Цитологн, гістологнта ембріології

ВСТУП

Короткий історичний огляд розвитку

цитологн, гістологнта ембріології

Гістологія (Ігізіоз - тканина, Іо§о$ - вчення) — у широкому розу-мінні - наука, яка вивчає тонку і найтоншу будову, розвиток та функ-ціонування структур організму тварини й людини. Термін «гістологія» вперше введений у науку німецьким вченим К.Майєром у 1819 р. За-вдання сучасної гістології полягає у формуванні наукового світогляду про єдність органічної природи. Різноманітні методики гістологічних досліджень дають змогу вивчати організм на різних рівнях - субклі-тинному, клітинному, тканинному, окремих органів та цілісного орга-нізму.

Гістологія належить до морфологічних наук - вчення про форму та будову організмів. Морфологія має тривалу історію, проте лише у XVIII ст. вона оформилась у спеціальну науку. Й.В.Гете у 1796 р., нершим застосував термін «морфологія», визначивши її як вчення про форму, утворення і перетворення органічних тіл.

Морфологія тварин (і людини також) являє собою сукупність ігаук, об'єднаних спільністю об'єкта досліджень. Завданням цих наук є дослідження із застосуванням різних методів для виявлення усіх про-явів форм та структури. Розвиток морфології поділяють на три періо-ди. Макроскопічний її розвиток припадає на античний період, серед-ньовіччя і закінчується початком XIX ст. У всі часи структурні зміни в органах за різних хвороб вивчали, з огляду на особливості їх кольору, розмірів, консистенції тощо.

На початку XVII ст. (1609-1610 рр.) Галілей намагався сконстру-ювати мікроскоп. Можна припустити, що перший складний мікроскоп був виготовлений у 1617 - 1619 рр. в Голландії чи Англії, тобто в най-більш розвинених на той час країнах. Однак використовувати мікроскоп в наукових цілях почали значно пізніше. Одним із перших мікроскопіс-тів був Гук, який описав «клітинну будову» корка та інших рослинних

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

об'єктів; він уперше застосував і термін «клітина». Широко відомі й інші мікроскопісти того часу - Мальпігі, Грю, Сваммердам, Левенгук, котрі з вражаючою старанністю описували тонку будову найрізноманітніших рослинних і тваринних організмів, а також бачили клітини, а Левенгук спостерігав навіть ядра клітин найпростіших мікроорганізмів та сперма-тозоїдів. Хоча зібрані ними факти ще були розрізненими, однак праця цих людей, що поклали початок наукової мікроскопії і викликали інтє-рес до цієї галузі, заслуговує на глибоку повагу.

Було б невірно думати, що подальший розвиток мікроскопії являв собою тріумфальний хід від одного блискучого відкриття до іншого. У наступному XVIII ст. в Західній Європі інтерес до мікроскопічних досліджень значною мірою зменшився. Причина тимчасового занепа-ду мала тільки методологічний характер. На той час у свідомості лю-дей ще домінувала сильна ідеологія феодального суспільства, і загаль-ним визнанням користувалося вчення про преформацію, згідно з яким ніщо не виникає по-новому у світі живих істот, всі нині існуючі орга-нізми і їх органи не створювалися у процесі розвитку, а були закладені у вигляді нескінченно малих, але повністю сформованих зачатків ще при «створенні всесвіту». За виникнення нового організму відбуваєть-ся не утворення нового, а тільки ріст цих зачатків. Преформісти до-ходили до такого, що навіть могли побачити у сперматозоїді мікроско-пічно малого, але повністю сформованого чоловічка. На той час світ уявлявся незмінним і складався з не пов'язаних між собою предметів; повністю були відсутні ідеї розвитку та єдності органічного світу. Ніх-то не уявляв собі можливості узагальнення різнобічних фактів, а без теоретичного узагальнення неможливе наукове пізнання, саме ж на-копичення фактів стає безглуздим. Така методологічна основа не спри-яла подальшому розвиткові в біології, тому виникла необхідність бо-ротьби із застарілими поглядами, і можна пишатися тим, що провідна роль у цьому випала на долю наших співвітчизників. Велике значення у розвитку мікроскопії в Росії мала організована за правління Петра I майстерня оптичних приладів, яка виховала видатних майстрів інстру-ментальної оптики (родина Беляєвих, видатний винахідник Кулібін, який створив мікроскоп власної конструкції). Дослідження у вироб-ництві оптичних приладів привело, у свою чергу, до успіхів у галузі теоретичної оптики. У Петсрбурзькій академії наук у другій половині XVIII ст. посилено розроблялася ироблема боротьби з головним воро-

Вступ

гом мікроскопії - хроматичною аберацією. Академік Ейлер теоретично довів можливість створення ахроматичних лінз; академік Ф. Епінус у 1784 р. за безпосередньої участі Кулібіна сконструював перший у світі ахроматичний мікроскоп.

Що стосується безпосередньо мікроскопічних досліджень у Ро-сії, то в першу чергу слід відзначити надзвичайно важливу роль ви-датного вченого М. В. Ломоносова. Російські мікроскопісти - біологи з'явились у середині XVIII ст. Івану Кулеману вдалося відслідкувати в яєчнику вівці зміни, пов'язані із статевим циклом та вагітністю. Петро Аш вивчав сперму людини та різноманітних тварин.

