CC BY
11
DOI 10.31718/2077-1096.22.2.92 УДК 611.018:612.08
Шерстюк О.О, Гринь В.Г., Тарасенко Я.А., Тихонова О.О., Литовка В.В. 1НТЕРПРЕТАЦ1Я МОРФОЛОГ1ЧНО1 КАРТИНИ, ЯКА СПОСТЕР1ГА€ТЬСЯ НА Г1СТОЛОГ1ЧНИХ ПРЕПАРАТАХ З ТОЧКИ ЗОРУ СТЕРЕОЛОГИ
Полтавсьш державний медичний унiверситет
Матерiалом для досл'джень послужив арх!вний матер'ал 8 препарат'т пднебнних та губних слин-них залоз дорослоУ людини, який був фiксований у 4% розчинi глютарового альдег'ду на фосфатному буферi (рН 7,4). Псля попередньоУ ф'ксацУУ об'ект розскали на окремi частини та фксували у св'жоприготовленому аналог'чному фiксаторi з додаванням 1% розчину хлористого кальцю при 4°С протягом 12 годин. П'юля закнчення ф'ксацУУ тканину промивали вд надлишкв фксатора та обробляли зг/'дно рекоменда^й щодо електронноУ мiкроскопiУ. Тканини, укладен в епоксидну смолу, слугували для отримання напiвтонких серш г'столог'нних зр'шв, на основ/ яких була виконана гра-ф'чна i пластична реконструк^я еп'тел'альних компонент'¡в, (зокрема трубчастих) залоз. Напв-тонк зр'зи фарбували розчином 0,1% толуУдинового синього на фосфатному буферi з р1'зними рН (в/'д 5,5 до 8,5). Результати. Спiралеподiбна, штопоропод'бна, звивиста, арочна та iншi форми бо-логiчних трубчатих структур на мiкроскопiчному р'тш не е винятком ¡, як показують у тому числ/ й наш! досл'дження, е закономiрним явищем поряд з Ухньою прямолiнiйною формою. Можна припус-тити, що взаемозалежнсть форми трубчастих транспортних мiкроканалiв та ламiнарний рух р-дини закономiрно в'дображають елементи кривол/'н/'йно'У симетрн '¡, зокрема, УУ спiралеподiбну влас-тивсть. Висновок. Отже, можна думати, що звивиста форма транспортних канал'т тканин людини та тварин е корисним стереоморфологiчним пристосуванням, а Ух вивчення та тривимiрне моделювання становить науковий /нтерес, зокрема для пзнання механзму ламнарного руху рiдини по бюлогiчних трубках.
Ключов1 слова: стереоморфолопя, анатом1я, тривим1рн1 (3-Д) зображення, просторова орган1зац1я бюлопчних м1крооб'ект1в. Робота е фрагментом плановоУ науково-до^дно'У роботи кафедри анатомп людини «Морфофункцональне вивчення внут-рiшнiх органiв людини та лабораторних тварин в рiзних аспектах експериментальноУ медицини», № державноУ реестрацп 012и108258.
Стереоморфолопя мiкроструктур рiзних тканин людини i тварин, локалiзованих у товщi п-столопчних зрiзiв, де товщина мало сшвставна з Т'х довжиною i шириною i практично може вважа-тися 2-Д зображенням, викликае для дослщника-початшця певн труднощi при Т'х трактуванш. 1х тривимiрнi (3-Д) зображення можна отримати, лише засвоТ'вши низку морфолопчних методик. Вивчення бюлопчного мiкрооб'екта з позицш тривимiрностi дае дослщнику найбтьш прави-льне уявлення, тому що визначаеться пристосо-ваним для цього властивим нам органом зору.
Матерiал та методика до^дження
Отримання необхщного бюлопчного матерiа-лу для дослщжень у ктькюному та якюному вщ-ношенн ниш у виглядi юридичних та гумаытар-них причин становить непросте завдання. Це змушуе максимально рацюнально використову-вати отриманий та архiвний матерiал за допомо-гою найбтьш адекватних та вщпрацьованих ба-гато разiв на кафедрi анатомп Полтавського державного медичного ушверситету морфолопчних методiв, до яких належать зокрема: тради-цiйнi гiстологiчнi методи та метод отримання се-ршних напiвтонких епоксидних зрiзiв, способи виготовлення об'емних (тривимiрних - 3Д) пре-паратiв методом багатошаровоТ пластично'' ре-конструкцп на основi попереднього виготовлення та аналiзу двовимiрних (2-Д) фотореконстру-кцiй [1, 5].
