Эмбриология человека

Рождение биологии развития

После того, как 1950 — х лет, с ДНК — спиральной структурой будучи разгадать и увеличение знаний в области молекулярной биологии , биология развития возникла как область исследования , которая пытается соотнести гены с морфологическим изменением, и так пытается определить , какие гены ответственны за каждое морфологическое изменение, происходящее в эмбрионе, и то, как эти гены регулируются.

  • Человеческие эмбрионы по Леонардо да Винчи
  • Человеческий эмбрион на сроке беременности шесть недель
  • Гистологический снимок 10-дневного эмбриона мыши

На сегодняшний день эмбриология человека преподается в качестве краеугольного предмета в медицинских школах , а также в программах биологии и зоологии как на уровне бакалавриата, так и на уровне магистратуры.

На сегодняшний день эмбриология человека преподается в качестве краеугольного предмета в медицинских школах , а также в программах биологии и зоологии как на уровне бакалавриата, так и на уровне магистратуры.

Что происходит в эмбриологических лабораториях

В Центре эмбриологии доктор проводит обследование супружеских пар для определения причин возникновения бесплодия, а затем назначает лечение. В лаборатории происходит самый ответственный этап ЭКО, так как создаются все условия, которые имитируют среду организма человека, проводится оплодотворение и выращивание эмбрионов.

Эмбриология человекаВ Центре эмбриологии изначально с пациенткой работает доктор-репродуктолог, который при помощи гормональных препаратов провоцирует рост яйцеклеток в яичниках женщины, отслеживает их рост и подготавливает матку к подсадке эмбриона. При помощи специальной иглы извлекаются яйцеклетки из организма, которые затем отправляются в лабораторию. В лабораторных условиях проводят очищение яйцеклеток от внешней оболочки, чтобы облегчить путь сперматозоиду, и помещают их в специальную чашу с питательной средой.

После извлечения яйцеклеток мужчина сдает сперму, которая также проходит специальную обработку. В результате этого отбираются самые подвижные спермии. Затем активные спермии перемещаются в чашу с яйцеклеткой, с этого момента начинается процедура оплодотворения. Через сутки питательная среда для зиготы заменяется на свежую. Доктор на протяжении 4-5 дней проводит наблюдение за эмбрионами, а затем подсаживает их в организм женщины.

Истоки современной эмбриологии

До зарождения современной эмбриологии в результате наблюдения за яйцеклеткой млекопитающих Карлом Эрнстом фон Бэром в 1827 году не существовало четкого научного понимания эмбриологии. Только в конце 1950-х годов, когда ультразвук впервые был использован для сканирования матки, была доступна истинная хронология развития человеческого плода. Карл Эрнст фон Бэр вместе с Хайнцем Кристианом Пандером также предложили теорию развития зародышевого слоя, которая помогла объяснить, как эмбрион развивался постепенно. Часть этого объяснения исследовала, почему эмбрионы многих видов часто кажутся похожими друг на друга на ранних стадиях развития, используя его четыре принципа.

Современные исследования эмбриологии

Эмбриология занимает центральное место в эволюционной биологии развития («evo-DevO»), которая изучает генетический контроль процесса развития (например, морфогены ), ее связь с передачей сигналов клеток , ее роль в определенных заболеваниях и мутациях , а также ее связь с исследованиями стволовых клеток. . Эмбриология является ключом к гестационному суррогатному материнству , когда сперма предполагаемого отца и яйцеклетка предполагаемой матери сливаются в лаборатории, образуя эмбрион. Затем этот эмбрион помещают в суррогатную мать, которая выносит ребенка до срока.

Современная эмбриология

На современном этапе развития главной задачей эмбриология видит вскрытие сущности механизмов дифференцировки клеток в многоклеточных организмах, выявление особенностей влияния различных реагентов на развитие эмбриона

Также большое внимание уделяется изучению механизмов возникновения патологий и их влияния на развитие зародыша

Достижениями современной науки, позволяющими более полно раскрыть вопрос о том, что такое эмбриология, являются следующие:

  1. Д. П. Филатов определил механизмы взаимного влияния клеточных структур друг на друга в процессе эмбрионального развития, связал данные эмбриологии с теоретическим материалом эволюционного учения.
  2. Северцов развил учение о рекапитуляции, суть которой заключается в том, что онтогенез повторяет филогенез.
  3. П. П. Иванов создает теорию ларвальных сегментов тела у первичноротых животных.
  4. Светлов формулирует положения, осветившие самые сложные, критические моменты эмбриогенеза.

