Гистология , [справка 1], также известная как микроскопическая анатомия или микроанатомия , [1] — это раздел биологии , изучающий микроскопическую анатомию биологических тканей . [2] [3] [4] [5] Гистология — это микроскопический аналог общей анатомии , который рассматривает более крупные структуры, видимые без микроскопа . [5] [6] Хотя можно разделить микроскопическую анатомию на органологию , изучение органов, гистологию , изучение тканей и цитологию , изучение клеток , современное использование помещает все эти темы в область гистологии. [5] В медицине гистопатология — это раздел гистологии , который включает микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей. [5] [6] В области палеонтологии термин палеогистология относится к гистологии ископаемых организмов. [7] [8]
Существует четыре основных типа тканей животных: мышечная ткань , нервная ткань , соединительная ткань и эпителиальная ткань . [5] [9] Все ткани животных считаются подтипами этих четырех основных типов тканей (например, кровь классифицируется как соединительная ткань, поскольку клетки крови находятся во внеклеточном матриксе , плазме ). [9]
Что касается растений, изучение их тканей относится к области анатомии растений со следующими четырьмя основными типами:
Гистопатология — это раздел гистологии, который включает микроскопическую идентификацию и исследование пораженных тканей. [5] [6] Это важная часть анатомической патологии и хирургической патологии , поскольку точная диагностика рака и других заболеваний часто требует гистопатологического исследования образцов тканей. [10] Обученные врачи, часто имеющие лицензию патологоанатомов , проводят гистопатологическое исследование и предоставляют диагностическую информацию на основе своих наблюдений.
Область гистологии, включающая подготовку тканей к микроскопическому исследованию, известна как гистотехнология. Названия должностей обученного персонала, готовящего гистологические образцы для исследования, многочисленны и включают гистотехников, гистотехнологов, [11] техников и технологов-гистологов, медицинских лаборантов и ученых-биомедиков .
Большинство гистологических образцов перед микроскопическим исследованием необходимо подготовить; эти методы зависят от образца и метода наблюдения. [9]
Химические фиксаторы используются для сохранения и поддержания структуры тканей и клеток; фиксация также укрепляет ткани, что помогает разрезать тонкие срезы ткани, необходимые для наблюдения под микроскопом. [5] [12] Фиксаторы обычно сохраняют ткани (и клетки) за счет необратимого сшивания белков. [12] Наиболее широко используемый фиксатор для световой микроскопии — 10% нейтральный забуференный формалин или NBF (4% формальдегида в фосфатно-солевом буфере ). [13] [12] [9]
Для электронной микроскопии наиболее часто используемым фиксатором является глутаровый альдегид , обычно в виде 2,5% раствора в фосфатно-солевом буфере . [9] Другими фиксаторами, используемыми для электронной микроскопии, являются тетраоксид осмия или ацетат уранила . [9]
Основное действие этих альдегидных фиксаторов заключается в сшивании аминогрупп в белках посредством образования метиленовых мостиков (-CH 2 -) в случае формальдегида или посредством поперечных связей C 5 H 10 в случае глутаральдегида. Этот процесс, сохраняя структурную целостность клеток и тканей, может повредить биологическую функциональность белков, особенно ферментов .
Фиксация формалином приводит к деградации мРНК, микроРНК и ДНК, а также к денатурации и модификации белков в тканях. Однако экстракция и анализ нуклеиновых кислот и белков из фиксированных формалином и залитых в парафин тканей возможны с использованием соответствующих протоколов. [14] [15]
Селекция – это выбор соответствующей ткани в тех случаях, когда нет необходимости подвергать всю исходную массу ткани дальнейшей обработке. Остаток может оставаться фиксированным на случай, если его потребуется изучить позже.
Обрезка – это разрезание образцов ткани с целью обнажить соответствующие поверхности для последующего разделения. Он также создает образцы тканей подходящего размера для размещения в кассетах. [16]
Ткани погружают в более твердую среду как в качестве опоры, так и для того, чтобы можно было нарезать тонкие срезы ткани. [9] [5] Как правило, воду сначала необходимо удалить из тканей (обезвоживание) и заменить средой, которая либо затвердевает напрямую, либо промежуточной жидкостью (очистка), которая смешивается со средой для заливки. [12]
Для световой микроскопии наиболее часто используемым материалом для заливки является парафин . [12] [13] Парафин не смешивается с водой, основным компонентом биологической ткани, поэтому его необходимо сначала удалить с помощью ряда этапов обезвоживания. [12] Образцы переносятся через серию ванн с постепенно увеличивающейся концентрацией этанола , вплоть до 100% этанола, для удаления оставшихся следов воды. [9] [12] После обезвоживания используется очищающий агент (обычно ксилол [13] , хотя используются и другие экологически безопасные заменители [13] ), который удаляет спирт и смешивается с воском. Наконец, вместо него добавляется расплавленный парафин. ксилол и проникают в ткани. [9] В большинстве гистологических или гистопатологических лабораторий обезвоживание, очистка и инфильтрация воском проводятся в тканевых процессорах , которые автоматизируют этот процесс. [13] После пропитки парафином ткани ориентируются в формах, заполненных воском; После размещения воск охлаждается, затвердевая блок и ткань. [13] [12]
Парафин не всегда дает достаточно твердую матрицу для изготовления очень тонких срезов (что особенно важно для электронной микроскопии). [12] Парафин также может быть слишком мягким по отношению к ткани, тепло расплавленного воска может изменить ткань нежелательным образом, а обезвоживающие или очищающие химикаты могут повредить ткань. [12] Альтернативами парафину являются эпоксидный , акриловый , агаровый , желатиновый , целлоидиновый и другие типы восков. [12] [17]
В электронной микроскопии эпоксидные смолы являются наиболее часто используемыми средами для заливки [9] , но также используются акриловые смолы, особенно там, где требуется иммуногистохимия .