Матерiалом для дослiджень послужив архiв-
ний матерiал 8 препаратiв пщнебшних та губних слинних залоз доросло' людини, який був фасований у 4% розчин глютарового альдегщу на фосфатному буферi (рН 7,4). Пюля попередньоТ фксаци об'ект розакали на окремi частини та фксували у свiжоприготовленому аналогiчному фiксаторi з додаванням 1% розчину хлористого кальцш при 4°С протягом 12 годин. Пюля закш-чення фксаци тканину промивали вщ надлишкiв фiксатора та обробляли зпдно рекомендацiй щодо електронноТ мiкроскопil. Тканини, укладенi в епоксидну смолу, слугували для отримання нашвтонких серш гютолопчних зрiзiв на основi яких була виконана графiчна i пластична рекон-струкцiя епiтелiальних компонент, (зокрема трубчастих) залоз. Напiвтонкi зрiзи фарбували розчином 0,1% толуТ'динового синього на фосфатному буферi з рiзними рН (вiд 5,5 до 8,5).
Результати до^дження та 1х обговорення
Уявлення морфологiв про просторову оргаш-зацiю бiологiчних мiкрооб'ектiв базуються на двох принципово рiзних пщходах [1,2]. Перший заснований на створення тривимiрноl реконст-рукцп мiкрооб'екта за допомогою серш гютолопчних зрiзiв. Для ^еТ мети на нашiй кафедрi ми першими використовували нашвтонк епоксиднi серп зрiзiв. Цей метод трудомюткий, вимагае до-тримання деяких правил та певних мануальних навичок. Вш не дозволяе швидко i одночасно дослiджувати велику кiлькiсть об'ек^в, але дае наочне тривимiрне уявлення про дослщжуваш
мiкрооб'eкти.
Другий метод реконструкцп був розвинений та обфунтований за допомогою статистичних методiв, що дозволяють проведення дослщжен-ня на одному зрiзi за допомогою стандартних тест систем. Цей стереолопчний принцип рекон-струкцiй мае математичну складову, бiльш абст-рактнiший, але дозволяе одночасно вивчати ве-лику ктькють об'ектiв. Якщо зважити на первин-не завдання тривимiрного реконструювання -дослiдження просторовоТ тривимiрноТ оргашзацп мiкрооб'екта, найбiльш прийнятним у нашому випадку, е класичний метод. Саме вш був нами обраний для дослщження систем екскреторних проток дослщжуваних залоз.
Отже, морфологу-початкiвцю необхiдно ро-зумiти, що будь-який гiстологiчний зрiз, отрима-ний за допомогою мiкротома на основi парафн нових або епоксидних блош, все ж таки являе собою трьохвимiрну структуру, товщина якоТ ду-же мала в порiвняннi з ТТ довжиною i шириною. У парафiнових зрiзiв товщина може бути рiзною, найчастiше вона становить 5-7 мкм. Нашвтонк епоксидн зрiзи мають товщину 2-3мкм. При спробах штерпретувати вiзуалiзовану пстолопч-ну картину на таких пстолопчних препаратах ви-никае декiлька труднощiв.
По-перше, кожен препарат - це лише 1 зрiз тканини. Вивчення лише поодиноких зрiзiв може призвести до помилок i неправильного морфо-лопчного трактування зображення. Тому, для стереоморфолога бтьш доцiльне вивчення по-слщовно'Т серiТ гiстологiчних зрiзiв по глибин до-слiджуваноТ тканини. При цьому втрати у процес виготовлення послщовних серiйних зрiзiв мають бути м^мальними. На основi таких зрiзiв повно-цiнну стереоморфологiчну (3-Д) картину можна уявити лише за допомогою реконструкцш виб-раних мiкроструктур тканини при математичному розрахунку Т'х кратного збтьшення. Для цього використовують вiдповiднi комп'ютерн програми або класичнi методи графiчноТ полiхромноТ селективно', а по™ пластичноТ реконструкцiТ. Та-кож за допомогою комп'ютерного моделювання на основi серш послiдовних гiстологiчних зрiзiв можливим е отримання полiмерних реконструкцш за допомогою 3-Д принтера. Таю реконструкцп можна «розрiзати» у рiзних площинах для вивчення Тх внутрiшньоТ структури. Просторовi реконструкцп бютрубок (вивiдних проток) можуть бути виконанi дискретно: тiльки за зовышым або внутрiшнiм контуром. В деяких випадках нами застосовувався комбшований метод реконструкцп, як пластичним (на основi воску), так i полн мерним матерiалом (на основi акрилових пласт-мас) [2,5].
