Рис. 2.1 - Схема строения яйцеклетки человека

А - световая микроскопия: 1 — яйцеклетка, 2 - цитоплазма, 3 - ядро, 4 - цитолемма (оолема), 5 - блестящая оболочка, 6 - фолликулярная оболочка (лучистый венец),

Б - электронная микроскопия: 1 - яйцеклетка, 2 - блестящая оболочка, 3 - фолликулярная оболочка, 4 - ядро яйцеклетки, 5 - цитоплазма, 6 - эндоплазматическая сеть, 7 - митохондрии, 8 - желточные включения, 9 - кортикальные гранулы, 10 - цитолемма яйцеклетки (оолема), 11 - микроворсинки яйцеклетки, 12 - фолликулярные клетки, 13 - микроворсинки фолликулярных клеток

Рис. 2.2 - Схема строения сперматозоида

А - головка. Б - хвост. 1 - связующая часть (шейка), 2 - промежуточная часть, 3 - главная часть, 4 - конечная (терминальная) часть, 5 - рецепторы, 6 - акросома, 7 - ядро, 8 - поперечный срез головки, 9 - проксимальная центриоль, 10 - митохондрии, 11 - поперечный срез промежуточной части, 12 - дистальная центриоль, 13 - аксонема (9x2+2 микротрубочек), 14 - поперечный срез главной части

Рис. 2.3 - Возникновение и пути миграции первичных половых клеток - гоноцитов

(поперечный срез заднего конца зародыша)

1 - эктодерма, 2 - стенка амниона (внезародьплевая эктодерма, внезародышевая мезодерма), 3 - стенка желточного мешка (внезародышевая энтодерма, внезародышевая мезодерма), 4 — развивающийся спинной мозг, 5 — хорда, 6 ~ сомит мезодермы, 7 - аорта, 8 - гоноциты в полости кровеносных сосудов, 9 - мезенхима, 10 - гоноциты в зачатковом эпителии полового валика, 11 - каналец первичной почки, 12 - Вольфов проток, 13 - гоноциты в мезенхиме, 14 - гоноциты в энтодерме желточного мешка.

Сперматогенез

Рис. 2.4 - Схема сперматогенеза

Примечание — Кариотип человека - 46 хромосом, в скобках число хроматид. Половые хромосомы: х и у, в скобках хроматиды.

Рис. 7.3 — Типы плацент млекопитающих

А - эпителиохориальная плацента. Б - десмохориальная плацента. В - вазохориальная плацента. Г - гемохориальная плацента.

1 - трофобласт, 2 - зародышевые кровеносные сосуды, 3 - покровная (эпителиальная) ткань стенки матки, 4 - соединительная ткань стенки матки, 5 - кровеносные сосуды стенки матки, 6 - кровеносные лакуны стенки матки

Глава VIII

ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ РАННИХ ЭТАПОВ ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧЕЛОВЕКА

Эмбриональное развитие человека может быть понято только при его сопоставлении с развитием предшествующих позвоночных: ланцетника, амфибий, рыб, рептилий, млекопитающих животных. В связи с тем, что развитие человека является результатом длительного эволюционного усложнения в ряду позвоночных, познание ранних процессов развития человеческого зародыша оказывается довольно трудным. Это связано ещё и с тем, что в руки исследователей до 2-й половины XX в. (до широкого внедрения в медицинскую практику метода экстракорпорального оплодотворения) чрезвычайно редко попадали ранние (первых 2-3 недель развития) зародыши человека. Следует заметить, что абортный материал, имеющийся в достаточном количестве, позволяет изучать уже более поздние этапы эмбриогенеза человека. Ранние зародыши человека (4,5; 5,

7. 9,11, 12, 17, 19, 20 и далее дней развития), как правило, носили характер случайных находок при секционных исследованиях прозекторов и эмбриологов. Наиболее богатая коллекция подобных зародышей к началу 2-й половины XX в. была собрана в медицинских центрах США (институт Карнеги в Балтиморе); в СССР (Крымский медицинский институт, коллекция профессора Б.П. Хватова; Новосибирский медицинский институт, лаборатория профессора М.Я. Субботина; Ленинградский педиатрический медицинский институт (кафедра чл.-корр. АМН СССР, профессора А.Г. Кнорре). Естественно, при всей своей уникальной ценности данный материал не позволял в полной мере и последовательно по часам и дням развития проследить процессы раннего эмбриогенеза человека.

