Критические периоды в эмбриогенезе млекопитающих

В результате действия протеолетических ферментов в слизистой оболочке матки  возникают небольшие полости, при слиянии которых образуются – лакуны. Лакуны изначально не связаны между собой, но потом клетки между ними разрушаются и лакуны наполняются материнской кровью.

Плацентация

После того как зародыш имплантировался  в стенку матки, он питается за счет выделений маточных желез, диффузно проникающих через ворсинки хориона. По мере роста зародыша этот источник питания становится недостаточным, и на смену связи плода с материнским организмом через трофобласт приходит более совершенная связь — через плаценту.

При формировании плаценты со стороны эмбриона участвуют трофобласт и внезародышевая мезенхима. А со стороны матери — функциональный слой слизистой матки (эндометрий). Трофобласт и внезародышевая мезенхима образуют хорион. Это происходит следующим образом: вначале трфобласт представляет собой полый пузырек из одного слоя клеток, в последующем клетки трофобласта начинают усиленно размножаться и поэтому трофобласт становится многослойным. Причем клетки наружных слоев сливаются друг с другом и образуют симпласт — этот слой называется симпластическим трофобластом; самый внутренний слой трофобласта сохраняет клеточное строение и называется цитотрофобласт. Параллельно с этим из эмбриобласта выселяются клетки — внезародышевая мезенхима и она покрывает внутреннюю поверхность цитотрофобласта. Эти 3 слоя вместе :симпластический и клеточный трофобласт, внезародышевая мезенхима - называются хорионом или сосудистой оболочкой. 
Все 3 слоя хориона вместе образуют вторичные ворсинки хориона, которые проникают через стенки кровеносных сосудов слизистой матки и плавают в крови матери, т.е. начинается плацентация. В дальнейшем во вторичные ворсинки хориона врастают сосуды плода и вторичные ворсинки превращаются в третичные ворсинки.

Типы плацент (Б.П. Токин, 1987):

1. Эпителиохориальная (полуплацента) — ворсинки хориона проникают в просвет маточных желез, эпителий при этом не разрушается (пример: у свиньи, сумчатых, лошади)
2. Десмохориальная (соединительно-тканная) — ворсинки хориона проникают через эпителий матки и контактируют с рыхлой соед.тканью эндометрия. Питание происходит за счет маточных желез (пример: у жвачных).
3. Эндотелиохориальная (вазохориальная)— ворсинки хориона проникают через эпителий матки и прорастают в стенку сосудов матери до эндотелия, но в просвет сосуда не проникают (пример: у хищников).
4. Гемахориальная — ворсинки хориона проходят через эпителий матки, прорастают через стенки сосудов матери и плавают в крови матери, т.е. ворсинки контактируют непосредственно с кровью матери (пример: человек, обезьяны, насекомоядные, летучие мыши, грызуны).

Рис.9. Чувствительность эмбрионов крыс к повреждениям на разных стадиях развития               (по А.П. Дыбану, 1968).

Несмотря на выводы сделанные П.Г. Светловым, некоторые ученные считают, что не существует критических периодов с повышенной чувствительностью ко всем факторам: в одни периоды зародыш чувствителен к одним повреждающим агентам, в другие – к другим, что наглядно демонстрирует рисунок 4 (А.П. Дыбан, 1968).

Так же интересен вопрос о причинах, обуславливающих патологии развития и гибели эмбрионов. У исследователей на этот счет существует 2 точки зрения: первая – отклонение от нормального развития обусловлено «наследственно предопределенными дефектами половых клеток»; вторая – влиянием окружающей среды (А.П. Дыбан, 1959). Однако эмбриологические и генетические наблюдения помогли сделать вывод о том, что за патологию развития в большей степени ответственен генотип зародыша,  а не состояние окружающей среды.

Для примера обратимся к исследованиям, в которых сравнивается чувствительность эмбрионов разных линий мышей к метанолу. По результатам, полученным К. Даунингом (C. Dawning at al, 2009) была составлена таблица, показывающая чувствительность к этанолу различных областей зародыша (9 гестационный день) пяти линий мышей.

Табл.1. Наличие пороков развития у разных линий мышей.

