Лекция № 1.

Введение в гистологию. Микроскопическая и гистологическая техника
ГИСТОЛОГИЯ – (от греч. histos – ткань, logos – учение, наука) – наука о развитии, строении и функциях клеток, тканей и органов организма. Гистология как наука и учебная дисциплина состоит из нескольких разделов.
1. Гистологическая и микроскопическая техника изучает способы приготовления гистологических препаратов и методы их микроскопирования.
2. Цитология изучает развитие, строение и функции различных клеток организма.
3. Эмбриология представляет собой науку, изучающую закономерности эмбрионального развития организма.
4. Общая гистология изучает источники развития, строение, функции и реактивные изменения тканей организма.
5. Частная гистология изучает источники и ход эмбрионального развития, строение и функции органов организма.
Гистология относится к морфологическим наукам. Если раньше гистология, как и все морфологические науки, имели чисто описательных характер, то в последнее время она превратилась в синтетическую науку, широко использующую современные морфофункциональные методы исследования, которые позволяют судить не только и не столько о строении, сколько о структурном обеспечении функций клеток, тканей, и органов.
Гистология относятся к фундаментальным биологическим дисциплинам, т.е. является основой для изучения других медико-биологических наук. В настоящее время без гистологических исследований трудно обойтись врачу любой специальности – патологическая анатомия с патогистологией, в которой гистологические методы исследования являются основными.
Гистология тесно связана с другими фундаментальными науками медико-биологического профиля: биологией, нормальной анатомией, нормальной физиологией, биологической химией, патологической физиологией. Гистологическая техника твердо базируется на знаниях химических дисциплин а микроскопическая техника на знаниях таких разделов физики, как оптика (световая микроскопия) и физика элементарных частиц (электронная микроскопия). Вместе все эти науки составляют теоретическую базу медицины.
Наука о клетке – цитология принадлежит к числу «счастливых» биологических дисциплин, развитие которых за последние годы было особенно стремительным. Клетка является основным структурным и функциональным элементом организма, поэтому разрешение таких кардинальных общебиологических вопросов, как механизм наследования признаков, рост организма, процессы регенерации, способы секреции, механизм нервного проведения и т.д., может быть плодотворным только в том случае, если эти вопросы будут рассматриваться на уровне клетки.
Цитология в последние годы обогатилась многими научными открытиями, внесшими существенный вклад в развитие биологических и медицинских наук и практику здравоохранения. Новые данные о структуре ядра, его хромосомного аппарата легли в основу цитодиагностики наследственных заболеваний, опухолей, болезней крови и других патологических процессов. Раскрытие особенностей ультраструктуры и химического состава клеточных мембран является основой для понимания закономерностей взаимодействия клеток в тканевых системах, защитных реакциях и др.
Цитология является одной из самых молодых ветвей науки о жизни. Она выделилась в самостоятельную дисциплину в конце 19 века. Начало её развития теснейшим образом связано с созданием сложного микроскопа (греч. «микрос» – малый и «скопейн» – смотреть, наблюдать).
Термин клетка (греч. «китос» – клетка, лат. «целла» – полость) впервые употребил Роберт Кук (1665) при описании своих «исследований строения пробки при помощи увеличительных линз». В этих наблюдениях, позднее повторенных Грю и Мальпиги на различных растениях, были замечены только полости – «мешочки» или «пузырьки», ограниченные целлюлозными стенками. В конце 17-го века Антон Ван Левенгук (1674), обнаружив свободные клетки, отличающиеся от «замурованных» клеток Гука и Грю, установил, что вещество, находящееся внутри клеток, определённым образом организовано: в частности, он нашел ядра в некоторых эритроцитах. На этом уровне представление о клетке просуществовало более ста лет.