Однак на той час ще міцно трималося вчення про преформацію. Тіль-ки деякі передові вчені намагалися боротись із цим лжевченням, проти-ставляючи йому теорію епігенезу, в основу якої була покладена ідея розви-тку організму, а не простого росту один раз і назавжди створених зачатків. Різко виступали проти преформізму видатні російські публіцисти XVIII ст., серед них: Кантемір, Радіщев, і, особливо, мікроскопіст К. Ф. Вольф, за що й накликав на себе гнів реакційної пруської професури. Втративши можливість працювати у себе на батьківщині, Вольф перейшов до Петер-бурзької академії наук, де успішно проводив свої видатні дослідження по розвитку зародків. Він першим описав виникнення «листоподібних зачатків», заклавши цим основу сучасного вчення про зародкові листки; постійно вів знамениту дискусію з Галером, який очолював преформістів. Дослідження Вольфа мали виключно велике значення в боротьбі з пре-формізмом і лягли в основу створення ембріології.

Не можна також не згадати про праці Периховського над простіши-ми організмами і блискучі дослідження О. М. Шумлянського (1872), що застосував оригінальний спосіб вивчення нирок і дав вражаюче де-тальний опис тонкої будови цього органа.

Початок другого (мікроскопічного) періоду розвитку морфології_ ознаменувався створенням світлового мікроскопа (ХУП-ХУШ ст.). Перший складний мікроскоп був виготовлений у Голландії чи Англії, найбільш передових на той час країнах. Розвитку мікроскопічного пе-ріоду сприяла розробка техніки мікроскопічного дослідження (1787-1869). Прогрес*"кожної наукй є результатом спільних зусиль дослід-ників різних країн. У XVIII та на початку XIX ст. проведено значну кількість досліджень, результатом яких є визначення мікроскопічної будови різних органів тварин і рослин.

В.П. Новак, Ю.ІІ. 1>іічі>.ні, М І< I //// їшіснко Цитологія, гістологія, ембріологія

У розвитку мікроскопічного періоду морфологп брали участь ба-гато вчених, які йадзвичайно ретельнодосліджувалийописувалинай-тоншу будову різпих рослинних і тваринних організмів: М.Мальпігі (1671-1675), А.Левенгук (1673 1695),Сваммердам(1737>,К.Ф.Вольф

(1749-1769). Вони ііоюіалп ПОЧаток науконоїмікроскошїі пробудили зацікавленість до цієї галузі знань, тому заслуговують на велику поша-ну. Мікроскопічний період характеризується зпачними досягненнями у розвитку гістології завдяки подальгоому удосконаленню мікроско-пічної техніки гістологічного дослі джс і п і я. Зусиллямй багатьох вчених різних країн були виявлені найтонші деталі будови клітин і тканин, основні ознаки їх життєдіяльності, зроблено класифікацію (І.Мюллер, Я.К.Пуркіньє, М.Шлейден, Р.Ремак, А.Кьолікер, Р.Вірхов).

Значний вплив на розвиток наукової мікроскопії мала клітинна теорія Т.Шванна (1838-1839), яка містила три головних узагальнен-ня: теорію утворення клітин, доказ клітинної будови усіх органів і частин організму, поширення цих принципів на ріст та розвиток тва-рин і рослин.

Створення клітинної теорїї стало важливим явищем у біології, од-ним із вирішальних підтверджень єдності усієї живої природи. Клітин-на теорія значно вплинула на розвиток біології, послужила основним фундаментом для розвитку гістології, фізіології, ембріології, медицини та інших наук. Вона заклала основи матеріалістичного розуміння жит-тя, індивідуального розвитку, еволюційного взаємозв'язку організмів.

Основні положення клітинної теорїї мають велике значення й по-нині. Клітинна теарія довела, що: клітина є елементарною одиницею живбт-о; 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.

В 50-х роках XX ст. інтенсивний розвиток одержала електронна мі-кроскопія, яка стала початком третього ультрамікроскопічного періоду розвитку морфології. Теоретичною основою для створення елеткрон-ного мікроскопа була теорія де Бройля (1924) про хвильову природу речовин і дослідження Буша (1926), який показав, що електричні та магнітні поля, що мають обертальпу симетрїю, діють як лінзи.

---------

Вступ

Перший електронний мікроскоп сконструйовано в 1934 р. німець-ким вченим Є.Руска. Електронна мікроскопія значно поглибилауявлен-ня про найтонпіу 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, міс-тить комплекс ще менших структур, і що в цілому вміст будь-якої клі-тини являє собою складну систему мембран, філаментів тощо.

Розвиток морфології та її розділів - (цитології - науки про будову та функціональне значення клітини; ембріології, яка вивчає закони ге-пезу зародка і процес його розвитку; вчення про походження та функ-ціональне значення тканин - власне гістології; та спеціальної гістоло-гії - вчення про розвиток, будову та функціональне значення органів і їх систем) став можливим завдяки досягненням у галузі фізики й хімії.

У навчальному плані спеціальності 7.13.02.02 «Ветеринарна меди-цина» зазначені розділи об'єднані в одну дисципліну - гістологія.

Розвиток гістологм, цитології та ембріології в Україні

Вітчизняна гістологія, цитологія та ембріологія розвивалася в тіс-ному зв'язку із світовою наукою і прогресом мікроскопічної техніки.

Спочатку гістологія викладалася у вигляді курсу в програмі су-міжних дисциплін - анатомії та фізіології. У 60-х роках XIX ст. були засновані кафедри у Харківському (1864) та Київському (1868) університетах.

Кафедру в Харківському університе-ті очолив Н.А. Хржонщевський (1836-1917). Йому належать оригінальні роботи про будову наднирників, легень, печінки, кровопостачання нирок тощо. У 1851 р. було відкрито Харківське ветеринарне училище (інститут).

