Шлях гамет, запліднення та імплантація

Гаметогенез

Статеві клітини (гамети), на відмі­ну від соматичних, містять гаплоїдний набір хромосом. Чоловічі статеві клі­тини мають хромосоми Х або У, жіночі — тільки хромосоми X.

Гаметогенез. У плодовому періоді первинні статеві клітини диференці­юються в овогонії у яєчниках або в сперматогонії — в яєчках. На шляху від ово- або сперматогоніїв до гамет розріз­няють кілька стадій, протягом яких здійснюється мейоз: 1) поділ (роз­множення); 2) ріст; 3) дозрівання;

4) формування (цієї стадії в овогенезі немає). Сперматогенез (утворення чо­ловічих статевих клітин — сперматозо-онів, або сперміїв) починається з пе­ріоду статевого дозрівання і триває до старості. Тривалість розвитку зрілих сперматозоонів із початкових клітин, сперматогоніїв, становить близько 72 днів.

У яєчниках, які диференціюються, овогоній проходить стадію розмножен­ня, утворюючи первинні овоцити. До 7 місяців внутрішньоутробного розвитку стадія поділу припиняється і первинні овоцити у профазі І (мейотичного поді­лу І) набувають оболонок, які складаю­ться з фолікулярних епітеліоцитів, тоб­то утворюються примордіальні фоліку­ли. Для цих примордіальних фолікулів настає період спокою, який триває до пу­бертатного періоду. Кількість примор­діальних фолікулів у новонародженої дівчинки становить близько 2 млн.

Протягом мейозу послідовно здій­снюються 2 поділи. Під час мейотичного поділу І відбувається низка важливих процесів: генетична рекомбінація шля­хом кросинговеру між материнськими й батьківськими гомологічними хромо­сомами; зменшення кількості хромосом, вмісту ДНК, плоїдності клітинних на­щадків; значний синтез РНК. Після до­сягнення піку лютропіну мейотичний поділ І завершується. Сигналом для за­вершення мейотичного поділу II є за­пліднення. Вторинний овоцит поділяє­ться з утворенням зрілої яйцеклітини (гаплоїдний набір хромосом X) і дру­гого полярного тіла.

У процесі мейозу утворюються спер-матозоони з різними статевими хромо­сомами: або X, або У.

Шлях сперматозоона. Лужне сере­довище сперматозоонів тимчасово захи­щає їх від кислого середовища піхви. Протягом 2 год більшість сперматозо­онів є нерухомими. Найрухливіші з них пенетрують слизову пробку шийки мат­ки (протягом 90 с після сім`явиверження). Скорочення матки сприяють про­суванню сперматозоонів догори — до верхніх відділів репродуктивного шля­ху. Після обсіменіння сперматозоони потрапляють до маткових труб через 5 хв, де вони можуть перебувати до 85 год після статевого акту. З 200— 300 млн сперматозоонів, що надходять до піхви, тільки близько 100 досягають яйцеклітини. Втрата більшості сперма­тозоонів відбувається у піхві, і, крім того, внаслідок фагоцитозу в усіх від­ділах репродуктивного шляху, а також частково під час просування їх по мат­кових трубах до черевної порожнини.

Процес трансформації сперматозо­онів, набуття ними гіперактивних властивостей для пенетрації яйцекліти­ни, називають капацитацією. Крім по­силення рухливості сперматозоонів про­цес капацитації охоплює також зміну їх поверхневих характеристик (усунен­ня плазматичних сім`яних антигенів, мо­дифікація їх поверхневого заряду, змен­шення рецепторної мобільності). Цей процес пов`язаний зі зменшенням ста­більності навкологоловкової цитоплаз­ми і зовнішньої акросомної мембрани. Подальша модифікація мембран капа-цитованих сперматозоонів відбувається поблизу яйцеклітини або протягом їх інкубації у фолікулярній рідині. Відбу­вається розпад або злиття цитоплазма­тичної та зовнішньої акросомної мемб­ран (акросомна реакція). Акросомна ре­акція характеризується надходженням іонів кальцію (Са 2) і є залежною від кальційзв`язувального протеїну — кальмодуліну. Акросомна реакція мо­же бути індукованою глікопротеїдом прозорої зони яйцеклі­тини —який є спер-мальним рецептором і спричинює до ви­ходу акросомних ферментів (гіалуро-нідази, нейрамінідазоподібного факто­ра, акрозину тощо), які сприяють пе­нетрації яйцеклітини сперматозооном. Таким чином, капацитація готує спер­матозоони до акросомної реакції і далі до пенетрації прозорої зони.

