超微结构学概述ppt课件.ppt

生物医学超微结构生物医学超微结构Biomedical ultrastructure概概 论论 吴晓英吴晓英 教授教授中南大学湘雅病理系中南大学湘雅病理系.一、一、超微结构超微结构简介简介1. 概念概念 conception 显显微微结结构构（microscopic structure）是是指指在在分分辨辨本本领领约约为为0.2微微米米的的光光学学显显微微镜镜下下所所能能观观察察到到的的细细胞胞结构，如核仁、线粒体、中心体等结构，如核仁、线粒体、中心体等2. 亚显微结构（亚显微结构（submicroscopic structure）是指用光学显微镜观察不）是指用光学显微镜观察不到，必须用电子显微镜或其他技术才到，必须用电子显微镜或其他技术才能见到的细胞微细结构能见到的细胞微细结构 超超 微微 结结 构构 （ ultrastructure, fine structure ultrastructure; electron microscopy ）是是指指细细胞胞或或组组织织在在分分子子水水平平或或亚亚显显微微水水平平的的结结构构，即即指指在在电电子子显显微微镜镜下下显显示示的的结结构构电电子子显显微微镜镜能能观观察察的的范范围围很很广广，从从细细胞胞内内的的各各种种细细胞胞器器，细细胞胞的的表表面面结结构构和和各各种种细细胞胞连连接接及及细细菌菌（含含纳纳米米细细菌菌）、支支原原体体和和病病毒毒等等各各种种病病原原微微生生物物，甚甚至至能能看看到到分分子子结结构构（如如DNA的的结结构构）, 以以及及原子结构（如已见到钨的原子结构）。

原子结构（如已见到钨的原子结构）在在电电镜镜下下,亚亚显显微微结结构构与与超超微微结结构构不不具具有有明明显显界界限限,统统称称“超微结构超微结构”4.(普通光学显微镜的分辨力极限约为0.2微米，细胞膜、内质网膜和核膜的厚度，核糖体、微体、微管和微丝的直径等均小于0.2微米，因而用普通光学显微镜观察不到这些细胞结构，要观察细胞中的各种亚显微结构，必须用分辨力更高的电子显微镜) 超微结构是指分辨范围10A的观察等级.所用仪器是电子显微镜、X线衍射等高级显微设备. “医医学学超超微微结结构构学学”是是一一门门交交叉叉性性的的基基础础学学科科，它它主主要要讲讲述述：正正常常人人体体组组织织、细细胞胞及及与与医医学学实实验验相相关关的的动动物物细细胞胞在在电电镜镜下下的的超超微微结结构构，即即各各种种细细胞胞、细细胞胞器器、细细胞胞核核和和膜膜结结构构，细细胞胞表表面面结结构构及及细细胞胞连连接接等等；细细菌菌、支支原原体体、衣衣原原体体、霉霉菌菌、病病毒毒、寄寄生生虫虫等等病病原原微微生生物物的的超超微微结结构构；核核酸酸、脂脂质质体体等等生生物物大大分分子子及及医医用用纳纳米材料等的超微结构。

米材料等的超微结构6.2. 意义意义 significance 超超微微结结构构学学的的产产生生，标标志志着着形形态态学学已已不不仅仅从从细细胞胞、而而且且深深入入到到亚亚细细胞胞水水平平（细细胞胞器器），从从分分子子水水平平去去认识、探索结构与功能的关系认识、探索结构与功能的关系超微结构学在超微结构学在研究研究中的作用中的作用 通通过过光光镜镜观观察察到到的的组组织织病病变变，对对于于疾疾病病发发生生发发展展的的研研究究以以及及对对疾疾病病的的诊诊断断具具有有非非常常重重要要的的、不不可可取取代代的的作作用用，但但某某些些疾疾病病的的病病理理变变化化特特征征并并不不仅仅表表现现在在组组织织水水平平，且且还还表表现现在在细细胞胞及及亚亚细细胞胞水水平平，这这需需要要超超微微病病理理学学如如HbsAgHbsAg的的发发现现、细细胞胞凋凋亡亡过过程程的的细细节节在在电电子子显显微微镜镜下下可可以以确确切切观观察察和和印印证证、探探讨讨HIVHIV感感染染与与复复制过程等制过程等8.超微结构观察在超微结构观察在疾病诊断疾病诊断中的作用中的作用 亚亚细细胞胞水水平平乃乃至至分分子子水水平平分分析析观观察察组组织织的的病病变变, ,是是组组织织学学与与病病理理学学的的不不可可缺缺少少的的补补充充手手段段, ,越越来来越越发发挥挥重重要要的的作作用用。