Для разрезания тканей в замороженном состоянии ткани помещают в среду для заливки на водной основе. Предварительно замороженные ткани помещаются в формы с жидким заливочным материалом, обычно гликолем на водной основе, OCT , TBS , криогеном или смолой, который затем замораживается с образованием затвердевших блоков.
При световой микроскопии нож, установленный в микротоме, используется для вырезания срезов ткани (обычно толщиной от 5 до 15 микрометров ), которые помещаются на предметное стекло микроскопа . [9] Для трансмиссионной электронной микроскопии (ПЭМ) алмазный или стеклянный нож, установленный в ультрамикротоме , используется для разрезания срезов ткани толщиной от 50 до 150 нанометров . [9]
Ограниченное число производителей признано за производство микротомов, в том числе вибрирующих микротомов, обычно называемых вибратомами, в первую очередь для научных и клинических исследований. Precisionary Instruments — известный производитель микротомов и вибратомов для научных и клинических исследований. Кроме того, Leica Biosystems известна производством продукции, связанной со световой микроскопией в контексте научных и клинических исследований. [18] [19]
Биологическая ткань не имеет естественного контраста ни в световом, ни в электронном микроскопе. [17] Окрашивание используется как для контраста ткани, так и для выделения конкретных особенностей, представляющих интерес. Когда пятно используется для воздействия на конкретный химический компонент ткани (а не на общую структуру), используется термин гистохимия . [9]
Окраска гематоксилином и эозином ( окраска H&E ) — одна из наиболее часто используемых красок в гистологии для демонстрации общей структуры ткани. [9] [20] Гематоксилин окрашивает ядра клеток в синий цвет; эозин, кислый краситель, окрашивает цитоплазму и другие ткани в различные оттенки розового цвета. [9] [12]
В отличие от H&E, который используется в качестве общего красителя, существует множество методов, которые более избирательно окрашивают клетки, клеточные компоненты и конкретные вещества. [12] Обычно используемым гистохимическим методом, нацеленным на конкретное химическое вещество, является реакция Перлза «берлинской лазури» , используемая для выявления отложений железа [12] при таких заболеваниях, как гемохроматоз . Метод Ниссля для вещества Ниссля и метод Гольджи (и связанные с ним серебряные пятна ) полезны при идентификации нейронов и являются другими примерами более специфичных пятен. [12]
При гисторадиографии препарат (иногда окрашенный гистохимически) подвергают рентгеновскому исследованию. Чаще авторадиография используется для визуализации мест, куда радиоактивное вещество было транспортировано внутри организма, например, клеток в S-фазе (подвергающихся репликации ДНК ), которые включают тритированный тимидин , или мест, с которыми in situ связываются радиоактивно меченные зонды нуклеиновой кислоты. гибридизация . Для авторадиографии на микроскопическом уровне предметное стекло обычно погружают в жидкую эмульсию ядерного тракта, которая высыхает и образует экспонирующую пленку. Отдельные зерна серебра в пленке визуализируются с помощью темнопольной микроскопии .
В последнее время антитела стали использовать для специфической визуализации белков, углеводов и липидов. Этот процесс называется иммуногистохимией , или, если пятно представляет собой флуоресцентную молекулу, иммунофлуоресценцией . Этот метод значительно расширил возможности идентификации категорий клеток под микроскопом. Другие передовые методы, такие как нерадиоактивная гибридизация in situ , можно сочетать с иммунохимией для идентификации конкретных молекул ДНК или РНК с помощью флуоресцентных зондов или меток, которые можно использовать для иммунофлуоресценции и фермент-связанной амплификации флуоресценции (особенно амплификации сигнала щелочной фосфатазы и тирамида). Флуоресцентная и конфокальная микроскопия используются для обнаружения флуоресцентных сигналов с хорошей внутриклеточной детализацией.
