ГАСТРУЛЯЦИЯ И ОРГАНОГЕНЕЗ

ГАСТРУЛЯЦИЯ И ОРГАНОГЕНЕЗ

Гаструляция (от лат. gaster - желудок) - сложный процесс химических и морфогенетических изменений, сопровождающийся размножением, ростом, направленным перемещением и дифференцировкой клеток, в результате чего образуются зародышевые листки: наружный (эктодерма), средний (мезодерма) и внутренний (энтодерма) - источники развития комплекса осевых органов и эмбриональных зачатков тканей.

Гаструляция у человека протекает в две стадии. Первая стадия (делами-нация) приходится на 7-е сут, а вторая стадия (иммиграция) - на 14-15-е сут внутриутробного развития.

При деламинации (от лат. lamina - пластинка), или расщеплении, из материала зародышевого узелка (эмбриобласта) образуются два листка: наружный листок - эпибласт и внутренний - гипобласт, обращенный в полость бла-стоцисты. Клетки эпибласта имеют вид псевдомногослойного призматического эпителия. Клетки гипобласта - мелкие кубические, с пенистой цито-

Рис. 21.10. Зародыши человека 7,5 и 11 сут развития в процессе имплантации в слизистую оболочку матки (по Гертигу и Рокку):

а - 7,5 сут развития; б - 11 сут развития. 1 - эктодерма зародыша; 2 - энтодерма зародыша; 3 - амниотический пузырек; 4 - внезародышевая мезенхима; 5 - цито-трофобласт; 6 - симпластотрофобласт; 7 - маточная железа; 8 - лакуны с материнской кровью; 9 - эпителий слизистой оболочки матки; 10 - собственная пластинка слизистой оболочки матки; 11 - первичные ворсинки

плазмой, формируют тонкий слой под эпибластом. Часть клеток эпибласта в дальнейшем образуют стенку амниотического пузырька, который начинает формироваться на 8-е сут. В области дна амниотического пузырька остается небольшая группа клеток эпибласта - материал, который пойдет на развитие тела зародыша и внезародышевых органов.

Вслед за деламинацией отмечается выселение клеток из наружного и внутреннего листков в полость бластоцисты, что знаменует формирование внезародышевой мезенхимы. К 11-м сут мезенхима подрастает к трофобласту и формируется хорион - ворсинчатая оболочка зародыша с первичными хориальными ворсинками (см. рис. 21.10).

Вторая стадия гаструляции происходит путем иммиграции (перемещения) клеток (рис. 21.11). Перемещение клеток происходит в области дна амниотического пузырька. Возникают клеточные потоки по направлению спереди назад, к центру и вглубь в результате размножения клеток (см. рис. 21.10). Это приводит к образованию первичной полоски. В головном конце первичная полоска утолщается, образуя первичный, или головной, узелок (рис. 21.12), откуда берет свое начало головной отросток. Головной отросток растет в краниальном направлении между эпи- и гипобластом и в дальнейшем дает начало развитию хорды зародыша, который определяет ось эмбриона, является основой развития костей осевого скелета. Вокруг хоры в будущем формируется позвоночный столб.

Клеточный материал, который перемещается из первичной полоски в пространство между эпибластом и гипобластом, располагается в виде мезо-дермальных крыльев парахордально. Часть клеток эпибласта внедряется в гипобласт, участвуя в образовании кишечной энтодермы. В результате зародыш приобретает трехслойное строение в виде плоского диска, состоящего из трех зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и энтодермы.

Факторы, влияющие на механизмы гаструляции. Способы и скорость гастру-ляции определяются рядом факторов: дорсовентральным метаболическим градиентом, обусловливающим асинхронность размножения, дифференцировки и перемещения клеток; поверхностным натяжением клеток и межклеточными контактами, способствующими смещению групп клеток. Важную роль при этом играют индуктивные факторы. Согласно теории организационных центров, предложенной Г. Шпеманом, в определенных участках зародыша возникают индукторы (организующие факторы), которые оказывают индуцирующее влияние на другие участки зародыша, обусловливая их развитие в определенном направлении. Существуют индукторы (организаторы) нескольких порядков, действующих последовательно. Например, доказано, что организатор I порядка индуцирует развитие нервной пластинки из эктодермы. В нервной пластинке возникает организатор II порядка, способствующий превращению участка нервной пластинки в глазной бокал и т. п.