Кафедру гістологи в Київському уні-верситеті очолив у 1868 р. П.І. Перемежко (1833-1893). Дослідження гістологів Ки-ївської школи були спрямовані на вивчен-ня розвитку зародкових листків ембріона, Хржонщевський Н.А.

В.П. Новак, Ю.ІІ. Бтков, М.Ю Пилипенко Цитологія, ггстологія, ембріологія

окл, илднирииків, селезінки, мязовоітка-нини,;і також гістологічної будовирізних органін псчінки, щитоподібної та під-щдункової залоз, кісткового мозку, крово-носних судинтощо.

У 1920 р. на базі сільськогосподар-ського відділення Київського політехніч-ного інституту був заснований факультет ветеринарної медицини, який у 1921 р. був виділений в окремий Ветеринарно-зоотехнічний інститут.

Перемежко П.І.

У 1932 р. на базі Білоцерківського сільськогосподарського інституту був відкритий факультет ветеринарної ме-дицини.

На Поділлі у 1784 р. при медично-му факультеті Львівського університету було створено кафедру ветеринарії, ко-тра в 1881 р. була відділена у самостійну ветеринарну школу, яка у 1897 р. одержа-ла статус академії.

На сьогодні на території України пра-цюють 10 вищих навчальних закладів, з яких 5 створені за останні 20 років, зокре-ма у Дніпропетровську, Полтаві, Луган-ську, Сумах та Житомирі.

Ковальський П.О.

У Харкові найбільших успіхів досягли такі вчені, як В.Є. Рубашкін, Є.Ф. Лисиць-кий (1873-1955), Г.С. Крок (1910-1996), Г.А. Красніков, Г.М. Фоменко, М.Ю. Пили-пенко. Зокрема, Є.Ф. Лисицький вивчав мікроструктуру та гістогенез

скелетної м'язової тканини; ГС. Крок та М.Ю. Пилипенко - осо-

бливості гістологічної будови внутрішніх органів у птахів та імунну

систему.

У Білоцерківському державному аграрному університеті під керів-

ництвом професора П.О. Ковальського (1905-1983) колективом вчених

Вступ

було виконано великий обсяг наукових досліджень: досконально вивчено сегмен-тальну іннервацію м'язів, окістя, кісток, одержано нові цікаві матеріали про похо-дження та будову окремих соматичних ор-ганів у свійських ссавців і птиці. За матері-алами досліджень захищено 6 докторських та 19 кандидатських дисертацій. Зокрема, докторські дисертації захистили: Г.М. Цехмістренко (1921-1984), Ю.О. Павлов-ський, О.І. Кононський, В.П. Новак.

У Національному аграрному уні-верситеті та науково-дослідних закла-дах м. Києва працювали і працюють такі вчені, як Черняхівський (1869-1939), Б.О. Домбровський (1885-1973), О.Г. Без-носенко (1905-1976), С.Д. Шахов, А.А. Івакін, П.Н. Лемішко, Б.І. Дейкун, Н.А. Романкович, В.Т. Хомич, А.І. Завірюха.

Мажуга П.М.

Головними напрямами досліджень в останні роки було вивчення мікрострук-тур систем органів і тканин в остеогене-зі у нормі і під впливом різних факто-рів. У НАУ під керівництвом професора В.Т. Хомича поглиблено вивчається розвиток лімфоїдного русла та органів імунного захисту свійських тварин і птахів.

Прикладом впровадження у ветеринарну практику наукових до-сліджень може слугувати дослідження гістогенезу кісткової тканини, проведене під керівництвом професора П.М. Мажуги. Він розробив спосіб біологічного стимулювання зрощення переломів кісток, під-тверджений авторським рішенням Фармкомітету про впровадження його у клінічну практику. У 2000 р. професор П.М. Мажуга був визна-ний людиною XX століття.

МЕТОДИ ПСТОЛОПЧНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ

Розвиток гістології тісно пов'язаний з удосконалениям мікро-скопів та розробкою методів мікроскопічного дослідження. Сучасна гістологія має різноманітні методи дослідження, які дають змогу все-бічно 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), плів-ки (плеври, очеревини, м'якої мозкової оболонки), тотальні препарати (зародки на ранніх стадіях розвитку, статеві клітини). Постійні гісто-логічні препарати використовують у навчальному процесі й наукових дослідженнях.

Процес виготовлення гістологічного препарату полягає в наступ-ному. Першим етапом у ньому є одержання матеріалу. При цьому шма-точки розміром близько 1x1 см³ вирізують гострою бритвою, не трав-муючи 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 струк-тур. Фіксатором може бути 5-10 % розчин формаліну: він швидко про-никає 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 засто-совують різні складні фіксуючі суміші, які містять названі компоненти у різних співвідношеннях.

Третій етап виготовлення гістологічного препарату — зневоднення фіксованого матеріалу. Для цього використовують спирти зростаю-

Методи гістологічного дослідження

чої концентрації (від 50 до 100 градусів). Після зневоднення матеріал ущільнюється. Його здійснюють у насиченому розчині рідкого пара-фіну 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 при-ладах-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 забарвлен-ня 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. Струк-тури, що фарбуються кислими фарбниками, називають оксифільними. Основні фарбники забарвлюють ядра клітин і тому їх називають ядер-ними. Прикладом є гематоксилін — фарбник рослинного походження. Він фарбує ядро клітини в синьо-фіолетовий колір. Гістологічні струк-тури, 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 при-роди. Наприклад, альціановий синій використовують для визначення кислих глікозаміногліканів. Судан III забарвлює нейтральні жирові речовини в оранжевий колір, судан чорний В — ліпіди в чорний колір. V Для забарвлення нервовоі тканини успішно користуються методикою імпрегнації азотнокислим сріблом тощо.