В последние годы открылись новые перспективы в изучении ранних стадий эмбрионального развития человека, в связи с разработкой и внедрением так называемых методов вспомогательной репродукции в медицинскую практику. Эти методы, получившие название экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), направленные в первую очередь на решение проблемы бесплодия в браке, имеют не только медицинское, но и социальное значение. Одним из ведущих специалистов у нас в стране в практике методов вспомогательной репродукции является профессор А.И. Никитин (ныне директор Балтийского института репродукции человека, (г. Сестрорецк Ленинградской области).

В настоящее время удалось решить следующие основные проблемы.

1. Создать культуральные среды и технические системы, позволяющие поддержать жизнеспособность половых клеток и эмбрионов вне организма.

2. Разработать способы, получения женских половых клеток непосредственно из фолликулов яичника (эндоскопическим путём).

3. Осуществлять искусственное оплодотворение (инсеменацию) спермой донора или мужа.

4. Осуществлять ЭКО с последующим переносом эмбриона в матку.

Разработаны также методы переноса гамет, зигот и эмбрионов в

маточные трубы и в матку, «суррогат-материнство», криоконсервация гамет и эмбрионов, донорство половых клеток и зародышей.

Естественно, всё это стало возможно благодаря фундаментальным научным разработкам по ранней эмбриологии человека и творческому сотрудничеству акушеров-гинекологов и эмбриологов.

Оплодотворение (рис. 8.1). В области биологии трудно найти явление, затрагивающее такое множество кардинальных вопросов, как соединение половых клеток при оплодотворении. По образному выражению Ф.Р. Лилли «...в этом явлении все нити сплетения двух жизней собираются в один узел, из которого они вновь расходятся и вновь сплетаются в истории новой жизни нового индивидуума. Элементы, которые соединяются, представляют собой отдельные клетки, каждая из которых находится на грани смерти; но их соединение образует омоложенный организм, составляющий звено в вечном шествии жизни».

Оплодотворение у человека можно разделить на три фазы:

1. дистантную,

2. контактную,

3. синкарион.

Сущность первой фазы оплодотворения состоит в переносе сперматозоидов в женском половом аппарате (из эякулята, находящегося во влагалище, через шейку матки в её полость и далее в яйцеводы). Существуют данные о том, что сперматозоиды достигают маточной трубы менее чем за 30 минут. В течение 1-2 суток оплодотворяющая способность сперматозоидов в половых путях женщины сохраняется.

В этой фазе широко распространены явления хемотаксиса (движение сперматозоида вверх по градиенту концентрации биологически активных веществ, выделяемых яйцеклеткой) и реотаксиса (движение сперматозоидов против тока жидкости, находящейся в женском половом аппарате и, как известно, движущейся из яйцеводов, матки по направлению к влагалищу).

Дистантные влияния яйцеклетки на сперматозоид осуществляются двумя классами веществ, выделяемых яйцеклеткой и называемых гиногормоны I и гиногормоны II.

Гиногамоны I - низкомолекулярные вещества небелковой природы активизируют движение сперматозоидов и тем самым повышают вероятность их встречи с яйцеклеткой. (Скорость движения спермиев по данным некоторых авторов 2-4 мм/мин). Гиногамоны II (фертилизины, изоагтлютинины) - видоспецефические белки (гликопротеиды), вызывающие склеивание сперматозоидов путём иммунной реакции с комплементарным им андрогамоном II (антифертилизином), молекулы которого встроены в цитолемму спермия.

В свою очередь, сперматозоиды выделяют андрогамон Г— вещество небелковой природы, представляющее собой антагонист гиногамона I и подавляющее подвижность сперматозоида.

В активном переносе сперматозоида принимают участие и ткани полового аппарата женщины (движение ресничек эпителия, слизи, сократительная деятельность гладкой мышечной ткани).