Возникновение цитологии, как науки тесно связано с созданием клеточной теории, пожалуй, самого широкого и фундаментального из всех биологических обобщений. Клеточная теория в её современном понимании утверждает, что все живые существа – животные, растения и простейшие организмы состоят из клеток и их производных. Эта теория представляет собой результат многочисленных исследований, проведенных в начале 19-го века (Марбель. 1802; Океан, 1805; Ламарк, 1809; Дютроше, 1824; Тюрпен, 1826) и, особенно, работ ботаника Шлейдена (1838) и зоолога Шванна (1839), который сформулировал эту теорию в окончательном виде.
Клеточная теория оказала плодотворное влияние на все направления биологических исследований. Как её прямое следствие было установлено, что каждая клетка образуется в результате деления другой клетки. Значительно позже, благодаря развитию биохимии удалось показать, что все клетки сходны по своему химическому составу и характеру метаболизма; в это время возникло представление, согласно которому функции организма, как целого, является результатом сложения активности и взаимодействий отдельных клеточных единиц.
В 1858 году Вирхов применил клеточную теорию в области патологии, а Кёлликер распространил её на эмбриологию, показав, что организм развивается в результате слияния двух клеток – яйца и сперматозоида.
Это же столетие было ознаменовано достижениями, имеющими общебиологическое значение: в 1831 г. Р. Броун установил, что ядро является важнейшим и неизменным компонентом клетки, а в 1832 г. Вагнер открыл ядрышко. Другие исследователи (Джарден, Шультце, Пуркинье и фон Моль) занимались изучением содержимого клетки, названного «протоплазмой».
После того, как были установлены эти важнейшие факты и разработаны основные теории и представления, цитология начинает развиваться чрезвычайно быстро. Внимание многих исследователей привлекают необычайные изменения, происходящие в ядре при каждом делении клетки. Так, были открыты явления амитоза или прямого деления (Ремак – 1852) и непрямого деления (обнаружено Флеммингом у животных и Страсбургером у растений). Непрямое деление описал также Шлейхер (1878) под названием кариокинеза; Флеминг называл его митозом. Позже были описаны главные особенности митоза – образование в ядре нитей или хромосом (Вальдейер, 1890) и их равномерное распределение между ядрами двух образующихся дочерних клеток. Столь же важное значение имело и открытие явления оплодотворения яйца и слияния двух пронуклеусов (О.Гертвиг, 1875), а также обнаружение в цитоплазме клеточного центра (ван Бенеден, Бовери), митохондрий (Альтман, Бенда, 1898) и ретикулярного вещества (Гольджи, 1899).
Исследования различных уровней организации живой материи в целостном организме должно базироваться на системном анализе, так как всякая структура является сложной системой, взаимодействующей с другими структурными элементами одинакового или различного уровня организации. Вот почему задачей цитологии является не только описание строения и функционального назначения структур, но и установление связей между ними, раскрытие закономерностей их развития.
Современная цитология вносит существенный вклад в разработку теоретических и прикладных аспектов современной медицины и биологии. К фундаментальным теоретическим задачам цитологии относятся:
1 – изучение закономерностей цитогенеза, строение и функции клеток;
2 – изучение закономерностей дифференцировки и регенерации клеток;
3 – выяснение роли нервной, эндокринной, иммунной систем организма в регуляции процессов морфогенеза клеток;
4 – исследование возрастных изменений клеток;
5 – исследование адаптации клеток к воздействию различных биологических, физических, химических факторов.
Цитология тесно связанна с преподаванием других медико-биологических наук – биологии, анатомии, физиологии, биохимии, патологической анатомии, а также клинических дисциплин. Так, раскрытие основных закономерностей структурной организации клеток является основой изложения вопросов генетики в курсе биологии. Современная цитология тесно связана, в частности, с анатомией, так как цитология изучает мельчайшие детали органов и тканей на микроскопическом и субмикроскопическом уровне. Тесная связь с физиологией выявляется при исследовании взаимозависимости структуры и функции органов и тканей. Если физиология изучает функции органов, то цитология – функции и структуры отдельных клеток, межклеточного вещества и даже отдельных частей клетки – ядра, цитоплазмы, митохондрий и др.