Після фарбування зрізи відмивають від залишку фарбника, зневод-нюють етиловим спиртом, просвітлюють ксилолом, потім вміщують в тонкий шар бальзаму між предметним та покривним скельцями. Баль-зам і скельця мають майже однаковий показник заломлення світла, що запобігає розсіюванню променів при проходженні їх через товщу препарату. Основний недолік цього класичного способу виготовлення

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

препарату — поява штучного утворення — артефакту, що може бути причиною одержання негативних результатів. Однак, знаючи законо-мірності фіксування та зневоднення, артефактів можна уникнути. Так, якщо матеріал довго зберігати у формаліні, у ньому можуть утворити-ся 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 проти-рають скельця, пухирці повітря при накриванні препарату покривним скельцем, осад фарб, зазубрини мікротомного ножа, складки зрізу.

Крім основного класичного методу, в гістології існує багато ін-ших, які застосовують залежно від мети дослідження. Зокрема це такі методи:

флуоресцентна мікроскопія, яка дає змогу вивчити як власну (пер-винну) флуоресценцію речовин, так і вторинну, викликану фарбуван-ням клітинних структур спеціальними барвниками-флуорохромами. Останні, при взаємодії з різними компонентами клітини, утворюють специфічне світіння відповідних структур. Так, флуорохром — акри-диновий оранжевий з ДНК дає зелене світіння, а з РНК — червоне.

Метод темнопольової мікроскопії полягає в тому, що дрібні ча-сточки, які лежать за межами дозволеної здатності мікроскопа, стають видимими в променях, що йдуть під таким великим кутом і в об'єктив вони безпосередньо не потрапляють. В об'єктив потрапляє лише світ-ло, відбите від цих часточок, і вони мають вигляд світлих цяточок по темному фоні. Цей метод є цінним при вивченні живих колоїдів кліти-ни. Є інші, широко використовувані методи: гістохімічний, ауторадіо-графічний, імуногістохімічний.

Мікрургія клітини і фракціонування клітинних стуктур. При вив-ченні властивостей живої клітини значне місце належить так званій мікрургії, яка дає змогу за допомогою спеціальних мікроманіпуляторів здійснювати операції на клітині. Із застосуванням мікрургії вивчають реакції на пошкодження і вилучення її різних складових частин — ядра, ядерця, окремих хромосом.

Різновиди мікрургії вивчають локальний вплив на окремі части-ни хромосом вузького пучка променів (у-променів, протонів, ультра-фіолетових).

В цитології вивчають хімічний склад і властивості ізольованих структур та органоїдів клітин. Ізоляції їх досягають шляхом подрібнен-

Методи гістологічного дослідження

і-ія тканин у гомогенізаторах, при цьому руйнуються клітинні оболонки. На фракції гомогенат поділяється в результаті центрифугування. Опра-цьовані засоби центрифугування гомогенатів у ступінчастому градієнті щільності. При цьому у пробірці нашаровуються розчини сахарози, що спадають від дна щільності, останнім нашаровується гомогенат.

Центрифугування вмісту такої пробірки дає змогу одержати різні фракції по її вертикалі від найважчих (ядра, ядерця), які опускаються на дно і найлегших, які розміщуються ближче до поверхні (рибосоми, хромосоми, лізосоми).

Цитоспектрофотометрія дає змогу визначити кількісний вміст ре-човин у клітині та їх складових елементів по поглинанню ними світло-вих променів певної довжини хвилі.

Авторадіографія. За цим методом аналізують розміщення у клі-тинах і тканинах речовин, які помічено радіоактивними ізотопами. Методом авторадіографії виявляють місця синтезу певних речовин, склад білків, шляхи внутрішньоклітинного транспорту. Ізотопи, введе-ні в клітини, відновлюють бромисте срібло фотоемульсії, що покриває зріз. Після проявлення фотоемульсії помітні зерна срібла (треки), що свідчить про розміщення в клітинах мічених речовин.

Імуноцитохімічний метод дослідження. Для вивчення деяких складових білкового обміну користуються здатністю високомолеку-лярних речовин-антигенів викликати в клітинах утворення захисних глобулінів (антитіл) і з'єднуватися з ними в комплекси. Приєднання до одного глобуліну флуоресціюючої речовини дає змогу виявити ло-калізацію іншого.

Гістохімічні методи дослідження. 3 їх допомогою виявляють хі-мічну природу складових елементів клітин і міжклітинної речовини, тканин тваринного організму. В основі гістохімічних методів застосо-вують специфічні хімічні реакції. За їх допомогою виявляють нуклеї-нові кислоти, білки, амінокислоти, ліпіди, вуглеводи, ферменти.

Електронна мікроскопія дає змогу виявляти субмікроскопічну будову клітин. При електронній мікроскопії використовують потік електронів, джерелом яких є розжарена вольфрамова нитка-катод. Під впливом підвищеної напруги в 80 кВт електрони набувають великої швидкості і спрямовуються до аноду, в центрі якого є отвір, через який вони проходять. В сучасних трансмісійних (просвічуючих) електрон-них мікроскопах роздільна здатність становить 0,1-0,7 нм. Метод ска-

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

нуючої електронної мікроскопії забезпечує об'ємне вивчення повер-хонь об'єктів дослідження.

Прижиттеве дослідження тканин. Живі тканини культивують за межами організму. Шматочки тканини об'ємом до 1 мм², одержані стерильно при мінімальному пошкодженні, розміщують у спеціальну камеру на слюду чи покривне скельце, де міститься штучне живильне середовище з відповідною температурою. Клітини в складі тканинних культур, особливо ембріональних, зберігають життя, діляться, здатні до гістологічної диференціації.