Кроме того, комплекс тканевых факторов (и прежде всего секреторные продукты) полового аппарата женщины оказывает активирующее влияние на сперматозоиды, которые при этом приобретают способность к проникновению через оболочки яйцеклетки. Этот процесс получил название капацитации. Предполагают, что сущность капацитации заключается в удалении с поверхности сперматозоидов веществ, блокирующих осуществление акросомальной реакции.

Контактные взаимодействия гамет в верхней трети яйцеводов начинаются с акросомальной реакции. Она сводится к очень быстрым (занимающим несколько десятков секунд) изменениям в акросомальной области сперматозоида. Наружная мембрана, покрывающая акросому, лизируется, и вещества акросомы (гидролитические ферменты - гиалуронидаза, трипсиноподобные ферменты и др.) выходят в окружающую среду, что приводит к быстрому разрыхлению и растворению оболочек яйцеклетки.

Первоначально сперматозоиды оказывают суммарное ферментативное влияние на фолликулярные клетки лучистого венца, окружающего зрелую яйцеклетку. При разрушении межклеточных контактов эти вспомогательные клетки осыпаются, обеспечивая сперматозоидам доступ непосредственно к блестящей оболочке яйцеклетки. Этот подготовительный период, предшествующий собственно оплодотворению, получил название «осеменение яйцеклетки» и является процессом полиспермным. В месте контакта плазмолеммы сперматозоида и яйцеклетки сливаются и акросомальные микротрубочки соединяются с цитоплазмой яйцеклетки. Чуть позже по этим трубочкам в яйцеклетку перейдёт ядро и центриоли сперматозоида. Самый явный признак кортикальной реакции состоит в быстром достраивании (утолщении) и отслаивании от поверхности яйцеклетки блестящей оболочки (после оплодотворения - оболочки оплодотворения). Между ней и плазмолеммой яйцеклетки образуется перовителлиновое пространство (рис. 8.1), куда изливается содержимое кортикальных гранул, находящихся в поверхностном слое яйцеклетки. Кортикальная реакция связана со значительным повышением проницаемости цитомембраны и выходом из кортикального слоя яйцеклетки ионов калия и кальция. В яйцеклетке при этом резко возрастает интенсивность дыхания, работа протеолитических ферментов и синтез белка.

После проникновения головки и шейки сперматозоида хроматин в его ядре деспиралезуется (мужской пронуклеус), ядро яйцеклетки деспиралезуется тоже (женский пронуклеус). После осуществления сложных движений («танец пронуклеусов») они сливаются, образуя ядро зиготы. Возникшая оболочка оплодотворения препятствует проникновению последующих сперматозоидов. Таким образом, оплодотворение человека является процессом моноспермным.

Дробление зиготы человека полное, но асинхронное и неравномерное.

Дробление начинается в яйцеводе и идёт медленно. Образование первой борозды дробления занимает более 24 часов, а последующие несколько делений бластомеров - по 12 часов каждое. Через 40 часов образуется 4 бластомера, через 4,5 суток зародыш насчитывает 58 бластомеров.

Характерными для ранних стадий дробления являются зародыши, представленные тремя или пятью бластомерами. Как они возникают? Например, в зародыше из четырёх бластомеров только один делится, а остальные три не делятся, и возникает пять клеток. При этом следует отметить асинхронность (неодновременность) дробления и, как следствие, неравномерность, т.к. возникшие два бластомера будут вдвое меньше неделившихся клеток. Так, с первых делений образуется два вида бластомеров: «тёмные» крупные и «светлые» мелкие (рис. 8.2 А и рис. 8.3). «Светлые» бластомеры дробятся быстрее и занимают периферическое положение вокруг «тёмных», которые оказываются внутри зародыша. Из «светлых» бластомеров в дальнейшем развивается трофобласт, связывающий зародыш с материнским организмом. «Тёмные» бластомеры (эмбриобласты), составляющие внутреннюю клеточную массу, в последующем идут на формирование тела зародыша и незародышевых (провизорных) органов, кроме трофобласта. Таким образом, в процессе развития зародыша человека происходит очень рано (на стадии дробления) подразделение материала на зародышевую и незародышевую части.

