Введение в курс гистологии. История науки. Методы исследования. Цитология презентация

история
В истории развития гистологии можно выделить три основных периода: домикроскопический, микроскопический и современный.
Домикроскопический период (с начала V в. до н. э. и по 1665 г.) связан с именами Аристотеля, Галена, Везалия и других великих ученых того времени. Данный период развития гистологии характеризуется попытками выделения в организмах животных и человека неоднородных тканей с использованием методов анатомического препарирования.

Микроскопический период – 1665 – 1950 гг.
Начало этого периода связано с именем английского физика Р. Гука, который изобрел микроскоп и использовал его для систематического исследования различных, в том числе и биологических, объектов. Результаты своих исследований он опубликовал в книге «Монография». Р. Гук впервые ввел термин «клетка». В дальнейшем происходило непрерывное усовершенствование микроскопов и все более широкое их использование для изучения биологических тканей и органов. Особенное внимание при этом уделялось строению клетки. Среди выдающихся ученых того времени можно выделить М. Мальпиги, А. Левенгука, Н. Грю.

Я. Пуркинье описал наличие в животных клетках цитоплазмы и ядра, а несколько позже Р. Браун обнаружил ядро в растительных клетках. Ботаник М. Шлейден занимался исследованием происхождения клеток – цитокинезисом. В результате своих исследований Т. Шванн сформулировал клеточную теорию:
1) все растительные и животные организмы состоят из клеток;
2) все клетки развиваются по общему принципу – из цитобластомы;
3) каждая клетка обладает самостоятельной жизнедеятельностью, а жизнедеятельность организма является суммой деятельности клеток.

Р. Вирхов в 1858 г. уточнил, что развитие клеток осуществляется путем деления исходной клетки. Разработанная Т. Шванном теория актуальна до настоящего времени.
Современные положения клеточной теории:
1) клетка является наименьшей единицей живого;
2) клетки животных организмов сходны по своему строению;
3) размножение клеток происходит путем деления исходной клетки;
4) многоклеточные организмы представляют собой сложные ассоциации клеток и их производных, объединенные в системы тканей и органов и связанные между собой клеточными, гуморальными и нервными механизмами регуляции.

Дальнейшее совершенствование микроскопов позволило выявить в клетках более мелкие структуры:
1) пластинчатый комплекс (К. Гольджи – 1897 г.);
2) митохондрии (Э ван Бенда – 1897 г.);
3) центриоли ( Т. Бовери – 1895 г.);
4) эндоплазматическую сеть (К. Портер – 1945 г.);
5) лизосомы (К. Дюв – 1949 г.).
Были описаны механизмы деления растительных (И. Д. Чистяков, 1874 г.) и животных клеток (П. И. Перемежко, 1978 г.

Этап голландской школы
Современный этап развития гистологии начался с 1950 г., когда впервые электронный микроскоп был применен для изучения биологических объектов. Однако для современного этапа развития гистологии характерно внедрение не только электронной микроскопии, но и других методов: цито– и гистохимии, гисторадиографии и т. д. При этом обычно используется комплекс различных методов, позволяющих составить не только качественное представление об изучаемых структурах, но и получить тонкие количественные характеристики. Особенно широко в настоящее время применяются различные морфометрические методы, в том числе и автоматизированная обработка полученной информации с использованием персонального компьютера.
Гистологию в России развивали ученые медицинских факультетов российских вузов, где сформировались сильные гистологические школы:

Первым в России применившим в научных исследованиях микроскоп был M. В. Ломоносов. По его инициативе при Петербургской Академии наук созданы оптические мастерские, сыгравшие значительную роль в успешном развитии в России естественных наук. Основным недостатком микроскопов того времени была хроматическая аберрация, препятствующая четкому выявлению структур.
1) Московская школа
(А. И. Бабухин, И. Ф. Огнев). Основное направление деятельности – гистогенез мышечной и нервной ткани, гистофизиологические подходы к изучению органов чувств, особенно органа зрения;

