WITAMY NA KURSIE HISTOLOGII

W XIX wieku...
WITAMY NA
KURSIE
HISTOLOGII
W XXI wieku...
„Histologia to nauka
o mikroskopowej budowie
komórek, tkanek i narządów”
Nasz kurs:
„Histologia to nauka o
powiązaniach struktury
mikroskopowej,
submikroskopowej
i molekularnej komórek, tkanek
i narządów z ich funkcją”
Dział: techniki mikroskopowe
Poprzez badanie funkcji komórek
i tkanek, histologia jest częściowo
zintegrowana z:
• fizjologią
• immunologią
• biochemią
• biologią molekularną
Dział: podstawy histologii tkanek i narządów
Podstawowe narzędzie
badawcze: mikroskop
METODY PRZYGOTOWANIA MATERIAŁU
BIOLOGICZNEGO DO BADAŃ W MIKROSKOPIE
ŚWIETLNYM – cz. I
Źródła wiedzy...
www.histologia.cm-uj.krakow.pl
• regulamin kursu
• prezentacje wykładowe
• materiały uzupełniające
• ogłoszenia
• wyniki egzaminu
• repetytorium praktyczne (obrazy
preparatów)
wydanie z 2011 r.
1
.
TYPY PREPARATÓW:
• skrawki
• szlify (z tkanek zmineralizowanych)
• rozmazy (z płynów ustrojowych
i zawiesin komórkowych)
• rozgnioty
• odciski
• preparaty całościowe
• hodowle komórkowe
PREPARAT MIKROSKOPOWY:
• przejrzysty (cienki)
• zabarwiony (skontrastowany)
• dobrze zachowana struktura
PIERWSZY CEL: UTRWALENIE
(dobre zachowanie struktury)
Przygotowanie materiału biologicznego
do badań mikroskopowych obejmuje kilka
etapów, z których każdy służy osiągnięciu
pewnego celu
Co osiągamy przez utrwalenie materiału:
• zapobieżenie autolizie poprzez inaktywację enzymów
• wytrącenie i zachowanie niektórych substancji
rozpuszczalnych
• wstępne utwardzenie materiału
UTRWALANIE:
Chemiczne
• aldehydy (formalina, ald. glutarowy)
immersyjne
DRUGI CEL:
UTWARDZENIE I KROJENIE
(tylko dla skrawków)
Przepojenie substancją
utwardzającą (zatapianie)
• parafina
• celoidyna
• żywice akrylowe
• alkohole (metanol, etanol)
• ketony (aceton)
• kwasy (octowy, pikrynowy)
• związki metali ciężkich (sublimat,
czterotlenek osmu)
Utrwalacze proste i złożone
Fizyczne:
• mikrofale (często w kombinacji
Zamrożenie
z utrwalaczem chemicznym)
perfuzyjne
2
Parafina, celoidyna i część żywic to substancje
niepolarne (nie rozpuszczają się w wodzie).
Przygotowywany materiał trzeba zatem stopniowo
przeprowadzić ze środowiska polarnego (wodny
roztwór utrwalacza) do niepolarnego
(1) Odwadnianie – (alkohol etylowy lub aceton – szereg
roztworów o wzrastającym stężeniu)
(2) Płyny pośrednie – rozpuszczalne zarówno
w środowisku odwadniającym jak i w substancji
używanej do zatapiania
- dla parafiny: rozpuszczalniki organiczne (ksylen,
benzen, chloroform)
- dla celoidyny: roztwór alkoholu i eteru, octan amylu
(3) Zatapianie
Utrwalone próbki tkanek umieszcza się
w specjalnych „kasetkach”
i przeprowadza przez kolejne płyny
albo ręcznie, albo automatycznie
w tzw. procesorach tkankowych
Zestalenie zatopionego materiału:
ZAMRAŻANIE (technika mrożeniowa)
• parafina – ochłodzenie
• celoidyna – odparowanie rozpuszczalnika
• żywice – polimeryzacja
Podczas zamrażania woda w materiale biologicznym
ulega krystalizacji.
Tworzy się „bloczek” z zatopionym materiałem,
który można kroić na skrawki
Najmniejsze kryształki, nie uszkadzające struktury
komórek i tkanek tworzą się przy bardzo szybkim
zamrożeniu do bardzo niskiej temperatury.
