Лекции Хомича Цитология

ВОЛОДИМИР ХОМИЧ

ЛЕКЦІЇ

З ЦИТОЛОГІЇ, ЕМБРІОЛОГІЇ ТА ГІСТОЛОГІЇ СВІЙСЬКИХ

ТВАРИН

3

ВОЛОДИМИР ХОМИЧ

ЛЕКЦІЇ

З ЦИТОЛОГІЇ, ЕМБРІОЛОГІЇ ТА ГІСТОЛОГІЇ СВІЙСЬКИХ ТВАРИН

Видання здійснено за підтримки СТОВ «Агрофірма «Маяк» і осо-

бисто його директора, Героя України, заслуженого працівника сільського господарства України, почесного члена Української ака-

демії аграрних наук ВАСИЛЬЧЕНКА МИКОЛИ СЕМЕНОВИЧА

КИЇВ – 2012

4

УДК 619 : 611.013/.018.1:636(075)

ББК 48Я7

Х 76

Рекомендовано Міністерством аграрної політики та продовольства України як навчальний посібник для підготовки фахівців ОКР “бакалавр” напряму 6.110101 “Ветеринарна медицина” у вищих навчальних закладах ІІ–IV рівнів акредитації (лист № 18-28-13/2126 від 12-ХІІ-2011 року).

Рецензенти:

С.К.Рудик, доктор ветеринарних наук, професор, завідувач кафедри анатомії тварин ім. акад. В.Г.Касьяненка Національного університету біоресурсів і природокористування України;

М.Е.Дзержинський, доктор біологічних наук, професор, завідувач кафедри цитології, гістології та біології розвитку Київського національного університету ім. Тараса Шевченка;

Л.П.Горальський, доктор ветеринарних наук, професор, завідувач кафедри анатомії і гістології Житомирського національного агроекологічного університету.

В.Хомич Лекції з цитології, ембріології та гістології свійських

тварин: Навчальний посібник...

Х76

ІSBN

У посібнику викладені сучасні дані про мікроскопічну та субмікроскопічну будову і функції соматичних клітин, тканин та органів свійських ссавців і птахів. Описані будова і розвиток статевих клітин, запліднення та ранні етапи ембріогенезу хребетних тварин.

УДК 619 : 013/.018.1:636(075)

ІSBN ББК 48Я7 © В. Хомич

5

Передмова

Навчальна дисципліна “Цитологія, гістологія, ембріологія” є фундаментальною у підготовці лікаря ветеринарної медицини. Разом з анатомією, фізіологією і біохімією вони формують у студентів необхідну базу для успішного засвоєння параклінічних і клінічних дисциплін.

Дисципліна “Цитологія, гістологія, ембріологія” включає чотири розділи: “Цитологія”, “Ембріологія”, “Загальна гістологія” і “Спеціальна гістологія”. Знання кожного із розділів дисципліни, завдяки новітнім методам досліджень, постійно доповнюються і оновлюються.

Для викладання дисципліни “Цитологія, гістологія, ембріологія” для студентів факультетів ветеринарної медицини у нашій країні відводиться на 25-30% менше аудиторних годин ніж у країнах, які приєдналися до Болонської угоди. Внаслідок цього викладачі цієї дисципліни в Україні не мають змоги під час аудиторних занять викласти студентам матеріал, у тому обсязі, як їх колеги із вище зазначених країн. У зв’язку з цим виникла необхідність підготовки і видання посібника у якому б у стислій формі були викладені сучасні знання з усіх розділів дисципліни.

Посібник написаний відповідно змісту базової програми дисципліни “Цитологія, гістологія, ембріологія” для підготовки бакалаврів напряму 6.110101“Ветеринарна медицина” у вищих навчальних закладах IIIV рівнів акредитації Міністерства аграрної політики Украї-

ни (2008 рік).

Посібник є компендіумом. У ньому використані матеріали з навчальних джерел, що наведені в списку рекомендованої літератури і монографій та оглядових статтей з цитології, ембріології та гістології тварин. З них же запозичені й ілюстративні матеріали.