Нейрогистологические исследования активно проводились в Казани К. А. Арнштейном, А. С. Догелем, A. E. Смирновым, Д. А. Тимофеевым, а позднее A. H. Миславским и Б. И. Лаврентьевым и их учениками H. Г. Колосовым, И. Ф. Ивановым, Г. И. Забусовым, E. К. Плечковой, M. А. Григорьевой, П. А. Ковальским и многими другими.
Вопросы структурной и гистохимической организации тканей и органов сельскохозяйственных животных в настоящее время успешно изучают коллективы гистологов под руководством Ю. T. Техвера, О. В. Александровской, Л. В. Давлетовой, П. А. Ильина, А. Ф. Рыжих, И. G. Ржаницыной, H. А. Гороховского, А. И. Пилипенко, Л. П. Тельцова и др. Особое внимание исследователей привлекают гистохимический, биохимический и электронно-микроскопический анализы тканей и органов животных организмов.

2) Петербургская гистологическая школа
при Медико-хирургической академии (К. Э. Бэр – эмбриолог, Н. М. Якубович, М. Д. Лавдовский – нейрогистолог и А. А. Максимов – автор унитарной теории кроветворения.

3) Петербургская гистологическая школа при университете (Ф. В. Овсянников – исследования органов чувств, А. С. Догель – нейрогистолог и др.);
4) Киевская гистологическая школа (П. И. Перемежко изучал деление клеток, развитие органов);

5) Казанская гистологическая школа – К. А. Арнштейн, А. С. Догель, А. Е. Смирнов, Т. А. Тимофеев, Б. И. Лаврентьев. Данная школа развивала нейрогистологическое направление.
Наиболее крупными учеными в области гистологии в России были А. А. Заварзин и Н. Г. Хлопин, занимавшиеся исследованием закономерностей развития тканей в филогенезе.

Открытия в цитологии и создание клеточной теории стимулировали развитие гистологии. Большое влияние на развитие науки оказали труды И. И. Мечникова и Л. Пастера, сформулировавших основные представления об иммунной системе.
Нобелевскую премию 1906 года в физиологии или медицине присудили двум гистологам, Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахалю. Они имели взаимно-противоположные воззрения на нервную структуру головного мозга в различных рассмотрениях одинаковых снимков.
В XX веке продолжалось совершенствование методологии, что привело к формированию гистологии в её нынешнем виде. Современная гистология тесно связана с цитологией, эмбриологией, медициной и другими науками. Гистология разрабатывает такие вопросы, как закономерности развития и дифференцировки клеток и тканей, адаптации на клеточном и тканевом уровнях, проблемы регенерации тканей и органов и др. Достижения патологической гистологии широко используются в медицине, позволяя понять механизм развития болезней и предложить способы их лечения.

Гистология человека — раздел медицины, изучающий строение тканей человека.
Гистопатология — это раздел микроскопического изучения поражённой ткани, является важным инструментом патоморфологии (патологическая анатомия), так как точный диагноз рака и других заболеваний обычно требует гистопатологического исследования образцов.
Гистология судебно-медицинская — раздел судебной медицины, изучающий особенности повреждений на тканевом уровне.
Количественная гистология - изучает закономерности развития и функционирования тканей, используя при этом количественные переменные и строгие методы проверки гипотез.

Гистология ("гистос" греч. -ткань) - в узком понимании это - наука или учение о тканях. В последнее 10-летие содержание гистологии включает в себя изучение закономерностей микроскопического развития, строения организма на разных уровнях его организации - на субклеточном, клеточном, тканевом, органном, с учетом их функций.
Курс гистологии условно разделен на следующие разделы:
1. Цитология - наука о клетке.
2. Эмбриология - наука о развитии, от зарождения до полного формирования организма.
3. Общая гистология - наука об общих закономерностях, присущих тканям.
4. Частная гистология - изучает строение, развитие органов и систем.

