Die Histologie (das altgriechische ἱστός , „Stoff“ und λόγος , „Diskurs“), früher bekannt als mikroskopische Anatomie , ist der Zweig der Biologie und Medizin , der das biologische Gewebe untersucht . Es liegt an der Schnittstelle von Zellbiologie , Anatomie , Biochemie und Physiologie . Ziel ist es, die Struktur lebender Organismen , die konstitutiven und funktionellen Beziehungen zwischen ihren Funktionselementen sowie die Erneuerung von Geweben zu erforschen . Sie beteiligt sich an der Erforschung pathologischer Prozesse und deren Auswirkungen.
Die Anfänge der Histologie sind dem Aufkommen des Mikroskops im 17. Jahrhundert zu verdanken, obwohl dieser Begriff erst zwei Jahrhunderte später auftaucht. Es wird erstmals 1819 von Mayer (en) und Heusinger verwendet.
Der Italiener Marcello Malpighi , Medizinprofessor in Bologna und Pisa , gilt als Begründer der Histologie. Die Disziplin war zunächst empirisch, dank der Verbesserung einfacher Mikroskope , die dann vor kurzem erfunden wurden und die Untersuchung von Dünnschliffen ermöglichten.
Den Begriff des biologischen Gewebes verdanken wir einer Arbeit von Xavier Bichat , dem Vertrag über Membranen im Allgemeinen und über verschiedene Membranen im Besonderen (1799). Gewebe werden dann als Sätze von Zellen mit ähnlichen morphologischen Merkmalen definiert. Ihre Klassifizierung ist dann einfach:
Diese frühen Studien lieferten eine große Menge an Informationen über die biologischen Strukturen, die für die Entwicklung von LED - Zelltheorie von Matthias Jakob Schleiden und Theodor Schwann in 1838 . Der Begriff Histologie wurde erstmals 1819 von Mayer (in) und Heusinger verwendet.
Die Verbindung der Zelltheorie und der Entwicklung des achromatischen Lichtmikroskops brachte die grundlegende Revolution in der Histologie. Nach dem Zweiten Weltkrieg spielten Forscher des Rockefeller Institute for Medical Research in New York eine grundlegende Rolle bei der Beschreibung von Zell- und Gewebe-Ultrastrukturen mit Hilfe der Elektronenmikroskopie. In den 1970er und 1980er Jahren wurde eine molekulare Histologie eingeführt, die insbesondere zu einer Erneuerung der Nomenklatur und einer Verfeinerung der morphologischen Beschreibung führte.
Die Techniken der Zellbiologie , der Molekularbiologie des Klonens und der Molekulargenetik haben ein besseres Verständnis der Zellfunktion und Zellinteraktionen ermöglicht. Wenn also die Zelle die grundlegende Einheit der Struktur lebender Organismen darstellt, stellt sie sich als sehr komplexes Ganzes heraus. Die moderne Histologie betrachtet die Zelle daher als fundamentale funktionelle Einheit.
Das Königreich Animalia enthält vielzellige Organismen, die heterotroph und beweglich sind (obwohl einige sekundär einen sessilen Lebensstil angenommen haben ). Die meisten Tiere haben einen Körper, der in verschiedene Gewebe unterteilt ist: Sie sind Eumetazoen . Sie haben eine innere Verdauungskammer mit einer oder zwei Öffnungen; die Gameten werden in mehrzelligen Geschlechtsorganen produziert und Zygoten enthalten in ihrer Embryonalentwicklung ein Blastozystenstadium . Metazoen umfassen keine Schwämme, die undifferenzierte Zellen haben.
Im Gegensatz zu Pflanzenzellen haben tierische Zellen keine Zellwände oder Chloroplasten. Die Vakuolen sind , wenn vorhanden, zahlreicher und viel kleiner als in der Pflanzenzelle. Das Gewebe des Körpers besteht aus vielen Arten von Zellen, einschließlich denen der Muskeln, Nerven und der Haut. Jedes besteht im Allgemeinen aus einer aus Phospholipiden gebildeten Membran, einem Zytoplasma und einem Kern. Alle verschiedenen Zellen eines Tieres stammen aus den embryonalen Keimblättern. Die einfacheren Wirbellosen, die aus zwei Keimblättern von Ektoderm und Endoderm gebildet werden , werden als Diploblasten bezeichnet, und höher entwickelte Tiere, deren Strukturen und Organe aus drei Keimblättern gebildet werden, werden als Triploblasten bezeichnet . Alle Gewebe und Organe eines triploblastischen Tieres stammen aus den drei Keimblättern des Embryos: Ektoderm, Mesoderm und Endoderm.
