Ответы к экзамену по цитологии и гистологии
1.История создания и современное состояние клеточной теории
Цитология - наука о клетке (citos - клетка), изучающая строение и функции клеток, а так же функции отдельных клеточных органоидов. Наука появилась во второй половине XVII века благодаря использованию микроскопа.
В 1665 году Роберт Гук построил микроскоп и рассмотрел срез пробковой ткани. Мальпиги и Грю подтвердили открытия Гука. В 1680 году Левенгук построил микроскоп, который увеличивал в 300 раз. В 1831 году Браун открыл ядро. В 1939 - 1940 годах считали, что растения состоят из клеток, которые возникают из студенистого вещества цитобластемы путем кристаллизации. Маттиас Шлейден и Теодор Шван проводили микроскопические исследования о соответствии структуры и роста растений и животных: "Все растения и животные состоят из клеток", "Клетки возникают из цитобластемы".
В настоящее время клеточная теория приобрела несколько иной вид:
1) Клетка - элементарная частица (единица) живого.
2) Клетки разных органов гомологичны по своему строению.
3) Размножение клеток происходит путем деления исходной клетки.
4) В многоклеточных органах клетки объединены в систему тканей и органов и связаны между собой гуморальной, межклеточной и нервной формами регуляции.
Гомологичность - сходство, определяемое общностью происхождения.
2. Микроскопическое строение вестибулярного аппарата
Вестибулярный аппарат (vestibulum - преддверие) - орган, воспринимающий изменения положения головы и тела в пространстве и направление движения тела у позвоночных животных и человека; часть внутреннего уха.
Описание рисунка: 1 - барабанная перепонка; 2 - евстахиева труба; 3 - стремя; 4 - лицевой нерв; 5 - ампулярный аппарат; 6 - отолитовый аппарат утрикулюса; 7 - водопровод преддверия; 8 - отолитовый аппарат саккулюса; 9 - вестибулярная часть слухового нерва; 10 - улитковая часть слухового нерва; 11 - улитка.
Вестибулярный аппарат - сложный рецептор вестибулярного анализатора. Структурная основа вестибулярного аппарата - комплекс скоплений реснитчатых клеток внутреннего уха, эндолимфы, включенных в неё известковых образований - отолитов и желеобразных купул в ампулах полукружных каналов. Из рецепторов равновесия поступают сигналы двух типов: статические (связанные с положением тела) и динамические (связанные с ускорением). И те и другие сигналы возникают при механическом раздражении чувствительных волосков смещением либо отолитов (или купул), либо эндолимфы. Обычно отолит имеет большую плотность, чем окружающая его эндолимфа, и поддерживается чувствительными волосками. При изменении положения тела изменяется направление силы, действующей со стороны отолита на чувствительные волоски.
Исследования на рыбах показали, что эффективной раздражающей силой, действующей на чувствительный эпителий, служит составляющая, направленная параллельно поверхности эпителия (так называемое срезывающее усилие). Вероятно, такова причина раздражения волосковых клеток и у других позвоночных.
Раздражающим воздействием для полукружных каналов служит ускорение движения всего тела или головы, действующее в плоскости каждого канала. Вследствие разной инерции эндолимфы и купулы при ускорении происходит смещение купулы, а сопротивление трения в тонких каналах служит демпфером (глушителем) всей системы. Овальный мешочек (утрикулюс) играет ведущую роль в восприятии положения тела и, вероятно, участвует в ощущении вращения. Круглый мешочек (саккулюс) дополняет овальный и, по-видимому, необходим для восприятия вибраций.
Передача возбуждения вестибулярным аппаратом в мозг осуществляется вестибулярной ветвью слухового нерва. Центры вестибулярной функции связаны с мозжечком, ядрами глазодвигательных нервов и центрами вегетативной нервной системы. Высшие корковые центры вестибулярного аппарата расположены в височной области больших полушарий головного мозга. При раздражении рецепторов вестибулярного аппарата возникает ряд рефлексов (изменение тонуса мышц шеи, туловища и конечностей), позволяющих сохранить равновесие при изменении положения тела. Эти рефлексы сопровождаются подёргиванием глаз и вегетативными реакциями. У человека при сильных раздражениях вестибулярного аппарата развивается симптомокомплекс укачивания (головокружение, нарушение сердечной деятельности, ритма дыхания, тошнота, рвота), характерный, например, для морской болезни. При частых повторениях сильных вестибулярных раздражений реакция на них ослабевает. На этом основана вестибулярная тренировка, применяемая при физической подготовке моряков, лётчиков, космонавтов и так далее. Тренировка вестибулярного аппарата включает движения, раздражающие его (наклоны, повороты, прыжки, упражнения на батуте, перекладине и тому подобное), а также повторное воздействие на организм угловых и прямолинейных ускорений с помощью вращающихся установок (центрифуги), качелей.
