razdel_1
.pdf1
Пущинский
Государственный
университет
Учебное пособие для магистратуры, в 4 частях:
1.Предмет гистохимии, краткая история
2.Микротехника
3.Свет, красители, микроскопия
4.Типы гистохимических реакций
Электронный макет учебного пособия Основы гистохимии подготовлен в Электронном издательстве «Аналитическая микроскопия» (рег. Свидетельство Эл № 776072 Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой информации от 4 февраля 2002 г.)
Ó Электронное издательство “Аналитическая микроскопия” , Пущино, 2008 г.
2
ОСНОВЫ ГИСТОХИМИИ
Раздел 1. Предмет гистохимии. Краткая история.
(Приложение: Программа курса)
С О Д Е Р Ж А Н И Е
(используйте гипертекст)
От автора
Глава 1. Предмет и цели гистохимии Глава 2. Основные вехи в истории гистохимии
Контрольные вопросы
Рекомендуемая литература
Приложение: Программа курса «Основы гистохимии»
От автора
Вашему |
вниманию предлагается компьютерный |
вариант |
спецкурса |
|
||||
"ОСНОВЫ ГИСТОХИМИИ", который |
читается в течение первого года |
|
||||||
обучения в магистратуре Пущинского Государственного Университета (см. |
|
|||||||
Программу |
данного |
спецкурса |
в |
приложении |
к |
первому |
р |
|
электронного |
учебного |
пособия). Компьютерный |
вариант |
учебника |
|
выполнен в виде четырех разделов и представляет краткий конспект лекций и семинарских занятий по основным разделам учебной Программы.
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
Данное |
|
пособие |
предназначено |
для |
самостоятельной |
р |
|||
магистрантов, для подготовки, наряду с рекомендуемой к каждому разделу |
|
||||||||
учебника литературой, к коллоквиумам, зачету и экзамену. |
|
|
|||||||
При составлении данного учебного пособия автор стремился |
|
||||||||
сосредоточить |
внимание |
магистрантов на |
главных |
принципиальных |
|
||||
вопросах и проблемах гистохимии, не загружая лекционный материал |
|
||||||||
конкретными методиками. Последние разбираются в ходе обучения на |
|
||||||||
семинарах |
и |
практических |
занятиях. Главная цель данного |
руководства |
|
||||
заключается |
в |
развитии |
у |
обучаемых |
представления |
об основных |
|
||
преимуществах, проблемах и недостатках гистохимического анализа, о |
|
||||||||
технологии гистохимического метода, о связи гистохимического метода с |
|
||||||||
аналитической биохимией. |
|
|
|
|
|
|
|||
В |
связи |
с тем, |
что реализация гистохимического метода в |
|
|||||
большинстве случаев связана с использованием красителей и всегда |
|
||||||||
микроскопии, |
особое внимание |
уделено избранному материалу по оптике, |
|
||||||
красителям и микроскопии. |
|
|
|
|
|
|
|||
Данная версия учебного пособия по Основам гистохимии, содержащая |
|
краткий конспект курса лекций, читаемых автором для магистрантов Пущинского Государственного Университета с 1995 г., включает четыре раздела.
1. ПРЕДМЕТ ГИСТОХИМИИ. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ. ( В приложении:
Программа курса).
2. МИКРОТЕХНИКА - Фиксация (химическая и физическая), микротомия и работа со срезами ткани.
3.ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ - Избранные разделы геометрической и физической оптики. Красители. Микроскопия.
4.ТИПЫ ГИСТОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ - Классификация гистохимических реакций, краткая характеристика основных типов гистохимических реакций.
При подготовке данной версии большую помощь оказали сотрудники
Лаборатории функциональной гистохимии Института теоретической и
4
экспериментальной биофизики РАН и магистрантыПущинского Государственного Университета, за что автор приносит им искреннюю благодарность.
В заключение автор обращается с просьбой к пользователям данного компьютерного учебника: все замечания и конструктивные предложения по улучшению данного пособия сообщить в Лаборатори.