Tierische Gewebe bilden vier Grundtypen: Binde-, Epithel-, Muskel- und Nervengewebe.
Das Bindegewebe ist faserig und besteht aus Zellen, die in einem anorganischen Material, der extrazellulären Matrix , dispergiert sind . Bindegewebe formt Organe und hält sie an Ort und Stelle. Die Haupttypen sind lockeres Bindegewebe, Fettgewebe, faseriges Bindegewebe, Knorpel und Knochen. Die extrazelluläre Matrix enthält Proteine, von denen das wichtigste und häufigste Kollagen ist . Kollagen spielt eine wichtige Rolle bei der Organisation und Erhaltung von Geweben. Die Matrix kann modifiziert werden, um ein Skelett zu bilden, das den Körper stützen oder schützen soll. Ein Exoskelett ist eine dicke und starre Kutikula, die durch Mineralisierung wie bei Krebstieren oder durch die Vernetzung ihrer Proteine wie bei Insekten versteift ist. Ein Endoskelett ist intern und bei allen entwickelten Tieren sowie bei vielen Tieren mit einfacherer Struktur vorhanden.
Das Epithelgewebe besteht aus dicht gepackten Zellen, die durch Zelladhäsionsproteine mit geringem Interzellularraum miteinander verbunden sind. Epithelzellen können Plattenepithelzellen (flach), quaderförmig oder säulenförmig sein. Sie basieren auf einer Basallamina , der obersten Schicht der Basalmembran . Die untere Schicht ist die retikuläre Lamina, die sich neben dem Bindegewebe in der von Epithelzellen sezernierten extrazellulären Matrix befindet . Es gibt viele verschiedene Arten von Epithel, die modifiziert werden, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. In den Atemwegen gibt es eine Art Flimmerepithel-Bedeckung; im Dünndarm befinden sich Mikrovilli auf der Epithelauskleidung und im Dickdarm befinden sich Darmzotten. Die Haut besteht aus einer äußeren Schicht geschichteten, keratinisierten Plattenepithels , die das Äußere des Körpers von Wirbeltieren bedeckt. Die Keratinozyten machen bis zu 95 % der Hautzellen aus. Epithelzellen an der äußeren Körperoberfläche sezernieren normalerweise eine extrazelluläre Matrix in Form einer Kutikula. Bei einfachen Tieren kann es eine einzelne Schicht von Glykoproteinen sein. Bei höher entwickelten Tieren werden viele Drüsen aus Epithelzellen gebildet.
Die Myozyten bilden das aktive kontraktile Gewebe des Körpers. Die Funktion des Muskelgewebes besteht darin, Kraft zu erzeugen und Bewegung zu verursachen, sei es Fortbewegung oder Bewegung in inneren Organen. Muskeln bestehen aus kontraktilen Filamenten und werden in drei Haupttypen unterteilt: glatte Muskulatur, Skelettmuskulatur und Herzmuskel. Glatte Muskulatur zeigt unter dem Mikroskop keine Streifen. Es zieht sich langsam zusammen, zeichnet sich aber durch eine starke Dehnbarkeit aus. Es ist zum Beispiel in den Tentakeln von Seeanemonen und den Körperwänden von Seegurken zu sehen . Die Skelettmuskulatur zieht sich schnell zusammen, aber ihr Ausdehnungsbereich bleibt begrenzt. Es ist in der Bewegung der Anhängsel und Kiefer sichtbar. Der quergestreifte Muskel liegt zwischen den beiden anderen. Es besteht aus gestaffelten Filamenten und ermöglicht es Regenwürmern, sich langsam auszudehnen oder schnelle Kontraktionen durchzuführen. Bei Säugetieren treten quergestreifte Muskeln in Bündeln auf, die zur Bewegung an Knochen befestigt sind, und sind oft in gegenüberliegenden Gruppen angeordnet. Glatte Muskeln finden sich in den Wänden der Gebärmutter, der Blase, des Darms, des Magens, der Speiseröhre, der Atemwege und der Blutgefäße. Der Herzmuskel ist nur im Herzen vorhanden, wodurch er sich zusammenziehen und Blut durch den Körper pumpen kann.