如如横横文文肌肌肉肉瘤瘤的的诊诊断断: :电电镜镜下下常常能能在在细细胞胞内内检检出出典典型型的的带带有有横横纹纹的的原原始始肌肌原原纤纤维维而而确确诊诊；黑黑色色瘤瘤的的诊诊断断电电镜镜下下看看到到黑黑色色素素体体即即可可确确诊诊；神经内分泌系肿瘤的特异性分泌颗粒等神经内分泌系肿瘤的特异性分泌颗粒等3.背景与进展背景与进展 background & progress19世世纪纪光光学学显显微微镜镜（LM）的的诞诞生生具具有有划划时时代代的的意意义义，使使人人们们在在组组织织和和细细胞胞水水平平直直接接观观察察病病变变成成为为可能由由于于 LM 分分辨辨能能力力的的限限制制，无无法法深深入入观观察察到到细细胞胞暨暨亚亚细细胞胞水水平平，但但亚亚细细胞胞水水平平的的结结构构及及改改变变对对人人们们认识细胞功能往往具有重要的作用认识细胞功能往往具有重要的作用 如何提高如何提高LMLM分辨率？突破其倍数瓶颈？分辨率？突破其倍数瓶颈？.1932年年德德国国的的Knoll 和和 Ruska 根根据据电电子子光光学学原原理理，创创建建了了第第一一台台雏雏形形电电子子显显微微镜镜，经经过过半半个个世世纪纪的的不不断断改改进进，电电子子显显微微镜镜及及其其技技术术已已有有长长足足发发展展和和进进步步，并并日日益益广广泛泛地地应应用用于于医医学学各各学学科领域，在此基础上，逐渐形成了科领域，在此基础上，逐渐形成了超微结构学超微结构学。

我我国国在在20世世纪纪50年年代代后后期期即即开开始始此此领领域域的的建建设设工工作作目目前前，全全国国许许多多单单位位均均相相继继开开展展了了超超微结构的研究工作微结构的研究工作二、超微结构学的地位及学习方法二、超微结构学的地位及学习方法1.1.超微病理学超微病理学的发展及在医学的地位的发展及在医学的地位 发展与地位发展与地位 是组织学、细胞学的纵深发展是组织学、细胞学的纵深发展12.超微结构超微结构与超与超微病理学微病理学电镜. 提升教学与科研提升教学与科研 通通过过学学习习超超微微病病理理学学，了了解解掌掌握握人人体体基基本本组组织织和和细细胞胞常常见见病病的的超超微微病病理理基基本本知知识识，拓拓宽宽学学生生视视野野，提提高高分分析析问问题题和和解解决决问问题题的的能能力力；为为科科研研工工作作者者提提供了探讨微观领域前所未有的手段和技术平台供了探讨微观领域前所未有的手段和技术平台 为为医医疗疗服服务务，提提升升诊诊断断水水平平：器器官官、组组织织及及细细胞胞超微病理变化具有诊断及鉴别诊断价值超微病理变化具有诊断及鉴别诊断价值 14.2.2.学习超微须注意事项学习超微须注意事项局局部部与与整整体体的的关关系系: :电电镜镜下下只只极极小小部部分分，超超薄薄切切片片获获得得的的样样品品厚厚度度只只有有一一个个细细胞胞的的几几百百分分之之一一。

