ОСНОВЫ ЭМБРИОЛОГИИ
• ЭМБРИОЛОГИЯ – наука об эмбриональном развитии организма как части онтогенеза человека. • Эмбриональный период включает время от момента оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом и образования зиготы до рождения.
Стадии эмбриогенеза • оплодотворение → одноклеточная зигота • дробление → многоклеточная бластула • гаструляция → образование зародышевых листков → гаструла (зародыш приобретает многослойное строение) • нейруляция и нотогенез → образование из зародышевых листков осевого комплекса зачатков • гистогенез → формирование тканей • органогенез → формирование органов • системогенез → формирование систем органов
ПРОГЕНЕЗ (ГАМЕТОГЕНЕЗ) - процесс образования мужских и женских половых клеток • Первичные половые клетки ГОНОЦИТЫ – впервые выявляются в стенке желточного мешка (конец 3 ей недели жизни эмбриона). Гоноциты – индифферентны (не разделяются на мужские и женские). • Гоноциты мигрируют в закладки половых желез. • По пути они многократно делятся. • Из гоноцитов образуются сперматогонии или овогонии (6 нед. эмбрион). Гоноциты (красный) в стенке желточного мешка (1 А), в закладке гонад (1 В)
СПЕРМАТОГЕНЕЗ происходит в извитых канальцах семенника. Различают 4 фазы: • размножение • рост • созревание • формирование.
Период размножения: представлен диплоидными клетками – СПЕРМАТОГОНИЯМИ, которые делятся МИТОТИЧЕСКИ.
ФАЗА РОСТА В-сперматогонии увеличиваются в объёме (в 4 раза) и вступают в профазу первого мейотического деления → СПЕРМАТОЦИТЫ 1 -го порядка (диплоидные)
ФАЗА СОЗРЕВАНИЯ В результате 1 -го редукционного деления образуются СПЕРМАТОЦИТЫ 2 го порядка, которые быстро вступают во 2 -е деление мейоза (эквационное), образуются клетки СПЕРМАТИДЫ (гаплоидные).
Начиная со сперматогоний типа В, клетки при делении не отделяются полностью друг от друга, а остаются связанными с помощью цитоплазматических мостиков → синцитий. • Сперматозоиды отделяются от синцития.
ФАЗА ФОРМИРОВАНИЯ - СПЕРМИОГЕНЕЗ • самая продолжительная (около 50 суток): • конденсация хроматина • из Гольджи – акросома (содержит ферменты для разрушения оболочек яйцеклетки) • центросома (2 центриоли) перемещается в противоположный полюс; дистальная центриоль→ осевая нить (аксонема) жгутика. • митохондрии образуют спираль вокруг части аксонемы; • цитоплазма редуцируется до минимума. • ♂ отделяются от общей ассоциации и становятся свободными.
Конденсация ядерного хроматина → • уменьшение объёма ядра придаёт большую подвижность сперматозоиду; • защищает геном от повреждения
Акросома – производное комплекса Гольджи, специализированный тип лизосомы. Покрывает переднюю половину конденсированного ядра. Наружная мембрана соприкасается с клеточной мембраной, а внутренняя – с ядерной. • Содержит ряд гидролитических ферментов: гиалуронидаза; нейраминидаза, кислая фосфатаза, протеаза → обеспечивают разъединение клеток лучистого венца и переваривание прозрачной оболочки – структур, которые окружают ооциты.
• Рост дистальной центриоли→ аксонема жгутика. • Митохондрии скапливаются вокруг аксонемы, образуя утолщенный участок – промежуточный отдел. (обеспечивают энергию для движения сперматозоида)
ЗРЕЛЫЙ СПЕРМАТОЗОИД состоит из головки и хвостика (длина 60 -70 нм). • Головка содержит ядро и акросому. • В хвостике различают: связующий отдел (шейка) – центриоль; промежуточный отдел – митохондриальная спираль; • хвост
Образование женских половых клеток – овогенез – происходит в яичнике. ОВОГЕНЕЗ включает 3 фазы: • размножение • рост • созревания
Фаза пролиферации • Овогонии делятся путём митоза (до 5 -7 млн. ); • Большинство образующихся дочерних клеток погибает (атрезия), часть вступает в фазу роста (профаза первого деления мейоза); • Фаза пролиферации заканчивается ещё до рождения (на 7 -й месяц эмбрионального развития); • При рождении все яйцеклетки в яичнике – первичные ооциты.
