Histologie
Obsah boxu
Šablona:Infobox vědní obor Histologie (z řeckých slov histos – tkáň a logos – věda) je vědní obor, který se zabývá studiem mikroskopické struktury tkání a orgánů rostlin a živočichů. Je klíčovou součástí biologie, medicíny a veterinárního lékařství, protože struktura tkáně je neoddělitelně spjata s její funkcí. Histologie je často označována také jako mikroskopická anatomie, čímž se odlišuje od anatomie makroskopické, která studuje orgány viditelné pouhým okem.
Základním nástrojem histologie je světelný mikroskop, v moderní době doplněný o elektronový mikroskop, který umožňuje pozorování na úrovni buněčných organel (ultrastruktura). Pro zviditelnění jednotlivých struktur se tkáně musí speciálně zpracovat – fixovat, zalít do bloku (nejčastěji parafínového), nakrájet na velmi tenké řezy a obarvit specifickými barvivy. Lékařský obor, který aplikuje histologické metody k diagnostice nemocí (např. nádorů), se nazývá histopatologie.
📜 Historie
Vývoj histologie je úzce spjat s vynálezem a zdokonalováním mikroskopu.
🔬 Počátky a mikroskopie
Ačkoliv první jednoduché mikroskopy existovaly již dříve, za průkopníka mikroskopické anatomie je považován italský lékař a biolog Marcello Malpighi (1628–1694). Pomocí mikroskopu jako první popsal krevní kapiláry v plicích, čímž potvrdil teorii krevního oběhu Williama Harveyho. Studoval také strukturu sleziny, ledvin a mozku.
V téže době Antoni van Leeuwenhoek (1632–1723) v Nizozemsku konstruoval vlastní, velmi kvalitní jednolamelové mikroskopy, s nimiž pozoroval a popsal bakterie, spermie, červené krvinky a svalová vlákna. Anglický vědec Robert Hooke (1635–1703) ve své publikaci Micrographia z roku 1665 poprvé použil termín "buňka" (cellula) pro komůrky, které pozoroval v řezu korkem.
🇫🇷 Vznik moderní histologie
Za zakladatele moderní histologie a patologie je považován francouzský anatom a chirurg Marie François Xavier Bichat (1771–1802). Paradoxně pracoval bez mikroskopu, ale na základě pitev a pozorování reakcí tkání na různé chemikálie definoval 21 typů tkání (např. nervová, svalová, pojivová) jako základních stavebních a funkčních jednotek orgánů. Tvrdil, že nemoci postihují konkrétní tkáně, nikoliv celé orgány naráz.
🇩🇪 Buněčná teorie a barvení
V 19. století došlo k zásadnímu posunu díky formulaci buněčné teorie. V roce 1838 botanik Matthias Schleiden a v roce 1839 fyziolog Theodor Schwann konstatovali, že všechny živé organismy se skládají z buněk. Tuto teorii dále rozvinul Rudolf Virchow (1821–1902) svým slavným výrokem Omnis cellula e cellula ("Každá buňka z buňky"), čímž položil základy buněčné patologie.
S rozvojem anilinových barviv v chemickém průmyslu se otevřely nové možnosti pro zviditelnění buněčných struktur. Paul Ehrlich (1854–1915) systematicky experimentoval s barvením tkání a položil základy histochemie. V této době byly vyvinuty dodnes používané barvicí metody, jako je barvení hematoxylinem a eosinem (H&E).
🇪🇸 Neurohistologie a 20. století
Španělský lékař Santiago Ramón y Cajal (1852–1934) využil metodu barvení solemi stříbra, kterou vyvinul Camillo Golgi, ke studiu nervového systému. Dokázal, že nervový systém není souvislá síť, ale skládá se z jednotlivých buněk – neuronů. Za svou práci obdrželi Cajal a Golgi v roce 1906 Nobelovu cenu.
Ve 20. století přinesl revoluci vynález elektronového mikroskopu ve 30. letech, který umožnil mnohonásobně větší zvětšení a odhalil ultrastrukturu buňky, včetně organel. Později se začaly rozvíjet techniky jako imunohistochemie a in situ hybridizace, které umožňují lokalizovat specifické proteiny a nukleové kyseliny přímo v tkáňovém řezu.