Значно поширений спосіб одношарових культур, у якому викори-стовують клітини, одержані при подрібненні тканини дією трипсину. Метод прижиттєвого дослідження тканин дає змогу простежити рух клітин, їх поділ, ріст, реактивні зміни на дію різних факторів. 3 цією метою застосовують уповільнене фотографування.

Культивувати тканини можна і в організмі тварин. Для цього вико-ристовують камери з пористими стінками.

Прижиттєве фарбування тканин (вітальне) полягає у введенні в кров нетоксичних фарбників. Так, янус зелений вибірково фарбує мі-тохондрії, за допомогою трипанового синього виявляють фагоцитарну функцію клітин, метиловим синім — певні структури нервової тканини.

 

Розділ 1

Основизагальноїцитолопї

 

1.1 Клітинна теорія. Хімічний склад та властивості протоплазми

Цитологія (від гр. сіїиз — комірка, 1о§оз — вчення) — наука про по-ходження, будову та функціональне значення елементарних живих систем організму. Термін «клітина» вперше застосував англійський фі-зик Р.Гук (1665), який за допомогою збільшуваних лінз розглядав зрізи ч пробки, серцевини бузини, а також стебла та корені різних рослин. У у"; рослинній речовині Р.Гук називав клітинами правильно розміщені пус-тоти. М.Мальпігі (1671), Н.Грю (1671) підтвердили спостереження РГу-' ка і назвали ці утворення «мішечками», «міхурцями». Н.Грю вважав, що ' > ці «міхурці«об'єднуються в структури, які нагадують текстильні утво-¹) рення і назвав їх «тканинами». При всій невідповідності назв об'єктів, які називали термінами «клітина» та «тканина» вони збереглися й до цього часу. Пізніше А.Левенгук (1677-1680) — мистецький шліфуваль-ник лінз, спостерігав одноклітинні організми і вперше побачив еритро-цити та спермії тварин. Мікроскопісти XVII століття, які спостерігали вперше клітини ссавців, не зіставляли їх з клітинами рослин. В сере-дині XVII століття, тобто майже через століття після Мальпігі та Грю, досягнення оптичної техніки були такі незначні, що спостереження та рисунки мікроскопістів того часу мало відрізняються від описування і зображень, зроблених у XVII столітті. К.Ф.Вольф (1750) стверджував, що пагінці рослин та зародки курей складаються з однорідних «кульок» або «міхурців». Останні ростуть за рахунок поживних речовин і у росли-нах можуть утворювати судини. Ніякої внутрішньої будови в описаних ним «кульках», «міхурпях» Вольф не знайшов. Разом з тим, його спосте-реження про однакову будову тварин та рослин із однорідних тілець, а також вченнж ішігидуакив»й характер розвитку рослинних і тваринних організмів, безумовно сприяло подальшому розвитку уявлень про мі-

універснтет •

2-8-ЗСЩ -,--. _.__л___.... 17

БІБЛІОТЕКА

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

\ \ кроскопічну будову живих істот. Сучасник Вольфа Ф. Фонтана (1781) в

епітеліальних «міхурцях«із шкіри вугря спостерігав навіть ядра, на які

а

Оі

не звернув уваги при цьому спостереженні.

Мікроскопічні дослідження, які широко розгорнулися на початку XIX ст., показали, що клітинна будова характерна як для рослинних, так і для тваринних організмів, що в ній слід бачити загальну законо-мірність розвитку органічного світу. Особливо багато було зроблено в цьому напрямку школами Я. Пуркіньє і Й. Мюллера. Ян Евангеліст&_..

. 'Пуркіньє був видатним спеціалістом в області фізіології та фармако-

логії, але його безсмертною заслугою є вивчення рослинних та тварин-нихклітин. Один із його учнів Г. Валентин дуже близько підійшов до формування клітинної теорії. Це ж можна сказати про берлінського ботаніка Ф. Мейена, і про М. Шлейдена (працював в Ієні), деякий час був у Дерпському університеті. Клітинну будову жирової тканини і епідермісу описав професор Берлінскої вищої ветеринарної школи Е. Гурльт. Одначе слава створення клітинної теорії безперечно належить представнику школи Й. Мюллера - Т. Шванну.

Працю школи Йоганнеса Мюллера (Берлін) - одна із найславет-ніших сторінок в історії науки. Володіючи виключно широким науко-вим світоглядом, кипучою енергією та вмінням підбирати талановитих учнів, Й Мюллер згуртував навколо себе свою могутню групу дослід-ників. До неї входили автор клітинної теорії Т. Шванн, майбутній ви-датний анатом Я. Генле, ім'ям якого і зараз називають ряд гістологічних структур. До цієї школи належав ембріолог, цитолог і великий знавець нервової системи Р. Ремак, а також один із основоположників гістології А. Кьоллікер. Учнями Мюллера були: фізіолог Е. Дюбуа - Реймон, па-толог Р. Вірхов і блискучий пропагандист еволюційної теорії Е. Геккель. Цей ще не зовсім повний список говорить про різноманітність та гли-бину проблем, що розроблялися прославленою Берлінською школою. Старанно вивчивши розвиток та створення різних тканин, Шванн блис-куче узагальнив в 1838 - 1839 р. одне з найбільших в історії природніх теоретичних узагальнень - клітинну теорію. Він показав, що утворення клітин є загальною закономірністю розвитку рослинних і тваринних організмів. Розвиток нового організму є лише послідовним утворенням і подальшим розвитком клітин. Клітину він розумів як відносно само-стійну структурну одиницю. Організм, за його думкою, це сума клітин і зрозуміти життя організму можна, вивчивши життя окремих складових

