Механизмы, обеспечивающие эмбриогенез

1. Дифференциальная активность генов – в течение эмбрионального развития различные блоки генов имеют строго определенный порядок репрессии и дерепрессии.

 

2. Детерминация – выбор конкретного пути развития, приобретение клетками способности развиваться в определенном направлении и одновременно ограничение их будущих возможностей развития. В начале эмбриогенеза бластомеры тотипотентны (могут дать начало целому организму) и их развитие зависит от внешних индукторов и соседних клеток. На более поздних стадиях эмбриогенеза клетки становятся детерминированными (их развитие предопределено) и они развиваются по намеченному плану.

3. Дифференцировка – биохимическая, функциональная и морфологическая специализация клеток; изменение развивающейся структуры, при котором относительно однородные образования становятся все более различными.

Фазы дифференцировки:

· зависимая (до стадии ранней гаструлы);

· независимая (на стадии поздней гаструлы).

4. Морфогенез – процесс возникновения новых структур и изменения их формы в ходе онтогенеза.

Генетическая дифференцировка связана с уникальностью яйцеклетки. Ее уникальность проявляется в разнородности цитоплазмы – разные участки цитоплазмы имеют разный набор химических веществ и обладают разными потенциями (рис. 5.1).

Анимальный полюс

 

Рис.5.1. Схема неоднородности цитоплазмы яйцеклетки и ее последующего дробления (Различные значки обозначают разный химический состав цитоплазмы).

Этапы дифференцировки

1. Химическая разнородность цитоплазмы яйцеклетки (усиливается после оплодотворения).

2. Химическая разнородность цитоплазмы бластомеров

3. В разных бластомерах разные индукторы включают разные транскриптоны

4. Синтезируются разные белки-ферменты, которые катализируют разные типы биохимических реакций.

5. В разных бластомерах идет синтез разных типо- и тканеспецифических белков.

6. Образуются разные типы клеток, создается морфологическая разнородность.

7. Разные типы клеток образуют разные ткани.

8. Разные ткани формируют разные органы.

Механизмы морфогенеза:

1. Эмбриональная индукция – влияние группы клеток эмбриона на соседние клетки (Г.Шпеман, Г.Мангольд). Первичный индуктор (верхняя губа бластопора) детерминирует образование нервной трубки, затем индуцируется развитие хорды, а после этого пищеварительной трубки.

2. Морфогенетические поля (А.Г.Гурвич) – дистантные взаимодействия клеток электрической или гравитационной природы.

3. Градиент физиологической активности (Ч.Чайлд) – интенсивность обменных процессов выше в головном отделе зародыша по сравнению с хвостовым отделом, что оказывает пространственное регулирующее действие на морфогенез.

4. Позиционная информация клетки – при помощи межклеточных взаимодействий каждая клетка оценивает свое местоположение в зачатке органа, а затем дифференцируется в соответствии с этим положением.

6.ТЕРАТОГЕНЕЗ. КРИТИЧЕСКИЕ ПЕРИОДЫ ЭМБРИОГЕНЕЗА.

 

Процесс нарушения естественного хода эмбриогенеза под влиянием факторов окружающей среды называется тератогенезом (греч. teras – урод, чудовище). Тератоген – средовой (внешний) фактор, действующий на эмбрион или плод и вызывающий нарушение его строения или функционирования, не вызывая при этом изменения наследственных структур.

Эффект тератогенного воздействия зависит от ряда условий:

- Время действия тератогена. Действие тератогена до наступления стадии клеточной дифференциации приводит, как правило, к гибели зародыша. При действии тератогена в период дифференцировки органов возникают различные пороки развития. Тип порока зависит от чувствительности конкретного органа в момент воздействия вредного фактора;

- Доза и взаимодействие с другими факторами. Для большинства тератогенов существует дозо-зависимый эффект, т.е. чем выше доза, тем тяжелее поражение. В некоторых случаях тератогенность фактора повышается при наличии других факторов (например, тератогенное влияние антиконвульсантов усиливается в комбинации с другими препаратами).

- Материнские факторы. Риск возникновения тератогенно обусловленной аномалии зависит от индивидуального порога чувствительности материнского организма к тератогенному агенту.

Тератогенные факторы разнообразны по природе и среди них выделяют:

· физические факторы (механические или радиационные воздействия),

· химические факторы (лекарственные вещества, химические вещества, используемые в быту и промышленности и др.)

· биологические факторы (вирусы, микоплазмы, протозойные инфекции и другие внутриутробные инфекции).

Действие тератогенов приводит к появлению пороков развития. Врожденные пороки бывают первичные, в результате прямого действия тератогенов (пример: атрезия водопровода мозга) и вторичные, в результате осложнения первичных пороков (пример: водянка головного мозга).

Причины, механизмы развития, профилактику появления пороков развития изучает наука тератология.

Частота встречаемости пороков развития в популяциях человека 1-2%.

Разновидности врожденных пороков развития:

· агенезия – отсутствие органа (например, конечности);

· гипогенезия – недоразвитие органа (например, гонад);

· гипергенезия – усиленное развитие (например, полидактилия);

· атрезия – заращение естественных отверстий и каналов (например,

пищевода, ануса);

· эктопия – изменение места расположения органа (например,сердце с правой стороны).

