Ранние этапы развития человека.. Введение в эмбриологию Эмбриогенез человека. Ранние этапы развития
 Скачать 34.27 Kb.
|
|
Приложение 1 Министерство образования и науки РФ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевская государственная медицинская академия" Министерства здравоохранения Российской Федерации Педиатрический факультет Кафедра гистологии, эмбриологии и цитологии РЕФЕРАТ на тему: Введение в эмбриологию Эмбриогенез человека. Ранние этапы развития. Работу выполнил студент 1 курса очного отделения Рыжков Роман Олегович Научный руководитель _______________________ доц. Т.Г. Глушкова Ижевск - 2022 Содержание Введение.........................................................................................................3 Периоды пренатального онтогенеза и их особенности.........................4 Представление о механизмах морфогенеза............................................5 Факторы, влияющие на морфогенез. Тератогенез.................................6 Тератогенные факторы и критические периоды в развитии.................8 Прогенез. Общие понятия, значение, и стадии......................................9 Первая неделя внутриутробного развития человека...........................11 Вторая неделя внутриутробного развития человека............................13 Третья неделя внутриутробного развития человека............................14 Литературные источники.......................................................................16 Введение Эмбриология – это наука о зародышевом (внутриутробном) развитии организма. Изучение эмбриологии человека является научным фундаментом для таких медицинских дисциплин, как акушерство, гинекология, педиатрия. На сегодняшний день эмбриология стала не только источником информации для понимания принципов дисморфогенеза и тератогенеза, механизмов развития органов и тканей, которые повторяются при их репарации (восстановление после повреждения), но и фундаментом разработки новейших медицинских технологий. Выделенные (1990 г.) эмбриональные стволовые клетки стали центром научных и социальных дискуссий, поскольку их использование может быть основой восстановления утраченных в результате заболеваний функций таких жизненно важных органов, как сердце, печень, почки, головной и спинной мозг. На знаниях закономерностей реализации и молекулярной регуляции ранних этапов эмбриогенеза основывается внедрение в клиническую практику экстракорпорального оплодотворения. Лечение мужского и женского бесплодия, невынашивание беременности, профилактика нарушений развития эмбриона и плода, пренатальная диагностика и мониторинг течения беременности невозможны без понимания процессов, которые происходят при внутриутробном развитии. 1. Периоды пренатального онтогенеза и их особенности В процессе индивидуального развития в зародышевом периоде происходит формирование из одноклеточного организма (оплодотворенной яйцеклетки) многоклеточного. В этом развитии организм претерпевает сложные изменения и проходит ряд стадий. Современная эмбриология подробно изучает и процессы образования половых клеток, что позволяет подразделить пренатальный онтогенез следующим образом: Прогенез, оплодотворение, дробление, гаструляция и нотогенез, гистогенез и органогенез, плодный период. Прогенез – это процесс развития и созревания половых клеток – яйцеклеток и сперматозоидов. В результате прогенеза в зрелых половых клетках возникает гаплоидный набор хромосом, формируются структуры, обеспечивающие их способность к оплодотворению и развитию нового организма. Оплодотворение – это процесс слияния мужской и женской половой клетки, в результате которого формируется зигота – нового одноклеточного организма. Биологический смысл оплодотворения заключается в объединении ядерного материала мужской и женской гамет, что приводит к объединению отцовских и материнских генов, восстановлению диплоидного набора хромосом, а также стимуляции яйцеклетки, то есть стимуляции её к зародышевому развитию. Дробление - После того, как произошло оплодотворение, образовавшаяся зигота начинает интенсивно делиться. Ее множественные митотические деления называют дроблением. Важная особенность дробления в том, что не происходит увеличение в размере зародыша: клетки дробятся (делятся) настолько быстро, что не успевают накопить цитоплазматическую