ГИСТОЛОГИЯ. ЛЕКЦИОННЫЙ КУРС.
Часть I. Общая гистология.
ЛЕКЦИЯ 1: Введение в курс гистологии. История науки. Методы исследования. Цитология.
План:
1.Предмет гистологии. Разделы.
2.История науки.
3.Методы исследования.
4.Основы цитологии.
1. Предмет гистологии. Разделы.
Гистология ("гистос" греч. - ткань) - в узком понимании это - наука или учение о тканях. В последнее 10-летие содержание гистологии переросло такого узкого понимания и 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.
Такое разделение в известной мере условно и продиктовано удобством изучения материала. На самом деле клетка не может существовать вне тканей, также как ткани не существуют вне органов, а органы вне целого организма.
Основным методом исследования в гистологии является микроскопирование (световая, специальные методы микроскопирования, электронная), поэтому формирование гистологии как самостоятельной науки тесно связано с историей изобретения микроскопа.
2. История науки.
Первый микроскоп был сконструирован в 1609-10 гг. Галилео Галилеем. Для научной работы этот микроскоп не употреблялся и был утерян, но, тем не менее, получил известность. В 1617-19 гг. при дворе английского короля Якова I Корнелий Дреббел сконструировал аналогичный микроскоп, который также не послужил для научной работы и был утерян.
На микроскоп очень долгое время смотрели как на занятную игрушку, они широко рекламировались и быстро распространились по всей Европе, в первую очередь по аристократическим салонам. Первые микроскописты-любители в основном были не биологи, рассматривали под микроскопом ради забавы все, что попадется под руки. Но, тем не менее, они сделали много интересных и важных открытий. Настоящих научных исследований, проведенных с помощью микроскопа профессиональными учеными, в 17-18 веках было очень мало.
Первые исследования принадлежат секретарю Лондонского королевского научного общества Роберту Гуку (1635-1703). Результаты своих микроскопических исследования он опубликовал в 1665 г в монографии "Микрография или физиологическое описание мельчайших тел, исследованных при помощи микроскопа". Р.Гук изучал в числе многих других объектов и тонкие срезы растений. Изучая срезы пробки, Гук обнаружил замкнутые пузырьки - ячейки и назвал их "клетками" (cellula). Гук задался вопросом - насколько широко распространено ячеистое строение, не является ли оно "схемой", принципом, распространяющийся на всех растений.
1
И начал изучать срезы стеблей различных растений и обнаружил аналогичные ячейки, разграниченные перегородками. Отличие этих ячеек от ячеек пробки состояло в том, что они не были пустыми, а были заполнены соком. Таким образом, Р.Гук сформировал представление о клетке, как о пузырьке, полностью замкнутом со всех сторон; он же установил факт широкого распространения клеточного строения растительных тканей. После опубликования выше упомянутой монографии Р.Гук к микроскопическим наблюдениям больше не возвращался.
К микроскопистам-любителям можно отнести и знаменитого Антона-Ван-Левенгука - мануфактурного торговца по профессии. Он вел наблюдения в продолжении более чем 50 лет и сообщал результаты Лондонскому королевскому научному обществу. Впоследствии в 1680 г он был избран почетным членом этого общества и в 1696 г его наблюдения были обобщены в книге "Тайны природы". Левенгук открыл мир микроскопических животных - инфузорий, впервые описал эритроциты и сперматозоиды.
Каспар Фридрих Вольф - в 1759 г в диссертации "Теория происхождения" впервые попытался объяснить возникновение новых растительных клеток при росте. Считал, что из уже имеющихся клеток-мешочков выдавливается жидкое вещество в виде капельки, поверхность капли затвердевает и капля превращается в новую клетку-мешочек.
Ксавье Биша (фр. анатом, 1771-1802) - еще в 1801 г дал классификацию тканей на макроскопическом уровне - выделял 21 тканей; органы образуются путем комбинации различных тканей.
Ян Пуркинье и его школа в 1830-45 гг. использовали окраску (индиго), просветление срезов бальзамом, создали микротом; все это позволило изучать клетки животных тканей под микроскопом.
Нем. ученые Лейдиг и Келликер в 1835-37 гг. попытались создать первую микроскопическую классификацию тканей.
Матиас Шлейден (нем.) в 1838 г создал теорию цитогенеза.
Теодор Шванн (нем.) в 1839 г, основываясь на теории цитогенеза Шлейдена, создал клеточную теорию:
1)все ткани растений и животных состоят из клеток;
2)все клетки развиваются по общему принципу;
3)каждой клетке присуща самостоятельная жизнедеятельность (организм - арифметическая сумма клеток);
Рудольф Вирхов (нем.) - оказал большое влияние на дальнейшее развитие клеточной теории и вообще на учение о клетке:
1. Всякая клетка - от клетки, и только от клетки.
