Основные направления современной гистологии, их методы исследования

1.2 ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ  МИКРОСКОПИЯ 

      В микроскопах этого типа световой пучок разлагается на два луча, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Проходя через структуры ткани со строгой ориентацией молекул, лучи запаздывают друг относительно друга вследствие неодинакового их преломления. Возникающий при этом сдвиг фаз является показателем двойного лучепреломления клеточных структур (таким способом были исследованы, например, миофибриллы). 

1.2.1 ЭЛЕКТРОННАЯ  МИКРОСКОПИЯ 

      В электронных микроскопах (рис.3) используют пучок электронов, длина электромагнитной волны которых в 100 000 раз короче длины волны видимого света. Разрешающая способность электронного микроскопа в сотни и тысячи раз превышает обычные оптические приборы и равна 0,5-1 нм, а современные мегавольтные электронные микроскопы дают увеличение до     1 000 000 раз. С помощью электронных микроскопов получены многочисленные данные об ультраструктуре клеток. Разновидностью электронной микроскопии является сканирующая электронная микроскопия (СЭМ), при которой изучаются поверхностные структуры клеток. 

1.2.1.1 МЕТОД  ЗАМОРАЖИВАНИЯ-СКАЛЫВАНИЯ 

      Применяется для изучения деталей строения мембран и межклеточных соединений. Для изготовления сколов клетки замораживают при низкой температуре (—160°С). При исследовании мембраны плоскость скола проходит через середину бислоя липидов. Далее на внутренние поверхности полученных половинок мембран напыляют металлы (платина, палладий, уран), изучают их с помощью ТЭМ и микрофотографии. 

1.2.1.2 МЕТОД  КРИОЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ 

      Быстро замороженный тонкий слой (около 100 нм) образца ткани помещают на микроскопическую решетку и исследуют в вакууме микроскопа при -160°С. 

Рис.3 Электронный микроскоп 
 

1.2.1.3 МЕТОД  «ЗАМОРАЖИВАНИЕ-ТРАВЛЕНИЕ» 

      Применяют для изучения внешней поверхности мембран клеток. После быстрого замораживания клеток при очень низкой температуре блок раскалывают лезвием ножа. Образующиеся кристаллы льда удаляют путем возгонки воды в вакууме. Затем участки клеток оттеняют, напыляя тонкую пленку тяжелого металла (например, платины). Метод позволяет выявлять трехмерную организацию структур. Таким образом, методы замораживания — скалывания и замораживания — травления позволяют изучать нефиксированные клетки без образования в них артефактов, вызываемых фиксацией. 

1.2.2 МЕТОД  СВЕРХВЫСОКОЙ МИКРОСКОПИИ

      Используют электронные микроскопы с ускоряющим напряжением до 3 000 000 В. Преимущество этих микроскопов в том, что они позволяют исследовать объекты большой толщины (1—10 мкм), так как при

высокой энергии электронов они меньше поглощаются объектом. Стереоскопическая съемка позволяет получать информацию о трехмерной организации внутриклеточных структур с высоким разрешением (около 0,5 нм).

1.2.2.1 РЕНТГЕНОСТРУКТУРНЫЙ  АНАЛИЗ 

      Для изучения структуры макромолекул на атомарном уровне применяют методы с использованием рентгеновских лучей, имеющих длину волны около 0,1 нм (диаметр атома водорода). Молекулы, образующие кристаллическую решетку, изучают с помощью дифракционных картин, которые регистрируют на фотопластинке в виде множества пятен различной интенсивности. Интенсивность пятен зависит от способности различных объектов в решетке рассеивать излучение. Положение пятен в дифракционной картине зависит от положения объекта в системе, а их интенсивность свидетельствует о его внутренней атомной структуре.

