**章 绪论(Introduction)
组织学是一门微观形态学科,也是重要的医学基础课程。正常人体的微细结构是组织学的主要研究内容,也是医学生需要学习的重要知识。实验课是在教师的指导下,以学生为主体,通过对细胞、组织和器官微细结构的观察分析,加深和巩固对理论课所学内容的理解和记忆。实验课是理论课的重要实践,是掌握人体微细结构及其相关功能的必要手段。在实验课中,学生必须以严肃的态度、严格的要求、严密的方法训练自己,规范而熟练地使用显微镜,按步骤认真细致地观察标本,对自己掌握的知识进行归纳和总结,从而培养观察、分析、判断和解决问题的能力及实事求是的科学态度。对于医学生来讲,掌握组织学的基本知识和技能,也将为今后学习生理学、病理学等后续课程及进行科学研究奠定良好的形态学基础。
【目的要求】
1.掌握:光学显微镜的基本结构和操作方法;细胞的一般光镜结构和超微结构特点;组织学学习的基本方法。
2.熟悉:实验室守则和注意事项。
3.了解:组织切片的制作方法。
【实验内容】
一、实验室守则和注意事项
根据学习进度和实验指导的目的要求,认真阅读实验指导的有关内容。每次实验课时应携带教科书、教学大纲、实验指导、课堂笔记、绘图工具(彩色铅笔、黑色铅笔、橡皮擦、小刀、直尺及绘图纸),以便实验时参考及绘图时使用。进人实验室后要遵守以下实验室守则和注意事项。
1.自觉遵守实验室规则,不得无故缺席、迟到或早退。保持课堂安静、实验室整洁,课后应做好清洁,离开实验室时要关好门窗、关闭水电开关。
2.实验时按编定位置就座,并使用固定编号的显微镜。取用及归还显微镜时,应右手持镜臂,左手托镜座,勿单手提拿。
3.正确使用显微镜观察切片,爱护显微镜及切片。
4.观察切片时应注意切片的正反面,有标本的一面(一般为有盖玻片的面)朝上。观察完毕将切片按顺序放置于切片盒内,勿随手乱放,以免损坏切片。若有损坏或遗失,应登记赔偿并调换或补充。
5.显微镜使用完应关闭电光源,下降载物台,取下标本,将物镜转开,以免发生意外损坏。若显微镜出现问题应及时报告实验教师,并进行登记。
二、学习方法
1.实验课的主要内容是观察切片。通过观察切片加深理解、巩固理论内容。应注意理论与实践相结合、文字与图像相结合,在辅以教学视频、挂图及多媒体影像的基础上,识别和分析镜下结构,以达到熟悉及掌握所学知识的目的。并且在学习过程中,培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。
2.实验课前应复习理论知识,预习实验指导,参考教学大纲,对实验的要求和内容有所了解。
3.实验课应集中注意力,独立地、有顺序地观察切片。观察切片时,应遵循先肉眼、再低倍镜后高倍镜的观察顺序,必要时才使用油镜。
首先用肉眼观察标本的大致轮廓、形态和染色情况,再使用低倍镜、高倍镜观察。低倍镜可以了解组织切片的全貌、层次和位置关系,而高倍镜下观察的只是局部的放大图像,故应重视低倍镜下的观察结果。因此,放置切片后,勿立即使用高倍镜观察。要培养正确的观察习惯,即从整体到局部,从一般结构到特殊、微细的结构。要注意切面与立体的关系,相邻各部分之间的关系,并联系功能理解结构。要先了解标本的一般结构共性,再了解个别特征,对类似的组织器官要相互比较区别。要求绘图或描述的内容必须在全面仔细观察标本和理解的基础上,选择标本中比较典型的部位,按照实物的形态结构和染色情况进行绘图和描述。实验报告必须真实、准确,并注意整洁。
4.复习、巩固。每次实验课后,应按照教学大纲的要求,结合标本对理论知识进行复习、整理、综合、巩固,加深理解和记忆。
三、光学显微镜的结构及其使用
光学显微镜(light microscope,LM),简称光镜,是组织学与胚胎学实验课的重要工具,必须按规定的操作程序正确使用以免损坏,从而保证实验课的顺利进行。