На 3-4 сутки начинается формирование бластоцисты - полого пузырька, наполненного серозной жидкостью (рис. 8.2 Б). Через 5-5,5 суток бластоциста из яйцевода поступает в матку. К этому времени она насчитывает 108 клеток, а объём жидкости увеличивается вследствие всасывания трофобластом секрета маточных желёз, а также активной выработки жидкости самим трофобластом. Эмбриобласт располагается в виде узелка зародышевых клеток, который прикреплён изнутри к трофобласту на одном из полюсов бластоцисты. Такая бластоциста содержит в своей полости зародыш на стадии морулн. Если формируется два или более зародышевых узелков на разных полюсах бластоцисты, то в дальнейшем будут развиваться однояйцевые близнецы.

С 5 по 7 сутки зародыш проходит стадию свободной бластоцисты (он свободно плавает в полости матки). Бластоциста покрыта оболочкой оплодотворения. В трофобласте увеличивается количество лизосом, содержащих протеолитические ферменты. Появляющиеся выросты трофобластов разрушают оболочку оплодотворения. В бластоцисте, сбросившей оболочку оплодотворения, открывается свободная поверхность. Зародышевый узелок уплотняется, ворсинки трофобласта теперь могут контактировать с внутренней оболочкой стенки матки - эндометрием.

Внедрение зародыша в стенку матки (имплантация, нидация) начинается с седьмых суток после оплодотворения и продолжается около 40 часов. Принято считать, что слияние бластоцисты с эпителием эндометрия начинается с того полюса, который располагается над внутренней клеточной массой.

В сущности бластоциста наносит слизистой оболочке матки рану и полностью погружается в ткани эндометрия. Выделяют две стадии имплантации:

1. адгезия (прилипание);

2. инвазия (проникновение).

В первой стадии трофобласт прикрепляется к эндометрию и в нём дифференцируется два слоя: внутренний - цитотрофобласт и наружный

• симпластотрофобласт (синцитиотрофобласт). Во второй стадии симпластотрофобласт, продуцируя гистолитические ферменты, разрушает слизистую оболочку матки. При этом формируются первичные ворсинки будущего хориона, образованные трофобластом. Они последовательно разрушают эпителий, подлежащую соединительную ткань и стенки кровеносных сосудов, вступая в интимный контакт с кровью материнских сосудов. Образуется имплантационная ямка, вокруг которой располагаются участки кровоизлияний.

Трофобласт первоначально (в первые два месяца беременности) потребляет продукты распада тканей эндодермия (осуществляется гистиотропный тип питания зародыша). Затем питание зародыша идёт гематотрофно из материнской крови (гематотрофный тип питания), одновременно в слизистой оболочке матки усиливается образование крупных соединительно-тканных клеток, богатых гликогеном (так называемых децидуальных клеток). Последние, обладая полифункциональностью, обеспечивают иммунологическую толерантность матери к

имплантированному зародышу.

После полного погружения зародыша имплантационная ямка заполняется кровяным сгустком и продуктами разрушения тканей

эндометрия, а дефект слизистой оболочки покрывается регенерирующим эпителием.

П

f

ериод имплантации является первым критическим периодом развития зародыша (П.Г. Светлов). Гематотрофный тип питания, сменяющий гистиотрофный, создаёт условия к переходу к гаструляционным процессам (первая фаза совершается на 7 сутки, вторая - на 14-15 сутки). Критичность этого периода состоит также в том, что на данном этапе беременности создаются предпосылки для гибели раннего зародыша или отклонения от нормального хода эмбриогенеза. С одной стороны, недостаточность функционирования трофобласта либо высокая резистентность тканей матки к воздействию гистолитических ферментов может привести к тому, что бластоциста не имплантируется должным образом в слизистую оболочку матки. Это в свою очередь чревато сверхранним абортированием зародыша, что клинически будет проявляеться женским бесплодием.

С другой стороны, чрезмерный лизис тканей матки может привести к сверхглубокой имплантации зародыша вплоть до мышечной оболочки матки. Данное обстоятельство чревато тем, что возможно в дальнейшем развитие столь грозного осложнения беременности, как истинное приращение плаценты.