Шлях яйцеклітини охоплює інтер­вал від овуляції до проникнення яйце­клітини в матку. Яйцеклітина може бу­ти заплідненою (фертилізованою) тіль­ки протягом ранньої стадії її перебуван­ня у матковій трубі.

У щурів і мишей яєчник і дистальна частина маткової труби покриті за­гальним мішком, що містить рідину. Овуляторне яйце (яйцеклітина) пере­носиться рідиною до лійки маткової тру­би. У приматів овуляторна яйцекліти­на прилипає до поверхні яєчника. То­рочки маткової труби (гітЬгіае їиЬае) безперервно рухаються над яєчником, щоб ухопити яйцеклітину. Проникнен­ня яйцеклітини в черевний отвір мат­кової труби забезпечується скороченням м`язових волокон торочок, які сприяють контакту з поверхнею яєчника. Підтвердженням можливих варіацій цього ме­ханізму є випадки запліднення у жінок, які мають лише один яєчник і одну мат­кову трубу, розміщені з протилежних боків. Порушення шляху яйцеклітини може бути пов`язано з природженим де­фіцитом торочок маткових труб (синд­ром Картагенера). М`язові скорочен­ня маткових труб відбуваються більшою мірою в напрямку вперед — назад.

Шлях гамет протягом першого тиж­ня після овуляції наведено на мал. ЗО. У більшості випадків проходження яйцеклітини через маткову трубу три­ває близько 3 днів.

Запліднення. Шлях яйцеклітини че­рез ампулу до перешийка маткової тру­би триває близько ЗО год. У перешийку яйцеклітина затримується протягом та­кого самого часу, а потім починає швид­ко пересуватися далі через трубу. Її рух забезпечується перистальтичним скоро­ченням маткової труби, миготінням ві­нок її епітелію, а також пересуванням секреторної рідини. Перший клітинний поділ зиготи — клітини, що утворю­ється внаслідок запліднення яйцекліти­ни сперматозооном, — відбувається приблизно через 24 год, наступний — через 12 год. У зиготі починається син­тез ДНК і білка. Зародок потрапляє до матки в стадії морули (від 16 до 32 клі­тин-бластомерів). Коли морула досягає матки, в ній формується порожнина, за­повнена рідиною, і морула перетворює­ться на бластоцисту. Бластоциста ди­ференціюється на внутрішню клітин­ну масу (ембріобласт), що дає поча­ток ембріону (через низку стадій), і тро-фобласт — попередник хоріона плацен­ти. Після завершення ембріонального періоду (8 тижнів) ембріон вважається плодом.

Важливою умовою для настання ва­гітності є синхронність у змінах ендо-метрія і розвитку заплідненої яйцеклі­тини. Під час кожного менструального циклу в слизовій оболонці матки відбуваються морфологічні зміни, сприятливі для успішної імплантації бластоцисти. Якщо циклічні зміни ендометрія випе­реджають розвиток яйцеклітини, то за­пліднення може порушуватись. Експе­риментальне запліднення і розвиток за­плідненої яйцеклітини (плодового яй­ця) у людини можуть відбуватись у по­рожнині матки до необхідних змін ен­дометрія. Цей факт спростовує спеку­лятивні концепції, згідно з якими кон­трацептивний ефект лікарських засобів, які прискорюють проходження яйцеклі­тини через маткову трубу, пов`язаний з тим, що яйцеклітина потрапляє в мат­ку в період, коли ендометрій ще не го­товий до її імплантації. Складність проблеми репродукції людини експери­ментальне підтверджується і тим фак­том, що ектопічна вагітність (рідко спостерігається у тварин) не настає піс­ля закриття маткових отворів труби у жінки безпосередньо після запліднен­ня; ембріон досягає стадії бластоцисти і потім дегенерує.