3. Основные методы гистологических исследований.
Изучения живых клеток на стекле (in vitzo) - выделение клеток из определенных частей организма и выращивание на питательных средах.
Методы микрохирургии:
- пересаживания ядра от одной клетки к другой;
- обработка клетки специальными веществами;
- получение объединения клеток, у которых сливаются ядра и получается гетерокарион (клетка, содержащая два и более ядер), в котором объединяют ядра различных организмов - например, человека и мыши).
Объединение изучения клеток и тканей под световым микроскопом. Изучать мертвые клетки и ткани можно из структуры взаимоотношений в различном возрасте и в различном функциональном состоянии.
Изготовление гистологического препарата:
1) Взятие кусочка ткани.
2) Фиксация (чтобы удержать на одном местах) 4% раствором формальдегида-формалина.
3) Заливка в парафин (с удалением H2O).
4) Помещение зафиксированных кусочков ткани в спирты повышенной концентрации CuSO4∙5H7O, прокатка испарениями H2O пока пар не станет белым, остальная жидкость и есть 100% спирт.
5) Вытеснение спирта ксилолом.
6) Помещение ткани в жидкий парафин, после затвердевания парафина вырезают кусок ткани микротомом - столиком прибора, который позволяет получить тонкие срезы из ткани (не больше и не меньше 5 - 8 мкм).
7) Окрашивание (красители - водные и спиртовые растворы) и заключение препарата, затем парафин снова необходимо удалить, поэтому все проводят с конца - окраска препарата с последующим его помещением в пихтовый бальзам.
Самые распространенные красители:
1) Иозин - кислый краситель (окраска оксифильных веществ).
2) Гемотоксилин - основный краситель (окраска базофильных веществ).
Цитохимические и гистохимические методы. Основаны на специфичной разности между химическим реактивом и субстратом. Методы позволяют выявлять ионализацию ДНК, РНК, белков, углеводов, липидов, аминокислот, витаминов, ферментов. Например, для выявления РНК используется галлацианин с основными свойствами.
4. Микроскопическое строение внутреннего уха млекопитающих.
Внутреннее ухо содержит орган равновесия и орган слуха, представлено мембранным и костяным лабиринтами. Мембранный лабиринт расположен внутри полой системы костяного лабиринта, является органом чувства, заполнен водянистой жидкостью, которая называется эндолимфой. Похожая жидкость, которая называется перилимфой, находится между мембранным лабиринтом и стенкой костяного лабиринта. Тонкие складки кожи на завитках канала улитки образуют как бы лестницу. Она называется основной мембраной, и содержит около 15000 сенсорных клеток. Каждая из таких клеток на верхушке имеет чувствительный волосок. Чувствительные клетки соединяются нервными волокнами с головным мозгом. Вибрации стремена передаются эндолимфе. Движение эндолимфы заставляет колебаться волоски, которые покрывают сенсорные клетки. Эта стимуляция чувствительных клеток преобразуется в электрические сигналы, которые затем передаются по слуховому нерву в центр слуха в головном мозге. Различные типы звуков возбуждают различные чувствительные клетки. Например, высокий звук возбуждает не те клетки, которые возбуждает низкий звук. Млекопитающие имеют возможность различать высоту звука. Чем старше млекопитающее становятся, тем тяжелее для него различать звук высокой частоты.
Кортиев орган - специфическая рецепторная часть во внутреннем ухе млекопитающих, в которой происходит преобразование звуковых волн в электрические импульсы и нервное возбуждение. Кортиев орган получил название по имени итальянского анатома Альфонсо Корти, описавшего его.
В костном лабиринте - наружной стенке завитка улитки располагается перепончатый лабиринт, имеющий треугольную форму. Он заключен между лестницей преддверия и барабанной лестницей. В улитковом перепончатом лабиринте находятся ограничивающие его стенки:
- наружная, состоящая из спиральной связки - утолщения надкостницы и сосудистой полоски - многорядного эпителия с сосудами;
- барабанная стенка с базиллярной пластинкой и кортиевым органом;
- преддверная стенка, отделяющую канал улитки от пред дверной лестницы.
В центре Кортиевого органа находится треугольное отверстие - кортиев туннель, образованный клетками столбов. По бокам от них расположены поддерживающие клетки, а на последних - волосковые клетки. Над волосковыми клетками - покровная (текторальная) мембрана - желатинозное спиральное образование. Спиральная костная пластинка содержит в своей толще спиральный ганглий с телами нейронов, отростки которых формируют слуховой нерв. Коргиев орган:
5. Состав и свойства цитоплазмы эукариотических клеток.