В настоящее время в цитологии активно изучают распределение химических веществ в клетках и их структурах, выясняется связь тонкого строения клеток с обменом веществ в них (цитохимия).
Патологическая анатомия и патологическая физиология базируется на данных цитологии. Увидеть и понять патологические изменения в органе невозможно без знаний его строения и особенностей функции в норме. В то же время данные этих наук, особенности изменения структуры при той или иной патологии позволяют цитологам глубже понять закономерности процессов, происходящих в клетках и значение тех или иных структур. В преподавании, научных исследованиях и клинической диагностике широкое применение нашли цитохимические данные. Знание нормальной структуры клеток являются необходимым условием для понимания механизмов изменений в них в патологических условиях. Поэтому цитология тесно связана с клиническими дисциплинами, такими как внутренние болезни, акушерство и гинекология и др.
Таким образом, цитология занимает важное место в системе медицинского образования, закладывая основы научного структурно-функционального подхода в анализе жизнедеятельности организма человека в норме и патологии.
Методы исследования в цитологии.
В современной цитологии применяются разнообразные методы исследования, позволяющие всесторонне изучать процессы развития, строения и функции клеток. Главными этапами цитологического анализа являются выбор объекта
исследования, подготовка его для изучения в микроскопе, применение
методов микроскопирования, качественный и количественный анализ
изображения. Объектами исследования служат живые и мертвые клетки (фиксированные) клетки, их изображения, полученные в световых и электронных микроскопах или на телевизионном экране дисплея. Существует ряд методов, позволяющих проводить анализ указанных выше объектов.
Изучение клеток in vitro – это один из подходов, позволивших получить много цепных сведений о клетках. Заключается в том, чтобы выделять клетки из определенных частей организма и выращивать их в, так называемых, клеточных культурах, где их можно подробно изучать с помощью микроскопии и других методов. В клеточных культурах клетки могут делиться, перемещаться, вырабатывать различные вещества и выполнять многие из тех функций, которые бы они выполняли в организме. Используя методы микрохирургии, можно также производить операции на клетках in vitro, например, пересаживать ядро от одной клетки другой. Одна из многих целей, для достижения которых используют метод культуры клеток, это определение истинного пола спортсмена или больного. Другая задача – определение степени токсичности того или иного вещества для живых клеток. Культуры клеток широко используются для изучения специализации клеток и их злокачественного перерождения и, наконец, это единственный этически приемлемый способ проведения экспериментов на человеческих тканях.
Важное преимущество изучения клеток in vitro состоит в том, что этот метод даёт возможность проводить наблюдения в строго контролируемых условиях среды, которые имитируют среду организма, но вместе с тем позволяют избежать тех сложных и изменчивых влияний, которым, как известно, клетки подвергаются внутри организма. Данный метод обладает, однако, одним недостатком: при удалении клеток из их естественной среды они утрачивают взаимосвязи, существующие между отдельными клетками в ткани. Поскольку любой перенос в новую и притом искусственную среду не может не оказывать влияния на организацию и функции клеток, не всегда ясно, в какой мере некоторые данные, полученные in vitro, могут служить отражением тех процессов, которые действительно происходят в организме.
Изучение клеток на гистологических срезах. Метод состоит в изготовлении чрезвычайно тонких срезов тканей, которые после специальной обработки можно исследовать с помощью светового или электронного микроскопа. Поскольку такой метод позволяет изучать только мертвые клетки, на первый взгляд он кажется совершенно неподходящим для изучения живых клеток. Однако с его помощью можно сохранять структурные взаимоотношения, существующие между клетками в тканях и изучать части тела в разном возрасте и согласно различной функциональной активности.
Световая микроскопия.
Общий вид светового микроскопа показан на рис.1.