         

1.2.3 МЕТОДЫ  КОНТРАСТИРОВАНИЯ СОЛЯМИ ТЯЖЕЛЫХ  МЕТАЛЛОВ 

      Позволяют исследовать в электронном микроскопе отдельные макромолекулы — ДНК, крупных белков (например, миозин). При негативном контрастировании изучают агрегаты макромолекул (рибосомы, вирусы) либо белковые филаменты (актиновые нити) [1]. 
 
 
 
 
 
 

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИКСИРОВАННЫХ  КЛЕТОК И ТКАНЕЙ. ГИСТОЛОГИЧЕСКИЕ  КРАСИТЕЛИ 

      В современной гистологии, цитологии и эмбриологии применяются разнообразные методы исследования, позволяющие всесторонне изучать процессы развития, строения и функции клеток, тканей и органов.

      Главными этапами цитологического и гистологического анализа являются выбор объекта исследования, подготовка его для изучения в микроскопе, применение методов микроскопирования, а также качественный и количественный анализ изображений.

      Объектами исследования служат живые и мертвые (фиксированные) клетки и ткани, и их изображения, полученные в световых и электронных микроскопах.

      Основным объектом исследования являются гистологические препараты, приготовленные из фиксированных структур. Препарат может представлять собой мазок (например, мазок крови, костного мозга, слюны, спинномозговой жидкости и др.), отпечаток (например, селезенки, тимуса, печени), пленку из ткани (например, соединительной или брюшины, плевры, мягкой мозговой оболочки), тонкий срез. Наиболее часто для изучения используется срез ткани или органа. Гистологические препараты могут изучаться без специальной обработки. Например, приготовленный мазок крови, отпечаток, пленка или срез органа могут сразу рассматриваться под микроскопом. Но вследствие того, что структуры имеют слабый контраст, они плохо выявляются в обычном световом микроскопе, и требуется использование специальных микроскопов (фазово-контрастные и др.). Поэтому чаще применяют специально обработанные препараты: фиксированные, заключенные в твердую среду и окрашенные. 

      Приготовление гистологического препарата включает в себя следующие этапы: 

      1. Взятие материала – кусочка ткани или органа. При заборе материала необходимо выполнять следующие правила: 

1) забор материала должен проводиться как можно раньше после смерти или забоя животного, при возможности от живого объекта, чтобы как можно лучше сохранить структуру исследуемых клеток; 

2) забор  материала должен проводиться  острым инструментом, чтобы не  травмировать ткани; 

3) толщина  кусочка не должна превышать  5 мм, чтобы фиксирующий раствор  смог проникнуть на всю глубину  ткани; 

4) обязательно  необходимо произвести маркировку  кусочка, при этом указываются  наименование органа, номер животного  или фамилия человека, дата забора. 

      2. Фиксация материала. Данный этап проводится для того, чтобы остановить обменные процессы в клетке и сохранить ее от распада. Для этого взятый на исследование кусочек ткани погружают в фиксирующий раствор. Раствор может быть простым (спирт или формалин) и сложным (раствор Карнуа, фиксатор Цинкера). Фиксатор вызывает денатурацию белков и сохраняет структуру клеток в состоянии, близком к прижизненному. Фиксацию можно проводить также путем замораживания – охлаждением жидким азотом или струей углекислого газа. 

      3. Заливка кусочков ткани в уплотняющие среды (парафин, смолы) – или замораживание. Данный этап необходим для того, чтобы в последующем из исследуемой ткани можно было изготовить тонкий срез. 

      4. Приготовление срезов на микротоме (рис.4, рис.5, рис.6, рис.7) или ультрамикротоме с помощью специальных ножей. После этого срезы для световой микроскопии приклеиваются на предметные стекла, а для электронной – монтируются на специальные сеточки. 

      Рис.4 Микротом санный МС-2:предназначен для получения срезов растительных и животных тканей, залитых в парафин или целлоидин 

      Рис.5 Микротом для парафиновых срезов МПС-2:предназначен для получения серийных срезов животной и растительной тканей, залитых в парафин. Применяется в медицине и биологии при морфологических исследованиях. 