Цитоплазма - (от греч. Органон - орудие, инструмент и эйдос - постоянный) внутренняя среда живой клетки, ограниченная тонкой оболочкой - плазматической мембраной. Через клеточную мембрану вещества могут проникать в клетку, или быть выведены из нее в окружающую среду.
Схема строения типичной клетки животного:
Описание рисунка: 1 - Ядрышко; 2 - Ядро; 3 - Рибосома; 4 - Везикула; 5 - Шероховатая эндоплазматическая сеть; 6 - Аппарат Гольджи; 7 - Клеточная стенка; 8 - Гладкая эндоплазматическая сеть; 9 - Митохондрия; 10 - Вакуоль; 11 - Цитоплазма; 12 - Лизосома; 13 – Центросома.
Цитоплазма включает в себя:
1) гиалоплазму (цитозоль) - основное прозрачное вещество цитоплазмы, которая содержит:
а) обязательные клеточные компоненты - органеллы:
- митохондрии обеспечивают клетку энергией, что позволяет называть их энергетическими станциями клетки; питательные вещества, которые поступают в клетку (глюкоза, жир), сгорают внутри митохондрий в присутствии кислорода, энергия, которая при этом выделяется, запасается в виде АТФ (аденозинтрифосфата) и используется клеткой во время работы для проведения метаболитических процессов или сокращения мышц;
- эндоплазматическая сеть - система уплощенных мембран, которые пронизывают цитоплазму и исполняет функцию транспорта веществ;
- рибосомы могут быть обнаружены на поверхности эндоплазматической сети или в свободном состоянии в цитоплазме; с помощью РНК (рибонуклеиновой кислоты), которая содержится в рибосомах, происходит синтез белка, который затем транспортируется заключенным в небольшие мешочки (пузырьки), которые образованы мембраной эндоплазматической сети;
- аппарат Гольджи служит для поглащения и выделения веществ, разделен на поглощающую и выделяющую часть; белки, синтезированные на рибосомах, попадают в аппарат Гольджи с одной стороны, а затем покидают клетку с противоположной; аппарат Гольджи дополнительно обезвреживает опасные для клетки вещества;
- лизосомы образуются из эндоплазматической сети и аппарата Гольджи; с помощью ферментов они переваривают чужеродные тела и уже неработоспособные органеллы;
- центриоли в парное количестве играют важную роль при делении клетки;
б) различные непостоянные структуры - включения.
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТИПА КЛЕТКИ:
2) метаплазму содержит большое количество фибрилл:
- миофибриллы, которые находятся в мышечных клетках;
- нейрофибриллы - в нервных клетках;
- тонофибриллы - в соединительной ткани;
3) параплазму (термин "параплазма" используется для обозначения живых, активных клеток) содержит продукты метаболизма:
- жиры;
- углеводы;
- соединения, которые являются или резервными, или подлежат удалению из клетки.
В состав цитоплазмы входят:
- все виды органических и неорганических веществ;
- нерастворимые отходы обменных процессов;
- запасные питательные вещества.
Основное вещество цитоплазмы - вода (60%).
Цитоплазма постоянно движется, перетекает внутри живой клетки, перемещая вместе с собой различные вещества, включения и органоиды. Это движение называется циклозом. В ней протекают все процессы обмена веществ.
Цитоплазма способна к росту и воспроизведению и при частичном удалении может восстановиться. Однако нормально функционирует цитоплазма только в присутствии ядра. Без него долго существовать цитоплазма не может, так же как и ядро без цитоплазмы.
Важнейшая роль цитоплазмы заключается в объединении всех клеточных структур (компонентов) и обеспечении их химического взаимодействия.
6. Микроскопическое строение задней стенки глаза млекопитающих.
Задняя стенка глаза включает в себя следующие слои:
Склера - слой соединительной ткани с пучками коллагеновых волокон, между которыми лежат уплощенные фибробласты.
Сосудистая оболочка. Здесь лежат сосуды и крупные пигментированные клетки - хроматофоры.
