Дифференцировка зародышевых листков. Мезенхима

Под дифференцировкой понимают изменения в структуре клеток, связанные с их функциональной специализацией, обусловленные активностью определенных генов. В результате репрессии и депрессии различных генов возникают морфологические и химические отличия между имеющими одинаковый геном клетками организма. В развивающемся организме диффе-ренцировка сопровождается определенной организацией или размещением специализирующихся клеток, что выражается в уста-

новлении определенного плана строения в ходе онтогенеза (мор-фогенеза).

Различают 4 основных этапа дифференцировки. Первый этап — оотипическая д и фференцировк а, когда материал будущих зачатков представлен презумптивными участками цитоплазмы яйцеклетки или зиготы. Например, у амфибий материал будущей хордомезодермы находится в участке цитоплазмы, называемом серым серпом. Второй этап —бластомерная д и фференцировк а. У некоторых животных различие в клеточном материале устанавливается очень рано: уже первые бластомеры отличаются друг от друга. В стадии бластулы блас-томеры крыши, дна и краевой зоны зародыша еще более различаются. Третий этап —зачатковая д и фференциро в-к а, которая выражается в появлении обособленных участков — зародышевых листков (стадия ранней гаструлы) и четвертый — г и стогенетическа я д и фференцировк а зачатков тканей (стадия поздней гаструлы), когда в пределах одного зародышевого листка появляются зачатки различных тканей, например в сомитах мезодермы. В основе гистогенетической дифференцировки лежит процесс дифференцировки и специализации клеток зародышевых листков. При этом формируются диффероны — последовательные ряды клеток, .каждый из которых развивается из общего предшественника. Стволовой дифферон — совокупность клеток, развивающихся по общей схеме, включает в себя исходные полипотентные клетки (стволовую и полустволовую клетки), из которых формируются унипотентные клетки и бласты, а из последних образуются через ряд стадий созревания зрелые клетки.

В процессе гаструляции и дифференцировки зародышевых листков выделяется осевой комплекс эмбриональных зачатков органов.

Зародышевые листки являются эмбриональными источниками развития тканей (гистогенез), из совокупности и взаимодействия которых развиваются органы (органогенез). В процессе эмбрионального гистогенеза происходят клеточное размножение, рост, миграция, дифференцировка клеток, установление межклеточных и межтканевых взаимодействий и гибель клеток.

Каждый зародышевый листок дифференцируется в определенных направлениях, и у большинства позвоночных это происходит сходным образом (схема 1).

При дифференцировке первичной эктодермы образуются нервная трубочка, ганглиозные пластинки, плакоды, кожная эктодерма, прехордальная пластинка, а также внезародышевая эктодерма. Дифференцировка первичной энтодермы приводит к образованию зародышевой (кишечной) и внезародышевой (желточной) энтодермы.

При дифференцировке мезодермы дорсальный отдел ее сначала подразделяется на сомиты, начиная с головного конца. В каждом сомите из наружной части дифференцируется дерматом — ис-

точник соединительнотканной части кожи — дермы, из внутренней (медиальной) — склерогом — источник хрящевой и костной тканей, из центральной — миотом — источник скелетной мышечной ткани. Из сегментных ножек (нефрогонотом) закладывается эпителий почек и гонад.

Вентральная мезодерма -- сп^танхнотом — расщепляется на два листка, из которых образуются наружные оболочки многих внутренних органов (серозные оболочки).

В процессе развития зародыша очень рано образуется мезенхима, представляющая собой скопления отростчатых клеток. Она появляется на ранних стадиях, тотчас после сформирования зародышевых листков, заполняя промежутки между ними (рис. 29). Мезенхима представляет собой эмбриональный зачаток многих тканей и органов (см. схему 1, В). У позвоночных главным источником мезенхимы служит мезодерма (из области спинных сегментов, из стенок спланхнотома). В образовании мезенхимы принимают участие и другие закладки. Так, из нервной пластинки формируется мезенхима, которую называют эктомезенхимой, или нейромезенхимой. Она принимает участие в образовании мозговых оболочек и др.

Провизорные органы (внезародышевые органы)

Провизорные, или временные, органы, развивающиеся в процессе эмбриогенеза вне тела зародыша, выполняют многообразные функции, обеспечивающие рост и развитие самого зародыша. В связи с тем что некоторые из этих органов окружают зародыш, распространено и другое название — зародышевые оболочки. К ним относят: желточную, амниотическую, серозную оболочки, аллантоис, хорион, плаценту. В эволюции они появились неодновременно.