Роаділ 1

Основи загальної цитології

ііого клітин. Сформульована у такому вигляді клітинна теорія мала по-диійний характер. 3 одного боку, це геніальне узагальнення, доказ зако-і юмірностей розвитку органічного світу. 3 іншого боку, вона показує, що I ІІванн не зміг вивільнитись від механістичного погляду на організм як і іа просту суму клітин, що стало поганим наслідком для самої клітинної теорії. Вище вже згадувалось про прогресивний вплив та заслуги Воль-фа, який по новому поставив питання про розвиток організму В цьому ж напрямку працював академік Г. X. Пандер. В 1828 р. академік К. М. Бер виявив яйцеклітину у ссавців, зробивши цим найвидатніше від-криття в ембріології. Всі ці дослідження допомагали поширенню еволю-ційних уявлень в російському суспільстві. Вольф і Бер були попередни-ками дарвінізму, активним пропагандистом клітинної теорії в Росії був

I. Т. Глібов, що навчався мікроскопії у Шванна і об'єднав навколо себе
в Москві, а потім в Петербурзі групу талановитої молоді. Із середини
XIX ст. одна за одною почали з'являтися роботи I. М. Якубовича і
Ф. В. Овсянникова по морфології нервової системи. В 60-х та на по-
чатку 70-х років при російських університетах були організовані само-
стійні кафедри гістології, утворились ведучі гістологічні школи. 3 них
світове значення мали Казанська неврологічна школа (К. А. Арштейн,
А. С. Догель, А. Є. Смірнов, Д. А. Тимофеєва та ін). I що відгалузилися
ізід неї петербурзькі школи, очолювані А. С. Догелем. Загальним визна-
ішям користувалась Московська школа (А. I. Бабухін, I. Ф. Огієв, та ін.),
іцо в основному займалась вивченням розвитку, будови та функцій нер-
вової тканини. Успішно вивчались ці проблеми і професором Воєнно-
медичної академії М. Д. Лавдовським.

Одні із найбільш ранніх описів непрямого поділу клітини нале-жить московському ботаніку I. Д. Чистякову та київському гістологу

II. I. Перемежко, який відкрив редукційний поділ. Друга половина
XIX ст. ознаменувалася найбільшими досягненнями вітчизняної емб-
ріології. Знаменита робота О. О. Ковалевського про розвиток ланцет-
ника (1865 р), що показав схожість процесів зародкового розвитку у
безхребетних і хребетних тварин є першим, найбільш важливим успі-
хом нової еволюційної біології. У свідомості порівняльної ембріоло-
гії і для доказу загальних закономірностей ембріонального розвитку
велику роль відіграло дослідження I. I. Мечнікова. Також гістологи
енергійно почали вивчати будову нервової системи. Значних успі-
хів у цій області досягли представники Казанської школи, а також

Quot;

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

М. Д. Лавдовський, А. I. Бабухін та ін. Ці дослідження були пізніше підкріплені і глибше вивчені іспанським дослідником Рамон Кохалем, показали застосування клітинної теорії до нервової системи, обгрунту-вали запропоновану Вальдеєром невронну теорію.

Таким чином, наука у другій половині XIX ст. збагатилась двома найкращими досягненнями російських вчених:

1) Були закладені основи еволюційної ембріології;

2) Виникла і досягла значного ступеня розвитку передова матері-алістична неврологія (вчення про нервову систему), що пред-ставила організм як єдине ціле.

Ці кращі традиції вітчизняної науки і стали основою для вдоско-налення гістології та ембріології. Продовжуючи справу своїх попере-дників А. А. Заварзін і Н. Г. Хлопін вклали багато праці у вивчення загальних закономірностей гістогенезу. Еволюційний напрямок в емб-ріології розроблявся також А. М. Сєвєрцевим, П. Г Івановим, Д. П. Фі-латовим і В. А. Догелем. Вивчення морфології нервової системи було значно поглиблено одним з кращих представників Казанської школи П. I. Лаврентьєвим, та багатьма іншими. Особливо великого значення набули роботи академіка Д. М. Насонова, які лежать в основі сучас-них уявлень про реакцію клітини на зовнішні подразники. З'явились і почали розвиватись нові способи мікроскопування, гістохімічних та біофізичних досліджень живої речовини на клітинному, субклітинно-му та молекулярному рівнях. Вчення про клітину на даний час є най-більш перспективним розділом гуманної та ветеринарної медицини, воно знаходиться в центрі уваги вчених всього світу.

Початок успішного вивчення клітин пов'язаний з розвитком мі-кроскопування. В кінці XVIII на початку XIX століття були створені ахроматичні мікроскопи, завдяки яким стали достовірнішими мікро-скопічні спостереження, що дало змогу здійснити систематичне ви-вчення структурних елементів різноманітних тваринних та рослинних організмів. На той час змінилася уява про будову клітин, основним в організації клітини стали вважати не клітинну стінку, а її вміст — про-топлазму. Поступово збагачувався матеріал про мікроскопічну органі-зацію тварин і рослин та будову клітин, названих так ще Р.Гуком. У той час незалежно один від другого рядом дослідників в клітинах рослин і тварин були відкриті ядра, що створило необхідну передумову для висунутого в 1837р. Пуркіньє положення про подібність в будові тва-