Ниже лежит сетчатка, состоящая из10 слоев:
1 - слой пигментного эпителия;
2 - слой палочек и колбочек;
3 - тонкая глиальная пластинка (наружная глиальная пограничная мембрана);
4 - наружный ядерный (зернистый) слой;
5 - наружный сетчатый слой (состоит из волокон нервных клеток смежных слоев);
6 - внутренний ядерный (зернистый) слой;
7 - внутренний сетчатый слой (состоит из волокон нервных клеток смежных слоев, образующих синапсы);
8 - ганглионарный слой (здесь лежат клетки, сходные с клетками ганглиев; их немиелинизированные аксоны образуют следующий слой; отсутствие миелина и шванновских оболочек способствует их прозрачности);
9 - слой нервных волокон (аксоны ганглиозных клеток идут параллельно поверхности задней стенки глаза к месту выхода зрительного нерва и образуют сам нерв);
10 - внутренняя глиальная пограничная мембрана (состоит из отростков глиальных клеток и их базальной мембраны).
7. Цитоскелет, элементы и функции.
Цитоскелет (цитоматрикс) - это совокупность фибриллярных компонентов пронизывающих цитоплазму эукариотических клеток. Цитоскелет - сложная трехмерная сеть белковых нитей, которая обеспечивает способность эукариотических клеток сохранять определенную форму, а также осуществлять направленные и координированные движения как самих клеток, так и отдельных органелл.
Основные типы фибрилл в составе цитоскелета:
1) Актиновые филаменты - микрофиламенты 7 нм в диаметре, представляющие собой две цепочки полимеров актина, закрученные спиралью. В основном они сконцентрированы у внешней мембраны клетки.
Функции актиновых филаментов:
- форма клетки;
- образовывание выступов на поверхности клетки (псевдоподии и микроворсинки);
- участие в межклеточном взаимодействии;
- участие в передаче сигналов;
- участие вместе с миозином в мышечном сокращении;
- участие в подвижности клетки;
- поддержание формы клеток;
- цитокинез.
2) Микротрубочки - полые цилиндры 25 нм диаметром, стенки которых составлены из 13 протофиламентов, каждый из которых представляет линейный полимер из димера белка тубулина. Димер состоит из двух субъединиц - альфа- и бета- формы тубулина.
Функции микротрубочек:
- внутриклеточный транспорт ("рельсы", по которым перемещаются молекулярные моторы - кинезин и динеин);
- основа аксонемы ундилиподий;
- веретено деления при митозе и мейозе.
3) Промежуточные филаменты - микрофиламенты диаметром 8 - 11 нм, состоящие из разного рода субъединиц и являюшиеся наименее динамичной частью цитоскелета. Промежуточные филаменты пронизывают всю цитоплазму от плазматической мембраны, с которой они ассоциируют через такие белки, как десмоплакин и анкирин, до ядерного матрикса через ламины.
Функции филаментов промежуточных:
- межклеточные взаимодействия и в организации тканевой структуры;
- перенос механической и молекулярной информации от поверхности в ядро и/или обратно.
4) Примембранный цитоскелет. Впервые открыт в эритроцитах - после разрушения мембраны, вызванного экстракцией липидов неионными детергентами, остается плотная ячеистая структура, сохраняющая форму эритроцита.
Функции примембранного цитоскелета:
- механическая функция;
- участие в ряде регуляторных процессов, в том числе в передаче сигналов.
Каждый тип цитоскелетных структур образует в клетке собственную систему со своими основными и минорными белками. Эти системы не являются абсолютно независимыми, а взаимодействуют друг с другом и с другими компонентами клетки - мембраной, ядром, органеллами. Цитоскелет - высокодинамичная система цитоплазмы. Многие структуры цитоскелета могут легко разрушатться и вновь возникать, меняя свое расположение или морфологию. В основе этих особенностей цитоскелета лежат реакции полимеризации-деполимеризации основных структурных цитоскелетных белков и их взаимодествие с другими белками, как структурными, так и регуляторными. Интегрирующим звеном, объединяющим разные части клетки и обеспечивающим передачу сигналов как внутри одной клетки, так и между разными клетками, является цитоскелет.
Функции цитоскелета:
1) Поддержание формы клетки.
2) Осуществление всех типов клеточных движений.
3) Участие в регуляции метаболической активности клетки.
8. Макрофаги. Происхождение и выполняемые функции.
Макрофаги (гистиоцит-макрофаг / гистофагоцит / макрофагоцит / мегалофаг) - (от греч. makros - большой, phagos - пожиратель) - полибласты, долгоживущие клетки с хорошо развитыми митохондриями и шероховатым эндоплазматическим ретикулумом мезенхимальной природы в животном организме, способные к активному захвату и перевариванию бактерий, остатков погибших клеток и других чужеродных или токсичных для организма частиц. Термин "макрофаги" введён Мечниковым.
Макрофаги:
1) моноциты крови;
2) гистиоциты соединительной ткани;
3) эндотелиальные клетки капилляров кроветворных органов;
4) купферовские клетки печени;
5) клетки стенки альвеол лёгкого (лёгочные макрофаги) и стенки брюшины (перитонеальные макрофаги).
