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组织学和胚胎学

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组织学和胚胎学_第1页
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第二节 组织学和胚胎学( Histology and Embryology)一、组织学(His tology)组织学是研究有机体微细结构及其与功能关系的一门形态科学,医学组织学的主要研 究对象是人体,并借助于对高等动物的研究,协助探讨和解释由人体研究所得的知识利 用刀、剪等器械对有机体外形和内部结构的肉眼研究为解剖学,早在在公元二世纪时即已 开始自显微镜发明后,使用显微镜对有机体器官微细结构的研究,原称显微解剖学,是 属于解剖学的一部分英文tissue(组织)一词来自法文的tissu,其原意为编织物此词由法国解剖学家和 生理学家Bichat( 1771〜1822)首先用于生物学中他认为肉眼解剖有机体所分离的膜和 脏器,是多种不同性质和质地的编织物他称这些编织物为 tissu (组织) ,并提出人体 由20多种组织组成,但他未做过显微镜的观察其后,显微解剖学家Mayer(1829)创用 histology (组织学)一词此词源于希腊文,由histos (组织)和logos (科学)二字组 成,意即研究组织的科学此后由于显微镜的改进,一些学者对有机体的微细结构做了许 多观察,将人和高等动物的组织归纳为四类,即上皮组织、结缔组织、肌组织和神经组织 这个见解得到许多学者赞同,至今仍然成立。

这四类组织起源于胚胎发生时的外、中、内 胚层,各具有特定的构造和机能特点,按一定的配布样式结合成各器官和系统,再由这些 器官和系统进而组成完整的有机体起初,“组织学”同“显微解剖学”是有区别的组 织学”着重于研究有机体的组织,而“显微解剖学”是研究各器官的微细结构以后由于 研究的进展,认为这样的划分并无必要,于是将组织学和显微解剖学合称组织学组织学 的建立和发展使有机体复杂的微细结构得以从四类组织的概念上进行分析,从而使有机体 微细结构的研究有了基本的指导概念Schleiden和Schwann (1839)同时创建了“细胞学说”,阐明细胞是动物和植物的结 构、功能和发生的基本单位自此时起,以细胞为对象的研究渐发展成细胞学,但细胞是 组成组织的主要成分各种组织的构造和功能特点主要表现在组成它们的细胞上,故对细 胞的构造和功能的研究仍是组织学的重要部分现今的组织学是包括对细胞、组织和器官 微细结构及其功能的研究的科学十九世纪后半叶至二十世纪前半叶,细胞学主要是用普 通显微镜研究细胞构造及其功能关系细胞的生理学和化学的研究尚处于萌芽阶段此后 由于显微镜的改进,生物制片技术和染料化学的迅速发展,使细胞构造的研究日趋细致和 深入。

使用优良的固定剂、切片机和由煤焦油提取出的多种生物染料能在普通显微镜下显 示组织、细胞的结构细节,组织学研究技术的发展和完善,提供了辨认组织和细胞微细结 构的多种标准方法用这些方法所做的研究表明,有机体的许多微细结构是正常状态下经 常存在的组织培养技术和活细胞观察法的发明,证实这些微细结构是活组织和活细胞固 有的,并非技术方法致成的人为假象组织学的研究提供了正常器官、组织和细胞微细结 构的标准图象,并证明这些微细结构在不同生理条件下呈现一定的变化,从而能较确实地 探讨它们与功能的关系组织学的这些成就为生理学提供了研究有机体功能的重要依据 组织学研究所得出的正常微细结构的图象又是病理组织学的必要基础,只有对正常的微细 结构有了清楚的认识,病理组织学才能探讨疾病过程中这些微细结构的异常变化本世纪中期,利用光学原理设计出供不同观察目的使用的相差显微镜、干涉显微镜、 偏振光显微镜、荧光显微镜和紫外线显微镜等特殊显微镜借助于物理学、化学和免疫学 的理论和技术,组织化学方法,特别是酶组织化学法发展迅速,建立了显微放射自显影和 免疫组织化学技术活细胞观察和组织培养得到显著改进组织化学法能在研究微细结构的同时显示它们的化学组成和酶活性,并由定位发展到 定量的研究。