На этом современная эмбриология не останавливается и продолжает изучать и открывать все новые закономерности и механизмы цитогенетических основ клетки.

Эмбриология человека

Что такое эмбриологический протокол

Через 16-18 часов проводится первая оценка эффективности оплодотворения. Эмбриолог в это время может наблюдать эмбрион в стадии зиготы. Внутри клеток четко видны мужской и женский пронуклеусы. Оценивается их форма и количество. При сбоях наблюдают 1 или 3 пронуклеуса. Такие зиготы отбраковуются и не используются дальше в программе ЭКО. Все изменения фиксируются в документе – эмбриологическом протоколе. Каждый последующий день проводится морфологическая оценка зародыша и заносится в протокол. На 2 день эмбриолог наблюдает 4 клетки – бластомера, оценивает их форму, отсутствие или наличие фрагментации.

Эмбриология человека

На третий день – 8 бластомеров.

В промежутке между 3 и 4 днем все ученые-эмбриологи считают, что происходит активация генетического материала эмбриона. Клетки начинают взаимодействовать между собой, и происходит процесс их слияния. На 4 сутки эмбрион вступает в стадию, которая называется морула. На 5 день зародыш вступает в стадию развития под названием бластоциста. Внутри бластоцисты появляется полость, которая расширяется и клетки делятся на два типа:

  • компактная структура – внутриклеточная масса – ВКМ, которая даст непосредственно эмбрион;
  • клетки трофоэктодермы, которые будут началом всех вне эмбриональных структур и оболочек.

Если эмбрион успешно проходит все критические этапы развития и запускаются все метаболические процессы – образуется зрелая бластоциста.

При оценке бластоцист эмбриолог фиксирует количество клеток во внутриклеточной массе, в трофоэктодерме, отсутствие или наличие любых дегенераций и фрагментаций, а результаты фиксирует в эмбриологическом протоколе. Для переноса эмбриолог отбирает наиболее «взрослую» и морфологически полноценную бластоцисту. Единицы надлежащего качества, которые не были использованы для эмбриотрансфера, криоконсервируются, и могут быть использованы в последующих криоциклах.

Результаты гаструляции.

Конечный результат гаструляции заключается в образовании двуслойного зародыша. Наружный слой зародыша (эктодерма) образован мелкими, часто – пигментированными клетками, не содержащими желтка; из эктодермы в дальнейшем развиваются такие ткани, как, например, нервная, и верхние слои кожи. Внутренний слой (энтодерма) состоит из почти не пигментированных клеток, сохраняющих некоторое количество желтка; они дают начало главным образом тканям, выстилающим пищеварительный тракт и его производные. Следует, однако, подчеркнуть, что глубоких различий между этими двумя зародышевыми листками не существует. Эктодерма дает начало энтодерме, и если у некоторых форм границу между ними в области губы бластопора можно определить, то у других она практически неразличима. В экспериментах по трансплантации было показано, что различие между этими тканями определяется только их местоположением. Если участки, которые в норме оставались бы эктодермальными и дали бы начало производным кожи, пересадить на губу бластопора, они вворачиваются внутрь и становятся энтодермой, которая может превратиться в выстилку пищеварительного тракта, легкие или щитовидную железу.

Часто с появлением первичной кишки центр тяжести зародыша смещается, он начинает поворачиваться в своих оболочках, и в нем впервые устанавливаются передне-задняя (голова – хвост) и дорсо-вентральная (спина – живот) оси симметрии будущего организма.

ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ И ОПЛОДОТВОРЕНИЕ

У человека зрелая половая клетка (гамета) – это сперматозоид у мужчины, яйцеклетка (яйцо) у женщины. Перед слиянием гамет с образованием зиготы эти половые клетки должны сформироваться, созреть и затем встретиться.

Половые клетки человека по структуре сходны с гаметами большинства животных. Принципиальное отличие гамет от остальных клеток организма, называемых соматическими, заключается в том, что гамета содержит только половину от числа хромосом соматической клетки. В половых клетках человека их 23. В процессе оплодотворения каждая половая клетка привносит в зиготу свои 23 хромосомы, и таким образом зигота имеет 46 хромосом, т.е. двойной их набор, как это присуще всем соматическим клеткам человека. См. также КЛЕТКА.

Будучи сходны по главным структурным признакам с соматическими клетками, сперматозоид и яйцеклетка в то же время высоко специализированы для своей роли в репродукции. Сперматозоид – небольшая и очень подвижная клетка (см. СПЕРМАТОЗОИД). Яйцеклетка, напротив, неподвижна и гораздо крупнее (почти в 100 000 раз), чем сперматозоид. Бóльшую часть ее объема составляет цитоплазма, содержащая запасы питательных веществ, необходимые эмбриону в начальный период развития (см. ЯЙЦО).

Для оплодотворения необходимо, чтобы яйцеклетка и сперматозоид достигли стадии зрелости. Более того, яйцеклетка должна быть оплодотворена в течение 12 часов после выхода из яичника, в противном случае она погибает. Человеческий сперматозоид живет дольше, около суток. Быстро двигаясь с помощью своего кнутообразного хвоста, сперматозоид достигает соединенного с маткой протока – маточной (фаллопиевой) трубы, куда попадает из яичника и яйцеклетка. Обычно это занимает менее часа после совокупления. Считается, что оплодотворение происходит в верхней трети маточной трубы.

Несмотря на то, что в норме эякулят содержит миллионы сперматозоидов, только один проникает в яйцеклетку, активируя цепочку процессов, приводящих к развитию эмбриона. В силу того, что сперматозоид весь целиком проникает в яйцеклетку, мужчина привносит потомку, помимо ядерного, и некоторое количество цитоплазматического материала, в том числе центросому – небольшую структуру, необходимую для клеточного деления зиготы. Сперматозоид определяет и пол потомка. Кульминацией оплодотворения считается момент слияния ядра сперматозоида с ядром яйцеклетки.

ЗАВЕРШЕНИЕ РАЗВИТИЯ ПЛОДА

В течение последних семи месяцев развития вес плода увеличивается с 1 г до примерно 3,5 кг, а длина – с 30 мм до примерно 51 см. Величина ребенка на момент родов может значительно варьировать в зависимости от наследственности, питания и здоровья.

В ходе развития плода сильно изменяются не только его размеры и вес, но и пропорции тела. Например, у двухмесячного плода голова составляет почти половину длины тела. В оставшиеся месяцы она продолжает расти, но медленнее, так что к моменту рождения составляет только четверть длины тела. Шея и конечности становятся длиннее, при этом ноги растут быстрее, чем руки. Другие внешние изменения связаны с развитием наружных половых органов, ростом волос на теле и ногтей; кожа становится более гладкой из-за отложения подкожного жира.

Одно из наиболее значительных внутренних изменений связано с заменой хряща костными клетками в процессе становления зрелого скелета. Отростки многих нервных клеток покрываются миелином (белково-липидным комплексом). Процесс миелинизации вместе с формированием связей между нервами и мышцами приводит к увеличению подвижности плода в матке. Эти движения хорошо ощущаются матерью примерно после четвертого месяца. После шестого месяца плод поворачивается в матке таким образом, что его голова оказывается внизу и упирается в шейку матки.

К седьмому месяцу плод полностью покрывается первородной смазкой, белесоватой жирной массой, которая сходит после родов. Преждевременно родившемуся в этот период ребенок выжить труднее. Как правило, чем ближе роды к нормальному сроку, тем больше шансов у ребенка выжить, поскольку в последние недели беременности плод получает временную защиту от некоторых заболеваний за счет антител, поступающих из крови матери. Хотя роды отмечают конец внутриутробного периода, биологическое развитие человека продолжается в детском и подростковом периоде.

