Цитология

Большая медицинская энциклопедия
Автор: Я. Е. Хесин

Цитология – наука о строении, функциях и развитии клеток животных и растений, а также одноклеточных организмов и бактерий.

Этимология термина цитология: (греч. язык) kytos - вместилище, клетка + logos учение.

Цитологические исследования имеют существенное значение для диагностики заболеваний человека и животных.

Различают общую и частную цитологию.

Общая цитология (биология клетки) изучает общие для большинства типов клеток структуры, их функции, метаболизм, реакции на повреждение, патологические изменения, репаративные процессы и приспособление к условиям среды.

Частная цитология исследует особенности отдельных типов клеток в связи с их специализацией (у многоклеточных организмов) или эволюционной адаптацией к среде обитания (у протистов и бактерий).

Развитие цитологии исторически связано с созданием и усовершенствованием микроскопа и гистологических методов исследования. Термин «клетка» впервые был применен B. Hooke (1665 год), описавшим клеточное строение (точнее – целлюлозные оболочки клеток) ряда растительных тканей. В XVII веке наблюдения Гука были подтверждены и развиты М. Мальпиги и N. Grew, (1671 год), A. Левенгуком. В 1781 году F. Fontana опубликовал рисунки животных клеток с ядрами.

В первой половине XIX веке начало формироваться представление о клетке как об одной из структурных единиц организма. В 1831 г. R. Brown обнаружил в клетках растений ядро, дал ему наименование «nucleus» и предположил о наличии этой структуры у всех растительных и животных клеток. В 1832 г. В. С. Dumortier, а в 1835 г. H. Mohl наблюдали деление растительных клеток. В 1838 г. М. Шлейден описал ядрышко в ядрах растительных клеток.

Распространённость клеточного строения в животном царстве была показана исследованиями R. J. Н. Dutrochet (1824), F. V. Raspail (1827), школ Я. Пуркинье и И. Мюллера. Я. Пуркинье первым описал ядро животной клетки в 1825 году, разработал способы окраски и просветления клеточных препаратов, применил термин «протоплазма», был одним из первых, кто попытался сопоставить структурные элементы животных и растительных организмов (1837).

В 1838-1839 гг. Т. Шванн сформулировал клеточную теорию, в которой клетка рассматривалась как основа строения, жизнедеятельности и развития всех животных и растений. Концепция Т. Шванна о клетке как о первой ступени организации, обладающей всем комплексом свойств живого, сохранила свое значение и в паст настоящее время.

Превращению клеточной теории в универсальное биологическое учение способствовало раскрытие природы простейших. В 1841-1845 гг. С. Th. Siebold сформулировал понятие об одноклеточных животных и распространил на них клеточную теорию.

Важным этапом в развитии цитологии было создание Р. Вирховом учения о целлюлярной патологии. Он рассматривал клетки как материальный субстрат болезней, что привлекло к их изучению не только анатомов и физиологов, но и патологов. Р. Вирхов также постулировал происхождение новых клеток только из предсуществующих. В значительной мере под влиянием трудов Р. Вирхова и его школы начался пересмотр взглядов на природу клеток. Если ранее важнейшим структурным элементом клетки считалась её оболочка, то в 1861 г. М. Schultze дал новое определение клетки как «комочка протоплазмы, внутри которого лежит ядро»; то есть ядро окончательно было признано обязательной составной частью клетки. В том же 1861 г. Е. W. Brucke показал сложность строения протоплазмы.

Обнаружение органоидов клетки – клеточного центра, митохондрий, комплекса Гольджи, а также открытие в клеточных ядрах нуклеиновых кислот способствовали установлению представлений о клетке как о сложной многокомпонентной системе. Изучение процессов митоза [Е. Strasburger (1875); П. И. Неремежко (1878); В. Флемминг (1878)] привело к открытию хромосом, установлению правила видового постоянства их числа (К. Rabl, 1885] и созданию теории индивидуальности хромосом (Th. Boveri, 1887). Эти открытия наряду с изучением процессов оплодотворения, биологическую сущность которого выяснил О. Гертвиг (1875), фагоцитоза, реакций клеток на раздражители способствовали тому, что в конце 19 в. цитология становится самостоятельным разделом биологии. J. В. Carnoy (1884) впервые ввел понятие «биология клетки» и сформулировал представление о цитологии как науке, изучающей форму, структуру, функцию и эволюцию клеток.