массу. Дробление зиготы человека является полным неравномерным асинхронным. Значение дробления заключается в накоплении клеточного материала, необходимого для первичной дифференцировки зародыша, и в восстановлении ядерно-плазменного отношения, нарушенного в ходе овогенеза. Гаструляция - это процесс образования зародышевых листков: эктодермы, энтодермы и мезодермы. Сущность гаструляции заключается в том, что из первоначально недифференцированного клеточного материала бластулы в процессе гаструляции образуются зародышевые листки с осевыми зачатками органов (хорда, нервная и кишечная трубки), этот процесс иногда обозначается как нотогенез. Плодный период – характерен для позвоночных организмов, начиная с пресмыкающихся, обеспечивает подготовку организма к существованию в условиях внешней среды. 2. Представление о механизмах морфогенеза Морфогенез – формирование пространственной организации и частей организма животного, а также дифференцировки его клеточных и тканевых элементов. В основе морфогенеза лежат несколько важных процессов. Рассмотрим основные из этих механизмов. Пролиферация - размножение клеток. Деление клеток в эмбриогенезе происходит обычно очень высокими темпами, особенно в ранние сроки. Гипертрофия - увеличение размеров клеток, усиление их функциональной активности без увеличения их количества. С уменьшением скорости деления, а в части случаев и потерей способности к размножению, все большую роль начинает играть гипертрофия. Рост - увеличение массы и, как правило, линейных размеров за счет увеличения количества и объема клеток, морфофункциональных единиц органов и т.д. Коммитирование - необратимый переход клетки из стадии стволовой в специфическую линию дифференцировки, завершающуюся формированием клетки, способной проявлять ограниченный набор свойств, конститутивных и индуцируемых - клетка или ее предшественник больше не может превращаться в другую. Дифференцировка - Это процесс, ведущий к проявлению фенотипических свойств, характерных для функционально зрелых клеток этого типа. Дифференцировка может быть: 1) Необратимая (прекращение синтеза ДНК в ядре эритробласта или зрелого кератиноцита) 2) Обратимая (индукция синтеза альбумина в дифференцированных гепатоцитах). Детерминация - процесс выбора клеточной или тканевой системой одного из направлений развития, что сопровождается блокированием генных структур, которые могут контролировать созревание клеток в ту или иную сторону. Выделяют обратимую детерминацию и необратимую детерминацию. При обратимой детерминации программирование клетки не завершено и при изменении условий, клетки с одной предварительной специализацией могут превращаться в другие. Распределение клеток в формирующемся зародыше позвоночных предваряет их последующее развитие. Такое предопределение является предварительным, необязательным (презумптивным). Положение клетки в эмбрионе определяет особенности ее питания и межклеточных взаимодействий, направление дифференцировки. Такое положение клетки называется морфогенетическим полем. 3. Факторы, влияющие на морфогенез. Тератогенез Очень важными механизмами развития зародыша являются эмбриональная клеточная индукция. Процесс воздействия клеток одного из зачатков (источник) на клетки другого зачатка (мишень), приводящий к коммитированию клеток мишеней в направлении развития той или иной ткани или структуры, называется индукцией. Клетки источники индуцируют (контролируют и “программируют”) развитие индуцируемого органа (мишени). И обычно индукция осуществляется немногочисленными популяциями клеток, вырабатывающими биологически активные факторы. Следующий важный механизм внутриутробного развития – направленная клеточная миграция клеток. Под направленной миграцией клеток понимают процесс перемещения клеток из места, где возникли клетки в области, где они созревают и функционируют (закладки формируемых ими органов). Инвагинация – заключается в погружении зачатка одного из органов в структуру второго. Инвагинация, как процесс внутриутробного развития, у человека лежит в основе формирования некоторых органов и систем. Например: образование нервной трубки, формирование эктодермальных плакод (впячиваний) закладок внутреннего уха, хрусталика глаза, образование ротовой бухты и т.