Das Nervengewebe besteht aus vielen Nervenzellen, sogenannten Neuronen , die Informationen übermitteln. Bei einigen radialsymmetrischen und sich langsam bewegenden Meerestieren wie Ctenophoren und Nesseltieren (einschließlich Seeanemonen und Quallen) bilden die Nerven ein Nervennetzwerk, bei den meisten Tieren sind sie jedoch in Längsrichtung zu Bündeln organisiert. Bei einfachen Tieren lösen Rezeptorneuronen in der Körperwand eine lokale Reaktion auf einen Reiz aus. Bei komplexeren Tieren senden spezialisierte Rezeptorzellen wie Chemorezeptoren und Photorezeptoren Nachrichten über neuronale Netze an andere Körperteile. Neuronen können in Ganglien miteinander verbunden sein . Bei Säugetieren sind spezialisierte Rezeptoren die Basis der Sinnesorgane und es gibt ein zentrales Nervensystem (Gehirn und Rückenmark) und ein peripheres Nervensystem . Letztere besteht aus sensorischen Nerven, die Informationen von den Sinnesorganen übermitteln, und motorischen Nerven, die die Zielorgane beeinflussen. Das periphere Nervensystem ist in zwei Teile unterteilt: das somatische Nervensystem , das Empfindungen überträgt und willkürliche Muskeln steuert, und das autonome Nervensystem , das unwillkürlich die glatte Muskulatur, bestimmte Drüsen und innere Organe, einschließlich des Magens, steuert.
Es gibt viele histologische Techniken.
Die Proben, was auch immer sie sind, müssen mit größter Sorgfalt durchgeführt werden, da ihre Qualität direkt die Studienmöglichkeiten bestimmt.
Es gibt auch ausgefeiltere Probenahmetechniken: durch Exzision, Mikrodissektion. Proben werden häufig während einer Operation entnommen und direkt im Operationssaal als extemporaner Kryostat untersucht .
Um die Probe in einem Zustand zu halten, der dem in vivo- Zustand möglichst nahe kommt , können zwei Konservierungsmittel verwendet werden:
Organe, die zu groß sind, um das für die optische Mikroskopie benötigte Licht durchzulassen, müssen immer noch mit einem Gerät namens Mikrotom in extrem dünne Scheiben geschnitten werden. Dazu werden sie je nach gewünschter Profildicke mit Paraffin oder Harz beschichtet. Je nach Konservierungs- und Ausdünnungsmethode gibt es verschiedene Schnittarten:
| Erhaltung | Aufnahme | Schnittstärke |
|---|---|---|
| Einfrieren (bei -20 ° C ) | OKT | 5 bis 100 μm |
| Polymerisation von Proteinen | Paraffin | 5 μm |
| Polymerisation von Proteinen und Lipiden | Harz | 1 bis 0,05 µm |
Abschnitte von 0,05 μm werden elektronenmikroskopisch analysiert , während die anderen durch optische Mikroskopie beobachtet werden .
Biologische Gewebe weisen an sich nur sehr wenig Kontrast auf, sowohl optische Mikroskopie als auch Elektronenmikroskopie . Die Farbgebung dient sowohl der Kontraststeigerung als auch der besonderen Hervorhebung der einen oder anderen Struktur.
Empirische FleckenViele Färbetechniken wurden zufällig entdeckt. In einigen Fällen ist der spezifische Zusammenhang zwischen der Färbung und der Beschaffenheit des Gewebes derzeit noch nicht bekannt (Ionenladungen der Farbstoffmoleküle, Größe der Farbstoffmoleküle?). Unter diesen Techniken sind die Trichome und die Van-Gieson-Methode (Eisen-Hämatoxilin, Pikrinsäure, Säurefuchsin) zu nennen.