Оптимальний час, протягом якого яйцеклітина може бути заплідненою до її загибелі, приблизно становить 12— 24 год. У програмах запліднення in vitro овоцити культивують протягом не біль­ше 36 год. Період здатності спермато-зоонів до запліднення, як правило, не перевищує 48 год. Рухливість їх може зберігатися навіть після втрати здатно­сті до запліднення.

Прозора зона нав­коло яйцеклітини від моменту овуляції до імплантації продукує три глікопротеїди. Акросома інтакт­ного сперматозоона має специфічний зв`язувальний протеїн. Інши­ми словами, прозора зона містить спе­цифічні рецептори для сперматозоонів. Пенетрація прозорої зони відбувається швидко і може бути прискореною про­теазою акрозином, що міститься на внутрішній акросомній мембрані спер­матозоона. Існує точка зору, згідно з якою найбільш вагомим чинником, що впливає на пенетрацію, є рухливість сперматозоонів.

Завдяки дії специфічних ферментів відбуваються дисоціація, вилучення клітин променистого вінця, які оточу­ють яйцеклітину, і розчинення прозорої зони. Оволема яйцеклітини в місці при­кріплення сперматозоона утворює гор­бок, куди він потрапляє. При цьому за рахунок кортикальної зони яйце­клітини утворюється щільна оболон­ка — оболонка запліднення, яка пе­решкоджає проникненню інших спер­матозоонів і є захисним механізмом проти поліспермії та поліплоїдії. Ядра чоловічої і жіночої гамет перетво­рюються на пронуклеуси, зближують­ся і зливаються. Виникає зигота, і до кінця першої доби після запліднення починається дроблення.

Стать майбутньої дитини зале­жить від комбінації статевих хромосом у зиготі. Якщо яйцеклітина запліднена сперматозооном зі статевою хромосомою X, то в диплоїдному наборі (46 хромо­сом) будуть дві Х-хромосоми і розви­неться плід жіночої статі. Внаслідок за­пліднення сперматозооном зі статевою хромосомою У у зиготі утворюється комбінація статевих хромосом XV і бу­де розвиватися плід чоловічої статі. Кількість сперматозоонів з X - та У-хро-мосомами є однаковою, проте маса X - хромосоми більша, тому сперматозоони, що містять У-хромосому, є рухливіши­ми. Однак у зв`язку з більшою вразли­вістю плодів чоловічої статі до ушко­джувальних чинників кількість новона­роджених хлопчиків є меншою, ніж дів­чаток: на кожні 103 дівчинки народжує­ться 100 хлопчиків.

Дроблення. Зигота дробиться на клітини — бластомери. Дроблення зи­готи повне, асинхронне, відбувається зі швидкістю, яка становить в серед­ньому один поділ на добу. Перший поділ здійснюється через ЗО год після запліднення, внаслідок чого утворюю­ться дві клітини — бластомери, потім — три, і через 4 год настає стадія чотирьох бластомерів. На цій стадії синтезуються всі основні типи РИК. Протягом 1—2 діб поділ іде повільно, надалі — швидко, і на четверту добу зародок складається з 16—32 бласто­мерів. Через 50-60 год він має вигляд щільного утворення — морули, а на 3—4-ту добу розпочинається форму­вання бластоцисти, яка протягом трьох діб перебуває у матковій трубі, а через 4—4,5 доби вона складається вже з 32—64 клітин, має добре розви­нений трофобласт і розміщену всере­дині внутрішню клітинну масу (ем-бріобласт). Через 5,5 діб бластоциста збільшується завдяки зростанню кіль­кості бластомерів до 128 і посиленому вбиранню трофобластом секрету мат­кових залоз, а також активному про­дукуванню рідини самим трофоблас­том. Через 5—5,5 діб бластоциста по­трапляє до матки, а на б—7-му добу відбувається її імплантація (нідація) в стінку матки за інтерстиціальним типом.