Методы исследования в гистологии.
Как любая наука гистология располагает своим арсеналом методов исследований:
I. Основной метод - микроскопирование.
А. Световая микроскопия - исследования обычным световым мик-пом.
Б. Спец-ые методы микроскопирования
В. Электронная микроскопия

II. Специальные методы:
1.Цито- или гистохимия - суть заключается использовании строго специфических химических реакций с светлым конечным продуктом в клетках и тканях для определения количества различных веществ(белков, ферментов, жиров, углеводов и т. д.)
2. Цитофотометрия - метод применяется в комплексе с 1 и дает возможность количественно оценить белки, ферменты и т.д.
3. Авторадиография - вводят в организм вещества, содержащие радиоактивные изотопы. Эти вещества включаются в обменные процессы в клетках. Локализацию, дальнейшие перемещения этих веществ в органах определяются на гистопрепаратах по излучению.
4. Рентгентоструктурный анализ - позволяет определить количество химических элементов в клетках, изучить молекулярную структуру биологических микрообьектов.
5. Морфометрия - измерение размеров биол. структур на клеточном и субклеточном уровне.
6. Микроургия - проведение очень тонких операций микроманипулятором под микроскопом (пересадка ядер)
7 Метод культивирования клеток и тканей . Экспериментальные методы.
8. Ультрацентрофугирование - фракционирование клеток или субклеточных структур путем центрофугирования в растворах различной плотности.
9. Метод трансплантации тканей и органов.

Основные этапы приготовления гистологического препарата для светооптического исследования:
1 Взятие материала Материал должен быть свежим. Его нельзя промывать водой .
Брать материал следует с минимальной затратой времени.
Объем кусочка должен быть не более 0,5-1 см3.
II. Фиксация – метод обработки живого объекта фиксирующими веществами с целью сохранения прижизненной структуры органа или ткани.
Механизм фиксации основан на коагуляции белков.
Виды фиксаторов:
Физические:
1.холод (замораживание) 2.лиофильная сушка (сушка на морозе)
Химические:
1. Простые – состоят из одного ингредиента - 10% формалин
96% спирт, ацетон - трихлоруксусная кислота 5-10% раствор
5% уксусная кислота
2.Сложные
- смесь Буэна (пикриновая кислота, формалин, уксусная кислота)
- смесь Карнуа (спирт, формалин, уксусная кислота)
- смесь Ценкера

III. Промывка в воде – для водорастворимых фиксаторов и в спирте – для спирторастворимых фиксаторов.
Цель: освобождение от фиксатора.
IV. Обезвоживание и уплотнение - проводят по батарее спиртов возрастающей концентрации.
Основное правило: правило постепенного воздействия применяемых веществ на исследуемые ткани.
Если применяли водорастворимый фиксатор, тогда батарея спиртов следующая:
300→400→500→600→700→800→900→960 I→960 II→1000 абсолютный спирт
Если применяли спирторастворимый фиксатор, батарея спиртов начинается с 700 спирта: 700→800→900→960I→960 II→1000 абсолютный спирт
V. Заливка – пропитывание веществами представляющими собой плотные среды. Заливку производят в парафин и в целлоидин

А) Парафиновая заливка
проводка
спирт + ксилол → ксилол I → ксилол II → ксилол + парафин (t = 370) → парафин I (t = 560) → парафин II(t = 560) → заливочный парафин
Положительные стороны парафиновой заливки:
Можно делать тонкие срезы ≈ 5 мкм
Относительная быстрота проводки: время нахождения в различных средах зависит от структуры органа и размера кусочка и подбирается опытным путем.
Отрицательные стороны парафиновой заливки:
Воздействие на объект высоких температур, что приводит к высушиванию и деформации материала. Возможность заливать только мелкие объекты
Б) Целлоидиновая заливка
проводка:
Спирт + эфир → 2% целлоидин → 4% целлоидин → 6% целлоидин → 8-10% целлоидин.