Период роста – профаза 1 -го мейоза • При рождении – около 2 млн первичных овоцитов (к периоду полового созревания – останется около 40 тысяч). • Рост овоцитов происходит в фолликулах (овоцит. окруженный фолликулярными клетками). • Вступление в период большого роста – только под воздействием гормонов (вторичный и третичный фолликулы). • Период роста может продолжаться от 12 до 50 лет.
Фаза созревания • 1 -е деление мейоза завершается только перед овуляцией (разрыв зрелого третичного фолликула и выброс яйцеклетки из яичника в брюшную полость) → вторичный овоцит; блок на стадии метафазы 2 -го деления мейоза. • 2 -е деление мейоза завершается только при условии оплодотворения
• Один менструально-овариальный цикл (~ 28 дней) → овуляция одной яйцеклетки. • За репродуктивный период жизни (~ 3040 лет) только 400 яйцеклеток проходят фазу зрелости
• Мейотическое деление в овогенезе: • хромосомы поровну распределяются между дочерними клетками, но только одна из клеток (вторичный овоцит) сохраняет почти всю цитоплазму; вторая клетка (первое полярное, или редукционное тельце) имеет очень мелкие размеры, небольшое ядро, минимум цитоплазмы. Первичный овоцит → 1 зрелая яйцеклетка + 3 полярных тельца
Яйцеклетка человека– крупная, неподвижная. • Не имеет центриолей; • Трофические включения (желточные гранулы) При овуляции яйцеклетка окружена: • прозрачной оболочкой (zona pellucida), состоящей из гликопротеинов (ZP); • фолликулярными клетками, образующими лучистый венец (corona radiata)
СПЕРМАТОГЕНЕЗ Фаза размножения происходит только с момента полового созревания и продолжается в течение всей жизни Фаза роста следует сразу за фазой размножения, относительно короткая (дни) Фаза созревания характеризуется равномерным делением сперматоцитов: 1 сперматогония → 4 ♂♂ Есть фаза формирования Продолжается в течение всей жизни ОВОГЕНЕЗ Фаза размножения происходит только в эмбриональном периоде Фаза роста очень длительная (от 10 до 50 лет); блок на стадии профазы мейоза I; делится на малый рост (до полового созревания) и большой рост Фаза созревания характеризуется неравномерным делением цитоплазмы овоцитов: 1 оогония → 1♀ и 3 полярных тельца Фаза формирования отсутствует; зрелая ♀ - в метафазе мейоза II Прекращается после менопаузы
Оплодотворение Цепь событий, завершающийся процессом слияния ♂ и ♀, который приводит к образованию одноклеточного зародыша – зиготы.
ЗИГОТА оплодотворенная яйцеклетка и (или) новый организм, возникающий при слиянии двух гамет на одноклеточной стадии развития.
Биологическое значение оплодотворения • Восстановление диплоидного набора хромосом • Зигота содержит новую комбинацию хромосом и генетического материала, отличного от родительского • Определение пола (в зависимости от оплодотворения ♂, несущего Х- или Y-хромосому) • Проникновение ♂ - сигнал для завершения 2 -го мейотического деления овоцита • Оплодотворение инициирует ряд быстрых митотических делений, называемых делениями дробления
Типы яйцеклеток Размеры и строение яйцеклеток различных представителей животного мира обусловлены количеством накопленных в цитоплазме питательных веществ, необходимых для формирования и роста зародыша. Эти питательные вещества содержатся в виде желточных включений (комплекса белков, липидов и углеводов). Количество желтка в цитоплазме яйцеклетки различно в зависимости от условий развития. Поскольку желток тормозит или даже препятствует делению цитоплазмы, что определяет тип делений дробления и образования бластулы. Таким образом, классификации яйцеклеток основывается на количестве и характере и распределения желточных включений в цитоплазме яйцеклетки.