В настоящее время выяснена химическая природа многих индукторов (белки, нуклеотиды, стероиды и др.). Установлена роль щелевых контактов в межклеточных взаимодействиях. Под действием индукторов, исходящих из одной клетки, индуцируемая клетка, обладающая способностью специфического ответа, изменяет путь развития. Клетка, не подвергающаяся индукционному воздействию, сохраняет свои прежние потенции.

Дифференцировка зародышевых листков и мезенхимы начинается в конце 2-й - начале 3-й нед. Одна часть клеток преобразуется в зачатки тканей и органов зародыша, другая - во внезародышевые органы (см. главу 5, схему 5.3).

Рис. 21.11. Строение 2-недельного зародыша человека. Вторая стадия гаструляции (схема):

а - поперечный срез зародыша; б - зародышевый диск (вид со стороны амниоти-ческого пузырька). 1 - хориальный эпителий; 2 - мезенхима хориона; 3 - лакуны, заполненные материнской кровью; 4 - основание вторичной ворсины; 5 - амниоти-ческая ножка; 6 - амниотический пузырек; 7 - желточный пузырек; 8 - зародышевый щиток в процессе гаструляции; 9 - первичная полоска; 10 - зачаток кишечной энтодермы; 11 - желточный эпителий; 12 - эпителий амниотической оболочки; 13 - первичный узелок; 14 - прехордальный отросток; 15 - внезародышевая мезодерма; 16 - внезародышевая эктодерма; 17 - внезародышевая энтодерма; 18 - зародышевая эктодерма; 19 - зародышевая энтодерма

Рис. 21.12. Зародыш человека 17 сут («Крым»). Графическая реконструкция: а - эмбриональный диск (вид сверху) с проекцией осевых закладок и дефинитивной сердечно-сосудистой системой; б - сагиттальный (средний) срез через осевые закладки. 1 - проекция билатеральных закладок эндокарда; 2 - проекция билатеральных закладок перикардиального целома; 3 - проекция билатеральных закладок корпоральных кровеносных сосудов; 4 - амниотическая ножка; 5 - кровеносные сосуды в амниотической ножке; 6 - кровяные островки в стенке желточного пузырька; 7 - бухта аллантоиса; 8 - полость амниотического пузырька; 9 - полость желточного мешка; 10 - трофобласт; 11 - хордальный отросток; 12 - головной узелок. Условные обозначения: первичная полоска - штриховка вертикальная; первичный головной узелок обозначен крестами; эктодерма - без штриховки; энтодерма - линии; внезародышевая мезодерма - точки (по Н. П. Барсукову и Ю. Н. Шаповалову)

Дифференцировка зародышевых листков и мезенхимы, приводящая к появлению тканевых и органных зачатков, происходит неодновременно (гетерохронно), но взаимосвязанно (интегративно), в результате чего происходит формирование тканевых зачатков.

21.3.1. Дифференцировка эктодермы

При дифференцировке эктодермы образуются зародышевые части - кожная эктодерма, нейроэктодерма, плакоды, прехордальная пластинка, и вне-зародышевая эктодерма, являющаяся источником образования эпителиальной выстилки амниона. Меньшая часть эктодермы, расположенная над хордой (нейроэктодерма), дает начало дифференцировке нервной трубки и нервного гребня. Кожная эктодерма дает начало многослойному плоскому эпителию кожи (эпидермис) и ее производных, эпителию роговицы и конъюнктивы глаза, эпителию органов полости рта, эмали и кутикулы зубов, эпителию анального отдела прямой кишки, эпителиальной выстилке влагалища.

Нейруляция - процесс образования нервной трубки - протекает по времени неодинаково в различных частях зародыша. Замыкание нервной трубки начинается в шейном отделе, а затем распространяется кзади и несколько замедленнее в краниальном направлении, где формируются мозговые пузыри. Примерно на 25-е сут нервная трубка полностью замыкается, с внешней средой сообщаются только два незамкнувшихся отверстия на переднем и заднем концах - передний и задний невропоры (рис. 21.13). Задний невропор соответствует нейрокишечному каналу. Через 5-6 сут оба невропора зарастают. Из нервной трубки образуются нейроны и нейроглия головного и спинного мозга, сетчатки глаза и органа обоняния.