д. Деламинация – направленное деление клеток по какой - либо из осей или плоскостей зародыша. Возникает в результате различий метаболизма и клеточных взаимодействий. Примером деламинации служит упорядоченное деление внутренней клеточной массы по сагиттальной оси эмбриобласта с образованием эпибласта и гипобласта у млекопитающих Генетически запрограммированная гибель клеток. Способ ее реализации – апоптоз. Апоптоз – генетически обусловленная гибель клеток путем деградации ее компонентов с последующим их фагоцитозом. Тератогенез - это процесс формирования врожденных уродств, связанный с нарушением развития зародыша, обусловленным наследственными (генетически закрепленными мутациями, передающимися из поколения в поколение) и ненаследственными (связанными с аномалиями развития, не передающимися потомкам и обусловленными нарушениями «разворачивания» имеющейся нормальной генетической программы - например, сбоем в коммитировании клеток на том или ином уровне созревания) факторами. 4. Тератогенные факторы и критические периоды в развитии Врожденные уродства могут возникнуть как следствие сбоев в ходе любого из механизмов внутриутробного развития. Эти нарушения обычно возникают в ходе закладки тех или иных органов и коммитирования клеток в направлении их дальнейшей дифференцировки. Так нарушение первичной индукции хордой нейруляции может вести к отсутствию части нервной трубки, а это приводит к таким последствиям, как: - анэнцефалия – недоразвитие терминальных отделов головного мозга, - ацефалия – отсутствие головного мозга и головы вообще. Тератогенные расстройства, как аномалия, прежде всего, связаны с критическими моментами развития. Критический момент – это срок развития, когда развивающиеся клетки являются наиболее чувствительными к воздействиям внутренних и внешних факторов. Критические моменты наблюдаются на стадии обратимой детерминации и коммитирования, когда наиболее активно блокируются области генома, позволяющие клетке развиваться в том или ином направлении. Развитие каждого органа включает в себя, по меньшей мере, несколько критических моментов. Степень и особенности нарушений развития зависят от срока, на котором возникла аномалия. Факторы, ведущие к развитию врожденных уродств, называются тератогенными. Они делятся на внутренние (эндогенные) и внешние (экзогенные). По природе факторы бывают биологическими (микробы, вирусы, продукты жизнедеятельности организма), химическими (высокомолекулярные и низкомолекулярные органические и неорганические вещества), физическими (температура, радиация) и механическими (травма, давление). Действие тератогенных факторов различно в различные критические моменты, и если на одних сроках развития эти факторы тератогенны, то в другие - они могут быть индифферентными и не влиять на развитие. 5. Прогенез Прогенез (гаметогенез) – образование половых клеток и процессы, предшествующие оплодотворению. Прогенез завершается образованием одноклеточного зародыша - зиготы. Нарушения прогенеза лежат в основе наследственных заболеваний, могут вести к бесплодию. Результатом сперматогенеза у мужчин является образование мужских половых клеток – сперматозоидов. Для женщин характерен овогенез (оогенез), который приводит к образованию женских половых клеток - яйцеклеток. В основе гаметогенеза лежит мейоз. За счет мейоза или редукционного деления обеспечивается образование половых клеток с гаплоидным набором хромосом. Матричные (зародышевые) предшественники половых клеток у человека и животных в эмбриогенезе появляются весьма рано. Они называются гонобластамии возникают в стенке желточного мешка. Гонобласты мигрируют в закладки половых желез (половые валики), где дифференцируются в гоноциты. Гоноциты, до рождения активно размножаясь, у особей женского пола превращаются в овогонии, а у мужского – в сперматогонии. Сперматогенез - образование мужских половых клеток - сперматозоидов. От рождения до полового созревания половые клетки представлены малодифференцированными клетками сперматогониямии сперматогенез заключается в поддержании этих популяций клеток. Сперматогенез состоит из четырех стадий. Фаза размножения. Незрелые клетки, находящиеся в семенниках, под воздействием гормонов делятся и превращаются в сперматогонии, клетки обычной формы с ядром внутри. В сперматогониях содержится двойной набор хромосом. Часть клеток остается на «скамье запасных», в