Что такое цитология

Что изучает цитология

Название этой науки произошло от двух греческих слов:

• «цитос» — «клетка, ячейка»;
• «логос» — «учение, слово».

Ключевым цитологическим понятием является общеупотребительный в биологии термин «клетка».

Простыми словами, это «кирпичики», на базе которых строится всё живое. Биологические виды очень разнообразны. На первый взгляд, кажется, что нет ничего общего между львом, мухой, грибом, одуванчиком, совой. Но в основе строения всех этих и других живых организмов лежит клетка.

Предмет и объект изучения

Объект исследования в науке — это область или явление, на которое направлено внимание ученых.

Специалисты в области цитологии рассматривают в качестве основного объекта изучения клетку.

Предмет изучения — это проблемы, которые ученые исследуют при познании объекта.

Предметом цитологии является жизнедеятельность клеток в самых разных аспектах:

• внутриклеточное строение;
• функции и механизмы;
• круговорот веществ и энергии;
• выявление разницы между здоровыми и патологическими клеточными структурами;
• клеточное деление, старение и смерть.

Методы исследования

Цитологи в качестве основе инструмента используют микроскопы. Это первый из возникших методов, но он не утратил своей актуальности и в наше время, поскольку является самым простым и удобным.

Первые микроскопы появились в XVI веке. В настоящее время существует огромное количество видов микроскопов. В цитологии используют оптические (световые) и электронные микроскопы.

Основные цитологические методы:

1. Световая микроскопия. Разрешающая способность современных световых микроскопов почти в тысячу раз больше разрешающей способности глаза человека. Их применение позволяет изучать внутриклеточное устройство. С помощью оптических микроскопов можно рассмотреть органеллы, клеточную оболочку, исследовать внешние особенности.
2. Электронная микроскопия. Для исследования более мелких деталей используют электронные микроскопы. С их помощью можно рассмотреть мельчайшие объекты размером меньше одного нанометра (это 0,000 001 миллиметра). Данным методом исследуют рибосомы, микротрубочки, биологические мембраны и другие ультратонкие структуры.
3. Рентгенография. С помощью рентгенографического анализа можно изучать пространственное расположение клеток и их физические свойства.
4. Метод центрифугирования. Позволяет путем разделения клетки на составляющие исследовать различные виды молекул, из которых она состоит.

Функции и значение цитологии

Цитология выполняет две главные функции:

1. Когнитивная (или познавательная) — заключается в изучении на научной основе клетки как фундаментальной единицы строения живой материи.
2. Прикладная — использование полученных знаний о клетке в практических целях.

Цитология предоставляет фундаментальные знания для целого ряда биологических наук, в том числе для анатомических, генетических, эмбриологических, гистологических исследований.

Примеры практического применения знаний из области цитологии:

1. Диагностика онкологических болезней, в том числе на ранних стадиях.
2. Выявление ряда генетических патологий.
3. Селекция растений с помощью исследования хромосом, которые содержатся в составе клеток.

Как возникла наука

В истории развития цитологии как науки выделяют три основных этапа.

Период накопления фактов о клеточном строении

Исследование внутреннего устройства живой материи стало возможно только после изобретения микроскопа, то есть с начала XVII века. Впервые в научный обиход термин «клетка» ввел британский ученый Роберт Гук. Это произошло в 1665 году.

В 1672 итальянский биолог и врач Марчелло Мальпиги проделал похожие опыты. Этот ученый стал основателем микроскопической анатомии растений и животных.

Огромную роль в изучении живого вещества на клеточном уровне сыграл нидерландский натуралист Антони ван Левенгук. Он сконструировал микроскоп, дававший 40-кратное увеличение.

Открытия Левенгука:

• 1674 — обнаружил эритроциты;
• 1675 — исследовал одноклеточные растительные организмы;
• 1683 — описал бактерии.

Левенгук подарил два микроскопа российскому правителю Петру I. Тот заинтересовался изобретением и приказал наладить в России производство этих приборов. Это дало начало развитию отечественной микроскопии.