При смыкании боковых стенок нервных валиков и образовании нервной трубки появляется группа нейроэктодермальных клеток, образующихся в области соединения нейральной и остальной (кожной) эктодермы. Эти клетки, сначала располагающиеся в виде продольных рядов по обе стороны между нервной трубкой и эктодермой, образуют нервный гребень. Клетки нервного гребня способны к миграциям. В туловище одни клетки мигрируют в поверхностном слое дермы, другие - в вентральном направлении, образуя нейроны и нейроглию парасимпатических и симпатических узлов, хромаффинную ткань и мозговое вещество надпочечников. Часть клеток дифференцируется в нейроны и нейроглию спинномозговых узлов.

Из эпибласта выделяются клетки прехордальной пластинки, которая включается в состав головного отдела кишечной трубки. Из материала прехор-дальной пластинки развивается в дальнейшем многослойный эпителий переднего отдела пищеварительной трубки и ее производных. Кроме того, из прехордальной пластинки образуется эпителий трахеи, легких и бронхов, а также эпителиальная выстилка глотки и пищевода, производных жаберных карманов - тимуса и др.

По мнению А. Н. Бажанова, источником образования выстилки пищевода и дыхательных путей служит энтодерма головной кишки.

Рис. 21.13. Нейруляция у зародыша человека:

а - вид со спины; б - поперечные срезы. 1 - передний нейропор; 2 - задний ней-ропор; 3 - эктодерма; 4 - нервная пластинка; 5 - нервный желобок; 6 - мезодерма; 7 - хорда; 8 - энтодерма; 9 - нервная трубка; 10 - нервный гребень; 11 - головной мозг; 12 - спинной мозг; 13 - спинномозговой канал

Рис. 21.14. Зародыш человека на стадии образования туловищной складки и внезаро-дышевых органов (по П. Петкову):

1 - симпластотрофобласт; 2 - цитотрофобласт; 3 - внезародышевая мезенхима; 4 - место амниотической ножки; 5 - первичная кишка; 6 - полость амниона; 7 - эктодерма амниона; 8 - внезародышевая мезенхима амниона; 9 - полость желточного пузырька; 10 - энтодерма желточного пузырька; 11 - внезародышевая мезенхима желточного пузырька; 12 - аллантоис. Стрелками обозначено направление образования туловищной складки

В составе зародышевой эктодермы закладываются плакоды, являющиеся источником развития эпителиальных структур внутреннего уха. Из внезаро-дышевой эктодермы образуется эпителий амниона и пупочного канатика.

21.3.2. Дифференцировка энтодермы

Дифференцировка энтодермы приводит к образованию в теле зародыша энтодермы кишечной трубки и формированию внезародышевой энтодермы, формирующей выстилку желточного пузырька и аллантоиса (рис. 21.14).

Выделение кишечной трубки начинается с момента появления туловищной складки. Последняя, углубляясь, отделяет кишечную энтодерму будущей кишки от внезародышевой энтодермы желточного пузырька. В задней части зародыша в состав образующейся кишки входит и тот участок энтодермы, из которого возникает энтодермальный вырост аллантоиса.

Из энтодермы кишечной трубки развивается однослойный покровный эпителий желудка, кишечника и их желез. Кроме того, из энто-

дермы развиваются эпителиальные структуры печени и поджелудочной железы.

Внезародышевая энтодерма дает начало эпителию желточного мешка и аллантоиса.

21.3.3. Дифференцировка мезодермы

Этот процесс начинается на 3-й нед эмбриогенеза. Дорсальные участки мезодермы разделяются на плотные сегменты, лежащие по сторонам от хорды, - сомиты. Процесс сегментации дорсальной мезодермы и образования сомитов начинается в головной части зародыша и быстро распространяется в каудальном направлении.