VI. Резка
Резку осуществляют на приборе под названием микротом.
Микротом может находиться внутри прибора, который поддерживает постоянную t ≈ - 18-200 (замораживающий микротом)- этапы фиксации и уплотнения осуществляются одновременно благодаря замораживанию при низких температурах и существенно экономят время исследования.
Основной элемент микротома – стальной нож с определенным углом наклона.
После резки парафиновый срез помещают в каплю воды для расправления и оставляют стекло до полного высыхания воды.
VII. Депарафинизация.
Прежде чем окрашивать гистологический срез, необходимо освободиться от парафина и наводнить препарат,
ксилол I → ксилол II → 960 I → 960 II → 700 → Н2О

VIII. Окрашивание
Препарат окрашивают сначала ядерным красителем, затем цитоплазматическим.
Виды красителей:
ядерные (основные)
гематоксилин (окрашивает ядро в синий цвет), железный гематоксилин, азур II (в фиолетовый цвет)
кармин (в красный цвет), сафранин (в красный цвет),метиловый синий (в синий цвет)
толуидиновый синий (в синий цвет),тиониновый синий (в синий цвет)
цитоплазматические (кислые)
эозин – окрашивает цитоплазму в розовый цвет
Эритрозин, кислый фуксин – в красный
пикриновая кислота – в желтый,конго красный- в красный
специальные
судан III – окраска липидов и жиров в оранжевый цвет
осмиевая кислота – окраска липидов и жиров в черный цвет
орсеин – окраска эластических волокон в коричневый цвет
азотнокислое серебро – импрегнация нервных элементов в темно-коричневый цвет
IX. Просветление в растворах Н2О → 700 → 960 I→ 960 II→ ксилолI → ксилол I
X. Заключение в бальзам.

Электронный микроскоп
(ЭМ) — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 106 раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока пучка электронов просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ)
Сканирующие микроскопы.
Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000÷10000 раз превосходит разрешение светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля.

Принцип работы электронного микроскопа
Источник электронов – катод электронной пушки
Линзы- электромагнитные катушки
В тубусе расположены катод, анод, магнитные линзы, люминесцентный экран, фотопластинки

Подготовка материала для ЭМ
Взятие быстрое материалом объемом менее 1мм3
Фиксация – глутаровый альдегид (1ч)
Промывка буферным раствором
Постфиксация – 1%р-р тетраоксида осмия (1-2ч)
Промывка буферным раствором
Обезвоживание в спитрах
Пропитывание эпоксидными смолами
Заливка эпоксидными смолами
Резка и окраска

ЦИТОЛОГИЯ

Формы организации живой материи:
I. Доклеточная:
1) вирусы: а. ДНК-содержащие б. РНК-содержащие
2) бактериофаги.
II. Клеточная форма:
1) Прокариоты :
а) бактерии - одноклеточные организмы
б) сине-зеленые водоросли - сходны с бактериями.
2) Эукариоты
III. Неклеточная форма

Основные положения современной клеточной теории:
I. Клетка - наименьшая элементарная единица живого, вне которой нет жизни.
II. Клетки гомологичны - т.е. при всем богатом разнообразии все клетки растений и животных построены по единому общему принципу.
III. Клетка от клетки и только от клетки, т.е. новая клетка образуется путем деления исходной клетки.
IV. Клетка - часть целостного организма. Клетки объединены в системы тканей и органов, из системы органов - целый организм. При этом совокупность всех свойств каждого вышестоящего уровня больше, чем простая сумма свойств его составляющих, т.е. свойства целого больше, чем простая сумма свойств составляющих частей этого целого.

Клетка
Клетка - это элементарная живая система, состоящая из цитоплазмы, ядра, оболочки и являющаяся основой развития, строения и жизнедеятельности животных и растительных организмов.