Функциональной гистохимии: e-mail: budantsev@mail.ru или по адресу: 142290 г.Пущино, ИТЭБ РАН, комн.446, проф. Буданцеву А.Ю. Все Ваши замечания будут с благодарностью приняты и использованы в работе над дальнейшими версиями учебного пособия.
Желаю успеха!
проф. А.Ю.Буданцев
декабрь 2007 г.
Пущино
5
Глава 1. Предмет и цели гистохимии
|
Современная |
цитология |
и |
гистология |
включают |
комплексное |
|
|||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
изучение |
|
общебиологических |
явлений: |
движения, |
раздражимости, |
|
|||||||||||
|
наследственности, |
индивидуального и эволюционного развития, адаптации |
|
|||||||||||||||
и патологических процессов на клеточном и |
тканевом уровне организации |
|
||||||||||||||||
живой материи. |
В настоящее время эти |
науки |
уже не |
являются |
чисто |
|
||||||||||||
морфологическими дисциплинами, как было |
в |
начальных |
стадиях |
их |
|
|||||||||||||
развития |
и |
|
включают данные о физико-химических процессах |
на |
|
|||||||||||||
клеточном и тканевом уровнях и молекулярной организации клеток и тканей. |
|
|||||||||||||||||
Такой подход дает |
возможность |
развивать |
всеобъемлющий |
взгляд |
на |
|
||||||||||||
сущность |
процессов |
регуляции |
основных |
биологических |
явлений |
в |
|
|||||||||||
клетках и тканях и представлять общуюкартину взаимосвязанных |
|
|||||||||||||||||
клеточных процессов и межклеточных коммуникаций. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Задачи и цели современной гистохимии как науки, в самом общем виде, |
|
||||||||||||||||
связаны с исследованием химических реакций в живых клетках. В такой |
|
|||||||||||||||||
формулировке, цели и задачи гистохимии полностью совпадают с задачами |
|
|||||||||||||||||
биохимии. Однако подход к изучению совокупности химических реакций в |
|
|||||||||||||||||
клетках |
и |
тканях, |
т.е. |
метаболизма, в |
случае |
гистохимии имеет |
одно |
|
||||||||||
принципиальное отличие от биохимического подхода: главная |
догма |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
гистохимии |
– |
изучение |
метаболизма |
при |
условиисохранения |
|
|
||||||||||
|
морфологической целостности клеток и ткане.й Все, что писал Д.Мецлер в |
|
||||||||||||||||
|
своем знаменитом учебнике«Биохимия» относительно того, что биохимия |
|
||||||||||||||||
|
занимается |
исследованием «…непрерывных, |
сложных |
последовательных |
|
|||||||||||||
|
химических реакций, благодаря которым клетки растут и делятся, питаются и |
|
||||||||||||||||
|
выделяют шлаки, движутся и сообщаются друг с другом…» в равной степени |
|
||||||||||||||||
можно отнести и к гистохимии, но гистохимический анализ |
должен |
|
||||||||||||||||
проводиться |
|
при |
сохранении |
структурной |
|
организации |
об |
|||||||||||
исследования . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
В настоящее время нельзя найти ни одно направление биоло, гдеии гистохимический анализ не был бы использован. Это в равной степени относится к изучению принципов физико-химической организации клеток и тканей, к изучению вопросов регуляции всех метаболических систем клеток
внорме и при патологических состояниях. В капитальном труде
«Гистохимия» Э.Пирс писал: «…Вклад гистохимии во все области, где она
нашла |
применение |
значителен. Гистохимия |
позволяет |
превратить |
описательные науки в динамические и функциональные…». |
|
|||
Совершенно очевидно, |
также как и развитие любого |
научного |
направления, прогресс цитологии и гистологии обусловлен в значительной степени успехами в разработке новых методов исследования. Эти методы,
связаны прежде всего, с методами физики, аналитической биохимии,
молекулярной |
биологии и |
иммунологии, |
изящно адаптированными |
для |
||||||||||||