(一)光学显微镜的主要构造
光学显微镜的主要构造分为三个部分:机械部分、照明部分和光学部分。简单来说,机械部分包括镜座、镜臂、载物台、压片夹、镜筒、物镜转换器、粗准焦螺旋、细准焦螺旋等;照明部分包括电光源、聚光器、光圈;光学部分包括目镜和物镜(图1-1)。要求学生能准确辨认和正确使用。
(二)光学显微镜的使用方法
1.对光打开显微镜电光源,将低倍镜转于载物台正上方约1cm处,并将聚光器置载物台正下方约1cm处,用双眼观察目镜对光,调节到目镜中视野完全明亮为止。
图1-1 一般光学显微镜构造
1镜臂;2压片夹;3聚光器螺旋;4粗准焦螺旋;5细准焦螺旋;6电光源亮度调节钮;7目镜;8镜筒;9物镜转换器;10物镜;11载物台;12聚光器;13光圈;14电光源;15镜座
2.放片肉眼识别标本的正反面(有盖玻片的一面为正面)。将正面朝上,用压片夹将切片固定,移动切片使标本移至载物台通光孔**。
3.调焦及观察双眼从目镜中观察,转动粗准焦螺旋,将低倍镜至玻片的距离调至0.5~1.0cm(肉眼从侧面观察距离)。缓慢转动粗准焦螺旋至出现物像,调节细准焦螺旋至物像清晰。
观察时应注意:
(1)由低倍镜转为高倍镜时,应先在低倍镜下找到物像,再将物镜转换器按顺时针方向旋转,使高倍镜转至载物台正**。注意勿使镜头与玻片相碰。高倍镜下观察时只能使用细准焦螺旋调节焦距,直至物像清晰。
(2)如高倍镜下物像调节不清晰,应检查标本正反面是否有误,物镜是否转换到位,聚光器的位置和光圈大小是否合适。
(3)如转换高倍镜后视野光线变暗,应将聚光器往上升至顶部。
(4)对组织切片的观察,应按肉眼一低倍镜一高倍镜的顺序,勿放置标本后立即用高倍镜观察,以免调焦困难甚至损坏切片。
(5)若需使用油镜,应先在高倍镜下找到标本,并将待观察部分移至视野**。将聚光器上升到**,光圈开到**。移开高倍镜,将香柏油滴在待观察部位,换用油镜,使香柏油与标本及油镜同时接触,小心转动细准焦螺旋,直到物像清晰。油镜使用完毕,应降低载物台,转开镜头,在擦镜纸上滴上二甲苯,将镜头及玻片上的香柏油擦拭干净。
(6)显微镜部件不得擅自拆卸,发现部件松动或损坏应及时报告实验指导教师,按要求登记维修。镜头如有污垢,应使用拭镜纸轻拭,切勿用手或其他物品擦拭,以免损坏镜头。
四、组织切片的制作方法
本实验课所用的标本,主要是石蜡包埋和普通染色[苏木精-伊红(H-E)染色制作的切片,下面简单介绍组织切片的制作方法和步骤。
1.取材取新鲜和正常的人体或动物组织或器官制作标本,用刀片修成1cm3左右。
2.固定取材的新鲜组织块需用固定剂固定。目的是凝固和沉淀蛋白质,防止标本腐败和自溶。常用的固定剂有90%乙醇溶液、10%甲醛、Zenker液和Bourn液等。固定时间的长短随固定液性质、标本的大小与性质的不同而不同。
3.脱水固定后的组织块要用流动水冲洗,除去多余固定剂。新鲜标本富含水分,须先用脱水剂去掉组织水分,脱去水分的标本质地变得比较坚硬而致密,利于切片。常用的脱水剂是乙醇,脱水的步骤由低浓度逐渐转人高浓度(梯度脱水),不能直接放人高浓度乙醇脱水,否则会使细胞和组织骤然收缩,形态变化过大而影响观察。
4.透明标本脱水后经透明处理,才可以用石蜡包埋。因为水不能直接与包埋剂混合,组织块必须先透明,再用包埋剂置换进人组织内的透明剂,从而将包埋剂引进组织内。常用的透明剂有二甲苯、氯仿、甲苯、香柏油等。
5.包埋常用的包埋剂有石蜡及火棉胶。组织脱水透明后投人包埋剂的目的是使标本变硬,利于切片。石蜡包埋法是把已透明的标本放人熔化的石蜡中,用石蜡把透明剂从材料中置换出来。当标本浸蜡完毕,即将熔化的石蜡倒人金属包埋框内,将浸完蜡的组织块放于金属框内,冷却后即成坚硬的蜡块。