Эмбриология сложности работы

Проблемы могут возникать, когда у врача для работы мало яйцеклеток – меньше четырех. Впрочем, большее количество забранных клеток тоже не является хорошей новостью. Неопытный врач за одну процедуру может забрать около 40 клеток – такое количество может быть объяснено избыточной гормональной терапией. А из этих 40 клеток большинство могут быть незрелыми или непригодными для оплодотворения по другим причинам. Также врачу необходимо выбрать один, наиболее подходящий, сперматозоид. Неудачно выбранные биоматериалы – это потерянное время, безрезультатно проведенные операция и лечение. Поэтому врачи не имеют права на ошибку. Им необходимо учесть все данные эмбриологии, новые и классические методики, иметь лучшее оборудование. И, конечно, провести дотошное исследование и женских, и мужских половых клеток для того, чтобы выбрать наиболее жизнеспособный и здоровый биоматериал, который станет живым человеком.

Так, для проведения ИКСИ яйцеклетку освобождают от вспомогательных клеток. Но это приводит к тому, что между сперматозоидом и яйцеклеткой не происходит диалога — фермент не выбрасывается. Чтобы слияние произошло, врач «отрезает» сперматозоиду хвостик, чтобы нарушить целостность мембраны. Такие тонкие работы приходится проводить при самом «простом» искусственном оплодотворении. Но зачастую к этим сложным манипуляциям прибавляются дополнительные процедуры, которые необходимы для успешного оплодотворения.

Проводить микрооперации позволяет дорогостоящее оборудование с высокой чувствительностью, реагирующее на малейшее движение врача. Наиболее востребованный прибор – микроманипулятор. Это своеобразный микроскоп, позволяющий оперировать микроинструментами. Микроскопические инструменты позволяют удерживать клетки, проводить на них операции. Поэтому клиническая эмбриология требует от врача не только огромного багажа знаний, но и концентрации внимания и точности рук – даже больше, чем требуется хирургам. Поэтому в данную медицинскую область идут лучшие из лучших.

Цели и задачи

Главная цель, которую ставит передсобой данная наука, — дать ответы на вопросы о появлении жизни на нашей планете, о том, как происходит формирование многоклеточного организма, каким законам органической природы подчиняются все процессы образования и развития зародыша, а также о том, какие факторы и как влияют на это формирование.

Эмбриология человека

Для реализации поставленной цели наука эмбриология решает следующие задачи:

  1. Подробное изучение процессов прогенеза (формирования мужских и женских половых клеток — овогенез и сперматогенез).
  2. Рассмотрение механизмов образования зиготы и дальнейшего формирования зародыша до самого момента его выхода наружу (вылупления из яйца, икринки или рождения на свет).
  3. Изучение полного клеточного цикла на уровне молекул, с использованием высокоразрешающего современного оборудования.
  4. Рассмотрение и сравнение механизмов работы клетки в норме и при патологических процессах, с целью получения важных данных для медицины.

Решая вышеизложенные задачи и добиваясь поставленной цели, наука эмбриология сумеет продвинуть вперед человечество в понимании природных законов органического мира, а также найти решение многих проблем в медицине, в частности, связанных с бесплодием и деторождением.

Зародышевые листки.

Эктодерму, энтодерму и мезодерму различают на основании двух критериев. Во-первых, по их местоположению в зародыше на ранних стадиях его развития: в этот период эктодерма всегда расположена снаружи, энтодерма – внутри, а мезодерма, появляющаяся последней, – между ними. Во-вторых, по их будущей роли: каждый из этих листков дает начало определенным органам и тканям, и их нередко идентифицируют по их дальнейшей судьбе в процессе развития. Однако напомним, что в период возникновения этих листков никаких принципиальных различий между ними не существует. В опытах по пересадке зародышевых листков было показано, что первоначально каждый из них обладает потенциями любого из двух других. Таким образом, их разграничение искусственно, но им очень удобно пользоваться при изучении эмбрионального развития.