При написанні посібника використана сучасна міжнародна гістологічна номенклатура.

Навчальний посібник “Лекції з цитології, ембріології і гістології свійських тварин” вперше видається у нашій країні. У зв’язку з цим автор посібника із вдячністю сприйме критичні зауваження щодо його змісту і стилю написання.

Автор

6

Лекція 1. Вступна лекція

Предмет вивчення дисципліни „Цитологія, гістологія, ембріологія” та її місце в системі біологічних і ветеринарних дисциплін. Значення цієї дисципліни для підготовки лікаря ветеринарної медицини. Історія розвитку цитології, гістології і ембріології. Гістологічні методи досліджень.

Дисципліна “Цитологія, гістологія, ембріологія” складається із чотирьох розділів: “Цитології”, “Загальної гістології”, “Спеціальної гістології” і “Ембріології”. Кожний із розділів має свій предмет ви-

вчення. Цитологія вивчає клітини, загальна гістологія – тканини,

спеціальна гістологія – мікроскопічну будову органів. Тісно пов`язана з попередніми розділами і ембріологія – наука про зародок. Це зумовлено тим, що структури організму (клітини, тканини, органи) вивчаються у процесі їх виникнення та розвитку. Таким чином, предметом вивчення цитології, гістології та ембріології є мікро- і субмікроскопічна будова структурних складників організму, та їх становлення в процесі ембріонального розвитку.

Цитологія, гістологія, ембріологія – це біологічна дисципліна. Вона тісно пов’язана майже із всіма біологічними дисциплінами і, насамперед, з анатомією, фізіологією і біохімією. Як відомо, анатомія вивчає форму органів, їх топографію та зовнішню і внутрішню будову, структури якої видимі неозброєним оком. Спеціальна ж гістологія вивчає мікроскопічну будову органів. При цьому виявляються структури органів, які не можна побачити неозброєним оком. Дані про ці структури суттєво доповнюють і поглиблюють знання про будову окремих органів та цілісного організму. Фізіологія – це наука про життєдіяльність організму, яка зумовлена функціями окремих органів, їх системами і апаратами. Функцію або функції органа забезпечують його структурно-функціональні одиниці, які можна побачити тільки за допомогою мікроскопа. Структурно-функціональні одиниці органів розглядають при вивченні загальної і спеціальної гістології. В основі життєдіяльності організму знаходиться обмін речовин, який має окремі етапи у тому числі і внутрішньотканинний. Внутрішньотканинний обмін речовин – це низка біохімічних реакцій, що відбуваються у структурах клітин і міжклітинної речовини, які є об`єктом вивчення біохімії. Особливості ж будови цих структур розкривають цитологія і загальна гістологія. У зв`язку з цим цитологія, гістологія, ембріологія, анатомія, фізіологія і біохімія є фундаментальними дисциплінами у підготовці лікаря ветеринарної медицини. Їх знання фор-

7

мують у студентів базу про будову організму тварин на різних рівнях його структурної організації, дають можливість зрозуміти їм механізми життєдіяльності організму в нормі.

Дисципліна „Цитологія, гістологія, ембріологія” має тісний зв`язок із дисциплінами, які безпосередньо формують лікаря ветеринарної медицини. Її знання необхідні для розуміння та успішного засвоєння патологічної анатомії, окремих розділів клінічної діагностики, хірургії, біотехнології, імунології, акушерства, гінекології, штучного осіменіння, офтальмології, радіобіології, вірусології, токсикології, паразитології, ветеринарної генетики тощо.

Історія розвитку цитології, гістології та ембріології. Станов-

лення кожної науки і, відповідно дисципліни, залежить від розвитку її методів досліджень. Це повною мірою стосується і гістології, цитології та ембріології. Для проведення цитологічних, гістологічних і ембріологічних досліджень необхідні мікроскопи. У зв`язку з цим успіхи становлення дисципліни залежали і залежать від розвитку оптики, конструювання мікроскопів і техніки мікроскопії.