У эмбриона на 22-е сут развития имеется 7 пар сегментов, на 25-е - 14, на 30-е - 30 и на 35-е - 43 -44 пары. В отличие от сомитов вентральные отделы мезодермы (спланхнотом) не сегментируются, а расщепляются на два листка - висцеральный и париетальный. Небольшой участок мезодермы, связывающий сомиты со спланхнотомом, разделяется на сегменты - сегментные ножки (нефрогонотом). На заднем конце зародыша сегментации этих отделов не происходит. Здесь взамен сегментных ножек располагается несегментированный нефрогенный зачаток (нефрогенный тяж). Из мезодермы зародыша развивается также парамезонефральный канал.

Сомиты дифференцируются на три части: миотом, дающий начало поперечнополосатой скелетной мышечной ткани, склеротом, являющийся источником развития костных и хрящевых тканей, а также дерматом, формирующий соединительнотканную основу кожи - дерму.

Из сегментных ножек (нефрогонотомов) развиваются эпителий почек, гонад и семявыводящих путей, а из парамезонефрального канала - эпителий матки, маточных труб (яйцеводов) и эпителий первичной выстилки влагалища.

Париетальный и висцеральный листки спланхнотома образуют эпителиальную выстилку серозных оболочек - мезотелий. Из части висцерального листка мезодермы (миоэпикардиальная пластинка) развиваются средняя и наружная оболочки сердца - миокард и эпикард, а также корковое вещество надпочечников.

Мезенхима в теле зародыша является источником формирования многих структур - клеток крови и кроветворных органов, соединительной ткани, сосудов, гладкой мышечной ткани, микроглии (см. главу 5). Из внезароды-шевой мезодермы развивается мезенхима, дающая начало соединительной ткани внезародышевых органов, - амниона, аллантоиса, хориона, желточного пузырька.

Соединительная ткань эмбриона и его провизорных органов характеризуется высокой гидрофильностью межклеточного вещества, богатством глико-заминогликанов в аморфном веществе. Соединительная ткань провизорных органов дифференцируется быстрее, чем в органных зачатках, что обусловлено потребностью в установлении связи зародыша с материнским организмом и

обеспечении их развития (например, плацента). Дифференцировка мезенхимы хориона наступает рано, но происходит не одновременно по всей поверхности. Наиболее активно процесс идет в области развития плаценты. Здесь же появляются и первые волокнистые структуры, которые играют важную роль в формировании и укреплении плаценты в матке. При развитии волокнистых структур стромы ворсин последовательно образуются сначала аргирофильные преколлагеновые волокна, а затем коллагеновые.

На 2-м мес развития в зародыше человека раньше всего начинается диф-ференцировка скелетогенной и кожной мезенхимы, а также мезенхимы стенки сердца и крупных кровеносных сосудов.

Артерии мышечного и эластического типа эмбрионов человека, а также артерии стволовых (якорных) ворсин плаценты и их разветвлений содержат десминотрицательные гладкие миоциты, обладающие свойством более быстрого сокращения.

На 7-й нед развития зародыша человека в кожной мезенхиме и мезенхиме внутренних органов появляются мелкие липидные включения, а позднее (8-9-я нед) происходит формирование жировых клеток. Вслед за развитием соединительной ткани сердечно-сосудистой системы дифференцируется соединительная ткань легких и пищеварительной трубки. Дифференцировка мезенхимы у зародышей человека (длиной 11-12 мм) на 2-м мес развития начинается с увеличения количества гликогена в клетках. В этих же участках возрастает активность фосфатаз, а в дальнейшем в ходе дифференцировки накапливаются гликопротеины, синтезируются РНК и белок.

Плодный период. Плодный период начинается с 9-й нед и характеризуется значительными морфогенетическими процессами, протекающими в организме как плода, так и матери (табл. 21.1).

Таблица 21.1. Краткий календарь внутриутробного развития человека (с дополнениями по Р. К. Данилову, Т. Г. Боровой, 2003)

Продолжение табл. 21.1

Продолжение табл. 21.1

Продолжение табл. 21.1

Продолжение табл. 21.1

Продолжение табл. 21.1

Продолжение табл. 21.1

Продолжение табл. 21.1

Окончание табл. 21.1

YAmedik.org