Желточный мешок

В ряду хордовых животных внезародышевые органы впервые появляются у рыб в виде желточного мешка, депонирующего желток, используемый зародышем в процессе развития. Его формирование начинается на стадии ранней гаструлы, когда во внутреннем листке можно выделить зародышевую (кишечную) энтодерму и расположенную по периферии диска внезародышевую желточную энтодерму. Своим свободным краем желточная энтодерма образует край обрастания, который начинает надвигаться на желток. После возникновения хордомезодермального зачатка между экто- и энтодермой прорастают париетальный и висцеральный листки мезодермы. Желток обрастает всеми четырьмя листками. Зародыш приподнимается над диском и отделяется от желтка туловищний складкой. При образовании туловищной складки зародышевая энтодерма, до того распластанная на желтке, сворачивается в кишечную трубку. Зародыш связан с желточным

Рис. 29. Мезенхима у зародыша морской свинки в стадии 12 сомитов (по А. А. Максимову).

/ — нервная трубка: 2 — эктодерма; 3 — сомит; 4 — мезенхима, образовавшаяся из медиальной части сомита; 5 — аорта; 6 ~ кровяные клетки; 7 — стенка кишки; 8 — хорда; o_ if_висцеральный и париетальный листки мезодермы; 10—целомическая полость.

мешком полым канатиком — желточным стебельком. Желточный мешок у рыб выполняет трофическую функцию. Другая функция мешка —кроветворная— заключается в образовании в мезодерме его стенки клеток крови.

С выходом животных на сушу (у пресмыкающихся и птиц) в связи с развитием зародыша под скорлупой появляются новые зародышевые органы: амнион, серозная оболочка и аллантоис. Как и у рыб, у пресмыкающихся и птиц возникают туловищные складки, отделяющие зародыш от желточного мешка. Желточный мешок у них также выполняет трофическую и кроветворную функции.

Амнион

Позднее в эмбриогенезе пресмыкающихся и птиц за счет эктодермы и париетального листка мезодермы формируются амнио-тические складки, растущие в направлении дорсальной поверхности зародыша. По мере роста головного конца зародыша амниотические складки как бы надвигаются спереди на зародыш, причем он одновременно вдавливается в желток. Нарастающие на зародыш складки смыкаются и оба листка — эктодерма и

прилегающий к нему париетальный листок мезодермы — срастаются с одноименными листками противоположной стороны. Из двух листков складок при этом образуются две оболочки — амниотическая, или водная, обращенная к зародышу, и серозная^, наружная (рис. 30,1).

Амниотическая оболочка на ранних стадиях отделена от тела зародыша узкой щелью, которая позднее превращается в заполненную жидкостью амниотическую полость. Эта жидкость, вырабатываемая клетками эктодермы амниотической оболочки, обращенной в полость амниона, содержит белки, углеводы. Жидкая среда амниона обеспечивает условия для свободного развития зародыша, а также амортизации возможных сотрясений и ударов.

Не следует путать с серозной оболочкой, покрывающей снаружи большинство внутренних органов.

Хорион

Хорион, или ворсинчатая оболочка, развивается из трофо-бласта и внезародышевой мезодермы. Первоначально трофобласт представлен оболочкой с первичными ворсинками, за счет которых после имплантации зародыша устанавливается связь с материнским организмом. Со времени появления в эмбриобласте внезародышевой мезодермы (у человека — на 2—3-й неделе развития) она подрастает к трофобласту и образует вместе с ним вторичные эпителиомезенхимальные ворсинки. С этого времени трофобласт превращается в хорион, или ворсинчатую оболочку.

Внедряясь в слизистую оболочку матки, хорион образует, вместе с ней плаценту.

Плацента

Функции плаценты многообразны: трофическая, депонирующая, дыхательная, выделительная, эндокринная, защитная. По строению различают 4 типа плацент: эпителиохориальную, десмохориальную, эндотелиохориаль-ную и гемохориальную (рис. 31, 1, А, Б, В, Г), по характеру трофики — два типа. В плаценте 1-го типа (М. Я. Субботин) хорион поглощает из материнских тканей преимущественно белки и расщепляет их до полипептидов и аминокислот; синтез эмбриоспе-

109

Рис. 31. Типы плацент и плацентарный барьер (Рис. Ю. И. Афанасьева) /—типы плацент: А—эпителиохориальная плацента (у свиньи); Ј~-десмохориальная Г1лац'ента (у жвачных); В—эпдотелиохориальная плацента (у хищных);/"—гемохориаль-ная плацента (у человека и обезьяны); 1—трофоблагт; 2—эмбриональная соединительная ткань хориона с сосудами зародыша; 3 — эпителий матки; 4 — соединительная ткань слизистой оболочки матки с материнскими сосудами; 5 — материнские сосуды, контактирующие с трофобластом; 6 — сосуды матери, открывающиеся в лакуны: 7 — кровеносные лакуны (по Флугфельдеру); Я—фибриноид; 9—мышечная оболочка; И—плацентарный барьер.