Друге ускладнення, що виникае при штерпре-тацп гiстологiчних препаратiв, полягае у вмшш розпiзнавати та iнтерпретувати на окремих зрн
зах рiзнi структури, загальна форма яких на ма-кроскошчному рiвнi попередньо вiдома. Зокре-ма, у низцi дослiджень ми маемо справу з вивщ-ними протоками екзокринних залоз людини i тварин, як е епiтелiальними мiкротрубками не-однакового дiаметру i рiзною товщиною Тх етте-лiальноТ стшки. Як i будь-яка труба цилшдричноТ форми, мiкротрубки мають люмiнальний контур (просв^), що вiдповiдае внутрiшньому дiаметру, зовнiшнiй дiаметр та товщину стшки. Трубчаста структура також властива судинним ланкам ге-момiкроциркуляторного русла (ГМЦР), венозна частина яких (посткашлярна венула, венула) мае тюну синтопiчну еднють з епiтелiальною стi-нкою екскреторних проток трубчастоТ форми. По цих бюлопчних трубках, якi е каналами транспортних систем, реалiзуеться рух рщких бiологiч-них середовищ.
Важкiсть розтзнавання таких трубчастих структур на окремих пстолопчних препаратах обумовлена тим, що зрiз може пройти через них у поздовжньому, косому або поперечному на-прямках (рис.1).
Протягом вивщних проток часто вiзуалiзу-ються не ттьки Тх вигини, але й обертання на-вколо своеТ поздовжньоТ оа аж до явища спiра-лiзацiТ (рис.3). Говорячи про спiралiзацiю трубчастих структур, можна замислитися, чому вона юнуе в транспортних системах органiзмiв i яке функцiональне призначення цього явища, тобто визначити зв'язок структури та функцп. Добре вщомо, що спiралеподiбна, штопороподiбна, звивиста, арочна та iншi форми бiологiчних тру-бчатих структур на мiкроскопiчному рiвнi не е винятком i, як показують у тому чи^ й нашi до-слiдження, е закономiрним явищем поряд з Тх-ньою прямолшшною формою. Можна припусти-ти, що взаемозалежнють форми трубчастих транспортних мiкроканалiв та ламiнарний рух рн дини закономiрно вiдображають елементи кри-волiнiйноТ симетр^ i, зокрема, ТТ спiралеподiбну властивiсть.
Нами також, дуже часто по ходу вивщних проток екзокринних залоз, визначаються рiзкi розширення люмшального контуру (внутрiшньо-го дiаметра), що чергуються зi значними його звуженнями (рис.4). Ця послщовнють змши дiа-метрiв проток була названа явищем «сифоыза-цiТ» трубчастих бюлопчних структур. Слщ зазна-чити, що це явище, зокрема, притаманно слин-ним залозам дорослоТ людини, але вщсутне у слинних залозах новонароджених, де ще не сформоваш мюця ретенцiТ та депонування секрету. [3, 4, 6].
В ампулоподiбних розширеннях залозистих проток секрет накопичуеться та депонуеться, потк рiдини уповтьнюеться, тим самим ство-рюються умови взаемоди мiж протоками та емш-сними сегментами ГМЦР. Така взаемодiя здiйс-нюеться через Тх епiтелiальнi стiнки, а опосеред-
кованим середовищем е штерсти^альна рiдина. вторюватися, тобто змша геометрп бiологiчних
У звужених мюцях проток внаслiдок Тх малого трубок може бути одним iз механiзмiв руху ламн
внутрiшнього дiаметра i, можливо, «ефекту капi- нарного потоку рщини. лярностi», рiдина переткае далi по протоках. Дане явище послщовно може багаторазово по-
Рис. 1. Головна вив'дна протока малих слинних залоз людини. Нап1втонк1 епоксидн зр1зи, забарвлення толудиновим син1м. Об'ектив 20, окуляр 10. А - зр1з пройшов у тангенц1альному напрямку, В - зр1з пройшов у поперечному напрямку, С - зр'з пройшов в област': р'зко звуженого на виход'1 гирла протоки.
Рис. 2. М1жчасточков1 вивЮш протоки малих слинних залоз людини. Нап1втонк1 епоксидн зр1зи, забарвлення толудиновим син'ш. Об'ектив 20, окуляр 10. Зр'з пройшов в област': ¡¡х вигину на р1зних рвнях.
J»
у Р
Рис.3. Сп1рал1зац1я м'1жчасточкових вив1дних проток малих слинних залоз людини. Нап1втонк1 епоксидн зр1зи, забарвлення толуТдиновим син'ш. Об'ектив 20 окуляр 10.
Рис. 4. «Сифон1зац1я» м'1жчасточкових вив1дних проток малих слинних залоз людини. Нап1втонк1 епоксидн зр1зи, забарвлення толуТдиновим син1м. Об'ектив 20, окуляр 10. 1 - мсця депонування секрету в ампулопод1бних розширеннях,
2 - мсця ретенцп секрету в р1зко звужених просв1тах проток.