Мезодерма, т.е. средний зародышевый листок, образуется несколькими способами. Она может возникать непосредственно из энтодермы путем образования целомических мешков, как у ланцетника; одновременно с энтодермой, как у лягушки; или путем деламинации, из эктодермы, как у некоторых млекопитающих. В любом случае вначале мезодерма представляет собой слой клеток, лежащих в пространстве, которое первоначально занимал бластоцель, т.е. между эктодермой с наружной и энтодермой с внутренней стороны.

Мезодерма вскоре расщепляется на два клеточных слоя, между которыми образуется полость, называемая целомом. Из этой полости в последующем образуются полость перикарда, окружающая сердце, плевральная полость, окружающая легкие, и брюшная полость, в которой лежат органы пищеварения. Наружный слой мезодермы – соматическая мезодерма – образует вместе с эктодермой т.н. соматоплевру. Из наружной мезодермы развиваются поперечнополосатые мышцы туловища и конечностей, соединительная ткань и сосудистые элементы кожи. Внутренний слой мезодермальных клеток называется спланхнической мезодермой и вместе с энтодермой образует спланхноплевру. Из этого слоя мезодермы развиваются гладкие мышцы и сосудистые элементы пищеварительного тракта и его производных. В развивающемся зародыше много рыхлой мезенхимы (эмбриональной мезодермы), заполняющей пространство между эктодермой и энтодермой.

У хордовых в процессе развития образуется продольный столбик плоских клеток – хорда, основной отличительный признак этого типа. Клетки хорды происходят из эктодермы у одних животных, из энтодермы у других и из мезодермы у третьих. В любом случае эти клетки уже на очень ранней стадии развития можно отличить от остальных, и расположены они в виде продольного столбика над первичной кишкой. У зародышей позвоночных хорда служит центральной осью, вокруг которой развивается осевой скелет, а над ней – центральная нервная система. У большинства хордовых это чисто эмбриональная структура, и только у ланцетника, круглоротых и пластиножаберных она сохраняется в течение всей жизни. Почти у всех других позвоночных клетки хорды замещаются костными клетками, образующими тело развивающихся позвонков; из этого следует, что наличие хорды облегчает формирование позвоночного столба.

История развития науки

Свое начало история эмбриологии берет еще с древности. Одним из первых об исследованиях в этой области заговорил Аристотель. Его наблюдения заключались в исследовании формирования зародыша куриного яйца. Так было положено начало развития рассматриваемой науки.

Позже, уже к XVI-XVII столетиям ученые, которые были представителями данной дисциплины, разделились на два лагеря по теоретическим взглядам на вопросы формирования зародышей, и вообще происхождения новых организмов.

Так, существовали:

  • теория преформизма;
  • эпигенеза.

Суть первой заключается в следующем: все структуры будущего организма не развиваются со временем, а уже существуют в очень уменьшенном виде либо в яйцеклетке (овисты), либо в сперматозоиде (анималькулисты). А с течением жизни и развитием зародыша они просто увеличиваются в размерах за счет получаемых питательных веществ.

Такие взгляды были, конечно, ошибочными. Однако именно они просуществовали практически до середины XIX века. Приверженцами данных взглядов среди ученых разных временных периодов были:

  • Марчело Мальпиги.
  • Я. Сваммердам.
  • Ш. Бонне.
  • А. Галлер.
  • А. Левенгук.
  • И. Н. Либеркюн и другие.

Вторая теория в истории развития эмбриологии, которой придерживалось также значительное количество светлых голов разного времени, называется эпигенезом. Сторонники ее считали, что организм начинает свое развитие только после попадания половых клеток друг в друга. При этом в образующемся зародыше нет ничего готового. Структуры, будущие органы формируются постепенно, из внутренних тканей.

Представителями, которые придерживались данных взглядов, были:

  • У. Гарвей.
  • Г. Лейбниц.
  • Фридрих Вольф.
  • Карл Бэр и другие.

В противостоянии этих двух лагерей копились многочисленные данные эмбриологии, ведь учеными постоянно проводились исследования, эксперименты, собирался теоретический материал.