Ровділ 1

пинних і рослинних клітин. У 1838-1839 рг, Тттт • • • • • • а А-Шванн узагальні-т \тг\ ІЮПЄРЄДЮ МІКРОСКОПІЧШ ДОСЛІДЖЄННЯ 1 Сфопіи,, і»оіальнив усі „. • • „ Улював клітинну тропітп Нш розглядав клітину як універсальнии струк „ *тпу іеорщ. ринних і рослинних організмів. У книзі «Мі^. компонент тва- Р°СК°П1ЧНІ ЛОСЛІЯЖРннст про відповідності в структурі і рості тварцц і м^шдження клітинна теорія стала найважливішою подієщ т> а- * показано> Що ... ^В ОІОЛОГІЇ, ОДНИМІЗВипі шальних доказів єдності походження усієі яа-тгт- д 13 ^Р1 <• ••• 01 пРироди. Вона знячнп ішлинула на розвиток бюлогп, медицини, Шгд^ 7\ значно тазначенняклітинноїтеорії наведені впопепвтт ' сновниизміст п • р Дньому розділі В сучаснии перюд клітинна теорія склада

вних частин:

1. Клітина є найменшою одиницею «ясцвог

таболізм, трансформація енергії, чут_ЛИь- ' ^пР^{итаманн}і: ме-
вість, тощо. ^1СТБ' ЗД^аптаЦІя, мінли-

2. Подібність клітин різних організмів _Но <

зовнішньої форми вони мають однаковцй 'е. ^{Єзалежно В1д}

3. Розмноження клітин відбувається щ_Ляї Удови (рис. 1). _тини. ^{Хом П0лі}лу вихідної клі-

4. Клітини є складовими частинами Ціді_Сн

клітинні організми - це складні ансамбл' Р^гашзмУ Багато-тин, котрі об'єднані в системи тканин, т. • ^130Ваних клі-

■ • °Р^ганів-Цісистемипія

порядковаш міжклітинним, гуморалт,,.,,. ^ ^ішишд

регуляції. ^ИМ ' ^неР^вовим Формам

Клітина за сучасними даними це обмелсец_п

мембраною структурно впорядкована система & ' ^{оюлогічною}

ють ядро і цитоплазму, беруть участь у єдиній сш ^' ^Ж1 У^тв0Р^ю~

болізму і забезпечують підтримання та відтвоп_Єу роцесгв мета-

Великий внесок у вивчення клітини і _Но ^{єми в} Ч^т°Щ-

було зроблено в середині XIX століття рефор_Мат ^клітинноі теорії

тичної медицини патологом Р.Вірховим (Ія^вч „ ауковоі і прак-

л. • '' ^ЯКИИ ДОВІВ ШО пгнп

вою таких процесів як запалення, дистроф_{Н; н} ' ^щи осно

ті чи інші зміни в клітинах, і обгрунтував _Нов. рення та інші є

целюлярну фізіологію та целюлярну патологі_ю р Досліджень:

їх попередників про спадкоємність розмнож-р,, • ^{ЮЧИ Даш ст}~

■птт • ту ^^енНЯ КЛІТИН шляхпм ІЧ-

поділу Р.Вірхов висунув відому тезу: «Кожн_{а Кл}- • ^{ШЛЛАОМ 1Х}

«Ошпіз сеііиіа еі сеііиіа», яка не втратила свог ^{В1Д КЛ1ТИНИ>>} ~~

була в подальшому обгрунтована на молеку_ЛяГ). ^Шя ' ^нию, але

і/

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пшипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

В другій половині XIX та на початку XX століття проводились дослідження тонкої будови клітини. В цей період виникли гіпотези будови протоплазми (фібрилярна — В.Флеммінга, гранулярна — Р.Алтман, комірчаста — О.Бючлі). Однак усі ці гіпотези мали один недолік — вони розглядали протоплазму в стані стабільної структу-ри. В той же час були відкриті закономірності поділу клітин (Є.Рус-сов (1872), А.Шнейдер (1873), І.Д.Чистяков (1874), Є Страсбургер (1875), П.І.Перемежко (1878), В.Флеммінг (1878), Бовері (1879) та інш.). Описана центросома (Бовері (1875)), мітохондрії (Бенда (1897)), комплекс Гольджі (К.Гольджі (1898)). У XX столітті завдяки електронномікроскопічним дослідженням, одержані дані про ультра-структурну організацію клітини. Вчення про клітину має велике зна-чення для прогресивної еволюції живих істот; воно пояснює точність передачі спадкової інформації від організму до організму у форму, що забезпечує виникнення і збереження нових властивостей, утворення тканин, що забезпечують здійснення основних функцій організму і являють собою будівельний матеріал для його органів, збільшення росту організму, що забезпечує йому високий енергетичний потен-ціал, чим створює сприятливі умови в складному взаємозв'язку із зовнішнім середовищем, а також зміну зношуваних в процесі жит-тєдіяльності структурних елементів при фізіологічній регенерації і ушкоджених частин тіла (репаративна регенерація).

Нині в цитології існують такі напрями, як цитоморфологія — наука

про будову клітин, цитофізіологія — наука про функціональні прояви

/ клітин, цитохімія — наука про хімічний склад клітин, цитогенетика —

І

наука про спадковість та мінливість клітин, цитопатологія — наука про патологічні зміни клітин. Сучасну цитологію на основі експериментальних досліджень за-стосовують при цитодіагностиці хвороб, цитоімунологічних пробах, у тканинноспецифічних регуляціях розмноження клітин, реактивних змін під впливом факторів зовнішнього середовища тощо.

Науково-технічний прогрес, успіхи розвитку методів дослідження дали змогу визначити ультраструктурну організацію клітини та неклі-тинних структур, зрозуміти процеси диференціювання, регенерації, передачі спадкових ознак тощо.