Большое влияние на развитие цитологию оказало установление Г. Менделем законов наследования признаков и последующая трактовка их, данная в начале 20 в. Эти открытия привели к созданию хромосомной теории наследственности и формированию в цитологии нового направления – цитогенетики, а также кариологии.

Крупным событием в науке о клетке стала разработка метода культуры тканей и его модификаций – метода однослойных культур клеток, метода органных культур фрагментов ткани на границе питательной среды и газовой фазы, метода культуры органов или их фрагментов на оболочках куриных эмбрионов, в тканях животных или в питательной среде. Они дали возможность в точение длительного времени наблюдать за жизнедеятельностью клеток вне организма, детально изучать их движение, деление, дифференцировку и др. Особенно широкое распространение получил метод однослойных клеточных культур [Youngner, 1954], сыгравший большую роль в развитии не только цитологии, но и вирусологии, а также в получении ряда противовирусных вакцин. Прижизненному изучению клеток в большой степени способствует микрокиносъемка, фазово-контрастная микроскопия, люминесцентная микроскопия, микрургия, витальная окраска. Эти методы позволили получить много новых сведений о функциональном значении ряда клеточных компонентов.

Введение в цитологию количественных методов исследования привело к установлению закона видового постоянства размеров клеток [Driesch 1899], уточненного впоследствии Е. М. Вермелем и известного как закон постоянства минимальных клеточных размеров. W. Jacobi (1925) обнаружил феномен последовательного удвоения объема ядер клеток, что во многих случаях соответствует удвоению числа хромосом в клетках. Были выявлены также изменения размеров ядер, связанные с функциональным состоянием клеток как в нормальных условиях [A. Benninghoff, 1950], так и при патологии (Я. Е. Хесип, 1967).

Методы химического анализа в цитологии начал применять ещё в 1825 г. Распай. Однако решающее значение для развития цитохимии имели работы L. Lison (1936), D. Glick (1949), A. G. Е. Реаrse (1953). Большой вклад в развитие цитохимии внесли также Б. В. Кедровский (1942, 1951), А. Л. Шабадаш (1949), Г. И. Роскин и Л. Б. Левинсон (1957).

Разработка методов цитохимического выявления нуклеиновых кислот, в частности реакции Фейльгена и метода Эйнарсопа, в сочетании с цитофотометрией позволили в значительной мере уточнить представления о трофике клеток, о механизмах и биологическом значении полиплоидизации (В. Я. Бродский, И. В. Урываева, 1981).

В первой половине 20 в. начинает выясняться функциональная роль внутриклеточных структур. В частности, работами Д. Н. Насонова (1923) было установлено участие комплекса Гольджи в формировании секреторных гранул. G. Ноgeboom в 1948 году доказал, что митохондрии являются центрами клеточного дыхания. Н. К. Кольцов впервые сформулировал представление о хромосомах как носителях молекул наследственности, а также ввел в цитологию понятие «цитоскелет».

Научно-техническая революция середины XX века привела к бурному развитию цитологии и пересмотру ряда её представлений. С помощью электронной микроскопии было изучено строение и во многом раскрыты функции ранее известных органоидов клеток, открыт целый мир субмикроскопических структур. Эти открытия связаны с именами К. R. Porter, Н. Ris, W. Bernhard и других выдающихся ученых. Изучение ультраструктуры клеток позволило разделить весь живой органический мир на эукариот и прокариот.