2. Клетка - самый мелкий морфологический элемент живого и только из их совокупности слагаются все живые существа, вне клетки нет жизни.
3.Организм - государство клеток, совокупность отдельных самостоятельных единиц, поставленных в тесную взаимозависимость друг от друга.
4.Создал теорию "целлюлярной патологии" - т.е. болезнь объяснял как нарушение строения и функции клеток (а до него господствовала "гуморальная теория").
Э.Страсбургер (1884) выдвинул гипотезу о значении ядра как носителя наследственных свойств. Предложил термины профаза, метафаза, анафаза, гаплоидное и диплоидное число хромосом - т.е. изучал процесс митоза.
Рихард Гертвиг в 1903 г сформулировал закон постоянства ядерно-плазменного отношения: Масса ядра: масса плазмы = постоянная величина, т.е. ядру определенной величины соответствует определенный объем цитоплазмы.
2
Первые микроскопы в Россию были привезены Петром I. В 1698 г Петр I посетил Левенгука, который демонстрировал ему кровообращение в капиллярах угря. Петр I закупил в Голландии партию микроскопов и вывез в Россию опытного мастера по шлифовке оптических стекол Л.Шеппера. При академии наук в Петербурге под руководством Л.Шеппера было организовано изготовление микроскопов, но господа академики не хотели и не умели ими пользоваться.
Началом развития русской гистологии надо считать 30-ые годы 19 века, когда гистология преподавалась на кафедрах анатомии и физиологии. В 60 гг. 19 в гистологии выделились в отдельные кафедры. Первая кафедра гистологии создавалась в МГУ - зав. каф. А.И.Бабухин. Школа Бабухина занималась вопросами гистогенеза и гистофизиологии мышечной и нервной ткани.
Почти параллельно открылась кафедра гистологии в Петербургской Медико-хирургической академии. К этой школе относятся К.Э.Бэр - эмбриолог, НМ Якубович - заслуги при изучении ЦНС, МД Лавдовский - автор первого учебника по гистологии.
Ковалевский АО - один из основоположников сравнительной эмбриологии, экспериментальной и эволюционной гистологии; установил единый план развития многоклеточных; обосновал теорию зародышевых листков, как образований лежащих в основе единства развития всех млекопитающих.
Основатель кафедры гистологии в Киевском университете - ПИ Перемежко (1968). Киевская школа достигла успехов при изучении развития зародышевых листков, закладки и развития многих органов.
Родоначальник Казанской школы - ИА Арнштейн - занимались проблемой нейрогистологии. Говоря о вкладе отечественных исследователей в гистологию в советский период нужно
отметить:
1.Академик АА Заварзин - предложил теорию "параллельных рядов в тканевой эволюции" - эволюция тканей у разных типов и классов животных происходит сходно, параллельными рядами, поэтому у разных животных ткани с родственными функциями имеют сходное строение.
2.НГ Хлопин - создал теорию "дивергентной эволюции тканей" - ткани развиваются в эволюции и онтогенезе дивергентно, путем расхождения признаков. Поэтому в каждой из 4-х основных группах тканей предлагается выделить подгруппы или типы тканей по их происхождению, источнику развития.
Кафедра гистологии БГМУ создана в 1934 году под руководством профессора Николая Илларионовича Чурбанова. Сотрудники кафедры занимались изучением нейроэндокринного аппарата пищеварительной системы, разработкой гематологических нормативов для различных возрастных групп населения республики Башкортостан, влиянием производственных факторов на организм матери и плода в системе мать-плод, проблемой регенерации мышечных тканей.
3.Методы исследования в гистологии.
Как любая наука гистология располагает своим арсеналом методов исследований: I. Основной метод - микроскопирование.
А. Световая микроскопия - исследования обычным световым микроскопом. Б. Специальные методы микроскопирования:
-фазово-контрастный микроскоп (для изучения живых неокрашенных объектов)
-темнопольный микроскоп (для изучения живых неокрашенных объектов)
-люминесцентный микроскоп (для изучения живых неокрашенных объектов)
-ультрафиолетовый микроскоп (повышает разрешающую способность микроскопа)
-поляризационный микроскоп (для исследования объектов с упорядоченным расположением молекул - скелетная мускулатура, коллагеновые волокна и т.д.)
3
-интерференционная микроскопия (для определения сухого остатка в клетках, определение толщины объектов)
В. Электронная микроскопия:
-трансмиссионная (изучение объектов на просвет)
-сканирующая (изучение поверхности объектов)
II. Специальные (немикроскопические) методы:
1.Цитоили гистохимия - суть заключается в использовании строго специфических химических реакций со светлым конечным продуктом в клетках и тканях для определения количества различных веществ (белков, ферментов, жиров, углеводов и т. д.). Можно применить на уровне светового или электронного микроскопа.
2.Цитофотометрия - метод применяется в комплексе с 1 и дает возможность количественно оценить выявленные цитогистохимическим методом белки, ферменты и т.д.