6.切片及贴附将蜡块置于切片机上切成5~10^m的组织薄片,将组织薄片置于热水中,待充分展开后贴附于载玻片上,经烘箱烘干后可进行染色。
7.染色烘干后的切片经脱蜡、水化(因一般染料为水溶液,故染色前需将切片水化,即由高浓度乙醇逐渐进人水内)后再染色。染色的目的是利用组织中各种成分与染料作用所呈现的不同颜色来分辨标本的细微结构。所染的颜色随染料、固定剂和组织细胞的结构和生理状态的不同而有所差异。染料因其化学性质不同,分为酸性染料、中性染料和碱性染料。普通染色的酸性染料为伊红,碱性染料为苏木精。
8.封片切片染色以后,为了便于观察和保存,将切片由低浓度乙醇至无水乙醇脱水,二甲苯透明处理后,用中性树胶封片,待中性树胶晾干后可用于观察和长期保存。
五、电子显微镜基本原理及**切片标本的制作
电子显微镜是研究细胞、组织和器官的超微结构(或亚微结构)的基本工具。目前常用的电镜包括透射电镜和扫描电镜。
(―)透射电镜
1.透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)简称透射电镜,是一个筒管状装置,主要用于观察组织细胞内部的、平面的微细结构,图像类似黑白照片。透射电镜的结构和成像的原理与普通光学显微镜基本相同,但有以下几点主要区别:
(1)TEM用电子束代替光镜用的可见光作光源。
(2)用一组电磁透镜代替光镜的一组玻璃透镜,用于聚焦和放大标本。
(3)为避免电子束与空气分子碰撞而引起散射,电镜中要求真空。
(4)肉眼不能直接看见标本的电子放大图像,必须将其透射到荧光屏上才能观察。
(5)TEM用的标本是特殊玻璃刀在**切片机上切成的50~80nm的**切片,用重金属盐等进行电子染色,使组织中的某些结构与之结合,增加物像反差以提高清晰度。
(6)优良的TEM,分辨率为0.1~0.2nm,比普通光镜分辨率高1000倍以上。普通光镜能放大1000倍,而TEM能放大几十万倍。
2.TEM标本的制作TEM所观察的**切片比石蜡切片薄得多,但两种切片制作原理基本相同。制作过程也经过取材、固定、脱水、包埋、切片和染色等步骤,现将其特殊之处简介如下:
(1)取材:TEM标本取材要求速度快,一般在动物处死后1分钟内将组织块取下浸人固定液。组织块大小一般不超过1mm3。取材操作应仔细,避免任何牵、拉、挤、压等造成的损伤。
(2)固定:分预固定和后固定两步,均在0~4T进行。预固定常用0.1mol/L磷酸盐缓冲液配制的、pH7.4的2%~4%戊二醛和多聚甲醛固定液。后固定常用磷酸盐缓冲液配制的、pH7.4的1%四氧化锇(OsO4)固定液。
(3)脱水:常用各组浓度的乙醇或丙酮彻底脱水。
(4)浸泡:脱水后,用丙酮溶解的包埋剂(环氧树脂)浸泡组织,逐渐向组织中引人包埋剂。
(5)包埋:用环氧树脂包埋组织块,借聚合作用使其变得十分坚硬,便于切成**切片。
(6)切片:用特别锋利的玻璃刀或金刚钻刀,在**切片机上将组织切成50~80nm的**切片,裱在小铜网上。
(7)染色:用乙酸铀或枸橼酸铅进行电子染色。细胞和组织结构染色后对电子散射的程度(又称电子密度)不同而显示出不同的结构图像。电子密度大的结构,图像呈现为黑色或深灰色;而电子密度小的结构,图像呈现为亮色或浅灰色。
(8)观察:染色后的小铜网可放人TEM中观察、拍照,印成照片,供学习研究使用。
(二)扫描电镜
扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM),简称扫描电镜,主要是观察细胞、组织和器官的表面形态的一种电镜,它的成像是由电子枪发射出电子束,经过透镜的汇聚,聚焦成一束电子束(又称电子探针),