必必须须同同时时观观察察大大体体和和组组织织，密密切切结结合合光光镜镜，重重视视大大超超薄薄切切片片和和低倍电镜低倍电镜的观察，才能获得全面的资料的观察，才能获得全面的资料静静态态和和动动态态的的关关系系: :常常规规电电镜镜技技术术不不能能观观察察活活细细胞胞，故故细细胞胞结结构构是是瞬瞬间间静静态态图图像像，实实际际上上细细胞胞是是运运动动和和变变化，细胞超微结构是动态的，防止单纯的形态描述化，细胞超微结构是动态的，防止单纯的形态描述重视半薄切片重视半薄切片重视半薄切片重视半薄切片: : : : 生生生生物物物物样样样样品品品品普普普普通通通通石石石石蜡蜡蜡蜡切切切切片片片片厚厚厚厚度度度度为为为为 5 5 5 5mm左左左左右右右右, , , ,其其其其观观观观察察察察深深深深度度度度远远远远比比比比超超超超薄薄薄薄切切切切片片片片为为为为大大大大, , , ,即即即即石石石石蜡蜡蜡蜡切切切切片片片片和和和和超超超超薄薄薄薄切切切切片片片片之之之之间间间间不不不不仅仅仅仅有有有有观观观观察察察察范范范范围围围围大大大大小小小小的的的的区区区区别别别别, , , ,也也也也有有有有观观观观察察察察厚厚厚厚度度度度的的的的显显显显著著著著差差差差异异异异。

半半半半薄薄薄薄切切切切片片片片厚厚厚厚度度度度为为为为1 1 1 1mm左左左左右右右右, , , ,一一一一是是是是可可可可为为为为超超超超薄薄薄薄切切切切片片片片定定定定位位位位，以以以以选选选选取取取取电镜下需观察部位电镜下需观察部位电镜下需观察部位电镜下需观察部位, , , ,二是可供光镜观察标本的整体面貌二是可供光镜观察标本的整体面貌二是可供光镜观察标本的整体面貌二是可供光镜观察标本的整体面貌 制制制制作作作作半半半半薄薄薄薄切切切切片片片片的的的的材材材材料料料料和和和和技技技技术术术术流流流流程程程程差差差差异异异异，其其其其中中中中某某某某些些些些组组组组织织织织成成成成分分分分得得得得以以以以较较较较好好好好保保保保存存存存和和和和得得得得以以以以显显显显示示示示，且且且且半半半半薄薄薄薄切切切切片片片片又又又又较较较较普普普普通通通通石石石石蜡蜡蜡蜡切切切切片片片片薄薄薄薄，可可可可检检检检见见见见通通通通常常常常在在在在石石石石蜡蜡蜡蜡切切切切片片片片难难难难以以以以检检检检见见见见的的的的形形形形态态态态结结结结构构构构, , , , 有利于诊断有利于诊断有利于诊断。

有利于诊断 半薄图片举例半薄图片举例. 了解了解电镜等仪器的性能电镜等仪器的性能电镜等仪器的性能电镜等仪器的性能： 电镜电镜电镜电镜 的分辨本领虽已远胜于光镜，但电镜因的分辨本领虽已远胜于光镜，但电镜因的分辨本领虽已远胜于光镜，但电镜因的分辨本领虽已远胜于光镜，但电镜因需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，需在真空条件下工作，所以很难观察活的生物，而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤而且电子束的照射也会使生物样品受到辐照损伤其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量等问其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量等问其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量等问其他的问题，如电子枪亮度和电子透镜质量等问题也有待继续研究题也有待继续研究题也有待继续研究题也有待继续研究 X线衍射.三、超微结构学的必备技术平台三、超微结构学的必备技术平台1.1.仪仪器器：电电子子显显微微镜镜( (electron microscope, ,简简称称电电镜镜或或EMEM) )及制样设备：及制样设备： 透射电镜透射电镜(Transmisson EM,TEM):内部结构内部结构 扫描电镜扫描电镜(Scanning EM,SEM):表面超微结构表面超微结构2. 样样品品制制备备技技术术或或电电镜镜技技术术(electron microscopy)：超薄切片技术等超薄切片技术等 3.图象识别和处理技术图象识别和处理技术 ：诊断医师及技术员：诊断医师及技术员.1. 何为电镜？何为电镜？何为电镜？何为电镜？ 电电镜镜是是使使用用电电子子来来展展示示物物件件的的内内部部或或表表面面结结构构的的显显微镜。

微镜观察对象：观察对象：无机材料：材料科学、化工、采矿无机材料：材料科学、化工、采矿 有机材料：生物、医学用有机材料：生物、医学用电电镜镜：实实质质上上是是一一类类工工具具，是是显显微微镜镜的的一一种种！但但系系系系大大型、贵重、精密型、贵重、精密仪器仪器仪器仪器, , , ,其原理、结构与光镜显著不同！其原理、结构与光镜显著不同！其。