Модуль 1. Цитологія, розмноження, ембріологія
Лекція № 1. Тема: Предмет і завдання вивчення гістології з цитологією та ембріологією.
1. Гістологія – вчення про тканини. Історія розвитку. Клітинна теорія.
2. Методи гістологічного дослідження.
3. Основи цитології. Історія розвитку.
4. Біологія клітин: органели, їх будова і функції.
1. Гістологія – вчення о тканинах. Історія розвитку. Клітинна теорія.
Гістологія (histos — тканина, logos — вчення) — в широкому розумінні наука, яка вивчає тонку і найтоншу будову, розвиток та функціонування структур організму тварини і людини.
Термін гістологія вперше введений в науку німецьким вченим К.Майєром в 1819 р. Завдання сучасної гістології полягає у тому, щоб сформувати науковий світогляд про єдність органічної природи. Різноманітні методики гістологічних досліджень дають змогу вивчати організм на різних рівнях — субклітинному, клітинному, тканинному, окремих органів та цілісного організму.
Гістологія належить до морфологічних наук — вчення про форму та будову організмів. Морфологія має тривалу історію, проте лише в XVIIIстолітті вона оформилася у спеціальну науку. Й.В.Гете перший, у 1796 р., застосував термін «Морфологія», яку він визначив як вчення про форму, утворення і перетворення органічних тіл.
Морфологія тварин (і людини також) являє собою сукупність наук, об'єднаних спільністю об'єкту досліджень. Завданням цих наук є дослідження із застосуванням різних методів усіх проявів форм та структури. Розвиток морфології поділяють на три періоди.
1) Макроскопічний розвиток морфології припадає на античний період, середньовіччя і закінчується початком XIX століття. У цей період структурні зміни в органах при різних хворобах вивчали, виходячи з особливостей їх кольору, розмірів, консистенції тощо.
2) Початок другого (мікроскопічного) періоду розвитку морфології ознаменувався створенням світлового мікроскопа (XVII—XVIIIстоліття). Перший складний мікроскоп був виготовлений в Голландії чи Англії, тобто в найбільш передових на той час країнах. Розвитку мікроскопічного періоду сприяла розробка техніки мікроскопічного дослідження (1787—1869). Прогрес кожної науки є результатом спільних зусиль дослідників різних країн. У XVIIIта на початку XIXстоліть проведено значну кількість досліджень, в результаті яких встановлювали мікроскопічну будову різних органів тварин і рослин.
У розвитку мікроскопічного періоду морфології брали участь багато вчених, які надзвичайно ретельно вивчали й описували найтоншу будову різних рослинних і тваринних організмів. М.Мальпігі (1671-1675), А Левенгук (1673-1695), Сваммердам (1737), К.Ф.Вольф (1749—1769). Ці вчені поклали початок наукової мікроскопії і пробудили зацікавленість до цієї області знань, тому заслуговують великої пошани. Мікроскопічний період характеризується значними досягненнями у розвитку гістології, завдяки подальшому удосконаленню мікроскопічної техніки гістологічного дослідження. Зусиллями великої кількості вчених різних країн були виявлені найтонші деталі будови клітин і тканин, основні ознаки їх життєдіяльності, зроблено класифікацію. (І.Мюллер, Я.К.Пуркіньє, М.Шлєйден, Р.Ремак, А.Кьолікер, Р.Вірхов).
Великий вплив на розвиток наукової мікроскопії мала клітинна теорія Т.Шванна (1838—1839), яка містила три головних узагальнення: теорію утворення клітин, доказ клітинної будови усіх органів і частин організму й поширення цих принципів на ріст та розвиток тварин та рослин.
Створення клітинної теорії стало важливим явищем в біології, одним із вирішальних підтверджень єдності усієї живої природи. Клітинна теорія значно вплинула на розвиток біології, послужила основним фундаментом для розвитку гістології, фізіології, ембріології, медицини та інших наук. Вона дала основи для матеріалістичного розуміння життя, індивідуального розвитку, еволюційного взаємозв'язку організмів.
Основні положення клітинної теорії мають велике значення і понині.
Клітинна теорія довела, що:
· клітина є елементарною одиницею живого;
· клітини різних організмів гомологічні за своєю будовою, тобто вони мають ядро, цитоплазму, основні органели;
· розмноження клітин відбувається поділом початкової клітини;
· багатоклітинні організми являють собою складні системи клітин, об'єднані в цілісні, інтегровані системи тканин та органів, підпорядкованих і пов'язаних між собою міжклітинними гуморальними й нервовими формами регуляції.
3) В 50-х роках ХХ століття інтенсивний розвиток одержала електронна мікроскопія, яка стала початком третього ультрамікроскопічного періоду розвитку морфології.
Теоретичною основою для створення електронного мікроскопа була теорія де Бройля (1924) про хвильову природу речовин та дослідження Буша (1926), який показав, що електричні та магнітні поля, що мають обертальну симетрію, діють як лінзи.
Перший електронний мікроскоп сконструйовано в 1934 р. німецьким вченим Є.Руска. Електронна мікроскопія значно поглибила уявлення про найтоншу будову системи органів тварин і рослин, підтвердила положення клітинної теорії про єдність їх будови. Завдяки електронній мікроскопії стало очевидним, що клітина, крім ядра та цитоплазми, містить комплекс ще менших структур, і що в цілому вміст будь-якої клітини являє собою складну систему мембран, філаментів тощо.