Область с пороком развития	Линия мышей
	ISS	B6	129	C3H	A
Фаланги пальцев	-	+	-	+	-
Почки	-	+	+	-	+
Желудочки мозга	+	-	-	-	+
Ребра	+	+	-	+	+
Дуги позвонков	+	+	-	-	-

Из Таблицы 1 видно, что зародыши всех линий мышей так или иначе восприимчивы к воздействию этанола, однако проявляется это в разной степени: линия В6 наиболее чувствительна и у зародышей были обнаружены отклонения почти во всех исследуемых областях; линия 129 – наиболее резистентна.

Таким образом можно сделать  вывод, что чувствительность к воздействию этанола в период ранней нейруляции проявляется по-разному у каждой линии и зависит от генотипа самого эмбриона.

 Количество сомитов

Рис.10. Различный эффект воздействия алкоголя на количество сомитов у С6 и D2 линий мышей по (Ogawa et al., 2005).

Alc - воздействие алкоголем концентрацией 6 моль/мл; Control – отсутствие алкоголя. Количество сомитов значительно уменьшено только при воздействии алкоголя на эмбрионов D2.

Подобные результаты были получены и на эмбрионах культивируемых в  среде (Y. Chen at al, 2011; T. Ogawa at al, 2005). При этом помимо морфологических аномалий Т. Огава оценивал количество развившихся сомитов к девятому гестационному дню ( Рис.5.), а Ю. Чен – распределение активной (с)-каспазы-3 в клетках эмбрионов, которая является маркером апоптотических процессов (Рис. 6.)

Несмотря на то что исследователи  работали с разными линиями мышей  и оценивали разные параметры, их выводы содержали одну идею – генотип эмбриона является важным фактором, влияющим на развитие врожденных дефектов при воздействии этанола на эмбрион в период ранней нейруляции.

 

Рис. 11. Распределение активной (с)-каспазы-3 в клетках эмбрионов разных линий мышей. (по Y. Chen at al., 2011).

Сtrl – контроль, Alc – воздействие алкоголя. Наибольшее увеличение каспазы наблюдается при влиянии этанола на эмбрионы линии В6. (Значимое увеличение отмечено звездочками)

Однако говоря о том, что генотип эмбриона влияет на развитие аномалий, не стоит взаимоисключать «внутренние» и «внешние» факторы, необходимо  учитывать, например, что генотип эмбриона может изменяться как раз под влиянием окружающей среды, что может привести к дефектам развития. (А.П. Дыбан., 1959).

 

 

 

 

Основные  группы тератогенов, влияющих на развитие млекопитающих

Как уже говорилось, одним из главных  свойств критических периодов является повышенная чувствительность к повреждающим факторам. Следовательно, именно в эти периоды будут возникать различные врожденные аномалии при воздействии на эмбрион так называемыми тератогенными агентами.

В настоящее время известно огромное количество различных тератогенных агентов и этой проблеме посвящены столь многочисленные исследования, что невозможно рассмотреть все случаи. Поэтому коротко рассмотрим их основные группы, которые наиболее часто встречаются в повседневной жизни.

Гипоксия

Существует несколько причин,  по которым у зародыша может быть вызвана гипоксия: анемия материнского организма, нарушение кровообращения матки, маточные кровотечения, эктопическая беременность, диабет, сердечно-сосудистая недостаточность материнского организма, недостаточное парциальное давление окружающей среды(А.П. Дыбан, 1959; W.S. Webster, 2007). Нарушение кровообращения матки может быть вызвано сужением сосудов при потреблении наркотических веществ, таких как кокаин, никотин, эпинефрин (W.S. Webster, 2007). Гипоксия во время беременности может привести к таким аномалиям развития как аненцефалия, небная расщелина, крипторхизм, дефекты конечностей(W.S. Webster, 2007).

Что касается периодов наибольшой чувствительности эмбрионов к гипоксии, то ряд авторов указваывает, что они так же соответствуют периодам имплантации и планцентации (А.П. Дыбан, 1959; W.S. Webster, 2007).

 

Изменение температуры

Патологию развития зародышей одинаково  обуславливают как повышение  так и понижение температуры, поэтому при оценки температуры как тератогенного агента необходимо оценивать не колебание значений, а отклонение от температурного оптимума. (А.П. Дыбан, 1959).