Развитие молекулярной биологии показало принципиальную общность генетического кода и механизмов синтеза белка на матрицах нуклеиновых кислот для всего органического мира, включая царство вирусов. Новые методы выделения и изучения клеточных компонентов, развитие и усовершенствование цитохимических исследований, особенно цитохимии ферментов, применение радиоактивных изотопов для изучения процессов синтеза клеточных макромолекул, внедрение методов электронной цитохимии, применение меченных флюорохромами антител для изучения с помощью люминесцентного анализа локализации индивидуальных клеточных белков, методы препаративного и аналитического центрифугирования значительно расширили границы цитологии и привели к стиранию чётких граней между цитологией, биологией развития, биохимией, молекулярной биофизикой и молекулярной биологией.

Из чисто морфологической науки недавнего прошлого современная цитология развилась в экспериментальную дисциплину, постигающую основные принципы деятельности клетки и через нее – основы жизни организмов. Разработка методов пересадки ядер в энуклеированные клетки J. В. Gurdon (1974), соматической гибридизации клеток G. Barsk (1960), Н. Harris (1970), В. Ephrussi (1972) дала возможность изучить закономерности реактивации генов, определить локализацию многих генов в хромосомах человека и приблизиться к решению ряда практических задач медицины (например, к анализу природы малигнизации клеток), а также народного хозяйства (например, получение новых сельскохозяйственных культур и др.). На базе методов гибридизации клеток была создана технология получения стационарных антител гибридных клеток, продуцирующих антитела заданной специфичности (моноклональные антитела). Их уже используют для решения ряда теоретических вопросов иммунологии, микробиологии и вирусологии. Начинается применение этих клонов для усовершенствования диагностики и лечения ряда болезней человека, изучения эпидемиологии инфекционных болезней и др. Цитологический анализ взятых у больных клеток (нередко после их культивирования вне организма) имеет значение для диагностики некоторых наследственных болезней (например, пигментной ксеродермы, гликогенозов) и изучения их природы. Намечаются также перспективы применения достижений цитологии для лечения генетических болезней человека, профилактики наследственной патологии, создания новых высокопродуктивных штаммов бактерий, повышения урожайности растений.

Многогранность проблем исследования клетки, специфика и разнообразие методов её изучения обусловили в настоящее время формирование в цитологии шести основных направлений:

1. Цитоморфологии, изучающей особенности структурной организации клетки, основными методами исследования которой служат различные способы микроскопии как фиксированной (светооптическая, электронная, поляризационная микроскопия), так и живой клетки (темнопольный конденсор, фазово-контрастная и люминесцентная микроскопия).
2. Цитофизиологии, изучающей жизнедеятельность клетки как единой живой системы, а также функционирование и взаимодействие её внутриклеточных структур; для решения этих задач применяют различные экспериментальные приёмы в сочетании с методами культуры клеток и тканей, микрокиносъемки и микрургии.
3. Цитохимии, исследующей молекулярную организацию клетки и её отдельных компонентов, а также химические изменения, связанные с процессами обмена веществ и функциями клетки; цитохимические исследования проводят светомикроскопическим и электронно-микроскопическим методами, методами цитофотометрии, ультрафиолетовой и интерференционной микроскопии, авторадиографии и фракционного центрифугирования с последующим химическим анализом различных фракций.
4. Цитогенетики, изучающей закономерности структурной и функциональной организации хромосом эукариотных организмов.
5. Цитоэкологии, исследующей реакции клеток на воздействие факторов окружающей среды и механизмы адаптации к ним.
6. Цитопатологии, предметом которой является изучение патологических процессов в клетке.

Наряду с традиционными в нашей стране развиваются и такие новые направления цитологии как ультраструктурная патология клетки, вирусная цитопатология, цитофармакология – оценка действия лекарственных препаратов методами цитологии на культурах клеток, онкологическая цитология, космическая цитология, изучающая особенности поведения клеток в условиях космических полетов.

Большая медицинская энциклопедия 1979 г.