целей цитологии и гистологии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Гистохимия, как научное |
направление, оформилось в |
середине |
XIX |
|||||||||||||
века |
и |
ее |
|
основателем считается французский фармацевт, ботаник и |
||||||||||||
микроскопист |
Франсуа Винсент |
Распайль |
(F.V.Raspail) |
(1794-1878). Он |
||||||||||||
опубликовал свои первые работы по ботанической |
гистохимии в 20-30х |
|||||||||||||||
годах |
XIX-го |
века |
(F.V.Raspail, |
A |
new |
system |
of |
organic chemistry, |
||||||||
Translate |
Hendorson |
W., London, |
1834). "...Несомненно, |
первое |
ясное |
|||||||||||
понимание |
и |
правильная |
оценка микроскопической |
химии |
тканей |
как |
||||||||||
науки..." (Э.Пирс, 1962) принадлежит |
работам Ф.В.Распайля выполненным |
|||||||||||||||
в 1825-1829 |
годах. |
Изучая |
процесс оплодотворения |
у |
Graminaceae |
|||||||||||
(злаковые), Ф.В.Распайль использовал иодную реакцию на крахмал. В 1829 |
||||||||||||||||
году он впервые применил ксантопротеиновую реакцию на белки, ему |
||||||||||||||||
приписывается |
открытие микросжигания для изучения неорганических |
|||||||||||||||
соединений в тканях, он был первым исследователем, который занимался |
||||||||||||||||
определением |
рН |
протоплазмы |
с |
использованием |
индикаторных |
|||||||||||
красителей (лакмус). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
Наиболее |
полное |
описание |
истории |
гистохимии можно найти |
в |
|
энциклопедическом |
труде |
Э.Пирса, «Гистохимия (теоретическая |
и |
|||
прикладная), ИИЛ, М., 1962». |
|
|
|
|
||
Вкратце, необходимо отметить, что вначале гистохимия развивалась, в |
|
|||||
основном, в области изучения ботанических задач. Во второй половине XIX |
|
|||||
века гистохимия |
представляла |
раздел биохимии животных, а в конце века |
|
|||
часть гистохимии дополнительно |
начала |
рассматриваться как раздел |
|
физиологии животных и только в 30х годах прошлого столетия гистохимия вновь рассматривается в составе наук о тканях и .клетка
Становление |
современной |
гистохимии |
|
и |
оформление |
ее |
как |
|||||||
самостоятельного научного направления несомненно связано с появлением в |
||||||||||||||
50-х |
годах XX |
столетия |
ряда |
крупных |
|
специализированных |
научных |
|||||||
журналов: Experimental |
Cell |
Research (1950); |
Journal |
of |
Histochemistry |
|||||||||
and |
Cytochemistry (1953), |
Acta Histochemia |
(1954); Journal |
of Biophysical |
||||||||||
and |
Biochemical |
Cytology |
(1955); |
Rivista di Histochimica (1955); Annales |
||||||||||
d'Histochemie |
(1956); Histochemie (1958). До |
появления |
этих журналов, |
|||||||||||
специальные |
статьи по |
гистохимии публиковались в основном в |
журнале |
|||||||||||
Stain |
Technology (1925, |
с |
1991 г. |
журнал |
называется |
Biotechnic |
and |
|||||||
Histochemistry) и в многочисленных журналах по микроскопии и |
||||||||||||||
микроскопической |
анатомии |
(J.Roy.Microscop.Soc., |
(1857?), |
Z.mikr.anat. |
||||||||||
Forsch.(1924), Архив анатомии, гистологии |
и |
эмбриологии (1916) и |
мн. |
|||||||||||
др.). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В конце 50-х годов опубликованы две классические книги крупнейшего бельгийского цитолога Жана Браше "Биохимическая цитология" (1957) и
"Биохимическая эмбриология" (1960), в которых автором приведено скрупулезное изучение цитофизиологии клеток (цитоплазма и ядро покоящейся клетки, взаимодействие ядра и цитоплазмы у одноклеточных организмов, при эмбриональной дифференцировке и при малигнизации клеток). На примере изучения, в основном, нуклеиновых кислот в клетках при помощи цитохимических методов, Ж.Браше показал огромные
8
возможности цитохимии для клеточной биологии и обозначил цитохимию
как "Биохимическую цитологию".