резерве, а некоторые начинают расти и делиться, переходя во вторую фазу. Фаза роста. Сперматогонии сильно увеличиваются в размерах. Изменяясь, они превращаются в сперматоциты первого порядка, которые все еще содержат двойной набор хромосом. Эти клетки смещаются ближе к просвету канальца. Фаза созревания. После деления клетки становятся двумя сперматоцитами второго порядка, делятся вторично и превращаются в четыре сперматиды. В этих клетках содержится уже одинарный, а не двойной набор хромосом. Фаза формирования. В последней фазе из сперматид формируются сперматозоиды, имеющие характерное, знакомое всем строение. Таким образом, из одной изначальной клетки, которая имела двойной набор хромосом, формируется четыре сперматозоида с одинарным набором хромосом, который характерен для половых клеток. Овогенез - образование женских половых клеток - яйцеклеток. У млекопитающих стадия размножения завершается еще до рождения, и к окончанию плодного периода в яичниках содержатся овоциты I порядка. 1) Стадия размножения в оогенезе происходит внутриутробно и завершается до рождения в первой половине внутриутробного развития. На этой стадии оогонии делятся путем митоза, и их число в яичнике увеличивается. К концу беременности большая часть оогоний гибнет, меньшая вступает в фазу роста, превращаясь в ооциты первого порядка. 2) Стадия роста в оогенезе. Заключается в том, что ооциты первого порядка увеличиваются в размерах. Стадия роста складывается из двух этапов: малого и большого роста. Малый рост отмечается до полового созревания. В фазу большого роста в каждый менструальный период вступают не все, а лишь некоторые из ооцитов I-го порядка. При овуляции достигают не все яйцеклетки. 3) Стадия созревания. Объединяет два мейотических деления и сопровождается образованием ооцита II-го порядка, а затем – яйцеклетки. В результате оогенеза образуется яйцеклетка. Яйцеклетка – это зрелая женская половая клетка с гаплоидным набором хромосом. 6. Первая неделя внутриутробного развития человека Почти вся первая неделя развития зародыша совпадает с дроблением. Дробление сопровождается уменьшением размеров бластомеров по мере увеличения их числа. Период дробления у зародыша сочетается с бластомерной дифференцировкой. Под бластомерной дифференцировкой понимают такое созревание бластомеров, которое приводит к выделению из общей популяции клеток, необратимо детерминированных к образованию трофобласта и эмбриобласта. Дробление - это процесс митотического деления клеток, протекающий без предварительного увеличения размеров клетки. По отношению к обычному, митотическому делению, бластомеры характеризуются очень коротким пресинтетическим периодом интерфазы, что приводит к недостаточной синтетической активности клеток. Таким образом, синтез структурных элементов клетки слабо выражен, и клетка не успевает значительно изменить свои размеры перед следующим делением. Тип дробления зависит от строения яйцеклетки, которая у человека относится к изолецитальным, вторично олиголецитальным. Такое строение яйцеклетки обеспечивает полное асинхронное дробление. Почти равномерное распределение желтка у человека затрудняет выделение вегетативного и анимального полюсов. Но распределение клеточного материала, однако, не совсем равномерное. Первое дробление совершается через 30 часов после оплодотворения, и борозда дробления проходит по меридиан). Случайные находки исследователей двухклеточного (36 ч после оплодотворения) и четырехклеточного эмбриона человека позволили описать уже в эти сроки десмосомоподобные контакты между бластомерами и специфическое расположение цитоплазматических органелл. Затем, формируются не 4, а 3 бластомера. 