В історії розвитку цитології, гістології та ембріології можна виділити три періоди: домікроскопічний, мікроскопічний і електрон- но-мікроскопічний. Домікроскопічний період простягався з сивої давнини до середини ХVІІ-го століття. В цей період мікроскопів не було і уявлення людей тих часів про тканини і органи базувались на їх фізичних властивостях. Вони ділили їх на рідкі, тверді, пухкі, червоні, білі, жовті, тонуть або не тонуть у воді тощо. За даними сучасної гістології, які базуються на світловій і електронній мікроскопії, такі уявлення були примітивними і не відображали будову тканин і органів. У цей же період, немікроскопічними дослідженнями Гіппократа (460–370 рр. до н.е.) і Арістотеля (384–322 рр. до н.е.) була започаткована ембріологія.

Мікроскопічний період починається з середини ХVІІ століття і триває до нині. В цей період, для вивчення рослинних і тваринних організмів, використовували і використовують світлові мікроскопи. Завдяки цим мікроскопам були започатковані власне гістологія, цитологія і спеціальна гістологія та мікроскопічна ембріологія.

Хто вперше і коли винайшов мікроскоп до цього часу точно не відомо. З цього приводу є багато версій, основними з яких є дві. Прихильники першої версії вважають, що вперше мікроскоп сконструювали у 1590 році голландські шліфувальники лінз для окулярів Ханс і Захарій Янсени. Але достовірних документальних підтверджень цього факту не має. Автори другої версії, більш правдоподібної, стверджують, що перший мікроскоп винайшов у 1609–1610 роках італійсь-

8

кий вчений Г.Галілей, який до цього сконструював підзорну трубу. Є відомості, що Г.Галілей подарував мікроскоп вченим римської „Академії прозорливих” і , які за його допомогою розглядали частинки засушених рослин і комах. Як точно називали перші мікроскопи невідомо. Термін „мікроскоп” першим ввів у практику в 1625 році німецький вчений І.Фабер.

Перші мікроскопи були примітивними, але їх постійно вдосконалювали. Вони набули широкого поширення в країнах Європи де їх, в основному, місцева знать використовувала з розважальною метою. Першим хто зрозумів і продемонстрував значення мікроскопа як інструмента наукових досліджень був англійський фізик Р.Гук, який також першим ввів у науку термін „клітина”. За допомогою удосконаленого ним мікроскопа він розглядав різні дрібні об`єкти і замальовував їх. Результати своїх спостережень він опублікував у 1665 році в монографії „Мікрографія або фізіологічний опис дрібних тіл, досліджених за допомогою мікроскопа”. Вони відкрили нову область вивчення будови об`єктів живої і неживої природи.

Після цього мікроскопи почали використовувати для вивчення рослинних і тваринних організмів. За їх допомогою було зроблено низку відкриттів, які в той час не одержали належної оцінки. Причинами цього були невисока якість мікроскопів і пануюча в той час у натурфілософії теорія преформації, яка стверджувала, що розвиток організму – це збільшення в розмірах його органів уже наявних у зародку. Незважаючи на те, що мікроскопи постійно удосконалювали їх недоліком була хроматична аберація, яка спотворювала зображення. Спроби запобігти її проводилися, але вони не мали успіху. Винайдення ахроматичного мікроскопа є пріоритетом вчених Петербурзької академії наук. Його теоретичну основу розробив академік Л.Ейлер (1771), а сконструював – академік Ф.Епінус (1784). Завдяки цьому мікроскопу зображення об`єктів досліджень є чіткими. На їх поверхні світлові промені не розкладаються на всі кольори веселки. Дослідники багатьох країн світу, використовуючи ахроматичні мікроскопи та їх модифікації для спеціальних досліджень, заклали основи сучасної цитології, гістології та мікроскопічної ембріології. Цьому сприяла також нова теорія розвитку – епігенезу, яку обґрунтував К.Ф.Вольф (1733– 1794) і, яка довела хибність теорії преформації. За цією теорією розвиток організму відбувається від простого до складного.