В электронной микроскопии тяжелые металлы обычно используются для окрашивания срезов тканей. [9] Уранилацетат и цитрат свинца обычно используются для придания контраста тканям в электронном микроскопе. [9]
Подобно процедуре замораживания срезов , используемой в медицине, криосрезы — это метод быстрого замораживания, разрезания и монтирования срезов ткани для гистологии. Ткань обычно разрезают на криостате или замораживающем микротоме. [12] Замороженные срезы помещаются на предметное стекло и могут быть окрашены для усиления контраста между различными тканями. Нефиксированные замороженные срезы можно использовать для исследований, требующих локализации фермента в тканях и клетках. Фиксация тканей требуется для некоторых процедур, таких как иммунофлуоресцентное окрашивание с использованием антител. Замороженные срезы часто готовят во время хирургического удаления опухолей , чтобы обеспечить быструю идентификацию границ опухоли, как при операции Мооса , или определение злокачественности опухоли, когда опухоль обнаруживается случайно во время операции.
Ультрамикротомия — это метод подготовки очень тонких срезов для анализа на просвечивающем электронном микроскопе (ПЭМ). Ткани обычно заливают эпоксидной или другой пластиковой смолой. [9] Очень тонкие срезы (толщиной менее 0,1 микрометра) вырезаются с помощью алмазных или стеклянных ножей на ультрамикротоме . [12]
Артефакты — это структуры или особенности ткани, которые мешают нормальному гистологическому исследованию. Артефакты мешают гистологии, изменяя внешний вид тканей и скрывая структуры. Артефакты обработки тканей могут включать пигменты, образованные фиксаторами, [12] усадку, вымывание клеточных компонентов, изменения цвета в различных типах тканей и изменения структур в ткани. Примером может служить ртутный пигмент, оставшийся после использования фиксатора Ценкера для фиксации среза. [12] При фиксации формалином в кислых условиях также может оставаться пигмент от коричневого до черного цвета. [12]
В 17 веке итальянец Марчелло Мальпиги использовал микроскопы для изучения крошечных биологических объектов; некоторые считают его основателем гистологии и микроскопической патологии. [21] [22] Мальпиги проанализировал под микроскопом несколько частей органов летучих мышей, лягушек и других животных. Изучая строение легкого, Мальпиги заметил его перепончатые альвеолы и волосообразные связи между венами и артериями, которые он назвал капиллярами. Его открытие установило, как вдыхаемый кислород попадает в кровоток и служит организму. [23]
В XIX веке гистология была самостоятельной академической дисциплиной. Французский анатом Ксавье Биша ввел понятие ткани в анатомии в 1801 году [24] , а термин «гистология» ( нем . Histologie ), придуманный для обозначения «исследования тканей», впервые появился в книге Карла Мейера в 1819 году. [25] [26] [21] Биша описал двадцать одну ткань человека, которую можно отнести к четырем категориям, принятым в настоящее время гистологами . [27] Использование иллюстраций в гистологии, которое Биша считал бесполезным, пропагандировал Жан Крювейье . [28] [ когда? ]
В начале 1830-х годов Пуркине изобрела микротом высокой точности. [26]
В течение 19 века многие методы фиксации были разработаны Адольфом Ганновером (растворы хроматов и хромовой кислоты ), Францем Шульце и Максом Шульце ( осмиевая кислота ), Александром Бутлеровым ( формальдегид ) и Бенедиктом Штиллингом ( замораживание ). [26]
Методы крепления были разработаны Рудольфом Гейденхайном (1824-1898), который представил гуммиарабик ; Саломон Стрикер (1834–1898), пропагандировавший смесь воска и масла; и Эндрю Причард (1804-1884), который в 1832 году использовал смесь камеди и изингласса . В том же году на сцене появился канадский бальзам , а в 1869 году Эдвин Клебс (1834-1913) сообщил, что в течение нескольких лет заливал свои образцы в парафин. [29]
Нобелевская премия по физиологии и медицине 1906 года была присуждена гистологам Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахалю . У них были противоречивые интерпретации нейронной структуры мозга, основанные на разных интерпретациях одних и тех же изображений. Рамон-и-Кахаль получил премию за свою правильную теорию, а Гольджи — за технику окрашивания серебром , которую он изобрел, чтобы сделать это возможным. [30]
В настоящее время существует большой интерес к разработке методов гистологии in vivo (преимущественно с использованием МРТ ), которые позволили бы врачам неинвазивно собирать информацию о здоровых и больных тканях у живых пациентов, а не из фиксированных образцов тканей. [31] [32] [33] [34]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка )Большую часть из двадцати одной ткани Биша можно отнести к четырем категориям, общепринятым современными гистологами; эпителий, соединительная ткань, мышцы и нервы. Четыре ткани Биша относятся к эпителию (эпидермоидная, слизистая, серозная и синовиальная); шесть под соединительной тканью (дермоидная, фиброзная, фиброзно-хрящевая, хрящевая, костная и клеточная); два под мышцей; и два под нервами — различие между нервной, управляющей «животной» жизнью, и нервной, управляющей «органической» жизнью, соответствует разнице между произвольной и непроизвольной нервной системой. Артерии и вены, давние источники разногласий, сегодня классифицируются как сложные ткани. Абсорбенты и эксхаланты (которые, по мнению Биша, представляют собой сосуды с открытыми концами) выпали или были заменены лимфатическими сосудами. Его медуллярная система не имеет аналогов среди современных тканей.
СМИ, связанные с гистологией, на Викискладе?