Особенности эмбриогенеза человека

Эмбриональное развитие млекопитающих и человека характеризуется теми же общими чертами, что и развитие других позвоночных, которые студентам известны из курса биологии. Вместе с тем, находясь на высшей ступени развития животного мира, млекопитающие в целом и человек в

особенности характеризуются и специфическими чертами эмбриогенеза, присущими только им. Рассмотрим особенности эмбриогенеза человека.

1. Наиболее важная особенность развития млекопитающих и челове­ка заключается в том, что их развитие происходит внутриутробно при тес­нейшем взаимодействии организма зародыша и плода с материнским организмом. У приматов эта связь наиболее совершенная.

2. Большая продолжительность эмбрионального периода. У человека он является одним из наиболее продолжительных из всех млекопитающих и длится 280 дней (9 лунных, 10 акушерских месяцев, или 40 недель).

3. Развитие половых клеток в женском организме происходит в эмбри­ональном периоде. Яйцеклетки в связи с внутриутробным развитием мле­копитающих не содержат больших запасов питательных веществ и явля­ются вторично олигоизолецитальными: небольшое количество желтка в них распределено равномерно по ооплазме. Зрелые женские половые клет­ки выделяются из яичника примерно один раз в месяц в середине менстру­ального цикла. Мужские половые клетки вырабатываются в семенниках постоянно.

4. Осеменение внутреннее, полиспермное. Оплодотворение является моноспермным: свой геном в яйцеклетку при оплодотворении вносит толь­ко один сперматозоид. Оплодотворение происходит в яйцеводах и длится несколько часов.

5. Дробление полное, неравномерное, асинхронное.

6. На ранних этапах эмбриогенеза устанавливается тесная связь заро­дыша с организмом матери. Это происходит во время имплантации (вне­дрения зародыша в слизистую оболочки матки) и плацентации (образова­ния плаценты как связующего звена между организмом матери и плода). Имплантация у человека, в отличие от других млекопитающих, не повер­хностная, а глубокая, интерстициальная (зародыш проникает глубоко в эн­дометрий, при этом происходит разрушение кровеносных сосудов эндомет­рия с тем, чтобы стали доступными питательные вещества, содержащиеся в крови матери). В результате у человека в ходе раннего развития зароды­ша происходит двойная смена типов питания от аутотрофного (за счет по­требления питательных запасов зиготы) через гистотрофное (использова­ние секрета эпителия яйцеводов, желез матки, продуктов распада тканей) к гемотрофному.

7. Гаструляция осуществляется в два этапа путем деламинации, иммиг­рации и частичной инвагинации клеток.

8. Гистогенез и органогенез начинается с 17—20-х суток развития и включает пресомитную, сомитную стадии и стадию дефинитивного гисто-органогенеза.

9. Эмбриогенез млекопитающих и человека характеризуется ранним развитием провизорных органов, характерных для других позвоночных и появлением таких новых провизорных органов, как хорион, плацента, пу­почный канатик. Плацента у приматов относится к типу дискоидальных гемохориальных плацент.

10. Весь эмбриогенез человека подразделяется на начальный, зародыше­вый и плодный периоды, которые характеризуются своими особенностями.

11. Период гистогенеза и органогенеза у человека очень продолжи­тельный, занимает большую часть эмбриогенеза, однако полностью не за­вершается при рождении ребенка. В связи с этим новорожденные дети в целом являются относительно менее развитыми и более беспомощными, чем родившееся потомство некоторых других млекопитающих.

+12. Для эмбрионального развития человека характерно бурное разви­тие головного мозга, что приводит к высокому индексу цефализации (от­ношение массы головного мозга к массе плода).

29. Прогенез. Половые клетки. Строение и функции мужских и женских половых клеток, основные стадии их развития. Оплодотворение.

