Оплодотворение и развитие

Оплодотворение - сложный процесс, приводящий к слия­нию яйцеклетки и сперматозоида, объединению их ядер, образова­нию диплоидной зиготы, из которой впоследствии будет развивать­ся новый организм. Генетическое значение процесса оплодотворе­ния состоит в объединении гаплоидных наборов хромосом отцовских и материнских гамет, отличающихся высокой степенью генетичес­кого разнообразия.

Несмотря на количественное постоянство хро­мосомного набора, это обеспечивает генетическое разнообразие осо­бей. В результате процесса оплодотворения восстанавливается диплоидность зиготы, что само по себе является толчком к последую­щим делениям митозом. У человека, как и у других млекопитаю­щих, процесс оплодотворения, который начинается с проникнове­ния сперматозоида в ооцит второго порядка, запускает механизм созревания яйцеклетки. В ооците второго порядка второе мейоти­ческое деление останавливается на стадии метафазы. Завершение развития яйцеклетки наблюдается только после оплодотворения.

Оплодотворение состоит из трех последовательных этапов. Пер­вый этап характеризуется сближением сперматозоида и яйцеклет­ки до их контакта. Второй этап начинается с момента прикрепления сперматозоида к поверхности яйцеклетки и осуществления контак­тных взаимодействий между ними. Третий период начинается пос­ле проникновения сперматозоида в яйцеклетку и завершается объе­динением их ядер. Оплодотворение происходит в верхних концах фаллопиевых труб. Сперматозоиды сохраняют жизнеспособность в женских поло­вых путях в течение 1-3 суток, но остаются высокофертильными лишь 12-24 часа. Сперматозоид способен оплодотворить ооцит только после того, как он проведет в половых путях несколько часов.

Спермии скапливаются вокруг ооцита второго порядка. В голов­ке одного из спермиев происходит очень быстрая акросомальная реакция. Она состоит в том, что разрываются мембраны головки спермия и ферменты акросомы, особой клеточной структуры спер­матозоида, «переваривают» клеточные слои, окружающие ооцит. Затем спермйй проникает внутрь ооцита. У человека сперматозоид входит в ооцит целиком. Время акросомной реакции не превышает 20 секунд.

После проникновения в яйцеклетку одного из спермиев разры­ваются многочисленные вакуоли, расположенные под мембраной яйцеклетки, и из них освобождается вещество, под действием кото­рого zona pellucida утолщается и образует непроницаемую прегра­ду поверх яйцеклетки — оболочку оплодотворения. Она препятству­ет проникновению в ооцит других спермиев. У человека проникно­вение сперматозоида в ооцит является сигналом для завершения второго мейотического деления, которое приводит к образованию гаплоидной яйцеклетки и сопутствующих клеток (полярных телец), которые дегенерируют. В это же время-в цитоплазме ооцита расса­сывается хвост сперматозоида. Следующий этап процесса оплодот­ворения связан с объединением генетического материала яйцеклет­ки и сперматозоида в одно диплоидное ядро.

Высококондеисированное ядро сперматозоида начинает набу­хать, хроматин разрыхляется, и ядро превращается в структуру, называемую мужским пронуклеусом. Аналогичные изменения про­исходят в женском ядре, что приводит к образованию женского про-нуклеуса. В процессе формирования пронуклеусов происходит син­тез ДНК и в мужском, и вженском ядре (In 2C). В результате каж­дая хромосома удваивается и состоит уже из двух сестринских хроматид. После того, как репликация ДНК закончена, пронуклеусы перемещаются к центру яйцеклетки и их мембраны разрушают­ся. Отцовские и материнские хромосомы, каждая из которых имеет две хроматиды, прикрепляются к нитям сформировавшегося вере­тена деления. Затем хромосомы выстраиваются по экватору веретена. В это время наблюдается картина, характерная для метафазы митоза.

Объединение отцовских и материнских хромосом в общем ми­тозе переводит оплодотворенную яйцеклетку в качественно новое состояние — зиготу» Зигота проходит стадии анафазы и телофазы и завершает свое первое митотическое деление. Образуются две до­черние диплоидные клетки - бластомеры. Генетический материал бластомеров представляет собой совокупность хромосом отца и матери. В каждой паре гомологичных хромосом одна хромосома отцовская, а другая материнская.

Процесс индивидуального развития начинается с момента оп­лодотворения. Зигота делится митотически, затем проходят этапы пренатального развития: бластула, гаструла, нейруляция, имплан­тация в стенку матки, закладка и формирование органов и систем органов, рост плода. Пренатальный период сменяется перинатальным, который начинается с 28-й недели беременности, включает роды и заканчивается через 7 дней после родов. После этого начи­нается постнатальный период, включающий в себя всю жизнь че­ловека от рождения до смерти.

Процесс индивидуального развития имеет ряд критических пе­риодов, когда организм наиболее уязвим к различным факторам окружающей среды.

Нормальное развитие особи в течение эмбриогенеза сопряжено с активным делением клеток, морфогенетическим движением за­родышевых листков, с процессами дифференцировки и органоге­неза. Тератогенные факторы могут изменять способность клеток к размножению и перемещению из одного места в другое, нарушать процесс приобретения клетками определенной специализации и в конечном итоге вызвать развитие уродств. К основным механиз­мам развития пороков на тканевом уровне относятся: гибель от­дельных клеточных масс, замедление распада и рассасывания от­мирающих клеток, нарушение взаимодействия тканей между со­бой. В результате тот или иной орган йедоразвивается или развивается неправильно. Например, если смещается устье аорты, то развивается врожденный порок сердца.

На ранних стадиях эмбриогенеза выделяют так называемые кри­тические периоды, во время которых развивающийся орган-особо чувствителен к факторам Окружающей среды. Если женщина забо­леет краснухой между 3-й И 9-й неделями беременности, то возни­кает риск развития у плода таких пороков, как порок сердца, ката­ракта, глухота. В другие сроки краснуха не вызывает пороков раз­вития плода. Сходное действие предполагается у других вирусных инфекций (гриппа, оспы, паротита).

Поскольку тератогенные факторы не нарушают генетических структур, такие пороки развития не наследуются, т. е. риск повтор­ного рождения ребенка с аналогичным пороком предельно мал. К препаратам, способным вызвать образование врожденных по­роков развития, относятся транквилизаторы, противосудорожные, гормональные и противоопухолевые средства. Стероидные гормо­ны, входящие в состав многих контрацептивов, которые женщины могут принимать, не зная о наличии беременности, относятся к чис­лу факторов риска развития врожденных пороков. Широко применяемые в промышленности и сельском хозяйстве бензол, фенолы, хлоропрен, формальдегид, ядохимикаты, а также свинец и пары ртути обладают токсическим действием. Их воздей­ствие может вызвать самопроизвольный аборт, внутриутробную смерть плода или рождение ослабленного ребенка.