4 бластомера образуются через 40 часов. Через 50-60 часов образуется морула, которая является компактной многоклеточной структурой шарообразной формы. При изучении ее ультраструктуры на стадии 16 клеток (через 3 дня после овуляции) отмечено различие между бластомерами по форме, но не по размерам, наличие плотных десмосомоподобных контактов между бластомерами. Выявлена высокая активность ядрышек и митохондрий. К концу 4 суток образуется бластоциста, которая к 4,5 суткам состоит из 58 клеток. Бластула (бластоциста) – многоклеточное шаровидное образование с полостью внутри. На 5-5,5 сутки бластоциста выходит в полость матки (стадия свободной бластоцисты). Матка в эти сроки проявляет высокую функциональную активность желез. Функциональный слой эндометрия хорошо васкуляризирован, содержит многочисленные кровеносные сосуды, децидуальные клетки. Через 5,5 суток бластоциста, имея 107 клеток и активно всасывая содержимое маточных желез, начинает расти, что совпадает с окончанием дробления. К 6-му дню бластоциста освобождается от прозрачной оболочки (зоны) (как бы вылупляется из нее), лишаясь определенного защитного барьера, который мог быть помехой при имплантации. Это сопровождается способностью трофобласта секретировать гидролитические ферменты, что и ведет к перевариванию прозрачной оболочки. На 6-7-ые сутки происходит прикрепление зародыша к стенке матки и завершается бластомерная дифференцировка. Считают, что имплантация зародыша человека в эндометрий начинается с 6-го дня, когда бластоциста спускается в полость матки. Эндометрии при этом начинает превращаться в децидуальную оболочку. Это сопровождается разрастанием внутренней оболочки матки, повышением его функциональной активности. Со стадии 16 - 32 бластомеров зародыш располагается в нижней трети маточной трубы. В нем можно выделить внутренние и наружные клетки. Клетки с большей митотической активностью имеют высокую вероятность оказаться внутри, но процесс этот не носит полностью детерминированного характера и в какой-то мере случаен. Внутренние бластомеры являются аполярными клетками, тогда как наружные – полярны. Аполярные клетки характеризуются высокой плотностью щелевых контактов и очень активно взаимодействуют между собой. С момента погружения внутрь бластулы их митотическая активность падает. Полярные же клетки отличаются тем, что их наружная поверхность неровная и содержит значительное количество микроворсинокАполярные бластомеры формируют эмбриобласьт их кооторого затнем формируется весь зародыш. Полярные бластомеры образуют трофобласт. Их трофобласта в дальнейшем формируется только эпителий хориона. Со стадии бластоцисты разделение эмбриобласта внутри полости может приводить к развитию 2-х зародышей в одном хорионе, но формирование нового хориона не происходит. Таким образом, детерминация эмбриобласта (развивается из внутренних клеток) и трофобласта (из наружных - полярных клеток) становится необратимым.В условиях отсутствия такого контакта образуется симпласт (многоядерное образование). Трофобласт в процессе созревания имеет плотные контакты, что стабилизирует состав жидкости в бластоцеле (внутренняя полость бластоцисты). 7. Вторая неделя внутриутробного развития человека С 7-7,5 суток развития начинается зачатковая дифференцировка. Идет интенсивное увеличение размеров зародыша в целом. Первоначально (на 7- 7,5 сутки) формируются 2 зародышевых листка путем деламинации за счет деления клеток во фронтальной плоскости. В результате возникают: прилежащий к трофобласту эпибласт и граничащий с бластоцелью гипобласт (или энтодерма). На 7-8-й день двухслойный зародыш формирует эмбриональный (зародышевый) диск, он глубже имплантируется в эндометрий, усложняются его внезародышевые оболочки. В течение второй недели происходит еще один важный процесс. В эпибласте за счет сложных метаболических, межклеточных взаимодействий, индукции гипобластом начинается постепенная, пока еще лабильная (неокончательная), а затем для некоторых зон, и окончательная детерминация клеток к формированию ими тех или иных закладок. Наблюдается перемещение клеток в плоскости эпибласта. В результате этого процесса детерминируются области, из которых затем сформируется первичная полоска, нервная трубка, первичная эктодерма. Различные зоны эпибласта при этом различаются различной пролиферативной активностью. Это во многом генетически запрограммированный процесс, но "включение" той или иной генетической программы зависит от места расположения конкретной клетки. Таким образом, формируются так называемые зародышевые морфогенетические поля. 8. Третья неделя внутриутробного развития На 14-15-й день определена ось зародышевого диска, формируется первичная полоска гензеновский узелок, закладка хорды, т.