Речовину, яка утворює клітину, називають протоплазмою (від гр. ргохоз - перша, ріакша ~ дещо утворене). До її складу входять біль-

Роаділ 1

Основи загальної цитології

іпість хімічних елементів. Зокрема 99.9% макро -і 0.1% мікро - і уль-і рамікроелементів. Основними макроелементами протоплазми є С, Н, О, N. Вони складають 96%, 3.9% макроелементи - 5, Р,К, Са, №, СІ та Ре. До мікро та ультраміроелементів відносяться Си, Со, 2п, Мп, №,.Чг, Ва, I, Рь, Р та інші.

Хімічні елементи утворюють складні органічні та неорганічні ре-човини, які беруть участь у біологічних процесах.

Органічні речовини представлені полімерами і мономерами. Остан-і іі сполучаючись один з одним формуюють довгі ланцюги, на яких відбу-наються хімічні реакції. До основних органічних речовин протоплазми і іалежать: білки, нуклеїнові кислоти, нуклеотиди, ліпіди та вуглеводи. їх Сіудова і функція детально викладається в курсі біохімії.

Фізіко-хімічні властивості протоплазми визначаються станом ре-'іовин з яких вона утворена. Більшість речовин перебувають у стані колоїдних розчинів. У фазі гелю колоїдний розчин щільніший. Його міцели шляхом агрегації формують просторові гратки. У фазі золю мі-цели відокремлюються одна від одної і розчин стає текучим. Білкові та ліпідні міцели протоплазми формують структурну основу клітини.

Серед живих організмів існує два типи організації клітин: прока-ріотичні та еукаріотичні. До прокаріотичних відносять клітини бак-терій та синьозелених водоростей, їх називають доядерними клітина-ми, вони обмежені плазматичною мембраною, зовні від плазматичної мембрани знаходиться клітинна стінка, яка є похідним клітинної ак-тивності. Прокаріотичні клітини не мають морфологічного ядра, але містять нуклеоїдну зону, заповнену ДНК, а в матриксі цитоплазми мрокаріотів розміщуються рибосоми. Рукаріотичні клітини належать до вищого типу, їх обов'язковою структурою є: цитоплазма, клітинна оболонка (плазмолема) та клітинне ядро, яке відокремлене від цито-илазми ядерною мембраною. У клітинах еукаріотичного типу в ци-і оплазмі є спеціальні структури — органели, які виконують окремі специфічні функції. (рис. 1).

У тварин найменшою одиницею живого є клітина еукаріотичного іипу.

Поряд з окремими клітинами у тварин зустрічаються так звані симпласти, синцитії та міжклітинна речовина. Симпласти — це зна-чні утворення, які мають цитоплазму з великою кількістю ядер. До симпластів належать м'язові волокна хребетних, зовнішній шар тро-

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

фобласта тощо. Синцитії (сокліття) — це утворення, що виникають після поділу початкової клітини, дочірні залишаються поєднаними між собою за допомогою тонких цитоплазматичних перемичок. Син-цитії виявляють при розвитку сперматогоній, клітин ретикулярної тканини. Як виняток у тварин зустрічаються без'ядерні клітини, це еритроцити ссавців.

Рис. 1. Загальна схема будови клітини:

1-плазмолема; 2-комплекс Гольджі; 3-цитоплазма; 4-мітохондрія; 5-ендоплаз-матична сітка; 6-рибосома; 7-лізосома; 8-мікротрубочка; 9-мікрофіламенти; 10-ядро;11-центросома.

Міжклітинна речовина являє собою продукт життєдіяльності пев-них клітин сполучної тканини, прикладом якої є волокна та основна речовина. Основна речовина — це щільне або драглисте гідрофільне

Розділ 1

Основи загальної цитології

середовище, до його складу входять складні сполуки типу сульфатова-них та несульфатованих глікозаміногліканів, ліпіди, різні білки тощо. Еукаріотичні клітини різних тварин подібні за своєю внутріш-ньою будовою, проте мають різноманітну зовнішню форму й розмір. Так, серед клітин зустрічаються: кулясті (еритроцити та лейкоцити, винятком є еритроцит птахів та нижчих хребетних), зірчасто-війчасті (клітини нервової тканини, фібробласти), веретеноподібні (міоцити), багатобічні (епітеліоцити) тощо (рис. 2).

 

Рис. 2. Загальний принцип схематичної будови фіксованих клітин:

1-циліндричні клітини епітелію кишечника; 2-кубічні клітини сечових ка-нальців нирки; 3-плоскі клітини мезотелію очеревини; 4-круглі клітини крові (а-з сегментованим ядром — нейтрофільний лейкоцит, б-з круглим ядром — лімфоцит); 5-веретеноподібна клітина з паличкоподібним ядром (непосму-гована м'язова клітина); 6-нервова клітина з відростками; 7-келихоподібна клітина епітелію шлунка; 8-клітина з війками (із багаторядного миготливого епітелію дихальних шляхів); 9-крилата (сухожильна) клітина; 10-джгутико-ва клітина (спермій); 11-багатоядерна клітина (остеокласт); 12-без'ядерні клітини (еритроцити).

Розмір соматичних клітин (тіла) має значний діапазон. Так, ери-троцити ссавців мають розмір 2,5-7 мкм, лейкоцити — 4-20 мкм, а не-рвові клітини головного мозку без відростків — до 70 мкм (клітини Беца), з відростками нервові клітини досягають 1 м і більше. Різнови-

В.П. Новак, Ю.П. Бичков, М.Ю. Пилипенко Цитологія, гістологія, ембріологія

ди у зовнішній будові еукаріотичних клітин — результат функціональ-ної спеціалізації, еволюційного пристосування.