер своего тела почти в два раза (см. рис.). В последние годы найдены молекулярные подходы, которые позволяют полностью выключать работу строго определенных генов (это называют нокаутированием генов). Мыши с такими, находящимися «в нокауте» генами, дают возможность как выяснять роль для жизнедеятельности уже известных генов, так и идентифицировать новые гены, важные для различных аспектов жизни человека.
Цейтрафферная микрокино- или видеосъемка [от нем. Zeitraffer, Zeit - время, raffen - буквально собирать, выхватывать; переносно – группировать] используется для изучения динамики происходящих процессов путем регистрации их стационарных состояний через определенные промежутки времени. Такой способ позволяет следить за медленно протекающими изменениями в природе, в растительных и животных клетках. В фото - и киноаппаратуре имеются устройства, режим включения который задается определенными программами.
Цейтрафферная микрокино- или видеосъемка Выполненная с помощью микроскопа позволила установить последовательность фаз митотического деления клеток
КОНФОКАЛЬНАЯ МИКРОСКОПИЯ Изображение β-тубулина у простейших Конфокальный микроскоп - оптический микроскоп, обладающий значительным контрастом по сравнению с обычным микроскопом, что достигается использованием апертуры, размещённой в плоскости изображения и ограничивающей поток фонового рассеянного света. Использование лазерного луча, который последовательно сканирует всю толщину препарата, а затем передача информации о плотности объекта по каждой линии сканирования в компьютер позволяет с помощью специальной программы получить трехмерную реконструкцию исследуемого объекта.
ХОД ЛУЧЕЙ В СВЕТОВОМ И КОНФОКАЛЬНОМ МИКРОСКОПАХ Рис. 1 а. Ход лучей в обычном оптическом микроскопе, когда в фотоприемное устройство попадает свет из различных точек образца Рис. 1 в. Дополните льное повышение контраста достигается применением подсветки, фокусирующей свет в анализируему ю точку. Рис. 1 б. Применение диафрагмы позволяет существенно снизить фоновую подсветку от точек образца вне анализируемой области.
Конфокальный микроскоп отличается от "классического" оптического микроскопа (см. пункт 3. 1) тем, что в каждый момент времени регистрируется изображение одной точки объекта, а полноценное изображение строится путем сканирования (движения образца или перестройки оптической системы). Для того, чтобы регистрировать свет только от одной точки после объективной линзы располагается диафрагма малого размера таким образом, что свет, испускаемый анализируемой точкой (красные лучи на рис. 1 б), проходит через диафрагму и будет зарегистрирован, а свет от остальных точек (например, синие лучи на рис. 1 б) в основном задерживается диафрагмой. Вторая особенность состоит в том, что осветитель создает не равномерную освещенность поля зрения, а фокусирует свет в анализируемую точку (рис. 1 в). Это может достигаться расположением второй фокусирующей системы за образцом, но при этом требуется, чтобы образец был прозрачным. Кроме того, объективные линзы обычно сравнительно дорогие, поэтому использование второй фокусирующей системы для подсветки мало предпочтительно. Альтернативой является использование светоделительной пластинки, так чтобы и падающий и отраженный свет фокусировались одним объективом (рис. 1 г). Такая схема к тому же облегчает юстировку.
В современной гистологии исследования проводятся с использованием комплекса методик. Работа начинается с анализа структурной организации объекта, в дальнейшем на основании полученных результатов по гистоморфологии, выполняются гистохимические и гистофизиологические исследования. Это позволяет получить целостное представление о биологических свойствах изучаемого объекта и динамике, происходящих в нем процессов. На основании этого с полным правом можно говорить, что современная гистология является наукой, которую можно именовать биологией тканей.
КРАТКИЙ ОЧЕРК СТАНОВЛЕНИЯ ГИСТОЛОГИИ Создал оптические линзы, которые в последующем стали основными частями микроскопа. Использование линз для изучения строения пробкового дерева позволило выявить ячейки, которые в последующем получили название клеток. Ро берт Гук (1635 – 1703 г. г.) английский физик, естествоиспытатель, учёный-энциклопедист. Роберт Гук на фоне своих изобретений Ячейки – клетки пробкового дерева
Во второй половине XVII века А. Левенгук (16321723) открыл мир микроскопических элементов животных и впервые описал красные кровяные тельца и мужские половые клетки.
