Histologie


Histologie

L’histologie (du grec ancien ἱστός tissu et λόγος discours) est la branche de la biologie et de la médecine qui étudie les tissus biologiques. Elle est à mi-chemin entre la biologie cellulaire, l'anatomie, la biochimie et la physiologie. On parlait autrefois d’anatomie microscopique[1]. Elle a pour but d’explorer la structure des organismes vivants, les rapports constitutifs et fonctionnels entre leurs éléments fonctionnels, ainsi que le renouvellement des tissus. Elle participe à l'exploration des processus pathologiques et de leurs effets.

Sommaire

Histoire

C'est l'italien Marcello Malpighi, professeur de médecine à Bologne et à Pise qui est considéré comme le fondateur de l'histologie, au XVIIe siècle. L'histologie fut d'abord empirique, grâce au perfectionnement de microscopes simples, alors récemment inventés, permettant l'étude de coupes minces.

La notion de tissu biologique est due à Xavier Bichat, en 1799, grâce à son ouvrage Traité des membranes en général et de diverses membranes en particulier. On définit alors un tissu comme un ensemble de cellules ayant des caractères morphologiques analogues. Leur classification est alors simple :

Ces premières études ont conduits à établir une grande quantité d'information sur les structures biologiques, ce qui a permis l'élaboration de la théorie cellulaire en 1838, par Matthias Jakob Schleiden et Theodor Schwann. Le terme d'histologie fut utilisé pour la première fois par Mayer et Heusinger en 1819.

Les techniques de biologie cellulaire, de biologie moléculaire, de clonage et de génétique moléculaire ont permis de mieux comprendre le fonctionnement cellulaire et les interaction cellulaires. Ainsi, si la cellule constitue bien l'unité fondamentale de la structure des organismes vivants, elle se révèle être un ensemble incroyablement sophistiqué et complexe. L'histologie moderne considère ainsi la cellule comme une unité fonctionnelle fondamentale.

Techniques histologiques

Il existe de nombreuses techniques histologiques.

Prélèvements

Les prélèvements, quels qu'ils soient doivent être effectués avec le plus grand soin, car leur qualité conditionne directement les possibilités d'étude.

  • Pour les tissus végétaux, le prélèvement utilise des méthodes particulières (écrasement, empreinte par vernis etc.)
  • Pour des tissus animaux (et notamment humains), on distingue quatre catégories majeures de prélèvement :
    • Les frottis : prélèvement médical au moyen d'un écouvillon stérile, d'une petite brosse ou d'une petite spatule (par exemple au niveau du col de l'utérus)
    • Les biopsies : prélèvement de très petite taille d'un tissus, à des fins d'étude microscopique.
    • Les résections d'organes en intégralité, suivies de leur étude. (Dans le cas d'une tumeur, déterminer le caractère bénin ou malin par exemple)
    • Les ponctions de liquides (pleurale, ascitique, péricardique, etc.)

Il existe également des techniques de prélèvement plus sophistiquées : par excision, microdissection. Des prélèvements sont fréquemment réalisés au cours d'une opération, et sont étudiés directement au bloc opératoire par cryostat.

Conservation

Afin de conserver l'échantillon dans un état le plus proche possible de l'état in vivo, deux moyens de conservation peuvent être utilisés :

  • La congélation, utilisée pour les prélèvements en salle d'opération dont le diagnostic doit être connu rapidement (examen extemporané);
  • La fixation par un produit chimique comme le formol ou le bouin, qui a pour effet de polymériser les protéines et, dans certains cas, les lipides présents dans l'organe. Cette technique est utilisée pour les coupes histologiques "longues durées" après inclusion en paraffine.

Amincissements

Les organes, trop gros pour laisser passer la lumière nécessaire à la microscopie optique, doivent encore être découpés en lamelles extrêmement fines par un appareil appelé microtome. Pour cela, on les enrobe dans de la paraffine ou une résine, selon l'épaisseur souhaitée de la coupe. On distingue plusieurs types de coupe selon la méthode de conservation et d'amincissement suivie :

Conservation Inclusion Épaisseur de la coupe
Congélation (à -20 °C) OCT 5 à 100 μm
Polymérisation des protéines Paraffine 5 μm
Polymérisation des protéines et lipides Résine 1 à 0,05 μm

Les coupes de 0,05 μm seront analysées en microscopie électronique tandis que les autres seront observées en microscopie optique.