Von Histochemie spricht man, wenn die Färbung auf bekannten chemischen Reaktionen zwischen Laborreagenzien und Bestandteilen des untersuchten Gewebes beruht. Bei der Färbung von Hämatoxylin-Eosin beispielsweise bindet das Eosin, das eine Säure ist , bevorzugt an basische Moleküle und ermöglicht so die Färbung der Zytoplasmazelle (Pflanze oder Tier), während das Hämatoxylin , das eine Base ist , Zellkerne färbt , indem es bevorzugt an Nukleinsäuren bindet . Die Periodic Acid-Shiff (PAS)-Färbung ermöglicht die Färbung vieler Kohlenhydrate durch Aufbrechen der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Brücken von 1,2-Glykolen durch Periodsäure, die ein Oxidationsmittel ist. Beim Aufbrechen dieser Brücken entstehen Dialdehyde, die mit dem Shiff-Reagens (Fuchsin, Schwefelsäure) zu einer leuchtend magentafarbenen Verbindung reagieren.
Die Gewebeverteilung bestimmter spezifischer Enzyme kann an frischen Schnitten untersucht werden, indem ein spezifisches Substrat für dieses Enzym hinzugefügt wird . Das Enzym reagiert dann mit diesem Substrat zu einem primären Reaktionsprodukt, das unlöslich ist und das durch eine sofort oder nachträglich aufgebrachte Färbung nachgewiesen werden kann. Da die meisten enzymatischen Systeme während der Fixierung zerstört werden, werden enzymatische histochemische Verfahren am häufigsten an Gefrierschnitten durchgeführt. Diese Techniken ermöglichen den Nachweis einer Vielzahl von Enzymen, die in bestimmten Geweben pathologisch exprimiert werden.
HistoradiographieGewebeproben können durch Röntgentechniken gefärbt werden. Die beiden häufigsten Anwendungen sind das Markieren von Zellen in der S-Phase der Mitose durch Einbau während der DNA-Replikation von Thymidin- tritiiertem und in-situ-Hybridisierung . Die Markierung kann durch Sichtbarmachung der Silberkörner, die durch die Reaktion radioaktiver Strahlung auf einer fotografischen Platte gebildet wurden, auf einem Dunkelfeldmikroskop sichtbar gemacht werden. Diese Technik wird in der Regel durch die Immunhistochemie ersetzt.
Spezifische Antikörper werden verwendet, um sich im histologischen Schnitt an ein Molekül anzuheften. Diese polyklonalen Antikörper, die in Tieren aus dem gereinigten Protein hergestellt werden, tragen einen meist fluoreszierenden Marker . Dies wird Immunfluoreszenz genannt. Diese Technik neigt dazu, die Historadiographie verschwinden zu lassen. Die Proben werden dann unter einem Fluoreszenzmikroskop untersucht.
Derzeit basiert die Zellklassifizierung auf der Gruppierung von Zellen auf der Grundlage ihrer primären Funktion. Unten ist die funktionelle Klassifizierung von tierischen Zellen.
Ein Gewebe ist eine Ansammlung von Zellen, die auf eine bestimmte Weise organisiert sind. Eine Ansammlung von Zellen, die alle die gleiche Struktur haben, bildet ein einziges Gewebe . In den meisten Fällen liegt eine Mischung aus verschiedenen Zellen und extrazellulärer Matrix vor. Dies bildet ein zusammengesetztes Gewebe .
Gewebe bilden zusammen Organe, die in einem Apparat (oder System) stattfinden. Ein Organ ist daher eine anatomisch unterschiedliche Gruppe von Geweben verschiedener Art, die bestimmte Funktionen erfüllen. Ein Gerät ist eine Gruppe von Zellen oder Organen, die ähnliche oder verwandte Funktionen haben.
| Gruppe von Zellen | Epithelzellen | Stützzellen | Kontraktile Zellen | Nervenzellen | Keimzellen | Blutzellen | Immunzellen | Endokrine Zellen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Beispiel | Hautepithel. vaskuläre Endothel | Unterstützendes Bindegewebe. Knorpel . Knochengewebe | Muskulös | Zentrales Nervensystem . Periphäres Nervensystem | Sperma . Eizellen | Rote Blutkörperchen . weiße Blutkörperchen | Lymphoides Gewebe. Tonsillen . Weißes Milzpulpa | Schilddrüse . Nebenniere . Endokrine Bauchspeicheldrüse . |
| Funktion | Barriere, Absorption, Sekretion | Erhaltung der Struktur des Organismus | Bewegungen | Direkte Mobilfunkkommunikation | Reproduktion | Sauerstofftransport, Körperabwehr | Abwehr des Körpers | Indirekte Mobilfunkkommunikation |