Особливо значний внесок у становлення цитології і гістології тварин зробив чеський вчений Я.Пуркіньє (1787–1869) та його учні. Він є одним з фундаторів мікроскопічної техніки. Його прізвищем назвали багато мікроструктур організму тварин, які він вперше описав.

9

Підґрунтям сучасної ембріології тварин стали наукові здобутки К.Ф.Вольфа, Г.Х.Пандера (1794–1865) і К.М.Бера (1792–1876), О.О.Ковалевського (1840–1901) та їх учнів.

Вагомий внесок у розвиток гістології і ембріології тварин зробили у ХVІІІ і ХІХ століттях наші вітчизняні вчені. Це П.Перемежко (1833–1894) – один із перших описав мітоз, О.Шумлянський (1748– 1795) – вперше описав капсулу і петлю нефрона, М.Тереховський (1740–1796) – експериментально довів неможливість самозародження. У ХХ столітті значну роль у становленні цитології, гістології і ембріології тварин мали наукові праці та підручники Є.Ф.Лисицького (1873– 1955), П.О.Ковальського (1905–1983), Г.С.Крок (1910–1996),

О.Г.Безносенка (1905–1976), О.І.Кононського, П.М.Мажуги та їх учнів.

Нову еру в цитологічних і гістологічних дослідженнях започаткувала електронна мікроскопія. Її ідею і конструкцію електронного мікроскопа розробили у 1928–1931 роках Е.Руска, М.Кнолль та Б.Боріє. За допомогою електронного мікроскопа можна одержати збільшення об`єктів досліджень у десятки і сотні тисяч разів. Завдяки цьому мікроскопу були відкриті нові структури клітин, суттєво поглиблені знання про будову вже відомих частин клітин та міжклітинної речовини.

Методи досліджень. Для цитологічних, гістологічних і ембріологічних досліджень використовують різноманітні методи досліджень. При цьому обов`язково застосовують спеціальний прилад – мікроскоп. У зв`язку з цим ці методи називають мікроскопічними.

Залежно від стану об`єкта досліджень методи поділяють на прижиттєві і посмертні.

Найбільш вживані прижиттєві методи – це метод культур тканин, метод прозорих камер і метод з використанням мікроскопів – ілюмінаторів. Метод культур тканин дає змогу спостерігати ріст і розмноження клітин. За допомогою методу прозорих камер, які вставляють у вушну раковину кроля прослідковується ріст кровоносних і лімфатичних судин. Метод з використанням мікроскопівілюмінаторів застосовується, переважно, в навчальній роботі. За його допомогою можна спостерігати рух крові в кровоносних судинах брижі кишечнику дрібних тварин.

Посмертні методи досліджень найбільш поширені. Вони дають змогу виготовити постійні гістологічні препарати, які використовують у навчальній та науковій роботі. На цих препаратах вивчають будову клітин, тканин і органів.

10

Процес виготовлення постійного гістологічного препарату включає в себе низку етапів: одержання матеріалу, його фіксація, промивання, обезводнення та ущільнення, виготовлення зрізів з ущільненого матеріалу, фарбування зрізів, обезводнення і просвітлення зафарбованих зрізів, заведення зафарбованих зрізів у бальзам.

Матеріал для виготовлення препаратів відбирають відразу після смерті тварин. Із органів, гострим лезом вирізують шматочки розміром 1х1х0,5 см, які етикетують. На етикетці відмічають господарство (власника), якому належала тварина, вид тварини, орган, з якого були відібрані зразки і час відбору. Матеріал для виготовлення гістопрепаратів можна відбирати і від живих тварин шляхом біопсії.

Для збереження клітинної та тканинної будови відібраного матеріалу його необхідно піддати фіксації (консервації). Розрізняють фізичні і хімічні методи фіксації. Фізичні методи використовують рідко. Вони передбачають швидке заморожування відібраного матеріалу з подальшим його висушуванням у вакуумі. Хімічні методи найбільш поширені. При цьому для фіксації використовують хімічні фіксуючі речовини – фіксатори. До них ставляться такі вимоги. Вони повинні добре проникати у відібраний матеріал, швидко коагулювати або осаджувати білки і не здійснювати негативний вплив на подальшу обробку матеріалу. Для фіксації використовують скляний або глиняний посуд. Об`єм фіксуючої рідини повинен у 20 разів перевищувати об`єм матеріалу відібраного для фіксації. Мінімальний термін фіксації становить 24 години.