⚙️ Metodika a techniky
Zpracování tkáně pro mikroskopické pozorování je vícestupňový proces, jehož cílem je zachovat strukturu tkáně co nejvěrněji a umožnit její zobrazení.
1. Odběr vzorku (Biopsie)
Prvním krokem je získání vzorku tkáně. V medicíně se tento proces nazývá biopsie. Může jít o malý vzorek odebraný jehlou (jehlová biopsie), endoskopicky, nebo o větší kus tkáně odebraný chirurgicky (excize). U experimentálních zvířat nebo při pitvě se odebírají celé orgány nebo jejich části.
2. Fixace
Odebraná tkáň musí být okamžitě fixována, aby se zabránilo autolýze (samonatrávení buňky vlastními enzymy) a hnilobným procesům. Fixace denaturuje proteiny, čímž zastaví metabolické procesy a zpevní strukturu tkáně. Nejběžnějším fixačním činidlem je 10% roztok formaldehydu ve fosfátovém pufru, známý jako formalín. Pro elektronovou mikroskopii se používají silnější fixativa jako glutaraldehyd a oxid osmičelý.
3. Zpracování a zalévání
Fixovaná tkáň je příliš měkká a obsahuje velké množství vody, proto ji nelze krájet na tenké řezy. Musí být zalita do tvrdšího média.
- Odvodnění (Dehydratace): Voda z tkáně je postupně odstraněna pomocí vzestupné řady alkoholů (např. 70%, 96%, 100% ethanol).
- Projasnění (Clearing): Alkohol je nahrazen látkou, která je mísitelná jak s alkoholem, tak se zalévacím médiem. Nejčastěji se používá xylen. Tkáň se stává průsvitnou.
- Infiltrace: Tkáň je ponořena do roztaveného zalévacího média, které postupně pronikne do celé tkáně. Pro světelnou mikroskopii je to nejčastěji parafín, pro elektronovou mikroskopii speciální pryskyřice.
- Zalévání (Embedding): Infiltrovaná tkáň se vloží do formičky, zalije se tekutým parafínem a nechá ztuhnout. Vznikne tak parafínový bloček.
4. Krájení (Sectioning)
Parafínový bloček se upne do přístroje zvaného mikrotom, který pomocí velmi ostrého ocelového nebo skleněného nože krájí bloček na extrémně tenké řezy. Pro světelnou mikroskopii je standardní tloušťka řezu 4–10 mikrometrů, pro elektronovou mikroskopii pouhých 50–100 nanometrů. Řezy se poté natahují na podložní sklíčko.
5. Barvení (Staining)
Většina buněčných struktur je bezbarvá, proto je nutné řezy obarvit, aby byly viditelné. Před barvením se musí z řezu odstranit parafín (pomocí xylenu) a tkáň rehydratovat (sestupnou řadou alkoholů).
- Hematoxylin a Eosin (H&E): Nejzákladnější a nejrozšířenější barvicí metoda. Hematoxylin je zásadité barvivo, které barví kyselé struktury (např. DNA a RNA v jádře a ribozomech) modrofialově (bazofilní struktury). Eosin je kyselé barvivo, které barví zásadité struktury (většinu proteinů v cytoplazmě a mezibuněčné hmotě) růžově až červeně (acidofilní/eosinofilní struktury).
- Speciální barvení: Používá se pro zobrazení specifických struktur. Příklady:
- Imunohistochemie: Vysoce specifická metoda využívající protilátky, které se vážou na konkrétní antigen (obvykle protein) v buňkách. Protilátka je označena enzymem, který po přidání substrátu vytvoří barevný produkt, čímž zviditelní přítomnost hledaného proteinu. Tato metoda je klíčová v diagnostice nádorů.
6. Montování
Obarvený řez na sklíčku se opět dehydratuje, projasní a překryje tenkým krycím sklíčkem pomocí speciálního lepidla (montovacího média). Tím vzniká trvalý preparát, který lze uchovávat desítky let.
🧫 Základní typy tkání
Živočišné tkáně se tradičně dělí do čtyř základních skupin.
Epitelová tkáň
Epitelová tkáň (epitel) tvoří krycí vrstvy na povrchu těla (pokožka) a vystýlá všechny duté orgány a tělní dutiny. Tvoří také funkční části žláz (žlázový epitel). Buňky jsou těsně vedle sebe, s minimem mezibuněčné hmoty. Epitely plní funkci ochrannou, resorpční (vstřebávání), sekreční (vylučování) a smyslovou. Dělí se podle počtu vrstev (jednovrstevný, vícevrstevný) a tvaru buněk (dlaždicový, kubický, cylindrický).
