Лекция 3: ранние стадии эмбрионального развития человека

Пренатальный период развития начинается с момента оплодотворения и образования зиготы и продолжается 280 дней.

Эмбриогенез подразделяется на:

• начальный период (первая неделя после оплодотворения);

• эмбриональный период (со 2-й по 9-ю недели эмбриогенеза);

• плодный период (с 8-9 недели эмбриогенеза до рождения).

ПЕРВАЯ НЕДЕЛЯ ЭМБРИОГЕНЕЗА

Яйцеклетка человека относится к вторично олиголецитальному, изолецитальному типу.

Тип дробления зиготы, образованной изолецитальной яйцеклеткой – полное (голобластическое), то есть зигота при первом делении дробления полностью разделяется на два бластомера. Дальнейшие деления дробления – отчасти неравномерные, поскольку образуются два типа бластомеров: первый тип - более мелкие и светлые бластомеры, и второй тип – более крупные и тёмные бластомеры. Дробление происходит асинхронно и относительно медленно. Плоскость первого дробления проходит через редукционные тельца.

Более мелкие бластомеры в последующем образуют трофобласт, более крупные – эмбриобласт (внутреннюю клеточную массу).

На ранних стадиях (1-4 сутки после оплодотворения) бластула называется морулой (от латинского Morus – тутовая ягода). Морула образована небольшим количеством бластомеров (до 32 бластомеров), и не имеет полости. Сначала бластомеры расположены рыхло, с довольно большими межклеточными пространствами (стадия 8 бластомеров). Затем происходит компактизация, и клетки сближаются. Мелкие бластомеры перемещаются на периферию бластулы, между ними устанавливаются плотные контакты (изолирующие). Эти клетки образуют первую внезародышевую оболочку – трофобласт. Крупные бластомеры оказываются внутри, между ними устанавливаются коммуникационные контакты (щелевые, нексусы); эти клетки образуют эмбриобласт.

Дробление происходит в ходе перемещения зародыша (на этой стадии его называют преэмбрион или концептус) по маточной трубе. На четвёртые сутки концептус попадает в полость матки.

С появлением полости (к 5-му дню эмбрионального развития) бластула называется бластоцистой. Эмбриобласт (внутренняя клеточная масса) – компактная масса мелких клеток, выступающих в бластоцель. Эмбриобласт расположен эксцентрично: клетки эмбриобласта образуют плотное скопление у одного из полюсов трофобласта. В дальнейшем из эмбриобласта образуются собственно зародыш и внезародышевые оболочки, за исключением хориона.

Бластоциста остаётся свободной в полости матки до 6-7-го дня эмбрионального развития, затем погружается в слизистый секрет маточных желез на поверхности эндометрия (эндометрий – слизистая оболочка матки).

Имплантация – прикрепление и внедрение зародыша в слизистую оболочку матки начинается на 6-7-й день после оплодотворения.

Под действием маточного секрета, который выделяют клетки эпителия слизистой оболочки и маточных желез, прозрачная оболочка, окружающая бластоцисту, растворяется, и бластоциста прикрепляется к эндометрию. Эта стадия называется адгезией.

Как только трофобласт входит в контакт с эпителием эндометрия, клетки трофобласта начинают активно делиться, дочерние клетки сливаются, образуя единую цитоплазматическую массу, содержащую множество ядер, и не имеющую клеточных границ – синцитиотрофобласт (синоним - симпластрофобласт). Таким образом, с началом имплантации трофобласт дифференцируется на цито- и синцитиотрофобласт, который быстро разрастается, выделяет лизосомальные ферменты и разрушает ткани эндометрия матки.

Процесс проникновения через эпителий эндометрия и полное погружение в эндометрий - эта стадия называется инвазией - начинается с 7-го дня эмбриогенеза. Инвазия происходит благодаря активности синцитиотрофобласта. Синцитиототрофобласт выделяет литические ферменты, которые последовательно разрушают эпителий эндометрия матки, соединительную ткань собственной пластинки и, наконец, стенки кровеносных сосудов. Кровь из разрушенных сосудов изливается, образуя лакуны – полости в трофобласте, заполненные кровью матери.

На 9-10-й день после оплодотворения эмбрион оказывается полностью погруженным в эндометрий. Эпителий слизистой оболочки обрастает зародыш сверху, закрывая рану, образованную при имплантации.

Синцитиотрофобласт адсорбирует продукты распада (лизиса) тканей матери. Продукты лизиса используются зародышем для роста. Такой тип питания зародыша называется гистиотрофным. Гистиотрофный тип питания характерен для первых двух недель жизни эмбриона.

Кроме того, синцитиотрофобласт является местом образования гормонов, включая хорионический гонадотропин (гормон, стимулирующий образование прогестерона жёлтым телом). Этот гормон можно определить в крови или в моче женщин, начиная с 10-го дня беременности, что является основой теста на беременность.