У различных животных в зависимости от количества питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки могут быть: • алецитальными – практически не содержащими желтка • олиголецитальными – с малым количеством желтка • полилецитальными – с большим количеством желтка
• В олиголецитальных яйцеклетках небольшое количество желтка равномерно распределено в цитоплазме – такие яйцеклетки называются изолецитальными. • Полилецитальные яйцеклетки содержат асимметричное скопление желтка у одного из полюсов яйцеклетки, называемого вегетативным, ядро располагается ближе к противоположному анимальному полюсу. Эта полярность в распределении желтка может быть более умеренной – мезолецитальные яйцеклетки (у амфибий) и более выраженной – телолецитальные яйцеклетки (у рептилий, птиц).
• В филогенезе предки высших млекопитающих имели телолецитальные яйцеклетки, но в связи с переходом на внутриутробное развитие плода, к которому все необходимые вещества поступают из крови матери через плаценту, количество желтка было редуцировано и яйцеклетка высших млекопитающих, включая человека, относится к вторично изолецитальному типу.
Типы яйцеклеток
Дробление – стадия развития зародыша, которая следует за оплодотворением и включает в себя ряд последовательных митотических делений, называемых делениями дробления. За время короткой интерфазы происходит в основном только удвоение ДНК. РНК и белки практически не синтезируются (G 1 фаза отсутствует).
• Клетки, образующиеся при делениях дробления, называются бластомерами. • Дробление происходит до тех пор, пока бластомеры не достигнут размеров, обычных для соматических клеток данного организма. • Результат дроблений – образование бластулы – многоклеточного зародыша.
У разных видов животных процессы дробления характеризуются рядом видовых особенностей, обусловленных строением яйцеклетки. Дробление может быть: • полным (голобластическим), когда весь объём ооцита делится на бластомеры; • неполным (меробластическом, частичным), когда делится только часть ооцита, его анимальный полюс, относительно свободный от желтка (характерно для резко телолецитальной яйцеклетки)
Кроме того, дробление может быть: • равномерным – если все бластомеры одинаковы; • неравномерным – если бластомеры, образующиеся при дроблении имеют неравные размеры • Тип бластулы зависит от типа дробления
• Характер дробления вторично изолецитальной яйцеклетки человека – полное неравномерное асинхронное. Образующая бластула на ранней стадии носит название морула (до стадии 64 бластомеров), а после появления полости – бластоцеля – бластоциста.
Гаструляция – это следующий за дроблением период развития зародыша. Скорость клеточных делений снижается, интерфаза между митозами удлиняется, а сами клетки начинают активно синтезировать РНК и белки. • Главная особенность этого периода – направленные активные перемещения делящихся клеток, которые приводят к глубокой перестройке зародыша и в конечном итоге к образованию трёх зародышевых листков: • эктодерма – наружный зародышевый листок; • энтодерма – внутренний зародышевый листок; • мезодерма - средний зародышевый листок, лежащий между экто- и энтодермой.
Способы гаструляции у животных разных систематических групп сильно варьируют. Описано четыре основных типа морфогенетических движений гаструляции: • инвагинация; • эпиболия; • деламинация; • иммиграция
• Инвагинация – это впячивание бластодермы вегетативного полюса бластулы в полость бластоцеля, при этом образуется первичная кишка с полостью – гастроцелем, который сообщается с наружной средой отверстием – бластопором (первичным ртом). • Инвагинация происходит при гаструляции у примитивных хордовых, таких как Ланцетник.
• Эпиболия – перемещение активно делящихся мелких клеток (микромеров) анимальной части бластодермы в направлении вегетативного полюса. Микромеры обрастают крупные клетки (макромеры) вегетативного полюса, и макромеры погружаются внутрь зародыша. • Эпиболия, как тип движений гаструляции, характерна для эмбриогенеза амфибий.
Деламинация – расщепление бластодермы на два пласта: наружный – эпибласт и внутренний гипобласт
• Иммиграция – перемещение отдельных клеток из бластодермы внутрь зародыша
Эмбриогенез человека
Пренатальный период начинается с момента оплодотворения и образования зиготы и продолжается 280 дней. Эмбриогенез подразделяется на: • начальный период (первая неделя) • эмбриональный период (со 2 -й по 9 нед. ) • плодный период (с 8 -9 нед. до рождения).