Розвиток морфології та її розділів — цитології — науки про будову та функціональне значення клітини, ембріології — яка вивчає закони генезу зародка і процес його розвитку, вчення про походження та функціональне значення тканин — власне гістології, та спеціальної гістології — вчення про розвиток, будову та функціональне значення органів і їх систем стало можливим завдяки розвитку фізики і хімії.
В навчальному плані спеціальності 6.010200 «Фізична реабілітація» зазначені розділи об'єднані в одну дисципліну — гістологія.
2. Методи гістологічного дослідження.
Розвиток гістології тісно пов'язаний з удосконаленням мікроскопів та розробкою методів мікроскопічного дослідження. Сучасна гістологія має різноманітні методи дослідження, які дають змогу всебічно вивчати розвиток, будову та функцію клітин, тканин, органів. Основним об'єктом дослідження при цьому є гістологічні препарати, виготовлені із фіксованих структур. Цей метод називають ще методом класичної гістології. Препарат може являти собою мазок (мазок крові, кісткового мозку), відбиток (печінки, селезінки, тимуса тощо), плівки (плеври, очеревини, м'якої мозкової оболонки), тотальні препарати (зародки на ранніх стадіях розвитку, статеві клітини). Постійні гістологічні препарати використовують у навчальному процесі й наукових дослідженнях.
Процес виготовлення гістологічного препарату полягає в наступному.
Першим етапом у ньому є одержання матеріалу. При цьому шматочки розміром близько 1x1 см3 вирізують гострою бритвою, не травмуючи об'єкту, останній повинен бути свіжим, брати його слід одразу ж після забою експериментальної тварини.
Другим етапом цього процесу є фіксація матеріалу. Її здійснюють відразу ж після вирізування шматочка. Полягає вона в зануренні його в фіксуючу рідину. Метою фіксації є збереження гістологічних структур. Фіксатором може бути 5— 10 % розчин формаліну: він швидко проникає у тканини, добре їх фіксує, легко видаляється після промивання у воді.
Фіксаторами є оцтова, пікринова, осмієва кислоти, нейтральний 10% формалін, етиловий та метиловий спирт. При необхідності застосовують різні складні фіксуючі суміші, які містять названі компоненти у різних співвідношеннях.
Третій етап виготовлення гістологічного препарату — зневоднення фіксованого матеріалу. Для цього використовують спирти зростаючої концентрації (від 50 до 100 градусів). Після зневоднення матеріал ущільнюється. Його здійснюють у насиченому розчині рідкого парафіну в ксилолі при температурі 37° С, а потім в рідкому парафіні при температурі 55° С. У парафіні об'єкт просочується, йому дають змогу затвердіти при кімнатній температурі разом з парафіном у спеціальній формочці. Блок для електронної мікроскопії одержують ущільненням об'єкту в органічних смолах. Зрізи виготовляють на спеціальних приладах-мікротомах (для світлової мікроскопії тонкі зрізи товщиною 8 мкм, напівтонкі 0,5—1 мкм); для електронної мікроскопії ультратонкі зрізи — 0,05—0,2 мкм виготовляють на ультрамікротомах.
Забарвлюють зрізи для збільшення контрастності зображення окремих структур при розгляді їх у мікроскопі. Методи забарвлення гістологічних структур різноманітні. Вибір їх залежить від мети дослідження. Гістологічні барвники за походженням поділяють на кислі, основні та нейтральні. Кислий фарбник — еозин — забарвлює цитоплазму в рожево-жовтий колір; це синтетичний фарбник. Структури, що фарбуються кислими фарбниками, називають оксифільними. Основні фарбники забарвляюють ядра клітин і тому їх називають ядерними. Прикладом є гематоксилін — фарбник рослинного походження. Він фарбує ядро клітини в синьо-фіолетовий колір. Гістологічні структури, що здатні забарвлюватися основними барвниками, називають базофільними. Структури, що
сприймають кислі та основні барвники, є нейтральними. Вони утворюються при сполученні водних розчинів кислого і основного барвників.
У гістологічній техніці знаходять широке використання спеціальні барвники. За їх допомогою фарбують речовини певної хімічної природи. Наприклад, альціановий синій використовують для визначення кислих глікозаміногліканів. Судан IIIзабарвлює нейтральні жирові речовини в оранжевий колір, судан чорний В — ліпіди в чорний колір. Для забарвлення нервової тканини успішно користуються методикою імпрегнації азотнокислим сріблом тощо.
Після фарбування зрізи відмивають від залишку фарбника, зневоднюють етиловим спиртом, просвітлюють ксилолом, потім вміщують в тонкий шар бальзаму між предметним та покривним скельцями. Бальзам і скельця мають майже однаковий показник заломлення світла, що запобігає розсіюванню променів при проходженні їх через товщу препарату. Основний недолік цього класичного способу виготовлення препарату — поява штучного утворення — артефакту, що може бути причиною одержання негативних результатів. Однак, знаючи закономірності фіксування та зневоднення, артефактів можна уникнути. Так, якщо матеріал довго зберігати у формаліні, у ньому можуть утворитися темні пігментні зерна. Щоб запобігти їх появі, препарат ретельно промивають у проточній воді. Інша справа, коли порушують правила виготовлення препарату, з'являються волокна тканини, якою протирають скельця, пухирці повітря при накриванні препарату покривним скельцем, осад фарб, зазубрини мікротомного ножа, складки зрізу.