Слщ зазначити, що у тварин i людини, як ве-дуть рухливий cnoci6 життя на вщмшу вщ рос-лин, сформувалася активна система трубчастих каналiв, що пщдаеться постшним змшам. Якщо закономiрностi турбулентного руху кровi по су-динах завдяки робот серця у людини i тварин вивчен досить глибоко, то мехашзми ламшарно-го струму рщини, наприклад, по вивщних протоках слинних i ^зних залоз, що представляють з точки зору фiзики замкненi трубчастi системи, залишаються, значною мiрою, дискутабельними.
Висновок
Отже, можна думати, що звивиста форма транспортних каналiв тканин людини та тварин е корисним стереоморфолопчним пристосуван-ням, а Тх вивчення та тривимiрне моделювання становить науковий iнтерес, зокрема для ш-знання механiзму ламшарного руху рiдини по бiологiчних трубках.
.niTepaTypa
Sherstiuk O, Svintsytska N, Ustenko R, et al. Stereomorfologiya: istoriya i perspektivy ee razvitiya dlya teorii i praktiki mediciny [Stereomorphology: history and prospects of its development for the theory and practice of medicine ]. Aktual'ni problemi suchasnoï medicini: Visnik Ukraïns'koï medichnoï stomatologichnoï akademiï. 2020; 1(69):186-192. (Ukrainian).
Kacenko A, Sherstyuk O, Litovka V, Svintsytska N. Strukturna organizaciya zalozistih komponentiv ekstraorbital'noï ta infraorbital'noï sl'ozovih zaloz laboratornogo shchura [Structural organization of the glandular components of the extraorbital and infraorbital lacrimal glands of the laboratory rat]. Visnik problem biologiï i medicini. 2020; 2 (156):259-262. (Ukrainian). Katsenko A, Sherstiuk O, Svintsytska N, et al. General biological patterns of the structure of human major and minor lacrimal glands and under-researched aspects of their morphology. Aktual'ni problemi suchasnoï medicini: Visnik Ukraïns'koï medichnoï stomatologichnoï akademiï. 2019; 2 (66):229-234. (Ukrainian). Sherstyuk O, Litovka V, Kacenko A, et al. Strukturna organizaciya orbital'noï chastini chastki sl'ozovoï zalozi lyudini [Structural organization of the orbital part of the part of the mucosa of the human]. Morfologiya. 2020; 14(3):118-12. (Ukrainian). Grin' V, Sherstyuk O, Svincic'ka N, Fedorchenko I. Vikoristannya sposobu modelyuvannya atlanta (S1) lyudini za dopomogoyu 3D skul'ptingu [Using the method of modeling an atlas (C1) human 3d sculpting]. Visnik problem biologiï i medicini. 2021; 1(159):171-173. (Ukrainian).
Sherstyuk O, Svincic'ka N, Pilyugin A, et al. Prostorova organizaciya vividnih protok pal'pebral'noï chastki sl'ozovoï zalozi lyudini [Spatial organization of output ducts of the palpebral part of the human tear gland]. Biologiya ta ekologiya. 2021; 7(1):64-69. (Ukrainian).
2
3
4
5
6
Summary
INTERPRETATION OF MORPHOLOGICAL PICTURE OBSERVED IN HISTOLOGICAL PREPARATIONS FROM THE POINT THE VIEW OF STEREOLOGY
Sherstiuk O.O., Hryn V.H., Tarasenko Ya.A., Tykhonova O.A., Lytovka V.V.
Key words: stereomorphology, anatomy, three-dimensional (3-D) images, spatial organization of biological microobjects.
The study of a biological microobject from the standpoint of three-dimensionality gives more correct and realistic vision. The study material included 8 preparations of the palatine and labial salivary glands of adult human individuals fixed in 4% glutaraldehyde solution in phosphate buffer (pH 7.4). Following pre-fixation, the object was cut into individual slices and fixed in a freshly prepared similar fixator adding 1% calcium chloride solution at 4 °C for 12 hours. The tissue was washed after the fixation and then processed according to the requirements for electron microscopy. Tissues enclosed in epoxy resin were used to obtain semi-thin series of histological sections for further graphic and plastic reconstruction of epithelial components (including tubular) glands. Semi-thin sections were stained with 0.1% toluidine blue in phosphate buffer with different pH (from 5.5 to 8.5). Spiral, corkscrew, tortuous, arched and other forms of biological tubular structures at the microscopic level are no exception and, as our study shows, are natural phenomena along with their rectilinear shape. It can be assumed that the interdependence between the shape of the tubular transport microchannels and the laminar motion of the fluid naturally reflects the elements of curvilinear symmetry and, in particular, its spiral property. Conclusion. Thus, we could assume that the tortuous shape of transport channels of human and animal tissues is a useful stereomorphological device, and their study and three-dimensional modelling is of great scientific interest, in particular, for understanding the mechanism of laminar fluid movement through biological tubes.