Фіксуючі речовини ділять на прості і складні. Найбільш поши-

реними простими фіксуючими рідинами є 5–15%-й водний розчин нейтрального формаліну, 96º або абсолютний етиловий спирт, ацетон, 1–2%-й розчин осмієвої кислоти і насичений розчин пікринової кислоти.

Складні фіксуючі речовини включають декілька діючих речовин. Серед складних фіксуючих речовин найчастіше використовують рідину Карнуа (етиловий спирт, хлороформ, льодяна оцтова кислота), рідину Орта (дистильована вода, формалін, калію біхромат, натрію сульфат) і суміш Буена (пікринова кислота, льодяна оцтова кислота, формалін).

Вибір фіксуючої речовини залежить від мети та завдань досліджень, виду матеріалу, хімічних властивостей речовин і терміну виготовлення препаратів.

Після фіксації матеріал промивають. Мета промивання – це видалення із фіксованого матеріалу фіксуючих речовин. Залежно від виду фіксатора, промивання здійснюють проточною водопровідною

11

водою або етиловим спиртом. Останнім промивають матеріал, який фіксувався речовинами, які містять пікринову кислоту і рідиною Карнуа. Термін промивання залежить від розмірів шматочків відібраного матеріалу. Він може бути від 24 до 48 годин.

Промитий матеріал зневоднюють (дегідратація). Мета зневоднення – видалити з матеріалу воду. Якщо матеріал фіксували етиловим спиртом його зневоднення не проводять. Зневоднення здійснюють спиртами зростаючої міцності (50º, 70º, 80º, 90º, 96° і абсолютний спирт). У кожному із спиртів матеріал витримують від однієї до 12 год, що залежить від його розмірів.

Із зневодненого матеріалу не можна виготовити якісні зрізи, оскільки він не щільний і недостатньо пружний. Для виготовлення зрізів матеріал необхідно ущільнити – просочити ущільнюючими речовинами (залити). Для ущільнення найбільш часто використовують парафін і целоїдин. Як відомо, целоїдин і парафін розчиняються у спеціальних розчинниках (ксилол, толуол, хлороформ, ефір). У зв`язку з цим для успішного проведення ущільнення матеріал необхідно попередньо просочити цими розчинниками. Вони ж і витісняють із матеріалу спирт. Ущільнення матеріалу проводять не чистими парафіном і целоїдином. З цією метою готують суміші парафіну з ксилолом, або з хлороформом чи толуолом (1:1), а також розчини целоїдину в етиловому спирті та диетиловому ефірі.

Після ущільнення матеріал заливають у парафін або целоїдин і одержують блоки, які фіксують до дерев`яних брусочків. Брусочки, завдовжки 2,5 см, завширшки – 1,5 і завтовшки 1,0 см бажано вирізати із твердих порід дерева.

Із виготовлених блоків роблять зрізи на спеціальному приладі, який називається мікротом. Є два основні типи мікротомів. На мікротомах першого типу готують зрізи із парафінових і целоїдинових блоків. Мікротоми другого типу – заморожувальні. На них готують зрізи із замороженого матеріалу.

До складу мікротомів обов`язково входять такі компоненти: станина, тримач ножа, механізм мікроподачі, тримач блока, мікротомний ніж і механізм, який забезпечує рух тримача ножа.

Виготовлені зрізи наносять на предметні скельця. Останні попередньо миють у мильному розчині, висушують і обезжирюють етиловим спиртом.

Наступним етапом виготовлення постійного препарату є фарбування зрізів. Завдяки цьому в препаратах диференціюються структури клітин і тканин, які мають здатність сприймати певні барвники (зафарбовуватись у певний колір). Перед фарбуванням із зрізів необ-

12