Таблица 6.1. Часто встречаемые врожденные пороки развития

Формы аномалий	Определение	Сроки развития (неделя)
Анэнцефалия -	отсутствие головного мозга, свода костей черепа выбухание оболочек и тканей	26
Менингомиелоцеле -	выбухание оболочек и тканей спинного мозга сквозь дефект в позвоночнике	28
Экстрофия мочевого пузыря -	отсутствие нижней части передней брюшной стенки и передней стенки мочевого пузыря	30
Губа расщепленная (заячья) -	дефект развития верхней губы	9-10
Грыжа пуповинная (омфалоцеле) -	из-за дефекта брюшной стенки наружу выходят внутренние органы, покрытые истонченными тканями пуповины отсутствие у детей мужского пола	10
Гипоспадия -	дистальной части мочеиспускательного канала, а его наружное отверстие находится в мошонке или промежности; у детей женского пола - отверстие мочеиспускательного канала открывается во влагалище	12
Крипторхизм -	задержка опущения яичек в мошонку	12

Причины развития врожденных пороков:

1) генетические (различные мутации);

2) экзогенные (действие факторов среды);

3) мультифакториальные (совместное действие факторов 1-й и 2-й групп);

4) взаимодействие частей зародыша (эмбриональная индукция).

 

С конца Х1Х в. существует представление о наличии в онтогенезе человека периодов наибольшей чувствительности к повреждающему действию разнообразных факторов. Эти периоды получили название критических. Например, эпидемия краснухи (немецкая корь) в 1963-1965 гг. вызвала гибель 20 тыс. плодов и рождение 30 тыс. детей с врожденными пороками развития. Тератогенными являются вирус простого герпеса и цитомегаловирус, простейший одноклеточный паразит Toxoplasma gondii. Все это говорит о том, что мать не полностью защищает организм от влияния внешней среды.

Предэмбриональный период. Тератогены оказывают действие на половые клетки, вызывая развитие гаметопатий (рис. 6.1.).

Рис. 6.1. Варианты патологически измененных морфотипов сперматозоидов человека

 

Пренатальны период. Тератогены оказывают действие на различные стадии эмбриогенеза, вызывая развитие эмбриопатий.

Для любого органа наиболее критическим периодом является время его роста и образования специфических для этого органа структур. Различные органы имеют различные критические периоды, однако период между 15 и 60 сутками – критический для многих органов. Сердце формируется между 3 и 4 неделями, наружные половые органы наиболее чувствительны к воздействиям между 8 и 9 неделями. Мозг и скелет чувствительны к вредным влияниям постоянно, начиная с 3 недели после зачатия до конца беременности и позже.

К критическим периодам относят:

· оплодотворение;

· имплантацию (7-8-е сутки эмбриогенеза);

· развитие осевого комплекса зачатков органов и плацентацию (3 - 8-я недели);

· развитие головного мозга (15 - 20-я недели);

· формирование основных систем организма, в том числе половой (20 - 24-я недели).

 

Действие тератогенных факторов во время эмбрионального (с 3 по 8 недели) периода может привести к врожденным порокам развития.

Рис. 6.2. Критические периоды развития человека (внутриутробный период)

Врожденные (анцестральные) пороки развития – это такие структурные нарушения, которые возникают до рождения и выявляются сразу или через определенный период после рождения.

Различают:

Аномалии – отклонения в развитии, которые не сопровождаются нарушением здоровья (родимые пятна, родинки, заячья губа). Функция органов не нарушается.

Пороки – это отклонения в развитии органов и тканей, которые сопровождаются нарушением состояния здоровья.

Уродства – это грубые нарушения органов и систем:

а) отсутствие органов

б) недоразвитие органов и систем – гипоплазия;

в) нарушение формы и расположения органов: в последнем случае это может быть пороком, если нарушено состояние здоровья, а может быть аномалией, если здоровье не нарушено;

г) изменение количества органов.

50% из всех пороков развития приходятся на опорно-двигательную систему. На 2-м месте пороки сердечно-сосудистой системы, на 3-м мочеполовой. Кривошея, диафрагмальные грыжи, врожденный вывих бедра, недоразвитие конечностей, увеличение количества позвонков, кисты желез. Отсутствие вторичного твердого неба у рыб и земноводных является филогенетической предпосылкой «волчьей пасти» у людей.

 

В постнатальном периоде, выделяют несколько критических периодов:

• новорождения - первые дни после рождения в связи с перестройкой всех процессов жизнедеятельности (питания, дыхания, выделения, кровообращения и др.);

• полового созревания - 12-16 лет, когда происходит гормональная перестройка;

• полового увядания - около 50-ти лет, когда происходит угасание функций эндокринных желез (особенно половых).

Причины критических периодов постнатального онтогенеза принципиально те же, что и пренатального: изменения гормонального фона, появление «новых» и исчезновение «старых» индукторов, включение и выключение разных блоков генов.