Coloration

Afin de distinguer les différents tissus, on peut avoir recours à différents colorants. Parmi les différentes techniques de coloration, l'Hématoxiline-Éosine permet une coloration bleue du noyau et rose du cytoplasme. Les techniques d'hybridation permettent de détecter les acides nucléiques, alors que d'autres techniques sont employées pour différents cas comme l'utilisation d'anticorps, de la fluorescence, de sondes (chaude = radioactive ou froide), de sphères d'or colloïdales, d'électrons de diamètres différents (de 8 à 20 um), le couplage avidine-biotine, etc. Staining Biological tissue has little inherent contrast in either the light or electron microscope. Staining is employed to give both contrast to the tissue as well as highlighting particular features of interest. Where the underlying mechanistic chemistry of staining is understood, the term histochemistry is used. Hematoxylin and eosin (H&E stain) is the most commonly used light microscopical stain in histology and histopathology. Hematoxylin, a basic dye, stains nuclei blue due to an affinity to nucleic acids in the cell nucleus; eosin, an acidic dye, stains the cytoplasm pink. Uranyl acetate and lead citrate are commonly used to impart contrast to tissue in the electron microscope. Special staining: There are hundreds of various other techniques that have been used to selectively stain cells and cellular components. Other compounds used to color tissue sections include safranin, oil red o, Congo red, fast green FCF, silver salts, and numerous natural and artificial dyes that were usually originated from the development dyes for the textile industry. Histochemistry refers to the science of using chemical reactions between laboratory chemicals and components within tissue. A commonly performed histochemical technique is the Perls Prussian blue reaction, used to demonstrate iron deposits in diseases like hemochromatosis. Histology samples have often been examined by radioactive techniques. In historadiography, a slide (sometimes stained histochemically) is X-rayed. More commonly, autoradiography is used to visualize the locations to which a radioactive substance has been transported within the body, such as cells in S phase (undergoing DNA replication) which incorporate tritiated thymidine, or sites to which radiolabeled nucleic acid probes bind in in situ hybridization. For autoradiography on a microscopic level, the slide is typically dipped into liquid nuclear tract emulsion, which dries to form the exposure film. Individual silver grains in the film are visualized with dark field microscopy. Recently, antibodies have been used to specifically visualize proteins, carbohydrates, and lipids. This process is called immunohistochemistry, or when the stain is a fluorescent molecule, immunofluorescence. This technique has greatly increased the ability to identify categories of cells under a microscope. Other advanced techniques, such as nonradioactive in situ hybridization, can be combined with immunochemistry to identify specific DNA or RNA molecules with fluorescent probes or tags that can be used for immunofluorescence and enzyme-linked fluorescence amplification (especially alkaline phosphatase and tyramide signal amplification). Fluorescence microscopy and confocal microscopy are used to detect fluorescent signals with good intracellular detail. Digital cameras are increasingly used to capture histological and histopathological image [edit]Common laboratory stains

Stain Common use Nucleus Cytoplasm Red blood cell (RBC) Collagen fibers Specifically stains Haematoxylin General staining when paired with eosin (i.e. H&E) Blue N/A N/A N/A Nucleic acids—blue ER (endoplasmic reticulum)—blue Eosin General staining when paired with haematoxylin (i.e. H&E) N/A Pink Orange/red Pink Elastic fibers—pink Collagen fibers—pink Reticular fibers—pink Toluidine blue General staining Blue Blue Blue Blue Mast cells granules—purple Masson's trichrome stain Connective tissue Black Red/pink Red Blue/green Cartilage—blue/green Muscle fibers—red Mallory's trichrome stain Connective tissue Red Pale red Orange Deep blue Keratin—orange Cartilage—blue Bone matrix—deep blue Muscle fibers—red Weigert's elastic stain Elastic fibers Blue/black N/A N/A N/A Elastic fibers—blue/black Heidenhain's AZAN trichrome stain Distinguishing cells from extracellular components Red/purple Pink Red Blue Muscle fibers—red Cartilage—blue Bone matrix—blue Silver stain Reticular fibers, nerve fibers, fungi N/A N/A N/A N/A Reticular fibers—brown/black Nerve fibers—brown/black Wright's stain Blood cells Bluish/purple Bluish/gray Red/pink N/A Neutrophil granules—purple/pink Eosinophil granules—bright red/orange Basophil granules—deep purple/violet Platelet granules—red/purple Orcein stain Elastic fibres Deep blue [or crazy red] N/A Bright red Pink Elastic fibres—dark brown Mast cells granules—purple Smooth muscle—light blue Periodic acid-Schiff stain (PAS) Basement membrane, localizing carbohydrates Blue N/A N/A Pink Glycogen and other carbohydrates—magenta Table sourced from Michael H. Ross, Wojciech Pawlina, (2006). Histology: A Text and Atlas. Hagerstown, MD: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 0-7817-5056-3. The Nissl method and Golgi's method are useful in identifying neurons. [edit]Alternative techniques Alternative techniques include cryosection. The tissue is frozen using a cryostat, and cut. Tissue staining methods are similar to those of wax sections. Plastic embedding is commonly used in the preparation of material for electron microscopy. Tissues are embedded in epoxy resin. Very thin sections (less than 0.1 micrometer) are cut using diamond or glass knives. The sections are stained with electron dense stains (uranium and lead) so that they can possibly be seen with the electron microscope.

Classification des tissus en histologie

Notion de tissus, d'organe et de système.

Actuellement, la classification cellulaire repose sur le regroupement des cellules sur la base de leur fonction principale. Ci-dessous, sont exposés la classification fonctionnelle des cellules animales.

Un tissu est un ensemble de cellules organisées de manière spécifique. Un assemblage de cellules ayant toutes la même structure forme un tissu simple. Dans la majorité des cas, on observe un mélange de différentes cellules et de matrice extra-cellulaire. Ceci forme un tissu composé.

Les tissus forment ensemble des organes, prenant place dans un appareil (ou système). Un organe est donc un groupe anatomiquement distinct de tissus de plusieurs types, qui remplissent des fonctions spécifiques. Un appareil est un groupe de cellules ou d'organes qui ont des fonctions analogues ou proches.


Groupe de cellules Cellules épithéliales Cellules de soutien Cellules contractiles Cellules nerveuses Cellules germinales Cellules sanguines Cellules immunitaires Cellules endocrines
Exemple Épithélium cutané. Endothélium vasculaire Tissus conjonctif de soutien. Cartilage. Tissus osseux Muscle Système nerveux central. Système nerveux périphérique Spermatozoïdes. Ovocytes Globules rouges. Globules blancs Tissus lymphoïdes. Tonsilles. Pulpe Blanche splénique Thyroïde. Surrénale. Pancréas endocrine.
Fonction Barrière, absorption, sécrétion Maintient de la structure de l'organisme Mouvements Communication cellulaire directe Reproduction Transport de l'oxygène, défense de l'organisme Défense de l'organisme Communication cellulaire indirecte

Notes et références

  1. Définitions lexicographiques et étymologiques de « histologie » du CNRTL.

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