Гистохимия и цитохимия развиваются на стыке различных наук и, прежде всего, на стыке гисто- и цитологии, биохимии, аналитической химии и клеточной биофизики. Кроме этого, необходимо отметить, что развитие и совершенствование гистохимии связано с развитием химии красителей, разработкой оптических и оптико-электронных приборов (микроскопы и анализаторы изображений), развитием теоретической и прикладной оптики (микрофотометрия) и ряда биологических наук - иммунологии, клеточной инженерии, молекулярной биологии.
Последние достижения гистохимии связаны с изящным применением
некоторых методов молекулярной биологии нуклеиновых кисл, чтот
привело к разработке специальной гистохимической технологии, которая
вошла в научную литературу под названием"гибридизация мРНК in situ" и
расцвету иммуноцитохимии и иммуногистохимии.
9
Глава 2. Основные вехи в истории гистохимии
Как указывалось выше история развития гистохимии как научного
направления детально описана у Э.Пирса (1962). В несколько дополненном
виде можно выделить следующие основные вехи в истории развития
гистохимии.
1800-1829 г.г.
Отдельные сообщения об |
исследовании химических, а не |
морфологических структур в тканевых |
препаратах. Гистохимия еще не |
существует как самостоятельная наука. |
|
Сложные микроскопы начала-середины XIX века: слева - микроскоп фирмы «Уцшнейдер унд Фраунгофер», Мюнхен, около 1820 г. Справа - сложный микроскоп Джованни Батиста Амичи, около 1845 г. (Йенский оптический музей, Приложение к журналу «Йенское обозрение», 1975 г.)
1830-1855 г.г.
Становление гистохимии как науки. В период своего возникновения
объектами гистохимии были, в основном, растительные клетки и ткани;
многие десятилетия вся практическая гистохимия в точном смысле этого
слова была сосредоточена в руках ботаников. К этому времени относится появление целого ряда работ в данной области: "Essai de Chimie Microscopique Appliquee a la Physiologie" (1830) и "Nouveau Systeme de Chimie Organique" (1833) Ф.-В.Распайля, "Lehrbuch der physiologischen
10
Chemie" (1842) К.Д.Лемана, " A New System of Organic Chemistry" (1834)
Ф.- В.Распайля (перевод).
Франсуа-Винсент Распайль (17941878). Основатель гистохимии
(репродукция из книги Пирса Э. Гистохимия, ИИЛ, М. 1962)
1856-1871 г.г.
Гистохимия животных тканей в отличие от растительных тканей
составляла, в основном, часть биологической химии и большая часть ее
методов была основана на разрушении тканей. Появляется больше
руководств, ориентирующихся именно на данное направление гистохимии;
некоторые из них представляли собой перевод более ранних работ:
"Physiological Chemistry" (1851) К.Д.Лемана (перевод), "Traite de Chimie
Anatomique" |
(1853) К.Робина |
и Ф.Вердейля, |
"Die Chemie der Gewebe des |
||
gesammten |
Thierreichs" (1856) Дж.Е.Шлоссбергера, |
"Handbuch |
der |
||
Experimental |
Physiologie der |
Pflanzen" (1865) |
Дж.Сакса, |
"Handbuch |
der |
Histologie und Histochemie des Menschen" (1867) Г.Фрея.
1872-1898 г.г.
В этот период произошло разделение гистохимии - одна ее часть отошла к физиологии, а другая присоединилась к биологической химии. Из числа статей и книг, появившихся в эти годы, заслуживают упоминания следующие: "Ein Beitrag zur Histochemie" (1874), Ф.Мишера,