Передімплантаційні порушення. Аномалії каріотипу у плода виникають внаслідок нерозходження в анафазі ста­тевих хромосом у процесі мейозу жіно­чих статевих клітин. Через це до однієї статевої клітини потрапляють дві Х-хро-мосоми (XX), а в другій немає жодної (00). Під час запліднення таких яйце­клітин можуть сформуватися патологіч­ні каріотипи: ХХУ (синдром Клайнфел-тера); ХО (синдром Тернера); XXX (су-пержіночий); ОУ (нежиттєздатний).

Використання чутливих гормональ­них тестів для визначення вагітності дозволяє зробити висновок, що 25— 40 % передембріонів (концептів) втра­чаються до моменту, коли їх можна діа­гностувати клінічними методами. Вижи­ваність ембріона після запліднення іп уііго завжди є меншою, ніж іп уіуо, і лише 10 % ембріонів імплантуються в матці. Така висока частота втрати ва­гітності може бути варіантом біологіч­ної селекції проти аномальних гамет протягом репродуктивного процесу. На­приклад, сперматозоони з морфологіч­ними порушеннями є менш здатними пе-нетрувати слиз шийки матки.

Після клінічного підтвердження ва­гітності частота її спонтанного перери­вання у постімплантаційний період ста­новить близько 15 %. Приблизно в 50— 60 % цих випадків констатують хромо­сомні аномалії, тобто 7,5 % концептів людини є аномальними. В той самий час серед новонароджених хромосомні ано­малії має лише 1 з 200, що підтверджує існування визначеного механізму се­лекції на ранніх стадіях вагітності лю­дини.

Захисних механізмів проти аномаль­ного каріотипу, які є іп уіуо, немає при заплідненні іп уітго. Наприклад, штуч­ний фільтруючий ефект слизу шийки матки і маткового отвору труби з`єд­нання іп уііго не здатний видаляти ано­мальні сперматозоони. Крім того, зрос­тає ризик пенетрації яйцеклітини більш ніж одним сперматозооном (4 % проти 1—3 % іп уіуо).

Під імплантацією розу­міють процес прикріплення бластоцис­ти до стінки матки. Процес сприйнят­ливості матки до прикріплення блас­тоцисти є обмеженим за місцем і ча­сом (кілька год). Імплантація почи­нається в період між б—7-м днями піс­ля запліднення і через 2—3 дні після того, як запліднена яйцеклітина дося­гає матки (близько 21-го дня менстру­ального циклу). Гіпертрофія і гіпере­мія слизової оболонки матки сприяють імплантації. Безпосередньо після ім­плантації прозора зона зникає, і блас­тоциста, що в цей час містить від 107 (8 зародкових і 99 трофобластичних) до 256 клітин, прикріплюється шля­хом адгезії та інвазії до епітелію ендо-метрія. Найчастіше імплантація відбу­вається у верхній частині і рідше — на задній стінці матки.

Розрізняють 2 стадії імплантації`. адгезію (прилипання) й інвазію (про­никнення). На стадії адгезії трофобласт прикріплюється до стінки матки і по­чинає диференціюватися в цитотрофобласт і синцитіотрофобласт (симпласто-, або плазмодіотрофобласт). Під час інвазії синцитіотрофобласт, виробля­ючи протеолітичні ферменти, руйнуєслизову оболонку матки. При цьому формуються ворсини трофобласта, які занурюються в ендометрій, послідовно руйнуючи епітелій, сполучну тканину і стінки судин, внаслідок чого трофобласт отримує безпосередній контакт з кров`ю материнських судин, забезпечує гемо-трофний тип живлення (утворюється справжній міжворсинчастий простір, що містить материнську кров). Навколо за­родка виникають ділянки крововиливів. Трофобласт живиться поживними речо­винами і киснем із материнської крові. Водночас посилюється утворення з клі­тин сполучної тканини матки багатих на глікоген децидуальних клітин.