цифических белков происходит главным образом в печени эмбриона. К этому типу относятся диффузные эпителиохориальные плаценты, у которых ворсины хориона, врастая в отверстия маточных желез, контактируют с эпителием этих желез (например, у верблюда, лошади, свиньи и китообразных — дельфина,

кита); множественные десмохориальные плаценты, в которых хорион частично разрушает эпителий маточных желез и ворсины врастают в подлежащую соединительную ткань, например у жвачных парнокопытных млекопитающих (коровы, овцы). В плаценте 1-го типа обеспечивается донашивание зародыша до такого состояния, что к моменту родов он уже способен к самостоятельному питанию и передвижению.

В плацентах 2-го типа хорион усваивает из материнских тканей преимущественно аминокислоты и синтезирует эмбрио-специфические белки; эмбрион получает таким образом готовые белки, которые использует для строительства собственных тканей. К таким плацентам относятся эндотелиохориальная, образованная ворсинами, расположенными в виде пояса в средней части хориона, которые разрушают эпителий и соединительную ткань и контактируют с эндотелием сосудов. Плацента подобного рода характерна для хищных (кошачьи, псовые, куницеобразные) и ластоно-гих (тюлени, моржи) млекопитающих. Гемохориальная плацента, свойственная насекомоядным (крот, еж, выхухоль), рукокрылым (летучая мышь), грызунам (крыса, бобр), зайцеобразным (кролик), приматам и человеку, при своем образовании разрушает стенку сосудов матки и ворсинки хориона входят в контакт непосредственно с материнской кровью. Этим и обусловлено название данной плаценты. Синтез эмбриоспецифических белков у животных и человека, имеющих плаценту 2-го типа, происходит преимущественно в хорионе и поэтому с рождением уровень синтетических процессов резко уменьшается. Естественно, что такие зародыши после рождения сравнительно долгое время метаболизируют лишь материнское молоко и неспособны самостоятельно питаться.

Через плаценту проходят из крови матери аминокислоты, глюкоза, липиды, электролиты, витамины, гормоны, иммуноглобу-лины, вода, кислород, а также лекарственные средства и вирусы. Из эмбриона в кровь матери выделяются продукты метаболизма и углекислый газ.

Кровь матери и плода никогда в норме не смешивается, благодаря наличию гематоплацентарного барьера. Он состоит из эндотелия сосудов хориона, его базальной мембраны, окружающей этот сосуд рыхлой волокнистой соединительной ткани, базальной мембраны трофобластического эпителия, цитотрофобласта, синци-тиотрофобласта. Одной из важных функций этого барьера является обеспечение иммунологического гомеостаза в системе мать — плод.

Критические периоды развития

В ходе онтогенеза, особенно эмбриогенеза, отмечаются периоды более высокой чувствительности развивающихся половых клеток (в период прогенеза) и зародыша (в период эмбриогенеза). Впервые на это обратил внимание австралийский врач Норман

Грегт (1944). Советский эмбриолог П. Г. Светлов (1960) сформулировал теорию критических периодов развития и проверил ее экспериментально. Сущность этой теории заключается в утверждении общего положения, что каждый этап развития зародыша в целом и его отдельных органов начинается относительно коротким периодом качественно новой перестройки, сопровождающейся детерминацией, пролиферацией и дифференцировкой клеток. В это время эмбрион наиболее восприимчив к повреждающим воздействиям различной природы (рентгеновское облучение, лекарственные средства и др.).

Такими периодами в прогенезе является спермио- и овогенез (мейоз), а в эмбриогенезе—оплодотворение, имплантация, во время которой происходят гаструляция, дифференцировка зародышевых листков и закладка органов, период окончательного созревания и формирования плаценты, становление многих функциональных систем, рождение.

Среди развивающихся органов и систем человека особое место принадлежит головному мозгу, который на ранних стадиях выступает в роли первичного организатора дифференцировки окружающих тканевых и органных зачатков (в частности, органов чувств), а позднее отличается интенсивным размножением клеток (примерно 20 000 в минуту), что требует оптимальных условий трофики.

Повреждающими экзогенными факторами в критические периоды могут быть химические вещества, в том числе многие лекарственные, ионизирующее облучение (например, рентгеновское в диагностических дозах), гипоксия, голодание, наркотики, никотин, вирусы и др.

Химические вещества и лекарства, проникающие через плацентарный барьер, особенно опасны для зародыша в первые месяцы беременности, так как они не метаболизируются и накапливаются в повышенных концентрациях в тканях и органах зародыша. Наркотики нарушают развитие головного мозга. Голодание, вирусы вызывают пороки развития и даже внутриутробную гибель.