      Рис.6 Микротом замораживающий МЗ-2:предназначен для получения срезов замороженных растительных и животных тканей 

     Микротом-криостат МК-25(рис.7) предназначен для получения срезов свежезамороженной ткани с целью экспресс-диагностики биопсии, взятой при операциях, а также для научно-исследовательских работ, связанных с изучением ферментных, антигенных и других белковых систем ткани. Является незаменимым аппаратом при ряде микроскопических исследований, для гистохимии ферментов, иммуноморфологии и т.п. С успехом применяется при срочных биопсийных исследованиях в ходе различных хирургических операций. В этом случае отпадает необходимость в предварительной фиксации тканей, поскольку фиксации подвергается получаемый срез, который благодаря небольшой толщине фиксируется быстро, что сокращает время всего исследования.

      Рис.7 Микротом-криостат МК-25 

      5. Окраска срезов или их контрастирование (для электронной микроскопии). Перед окраской срезов необходимо удалить уплотняющую среду – выполнить депарафирование. С помощью окраски достигается контрастность изучаемых структур. Красители можно подразделить на основные, кислые и нейтральные. Наиболее широко применяются основные красители (гематоксилин) и кислые (эозин). Часто используются и сложные красители. 

      6. Просветление срезов в ксилоле и толуоле. Их заключают в смолы (бальзам и полистирол) и закрывают покровным стеклом. 

      После данных процедур препарат можно исследовать под световым микроскопом. Помещенные под стекло, срезы для светового микроскопа могут долго храниться и многократно использоваться. Для электронной микроскопии каждый срез используется только 1 раз, при этом он фотографируется, и изучение структур ткани производится по электронограмме.

     Если ткань имеет жидкую консистенцию (например, кровь, костный мозг), то препарат изготавливают в виде мазка на предметном стекле, который затем также фиксируется, окрашивается и изучается.

     Из ломких паренхиматозных органов изготавливают препараты в виде отпечатка органа, проводят разлом данного органа, затем к месту разлома прикладывают предметное стекло, на которое приклеиваются свободные клетки. После этого препарат фиксируется и изучается.

      Из некоторых органов (например, брыжейки, мягкой мозговой оболочки) или из рыхлой волокнистой соединительной ткани изготавливают пленочные препараты путем растягивания или раздавления между двумя стеклами с последующей фиксацией и заливкой в смолы [2]. 

ГИСТОЛОГИЧЕСКИЕ КРАСИТЕЛИ 

      Гистологические красители (по химической природе) подразделяют на кислые, основные и нейтральные. В качестве примера можно привести наиболее употребительный краситель гематоксилин, который окрашивает ядра клеток в фиолетовый цвет, и кислый краситель — эозин, окрашивающий цитоплазму в розово-желтый цвет. Избирательное сродство структур к определенным красителям обусловлено их химическим составом и физическими свойствами. Структуры, хорошо окрашивающиеся кислыми красителями, называются оксифильными, а окрашивающиеся основными — базофильными. Например, цитоплазма клеток чаще всего окрашивается оксифильно, а ядра клеток – окрашиваются базофильно.

Структуры, воспринимающие как кислые, так и  основные красители, являются нейтрофильными (гетерофильными).

      Окрашенные препараты обычно обезвоживают в спиртах возрастающей крепости и просветляют в ксилоле, бензоле, толуоле или некоторых маслах. Для длительного сохранения обезвоженный гистологический срез заключают между предметным и покровным стеклами в канадский бальзам или другие вещества. Готовый гистологический препарат может быть использован для изучения под микроскопом в течение многих лет.

      Для электронной микроскопии срезы, полученные на ультрамикротоме, помещают на специальные сетки, контрастируют солями урана, свинца и других металлов, после чего просматривают в микроскопе и фотографируют. Полученные микрофотографии служат объектом изучения наряду с гистологическими препаратами [2]. 

Характеристика  красителей

• Альциановый синий