显微放射自显影术利用同位素为标记物,探讨微细结构中化学物质的定位及 其在物质代谢中的动态变化本世纪 60年代后,免疫组织化学法发展很快,能显示微细结 构中先前不能见到的化学物质,能探讨蛋白质、肽和多糖等多种激素,及神经递质等生物 活性物质的定位和不同功能状态下的变化,并能研究生物活性物质与受体的关系这些仪 器和方法的发明和改进,使微细结构和功能的研究更加紧密地结合,使组织学同生理学、 生物化学和细胞生物学的关系更趋密切本世纪 40 年代后,电子显微镜的发明和改进,将组织学的研究深入到更微细的境界, 由普通显微镜以微米(m)为单位的观察限度,进入到以毫微米即纳米(nm)为单位的领 域,能分辨的物体微细了近干倍,接近于大分子的水平本世纪 60年代以来,放射自显影、 组织化学和免疫组织化学相继应用于电子显微镜的组织学研究中,能在更微细的水平上探 讨超微结构及其化学成分的组成和变化,探讨结构与功能的关系近年新设计出的超高分 辨率的电子显微镜和质子显微镜,将使组织和细胞的研究进入更微细的水平,使组织学同 生理学、生物化学、细胞生物学和分子生物学更趋接近,使人类对生命科学的研究向着更 深入的方向发展。

二、胚胎学( Embryology)(一)学科性质及研究内容 胚胎学又称发生学,是研究个体发生来源及发育规律的科学研究内容包括生命的孕 育,胚胎的演发过程,发育各阶段的形态生理演变特征,发育过程中对于生活条件的适应、 变异和遗传以及个体发育与种系发育的统一法则等问题人体胚胎学是以研究人体发生发 育为对象的一门学科广义来说,它包括从精、卵结合(受精)后生命的开始孕育,胚胎 期及胎儿期在子宫内的生前发育和从初生儿、婴儿、儿童、青春期到成年期直至衰老死亡 的全部生后发育历史从受精卵发育为成年的个体,然后进入衰老和死亡的全过程称为个 体发育它包含下列两个发育阶段:生前(产前)发育:①精卵受精、卵裂至植入,为期 2周:②胚胎期:第2〜8周;③胎儿期:第3月至分娩出生产后(产后)发育:①初生 儿:从出生至生后2周;②婴孩期:从生后第3周至躯体直立(一岁左右);③儿童期: 从生后15个月至13岁,其中乳齿期2〜6岁,恒齿期7〜10岁,青春前期10〜13岁,④ 青春期:14 — 20岁,由14〜16岁开始青春发育至成熟;⑤成年期:25岁前骨胳系统骨化, 生长基本完成,以后生长极慢;⑤衰老和死亡人体胚胎学通常是以生前的子宫内发育的内容为主,包括由一个简单的受精卵演发为 复杂的多细胞胚胎的形态形成、组织器官的分化和生理功能的建立;躯体各部分解剖位置 在发育过程中的构建及其演变的相互渊源关系(包括残迹器官的出现),及如何导致正常 发育的紊乱,产生畸形和出现异常的病理现象(先天性缺陷和遗传性疾病)等。

从受精卵 到胎儿出生前的子宫内发育阶段为期共约 40 周(280日)胚胎发育开始于精卵的结合,受精卵演发成为个体,意味着精、卵内携带的遗传物质 的充分表达和包括了个体生命史中的生长、分化和成熟的全过程从物种的生物学意义来 说,有限的个体生命史仅仅是物种世代绵延历史中的一个小片段生物通过繁殖把生命代 代绵延下去,既有遗传,又有变异,接受自然选择的淘汰物种这一生命史的延续称为种 系发育或系统发育(phylogeny)物种的遗传性状以密码形式编排在生物大分子的DNA链 上而储存于生殖细胞中,通过生殖细胞结合而开始生命史的发育精、卵把从父、母双方 传来的遗传信息,按一定的时间顺序和空间关系在发育过程中予以表现事实上遗传与发 育是个体发育二个不可分割的方面,遗传是发育的基础,而发育则是遗传密码(基因型) 表达为表现型的过程因此,发育过程一方面是在本物种遗传物质的基础上生长分化以维 持本物种的遗传特征;另一方面,遵循生物进化规律,在胚胎期重演种系发育的一些共同 结构特征的同时,在长期的自然选择中产生变异或基因突变而得以进化,其中个体发育过 程是自然选择作用的主要环节具有来自双亲全套遗传信息的细胞如何有选择地表达不同 的基因以实现不同组织和器官的分化。