Яйцеклетка – вторично олиголецитальная, изолецитальная
• Дробление зиготы– полное (голобластическое), неравномерное (2 типа бластомеров: • более мелкие и светлые • более крупные и тёмные), асинхронное, медленное. • Плоскость первого дробления проходит через редукционные тельца.
Морула (16 -32 бластомеров)
• Более мелкие бластомеры образуют трофобласт. • Более крупные – эмбриобласт (внутренняя клеточная масса) • С появлением полости – бластоциста.
Дробление происходит во время миграции бластулы по маточной трубе. Бластоциста остаётся свободной в полости матки до 6 -7 дня э. р. , затем погружается в слизистый секрет маточных желез на поверхности эндометрия (внутренней оболочки матки).
Имплантация – прикрепление и внедрение зародыша в слизистую оболочку матери – начало на 6 -7 день • Под действием маточного секрета прозрачная оболочка растворяется, и бластоциста прикрепляется к эндометрию. • Клетки трофобласта быстро разрастаются, выделяют лизосомальные ферменты и разрушают ткани эндометрия.
• Процесс проникновения через эпителий эндометрия и полное погружение в эндометрий начинается с 7 -го дня э. р. • На 9 -10 -й день эмбрион оказывается полностью погруженным в эндометрий. Эпителий слизистой оболочки обрастает зародыш сверху, закрывая рану, образованную при имплантации.
С началом имплантации трофобласт дифференцируется на • цито- и • симпласто- (синцитио)-трофобласт.
Симпластотрофобласт • Симпластотрофобласт выделяет литические ферменты и разрушает эпителий, соединительную ткань и стенки кровеносных сосудов, формируя лакуны, заполненные кровью матери. • Симпластотрофобласт адсорбирует продукты лизиса – гистиотрофный тип питания (первые две недели)
• Симпластотрофобласт- место 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.
Гаструляция 1 -я фаза гаструляции – деламинация – на 7 -ой день э. р. • Эмбриобласт расщепляется на эпибласт и гипобласт будущая внезародышевая (желточная) энтодерма.
Образование амниона После деламинации края эпибласта, изгибаясь, срастаются с образованием полости амниотический пузырёк.
Образование желточного мешка. Разрастание внезародышевой мезодермы • Клетки гипобласта мигрируют и смыкаются, образуя стенку желточного пузырька. • Эпибласт – дно амниотического пузырька; • Гипобласт – крыша желточного пузырька. • Внезародышевая мезодерма образует губчатую структуру.
Полость хориона • Внезародышевая мезодерма обрастает стенки амниотического и желточного пузырька, формируя амниотическую оболочку и желточный мешок. • При подрастании мезодермы к трофобласту формируется хориональная оболочка и единая - хориональная полость (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).
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 симпластотрофобласт
3 -я неделя эмбр. развития Вторая стадия гаструляции – иммиграция – выселение клеток эпибласта происходит на 14 -15 й день э. р.
Хордальный отросток • Клетки иммигрирующие в зоне гензеновского узелка образуют хордомезодермальный отросток, первоначально растущий под эпибластом по направлению к головному концу по средней 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 направлении, и следовательно, росту хорды в этом направлении.
Хорда • Ось будущего позвоночника • Первичный индуктор → дифференцировка первичной эктодермы в нейроэктодерму.