Dlatego do zamrażania stosujemy:
• ciekłe gazy (azot, hel)
• zestalony CO2 (tzw. suchy lód)
• zamrożoną listwę metalową w kriostacie
Można zamrażać i kroić materiał nieutrwalony – technika
mrożeniowa umożliwia najszybsze uzyskanie preparatów
DO KROJENIA SKRAWKÓW SŁUŻĄ MIKROTOMY
Podczas krojenia skrawków parafinowych tworzy się „wstęga”
Mikrotom rotacyjny do skrawków parafinowych
• stolik przedmiotowy
• nóż
• mechanizm przesuwu
stolika względem noża
skrawki parafinowe: 2-10 µm
skrawki z żywic: 0.5-2.0 µm
3
Kriostat służy do krojenia skrawków z zamrożonego
materiału
Mikrotom umieszczony
w komorze o regulowanej
temperaturze ujemnej
HISTOLOGIA OGÓLNA (TKANKI)
Elementy składowe tkanki:
• komórki (o podobnym pochodzeniu,
zbliżonej strukturze i funkcji)
• substancja międzykomórkowa
(produkowana przez komórki)
Temperatura krojenia:
od -15°C do -25°C
skrawki mrożeniowe:
4-10 µm
Główne rodzaje tkanek
zwierzęcych:
• tkanka nabłonkowa
• tkanka łączna
• tkanka mięśniowa
• tkanka nerwowa
FORMY:
• wyściółki (pokrywające zewnętrzne
i wewnętrzne powierzchnie organizmu)
• gruczoły (zespoły komórek nabłonkowych
pełniących funkcje wydzielnicze)
Tkanka nabłonkowa
Nabłonki nie zawierają naczyń krwionośnych!
FUNKCJE:
• ochronna (np. naskórek)
• resorbcyjna (np. nabłonek jelitowy)
• wydzielnicza (np. gruczoły)
• regulacja transportu przez nabłonek (np. śródbłonek
wyścielający naczynia krwionośne)
• zmysłowa (np. kubki smakowe)
W obrębie jednego nabłonka mogą występować różne typy komórek
pełniące różne funkcje
KLASYFIKACJA
NABŁONKÓW
Nabłonek jednowarstwowy płaski
• liczba
warstw: - jednowarstwowe
- wielowarstwowe
• kształt
komórek: - płaskie
- sześcienne
- walcowate
Główne funkcje:
kontrola transportu
W klasyfikacji należy zawsze
uwzględniać oba kryteria
W nabłonkach wielowarstwowych
kształt komórek dotyczy
warstwy powierzchniowej
Przykładowa lokalizacja:
naczynia (śródbłonek),
pęcherzyki płucne (pneumocyty),
opłucna i otrzewna (międzybłonek)
4
Nabłonek jednowarstwowy
sześcienny
Nabłonek jednowarstwowy
walcowaty
Główne funkcje:
wchłanianie, wydzielanie
Przykładowa lokalizacja:
kanaliki nerkowe,
gruczoły i ich przewody
Główne funkcje:
wchłanianie, wydzielanie,
kontrola transportu, ochrona
Przykładowa lokalizacja:
przewód pokarmowy,
drogi żółciowe,
żeńskie drogi rozrodcze,
duże przewody wyprowadzające
gruczołów
Nabłonek wieloszeregowy
(wielorzędowy)
Nabłonek wielowarstwowy płaski
Odmiany:
• nierogowaciejący (wszystkie komórki
nabłonka żywe)
• rogowaciejący (komórki warstwy
powierzchniowej martwe, przekształcone
w sztywne płytki)
Odmiana nabłonka jednowarstwowego
walcowatego - komórki różnej wysokości
(niekiedy różne typy komórek)
i/lub jądra na różnych poziomach,
ale wszystkie komórki mają podstawy
na tym samym poziomie (przylegają
do blaszki podstawnej)
Główne funkcje:
ochrona, wydzielanie,
funkcja zmysłowa
Główne funkcje:
ochrona
Przykładowa lokalizacja:
drogi oddechowe, najądrze,
kubki smakowe
Nabłonek przejściowy
(urotelium)
Przykładowa lokalizacja:
• nierogowaciejący: jama ustna, przełyk,
rogówka oka
• rogowaciejący: naskórek
Inne nabłonki wielowarstwowe
(rzadkie)
wielowarstwowy
na powierzchni komórki
baldaszkowate:
• niekiedy dwujądrzaste
• połączenia ścisłe i mechaniczne
• specyficzna szczytowa błona
komórkowa zawierająca sztywne
białkowe płytki (białko uroplakina)
Główne funkcje:
ochrona (szczelny - bariera
osmotyczna, bardzo
rozciągliwy)
Lokalizacja:
drogi moczowe
TYP
dwuwarstwowy
sześcienny
FUNKCJA
kontrola
transportu
wielowarstwowy ochronna,
sześcienny lub
wydzielnicza
walcowaty
PRZYKŁADY LOKALIZACJI
przewody wyprowadzające gruczołów
potowych
rejony przejściowe pomiędzy nabłonkiem
wielowarstwowym płaskim a jednowarstwowym,
walcowatym (nagłośnia, odbyt), spojówka,
męska cewka moczowa, przewody
wyprowadzające dużych gruczołów
5
Komórki nabłonkowe są spolaryzowane (biegunowe):
mają powierzchnię szczytową, boczną i przypodstawną
Odnowa i regeneracja nabłonków
Powierzchnia szczytowa:
- mikrokosmki,
- migawki,
- białka transportowe
Powierzchnia boczna:
- połączenia
międzykomórkowe
- kanaliki
międzykomórkowe
Wszystkie nabłonki mają zdolność do szybkiej odnowy i zawierają
niezróżnicowane komórki macierzyste