прогенезом называется процесс образования половых клеток, или га-метогенез. В свою очередь, гаметогенез делится на сперматогенез (образо­вание сперматозоидов) и овогенез (образование яйцеклеток). Развитие по­ловых клеток в эмбриогенезе человека начинается довольно рано. Они возникают во внезародышевой желточной энтодерме в конце 3-й недели эмбриогенеза. Позднее эти клетки (они называются гонобластами) мигри­руют в закладку половых желез на медиальной поверхности первичной почки и принимают участие в образовании половых желез — гонад.

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ. Оплодотворение — это процесс слияния мужской и женской половых клеток, который приводит к образова­нию одноклеточного зародыша — зиготы. Происходит в ампулярной части яйцевода. Перед оплодотворением сперматозоиды активируются под влиянием слизистого секрета яйцевода. Это явление называется капацита-цией. Во время капацитации происходят существенные изменения белковых компонентов цитолеммы спермиев: некоторые вещества удаляются, други белки существенно модифицируются. Эти изменения играют важную ро.ь для последующей акросомной реакции. Одновременно сперматозоиды ги перактивируются, их двигательная способность резко возрастает, что способ ствует их проникновению через лучистый венец и блестящую оболочку.

Для оплодотворения необходимо около 200 миллионов сперматозои­дов. В эякуляте человека содержится около 300 млн сперматозоидов, кото­рые сохраняют способность к оплодотворению в течение 2 суток. Из них только около 200 достигают воронковой части яйцеводов, где происходи! оплодотворение. При низком содержании сперматозоидов в эякуляте (так называемая олигозооспермия) из-за недостаточной литической активности оплодотворения не просходит.

+Очевидно, определенную роль в сближении сперматозоидов и яйцек­летки имеет хемотаксис. По предложению М. Гартмана (1940), вещества, продуцируемые яйцеклеткой и сперматозоидом или содержащиеся в повер­хностных слоях цитоплазмы и влияющие на подвижность сперматозои­дов, названы гамонами (гормонами гамет). При этом сперматозоиды выра­батывают хемотаксические вещества адрогамоны, а яйцеклетка — гинога-моны

Сперматозоиды достигают яйцеклетки через 2 часа после осеменения и окружают ее. За счет синхронного движения жгутиков сперматозоидов яйцеклетка начинает совершать вращательные движения. После вступле­ния в контакт с фолликулярными клетками лучистого венца наступает акросомная реакция — выделение из акросом сперматозоидов ферментов. Из ферментов акросомы наибольшее значение имеют гиалуропидаза и трипсиноподобный фермент акрозин. Они воздействуют на лучистый ве­нец и разрыхляют его: расщепляют связи между клетками, в результате чего последние диссоциируют, создавая возможность проникновения спер-миев к блестящей зоне. Блестящая зона является более существенным барьером на пути спер­матозоидов. Вначале спермин связываются со специфическими рецепторами на блестящей зоне. Наиболее известным рецепторным белком для спермато­зоидов является гликопротеид ZP3 (аббревиатура отzonapellucida— блес­тящая зона, оболочка). Дополнительнм рецептором является ZP2. Прикреп­ление сперматозоидов к блестящей оболочке является видоспецифическим. После прикрепления к блестящей оболочке спермия ферменты, связанные с внутренней акросомной мембраной, растворяют тот небольшой участок зоны, к которому прикрепился спермий. Активные движения хвостика по­зволяют сперматозоиду мигрировать через блестящую оболочку за 5-10 мин. Касание одного из сперматозоидов оолеммы яйцеклетки приводит к образованию на поверхности воспринимающего бугорка. Оолемма содер­жит систему рецепторов для взаимодействия с рецепторами спермия. Пос­ле взаимодействия и слияния плазматических мембран спермия и яйцек­летки мембраны спермия включаются в состав ооплазматической мембра­ны, а головка спермия внедряется в ооплазму.

СПЕРМАТОЗОИД. Состоит из головки и хвостика и имеет длину 60—70 мкм. В свою очередь, в хвостике различают связующий, промежу­точный, главный и дистальный отделы.