Осевой Комплекс Зачатков включает: • Нервная трубка • Хорда • Параксиальная мезодерма (сомиты) • Кишечная трубка
Дифференцировка мезодермы СОМИТ ↓ • дерматом → дерма кожи • миотом→ скелетная мускулатура • склеротом→ скелет
• Промежуточная мезодерма → почки, гонады • Целом → вторичные полости тела (брюшинная, перикардиальная, плевральная) • Листки спланхнотома → мезенхима, миоэпикардиальная пластинка
Мезенхима - эмбриональная соединительная ткань → кровь, лимфа, соединительные ткани, гладкая мышечная ткань, кровеносные сосуды, эндокард сердца, микроглия ЦНС. дентин, цемент, пульпа зуба
ЭКТОДЕРМА ↓ эпидермис кожи, его производные (волосы, ногти и др. ), эпителий слюнных желез, аденогипофиза, энамелобласты → эмаль зуба
ЭНТОДЕРМА ↓ выстилка среднего отдела пищеварительной трубки (желудок, кишечник), печень, поджелудочная железа
С 20 -го дня – начало обособления тела зародыша от внезародышевых оболочек - образуется туловищная складка
Внезародышевые (провизорные) органы эмбриона человека • амнион • желточный мешок • аллантоис • хорион • плацента
Амнион Образует замкнутую полость вокруг зародыша. Функции: создание водной среды определенного химического состава и давления для свободного развития, защита от механических, гравитационных стрессов. Постепенно полость 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 заполнен 1 -1, 5 л амниотической жидкости (околоплодные воды).
ЖЕЛТОЧНЫЙ МЕШОК функционирует только на ранних стадиях развития: локализация первых очагов кроветворения и образования кровеносных сосудов, и первичных половых клеток. • После 7 -8 недели подвергается регрессии, остаётся в виде тяжа клеток в пупочном канатике, направляющего кровеносные сосуды к плаценте.
Аллантоис развивается на 17 -18 -е сутки в виде небольшого слепого выроста вентральной стенки задней кишки. • Аллантоис врастает в амниотическую ножку, в его стенке развиваются пупочные кровеносные сосуды, которые он подводит к хориону (проводник сосудов). • На 2 -м месяце э. р. редуцируется и вместе с остатками желточного мешка образует клеточный тяж в составе пупочного канатика.
ХОРИОН образован хориональной пластиной (внезародышевая мезодерма) и выростами пластины – ветвящимися третичными ворсинками, покрытые трофобластом.
Плацентация • Часть хориона, разрушающая стенку матки и участвующая в образовании плаценты, формирует сложноразветвленные ворсинки - ворсинчатый хорион • Остальная поверхность – гладкий хорион.
Плацента – единственный орган, состоящий из клеток двух генетически различных организмов. Состоит из • плодной части (хорион с ворсинками) и • материнской части Эндометрий, кроме самого глубокого базального слоя, отторгается при рождении ребёнка, поэтому эти структуры получили название децидуальной (отпадающей) оболочки
Материнская часть плаценты представлена: • децидуальная оболочка • лакуны, заполненные материнской кровью, - межворсинчатое пространство
Ворсинки хориона погружены в лакуны, заполненные кровью матери. 1. внезародышевая мезодерма 2. кровь матери 3. кровь плода 4. трофобласт
Гемо-плацентарный барьер • Кровь матери и ребенка не смешивается: • эндотелий капилляров плода (7); • базальная мембрана в стенке капилляров плода (6); • соединительная ткань ворсинок (5); • базальная мембрана трофобласта (4); • цитотрофобласт (3); • симпластотрофобласт (2)
• Ворсинки хориона распределены неравномерно, группами – котиледонами. • Котиледон – структурнофункциональная единица сформированной плаценты. Он образован стволовой ворсинкой и её разветвлениями. • Котиледоны частично разделены соединительнотканными септами (плацентарными перегородками). • Связь между циркуляциями крови плода и матери происходит 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, проникновению лекарственных веществ – барьер не абсолютный) • эндокринная (синтез ряда гормонов и других биологически активных веществ)
Типы плацент у млекопитающих • Эпителиохориальная (свиньи): ворсинки хориона проникают в углубления слизистой оболочки (маточные железы), не разрушая их; • Десмохориальная плацента (копытные): ворсинки хориона контактируют с соединительной тканью эндометрия матери; • Эндотелио- (вазо-)хориальная (хищники) плацента: ворсинки хориона контактируют со стенкой сосудов эндометрия матери, не разрушая стенки. • Гемохориальная плацента: ворсинки хориона разрушают эпителий, соединительную ткань, стенки сосудов матери и омываются кровью, заполняющие лакуны.