Після того як преембріон повністю занурюється в імплантаційну ямку, вона заповнюється продуктами руйнування материнських тканин. Період імплан­тації є першим критичним періодом розвит­ку преембріона. Гемотрофний тип жив­лення супроводжується переходом до нового етапу ембріогенезу — інтенсив­ного розвитку зовнішньозародкових ор­ганів і другої фази — морфогенезу (гас­труляції).

Гаструляція

Гаструляція розпочинається напри­кінці 2-го тижня вагітності і полягає в розшаруванні зародка, морфогенетич-них переміщеннях. Одношарова блас­тоциста перетворюється послідовно на дво-, тришарову бластулу ц,елоблас-тулу, гаструлу. Різкої часової межі між бластоцистою і гаструлою немає. Клітинна маса одношарової бластоцис­ти, що оточена клітинами трофоблас­та, диференціюється в зародкову масу. потім — в зародковий диск. Наприкін­ці другого тижня вагітності на стадії тришарової бластоцисти нижня части­на зародкового диска диференціюється в зародкову ендодерму, а верхня — в зародкову ектодерму. Два шари трофоб­ласта — цитотрофобласт і синцитіотро-фобласт — є джерелом утворення май­бутньої плаценти. Серед усіх плацен­тарних компонентів трофобласт є най­більш варіабельним за структурою. функцією і розвитком. Інвазивність тро­фобласта сприяє прилипанню бласто­цисти до стінки матки, його роль у пос­тачанні плода поживними речовинамипідтверджується назвою, а функція як ендокринного органа під час вагітності відбивається в адаптаційних фізіологіч­них змінах материнського організму протягом періоду вагітності. Протягом гаструляції збільшується краніока-удальний розмір ембріона, у краніаль­ному відділі зародковий диск розрос­тається і формується хорда. З почат­ком гаструляції активуються перші тка-ниноспецифічні гени. Надалі, протягом третього тижня вагітності, на місці дво­шарового зародкового диска відокрем­люється третій шар зародкових клі­тин — мезобласт (спинна струна і ла­теральна мезодерма). Шляхом склад­них процесів перетворення (інвагінації, імміграції, інволюції тощо) клітин роз­виваються первинні зародкові листки: ектодерма, мезодерма й ендодерма. Із зовнішнього шару, ектодерми, утво­рюється нейроектодерма, з якої беруть свій початок нервова тканина й епідер­міс; із середнього, зародкової мезодерми, розвиваються скелет, м`язи, спо­лучна тканина, система крові і крово­обігу; похідними внутрішнього шару, зародкової ендодерми, є травні зало­зи, епітелій травного каналу й дихаль­них шляхів.

Важливим результатом гаструляції є виникнення осьового комплексу за­чатків: 1) нейроектодерми, потім смуж­ки, що пізніше перетворюється на нер­вову пластинку, нервову борозну і нер­вову трубку — зачаток нервової систе­ми; 2) хордомезодерми (спинна струна, хорда), що розташована під нейроекто-дермою; 3) мезодерми, що розміщуєть­ся латеральне по обидва боки.

Два тижні пренатального розвитку людини — термін формування первин­ної смужки зародкового диска — роз­глядають як своєрідну критичну точку для наступної нейруляції (від 16-ї до 23-ї доби) — формування нервової сис­теми. Ось чому ембріологи вважають за доцільне, з етичної точки зору, обме­жити цим періодом використання науко­вих досліджень щодо ембріонів люди­ни, які були отримані шляхом екстра-корпорального запліднення. Репродук­тивна технологія зазнала численних мо­ральних і юридичних проблем, вирішен­ням яких займаються спеціальні групи експертів з етики екстракорпорального запліднення і трансплантації ембріонів людини.