На обычных гистологических препаратах ядра сперматозоидов обладают резко выраженной базофилией и имеют вытянутую грушевидную форму (рис. 5.1). Ядро характеризуется плотным расположением хроматина, в ко­тором наряду с гистоновыми находятся также простые негистоновые белки, обладающие положительным зарядом. ДНК в хроматине упакована парал­лельно, поэтому ядро имеет кристаллоподобпую структуру, его объем сведен до минимума. Ядро сперматозода гаплоидно, содержит 22 аутосомы и 1 по­ловую хромосому, которая может быть либо Х-, либо Y-хромосомой. Коли­чество сперматозоидов с Х- илиY-хромосомой примерно одинаковое. Ядер­ная оболочка сперматозоидов полностью лишена ядерных пор.

+В передней части ядра под цитолеммой сперматозоида находится ак- росома — производное комплекса Гольджи и аналог лизосомы. Ее мембра­на спереди прилежит к цитолемме, а сзади — к ядерной мембране. В акро-соме содержатся ферменты (10—12 различных ферментов), расщепляющие компоненты прозрачной оболочки яйцеклетки: гиалуронидаза, протеазы, гликозидаза, липаза, нейраминидаза, фосфатазы и др.

Цитоплазма сперматозоида редуцирована до минимума и очень тон­ким слоем покрывает ядро.

Связующий отдел хвостика со­держит проксимальную центриоль. которая прилежит к ядру, распола­гаясь в углублении ядерной обо­лочки. Здесь же находится дис-тальная центриоль. От нее отходи! осевая нить — аксонема, имеющая структуру реснички и состоящая ил 9 периферических дуплетов микро­трубочек и двух расположенных в центре одиночных микротрубочек Аксонема продолжается во все от­делы хвостика, редуцируясь в дис-талыюм отделе. Снаружи напротив каждого дуплета дистальной цент-риоли в связующем отделе нахо­дится одна так называемая сегмен­тированная колонна. В промежуточном отделе хвос­тика сегментированные колонны продолжаются в 9 плотных волокон. В этом же отделе вокруг аксонемы и плотных волокон в виде спирали располагаются митохондрии. В главной части хвостика два из де­вяти плотных волокон, располо­женные напротив друг друга, резко утолщаются и превращаются в про­дольные столбы, которые соединя­ются между собой боковыми ребра­ми. Формируется внешняя волокни­стая оболочка, придающая жест­кость и упругость хвостику. Таким образом, сегментированные колон­ны, плотные волокна, продольные столбы и соединяющие их ребра, а также внешняя волокнистая обо­лочка образуют каркас хвостика. В дистальном отделе хвостика коли­чество микротрубочек сильно редуцируется. Снаружи хвостик покрыт цитолеммой. Благодаря движению хвос­тика сперматозоиды могут двигаться со скоростью 1—5 мм в минуту.

ЯЙЦЕКЛЕТКА. Это женская половая клетка с гаплоидным набором хромосом. В процессе овуляции из яичника выходит овоцит второго по­рядка с незавершенным мейозом, заблокированным на метафазе 2 мейоти-ческого деления. Этот блок хромосомного аппарата овулировавших овоцитов 2 порядка достаточно стабильный, так что клетки могут длительно со­храняться в метафазеIIмейоза. Блокада мейоза снимается лишь при оп­лодотворении, и завершение мейоза с образованием зрелой яйцеклетки происходит сразу после него.