Таким образом, роль синцитиотрофобласта заключается в том, что:

• благодаря действию лизосомальных ферментов, он обеспечивает инвазию зародыша в стенку матки;

• обеспечивает питание, необходимое для роста зародыша в первые две недели жизни, абсорбируя продукты распада тканей матки;

• выполняет эндокринную функцию.

ВТОРАЯ НЕДЕЛЯ ЭМБРИОГЕНЕЗА

1-я фаза гаструляции – деламинация – происходит на 7-ой день жизни эмбриона. При этом эмбриобласт расщепляется на эпибласт и гипобласт. Гипобласт в будущем даст начало внезародышевой (желточной) энтодерме.

После деламинации края эпибласта, изгибаясь, срастаются с образованием небольшой полости, формируя амниотический пузырёк. Клетки гипобласта делятся, перемещаются и смыкаются, образуя стенку желточного пузырька. Таким образом, на этой стадии развития различают двухслойный зародышевый диск, при этом эпибласт образует дно амниотического пузырька, а гипобласт – крышу желточного пузырька.

Из эпибласта выселяются клетки, дающие начало внезародышевой мезодерме. Внезародышевая мезодерма образует губчатую структуру, образованную тяжами клеток. Постепенно внезародышевая мезодерма обрастает стенки амниотического и желточного пузырька, формируя амниотическую оболочку (изнутри выстлана внезародышевой эктодермой, снаружи – внезародышевой мезодермой) и желточный мешок (изнутри выстлан внезародышевой энтодермой, снаружи – внезародышевой мезодермой).

При подрастании мезодермы к трофобласту формируется хориональная оболочка (внезародышевая мезодерма + цито- и синцитиотрофобласт) и небольшие полости сливаются в единую полость хориона (синоним - внезародышевый целом).

Зародыш связан с формирующимся хорионом через амниотическую ножку, образованную внезародышевой мезодермой.

Внезародышевая мезодерма врастает в выросты трофобласта, и первичные ворсинки хориона становятся вторичными (на 12-13-е сутки эмбриогенеза).

Вторую неделю эмбриогенеза часто называют периодом «двоек»:

• образуются два слоя – эпибласт и гипобласт, которые составляют зародышевый диск;

• развиваются два пузырька – амниотический и желточный;

• дифференцируются два слоя трофобласта – цито- и синцитиотрофобласт.

Таким образом, в конце первой недели – начале второй недели пренатального развития происходят такие очень важные и совпадающие по времени их протекания события (процессы), как:

• имплантация;

• первая фаза гаструляции;

• появление внезародышевой мезодермы и развитие внезародышевых органов: амниона, желточного мешка, хориона.

В связи с этим, данный период жизни эмбриона относят к критическим (определяющим) периодом развития.

ТРЕТЬЯ НЕДЕЛЯ ЭМБРИОГЕНЕЗА

На 14-15–й день жизни эмбриона происходи вторая стадия гаструляции, которая происходит по механизму иммиграции.

Клетки, иммигрирующие в зоне гензеновского узелка, образуют хордомезодермальный отросток, первоначально растущий под эпибластом по направлению к головному концу по срединной линии зародыша. Клетки этого отростка дифференцируются в головную мезодерму и хорду. В период регрессии первичная полоска укорачивается, что приводит к перемещению первичного узелка в каудальном (хвостовом) направлении и, следовательно, росту хорды в этом направлении.

Роль хорды в процессе развития:

• хорда - ось будущего позвоночника

• хорда - первичный индуктор и организатор: под влиянием сигнальных молекул клеток хорды происходит дифференцировка первичной эктодермы в нейроэктодерму и образование нервной пластинки и нервной трубки.

• остатки хорды образуют студенистое ядро (nucleus pulposus) межпозвоночных хрящей.

Формирование комплекса осевых зачатков, нейруляция и дифференцировка зародышевых листков при развитии млекопитающих происходит аналогично тому, как это происходит при развитии птиц.

В ходе образования нервной трубки после смыкания нервных валиков образуется нервный гребень (нервный крест), дающий начало целому ряду структур и клеток, в частности периферической нервной системе, мозговому веществу надпочечников и др. (перечислены в таблице ).

Под индукционным влиянием хорды и нервной трубки сомит дифференцируется на дерматом, миотом и склеротом (вентро-медиальная часть сомита).

Из миотома (внутренний слой клеток дорсолатеральной части сомита) развивается скелетная мускулатура.

Дерматом наружный слой клеток дорсолатеральной части сомита) даёт начало соединительной ткани кожи – дерме.

Клетки склеротома направленно мигрируют в места окончательной локализации и дифференцируются в клетки хрящевой и костной ткани, формируя осевой скелет: позвонки, рёбра, лопатки.