Как и другие тератогены изменение температуры имеет наиболее повреждающее действие во время критических периодов. В таблице 2 приведено обобщение критических периодов по отношению к повышенной температуре для разных органов.

Таблица 2. Тератогенный эффект гипертермии  на резных стадиях развития (M.J. Edwards, 2003).

Стадия развития	Предимплантационный период	Формирование нервной трубки, глаз, сердца, позвонков	Нейрогенез (вкулючая формирование коры больших полушарий, миграции нервных клеток и развития структур тела.
Хомяк, дни Мышь, дни Крыса, дни Морская свинка Эквивалентная стадия у человека, недели	3-5 3-6 3-6 4-6   1-3	6-9 7-9 9-12 12-15   3-7	9-14 12-15 13-18 20-35   8-18
Механизм приводящий к патологии  обнаруженный у экспериментальных  животных		Клеточная гибель, нарушение индукции генов, клеточных мембран и миграции клеток нервного гребня (дефекты сердца).	Клеточная гибель, нарушение индукции генов в ходе органогенеза, нарушение  пролиферации и миграции нейронов, повреждение плаценты.
Патология	Смерть, отсутствие дефектов	Аборты, дефекты нервной трубки, сердца, позвоночника. Микрофтальмия, слепота, колобома.	Аборты, мертворождение, микроцефалия, нарушение обучаемости, судороги, косолапие, синдром Мебиуса, катаракта.

В предимплантационный период повышение температуры как правило вызывает смерть эмбриона,  По мере развития эмбрион теряет свою чувствительность к повышению температуры, и к завершению формирования органов он проявляет практически полную резистентность. Гипертермия в течение органогенеза может являться причиной разнообразных врожденных дефектов, включая дефекты нервной трубки, позвоночника и сердца, микрофтальмию, слепоту, микроцефалию и тд. (табл.2.) (M.J. Edwards et al., 2003).

Рис.12. Влияние повышения температуры на развитие эмбрионов крысы в культуре (M.J. Edwards, 1997). Период воздействия – 9,5 гестационный день;

а – контроль (на 11,5 гестационный день); b – на 10 минут до 42°С; с- на 15 мин до 42°С; d – на 20 мин до 42°С.

Также существует прямо пропорциональная зависимость степени патологии  развития от времени воздействия  повышенной температурой (Рис. 12)

Чувствительность эмбрионов к  переохлаждению, так как и к  перегреванию достигает своего максимума  к 9-11 дню, что говорит о связи данного процесса с формированием плаценты (А.П. Дыбан, 1959).

Ионизирующее  излучение

Среди факторов, вызывающих патологии развития, особое положение занимает ионизирующая радиации. Интерес к данному типу воздействия возрос в период интенсивного исследования ядерной энергии и не угасает до сих пор.

Влияние ионизирующего излучение  на развитие зародышей зависит не только от дозы, которая была поглощена, но и от периода, в который производилось  воздействие (Табл. 3.)

 

Таблица 3. Влияние ионизирующего излучения (1 Гр) на развитие зародышей грызунов       (M.De Santis et al., 2005)

Эффект	Предимплантационный период	Период органогенеза	Поздний эмбриогенез
Гибель	++	±	-
Дефекты развития	-	+	-
Задержка внутриутробного развития	-	+	+
Задержка умственного развития	-	+	+

+: часто, ±: иногда, ++: высокая встречаемость.

В предимпалантационный период зародыш менее чувствителен к действию ионизирующего излучения, и воздействие в течение него, как правило, приводит к гибели эмбриона. Самым чувствительным же является период органогенеза, в особенности формирование нервной системы. Воздействие во время этого периода приводит к различным порокам развития, возникновение которых зависит от дозы ионизирующего излучения (M.De Santis et al., 2007).

Наблюдение на белых крысах показывают, что даже однократное облучение  рентгеновским излучением в предимплантационный период дозой в 30 Рад (соответствует дозе, воздействующей на женщину во время обычного рентгенологического исследования) приводит к повреждению значительного числа эмбрионов (А.П. Дыбан, 1959).

Воздействие ионизирующего излучения  в период эмбриогенеза  может  вызвать следующие дефекты: микроцефалия, микрофтальмия, колобома, катаракта и другие аномалии развития (А.П. Дыбан, 1995; M.De Santis et al., 2005).