Pojivová tkáň
Pojivová tkáň je nejrozmanitější typ tkáně. Charakterizuje ji velké množství mezibuněčné hmoty, kterou produkují její buňky. Mezibuněčná hmota se skládá z vláken (kolagenní, elastická, retikulární) a amorfní základní hmoty. Pojiva plní mechanickou (opora, spojení), metabolickou a obrannou funkci. Patří sem:
- Vazivo: Řídké, husté, tukové, retikulární.
- Chrupavka: Hyalinní, elastická, vazivová.
- Kost: Tvoří oporu těla.
- Krev a míza: Tekuté tkáně s tekutou mezibuněčnou hmotou (krevní plazma).
Svalová tkáň
Svalová tkáň je specializovaná na kontrakci (stah), čímž zajišťuje pohyb. Její buňky (svalová vlákna) obsahují velké množství kontraktilních proteinů (aktin a myosin). Rozlišujeme tři typy:
- Kosterní svalovina: Příčně pruhovaná, ovládaná vůlí.
- Hladká svalovina: Není ovládaná vůlí, nachází se ve stěnách vnitřních orgánů (např. střevo, cévy).
- Srdeční svalovina (myokard): Příčně pruhovaná, ale není ovládaná vůlí, tvoří stěnu srdce.
Nervová tkáň
Nervová tkáň je specializovaná na příjem, vedení a zpracování vzruchů. Umožňuje komunikaci mezi různými částmi těla a reakci na podněty z vnějšího i vnitřního prostředí. Skládá se ze dvou hlavních typů buněk:
- Neurony: Vlastní nervové buňky, které generují a vedou nervové vzruchy.
- Gliové buňky: Podpůrné buňky, které neurony vyživují, chrání a izolují.
🩺 Význam a aplikace
Histologie je nepostradatelná v mnoha oblastech vědy a medicíny.
- Diagnostika v medicíně (Histopatologie): Je "zlatým standardem" pro diagnostiku mnoha onemocnění, zejména nádorů. Histologické vyšetření biopsie určí, zda je nádor zhoubný (maligní) nebo nezhoubný (benigní), určí jeho typ a stupeň agresivity, což je klíčové pro volbu léčby. Dále se používá k diagnostice zánětlivých, degenerativních a infekčních onemocnění.
- Výzkum a biologie: Studium normální histologické stavby orgánů je základem pro pochopení jejich funkce (fyziologie). Histologie je klíčová v embryologii (studium vývoje zárodku), toxikologie (studium účinků jedů na tkáně) a při testování nových léků.
- Forenzní vědy: Histologické vyšetření tkání odebraných při pitvě může pomoci určit příčinu smrti, odhalit přítomnost jedů nebo identifikovat chorobné změny.
- Vzdělávání: Studium histologických preparátů je základní součástí výuky anatomie, fyziologie a patologie na lékařských a přírodovědných fakultách.
💡 Pro laiky
Představte si, že vaše tělo je obrovské město. Orgány jako srdce, plíce nebo játra jsou velké budovy v tomto městě – například elektrárna, továrna na čištění vody nebo hlavní datové centrum. Makroskopická anatomie se dívá na tyto budovy zvenčí, popisuje jejich tvar, velikost a umístění.
Histologie je jako vzít si super silný mikroskop a podívat se na samotné cihly, malty, elektrické dráty a vodovodní potrubí, ze kterých jsou tyto budovy postaveny. Zjišťuje, jak jsou jednotlivé "cihly" (buňky) uspořádány, jak jsou spojeny "maltou" (mezibuněčná hmota) a jaké typy "drátů" (nervová vlákna) nebo "potrubí" (cévy) k nim vedou.
Když lékař (patolog) provádí histologické vyšetření, dělá v podstatě stavební inspekci. Dívá se, jestli cihly nejsou popraskané, jestli malta drží, nebo jestli se někde nezačala stavět nějaká nelegální, chaotická přístavba (což je v podstatě rakovina). Díky obarvení různých částí buňky odlišnými barvami (např. jádro fialově, zbytek buňky růžově) může snadno rozpoznat, co je v pořádku a co je špatně.