+Яйцеклетка (оотида) человека имеет округлую форму (рис. 5.3, 5.4). Ее диаметр равен около 130 мкм. Содержит 23 хромосомы, одна из кото-рых половая Х-хромосома. При электронномикроскопическом исследовании в цитоплазме яп цеклетки выделяются митохонд рии, комплекс Гольджи, хоро­шо развитые гранулярная и аг-ранулярная эндоплазматическая сеть, а также включения: тро­фические (гранулы вителлина, липидные) и пигментные. Сна­ружи яйцеклетка окружена плазматической мембраной. Под ней располагается толстый слой цитоплазмы толщиной 2— 3 мкм. Вместе с цитолеммой его называют кортикальным слоем. В кортикальном слое находятся кортикальные гра­нулы, содержащие различные ферменты, в том числе и овопероксидазу, действие кото­рой на блестящую оболочку после оплодотворения резко из­меняет свойства последней. Кортикальный слой играет важ­ную роль в организации яйцек­летки, а также в оплодотворе­нии

Яйцеклетки имеют хоро­шо развитый и своеобразно организованный цитоскелет. Его компоненты связаны с ци­толеммой и вызывают посто­янную модификацию поверх­ности клетки, в которой могут

+появляться и исчезать микроворсинки, меняться локализация рецепторов. Яйцеклетки окружены блестящей оболочкой и слоем фолликулярных кле­ток. Между блестящей зоной и цитолеммой овоцита имеется небольшое перивителлиновое пространство, которое существенно увеличивается после оплодотворения, поскольку в него выделяются содержимое кортикальных гранул. Фолликулярные клетки через отверстия в блестящей оболочке по­сылают к цитолемме овоцита свои отростки. В ряду позвоночных в зависимости от наличия желтка, его количества и распределения по ооплазме различают алицетальные (без желтка) и леци-тальные (с желтком) яйцеклетки.

30. Дробление, гаструляция, гисто- и органогенез. Особенности строения зародыша млекопитающих на разных стадиях развития

Дробление характеризуется превращением одноклеточной зиготы в мно­гоклеточный зародыш. Это происходит в результате последовательных ми-тотических делений. При- этом из-за отсутствия С,-периода клетки не ус­певают увеличиваться в размерах. Поэтому с каждым делением размеры клеток уменьшаются, что послужило основанием для названия данного пе­риода эмбриогенеза дроблением. Кроме того, общий объем зародыша в ходе дробления не только не увеличивается, а, напротив, уменьшается на 20-40%. Это свидетельствует о том, что в ходе дробления теряются какие-то вещества, и эти потери не компенсируются синтезом новых белков. Об­разующиеся в результате дробления клетки называются бластомерами.

Дробление зависит от количества желтка и может быть полным (го-лобластическое) и неполным (меробластичееко момерным и неравно-

мерным, синхронным или асинхронным. У млекч.кпающих, в том числе и у человека, дробление полное (делится весь материал зиготы), неравномер­ное (образуются бластомеры разной величины), асинхронное (бластомеры делятся неодновременно: за стадией двух бластомеров наступает стадия трех бластомеров, так как один из бластомеров вступает в деление позже второго, и т.д.) (рис. 5.8). Асинхронпосп. и неравномерность дробления проявляется не сразу, а начиная со второго деления, первые два бластомеры имеют одинаковые размеры.

В результате дробления образуются бластомеры разной величины крупные темные и мелкие светлые. Светлые бластомеры дробятся быстрее и быстро окружают снаружи темные бластомеры, занимающие внутреннее положение. Светлые бластомеры называются трофобластом и в дальнем! шем явятся источником развития эпителия хориона (см. ниже). Из темных бластомеров (эмбриобласт) образуются тело и провизорные органы заро дыша, за исключением хориона.

Зародыш, состоящий из плотного скопления клеток эмбриобласта и трофобласта, у млекопитающих называется морулой. Она образуется на 3-й сутки эмбриогенеза. Морулу часто отождествляют с бластулой у дру­гих животных. Между клетками морулы устанавливаются тесные межкле­точные щелевые и плотные контакты (компактизация зародыша), чему способствует адгезивный белок увоморулин, встраивающийся в цитолеммы бластомеров. При этом клетки эмбриобласта связываются друг с другом при помощи щелевидных контактов (нексусов), которые обеспечивают ин­формационные взаимодействия, тогда как в трофобдасте обнаруживаются плотные контакты, обеспечивающие его барьерные свойства. Кроме того, вплоть до стадии бластоцисты зародыш окружен блестящей оболочкой. Ее функции до оплодотворения и после него очень важны.