Ядро - часть клетки, являющееся хранилищем наследственной информации

Хромосома

Цитолемма (плазмолемма) - это элементарная биологическая мембрана покрытая снаружи более или менее выраженным гликокаликсом –надмембранным комплексом и имеющая субмембранный комплекс

Гликокаликс- надмембранный комплекс, состоит из сахаридов, связанных с белками-гликопротеины и сахаридов, связанных с липидами- гликолипиды
Функции
Рецепция, адгезия (гормоны, цитокины, медиаторы и антигены)
Межклеточные взаимодействия(раздражимость – различные факторы и узнавание)
Пристеночное пищеварение (микроворсинки каемчатых клеток кишечника)

Мембранный комплекс
Слой фосфолипидов с встроенными белками
Холестерин
(сфинголипиды – характерны для н.с.)
Структурные белки:интегральные(ионные каналы и рецепторы), полуинтегральные (транспорт и рецепция), периферические (построение цитоскелета)
Функции: рецепторы, переносчики, ферменты, структурообразование

Субмембранный комплекс
Микротрубочки (24-25 нм) полые цилиндры из тубулина
Микрофиламенты (5-7нм) нити, выполняющие двигательную и опорную функцию
Промежуточные филаменты (8-10нм) – только опорную функцию

Функции цитолеммы:
- разграничительная;
- активный и пассивный транспорт веществ в обе стороны;
- рецепторные функции;
-контакт с соседними клетками.
Экзоцитоз:

Мембранный транспорт: пассивный (диффузия)
облегченная диффузия через каналы:натриевые, калиевые, кальциевые, хлорные и аквапорины
Активный транспорт-Поглощение
Опосредованный рецепторами эндоцитоз- иг,факторы роста,трансферрин, липопротеины

Цитоплазма

Гиалоплазма
это гомогенная, под микроскопом бесструктурная масса; по химической природе представляет собой коллоидную систему и состоит из среды (вода и растворенные в ней соли) и фазы (взвешенные в дисп. среде мицеллы белков, жиров, углеводов и некоторых других органических веществ); эта система может переходит из состояния золь в гель.

Компартменты органоиды и включения.
Компартменты - это структуры, находящиеся в гиалоплазме, имеющие определенное строение (форму и размеры), т.е. видимые под микроскопом.

Органоиды - постоянные структуры цитоплазмы, имеющие определенное строение и функции.
Органоиды классифицируются по строению и по функции
1.Специального и общего назначения
2. Мембранные(1м)- грЭПС, глЭПС, КГ,
лизосомы,пероксисомы
(2м)-митохондрии
и немембранные
микротрубочки: центриоли,реснички, жгутики, веретено деления
рибосомы и
филаменты

Пластинчатый комплекс (Гольджи) - система наслоенных друг на друга уплощенных цистерн, стенка которых состоит из элементарной биологической мембраны, и расположенных рядом крупных и мелких пузырьков (везикул), вакуолей.

Функции КГ
цис-сторона связана с системой транспорта, транс- сторона отщепляет вакуоли
Синтез полисахаридов и гликопротеинов
Процессинг(фосфорилирование, гликозилирование, сульфатирование)
Накопление секреторного продукта в вакуолях
Образование клеточных мембран, гидролазных пузырьков

2. Эндоплазматическая сеть(ЭПС) - это система (сеть) внутриклеточных канальцев, стенки которых состоят из элементарных биологических мембран. Различают ЭПС гранулярного типа (в стенки ЭПС вмонтированы гранулы = рибосомы) - с функцией синтеза белков, и агранулярного типа (канальцы без рибосом) - с функцией синтеза липидов и углеводов, стероидных гормонов из холестерина, детоксикация, депонирование Са++, в мегакариоцитах разделяет формирующиеся тромбоциты.