Макрофаги образуются из промоноцитов костного мозга , которые после дифференцировки в моноциты крови задерживаются в тканях в виде зрелых макрофагов, где и формируют систему мононуклеарных фагоцитов. Особенно высоко их содержание в печении медулярных синусах лимфатических узлов.
Активными фагоцитарными свойствами обладают также клетки ретикулярной ткани кроветворных органов, объединяемые с макрофагами в ретикуло-эндотелиальную (макрофагическую) систему, выполняющую в организме защитную функцию.
Функции макрофагов:
1) Фагоцитоз (неиммунный и иммунный).
2) Взаимодействие с цитокинами.
3) Переработка и представление антигена T-клеткам.
4) Макрофаги вырабатывают:
- ферменты,
- некоторые белки сыворотки,
- кислородные радикалы,
- простагландины и лейкотриены,
- цитокины (интерлейкины, фактор некроза опухолей и другие).
5) Макрофаги секретируют:
- лизоцим,
- нейтральные протеазы,
- кислые гидролазы,
- аргиназу,
- многие компоненты комплемента,
- ингибиторы ферментов (антиактиватор плазминогена, альфа2-макроглобулин),
- транспортные белки (трансферрин, фибронектин, транскобаламин II),
- нуклеозиды и цитокины (ФНО альфа, ИЛ-1, ИЛ-8, ИЛ-12).
ИЛ-1 выполняет много важных функций:
- воздействуя на гипоталамус, вызывает лихорадку;
- стимулирует выход нейтрофилов из костного мозга;
- активирует лимфоциты и нейтрофилы.
ФНОальфа (кахектин) - пироген:
- во многом дублирует действие ИЛ-1;
- играет важную роль в патогенезе септического шока, вызванного грамотрицательными бактериями;
- под влиянием ФНОальфа резко увеличивается образование макрофагами и нейтрофилами перекиси водорода и других свободных радикалов;
- при хроническом воспалении ФНОальфа активирует катаболические процессы и тем самым способствует развитию кахексии - симптома многих хронических заболеваний.
6) Макрофаги продуцируют:
- активные формы кислорода,
- производные арахидоновой кислоты,
- фактор активации тромбоцитов,
- хемокины,
- колониестимулирующие факторы,
- факторы, стимулирующие пролиферацию фибробластов и разрастание мелких сосудов.
7) Макрофаги регулируют пролиферацию лимфоцитов, разрушают опухолевые клетки, вирусы и некоторых бактерий. В уничтожении внутриклеточных паразитов макрофагам принадлежит ключевая роль. Для этого они сливаются в гигантские клетки, которые под влиянием провоспалительных цитокинов объединяются в гранулемы. Образование гигантских клеток, возможно, регулирует интерферон гамма. Основная функция макрофагов сводится к борьбе с теми бактериями, вирусами и простейшими, которые могут существовать внутри клетки-хозяина, при помощи мощных бактерицидных механизмов, которыми обладают макрофаги.
8) Макрофаги отвечают за индукцию толерантности.
9) Макрофаги удаляют из крови иммунные комплексы и другие иммунологически активные вещества (при аутоиммунных заболеваниях).
10) Макрофаги участвуют в заживлении ран, удалении отживших клеток и образовании атеросклеротических бляшек.Таким образом, макрофаги являются одним из орудий врожденного иммунитета. Кроме того макрофаги наряду с B - и T-лимфоцитами участвуют и в приобретенном иммунном ответе, являясь "дополнительным" типом клеток иммунного ответа: макрофаги являются фагоцитирующими клетками, чья функция - "проглатывание" иммунногенов и процессирование их для представления T-лимфоцитам в форме, пригодной для иммунного ответа.
9. Структура клеточной мембраны эукариотической клетки и транспорт веществ через нее
Клеточная мембрана (плазмалемма / плазматическая мембрана) - биологическая мембрана, окружающая протоплазму живой клетки. Толщина мембраны составляет около 10 нм.
Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов трех классов:
- фосфолипиды,
- гликолипиды,
- холестерол.
Молекулы фосфолипидов и гликолипидов имеют гидрофильную ("головка") и гидрофобную ("хвост") часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные - экспонированы наружу.
Холестерол придает мембране жесткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим - более жесткие и хрупкие. Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой затруднен.
Биологическая мембрана может включать и различные протеины:
- интегральные (пронизывающие мембрану насквозь),
- полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой),
- поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны).
Некоторые протеины являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных протеинов выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.
|