Таким чином, ембріональний період починається з 3-го тижня після овуля­ції і запліднення. Більшість клінічних тестів на вагітність, в основі яких є ви­значення рівня хоріонічного гонадотропіну людини (ХГЛ), в цей період да­ють позитивний результат. Зародковий диск чітко визначається, з мезодерми формуються соміти і нефротом, тобто починається диференціація тіла зарод­ка і його відокремлення від зовнішньо-зародкових органів. Хоріонічний мішок (хоріонічний пухирець) цього часу має діаметр близько 1 см. Наприкінці 4-го тижня після овуляції діаметр хоріоніч­ного мішка становить 2—3 см, а дов­жина ембріона —4—5 мм.

Зародкова ектодерма,зовнішній за­родковий листок, дає початок епідер­місу, з якого розвиваються: епітелій шкіри та його похідні (волосся, нігті, молочні, сальні, потові залози), части­на епітелію і залози ротової порожни­ни, емаль зубів, багатошаровий епіте­лій анальної ямки, епітелій сечових і сім`явиносних шляхів.

З епітелію нервової трубки (нейро­ектодерми) утворюються всі частини центральної та периферичної нервової системи, скоротливий епітелій (міоепіте-лій, м`язи — звужувач і розширювач зіниці), залозистий пігментний епітелій тощо.

Ендодерма,внутрішній зародковий листок, не є однорідним: передня його частина є частиною ектодерми, що ут­ворює прехордальну пластинку, а за­лишкова частина — кишковою ендодер­мою. З прехордальної пластинки роз­виваються епітелій дихальних шляхів і легень, значна частина слизової оболон­ки ротової порожнини і глотки, зало­зисті тканини гіпофіза, тимуса, щито­подібної та паращитоподібних залоз, атакож епітелій і залози стравоходу. З кишкової ендодерми утворюються епі­телій і залози шлунка, кишок і жовч­них шляхів, печінка, залозистий епіте­лій підшлункової залози.

Мезодерма, середній зародковий листок, спочатку є приосьовою — ме-тамерно розміщеними по обидва боки хорди семітами, які за допомогою сег­ментних ніжок (нефротомів) пов`яза­ні з вентральними несегментованими відділами мезодерми — мезодермою біч­ної пластинки. Наприкінці 5-го тижня розвитку, коли довжина ембріона ста­новить 11 мм, утворюються 43—44 па­ри сомітів. Кожний соміт, за винятком перших двох, диференціюється на три частини: 1) дерматом — дорсолате-ральну, яка є мезенхімним зачатком сполучної тканини шкіри; 2) склеротом — медіовентральну, що дає початок хрящовій і кістковій тканинам скелета (з нього з часом утворюються хрящі, ребра, лопатки); 3) містом — зачаток скелетної мускулатури, що розміщуєть­ся між дерматомом і склеротомом.

Нефротоми — зачатки сечової і ста­тевої систем — розташовуються від головного до хвостового кінця тіла за­родка. В їх ембріональному розвитку чітко простежується історичний шлях еволюції видільних органів у хребетних тварин.

Мезодерма бічної пластинки (несегментована частина мезодерми) утворює вторинну порожнину тіла (целом) і з обох боків поділяється на два листки:

1) соматичну (парієтальну) мезодер­му, що прилягає до ектодерми (з боку черевної порожнини), і мезодерму нутрощів (вісцеральну), що утворює серозну оболонку внутрішніх органів. Целом дає початок перикардіальній, плевральній та очеревинній порожни­нам.

З обох листків мезодерми бічної пластинки вистеляються відростчасті клітини, що заповнюють усі проміжки між зародковими листками, ембріо­нальними зачатками і позаембріональ-ними його частинами, утворюючи мезен­хіму. Мезенхіма спочатку виконує тро­фічну функцію —проводить поживні речовини до різних частин зародка. З часом з неї розвивається кров, крово­творні тканини, лімфа, лімфатичні вуз­ли, селезінка.

З проміжної мезодерми утворюють­ся серце, кора надниркових залоз, стро­ма гонад, сполучна і гладком`язова тка­нини внутрішніх органів і кровоносних судин. З мезенхіми також походять во­локнисті сполучні тканини, що розріз­няються за характером і кількістю між­клітинної речовини і клітин (зв`язки, суглобові сумки, сухожилки, фасції, хрящі, кістки).

Дата добавления: 2014-11-09