Мезенхима играет роль эмбриональной соединительной ткани. Мезенхима состоит из отростчатых клеток, погруженных в межклеточное вещество, образованное тканевой жидкостью и тонкими фибриллами. Клетки мезенхимы выселяются из всех зародышевых листков, наиболее активно – из мезодермы. Мезенхима является полипотентным и гетерогенным зачатком, её часто называют четвёртым зародышевым листком. Из мезенхимы образуются нескольких типов тканей и тканевых структур:

• кровь;

• все типы соединительной ткани;

• гладкая мышечная ткань,

• кровеносные сосуды и эндокард сердца;

• микроглия центральной нервной системы.

Первые кровеносные сосуды и очаги (островки) кроветворения обнаруживаются в стенке желточного мешка.

Кровеносные сосуды врастают в хориональные ворсинки, которые с появлением сосудов становятся третичными; такие ворсинки появляются на 3-й неделе эмбрионального развития.

С 20-го дня эмбриогенеза начинается обособление тела зародыша от внезародышевых оболочек - образуется туловищная складка.

ВНЕЗАРОДЫШЕВЫЕ ОРГАНЫ В ЭМБРИОГЕНЕЗЕ ЧЕЛОВЕКА

• амнион

• желточный мешок

• аллантоис

• хорион

• плацента

Амнион образует замкнутую полость вокруг зародыша.

Функции амниона:

• создание водной среды определенного химического состава и давления для свободного развития эмбриона и плода;

• защита от механических и гравитационных стрессов;

• предотвращение слипание плода с окружающими тканями.

Стенка амниона образована амниотическим эпителием (внезародышевой эктодермой, которая развивается из эпибласта) изнутри и внезародышевой мезодермой снаружи. Постепенно полость амниона разрастается. К 7-й неделе развития амниотическая мезодерма входит в контакт с мезодермой хориона (амнио-хориональная оболочка). Кроме того, амниотический эпителий обрастает амниотическую ножку. Амнион функционирует до момента рождения (плодный пузырь). К концу беременности полость амниона заполнена 1-1,5 литрами амниотической жидкости (околоплодные воды).

Желточный мешок

Стенка желточного мешка изнутри образована внезародышевой энтодермой. Её формируют интенсивно делящиеся клетки гипобласта, которые перемещаются по внутренней поверхности трофобласта. Снаружи внезародышевая энтодерма обрастает внезародышевой мезодермой.

У человека желточный мешок функционирует только на ранних стадиях развития (7-8 недель).

Функции желточного мешка:

• стенка желточного мешка - место первых очагов кроветворения и образования кровеносных сосудов (на 3-й неделе развития);

• стенка желточного мешка - место появления первичных половых клеток (гонобластов).

• после 7-8 недели желточный мешок подвергается регрессии, остаётся в виде тяжа клеток в пупочном канатике, направляющего кровеносные сосуды к плаценте.

Аллантоис

Аллантоис развивается на 16-17-е сутки в виде небольшого выроста задней стенки желточного мешка, поэтому имеет те же оболочки, что и желточный мешок: внезародышевая энтодерма изнутри и внезародышевая мезодерма снаружи. Аллантоис врастает в амниотическую ножку, в его стенке развиваются пупочные кровеносные сосуды, которые он подводит к хориону. Таким образом, аллантоис выполняет ту же функцию, что и регрессирующий желточный мешок – они играют роль проводников и направляют рост сосудов плода к плаценте. На втором месяце эмбрионального развития аллантоис редуцируется и вместе с остатками желточного мешка образует клеточный тяж в составе пупочного канатика. Кроме того, аллантоис участвует в развитии мочевого пузыря.

Хорион

В формировании хориона различают три периода: предворсинчатый (7-8-е сутки), период образования ворсинок (до 50-х суток), период котиледонов (с 50 по 90-е сутки).

Зрелый хорион образован хориональной пластиной (внезародышевая мезодерма) и выростами пластины – ветвящимися третичными ворсинками, покрытыми трофобластом. Часть хориона, разрушающая стенку матки и участвующая в образовании плаценты, формирует сложноразветвленные ворсинки и носит название ворсинчатый хорион. Остальную поверхность составляет гладкий хорион. Самые крупные ворсинки, отходящие от хориональной пластины, носят название стволовых ворсинок. Стволовые ворсинки обильно ветвятся, самые мелкие веточки носят названия терминальных ворсинок. Кровеносные сосуды в терминальных ворсинках представлены капиллярами плода. Все ворсинки покрыты снаружи трофобластом. Ворсинки, внедряющиеся в базальную пластинку эндометрия, называются якорными ворсинками. Обычно стволовые ворсинки являются якорными.

Плацента

Плацентация – период эмбриогенеза, на протяжении которого происходит развитие плаценты, один из критических периодов эмбриогенеза, соответствует 3-6 неделям беременности.