Функции блестящей оболочки. 1. Входя до момента овуляции в состав гемато-овариального барьера, она и в дальнейшем вплоть до своего разру­шения при образовании бластоцисты выполняет барьерные функции.

2. Участвует в оплодотворении, обеспечивает его видоспецифичность, т.к. несет рецепторы к спермиям.

3. Благодаря блестящей оболочке бластомеры дробящегося зародыша располагаются компактно в ограниченном трехмерном пространстве, что играет важную роль для установления межклеточных контактов в моруле. Если удалить в это время блестящую оболочку, то компактизация нару­шается, бластомеры лежат в виде цепочки, что приводит к резкому нару­шению эмбриогенеза.

4. Блестящая оболочка препятствует прилипанию зародыша, клетки которого приобретают в это время выраженную адгезивпость, к слизистой яйцевода.

5. При многоплодной беременности блестящая оболочка препятствует слипанию соседних зародышей и образованию так называемых агрегационных химер.

К 4-м суткам развития клетки трофобласта начинают секретировать жидкость, которая накапливается внутри морулы и приводит к образованию полости, а также смещает эмбриобласт на один из полюсов. Так образуется бластоциста. Она состоит из бластодермы (трофобласт), бластоцеля (полость внутри) и эмбриобласта, или внутренней клеточной массы (рис. 5.8). От бластулы других животных бластоциста отличается тем, что ее клетки не однородны, а уже дифференцированы на трофобласт и эмбриоб­ласт. При образовании бластоцисты блестящая оболочка разрушается и сбра­сывается. Для того, чтобы сформировалась бластоциста, необходимо сочета­ние двух процессов: выработки бластомерами жидкости и создания прочной стенки зародыша. Последнее условие обеспечивается плотными контактами между клетками трофобласта. Его клетки принимают полигональную фор­му, в них соответствующим образом ориентируется цитоскелет и организу­ются цитолеммы.

 

Дробление у человека происходит в течение первой недели эмбриоге­неза. За это время зародыш попадает в полость тела матки и начинает имплантироваться.

Имплантация — процесс проникновения зародыша в слизистую оболоч­ку стенки матки (эндометрий) и установления тесных связей с ее кровенос­ными сосудами. Состоит из двух фаз: адгезии, или прилипания трофобла­ста к слизистой оболочке матки, и инвазии. Перед имплантацией трофоб­ласт разделяется на два слоя: клеточ­ный трофобласт, или цитотро-фобласт (внутренний листок), и симпластотрофобласт (синонимы: плазмодиотрофобласт, синцити-отрофобласт, синтрофобласт) — наружный листок. Обычно импланта­ция происходит в эндометрий задней стенки матки, причем в том его учас­тке, где залегают достаточно крупные кровеносные сосуды.

Симпластотрофобласт выделяет ферменты, которые лизируют ткани эндометрия. За счет этого происходит инвазия — внедрение зародыша в слизистую оболочку. Трофобласт раз­рушает кровеносные сосуды эндомет­рия, из которых изливается кровь, омывая зародыш. После инвазии края слизистой оболочки над зародышем срастаются (рис. 5.9). Таким образом, у человека имплантация является глу­бокой, интерстициальной, поскольку зародыш глубоко проникает в эндо­метрий, разрушая его сосуды.

Имплантация длится около 40 часов. В ходе имплантации изменяет-ся тип питания зародыша. В течение короткого времени после онлодотвор* ния зародыш использует небольшие запасы питательных веществ, содерж.iшихся в яйцеклетке (аутотрофный тип питания). После расходованияm;iтериала желточных включений зародыш переходит на гистотрофный тип питания, используя секрет слизистых клеток эпителия яйцевода, матки.. также маточных желез, и продукты распада тканей в начальные фазы ими лантации. Наконец, после разрушения сосудов эндометрия, устанавливается гемотрофный тип питания зародыша.