Начиная с середины XIX века, по взглядам преформистов были нанесены сокрушительные удары благодаря следующим открытиям.

  1. Закон о сходстве зародышей Карла Бэра. В нем он говорит о том, что на чем более ранней стадии находится эмбрион, тем больше он похож на аналогичные структуры у других представителей живой природы.
  2. Вольф описал основы формообразования в курином зародыше, доказав их постепенное образование.
  3. Труд Ч. Дарвина, в котором он описывает свои взгляды по проблеме происхождения видов.

Результатом стало постепенное формирование науки такой, какой мы видим ее сегодня. Большой вклад в развитие дисциплины внесли следующие ученые XIX-XX века:

  • Ковалевский.
  • Мечников.
  • Геккель.
  • Вильгельм Ру и другие.

Данные эмбриологии польза или опасность

В начале века было много споров об этичности и безопасности искусственного зачатия, пользе исследований в области эмбриологии. Но, как показывают исследования, «дети из пробирки» имеют отличные показатели умственного развития и общего состояния здоровья. В некоторых азиатских странах сегодня эмбриология занимается способами влияния на эмбрион: от выбора цвета глаз будущего ребенка и до «вычистки» генов предрасположенности к генетическим заболеваниям.

Благодаря развитию этой отрасли у многих людей появилась возможность иметь детей. Так, клиническая эмбриология и ЭКО помогают людям, перенесшим химиотерапию, завести детей. Эта наука помогает обрести полноценную семью людям, у которых диагностированы нарушения фертильности. Из-за развития эмбриологии появилось понятие «отложенное материнство». То есть, оплодотворенные яйцеклетки замораживаются и ждут своего часа, в то время как родители проходят агрессивное лечение или хотят завести детей после 40 лет. В последнем случае женщина, которая сконцентрировалась на построении карьеры, может «отложить» здоровые яйцеклетки, чтобы завести детей в позднем возрасте, не имея никаких медицинских показателей к процедуре. И, наконец, клиническая эмбриология сделала возможным суррогатное материнство.

Понятие о науке эмбриологии

Эмбриология — это не просто биологическая дисциплина. Это целая наука, которая занимается изучением образования, развития и формирования эмбрионов живых существ с момента появления половых клеток и их слияния до появления на свет нового организма.

Все эти процессы очень важны, жизненно необходимо их правильное и нормальное протекание. Поэтому цель, которую ставит перед собой данная наука — изучить все вопросы и механизмы, связанные с зародышами, их жизнью, образованием и развитием.

Исходя из поставленной цели, задачами эмбриологии являются следующие пункты.

  1. Рассмотреть процессы клеточного деления.
  2. Выявить закономерности образования у зародышей первичных лепестков и полостей тела.
  3. Проследить варианты формирования осей симметрии тела будущего организма.
  4. Особенности образования полостей целома и производных от них.
  5. Формирование оболочек вокруг эмбриона.
  6. Образование целой системы органов, по которым в итоге идентифицируется тот или иной организм.

Таким образом, становится понятно, что же такое эмбриология. Это узко специализированная наука о внутриутробном развитии эмбрионов от момента их образования и до выхода на свет. А также изучение вопросов, связанных с процессами гаметогенеза, то есть формирования половых клеток.

Литература

на русском языке
  • Антипчук Ю. П. Гистология с основами эмбриологии: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по биол. спец. — М.: Просвещение, 1983. — 240 с.
  • Нидхэм Д. История эмбриологии. / Пер. с англ. А. В. Юдиной. Предисл. В. П. Карпова. — М.: Гос. изд-во иностр. лит., 1947. — 342 с.
  • Шимкевич В. М.,. Эмбриология // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
на других языках
  • Lopata A. «History of the Egg in Embryology». // Journal of Mammalian Ova Research. 2009. Vol. 26. P. 2-9.
  • De Felici M. Gregorio Siracus, The rise of embryology in Italy: from the Renaissance to the early 20th Century // The International Journal of Developmental Biology (англ.)русск.. 2000. Vol. 44. P. 515—521,