什么物质或机理调控基因的活动及其表达的时间、 空间顺序,送传密码在转录、转译上的误差如何导致遗传疾病及异常分化(如癌变)的产 生,这些问题是目前胚胎学和细胞遗传学上具有重大医学理论和实践意义的课题个体发育可因种属不同而在生前或生后的具体发育细节中互有区别,然而在发育程序 上则遵循共同的规律,即都经过卵裂、桑椹胚、囊胚、原肠胚、神经轴胚、体节期、胎儿 期和生后各期的相同发育阶段而且从单细胞受精卵演变的多细胞机体及其以后进一步发 育为具有复杂器官个体的过程中,也都同样要通过细胞增殖、细胞分化、形态形成、新陈 代谢和生长等几种基本发育方式这是个体生前和生后赖以生长发育所必须经过的途径细胞增殖 这是用频繁的细胞分裂方式来增加胚胎细胞数量的发育方式之一受精卵 通过多次的卵裂,形成了许多卵裂球这些卵裂球是胚体未来的基本建设材料在整个发 育期中,它们继续分裂任何一种组织器官的形成,最初均开始于细胞的增殖不少成年 器官组织如上皮、腺、骨髓等组织终生都有增殖过程细胞分化 细胞分化是个体发育过程中藉以增加细胞多样化的一种发育方式胚层细 胞最初彼此形态一致,以后由于所处位置不同而逐渐出现细胞质化学性质上的分化,继而 形状渐趋特异化,分出不同类型的细胞,表现出可测的指标。

胚层细胞分化时往往在其所处的微环境中成群特化为同类型的细胞,逐渐形成为组织 例如外胚层形成了皮肤的表皮,一些器官上皮和神经组织;中胚层形成了一些器官上皮和 不同类型的肌肉和结缔组织;内胚层则分化为消化及呼吸管道上皮这种成群细胞分化为 一种特殊组织总过程,称之为组织分化形态形成 是和细胞分化同时进行以使胚体形态结构异样化的另一种发育形式,是通 过复杂的细胞活动以塑造体形和器官发展的过程形态形成的结果,使整个胚体体形和内 部各器官系统的构型建立起来形态形成的方式有下列五种1)细胞的迁移:是细胞或细胞群由一个区域迁到另一区域的过程,是器官和组织发 生过程中所不可缺少的基本现象之一最常见的例子是神经嵴细胞由神经管的背侧方迁移 到脊髓的腹侧方形成神经节;迁移到肾上腺去形成肾上腺髓质;迁移到皮肤里去形成色素 细胞2)细胞的集结团聚:是细胞通过迁移集结于一个区域以形成细胞团索或细胞层的现 象通常分节的结构(如体节、脊椎骨、神经节、神经核团等)和胚层的形成都通过这一 方式进行3)细胞层的内卷、外突和复褶:这是细胞由表层卷到内层、或由原有位置下凹或向 外膨突而形成褶襞或细管的现象原条形成时胚层的内卷及神经管、腺、牙、毛、眼囊、 咽囊、肢芽、肝、胰等胚基的形成通常都按这种方式进行。

4)融合和分层在细胞重新排列组合的过程中,往往出现细胞群之间的融合和分层现 象,早期胚层的分离,细胞团块中腔室的形成和细胞索的分支等多半通过这种方式大、 小脑皮质和消化管壁的细胞层的形成过程中,这二种现象最为显著5)细胞层局部生长及芽生:这是细胞层生长不平衡,部分出现芽突或在局部区域集 结生长形成膨大区,而相邻区域则成为勒缩区的现象体形及器官塑造过程中经常出现这 种方式新陈代谢 是个体发育过程中的重要现象之一包括胚胎从外界环境中摄取养分同化 为本身的物质,将物质分解以产生能量,以及各种组织细胞的退化、死亡和相应的代偿增 生等过程气体、水份、蛋白质、碳水化物和类脂质等物质的代谢,各循不同的途径进行 高等动物胚胎的代谢和母体有密切的关系,并随发育的不同阶段而发生变化故其特点之 一是在不同发育阶段各有不同的代谢过程,由早期的低级状态向高级演化另一特点是同 化过程比分解过程旺盛这是导致胚胎生长迅速的主要因素生长 生长是胚体体积增大和增重的重要发育过程生长过程主要通过原生质的合成、 水份的吸收,细胞间质的生成和增多,以及细胞内脂肪的贮存等途径而使其实现其中酶 及激素等在物质代谢过程中的作用,则是促进生长过程的物质基础。

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