Плацента – единственный орган, состоящий из клеток двух генетически различных организмов: плодной части (хорион с ворсинками) и материнской части.

Плодная часть плаценты – ворсинчатый хорион (хориональная пластина с ворсинками). Ворсинки хориона погружены в лакуны, заполненные кровью матери.

Материнская часть плаценты представлена измененной слизистой оболочки матки, которая называется эндометрием. Эндометрий, кроме самого глубокого базального слоя, отторгается при рождении ребёнка, поэтому эти структуры получили название децидуальной (отпадающей) оболочки. В зависимости от расположения относительно места имплантации различают:

• decidua parietalis (пристеночная) – эндометрий, выстилающий полость матки за исключением участка имплантации;

• decidua capsularis (сумочная) – часть эндометрия, которая окружает развивающийся эмбрион, образуя поверх него капсулу, и отделяет зародыш от полости матки (до 16-й недели);

• decidua basalis (основная), материнская часть плаценты, та часть эндометрия, которая находится между плодом и базальным слоем эндометрия.

Итак, материнская часть плацента представлена:

• базальной пластинкой (decidua basalis) эндометрия;

• лакунами, заполненными материнской кровью.

Кровь матери и ребенка не смешивается. Их разделяет гематоплацентарный барьер. Компоненты гематоплацентарного барьера, разделяющего кровь матери и кровь плода:

• эндотелий капилляра плода;

• базальная мембрана в стенке капилляров плода;

• соединительная ткань ворсинок (с клетками-макрофагами);

• базальная мембрана трофобласта;

• цитоторофобласт;

• синцитиотрофобласт.

Ворсинки, обращенные к decidua basalis, распределены неравномерно, группами – котиледонами. Котиледон – структурно-функциональная единица сформированной плаценты. Котиледон образован стволовой ворсинкой и её разветвлениями. Котиледоны частично разделены соединительнотканными септами (плацентарными перегородками), отходящими от базальной пластинки.

К концу беременности плацента имеет форму диска.

Связь между циркуляциями крови плода и матери осуществляется через пупочный канатик.

Функции плаценты:

• трофическая - из организма матери к плоду поступают самые разнообразные питательные вещества, электролиты, витамины, некоторые гормоны;

• дыхательная - транспорт кислорода в кровь плода и перенос углекислого газа в кровь матери;

• выделительная - из крови плода в кровь матери поступают продукты метаболизма и выделяются через почки матери;

• защитная - препятствует развитию иммунного конфликта (иммунодепрессивная функция, благодаря синтезу ряда биологически активных веществ), препятствует проникновению микроорганизмов (барьер не абсолютный );

• эндокринная – здесь происходит синтез ряда гормонов и других биологически активных веществ (хорионический гонадотропин, прогестерон, фактор роста фибробластов, трансферрин, пролактин, релаксин и другие), имеющих важное значение для нормального течения беременности и развития плода.

Гематоплацентарный барьер не является абсолютным, и проницаем для ряда веществ и возбудителей болезней (вирусы ВИЧ, краснухи, оспы, кори, полиомиелита, некоторые бактерии (туберкулез, Treponema), простейшие (Toxoplasma), наркотические и лекарственные вещества).

ТИПЫ ПЛАЦЕНТЫ

При общем сходстве строения плацент у различных представителей плацентарных млекопитающих существуют некоторые различия в гистологическом строении

• по форме плаценты и характеру распределения в ней ворсин;

• по характеру строения и взаимоотношений между ворсинами хориона и тканями слизистой оболочки матки.

По характеру взаимоотношений между ворсинами хориона и тканями матки различают следующие типы плацент:

• эпителиохориальная плацента (пример – плацента свиньи): ворсинки хориона проникают в углубления слизистой оболочки (маточные железы), тесно контактируя с эпителием слизистой матки, но не разрушая ткани;

• десмохориальная плацента (пример – жвачные животные): ворсинки хориона разрушают эпителий и контактируют с соединительной тканью эндометрия матери, лежащей под эпителием;

• эндотелио-(вазо-)хориальная (хищники) плацента: ворсинки хориона разрушают эпителий слизистой матки, её соединительную ткань и контактируют со стенкой сосудов слизистой матки, не разрушая эндотелиальную выстилку материнских сосудов.

• гемохориальная плацента (плацента человека, приматов): ворсинки хориона разрушают эпителий, соединительную ткань, стенки сосудов матери и омываются кровью, заполняющие лакуны. Гемохориальная плацента характеризуется самой тесной связью плода с телом матери. Путь питательного материала в этом случае наиболее короткий. Из крови лакун слизистой оболочки матки питательные вещества и кислород должны пройти лишь эпителий, соединительную ткань и эндотелий сосудов ворсинки плода.