е. это срок начала формирования элементов нервной системы эмбриона человека. Процесс формирования мезодермы и хорды происходит практически одновременно, и возникновение последней отстоит примерно лишь на 1 сутки, охватывая 15-16-ые сутки эмбриогенеза. Клеточный материал хорды мигрирует, в принципе, по таким же закономерностям, что и мезодерма, отличаясь лишь направленностью миграции. В целом первичная полоска является аналогом бластопора у ланцетника, в то время как Гензеновский узелок соответствует дорсальной губе бластопора. Клетки первичного узелка частично проваливаются между эпибластом и гипобластом, мигрируют краниокаудально и каудо-краниально, вытесняя клетки зародышевой мезодермы в сагиттальной оси зародыша. Так формируется клеточный тяж – называемый хордой. Хорда является наиболее рано формирующейся у человека осевой закладкой. Клетки прехордальной пластинки также иммигрируют вентро-краниальнее хорды и частично оттесняют гипобласт, участвуя в образовании краниального участка зародышевой энтодермы. С 17 суток развития продолжается поздняя стадия гаструляции - формирование осевых закладок органов (нотогенез). Уже с 16 суток под действием сложных межклеточных взаимодействий (различной концентрации метаболитов), а также выделения биологически активных веществ происходит первичная индукция хордо - мезодермой, прилежащей к ней первичной эктодермы, сформировавшейся после выделения мезодермального материала из эпибласта. Указанная первичная индукция, является основой для нейруляции. Нейруляция – образование осевой закладки центральной нервной системы - нервной трубки. На 17-21 сутки начинается постепенное выделение зародышевого щитка от внезародышевых органов путем формирования боковых и кранио-каудальных впячиваний и образования туловищной складки. Образование туловищной складки обеспечивает также анатомическое отделение тела эмбриона от окружающих оболочек и зародышевой энтодермы от внезародышевой. Последнее приводит к закладке первичной кишки (архентерона). В эти же сроки происходит зачатковая дифференцировка некоторых других органов. Рано развивающийся краниальный отдел нервной трубки индуцирует слуховые плакоды и глазные бороздки. Из глазных бороздок затем развивается глазная плакода. Нейрогенные плакоды являются утолщением первичной эктодермы. В открытой нервной трубке уже намечаются передний, средний и задний мозговые пузыри, выявляется мандибулярная и гиоидная дуги; идет отделение хорды от подлежащей энтодермы; различимы передняя, средняя и задняя кишка. В передней кишке образуется эпителиальный тяж – закладка легкого. На 16-18-ые сутки в мезенхиме желточного мешка начинают формироваться очаги кроветворения. В центральной части островка кроветворения мезенхимальные клетки дифференцируются в клетки кроветворения. Периферию островков занимают дифференцирующиеся эндотелиобласты. Они образуют замкнутые трубки - так называемяе превазоиды. Подобные превазоиды выявляются во внезародышевой мезенхиме соединительной ножки и зародышевой мезенхиме. В отличие от желточного мешка, они не содержат кроветворных клеток. К концу третьей недели превазоиды сливаются в единую сеть. Формирование превазоидов из мезенхимы обозанчается как васкулогенез. Во внутризародышевой мезодерме на 18-19-ые сутки формируется полость перикарда и внутризародышевый целом; развивается зачаток сердца, который к концу третьей недели сливается из двух сосудов в один. На 22-й день длина эмбриона достигает 3 мм. В этот срок происходит образование сомитов (путем сегментации осевой мезодермы). В краниальных отделах, к концу 3 недели формируются первые 8-10 сомитов. В их ножках начинается закладка предпочки. Литературные источники 1.Учебное пособие. Эмбриология человека. [Электронные ресурс] / URL: http://medbibl.igma.ru:81/fulltext/000258/files/assets/basic-html/page-1.html [дата обращения 01.05.2022] 2. Гистология, Эмбриология, Цитология, Афанасьев Ю.И., Юрина Н.А., Котовский Е.Ф., 2014 [Электронные ресурс] / URL: https://www.studentlibrary.ru/ru/book/ISBN9785970436639.html?SSr=4201348a55004ae70fd851c21533 [дата обращения 01.05.2022] 3. Лекция МГУ [Электронные ресурс] / URL: https://kpfu.ru/portal/docs/F1682258444/L3..Gisto.i.organogenez..Differencirovka.SK..pdf 4. Лекция РСМУ [Электронные ресурс] / URL: https://rsmu.ru/fileadmin/templates/DOC/Faculties/PF/Dept_biology/Mustafin-khordovye_CHast_1-2019dop-sait.pdf 5. Лекция ИГМА [Электронные ресурс] / URL: https://e-learning.igma.ru/pluginfile.php/100664/mod_resource/content/1/эмбриология1.pdf |