В 1671 г. английский ученый Н. Грю в своей книге "Анатомия растений" писал о клеточном строении как о всеобщем принципе организации растительных организмов. Н. Грю впервые ввел в употребление термин "ткань" для обозначения растительной массы, поскольку последняя напоминала по своей микроскопической конструкции ткани одежды. Н. Грю (1641 -1712 г. г.) Оригинальные рисунки леток к растений Н. Грю
В 2011 году наша страна праздновала 300 -лет со дня рождения М. В. Ломоносова Основоположник естествознания в России М. В. Ломоносов (17111765 г. г.) будучи материалистом призывал к изучению анатомии путем наблюдения и тем самым указал правильную перспективу ее развития. М. В. Ломоносов и Л. Эйлер создали современный по тем временам микроскоп, позволяющий вести наблюдения за разнообразными биологическими объектами.
И. И. Мечников (1845 -1916 г. г.) установил, что в период эмбрионального развития у беспозвоночных, так же как и у хордовых, имеются три зародышевых листка: эндодерма, мезодерма и эктодерма. Этим было найдено первое звено, связывающее беспозвоночных с позвоночными. Он сформулировал фагоцитарную теорию, был награжден Нобелевской премией.
АВТОРЫ КЛЕТОЧНОЙ ТЕОРИИ Маттиас Якоб Шлейден (1804 -1881), немецкий биолог (ботаник) Теодор Шванн (1810 -1882), выдающийся немецкий анатом, физиолог и гистолог
АВТОР ТЕОРИИ КЛЕТОЧНОЙ ПАТОЛОГИИ – Р. ВИРХОВ Большую роль в развитии идей клеточной теории сыграли труды немецкого патолога Р. Вирхова (1858), который выдвинул положение «omnis cellula e cellula» (всякая клетка из клетки), обратив внимание ученых на универсальный процесс образования клеток путем деления предшествующих клеток. Современная наука убедительно показала, что деление клеток путем митоза является единственно полноценным способом их деления. 1821 -1902 г. г.
Сантьяго Фелипе Рамон -и-Кахаль (испанское имя - Santiago Felipe Ramуn y Cajal) испанский врач и гистолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1906 году совместно с Камилло Гольджи. Один из авторов нейронной теории.
Камилло Гольджи – итальянский ученый, автор метода выявления нейронов, органоидов клеток импрегнацией серебра. Нобелевский лауреат 1906 года по физиологии и медицине совместно с Р. Кахалом
ВКЛАД В ЭВОЛЮЦИОННУЮ ГИСТОЛОГИЮ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ УЧЕНЫХ Алексей Николаевич Северцев (1886 -1936 г. г.) выдвинул и обосновал теорию филэмбриогенезов. Он указал, что «эволюционный процесс совершается не путем накопления изменений взрослых животных, как думали Дарвин и Геккель, а путем изменения хода процесса онтогенеза» . Эти изменения могут осуществляться анаболией, архаллаксисом и девиацией. тремя способами:
АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ЗАВАРЗИН (1886 -1945 г. г.) Автор теории параллелизмов, основные положения которой он сформулировал, опираясь на собственные исследования нейрональных взаимоотношений в оптических центрах. Автор эволюционного учения об ядерных и экранных центрах нервной системы, которое определяет наличие в ней двух основных принципов организации серого вещества.
НИКОЛАЙ ГРИГОРЬЕВИЧ ХЛОПИН (1897 – 1961 г. г.) Дальнейшее развитие идеи эволюционной морфологии получили в трудах Н. Хлопина, автора теории дивергентной эволюции тканей. А. Заварзин (1940), давая высокую оценку работам Н. Хлопина, писал: «В результате сопоставления теории параллелизма и генетической системы тканей, предложенной Н. Г. Хлопиным, которые, исследуя разные стороны эволюционной динамики тканей, взаимно дополняют друга, получается достаточно всесторонняя эволюционная трактовка гистологического материала, в которой эволюционная теория преломляется и как теория развития (теория параллелизма) и как теория происхождения (генетическая модель Хлопина)» .