• w nabłonkach jednowarstwowych „stare” komórki obumierają na drodze
apoptozy i są zastępowane przez komórki różnicujące się z komórek
macierzystych
• w nabłonkach wielowarstwowych komórki stale migrują z warstw
podstawnych do powierzchniowych, gdzie ulegają złuszczeniu
Powierzchnia przypodstawna:
- połączenia komórka – substancja międzykomórkowa
- białka transportowe
- prążkowanie przypodstawne
Mikrokosmki
Struktury występujące na szczytowej powierzchni komórek
nabłonkowych:
mikrokosmki
• nieregularne
• zawierają wiązki filamentów aktynowych
• bardzo liczne, regularne =
brzeżek szczoteczkowy
stereocylia
filamenty
aktynowe
rzęski (migawki)
to wypustki cytoplazmy pokryte błoną komórkową
i zawierające elementy cytoszkieletu
Stereocylia
Funkcja: zwiększają powierzchnię
błony, ułatwiając wchłanianie
(brzeżek szczoteczkowy jest
typowy dla nabłonków resorbcyjnych)
sieć
krańcowa
Rzęski (migawki)
to długie i grube mikrokosmki występujące na powierzchni
niektórych komórek nabłonkowych (w najądrzu, nasieniowodzie
i uchu wewnętrznym)
ciałko podstawne
korzonek
• łodyga - część wystająca ponad powierzchnię,
zawiera aksonemę (układ mikrotubul)
• ciałko podstawne (= centriola)
• korzonek - wiązka włókienek białkowych
6
Układ mikrotubul w aksonemie:
9 obwodowych dubletów
2 mikrotubule centralne
Skoordynowany ruch (metachronia)
licznych rzęsek tworzących tzw.
brzeżek migawkowy transportuje
po powierzchni nabłonka różne obiekty:
neksyna
• śluz z przylepionymi cząstkami
pyłów w drogach oddechowych
• oocyty w jajowodzie
• plemniki w męskich drogach
rozrodczych
Ruch rzęsek generuje mechanoenzym dyneina, która przesuwa
względem siebie pary mikrotubul, powodując czynne zgięcie rzęski.
Elastyczna neksyna odpowiada za fazę bierną ruchu (powrót).
Połączenia
międzykomórkowe
Strefa zamykająca
Strefa zamykająca (połączenie ścisłe)
- połączenia ścisłe:
strefa zamykająca (zonula occludens)
Strefa przylegania
Desmosom
- połączenia mechaniczne:
strefa przylegania (zonula adhaerens)
desmosom
- połączenia komunikacyjne:
połączenie szczelinowe (neksus)
Połączenie szczelinowe
Błony sąsiadujących komórek
są połączone za pośrednictwem
stykających się ze sobą białek
transbłonowych (białka łączące)
Białka łączące: klaudyny i okludyny
Połączenia mogą występować
między komórkami wszystkich tkanek
Strefa: połączenie w formie ciągłego pasa otaczającego komórkę
Strefa zamykająca jest wzmocniona
poprzez połączenie z filamentami
aktynowymi
W mechanicznych połączeniach międzykomórkowych połączone są nie
tylko błony komórkowe, ale również elementy cytoszkieletu (poprzez
białka pośredniczące)
(pośredniczące)
jony
uczestniczące
w połączeniu
filament
aktynowy
białko ZO
klaudyna
lub okludyna
Funkcje:
• uszczelnienie przestrzeni międzykomórkowych (kontrola transportu)
• bariera dla ruchu białek błonowych
(polaryzacja komórki)
transbłonowe
białka łączące
7
Desmosom
Strefa przylegania
filamenty
aktynowe
białka
pośredniczące
białka łączące: kadheryny
strefa
przylegania
białka
łączące
białka łączące:
desmogleiny
płytka desmosomowa
zbudowana z białek pośredniczących
filamenty pośrednie
Forma lokalna: punkt przylegania
Połączenie szczelinowe (neksus)
Komórki tworzą również połączenia mechaniczne
z substancją międzykomórkową (kontakty lokalne, półdesmosomy)
filamenty
aktynowe
filamenty
pośrednie
jednostka:
konekson
białka
pośredniczące
białka
łączące:
koneksyny
białka łączące: integryny
Kontakt lokalny
Półdesmosomy
Funkcja: umożliwia bezpośrednie przechodzenie substancji
niskocząsteczkowych (jonów, cząsteczek sygnałowych, ATP)
pomiędzy połączonymi komórkami
Kompleksy połączeń międzykomórkowych
Połączenia szczelinowe
umożliwiają:
• bezpośrednie przewodzenie bodźców
elektrycznych między komórkami
• szybką wymianę sygnałów
chemicznych między komórkami
• synchronizację procesów
metabolicznych i różnicowania
(sprzężenie metaboliczne)
Listewki graniczne (w niektórych
nabłonkach jednowarstwowych):
• strefa zamykająca
• strefa przylegania
• desmosom
Wstawki (pomiędzy komórkami
mięśnia sercowego):
Zamknięcie koneksonów i przerwanie komunikacji między komórkami
następuje w warunkach zagrażających komórce (spadek pH, nadmierny
wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia jonów Ca2+).