Становление цитологии как науки

В первой четверти XIX века оптические микроскопы постоянно совершенствовались, что позволило сделать новые открытия.

В 1830-е годы в Германии была предложена «клеточная теория». Автором этой концепции принято называть Теодора Шванна, который сформулировал ее основные теоретические положения и представил их научной публике. Но за год до него, в 1838 году, к аналогичным выводам пришел другой немецкий ученый Маттиас Шлейден. Так что справедливо обоих ученых считать создателями этой теории.

В 1850-х годах еще один немецкий ученый Рудольф Вирхов доказал, что клетки образуются путем деления, а организмы зарождаются путем слияния двух клеток — женской и мужской.

Во второй половине XIX века были открыты клеточный центр, митохондрии, создана теория индивидуальности хромосом.

В 1892 вышла фундаментальная монография Оскара Гертвига «Клетка и ткани», в которой он обобщил все известные на тот момент знания из области цитологии.

Современный этап

Новая эра в цитологии началась с изобретением электронных микроскопов в 1920-е годы. Они позволили исследовать ранее неизвестные клеточные структуры. Например, было изучено строение рибосом, открыт цитоскелет, описана сеть мембран.

В дальнейшем был изобретен метод рентгенографического анализа, центрифугирования и другие. Они позволили изучать клеточный состав и устройство на молекулярном уровне.

Основы цитологии

Цитология делится на два основных раздела:

1. Общая — в центре ее внимания находятся общие принципы строения и жизнедеятельности клетки.
2. Частная — в качестве объекта исследования выступают специализированные клетки.

В природе существует огромное многообразие клеток. Они могут в значительной мере отличаются по размерам, функциональному предназначению и другим характеристикам. Существуют одноклеточные организмы — например, бактерии и отдельные виды грибов. Многоклеточные организмы состоят из комплексов клеток, объединенных в ткани. 

Основные тезисы клеточной теории:

1. Клетка — это универсальная структурная единица живой материи.
2. Она представляет собой единую систему, состоящую из взаимосвязанных функциональных единиц: клеточное ядро, цитоскелет, рибосомы, митохондрии и т.д.
3. Клетки разных организмов схожи по своему строению, составу и основным свойствам. В них происходит биосинтез, обмен энергией и веществами.
4. Клетки размножаются путем деления.
5. Многоклеточные организмы представляют собой систему, состоящую из сложных комплексов клеток, взаимосвязанных между собой.

 

Источник: Учебное пособие по цитологии И. Бадалходжаева, А. Хусанова, 2020

Цитология как анализ

Словом «цитология» обозначают не только науку, но и клинический метод исследований.

Отцом-основателем этого метода был американский ученый греческого происхождения Георгиос Папаниколау. Он изобрел тест, с помощью которого можно выявить раковые или предраковые клетки во влагалище и шейке матки.

Как подготовиться к цитологии

Цитологический мазок — практически безболезненная процедура, которая не требует большой предварительной подготовки.

Рекомендуется за 2—3 дня до взятия анализа не использовать вагинальные препараты, не принимать длительных ванн, воздерживаться от половых контактов. Не проводится исследование при менструации и контактных кровотечениях.

Как интерпретировать результаты

В ходе процедуры врач-гинеколог специальной щеткой извлекает из шейки матки клетки эпителия. В лаборатории полученный материал перемещают на предметное стекло, окрашивают и рассматривают под микроскопом.

Мазок оценивают на наличие воспалительных и некротических клеток, эритроцитов, лимфоцитов, остатков цитоплазмы.

На основании полученных данных выделяют три уровня:

• норма;
• диспластические изменения низкой степени;
• изменения высокой степени.

Результаты исследования может интерпретировать только врач. Не всегда аномальный тест значит наличие ракового заболевания. Негативные результаты могут быть связаны с воспалением или грибковым заболеванием.