Первая фаза гаструляции проходит путём деламинации зародышевого узелка или дискобластулы и частичного расщепления клеток эмбриобласта, при этом образуется: наружний листок - эпибласт и внутренний листок — гипобласт (рис. 8.2 В). На 7 сутки развития возникают выселяющиеся из эмбриобласта и частично из трофобласта клетки, образующие незародышевую мезодерму, заполняющую полость бластоцисты.

К 9-10 суткам из клеток эпибласта формируется амниотический пузырёк, а краевое разрастание гипобласта приводит к образованию желточного пузырька (рис. 8.2 Г).

Клетки незародышевой мезодермы окружают эти два пузырька, изнутри подстилают трофобласт и, концентрируясь между стенкой амниотического пузырька и трофобластом, формируют амниотическую ножку.

Амниотическая ножка оказывается единственным местом контакта двулистковой гаструлы с питающей трофобластической оболочкой. При этом клетки внезародышевой мезодермы амниотической ножки будут выполнять транспортную функцию, обеспечивая развивающийся зародыш всем необходимым. Исходя из филогенетического подхода к рассмотрению механизмов, обеспечивающих связь зародышей позвоночных с маткой (рептилии, птицы, млекопитающие животные), можно предположить, что мезодерма составляет стенку одной из зародышевых оболочек, а именно аллантоиса, а последующие, более поздние стадии развития зародыша человека это подтверждают.

Таким образом, первые две недели эмбрионального развития привели к образованию зародыша, в составе которого приоритетного состояния достигли зачатки провизорных органов, в то время как истинный зародышевый материал представлен клетками дна амниотического и крышки желточного пузырьков (область так называемого зародышевого щитка). Здесь уместно перечислить отличительные особенности ранних этапов развития зародыша человека по сравнению с развитием млекопитающих животных. Эти отличия следующие.

1. Раннее формирование зачатков провизорных органов - хориона, амниона, желточного мешка, аллантоиса, которые появляются раньше, чем сформируется тело зародыша, которые обеспечивают ему наиболее благоприятные условия.

2. Раннее выделение клеток незародышевой мезодермы, которая появляется значительно раньше возникновения зародышевой мезодермы (в области первичной полоски) и вне всякой связи с последней.

3. Нескладчатый характер образования амниона.

4. Глубокая имплантация зародыша.

Вторая фаза гаструляции проходит в срок от 14 до 17 суток беременности и осуществляется в области зародышевого щитка по тем же закономерностям, что и у птиц и млекопитающих животных (см. соответствующие разделы настоящего пособия).

В период с 15 по 17 сутки начинается закладка основных органов с появлением туловищных складок, которые начинают образовываться сначала на переднем конце, а затем по всей окружности зародыша. Формируется кишка, которая кольцевой туловищной складкой отделяется от желточного мешка.

Идёт замыкание нервной трубки. Параллельно мезодерме начинается дифференцировка сегментов. Замыкание нервной трубки начинается не с переднего конца, а с шейного отдела, и первоначально она оказывается открытой не только в своём заднем конце, но и в головном отделе.

Начиная с 15-х суток в амниотическую ножку из заднего отдела кишечной трубки врастает колбасовидный вырост - зачаток аллантоиса (формируется сосудистый комплекс аллантоиса).

20-22 сутки развития характеризуются интенсивными процессами обособления тела зародыша от незародышевых органов и окончательным формированием комплекса осевых органов (нервная трубка, хорда, кишечная трубка, отделы мезодермы: сомиты (дерматом, миотом, склеротом), нефрогонотомы (сегментные ножки), спланхномезодерма (висцеральный, париетальный листки, целом).

К концу первого месяца зародыш сильно вырастает в длину. Нервная трубка замыкается на всём протяжении. На головном конце образуются мозговые пузыри. На вентральной стороне головного конца зародыша намечается ротовая ямка, окаймлённая пятью выступами (лобный непарный выступ и парные верхне- и нижнечелюстные выступы). В головной кишке образуются жаберные щели (4 пары). Формируются первые зачатки конечностей (причём зачатки рук развиваются несколько раньше, чем зачатки ног). Описанные изменения внешней формы зародыша являются результатом гистогенеза и органогенеза, рассмотрение которых входит в прерогативу общей гистологии и частной эмбриологии.