• strefy przylegania
• desmosomy
• neksusy
8
Prążkowanie przypodstawne
Blaszka podstawna - jedyna forma substancji międzykomórkowej
w tkance nabłonkowej
komórka nabłonkowa
• głębokie fałdy przypodstawnej
błony komórkowej, zwiększające jej
powierzchnię
• w fałdach pionowo ułożone
mitochondria
Funkcja: aktywny transport
jonów przez błonę komórkową
blaszka jasna
blaszka ciemna
Białka:
• laminina
• kolagen IV
• entaktyna
integryny
błona komórkowa
Proteoglikany:
• perlekan
Składniki blaszki
podstawnej tworzą
molekularną sieć
Funkcje blaszki podstawnej:
• przytwierdza nabłonek do podłoża (poprzez połączenie z integrynami
komórek nabłonkowych)
• uczestniczy w regulacji przechodzenia substancji
wysokocząsteczkowych do rejonu podnabłonkowego (filtr)
• ukierunkowuje migrację komórek w procesach rozwoju i regeneracji
Blaszki podstawne są też wytwarzane przez komórki innych tkanek
Błona podstawna (w niektórych nabłonkach):
blaszka podstawna + dodatkowa warstwa włóknisto-siatkowata
wytworzona przez tkankę łączna (fibryle z kolagenu III, VII, fibryliny)
komórka nabłonkowa
blaszka
podstawna
błona
podstawna
• wewnątrzwydzielnicze:
wydzielają do przestrzeni
międzykomórkowej,
skąd wydzielina (hormon) dostaje się
do naczyń krwionośnych,
a z krwią do odległych narządów
(np. przysadka, tarczyca, nadnercza)
Nie posiadają przewodów
wyprowadzających, nie są
podzielone na jednostki
wydzielnicze (wyjątek:
tarczyca)
kolagen IV
laminina
entaktyna
perlekan
Gruczoły - zespoły komórek nabłonkowych
o specjalizacji wydzielniczej
Klasyfikacja:
• zewnątrzwydzielnicze:
kierują wydzielinę do określonego
miejsca przez przewody
wyprowadzające (np. ślinianki,
trzustka, małe gruczoły w ścianie
przewodu pokarmowego, dróg
oddechowych, w skórze).
Posiadają jednostki (odcinki)
wydzielnicze i przewody
wyprowadzające. Od każdego
odcinka wydzielniczego odchodzi
przewód wyprowadzający.
Morfologiczna klasyfikacja gruczołów zewnątrzwydzielniczych
1. Ze względu na kształt
jednostek (odcinków)
wydzielniczych:
• cewkowe
• pęcherzykowe
cewkowy
2. Ze względu na układ odcinków
wydzielniczych i przewodów wyprowadzających:
• proste (nierozgałęziony
odcinek wydzielniczy,
pojedynczy przewód
wyprowadzający)
• rozgałęzione
(rozgałęziony odcinek
wydzielniczy)
• złożone
(rozgałęziony układ
przewodów
proste
rozgałęziony
wyprowadzających)
pęcherzykowy
złożony
9
Klasyfikacja gruczołów zewnątrzwydzielniczych
ze względu na sposób wydzielania
1. Wydzielanie merokrynowe
(ekrynowe) = egzocytoza
Tak wydziela większość gruczołów
2. Wydzielanie apokrynowe
Wydzielina lipidowa, nieotoczona błoną.
Od szczytowych części komórek odrywają się
pęcherzyki zawierające wydzielinę.
Gruczoły apokrynowe (zapachowe) skóry,
gruczoł mlekowy
3. Wydzielanie holokrynowe
Komórki gromadzą wydzielinę, obumierają
i rozpadają się na fragmenty.
Gruczoły łojowe
10