Митохондрии – 2-х мембранные структуры округлой, овальной и вытянутой формы

Существует 2 вида митохондрий:
с пластинчатыми и трубчатыми (продуцирующими стероиды) кристами
Функции: энергетическая
Окисление и фосфорилирование:
Сопряжение-энергия хранится в макроэргических связях АТФ
Разобщение –образование тепла
Контроль внутриклеточной ДНК

Аппарат внутриклеточного переваривания: Эндосомы, гидролазные пузырьки (первич. Лизосомы), фаголизосомы – вторичные,
аутофаголизосома
мультивезикулярные тельца
остаточные тельца
ПЕРОСКИСОМЫ

НЕМЕМБРАННЫЕ ОРГАНЕЛЛЫ
- Митохондриальные рибосомы
- Цитоплазматические рибосомы
- Свободные и связанные с ЭПС

Функция рибосом
трансляция мРНК и сборка полипептидов
полирибосомы:
комплекс нескольких рибосом, расположенных на одной молекуле м РНК

ЭЛЕКТРОНОГРАММА

Органеллы, содержащие микротрубочки
Реснички, жгутики
Реснички-цитоплазматические выросты с аксонемой внутри
Аксонема = 9*2+2(центральный дуплет)
От центральных отходят спицы к периферическим , а периферические соед-ся ручками из динеина

Строение реснички

Центросома
Клеточный центр - органоид обеспечивающий двигательную функцию (растаскивание хромосом) при делении клетки.

Цитоскелет- трехмерная цитопл-я сеть из микротрубочек, м-филаментов, миофиламентов и микротрабекул

Функции: поддерживает форму клетки
подвижность, упругость
механическая интеграция внутриклеточных компонентов цитоплазмы клеток
внутриклеточный транспорт
межклеточные соединения
Микротрубочки полые цил-ры

Распределение филаментов
1.кератиновые тонофиламенты – эпителиальные ткани
2.десминовые – мышечные ткани(кроме миоцитов сосудов)
3.виментиновые-фибробласты, макрофаги, миоциты, эндотелий, хондро-и остеобласты
4.нейрофиламенты – нейроны
5.глиальные- астроциты и олигодендроциты
6.ламины – все типы клеток

Виментиновые филаменты

Тонофиламенты

ЦИТОСКЕЛЕТ

Специализированные структуры клеток
Реснички
Щеточная каемка (микроворсинки) – специализированная структура апикальной поверхности, служащая для расщепления и всасывания веществ (тол.о.к. и проксимальные почечные канальцы)
Базальная исчерченность(лабиринт) глубокие впячивания плазмолеммы базального отдела (эпителий канальцев почки, часть выводных протоков слюнных желез)-реабсорбция электролитов
Миофибриллы – сократительный аппарат скел. МУСКУЛАТУРЫ (актиновые и миозиновые филаменты)
Нейрофибриллы- пучки нейрофиламентов (опорная, аксонный транспорт)
Акросома

Межклеточные контакты-структуры формирующие ткани, создают барьер проницаемости и межклеточной коммуникации
1-Механические соед.
Промежуточные=опоясывающие десмосомы образуют сплошной поясок вокруг клеток. Связывают цитоскелет с компонентами межклеточного вещества.
Десмосома=пятно сцепления – утолщение плазмо-леммы с пластинками прикрепления,разделенными щелью. Обеспечивают связь цитоскелета и межкле-точного вещества с компонентами матрикса.
полудесмосома-прикрепление к базальной мембране
Интердигитация – впячивания цитоплазмы клеток друг в друга

2 - Плотное соединение (зона слипания) – наиболее тесный контакт клеток при частичном слиянии плазмолеммы (в виде пояска). Обеспечивает барьерную функцию, регулирует транспорт, могут временно размыкаться
3 – коммуникационные соединения –
Щелевые=нексусы совокупность коннексонов (4-6 субъединиц с каналом) обеспечивают обмен низкомолекулярными соединениями, ионами, АТФ
синапсы – пресинаптическая, постсинаптическая части и синаптическая щель, в которую выделяется нейромедиатор

Включения : трофические, секреторные, экскреторные, пигментные
Неклеточные структуры
Симпласт – многоядерное цитоплазматическое образование (путем слияния однотипных клеток или путем делания без цитотомии
Примеры симпласт поперечно-полосатой мышечной ткани и симпластотрофобласт

Симпласт -миосимпласт

Синцитий-соклетия, образующиеся путем деления клетки связаны мостиками и образуют сеть: ретикулярная ткань, синцитий миокарда, синцитий при делении сперматогоний