3.Авторадиография - вводят в организм вещества, содержащие радиоактивные изотопы химических элементов. Эти вещества включаются в обменные процессы в клетках. Локализацию, дальнейшие перемещения этих веществ в органах определяются на гистопрепаратах по излучению, которое улавливается фотоэмульсией, нанесенной на препарат.
4.Рентгеноструктурный анализ - позволяет определить количество химических элементов в клетках, изучить молекулярную структуру биологических микрообъектов.
5.Морфометрия - измерение размеров биол. структур на клеточном и субклеточном уровне.
6.Микроургия - проведение очень тонких операций микроманипулятором под микроскопом (пересадка ядер, введение в клетки различных веществ, измерение биопотенциалов и т.д.)
6.Метод культивирования клеток и тканей - в питательных средах или в диффузионных камерах, имплантированных в различные ткани организма.
7.Ультрацентрифугирование - фракционирование клеток или субклеточных структур путем центрифугирования в растворах различной плотности.
8.Экспериментальный метод.
9.Метод трансплантации тканей и органов.
4. Основы цитологии
Формы организации живой материи: I. Доклеточная:
1) вирусы: а. ДНК-содержащие б. РНК-содержащие.
Основу составляет ДНК или РНК, окруженная оболочкой. В окружающей среде могут сохраниться определенное время, но самостоятельно в окружающей среде размножаться не могут
-размножаются только в клетке-хозяине.
2)бактериофаги.
II. Клеточная форма:
1) Прокариоты ("доядерные"):
а) бактерии - одноклеточные организмы. Имеют хорошо выраженную оболочку, небольшое разнообразие органоидов, деление - прямое. Наследственный материал не обособлен, диффузно разбросан по всей цитоплазме - т.е. ядра еще нет = доядерные.
б) сине-зеленые водоросли - сходны с бактериями.
2) Эукариоты ("хорошее ядро") - клетки имеют хорошо выраженное, обособленное ядро; большое разнообразие органоидов; размножение путем митоза. Эукариоты - клетки растений и животных организмов.
III. Неклеточная форма:
1) межклеточное вещество соединительных тканей (волокна, основное вещество).
4
2)синцитий - клетки соединены цитоплазматическими мостиками, по которым из цитоплазмы одной клетки можно перейти в другую клетку. Пример в человеческом организме - сперматогонии на стадии размножения.
3)симпласт - это огромная единая масса цитоплазмы, где разбросаны сотни тысяч ядер и органоидов. Пример - скелетная мускулатура и симпластический трофобласт в хорионе и ворсинках хориона в плаценте.
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 - это элементарная живая система, состоящая из цитоплазмы, ядра, оболочки и являющаяся основой развития, строения и жизнедеятельности животных и растительных организмов.
Клетка состоит из ядра, цитоплазмы и оболочки (цитолемма).
Ядро - часть клетки, являющееся хранилищем наследственной информации.
Окружено кариолеммой (два листка элементарной биомембраны), имеющей поры. В ядре содержится кариоплазма, основу которой составляет ядерный белковый матрикс (структурная сеть из негистоновых белков). В ядерном белковом матриксе располагается хроматин - ДНК в комплексе с гистоновыми и негистоновыми белками. Хроматин может быть деконденсированным (разрыхленным, светлым) - эухроматин ("эу"- хороший) и наоборот, конденсированным (плотно упакованным, темным) - гетерохроматин. Чем больше эухроматина, тем интенсивнее синтетические процессы в ядре и цитоплазме, и наоборот, преобладание гетерохроматина показывает на снижение синтетических процессов, на состояние метаболического покоя.
Ядрышко - самая плотная, интенсивно окрашивающаяся структура ядра с диаметром 1-5 мкм - является производным хроматина, одним из его локусов. Функция: образование рРНК и рибосом.
Цитолемма - это элементарная биологическая мембрана покрытая снаружи более или менее выраженным гликокаликсом. Основу элементарной биологической мембраны составляет бимолекулярный слой липидов, обращенных друг к другу гидрофобными полюсами; в этот бимолекулярный слой липидов вмонтированы интегральные (пронизывают всю толщу липидов), полуинтегральные (между молекулами липидов наружного или внутреннего слоя) и периферические (на внутренней и наружной поверхности бимолекулярного слоя липидов) белковые молекулы.
Гликокаликс - это гликолипидный и гликопротеиновый комплекс на наружной поверхности цитолеммы, содержит сиаловую кислоту; снижает скорость диффузии веществ через цитолемму, там же локализуются ферменты, участвующие во внеклеточном расщеплении веществ.
На наружной поверхности цитолеммы могут иметься рецепторы: - "узнавание" клетками друг друга; - рецепция воздействия химических и физических факторов;
- рецепция гормонов, медиаторов, А-гена и т.д. Функции цитолеммы:
- разграничительная;
5