НИКОЛАЙ ГРИГОРЬЕВИЧ КОЛОСОВ (1897 -1979 г. г.) Лабораторию функциональной морфологии и физиологии нейрона Института физиологии имени И. П. Павлова долгие годы возглавлял Н. Колосов. Под его руководством проводились сравнительнонейрогистологические исследования с использованием усовершенствованных методик, что позволило уточнить структуру рецепторных аппаратов, выявить пути их эволюции, а, следовательно, и понять основные закономерности их становления в филогенезе позвоночных.
ИВАН НИКОЛАЕВИЧ ФИЛИМОНОВ (1890 -1966 г. г.) Автор работ по сравнительногистологическому исследованию неокортикальных формаций и базальных ядер в онтогенезе и филогенезе позвоночных. Предложил классификацию корковых формаций на палеокортекс, перипалеокортекс, архикортекс, периархикортекс, неокортекс. Создал учение о межуточных формациях мозга. Эти исследования способствовали выяснению эволюции корковых и подкорковых структур, уточнению их роли в деятельности мозга. Работал в клинике нервных болезней и описал ряд синдромов поражений головного мозга.
ИЛЬДАР ГАНИЕВИЧ АКМАЕВ Долгие годы лабораторию экспериментальной морфологии в Институте экспериментальной эндокринологии и химии гормонов РАМН возглавляет акад. РАМН И. Акмаев. Под его руководством выполнены исследования по гипоталамической области мозга и нейроэндокринологии миндалевидного комплекса, пролившие свет на механизмы нейроэндокринной регуляции в организме. В последние годы И. Акмаев и его ученики развивают новое медико-биологическое направление нейро иммуно эндокринологию. В центре внимания этой дисциплины – вопросы взаимодействия трех основных регуляторных систем организма: нервной, иммунной и эндокринной.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА а) основная литература: 1. Ахмадеев А. В. , А. М. Мусина, Л. Б. Калимуллина. Гистология. Учебное пособие (курс лекций). Уфа, Из-во Баш. ГУ, 2011. Гриф УМО класстческих университетов. 2. Гистология (учебник-мультимедиа) Р. К. Данилов, А. А. Клишов, Т. Г. Боровая. СПб, «ЭЛБИ_СПб» , 2003 3. Методическая разработка к лабораторным занятиям по курсу «Гистология» . Уфа, Баш. ГУ, 2012. б) дополнительная литература: 1. Гистология (учебник) Под редакцией Ю. И. Афанасьева, Н. А Юриной. М «Медицина» . 1989, 1999 гг. 2. Гистология (учебное пособие) Хисматуллина З. Р. , Каюмов Ф. А. , Шарафутдинова Л. А. , Ахмадеев А. В. Уфа, Баш. ГУ, 2006 3. Введение в клеточную биологию Ю. С. Ченцов. М. ИКЦ «Академкнига» 2004.
4. Заварзин А. А. , Харазова А. Д. Основы общей цитологии. Л. : ЛГУ, 1982 5. Гистология А. Хэм, Д. Кормак. М, «Мир» , 1983, Том 1 -3 в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы приведены в учебном пособии Ахмадеева А. В. и соавторов. Гистология. (курс лекций). Уфа, Из-во Баш. ГУ, 2011.
Учебный план предусматривает чтение семи лекций (14 часов), проведение лабораторных занятий (18 часов) и выполнение контрольных работ. Материал лекций и время лабораторных занятий будут посвящены освещению теоретического материала, характеризующего микроскопическое строение основных типов тканей и приобретению навыков работы с микроскопом и гистологическими препаратами. На самостоятельное изучение отводится материал следующих глав: 1. Основные теоретические положения современной гистологии. Общие принципы организации тканей. 2. Кроветворение и физиологическая регенерация крови. 3. Эмбриональный гистогенез тканей.